今年度からは、学生も当ブログを更新していきます。
小林研に所属しています、博士課程の河上です。
さて、道北にも遅めの春がやってきました。
5/12名寄市にて。
町中のサクラは、毎年ゴールデンウィーク前後に開花します。
今年は雪が随分と少なかったので、開花も早いかなと思っていましたが、開花時期は変わらず。
研究室ではこの時期、今年度にやる研究計画をたて、教員と学生間で共有しています。
こんなご時世ですので、三密を避け、換気はしっかりと。
安全と安心と健康に配慮しつつ、研究のクオリティーは下げないように、研究室では楽しく研究生活を送っています。
また、私はミミズと土壌の関係についての研究をしています。
春先でも、ミミズは元気のようです。
私の研究の話も、いずれまた。
河上
天塩の平地ではほぼ雪も溶け、暖かくなったと思ったらこの寒さ。
昨日は雹、今日はまとまった雪が降り、早々と葉を開いて花まで咲かせている春植物 (Spring ephemeral)や我らがギョウジャニンニクなどは寒そうだ。
Spring ephemeralの代表、エゾエンゴサク
温暖化すると、開葉時期が早くなって生育期間が伸びることで遅霜の被害に遭いやすくなる。
もちろん気温が暖かくなるから、霜がおりる頻度自体も減るんだけど、どちらかといえば生育期間が伸びることの方が勝って、北半球の多くの地域では植物は霜の害を受けやすくなっているらしい (Liuら 2018 Nature Communicationより)。
我らがギョウジャニンニクを、これからもずっと美味しく食べていけることを祈るばかり。
小林
って、知っていましたか？
今回の論文では、多雪地の森林における木の大きさと芽吹きの時期の関係について報告しています。
Marumo, E., Takagi, K., Makoto, K. (2020) Timing of bud burst of smaller individuals is not always earlier than that of larger trees in a cool-temperate forest with heavy snow. Journal of Forest Research. DOI:10.1080/13416979.2020.1753279
梅と桜を比べると、しばしば梅の方が開花時期が早いように、樹種が違えば開花や芽吹きなど季節に応じて見られる生物現象: フェノロジーの時期が異なることはよく知られています。
また、これまでの研究では、同じ樹種も「小さな個体の方が大きな個体よりも早く芽吹く」ことも知られていました。しかし、今回の論文では、多雪地では「大きな個体の方が小さな個体よりも早く芽吹く」ことを報告しています。
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そもそも、個体の芽吹く時期 (開葉時期)はどのように決まっているのでしょうか。
開葉時期は、光合成ができる期間の長さと霜害の受けやすさとの間で決定されると考えられています。開葉時期が早いと、より早い時期から葉が開いて光合成をし、固定した二酸化炭素を成長に利用できるメリットがあります。一方、早く葉が開いてしまうと、寒の戻りなどで遅霜害に遭いやすいというデメリットもあります。このメリットとデメリットのどちらを優先した方が成長や子孫を残しやすいのかによって、樹木は開葉時期を早くしたり遅くしたりするように進化してきたと考えられています。
一方、同時期に芽吹いてしまうと小さな木は大きな木の陰に隠れてしまいます。これは光という空から降ってくる資源を利用していきている生物としての宿命です。樹木は光合成をしないことには、成長は勿論のこと、死なないための防御に使う炭素も獲得できません。つまり、小さな木は、遅霜の被害を受けるリスクが上がったとしても、早く芽吹いて光合成ができる期間を長くするのを優先する必要があると考えられます。
さて、前置きが長くなりましたが、今回の論文では北海道北部などの多雪地では、この「小さい木の方が大きな木よりも早く開葉する」という現象がみられないことを報告しています。なぜか。
木は、一般に5℃以上の空気に晒されると、芽が開葉に向かって動き出すことが知られています。北海道北部でも、4月に入ると気温が５℃以上になる日がでてくるので、暖かい空気にさらされた木は、徐々に芽吹きに向かって動き始めます。しかし、私たちのフィールドである北海道北部では積雪が多いため、気温が10度近くなっても、まだ地面には雪がたっぷり積もったままで、小さな木は5月上旬くらいまで雪の下に埋まっています。雪の下は、0℃くらいに保たれているので、そこに埋まっている間に芽吹きに向かって動き出すことはありません。一方で、大きな木は一年中、雪に埋もれず空気にさらされているので、空気が暖かくなったその日から、芽吹きに向かって動き出します。その結果として、多雪地帯では小さな木は芽吹きに向けた競争のスタートに大きなビハインドを負ってしまい、最終的には大きな木よりも芽吹きが遅くなることがわかりました。
