研究概略

ドローンを活用した森林動態解析

ドローンが普及しはじめた2015年から、いろいろなドローンを使いつつ、森林の評価を行ってきました。最近はレーザー（LiDAR）付きのドローンによって、森林構造がcm単位で正確に評価できます。従来、樹高や樹冠面積の計測は、１日数十本が限界でしたが、今は1時間のデータ取得とデータ解析で、１日で数千本解析することもできます。また複数時期のデータを重ね合わせることにより、従来は定量できなかった森林の変化（ギャップの形成や樹冠の成長）も正確かつ広域で評価できます。このような技術革新を効果的に利用し、森林の資源量評価や森林の動態解明に繋げていきたいと考えています。

左図は2024年5月と2025年5月の東山の森林のオルソ画像と樹冠高モデル、そして樹冠高の差分を表示したものです。ちなみに、東山では2015年から毎年計測ているので、10年分のデータがあります。

両立しない光合成効率と葉寿命。なぜ？

私たちの身の回りには、道脇の雑草から、冬に葉を落とす落葉樹、通年葉をもつ常緑樹など、多種多様な植物がいます。一般的に、長生きの葉ほど厚く、光合成を行う組織もたくさんもっていますが、光合成速度は高くありません。つまり「長生きの葉ほど光合成の効率 が低い」といえます。これは世界共通のルールですが、その原因はよく分かっていません。Onoda et al. (2004)は、イタドリを用いて、長寿命の葉は細胞壁が多く、より多くの窒素（タンパク質量の指標）が光合成系ではなく細胞壁に分配されるため、光合成効率が下がることを世界で初めて示しました。この論文は、光合成における細胞壁の重要性を示した先駆的論文で、その後、複数の研究によって、細胞壁と光合成の間での窒素分配が調べられました。また細胞壁とCO2拡散の関係についても近年多くの研究が行われてきました。これらの知見をまとめ、光合成効率と葉寿命が両立しない原因の一般性を検証するために、Onoda et al. (2017)は、国際研究チームを組織し、世界各地で調査された多種多様な植物に関する研究結果を集約・精査しました。その結果、長い寿命に必要な丈夫な構造や細胞壁により、(1)多くの養分が細胞壁に分配され、光合成を行うのに必要な光合成タンパク質への分配割合が低下すること、(2) 葉緑体への二酸化炭素供給の効率が低下すること、という２つのメカニズムがどちらも重要であり、これらが光合成効率を低下させる原因であることが分かりました。

樹冠の譲り合い。優しい響きとは裏腹に...

森林内から上を見上げると、個々の樹冠の間には隙間が見えます。英語ではCrown shynessと呼び、日本語では「樹冠の譲り合い」と呼びます。この優しい言葉の響きとは裏腹に、実際には、その隙間は風によって樹冠同士がぶつかりあう軍事境界線と言えます。樹冠の動きは、風速のみならず、樹高、幹太さ、材剛性などのサイズや種特性にも依存します。樹冠の衝突は、弱者の成長を抑制し、強者の樹冠面積増大に繋がると考えられ、よって樹冠の動きや衝突による損傷の程度を決定する特性は、進化的に自然選択を受けるのではないかと考えています。しかしこれまで樹冠の隙間を巡る種間競争を研究した例はありません。樹冠の隙間を巡る攻防というユニーク視点から、樹冠の動きと衝突による損傷程度を決める種の特性を明らかにし、種間競争の新しい一面を明らかにしています（Onoda & Bando 2021）。

樹冠の隙間の定量にはドローンによる空撮画像を使っています。ドローンが手軽に利用できるようになったことで、手の届かない地上20mでも計測できるようになり、森林研究にとって、非常にプラスです。樹冠マッピングや広域の調査なども格段にやりやすくなりました。

林木育種研究

美味しい野菜や作物が長年の育種によって生まれたように、林木にも育種が重要です。林木育種センターの共同で、スギや広葉樹（クリ）の育種研究を行なっています。林分として生産を高めるためにはどのような樹冠構造が良いのかなど、生理生態学の知見と、ドローンLiDARなどのリモセン技術を組み合わた新しい視点を提案します。

広葉樹の林木育種はあまり進んでいませんが（ゆえにフロンティアが大きい）、樹形の異なるクリの遺伝型を接木で増殖させ、クローン集団を異なる密度で栽培し、樹形と競争能力、生産力の関係を探りました。右写真は、密度試験のために、苗木を配置したところ（2022年3月）。接木苗は2023年2月に上賀茂試験地に移植し、より長期の応答を評価する予定です。