第 3 回 [ミネラルウォーターに 関 する 税 ] 検 討 会 2005.11.15 森 林 の 水 源 涵 養 機 能 森 林 と 地 下 水 の 関 係 を 中 心 に 東 京 農 業 大 学 太 田 猛 彦 1
森 林 管 理 の 歴 史 1897 森 林 法 治 山 治 水 ( 保 安 林 制 度 ) 森 林 監 督 1964 林 業 基 本 法 林 業 林 産 業 の 発 展 2001 森 林 林 業 基 本 法 森 林 の 多 面 的 機 能 の 持 続 的 発 揮 2
地 球 環 境 人 間 生 活 にかかわる 農 業 及 び 森 林 の 多 面 的 な 機 能 の 評 価 について 2000.12.14: 農 林 水 産 大 臣 から 日 本 学 術 会 議 会 長 へ 諮 問 : 農 業 森 林 の 多 面 的 機 能 に 関 する 特 別 委 員 会 設 置 : 二 つのワーキング グループ 委 員 会 設 置 2001.11.1: 日 本 学 術 会 議 会 長 から 農 林 水 産 大 臣 へ 答 申 第 1 章 総 論 第 2 章 農 業 の 多 面 的 機 能 第 3 章 森 林 の 多 面 的 機 能 付 論 水 産 業 海 洋 の 多 面 的 機 能 3
森 林 の 多 面 的 機 能 ( 日 本 学 術 会 議 の 答 申 )について 森 林 の 原 理 に 基 づく 多 面 的 機 能 の 理 解 ( 森 林 と 人 間 の 関 係 についての 原 理 ) 環 境 原 理 文 化 原 理 物 質 利 用 原 理 多 面 的 機 能 の 種 類 :8 種 類 に 分 類 ( 環 境 原 理 に 基 づく 環 境 保 全 機 能 が 基 本 ) 環 境 保 全 機 能 は 各 種 の 循 環 に 関 わる 物 理 的 機 能 森 林 の 多 面 的 機 能 には 限 界 がある 木 平 勇 吉 編 著 森 林 の 機 能 と 評 価 参 照 太 田 猛 彦 編 著 宮 川 環 境 読 本 参 照 4
環 境 原 理 森 林 の 原 理 森 林 は 地 形 地 質 気 候 とともに 陸 域 の 自 然 環 境 を 構 成 する 要 素 の 一 つであり しかも 生 命 活 動 を 行 っている 要 素 である さらに 人 類 が 生 存 している 地 球 上 の 現 環 境 は 森 林 が 地 球 上 に 初 めて 出 現 した 約 4 億 年 前 から 陸 域 に 森 林 が 存 在 することを 前 提 と して 少 しずつ 形 成 されたものである 森 林 の 中 から 生 まれ 出 た 人 類 にとって とくに かっての 森 の 民 日 本 人 にとって それは 生 存 そのものを 保 障 する 基 盤 の 一 部 でもある したがって 生 活 のほとんどの 場 面 で 森 林 が 有 益 なのは 当 然 である 文 化 原 理 日 本 人 の 文 化 や 民 俗 性 も 長 い 間 の 森 林 との 関 わりで 形 成 された すなわち 森 林 は 日 本 人 の こころ にも 影 響 を 及 ぼしている 利 用 原 理 木 材 の 生 産 は 光 合 成 生 産 物 の 最 も 効 率 的 な( 直 接 的 ) 利 用 法 であ る しかし 物 質 を 森 林 の 外 に 取 り 出 す 利 用 は 森 林 環 境 原 理 とトレー ド オフの 関 係 にある 5
自 然 環 境 の 構 成 要 素 水 地 形 気 候 自 然 環 境 地 質 大 気 土 壌 太 陽 エネル ギー 植 生 / 森 林 人 類 6
環 境 の 構 成 要 素 水 気 候 大 気 太 陽 エネル ギー 地 形 環 境 植 生 / 森 林 地 質 人 類 土 壌 循 環 7
