1．はじめに．はじめに．はじめに．はじめに 里山は，15～25 年サイクルで定期的な伐採が行われることによ り自然の回復力と人為的撹乱が均衡し，初期遷移段階である落葉 広葉樹林が人工的に維持されてきた人工的二次林である（宮脇編， 1977）．このような管理がなされないと里山の森林は Clements （1916）に示されたように，気候的極相林（暖温帯に位置する愛知 県では常緑広葉樹林）へと遷移すると考えられる（山中，1979）． 一方，南西日本の里山で普遍的に見られるアカマツ林は，森林に 対する人為的干渉が極めて強かった地点に成立した森林であり （山中，1979），「はげ山」（千葉，1991）とよばれる独特な植生景観 を作り上げていた．アカマツ林の林床にはアカマツの実生が定着 できないことが知られており，アカマツ林から落葉広葉樹林への 遷移も報告されている（林，1990）． 里山は，戦後すぐの時代まで農用林として常に人が入り，落葉 広葉樹林として維持され続け，薪炭や堆肥の生産を担ってきた． その後 1960 年代にみられた高度成長期以降，家庭や工場の燃 料はガスや石油に，肥料は化学肥料に取って代わったため，里 山の農用林としての役割は終わった．したがって，里山の管理が 放棄され，自然の遷移に委ねられるようになった現在，里山の森 林は時間経過に伴い異なる林相へ変化していることが予想される． 森林が放置されるようになって現在まで数十年が経つが，その間 の植生遷移に関する空間的に定量化された解析がほとんど行わ れていない．これは，雑木林の植生の複雑さや，里山のスケール に見合った詳細な地形・標高データの欠如していることとともに， 用材林としてみなされていなかった「雑木林」では，定量的・経時 的なデータの収集・蓄積が行われておらず，従来の分析法では 複数の時間断面における均質なデータベースの作成が困難であ ったことによると考えられる． 能面の見地から里山が再認識されていることから，その定量的把 握と解析の必要性・重要性は増す一方である．また同時に，実際 に定量的な解析を行う技術や手法のバックグラウンドは最近のコ ンピュータ環境の発達にも助けられ，整いつつあった． 空中写真による植生判読技術は，森林調査の分野で従来から 見られた（例えば， Taniguchi，1961；渡辺，1970）ものの，すべて 手作業で行われていた．しかし，近年の技術の進歩により， Kadmon and Haraki-Kremer （1999）のように，空中写真から自動 的に判読を行う技術も徐々に進みつつある．空中写真は過去の 複数の時間断面における植生分布に関する空間的に均質な情報 を提供する．この空中写真により作成されたアナログデータとして の植生図を数値情報化することにより GIS による定量的分析が可 能となる． GIS を用いて土地利用と自然環境条件に関する解析を行った 例として橋本・木村（1997）が挙げられる．彼らは十勝平野の農業 的土地利用に関して，地形・地質・気候条件によって作物の選択 がなされていることを明らかにした．また，植生と地形条件の解析 の例として平野（1998）が挙げられる．彼は丹沢山塊桧洞丸山頂 付近のブナ林衰退は山頂付近の尾根沿いと標高 1500m 以上の 南斜面に顕著で，緩傾斜地に比較的生じやすいことを定量的に 示した．しかし，いずれも現在の植生と環境条件との対応につい て検討しているものであり，経時的な変化に着目したものではな い． そこで本研究では，詳細な地形・植生データをGIS上で解析し， 過去50年間の「海上（かいしょ）の森・広久手の森」（図1）における 植生変化を明らかにする．さらに，その中から主要な変化パター ンを抽出することにより，植生・土地利用の変化に関する系統性を まとめることを目的とする．
数値情報化された植生図による植生変化の定量的把握
数値情報化された植生図による植生変化の定量的把握
数値情報化された植生図による植生変化の定量的把握
数値情報化された植生図による植生変化の定量的把握
青木 賢人（東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻） 木村 圭司 （東京都立大学理学研究科地理科学専攻） 同一基準により空中写真から作成された複数年次の植生図を数値情報化し，それを GIS 上で解析することに より，都市近郊に立地する里山における植生変化を定量的に把握し，卓越する植生変化パターンを抽出した． その結果，「海上の森」地域では 1949 年以降，裸地的環境や人工林から落葉広葉樹林への回復が卓越すること が確認された．暖温帯に位置する「海上の森」の気候的極相林は常緑広葉樹林であると判断されるが，1949 年 時点の常緑広葉樹林の多くが現在までに落葉広葉樹林へと変化していることが確認された．一方，落葉広葉樹 林の一部は常緑広葉樹林へと遷移していることも確認された．本地域の里山植生の将来予測を行うに当たり，上 述の植生変化様式に関する定量的把握と生態学的解釈を行うことが重要な課題と考える． 「デジタル観測手法を統合した里山の 「デジタル観測手法を統合した里山の 「デジタル観測手法を統合した里山の 「デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析」 空間情報科学研究センターシンポジウム解析」 空間情報科学研究センターシンポジウム解析」 空間情報科学研究センターシンポジウム解析」 空間情報科学研究センターシンポジウム2．使用したデータと解析方法．使用したデータと解析方法．