自然ベースの解決策を最大化するための都市樹種構成の最適化

なぜ都市の樹木はこれまで以上に重要なのか

多くの都市が街路を冷やし、大気を浄化し、雨水を吸収する目的で数千本の新しい樹木を植えようと急いでいます。しかし本研究は、単に樹木の数を数えるだけでは不十分だと主張します。樹種ごとに果たす役割は大きく異なり、各地区が直面する暑さ、洪水、汚染の組み合わせもそれぞれ違います。「適切な場所」に「適切な樹」を慎重に組み合わせることで、同じ緑地面積から劇的に多くの利益を引き出せることを著者らは示しています。

都市の問題はどこでも同じではない

本研究の対象であるフィラデルフィアは、都市条件の不均一さを示す好例です。衛星データ、住民からの洪水報告、大気汚染記録、土地利用図を用いて研究チームは都市を小さなグリッドセルに分割し、それぞれを降雨流出、暑さ、大気質、温暖化につながる炭素の観点から必要度を評価しました。舗装や古い排水設備に覆われた中心部や南部の密集地区は、洪水と極端な暑さの両方のホットスポットとして際立っていました。交通量の多い道路の近くは空気浄化の需要が高く、対照的に大きな公園や河川近くの地域は一般に需要が低めでした。このようなニーズの綾は、画一的な樹木戦略では機会を見逃してしまうことを意味します。

すべての樹が同じ働きをするわけではない

異なる樹が何を提供できるかを理解するため、研究者らはフィラデルフィアの都市林の詳細な目録と、広く使われているモデリングツールi-Tree Ecoを用いました。市内に既に生育している上位30種を調べ、樹冠面積単位あたりで微粒子捕集、炭素貯留、降雨捕捉（浸透・遮断）、建物の冷却・遮蔭によるエネルギー削減という4つのサービスに対して各種がどれだけ貢献できるかを推定しました。その違いは顕著でした。ある樹種は雨水吸収に優れている一方で建物冷却では平均的だったり、別の種は多くの炭素を貯留するが空気浄化ではさほどでもなかったりしました。ロンドンプラーンやコーリーペアのようにフィラデルフィアで非常に一般的な種の中には、現在は希少な他の種よりも4つのサービスすべてで性能が劣るものもありました。

最適な樹種ミックスの設計

単一の「スーパー樹」を探すのではなく、チームは樹種選定をバランスを取る行為と見なしました。彼らは多目的最適化アルゴリズム、すなわち多数の組み合わせを探索する一種の遺伝的探索を適用し、各グリッドセルごとに9種の上位樹種の最適な組み合わせを見つけました。アルゴリズムは4つの利益すべてを同時に最大化しつつ、トレードオフを考慮しました：例えば降雨処理に優れた種を重視すると冷却や炭素の利得が若干減る可能性があります。多くの準最適解の中から著者らはすべての分類で強い結果を示す妥協案を選びました。この解は都市全体で銀カエデ、アカカエデ、サイプレス（アメリカセンダンの一種に相当するsweetgum）、シュガーメープル、チューリップツリーなど少数の種が支配的となるミックスを推奨し、それらが理想的な植栽候補の約85％を占めました。重要なのは、優先される種は場所ごとに変わり、密集して洪水の影響を受けやすい中心部には適した種が、炭素貯留を最大化できる緑の外縁部には別の種が向くという点です。

より賢い植栽でどれだけ多くの効果が得られるか？

この戦略が本当に効果的かを試すため、研究者らはフィラデルフィアが同じだけ樹冠を拡大すると仮定して、2つのアプローチでシミュレーションを行いました。1つはグリッドごとに最適化された種の組み合わせを用いる方法、もう1つは新たな樹が一般的な種のランダムな組み合わせである方法です。樹冠被覆が増すにつれて、両方のシナリオで生態系サービスは向上しました。しかし最適化された構成は同じ面積でより多くを達成しました。控えめに樹冠が15％増えた場合、スマートなミックスはランダムミックスより大気中の微粒子を約28％多く除去し、貯蔵炭素はほぼ38％多くなりました。降雨流出の削減はおよそ20％多く、最も劇的だったのは建物のエネルギー節減で約77％増加し、都市の暑さ緩和能力の強さを示しました。サービスによって差はあるものの、より良い計画は追加の樹木を一本も植えずにおおむね20〜80％の利益向上をもたらしました。

より緑で公平な都市に向けての意味

研究は、都市の樹木キャンペーンは「植えた樹の数」や「樹冠被覆率」といった単純な目標を超えるべきだと結論づけています。環境問題が最も深刻な場所を地図化し、局所的なニーズに合った強みを持つ樹種を選ぶことで、限られた植栽スペースからはるかに多くの冷却、空気浄化、洪水防止、炭素貯留を実現できます。著者らはまた2つの幅広い経験則を提案しています：長期的な気候効果を高めるために比較的安全でストレスの少ない地域には高炭素貯留種を用い、冷却、汚染濾過、あるいは水処理に特に優れた種はそのリスクに直面している近隣に集中させる、というものです。要するに、どれだけ植えるかと同じくらい、どのように、どこに植えるかが重要なのです。

引用: Dong, X., Ye, Y., Su, D. et al. Optimizing urban tree species composition to maximize nature-based solutions. npj Urban Sustain 6, 47 (2026). https://doi.org/10.1038/s42949-026-00361-w

キーワード: 都市の樹木, 自然ベースの解決策, 生態系サービス, 都市の暑さと洪水, 樹種計画