都市アグロフォレストリーの構成が生態系の多機能性とサービス間の相互作用に与える影響

なぜ都市の農場と森を併せ持つことが重要なのか

都市が拡大するにつれて、農地と森林がスペースを奪い合うと考えがちです。しかし多くの都市周辺地域では、作物畑に防風林や小さな林地、公園が入り混じるモザイク状の景観が見られます。本研究は、中国北東部の主要な穀倉地帯である長春周辺で、畑と樹木の異なる組み合わせが人々の生活に依存する複数の便益—食料、きれいな水、健全な土壌、炭素貯留—にどう影響するか、どの土地利用の組み合わせがこれらのニーズを最もバランスよく満たすかを検証します。

成長する都市の周縁で畑と樹木を混ぜる

研究者たちは、世界有数の黒土耕作地域であり重要なトウモロコシ地帯でもある長春に着目しました。2000年から2020年までの20年間の衛星画像と環境データを用い、土地利用を1キロメートル四方の格子に分け、各格子を含まれる農地と森林の割合に応じて分類しました。分類はほぼ全域が耕作地から、樹木と作物の比率が異なる複数の混合アグロフォレストリー型を経て、ほぼ全域が森林に至るまでの範囲に及びます。こうしたグリッドベースの手法により、都市の拡張や国の休耕地林地化政策に伴う景観の変化を可視化できました。

収穫だけでなく多面的に測る

これらの土地の組み合わせがどのように機能するかを理解するために、研究チームは各格子で4つの主要機能を推定しました：穀物生産、水の保全、土壌維持（侵食防止）、および炭素隔離。穀物収量は衛星によるトウモロコシの生育指標を圃場データで補正して推定しました。水の保全は、降水がどれだけ流出せずに保持されるかを示します。土壌維持は植生と地形によって防がれる侵食量を推定します。炭素隔離は植物が年間に固定する炭素量を示します。これらの各機能は0–1の同一スケールに正規化され、合算して「多機能性」の単純な指標を作成し、土地のパッチが四つの便益をどれだけ総合的に提供しているかを示しました。

多様な便益の最適点を探す

結果は、ほぼ全てを作物に割いた土地は収量は高い一方で生態系の調節機能が脆弱であり、全体としての多機能性は最も低いことを示しました。驚くべきことに、森林優勢の地域が最も高得点というわけでもありませんでした。樹木は水の保全、土壌維持、炭素貯留を大幅に向上させますが、その分作付け面積が減り穀物生産が落ちます。最も高い総合性能を示したのは、農地が依然優勢であるものの森林が約2割から4割を占める混合アグロフォレストリー地帯でした。これらの景観では、防風林や林斑が風や流水による侵食を抑え、土壌を改善し、より多くの炭素を貯留しつつ、穀物生産を大きく損なうことはありませんでした。

サービス同士の助け合いと妨げ合い

研究はまた、四つの便益がどのように連動するかも検討しました。作物優勢の地域では、穀物生産は水の保全と歩調を合わせて増える傾向がありました。これは健全な作物被覆と良好な土壌が収量と水利用の両方を改善するためと考えられます。より混合的で森林が豊かな地域では、水の保全と土壌維持の結びつきが最も強く、密な植生と樹木根系が流水を遅らせ地盤を安定させることで両者が高まります。しかし森林被覆がさらに増すと、穀物生産と土壌維持の関係は緩やかな相乗から明確なトレードオフへと変化しました。密林下で土壌保全が最も進む場所では、単純に穀物を栽培するための土地が少なくなるからです。

より緑豊かな都市と農地への指針

侵食や洪水、気候変動に対処しつつ都市圏の食料を確保しようとする地域にとって、本研究は実用的な示唆を与えます。すべてを畑にすることも、すべてを森林にすることも最良の便益ミックスをもたらさないことが示唆されます。むしろ、主に農地で構成される景観に帯状林や斑状林を慎重に織り込んで中程度の森林比率を目指すことで、純粋な耕地に比べて全体的な性能を約1割から2割程度向上させることができます。森林優勢地域では、日陰に強い作物や林産物を導入することで、環境利益を損なわずに一部の食料生産を回復させることができます。簡潔に言えば、都市周辺における農地と森林のバランスの取れたパッチワークが、土壌と水の保護、炭素貯留、そして穀物供給の確保を同時に実現する鍵であると本研究は結論づけています。

引用: Zhai, C., Geng, R., Liu, G. et al. Urban agroforestry compositions influence ecosystem multifunctionality and service interactions. Sci Rep 16, 9897 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37986-x

キーワード: 都市アグロフォレストリー, 生態系サービス, 景観計画, 多機能的景観, 土壌・水の保全