植 物 の 進 化 の 歴 史 (1) 海 中 での 進 化 : 大 気 組 成 の 変 化 (オゾン 層 の 生 成 紫 外 線 防 止 ) 上 陸 への 準 備 (2) シダ 植 物 の 上 陸 : 維 管 束 系 の 発 達 ( 森 林 ) 炭 素 の 固 定 と 貯 蔵 (3) 種 子 植 物 : 乾 燥 地 への 適 応 ( 内 陸 へ) 気 候 の 安 定 (4) 被 子 植 物 : 動 物 との 共 存 ( 共 進 化 ) 生 物 多 様 性 の 獲 得 (5) 草 本 植 物 : 寒 冷 化 と 乾 燥 への 適 応 8
地 質 時 代 の 森 林 の 機 能 (1) 二 酸 化 炭 素 の 吸 収 / 炭 素 の 固 定 ( 盛 んな 光 合 成 ) (2) 化 石 燃 料 の 生 成 ( 遅 い 分 解 速 度 分 解 しない? ) (3) 気 候 の 安 定 ( 蒸 発 散 作 用 ) (4) 生 物 多 様 性 の 獲 得 ( 動 物 との 共 進 化 ) (5) 豊 かな 土 壌 の 生 成 ( 物 質 循 環 ) 森 林 は 約 4 億 年 をかけて 現 在 の 地 球 環 境 を 創 造 した 9
文 化 機 能 10
環 境 原 理 森 林 の 原 理 森 林 は 地 形 地 質 気 候 とともに 陸 域 の 自 然 環 境 を 構 成 する 要 素 の 一 つであり しかも 生 命 活 動 を 行 っている 要 素 である さらに 人 類 が 生 存 している 地 球 上 の 現 環 境 は 森 林 が 地 球 上 に 初 めて 出 現 した 約 4 億 年 前 から 陸 域 に 森 林 が 存 在 することを 前 提 と して 少 しずつ 形 成 されたものである 森 林 の 中 から 生 まれ 出 た 人 類 にとって とくに かっての 森 の 民 日 本 人 にとって それは 生 存 そのものを 保 障 する 基 盤 の 一 部 でもある したがって 生 活 のほとんどの 場 面 で 森 林 が 有 益 なのは 当 然 である 文 化 原 理 日 本 人 の 文 化 や 民 俗 性 も 長 い 間 の 森 林 との 関 わりで 形 成 された すなわち 森 林 は 日 本 人 の こころ にも 影 響 を 及 ぼしている 利 用 原 理 木 材 の 生 産 は 光 合 成 生 産 物 の 最 も 効 率 的 な( 直 接 的 ) 利 用 法 であ る しかし 物 質 を 森 林 の 外 に 取 り 出 す 利 用 は 森 林 環 境 原 理 とトレー ド オフの 関 係 にある 11
森 林 の 多 面 的 機 能 生 物 多 様 性 保 全 機 能 : 生 物 進 化 の 現 状 を 支 える 根 源 的 機 能 地 球 環 境 保 全 機 能 : 土 砂 災 害 防 止 機 能 / 土 壌 保 全 機 能 : 水 源 涵 養 機 能 : 自 然 環 境 の 構 成 要 素 としての 本 質 的 物 理 的 機 能 快 適 環 境 形 成 機 能 : 生 活 の 向 上 等 に 貢 献 する 物 理 的 機 能 保 健 レクリエーション 機 能 : 精 神 的 肉 体 的 向 上 に 貢 献 する 機 能 文 化 機 能 : 日 本 人 の 文 化 民 族 性 を 形 成 した 根 源 的 機 能 物 質 生 産 機 能 : 利 用 原 理 に 基 づく 経 済 的 実 利 的 機 能 かつての 予 定 調 和 論 は 廃 された! 12
森 林 の 多 面 的 機 能 生 物 多 様 性 保 全 地 球 環 境 保 全 土 砂 災 害 防 止 / 土 壌 保 全 水 源 涵 養 快 適 環 境 形 成 環 境 原 理 保 健 /レクリエーション 文 化 文 化 原 理 物 質 ( 木 材 ) 生 産 ( 物 質 ) 利 用 原 理 13
