大気中CO2の増加は北方林の窒素利用可能量を減少させる

なぜ森林の栄養が私たち全員に重要なのか

森林はしばしば地球温暖化の原因である二酸化炭素を大気から取り除く存在として称賛されます。しかし、樹木が成長するには炭素だけでは不十分です。畑の作物と同様に、土壌中の栄養素、特に窒素に依存しています。本研究は一見単純だが影響の大きい疑問を投げかけます。大気中の二酸化炭素が上昇し続ける中で、世界の北方林（ボレアル林）は窒素不足に陥りつつあり、その不足がやがて気候変動の抑制力を弱めてしまうのか？

年輪に刻まれた歴史をたどる

この問いに答えるため、研究者たちは珍しいアーカイブに目を向けました：スウェーデン国立森林調査が数十年にわたり収集した何千本もの樹木コアです。各コアは幹から採取した細い円柱で、年ごとの成長を記録する年輪を保存しています。研究チームは、1950年代から2010年代にかけてスウェーデン全域の森林から採取された、代表的な北方種であるアカマツ（Scots pine）とトウヒ（Norway spruce）の1,600本以上のコアを解析しました。成長量の測定だけでなく、木材中の化学的指紋である窒素の2つの同位体比、δ15Nに着目しました。この比率は、生態系で利用可能な窒素の量が増減すると一貫して変化するため、科学者たちはほぼ70年にわたる森林の窒素状況の歴史を再構築することができました。

全国的に見られる窒素減少のシグナル

スウェーデンは、作用する要因を見分けるのに特に適した地域です。南北に渡る国土は、大気からの窒素汚染が人為的活動（化石燃料の燃焼や肥料使用など）によって四倍の勾配を描いています。一方で、大気中の二酸化炭素濃度はこの地域でほぼ均一です。もし森林の窒素減少が主に窒素大気沈着の変化によるものであれば、δ15Nの傾向は汚染の強い地域と弱い地域で大きく異なるはずです。ところが研究者たちは、δ15Nがスウェーデンの4つの地域すべてで時間とともに低下していることを見出しました。窒素沈着が常に非常に低く比較的安定してきた極北の地域でも同様の低下が観察されたのです。この広範な下降傾向は、局所的な汚染変化だけでなく、どこでも同時に作用する駆動要因、つまり上昇する二酸化炭素を示唆します。

競合する説明の検証

原因をより厳密に探るために、研究チームは樹木年輪のδ15Nをいくつかの環境要因――大気中二酸化炭素、複数の窒素沈着指標、気温、森林構造――と関連づける統計モデルを用いました。多くのモデル変種にわたって、二酸化炭素が一貫してδ15Nの最も強い予測因子として現れ、明確な負の関係を示しました：二酸化炭素が増えると木材中のδ15Nが低下するのです。窒素沈着や気温も検出可能な役割を果たしましたが、その影響ははるかに弱いものでした。特に、大気中の窒素形態（アンモニウムと硝酸塩の比率）の変化に基づく説明はデータに支持されませんでした。これらの結果は、上昇する二酸化炭素が北方林の窒素サイクルを直接的に締め付けているという見方を強め、単に大気の浄化に伴う効果を隠しているだけではないことを示しています。

なぜ炭素が増えると窒素が減るのか

研究はまた、森林の成長変化が窒素状態とどう関係するかも検討しました。国のインベントリーデータは、スウェーデンのマツやトウヒ林が1950年代以降、年ごとにより多くの木材を蓄積するなど成長が加速していることを示しています。著者らがこれらの成長傾向をδ15Nと比較したところ、成長の増加が最も強い区画ほどδ15Nの低下が大きい傾向があり、「進行性窒素制約（progressive nitrogen limitation）」の考えと一致しました。日常的に言えば、追加の二酸化炭素は光合成に対する一時的な肥料のように働き、樹木の成長と窒素需要を高めます。時間が経つと、この増大した需要は土壌中で自然に利用可能になる窒素を上回ることがあります。樹木は、糖を根の共生相手である菌根菌により多く投資することで、有機窒素を深部やより難採取なプールから掘り出す手助けをさせる可能性があります。この戦略はしばらくの間は成長を維持しますが、同時にバイオマスや菌類組織により多くの窒素を固定してしまい、土壌や水系に残る窒素量を減少させます。

気候の将来にとっての意味

北方林は世界の陸域炭素のかなりの割合を担っているため、二酸化炭素増加に対する彼らの長期的な応答は、どれだけの排出量が大気中に残るかを左右します。本研究は、二酸化炭素が上昇するにつれて、工業汚染から遠く離れた場所でも北方林の窒素が静かに不足しつつあることを示しています。著者らは、樹木年輪のδ15N低下で示される窒素利用可能量の減少が、北方林が吸収できる追加炭素量をますます制限すると結論づけています。一般の人にとってのメッセージは明快です：北方の森林にいつまでも我々の排出を吸収してもらえるとは限らないということです。高い二酸化炭素下での成長ラッシュは隠れた栄養コストを伴い、森林だけに頼るのではなく、発源で温室効果ガス排出を削減することが一層急務であることを強調します。

引用: Bassett, K.R., Hupperts, S.F., Jämtgård, S. et al. Rising atmospheric CO₂ reduces nitrogen availability in boreal forests. Nature 650, 629–635 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-10039-5

キーワード: 北方林, 二酸化炭素, 窒素制約, 樹木年輪, 地球規模の炭素サイクル