使用したデータと解析方法．使用したデータと解析方法 研究対象地域の里山の植生・土地利用分類データとして，野 村・中嶋（2000）による 1949 年，1977 年，1995 年の 3 時点におけ る植生図1）を使用した．なお，野村・中嶋（2000）の分類では，群落 植生分布が 16 種に分類されているが，本研究では植生・土地利 用分類の変化野解明を目的とするために，同一種の中低木・高木 の別や，人為要因に関して分類を統合することにより，元の区分 を表 1 に示す 9 カテゴリーに再編集した（図 2）． 平面座標および標高データは，佐野（2000）によって作成され た，1995 年における対象地域内の地表の 5m メッシュ DEM（図3） を用いた．対象地域内では，主に東から北西にかけて緩やかな 斜面に広がっており，丘陵地に独特な，非常に細かい尾根・谷が 見られる（図 4）．国土地理院作成の 50m メッシュ DEM を用いた 場合，この程度の細かい起伏を表すのに充分な精度の傾斜分類 図は得られない（小口・勝部，2000）．したがって，本研究のように 詳細な植生図を用いた植生変化の解析では，5mメッシュDEM の ような詳細な DEM が必要となる．なお本研究では，この 5m メッシ ュ DEM をメッシュの中心点の平面座標と標高値を持つポイントデ ータに変換して解析に用いている． なお，野村・中嶋（2000）による各年次の植生図は，群落区界を 表１ 植生・土地利用分類 カテゴリー カテゴリー カテゴリー カテゴリー 植生・土地利用植生・土地利用植生・土地利用植生・土地利用 内容内容内容内容 A A A A モミ－ツガ群落 主にモミ，ツガなどを構成種とする森林 B B B B 常緑広葉樹群落 主にカシ，シイ，ヤマモモなどを構成種とする森林 C C C C 落葉広葉樹群落 コナラ，アベマキ，クリ，ヤマザクラなどを構成種とする森林 D D D D アカマツ群落 人工，天然生のアカマツを構成種とする森林 E E E E 竹林 モウソウチク，マダケ，ハチクなど F FF F スギ－ヒノキ植林 スギ，ヒノキの植栽林 G G G G 荒地・崩壊地・裸地 草本類・自然発生の露岩地および崩壊地・人工裸地 H HH H 宅地.構造物・池 住宅，宅地，構造物，工場，グランド，道路敷・溜池 IIII 耕作地・伐採跡地 水田・畑地・樹木伐採跡地 図 図 図 図 2 3 時点における群落・土地利用分布時点における群落・土地利用分布時点における群落・土地利用分布時点における群落・土地利用分布 図 図 図 図 1 調査対象地域 調査対象地域 調査対象地域 調査対象地域
示す群落ごとのポリゴンデータであるが，これを上記 5m メッシュ DEM の格子点と位置をあわせたポイントデータに変換した． すなわち，対象地域内の平面座標と標高値，傾斜角度，傾斜方 向および 3 時点の植生という属性を持つポイントデータ（244,514 点）を元に，植生・土地利用パターンの経年変化傾向を定量的に 解析した．なお，データベース化および解析には ESRI 社による Arc View 3.1 および Spatial Analyst を用いている．
3．植生・土地利用の変化パターン．植生・土地利用の変化パターン．植生・土地利用の変化パターン．植生・土地利用の変化パターン 対象地域内の全ポイントデータに関して，植生・土地利用分布 の 3 時点の変化をあらわすと表 2 のようになる．なお，表 2 は，本 研究で初期条件と考える 1949 年の植生・土地利用カテゴリーごと に，1977 年と 1995 年の植生変化をポイント数でクロス表に示した ものである．これによると，年次ごとに 9 つの植生・土地利用分類 のカテゴリーがあるので，93 =729 通りのパターンが考えられるが， 実際はその半数以下の 323 パターンしか変化パターンは見られ なかった． さて，このクロス表に示されたパターンのうち，割合も数も多い 主要なものを選択した．本研究では，植生・土地利用カテゴリーの 時間的変化に注目するために，のような基準を用いた．まず，① 初期条件である 1949 年の植生・土地利用区分の中で 3 時点の変 化パターンが，それぞれの 10%以上を占めるもの2），という条件を 満たすものを選択した．次に，あまりにポイント数が少ないものは 代表性が認められないので，②植生・土地利用区分の中で 3時点 の変化パターンが 100 ポイント以上のもの，という条件を満たすも のを選択した．この結果，13 パターンが抽出された．また，これ以 合計 14 パターンを主要な変化パターンとした．なおこの 14 パタ ーンで全体の 47.5%にあたる 116,157 ポイントが説明可能である． 4．主要な植生・土地利用の変化パターンとその地形条件による．主要な植生・土地利用の変化パターンとその地形条件による．主要な植生・土地利用の変化パターンとその地形条件による．主要な植生・土地利用の変化パターンとその地形条件による 分布 分布分布 分布 それぞれの変化パターンに対応する地点をプロットしたものが 図5であり，主要な変化パターンをモデル化したものが図6である． これよると，人為の影響のない植生変化パターンは，そのほとん どが 1995 年にカテゴリーC（落葉広葉樹林）へと帰着している．そ の他，古くからの住宅地・植林地はそのままの土地利用であり続 けることが多い． 原植生に人手が加わりスギ・ヒノキを植林すると，当然植林地に なるが，中にはその後，落葉広葉樹林に変化したポイントも少な からず存在し，1949 年のカテゴリーF の 25%が 1977 年にカテゴリ ーF もしくはカテゴリーC になり，その後 1995 年にカテゴリーC と なった． 