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多 様 性 森 林 の 多 面 的 機 能 の 特 徴 きわめて 多 様 な 機 能 を 持 つ 総 合 性 一 つ 一 つの 機 能 はそれほど 強 力 ではない( 機 能 の 限 界 性 )が 多 くの 機 能 を 重 複 して 発 揮 することができ 総 合 的 に 強 力 である ( 森 林 の 部 位 によって 機 能 が 異 なる 場 合 もある) 階 層 性 多 様 な 機 能 には 管 理 上 重 視 すべき 順 番 がある 定 量 的 評 価 が 困 難 根 源 的 な 機 能 がある 森 林 のタイプや 来 歴 立 地 条 件 等 によって 発 揮 される 機 能 が 異 なる 他 の 環 境 の 要 素 と 複 合 して 発 揮 される 機 能 がある 15
水 循 環 過 程 において 森 林 が 水 源 涵 養 機 能 を 発 揮 するメカニズム 16
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森 林 の 水 源 涵 養 機 能 洪 水 緩 和 機 能 : 洪 水 流 出 ハイドログラフのピー ク 流 量 を 減 少 させる 水 資 源 貯 留 / 水 量 調 節 : 洪 水 流 出 を 遅 延 させる ことにより 無 効 流 量 を 減 少 させ 使 える 水 量 を 増 や す ( 渇 水 緩 和 効 果 は 疑 問 ) 水 質 浄 化 機 能 : 土 壌 の 緩 衝 機 能 等 により 森 林 を 通 過 する 雨 水 の 水 質 を 改 善 する 18
水 源 涵 養 機 能 を 発 揮 する 主 体 これらは 全 て 森 林 が 雨 水 を 地 表 流 から 地 中 流 に 変 えることにより 発 揮 される すなわち 1 地 中 流 の 流 速 は 地 表 流 に 比 べて 格 段 に 遅 い 2 地 中 流 は 地 下 水 を 涵 養 する さらに 言 えば 1 森 林 の 林 床 ( 鉱 物 土 壌 の 表 面 )が 落 ち 葉 や 枯 れ 枝 あるいは 下 草 で 覆 われていること および 2 森 林 土 壌 の 良 好 な 透 水 性 によりにより 発 揮 される 特 に 1が 存 在 しない( 裸 地 ) 場 合 は 土 壌 表 面 の 目 詰 まりによる 層 ( 雨 撃 層 クラスト)が 雨 水 を 浸 透 させず 地 表 流 が 発 生 する 19
雨 撃 層 20
裸 地 健 全 な 森 林 ホートン 地 表 流 雨 水 は 全 て 浸 透 する 21
斜 面 から 基 盤 岩 内 への 浸 透 地 下 水 涵 養 と 流 出 22
水 質 浄 化 機 能 は 多 くの 要 素 の 複 合 的 作 用 により 発 揮 される A 0 層 の 表 面 侵 食 防 止 作 用 ろ 過 作 用 森 林 土 壌 の 緩 衝 作 用 土 壌 鉱 物 基 盤 岩 の 化 学 的 風 化 (ミネラルの 付 加 ) 飽 和 帯 での 脱 窒 作 用 (ph の 上 昇 ) 23
河 川 流 出 1 多 くの 因 子 が 影 響 する 2 流 出 メカニズムの 違 いにより 二 つ に 分 けて 考 える 洪 水 流 出 / 降 水 流 出 低 水 流 出 24