この研究は、当時修士の学生（現：京都府林務課）であった丸毛さんが2年に渡って研究林に通いつめて発見したものです。私（小林）はそのころ、冬の温暖化が樹木に及ぼす影響について研究に興味を持ちはじめていましたが、まずは私たちの森林で、そもそも冬の気候がどのように樹木へ影響しているのかを明らかにしなければ、と思っていたころでした。いきなり気候変動うんぬんと言及するのではなく、まずは自然の仕組みをしっかりとフィールド観察によって明らかにすることの大事さを教えてくれる、地味だけどとても重要な研究だと思っています。
雪解け時期の研究サイトの様子
葉が出た途端に陰に隠れてしまう小さな木のその後の運命は？
近年見られるの積雪の減少は、小さな木と大きな木の関係にどう影響するのか？
疑問はつきません。これから、冬の森林生態学に関する研究を積み上げ、この森のことを少しずつ明らかにしていきたいと思っています。丸毛さん、卒業後も改定お疲れ様でした。
2017年春、調査地にて
小林
まだ桜前線はもとより、雪解けすらしていない道北の河川沿い。桜か梅かと見間違えるような、白くてコロコロした花が咲いている。おそらくオノエヤナギだろう。
後にもっと暖かくなってから咲く他の多くの樹種と比べると地味な花だ。しかし、まだ景色の中に色が乏しいこの時期、氷のかけらが浮く天塩川の川面を背景に、しっかりと主張している。
小林
ここ1−2週間、道北では道路の雪も溶け春っぽくなりました。陽射しの強さ、日の長さもですが、生ぬるい風が谷を抜けていくのを感じると、春の近さを特に強く感じます。隣町の中川町では、冬の間凍っていた天塩川が、今日、解氷したようです。ギョウジャニンニクの時期ももうすぐそこ。
今日は計測機器のメンテナンスなどをしに森へ行って来ました。昨年の秋から10年ほど前に台風で倒れた倒木の観測をはじめています。調べているのは、当時樹齢300年ほどであったと思われるミズナラの大木です。
スノーモービルで調査地まで。ちょっと詰め込みすぎか...
倒木が横たわって上に雪が積もっているの、わかりますか？
森の中では積雪深は70cm。例年であれば、まだ1mほどは残っている時期です。
この少なさだと、早ければ4月上旬には雪が全て溶けてしまうかもしれません。森も畑も、水不足が心配です。そして山火事も...。
今年は小雪だったこともあり、冬の間、ササの葉が雪に埋まらず飛び出ている様子があちこちで見られました。
↑チョットわかりにくいですが、ササの葉が黄色くなっています。
ササの葉は寒くて乾燥した冬に外気にさらされるとダメージを受けます。これだけ黄色くなっていたら、今年は一斉枯死したりするのかな...
そんな風に予想していましたが、今日、雪どけが進んだ南向き斜面を見て納得、黄色くなっているのは先っぽだけで、その他多くの葉は、青々としていました。
↑黄色くなっているのはほんの一部。
これでは、ササが葉っぱが光合成をできなくて個体全体として死んでしまうことはなさそうです。
何事も、よく観察しなければですね。
小林
冬の森林生態学に関する国際実習を天塩研究林で開催しました。
手がかじかんで、外ではまともにペンで字も書けない真冬にわざわざ、実習をやるには理由があります。
北海道など寒冷地では、冬の寒さや積雪が年間を通じた生物の生活史や生態系のもつ働き (炭素固定機能など)へ大きな影響を及ぼしています。一方、そうした冬の気候が劇的に変化し、森林に住む生き物やそこで起こる物質循環へ影響を及ぼし始めています。しかし、夏に比べて雪の中では調査が困難であることなどの理由で、未だ冬の気候変動についての研究者も少ないのが現状です。
そのようなな中で、森林における冬の大事さ・面白さ、冬の気候変動の深刻さなどを学ぶ機会を持ちたいと思い、この実習を開催しました。初めての試みでしたが、アメリカ、ロシア、インドネシア、そして日本などからパッションのある学生の定員を超える応募があり、充実した実習となりました。ハイライト的に実習の様子を写真と共に振り返ります。
初日はガイダンスからのスキーfitting、そして積雪調査。まずは、基礎の基礎、雪のことを知らねば。
スノーサンプラーで積雪調査。夜の講義では、積雪がなぜ断熱材としての機能が高いかも勉強する。え、多孔質ってだけが理由じゃなかったんだ！？
そして夜は、招聘講師であるカナダのWilson先生 (University of Regina)から、寒冷地の根の生態学に関する講義。最新の研究成果が興味深く、つい、講師陣の方が議論が盛り上がってしまったのは秘密。。。
翌日からピリッと冷えた快晴の気持ちいい日が続く。
