天然林の転換後に見られる土壌呼吸の構成要素別変化とその温度感受性

森林下の変化が重要な理由

森林が伐採されたり再植林されたりすると、もっとも目立つ変化は木々がなくなることです。あまり目に見えないのは、根や微生物が絶えず二酸化炭素を放出している暗い土壌の変化です。この隠れた活動、土壌呼吸は地球の炭素循環の大きな部分を占めます。天然林が農地や草地、あるいは林分に転換されたときに土壌呼吸がどう反応するかを理解することは、土地利用の選択が数十年にわたって気候にどう影響するかを評価するうえで重要です。

土壌の呼吸と炭素の由来

土壌が二酸化炭素を放出する経路は主に二つあります。植物の根はエネルギーと酸素を使いながら炭素を放出し、無数の微生物は落ち葉や有機物を分解することで二酸化炭素を生み出します。本研究は世界164地点での452組の比較測定を収集し、常に天然林と気候が類似する近傍の転換地を比較しました。これにより、土壌呼吸のうち根由来の部分と微生物由来の部分を分離して、天然林が置き換わったときにそれぞれがどう反応するかを明らかにしました。

森林が耕地や草地になると何が起きるか

全サイトを通じて、天然林の転換後に総合的な土壌呼吸は約7％低下しました。この減少の大部分は根の活動に由来し、根由来呼吸は四分の一以上減少しました。これは木が除去されることで生きた根が失われたことを反映しています。一方で微生物由来の呼吸は世界的に一貫した変化を示さず、ただし一部の農地では大きく減少していました。転換先の土地利用の種類が大きく影響しました。森林を農地や草地に転換した場合に土壌呼吸の減少が最も顕著であり、二次林や樹園地への転換では総合的な土壌呼吸は元の森林により近いまま残る傾向がありました。

温暖化が時間とともに土壌呼吸をどう変えるか

土壌呼吸は温度が上がると速くなり、研究者は通常、摂氏10度の上昇あたりどれだけ呼吸が増えるかを示す数値でこれを表現します。本研究では、すべての転換タイプを合算した場合、全般的な温度感受性に大きな変化は見られませんでした。しかし、農地や草地への転換は明らかに際立っており、特に微生物活動に関して温度感受性が高まっていました。これらのシステムでは植物からの土壌への炭素供給が減り、残った有機物が分解しにくくなるため、微生物は温暖化に対してより強く反応します。同時に、森林の伐採は通常土壌を温め、根活動の低下による炭素損失を部分的に相殺します。

短期的なショックと長期的な回復

森林転換後の変化は恒久的ではありませんでした。転換直後には土壌呼吸は約1割ほど減少し、その温度感受性は上昇して土壌の呼吸が温暖化により敏感になりました。これらの変化はおおむね30年程度続きました。その後、土壌呼吸はゆっくり回復し、約50年で近傍の森林と統計的に類似するレベルに戻り、温度感受性は約40年後に元の水準へと回復しました。回復は主に植生の再生による根の復帰に牽引されており、一方で微生物由来呼吸は土壌炭素の喪失と土壌の温暖化という相反する影響に引き寄せられるように見えました。

反応を形作る土壌特性

著者らは統計モデルを用いて、観察された多様な反応を最もよく説明する環境要因を検証しました。総合的な土壌呼吸の変化を最も強く駆動したのは土壌有機炭素の喪失と土壌温度の上昇でした。ところが温度感受性は土壌の初期特性により左右されました。粘土含有量が少なくpHが高い土壌では温度感受性の増加が大きく、これは有機物が物理的に保護されにくく、微生物群集が細菌優勢であるために温暖化に強く反応しやすいことが理由と考えられます。

気候の議論にとっての意義

本研究は、天然林を他の土地利用へ転換することが土壌の炭素の貯蔵と放出に対して複雑だが予測可能な影響を与えることを示しています。転換後の最初の数十年では、土壌は概して全体として呼吸量が減少する一方で、特に農地や草地で温度に対してより敏感になります。時間とともに、植生の回復に伴い土壌呼吸とその温暖化への感受性は森林に近いレベルへ戻る傾向があります。これらのパターンは土地利用の種類や局所の土壌条件に依存するため、著者らは気候モデルが土壌呼吸とその温度反応を固定値として扱うのではなく、構成要素別かつ柔軟に扱うべきだと主張しています。その方が、今日の土地利用の選択が将来の炭素と気候に与える影響をより明確に描けるでしょう。

引用: Fan, R., Li, X., Fang, C. et al. Component-specific shifts in soil respiration and its temperature sensitivity following natural forest conversion. Commun Earth Environ 7, 459 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03449-4

キーワード: 土壌呼吸, 森林転換, 土地利用の変化, 土壌炭素, 温度感受性