本研究から明らかにされた植生変化が，どのような生態学的プ ロセスと関連し，規定されているのかについて，さらなる検討が必 要であると考えられる．また，愛知県北東部の里山は温量指数的 には暖温帯に位置し，気候的極相林である常緑広葉樹林（カテゴ リーB）への遷移が予想される．しかし，本研究では裸地的環境 （カテゴリーG,H,I）をはじめとする多くの群落が，気候的極相林で はなく，遷移中間相であると考えられる落葉広葉樹林（カテゴリー C）へと変化していることが示された．さらには，構成比率は低いも のの，1949 年段階ですでに存在していた常緑広葉樹林までもが 落葉広葉樹林へと変化し，構成比率を低下させていることが明ら
図 図図 図 3 1995 年の年の年の年の 5m-DEM を用いた標高分布を用いた標高分布を用いた標高分布を用いた標高分布 図図 4 図図 1995 年の年の年の 5m-DEM を用いた傾斜分布年の を用いた傾斜分布を用いた傾斜分布を用いた傾斜分布
図 図 図 図 6 代表的な植生変化パターン 代表的な植生変化パターン 代表的な植生変化パターン 代表的な植生変化パターン 楕円は各年の各カテゴリーのポイント数を示す．数字は 1949 年のポイント数に占める各変化パターンに該当するポイント 数の比率（％）を示す．例えば，HHC と変化したポイントは，1949 年の H のポイント数の 15%を占めていることを意味して いる． 図 図 図 図 5 植生変化パターンの分布 植生変化パターンの分布 植生変化パターンの分布 植生変化パターンの分布
ゴリーC であったが，1995 年にはカテゴリーB へと変化しているの も事実である．すなわち，この落葉広葉樹林が遷移の中間相であ るのか，あるいは本地域の現気候環境下での一種の土地的極相 林として位置づけられるのか，それによって，本地域の将来的な 植生変化予測が大きく異なる．この落葉広葉樹林の生態学的な位 置づけについては，森林生態学的な検討を今後行いたいと考え ている． 5．おわりに．おわりに．おわりに．おわりに 本研究では，愛知県瀬戸市南東部を例に最近約 50 年間の里 山の植生変化を定量的に明らかにし，主要な植生変化パターン を明らかにすることができた．この研究の背景には，過去の空中 写真により植生分類ができたことと，5mメッシュ DEM という詳細な 標高データを入手できたことがある． 最新の地球観測衛星では，より高解像度のセンサや多バンドの センサによって，新しいデータが得られようとしている．また，航空 機やヘリコプターにセンサを積んで，人工衛星からでは得られな いデータを取る計画も進んでいる（例えば，坪井・村手，2000；宮 坂・徳村，2000など）．これに対して，衛星データのない過去50年 ほどをさかのぼり，面的な把握を行えるデータとしては，空中写真 は非常に有効である．筆者らは，こうした過去50年間の解析から， 植生変化の法則性を明らかにして，近未来への植生変化シミュレ ーションを構築していこうと考えている．また，今回の解析対象地 域をキーエリアと し，植生変化シミ ュレ ーシ ョン を応用し， LANDSAT や SPOT などの衛星データなどを使用することにより， より上位の空間スケールへと拡大していくつもりである． 【 【【 【 注注注注 】】】】 1） 1949 年（米軍撮影，モノクロ写真，縮尺 1 / 14,000），1977 年 （国土地理院撮影，カラー写真，縮尺 1 / 10,000），1995 年（瀬 戸市撮影，カラー写真，縮尺 1 / 8,000）の空中写真から作成さ れた．森林については，相観・色調・樹形・樹幹などにより，群 落単位で判別している． 2） 近年の大規模な宅地開発は，原植生を選ばないために，特 に主要なパターンとして加えた． 【 【【 【 文献文献文献文献 】】】】 愛知県環境部（1997） ：『里山自然地域保全事業全県調査報告 書』．愛知県，32p. 小口 高・勝部圭一 （2000）： 細密 DEM を用いた地形解析．『デ ジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析 ―東京大学空間 情報科学研究センター公開シンポジウム―』，杉盛啓明ほか編， 地域環境 GIS 研究会，19-26． 『デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析 ―東京大学 空間情報科学研究センター公開シンポジウム―』，杉盛啓明ほ か編，地域環境 GIS 研究会，6-14． 千葉徳爾 （1991）：『はげ山の研究（増補改訂版）』．そしえて． 坪井知美・村手直明（2000）：レーザレーダによる 50cm-DEM の作 成方法と精度．『デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析 ―東京大学空間情報科学研究センター公開シンポジウム―』， 杉盛啓明ほか編，地域環境 GIS 研究会，15-18． 野村哲朗・中嶋 勝 （2000）： 里山の植生区分作成法と時系列変 化．『デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析 ―東京大 学空間情報科学研究センター公開シンポジウム―』，杉盛啓明 ほか編，地域環境 GIS 研究会，50-56． 