放射冷却で朝の気温はー20℃になることも。参加者たちは冬の厳しさを身を以て体感することとなる。
2日目、まずは、スキーをはいての天然林踏査。人生で初めてスキーを使うという学生も。推定樹齢400年ほどのミズナラの大木を眺めたりしながら、冬芽での主要樹種の同定方法を学んだり、凍裂、雪の下のササの様子、倒木更新、雪解け時期を早める実験の様子を見学する。冬芽のつき方で対生は英語でopposite, 互生はalternateと言うらしい。空には私たちを迎えるように、オジロワシが一羽、優雅に舞っていた。
続いては、雪上車で森林の伐採現場へ移動。アカエゾマツの木を伐採するところから採材までを見学する。巧みなチェーンソーワークを見たり、どのような部位が木材として効果なのか、なぜ冬に伐採を行なうのか、作業上の注意点などを学ぶ。
ガッツリと昼食を食べてエネルギーを補給した後はフラックスタワーへ。森林伐採が、森林の炭素循環へ及ぼす影響についての長期研究の現場を見学する。もちろん、30mのタワーの頂上へも！
庁舎に帰ってからは、冬の炭素循環に関する講義を聞く。最新の研究結果を織り交ぜながらの講義は、臨場感がたっぷり。謎の多い冬の土壌からの二酸化炭素放出。まだまだ研究の余地がありそうだ。
3日目は土壌について学ぶ日。まずは、お約束の雪掘りをし、冬の窒素の無機化速度の測定方法や、土壌動物の調査法を学ぶ。フトミミズ、ヒメミミズ、ヤスデ、ムカデなど大型土壌動物も多々見つかる。個人的には、フトミミズが予想外にたくさん見つかって興奮。
土壌抽出実験もやりました。
庁舎に帰った後は冬の土壌中の微生物や土壌動物の働きや窒素循環についての講義。次々にわかってきた冬の土壌微生物の重要な働き（とあまり大事ではなさそうなミミズの働き）。
色々学んで冬の気候変動が進んだらどうなるんだろう...と思い始めたところで、最後のプログラム。各自実習中に興味を持った生物や物質循環について、冬の気候変動が進んだ際に起こるであろう変化を予想し、その予想を検証する実験計画を立ててみるという課題に取り組む。みんな熱心に取り組んでくれ、最終日の発表には、聞き手を唸らせる発表が続いた。
ここまで改めて書いてみて、４日間の短い期間だったが、盛りだくさんの内容だったと思う。後はパウダースノースキー練習がこれに加わればパーフェクトなのだが...今回の反省をふまえて改良し、来年度以降も実習を開催して行きたい。
最後に、遠路、日本の端っこまで足を運んでくれた参加者の皆さん、そして毎日美味しいご飯を作って我々の体力を支え続けてくれた賄いの皆さんに感謝して、報告おしまい。また世界の何処かで会いましょう。
ナットービーンズも食べたよ。
小林
1年半前からはじめたコナラの丸太の分解実験。
今日は車を飛ばして、苫小牧研究林で丸太を置いているサイトのメンテナンスへ行ってきた。
北海道では太平洋側はもともと雪が少ない上に、今年は暖冬で、まだ丸太が雪の下に完全に埋没してはいなかった。
カワラタケの仲間だろうか、辺材部分から綺麗な蛾のようにも見えるキノコがでていた。かわゆす。
小林
1月、暖冬の年ではあるものの、そこは北海道北部。カラッと晴れる日の朝は放射冷却でぐんと冷え込む。この日の朝は−20℃まで下がったようだ。こんな朝は、天塩川から立ち上る川霧と、それが河畔のヤナギの枝についてできる霧氷が美しい。ダイアモンドダストも相まって、思わず溜息を誘う景色が見れる。
雪の多い冬、実験や論文書きなど室内作業が主な仕事になるが、時々フィールドにも出る。わざわざ寒い冬にフィールドに出るのは、夏には邪魔者となるササが雪の下に隠れ、実は林内を歩きやすい時期でもあるからだ。今週は、来年から予定してる研究サイトの設置や、毎木調査（木の大きさや種類、生えている場所を記録する調査）を行った。
野帳を書く鉛筆をもつために、薄手の手袋しかはめることができない。研究サイトの１つがあるトドマツの人工林は、鬱蒼としていて日が差し込まず、足先まで痺れてくる。思わず大木が倒れている場所を探して移動し、木の芽生えの気分になって日光を浴び、身体を温める。
調査をしていると、立派なコシアブラの木が生えていた。普段は高さ10mくらいの個体ばかり見ているので、20m近い大木は珍しい。毎木調査、地味な作業ではあるけれど、いつも何かを発見できる好きな仕事でもある。
小林
「樹木の根と枝の成長時期は同調しているのか？」という疑問について調べた論文が受理されました。
Makoto, K., Wilson, S.D., Sato, T., Blume-Werry, G., Cornelissen, J.H.C. (accepted) Synchronous and asynchronous root and shoot phenology in temperate woody seedlings. Oikos.
