正味一次生産量が土地利用変化下の世界の土壌有機炭素を駆動する不確実性源を統御する

私たちの足元の土が重要な理由

土壌は、世界中の植物と大気を合わせたものよりも多くの炭素を静かに蓄えており、気候変動対策における強力なテコになります。森林伐採、農地拡大、新たな植林といった人為的な土地利用の変化は、土壌に入る炭素と土壌から出る炭素の量を変えます。しかし、これらの変化が土壌を地球規模で純排出源にしているのか、それとも吸収源にしているのかについては科学者の間で意見が分かれています。本研究はその謎に切り込み、年ごとの植物生産量（正味一次生産量）が土壌炭素変化に関する世界的モデル間の最大の不一致要因であることを示します。

土地の姿を変える人間の手

過去100年で、人間は地球の陸地のおよそ3分の1を森林伐採、農業、放牧、都市化、植林などで変えてきました。これらの変化（土地利用・被覆の変化）は、植物成長から土壌へ入る炭素と腐食によって土壌から失われる炭素の均衡を変えます。たとえば森林が農地に転換されると、成長期間の短縮、収穫による生物量の除去、耕作による土壌撹乱などが土壌炭素を減らすことが多いです。一方、中国などで見られる大規模な植林は植物生産を増やし、多くの場合で土壌炭素を増やしてきました。これらの影響は複雑で地域ごとに異なるため、研究者は大規模な計算モデルに頼って純効果を推定します。

埋もれた炭素を追う科学の方法

著者らは、土地、植生、気候の相互作用を時間軸でシミュレートする35の最先端モデルの結果を解析しました。これらのモデルは3つの国際比較グループに分かれており、それぞれ異なる気候データ、土地利用履歴、植生・土壌の表現を用いています。各モデルについて、研究チームは対になったシミュレーションを比較しました：歴史的な土地利用変化を含むものと、土地利用を一定に保ったものです。両者の差が、1901年以降の人間の土地利用決定によって特に引き起こされた土壌有機炭素の変化量を示します。

地球規模の土壌増減に関する割れた判定

モデルは、土地利用変化が地球規模で土壌炭素を増やしたのか減らしたのかで一致しませんでした。あるモデル群は、主に北部地域で土壌が概ね炭素を蓄積したことを示唆しました。残る2つのグループは、特に熱帯や中央アメリカ合衆国、ヨーロッパ、中国、南アメリカやアフリカの一部といった多くの温帯域で土壌炭素の純損失を示しました。地域的には、熱帯がほとんどのモデルで土壌炭素損失のホットスポットとして際立っており、激しい森林伐採、腐食を促進する暖かく湿った条件、そして有機物を保護する鉱物の少ない土壌が影響しています。総和の点では矛盾があったものの、長期間にわたって集中的に耕作や森林破壊が行われた多くの地域で土壌炭素が失われたという点は広く合意されていました。

最大の不確定要素は植物の成長

モデル間の不一致の理由を探るために、研究者らは土壌炭素変化を4つの要素に分ける診断フレームワークを用いました：植物成長の変化（土壌に入る炭素）、土壌内で炭素が留まる期間の変化、これら二つの相互作用、そして入力と損失の間の平衡からのずれです。すべてのモデル群にわたって、土壌炭素の滞留時間が短くなることは一貫して土地利用変化後の土壌を炭素損失方向へ押しました。つまり、転換や管理の変更で分解が速まると、土壌は炭素の供給源になりがちです。本当に不確実だったのは植物成長でした。あるモデル群では土地利用変化が植物生産を減らして大きな土壌炭素損失を引き起こしましたが、別の群では多くの地域で植物成長が十分に増加し、土壌の回転率の増加を補って純増をもたらしました。これは、植生の成長とその土地利用・気候への応答をモデルがどう表現するかが最大の不一致要因であることを示しています。

気候対策への示唆

一般的な視点から見ると、本研究のメッセージは、土地利用の気候影響が二つの重要なレバーに大きく依存するということです：植物がどれだけ成長するか、そして土壌炭素がどれだけ速く分解されるかです。すべてのモデルは、集中的な耕起、繰り返される収穫、適切に管理されない森林伐採などで土壌分解が速まると土壌炭素が損なわれる点で一致しています。しかし、植林や改善された管理、あるいは大気中の二酸化炭素濃度の上昇が植物生長をどれだけ高めてその蓄積を回復できるかについては意見が分かれます。著者らは、植物生産性と土壌炭素回転に関する長期的な観測を改善し、新しいデータと機械学習ツールを組み合わせることがこれらの不確実性を狭めるために不可欠だと主張します。これらの数値を正確にすることが、世界の炭素収支推定を改善し、土壌へより多くの炭素を安全に固定する土地利用や農業戦略の設計に役立ちます。

引用: Gang, C., Wei, N., Feng, C. et al. Net primary productivity orchestrates uncertainty sources driving global soil organic carbon under land use change. Commun Earth Environ 7, 285 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03312-6

キーワード: 土壌炭素, 土地利用の変化, 植物生産性, 炭素循環, 気候緩和