温帯混交林におけるポリスチレン微小プラスチック添加が根圏土壌特性と細根形質に示す菌根特異的応答

森林における微小プラスチックが重要な理由

海洋中のマイクロプラスチックはよく知られていますが、こうした微小なプラスチック片が森林に蓄積した場合に何が起きるかには、あまり注目が集まっていません。とはいえ、森林は大気中の粒子に対する主要なフィルターであり、マイクロプラスチックは徐々に土壌に蓄積していきます。そこは樹木の根とそれに寄生する菌類が水や栄養を探す場所でもあります。本研究は、一見単純だが示唆に富む問いを投げかけます：マイクロプラスチックは樹木の地下生態をどのように変え、温暖化と汚染が進む世界で森林の機能をどう変えうるのか？

樹下にいる二種類の菌類パートナー

樹木の根は単独ではほとんど活動しません。多くは菌根菌と共生し、土壌から得た栄養を樹木に渡す代わりに樹木から糖を受け取ります。本研究ではこの共生様式のうち主に二つに注目しました。被膜を形成して根の周りに濃密な菌糸網を張る外生菌根（ECM）は、マツ類や一部の広葉樹で一般的です。一方、根細胞の内部に入り込む前嚢菌（AM）は世界的に広く見られ、多くの広葉樹や作物と共生します。これらの菌類は窒素やリンの獲得で異なる戦略を使うため、マイクロプラスチックが土壌に入った際にも異なる反応を示すだろうと研究チームは考えました。

混交山地林での実験

中国の長白山（チャンバイ山）にある成熟したクロマツ林で、研究者たちは樹根系の一部をポリスチレン微小粒子を混ぜた土壌に慎重に晒しました。その濃度は既に一部で測定されている汚染土壌と同程度です。研究対象は菌根が優占する4種の樹木（ECM優占2種、AM優占2種）。約5か月にわたり、根に付着する土壌（根圏）の変化を追跡するとともに、根の化学組成（炭素、窒素、リン）、細根の長さや太さ、分枝パターン、組織密度、顕微解剖学的特徴など一連の形質を測定しました。さらに、菌糸（菌糸体）密度、根の被殖率、土壌中で有機物分解に関与する酵素活性も定量化しました。

二つの菌類グループで逆向きの土壌変化

マイクロプラスチックの添加は、ECMとAMの根圏をほぼ逆の方向へ押しやりました。ECM根の周りでは、植物が利用できる形の窒素が増え、窒素処理に関連する酵素活性が高まった一方で、リンとそれに関連する酵素活性は低下しました。土壌はより湿潤でやや酸性になりました。対照的にAM根の周囲では、利用可能な窒素、特に硝酸態窒素が減少し、利用可能なリンとリンを放出する主要な酵素が増加し、土壌はより乾燥し、酸性は弱まりました。これらの対照的な反応は、同じ汚染圧が菌類の優占によって栄養循環をまったく異なる方向に書き換え得ることを示唆します。

根は環境に合わせて自らを再形成する

樹根もまたマイクロプラスチックに応じて形態や化学を作り変え、ここでも明確な違いが見られました。両方の共生様式で、根は窒素やリンに対して相対的に炭素が増え、周囲の土壌に一部改善が見られても栄養状態は悪化していることを示しました。ECM樹種はより短く太い細根を作り、分枝が減り組織密度が低下する一方で、菌糸網は密になり被殖率が高まりました。これは、より細い根を増やす代わりに菌類へ炭素を投資し、攪乱された土壌で菌糸の探索能力に依存する戦略を示します。対照的にAM樹種は、より長く細い根を多数の先端と薄い外層で形成し、菌の被殖は減少しました。根の表面層を厚くし内側の輸送組織を拡大することで、プラスチック粒子による物理的損傷に対する防御や、自身の根で水や栄養を効率的に移動させる適応を取ったと考えられます。

将来の森林にとっての意味

総じて、この結果はマイクロプラスチック汚染が森林土壌にただ無害に沈殿するだけではないことを示しています：土壌の水分や酸性度、窒素・リンの移動が変わり、異なる菌類パートナーを持つ樹木が別々の生存戦術に向かっていくのです。ECM優占の樹木は菌類との結びつきを強め、AM優占の樹木はより探索的な細根に頼るようになります。一般向けの要点は、微小なプラスチック片が気づかれないうちに森林での優勢種や栄養循環の速さ、樹木が地下に送る炭素量を変えうるということです。マイクロプラスチックの堆積が今後も増え続ければ、こうした根—菌の協働における見えない変化が、徐々に森林の組成や炭素貯留能力、生物多様性の支え方を変えていく可能性があります。

引用: Zhou, Y., Brunner, I., Liu, Z. et al. Mycorrhizal-specific responses of rhizosphere soil properties and fine-root traits to polystyrene microplastic addition in a temperate mixed forest. Commun Earth Environ 7, 203 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03237-0

キーワード: 森林のマイクロプラスチック, 樹木の根菌, 土壌栄養, 温帯林, 根圏