間伐は亜熱帯針葉樹人工林における光合成の最適環境を変えた

気候変化下でなぜ間伐が重要か

地球が温暖化するにつれて、森林には二重の役割が求められます：木材や生息地を提供する一方で、大気中の二酸化炭素を大量に吸収することです。こうした森林の多くは、とくに中国の急速に緑化が進む地域で、きっちりと列植された人工林です。本研究は一見単純だが重要な疑問を投げかけます。過密な人工林を間伐して（残す木に空間を与えるために一部の木を除去する）と、森林が最も多くの炭素を取り込む“適正”の光・温度・水分の条件はどう変わるのか、という問いです。

混みあったマツ林からゆとりある林へ

研究者たちは長年注意深く観測されてきた中国南部の大規模な亜熱帯針葉樹人工林で作業を行いました。当該地はかつて侵食が進んでいましたが、1980年代に生長の早いマツ類やヒノキ科の樹種で再植林されました。2000年代後半には、樹木は密で均質になり、ヘクタール当たり1,300本を超える典型的な過密人工林となっていました。2012年冬、管理者らは観測用フラックスタワー周辺で林分の断面積の約4分の1（およそ3～4本に1本を除去）を間伐しました。この地域で一般的な中程度の間伐は、林冠を開き、光の透過を増やし、残された樹木間の水や養分の競合を軽減しました。

森林の呼吸を聴く

森林の炭素吸収がどう応答するかを調べるために、チームはエディー・コバリアンス法という技術に依拠しました。これは森林と大気の間での二酸化炭素交換を連続的に測る手法です。間伐前4年間と間伐後2年間、計6年にわたり、植林地が大気から取り込んだ炭素量（総一次生産、GPP）を、太陽からの正味放射、気温、空気の乾燥度（蒸気圧不足）、表層土壌の水分といった主要な環境条件と併せて記録しました。各因子をいくつかの範囲に分類することで、光や温度、水分が少なすぎても多すぎてもGPPがどう上がり、ピークに達し、その後低下するかを可視化できました。

森林の「ゴルディロックス」ゾーンの発見

解析は、光・温度・空気の乾燥度について、古典的な「少なすぎる／ちょうど良い／多すぎる」のパターンを示すことを明らかにしました。間伐前は、ある水準の光、暑すぎない暖かさの気温、ほどほどに乾いた空気で最良の性能を示しました。間伐後、これらの最適点は上方にシフトしました：林分はより強い日射、やや高い気温、より乾いた空気に耐えて光合成が低下し始める前の閾値が高くなったのです。同時に、各最適点における最大炭素吸収量も増加しました。たとえば、日射が最適レベルにあるとき、間伐後の林分のピークGPPは間伐前より約13％高くなりました。著者らはこれらの増加を、林冠内の光分配の改善、空気の流れの向上、および土壌水分をめぐる競合の軽減に結びつけており、これらが合わせて樹木や下層植生がより厳しい条件下でも葉の働きを効率的に保てるようにしたと説明しています。

自然のつまみが同時に動くとき

現実には光・温度・空気の乾燥度は一つずつ独立に変化するわけではありません。暑く晴れた日には乾燥もしやすいものです。そこで研究者たちは単一因子のテストを超え、観測されたGPPが最大になる現実的な条件の組み合わせを探しました。間伐前、森林の最良条件の組み合わせは、高いが極端ではない日射、約23°Cの穏やかな気温、ほどほどに乾いた空気、そして比較的湿った土壌を含んでいました。この状況下で森林は平方メートル当たり毎秒約0.98ミリグラムのCO₂の最大吸収を示しました。間伐後は“最良の混合”が変わり、ほぼ同じ光レベルでより暖かい27°C、より乾いた空気、わずかに湿った土壌に最適点が移り、ピークGPPは平方メートル当たり毎秒約1.11ミリグラムに上昇しました。重要なのは、これらの実際の最適条件は各因子の理論的な最良値を単に組み合わせたものではなく、四つの因子間のトレードオフと相互作用を反映している点です。

伐採を行う森林管理への含意

一般読者にとっての主要なメッセージは、間伐は単に空間を空けただけでなく、この人工林が炭素スポンジとして最も効率的に働く環境の“快適域”そのものを変えたということです。間伐後、森林はより明るく、暖かく、乾いた条件下で繁栄し、その余剰エネルギーをストレスではなくより多くの炭素吸収に変換できるようになりました。気候変動が多くの地域をより暑く変動の大きい気候へと押しやっているため、管理によってこうした最適域を理解し調整することの価値は高まります。本研究は、過密な亜熱帯人工林における適切な間伐が、木材生産を維持しつつ、温暖化する世界で森林が効果的かつ回復力のある炭素吸収源であり続けるのに貢献しうることを示唆しています。

引用: Li, S., Xu, M., Yang, F. et al. Thinning altered the optimum photosynthetic environment in a subtropical coniferous plantation. Sci Rep 16, 4867 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35052-0

キーワード: 林分間伐, 炭素吸収, 亜熱帯人工林, 光合成, 気候適応