この研究では、温帯に生えている木について、枝が長い期間、成長しつづける木は、根も長い期間、成長し続けることなどがわかりました。
以下、少し詳しく解説します。
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季節の移りかわりにともなう動植物の変化のことを「フェノロジー」と呼びます。
植物で言えば、いつ花が咲き、芽吹き、枝が伸び、紅葉して、葉が落ちるか、などの現象です。
例えば「植物がいつから枝を伸ばし始めるか」は、植物が、いつ・どの場所に葉を配置でき、どれだけ光を獲得できるかに関係します。つまりフェノロジーは、植物の資源獲得戦略ー生き様と深く関わっています。
一方、上述した植物のフェノロジーの例にあるように、過去に盛んに研究されてきたのは、地面より上で起こっていて観察しやすい部分ーつまり地上部のフェノロジーです。森に行ったり、道端で木を眺めれば、「あ、花が咲いたな」と気づくのは簡単です。しかし、「あ、根が動き始めたな」と地下部のフェノロジーを気づくのは容易ではありません。気づくためには、穴を掘るなどしなければなりませんし、掘ってしまうと根を切ってしまうので、自然状態の様子を継続して観察するのが難しくなります。こうした理由から、地下部のフェノロジーは、地上部のそれに比べて驚くほど未解明な点が多いのが現状です。
植物は、二酸化炭素や光など地上部で得られる資源だけではなく、土壌の養水分など地下部の資源も利用しなければ生きていけません。つまり、植物全体としての生存戦略のを理解するには、根のフェノロジーの解明が不可欠です。
地中に埋めた透明なアクリル板越しにみえる根の様子。時々、ミミズも顔を出してカワイイ。
そこで私たちは、まず「樹木という生物に共通して、地上部と地下部の成長フェノロジーの時期に関係はあるのか？」という疑問を検証しました。具体的には、北海道で約35年前に調査された42種の樹木を対象としたデータを解析し、多くの樹種間で共通に見られるパターンを探索しました。
その結果、枝が成長している期間が長い樹種は、根が成長している期間も長いことがわかりました。
一方、根の成長期間を長くするには、成長を始める時期の早さよりも成長終了時期の遅さが重要であるなど、樹種間で獲得できる地下資源量の違いには、秋の根の動きが重要であることが見えて来ました。
その他にも、落葉樹に比べて常緑樹の方が、根の成長開始は早い上に成長終了時期は遅く、結果として長く成長を続けることなどもわかりました（枝はそうではない）。
「え、そんなこともわかってなかったの？」と思いますが、これまでは多くても10種類ほどの限られた特徴の樹木で調べられていたのに対し、私たちは４２種類というかなり様々な特徴を持った樹木を対象に研究をしました。結果として「温帯に生えている色々な樹木」に広く当てはまることができる一般的なパターンを発見したという意味で、新しい知見です。
こうした樹種による資源利用時期の違いに関する研究は、「違う種類の樹木がどのように限られた資源を分けあって共存しているのか」という生物多様性の維持メカニズムの理解につながります。また、いつ枝を伸ばし始めるかなどフェノロジーには温度が関係しており、今後、温暖化が進んだ際にどのように樹木の成長が変化するのかを理解する上でも役立ちます。
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今回、解析に用いたフェノロジーデータは、小林が自分で取得したものではなく、私が生まれた頃、約35年前に、共同研究者である佐藤孝夫さん(当時、北海道立林業試験場)が１〜２週間おきに2年間...という長い間、丁寧に観察して得られたものです。その重厚なデータを偶然見つけた時の感動は今も忘れません。42種という膨大な樹種について調べられたデータは、現在の基準に照らし合わせても世界的にも価値のあるものであると思いました。一方、データを再解析することで、現在でも未だ答えを得られていない根のフェノロジーに関する疑問を検証できるのではないかとも考え、研究をはじめました。
日本では、昔から素晴しい根の研究が行われています。しかし、古い成果の一部は、使用言語が英語ではないという理由で、未だ世界に存在を知られないでおり「もったいない！」と思っていました。今回、そうしたデータを、論分として公開することを通じて、日本の地下部研究の力強さを発信する一助にもなればと思います。
個人的には、少しやってみたかったデータマイニングのようなこともでき、単純な解析をやっただけですが、新しい研究スタイルに挑戦したプロジェクトでもありました。データを取得されてその利用を快諾いただいた佐藤さんはもちろん、議論や論文の執筆までを一緒にやってくれたScott, Geshce, Hansなど頼もしい共同研究者たちに感謝です。
根の研究は始めたばかり。まだまだ、このデータを使って検証したい仮説はあるので、続編を発表していきたいと思います。
小林