降 雨 流 出 過 程 に 関 係 する 因 子 降 雨 ( 気 象 ) 特 性 降 雨 総 量 降 雨 強 度 無 降 雨 日 数 ( 先 行 水 分 条 件 ) 気 候 特 性 降 水 特 性 年 降 水 量 P 季 節 降 水 量 蒸 発 散 特 性 < 純 放 射 量 R n 放 射 乾 燥 度 R n/λp > 地 形 特 性 斜 面 傾 斜 水 系 網 パターン 地 質 特 性 基 盤 の 透 水 性 流 域 森 林 ( 植 生 ) < 土 地 利 用 > 樹 冠 の 変 化 裸 地 針 葉 樹 林 樹 高 / 林 齢 皆 伐 跡 地 / 択 伐 間 伐 / 枝 打 ち 広 葉 樹 森 林 土 壌 の 変 化 裸 地 植 生 回 復 初 期 皆 伐 跡 地 人 工 林 ( 閉 鎖 度 ) 天 然 林 河 川 洪 水 流 出 低 水 河 川 の 多 面 的 機 能 洪 水 ( 負 の 機 能 ) 渇 水 ( 負 の 機 能 ) 水 質 浄 化 生 態 系 保 全 景 観 保 全 水 利 用 生 活 農 業 工 業 用 水 水 産 交 通 ( 舟 運 ) 観 光 レクリエーション 文 化 森 林 の 水 源 涵 養 機 能 の 研 究 は 難 しい ( 自 然 条 件 ) ( 自 然 + 人 為 ) 25
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対 照 流 域 法 降 雨 条 件 気 候 地 形 地 質 等 の 条 件 を 同 じにして 森 林 の 取 り 扱 いの 影 響 を 調 べる A : 処 理 流 域 B : 基 準 流 域 27
対 照 流 域 法 を 試 みても 森 林 の 洪 水 緩 和 機 能 はわからなかった むしろ 森 林 による 水 消 費 が 明 確 に なった 28
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森 林 の 水 源 涵 養 機 能 の 再 確 認 ( 森 林 水 文 学 の 成 果 ) 1 森 林 の 水 源 涵 養 機 能 は 健 全 な 森 林 土 壌 により 発 揮 される 2 森 林 は 水 を 消 費 する 3 厳 密 な 意 味 での 渇 水 緩 和 は 難 しい 渇 水 緩 和 水 資 源 貯 留 / 流 量 の 平 準 化 いわゆる 緑 のダム のはたらきを 科 学 的 に 理 解 して 欲 しい 太 田 猛 彦 服 部 重 昭 監 修 地 球 環 境 時 代 の 水 と 森 31
水 循 環 森 林 ( 水 源 涵 養 機 能 ) 土 砂 流 出 有 機 物 生 産 - 一 方 で 熱 環 境 緩 和 32
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水 循 環 過 程 における 森 林 の 作 用 のまとめ A0 層 や 下 草 に 覆 われた 森 林 土 壌 が 存 在 すれば 雨 水 は 全 量 が 土 壌 中 へ 浸 透 し 水 源 涵 養 機 能 の 全 てが 発 揮 される 浸 透 水 は 地 下 水 を 涵 養 する 樹 冠 の 存 在 は 水 源 涵 養 機 能 にあまり 影 響 しない 樹 冠 は 遮 断 蒸 発 と 蒸 散 によりむしろ 水 を 消 費 する 樹 冠 は 地 表 に 落 葉 を 落 とし 森 林 土 壌 を 作 る 樹 冠 がなければ 光 合 成 生 産 が 成 立 せず 森 林 は 成 長 できない 現 在 の 日 本 の 森 林 の 状 態 は? 34
昔 山 は 荒 れていた 35
岡 山 県 の 荒 廃 状 況 36
東 京 都 の 水 源 林 にも 森 林 はなかった 多 摩 川 源 流 域 の 荒 廃 状 況 37
白 神 山 地 に 続 く 里 山 にも 森 はない 38
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現 代 における 森 林 の 水 源 涵 養 機 能 の 理 解 1. 森 林 の 成 長 には 水 が 必 要 である 樹 冠 ( 地 上 部 )の 蒸 散 作 用 と 遮 断 蒸 発 によって 水 は 消 費 される 2. 落 葉 や 下 草 を 含 めた 森 林 土 壌 が 雨 水 を 地 中 に 浸 透 させる 水 源 涵 養 の 三 つの 機 能 は 森 林 土 壌 によって 発 揮 される 森 林 が 伐 採 されても 土 壌 が 保 全 されている 限 り 機 能 は 発 揮 される 3.50 年 前 まで 各 地 にハゲ 山 や 粗 悪 林 地 が 存 在 した 日 本 の 森 林 ( 特 に 里 山 )は 数 百 年 ぶりの 豊 かさを 誇 っている 森 林 の 水 源 涵 養 機 能 はすでにおおむね 発 揮 されている 危 機 に 瀕 しているのは 水 質 浄 化 機 能 林 地 への 汚 濁 負 荷 の 排 除 の 必 要 性 土 壌 保 全 から 森 林 の 水 消 費 の 削 減 へ 木 材 生 産 と 両 立 の 可 能 性 40
地 下 水 への 影 響 41
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森 林 が 雨 水 を 地 中 に 浸 透 させる 作 用 をどう 評 価 するか 裸 地 と 比 較 したとき 森 林 の 浸 透 促 進 効 果 は 非 常 に 大 きい( 森 林 の 機 能 の 評 価 は はげ 山 を 基 準 にするか 現 状 を 基 準 にするか) 不 飽 和 地 中 流 が 地 下 水 を 涵 養 する 地 下 水 の 利 用 はそれより 下 流 の 地 下 水 流 出 ( 最 終 的 には 河 川 への 流 出 )に 影 響 を 与 える 地 表 が 他 の 土 地 利 用 でなく 森 林 で 覆 われてい ることの 意 味 は 森 林 が 人 工 林 であろうと 天 然 林 で あろうと 重 要 である 46
今 後 の 森 林 整 備 47
森 林 の 水 源 涵 養 機 能 発 揮 を 重 視 した 森 林 管 理 の 必 要 性 と 可 能 性 1. 新 しい 森 林 管 理 の 原 則 ゾーニングによる 森 林 の 整 備 森 林 の 多 面 的 機 能 の 特 徴 を 考 慮 した 特 に 森 林 の 機 能 の 階 層 性 に 注 目 した 管 理 2. 水 源 涵 養 機 能 / 水 保 全 と 山 地 災 害 防 止 機 能 / 土 壌 保 全 を 分 離 して 管 理 する 3. 水 源 涵 養 機 能 の 発 揮 を 重 視 する 森 林 管 理 葉 量 を 制 限 する 行 為 ( 間 伐 や 伐 採 )が 有 効 木 材 生 産 機 能 と 両 立 可 能 外 部 から 持 ち 込 まれる 負 荷 を 排 除 して 水 質 を 維 持 する 48
保 健 レクリエーション 49
都 市 と 農 地 と 森 林 自 然 域 太 陽 エネルギーのみ 太 陽 エネルギー+ 化 石 エネルギー ヒト 農 地 都 市 現 代 人 地 下 資 源 化 石 エネルギー 森 林 自 然 域 ( 人 工 林 ) 森 林 自 然 域 : 物 質 循 環 に 廃 棄 物 なし 50
森 林 自 然 域 の 特 徴 人 類 圏 以 外 の 生 物 圏 現 太 陽 エネルギーのみに 依 存 現 太 陽 エネルギーの 取 り 入 れ 口 環 境 保 全 機 能 を 基 本 とする 多 面 的 機 能 を 発 揮 人 類 圏 とは 水 その 他 の 物 質 循 環 で 連 結 流 域 ( 圏 ) 人 類 にとって 必 要 不 可 欠 な 土 地 利 用 51