橋本雄一・木村圭司（1997）：十勝平野の農業的土地利用と自然条 件の関連－ベクターデータとラスターデータの統合に関する 考察－．GIS-理論と応用，5，19-28． 林 一六 （1990）：『植生地理学』．大明堂． 平野勇二郎 （1998）：GIS を用いた丹沢山塊，桧洞丸山頂付近の ブナ林衰退と地形条件の解析．地理学評論，71A，口絵 i-ii， 505-514． 宮坂 聡・徳村公昭 （2000）：MSS による植生区分の自動化に向け て．『デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析 ―東京大 学空間情報科学研究センター公開シンポジウム―』，杉盛啓明 ほか編，地域環境 GIS 研究会，63-66． 宮脇 昭 編 （1977）：『日本の植生』．学習研究社． 山中二男 （1979）：『日本の森林植生』．築地書館． 渡辺 宏 （1970）：『森林航測ハンドブック』．日本林業技術協会． Clements, F.E. （1916）： Plants succession - an analysis of the
development of vegetation. Carnegie Institute of Washington Publication, 242, 1-512.
Kadmon, R. and R. Haraki-Kremer （1999）： Studying long-term vegetation dynamics using digital processing of historical aerial photographs. Remote Sense. Environ.， 68, 164-176.
Taniguchi, S.（1961）： Forest investry by aerial photographs. 北大演 習林研究報告, 21, 1-89.
表 表 表 表 2-A 1949 年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリーA であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化 表 2-F 1949 年にカテゴリー表表表 年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリーF であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total A 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 0 93 1956 107 1 1416 49 128 67 3817 D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D 0 0 431 113 0 225 0 0 0 769 E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E 0 0 73 0 35 0 0 0 25 133 F 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 F 0 78 1736 26 37 6564 347 37 35 8860 G 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 G 0 10 66 0 0 148 4 0 37 265 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H 0 0 63 53 4 148 4 85 1 358 I 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I 0 7 50 0 0 277 4 18 17 373 Total 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 Total 0 188 4375 299 77 8778 408 268 182 14575 表 表 表 表 2-B 1949 年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリーB であったポイントの植生変化年にカテゴリー であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化 表 2-G 1949 年にカテゴリー表表表 年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリーG であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 42 5 0 0 0 0 0 47 C 0 87 6832 190 2 218 11 68 0 7408 C 0 72 7295 1383 65 1106 499 2294 316 13030 D 0 18 265 0 0 58 9 0 0 350 D 0 13 2593 956 37 326 189 1016 19 5149 Ｅ ＥＥ Ｅ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E 0 0 34 17 0 0 0 0 0 51 F 0 0 83 7 0 112 0 0 0 202 F 0 23 581 56 0 1169 39 0 0 1868 G 0 0 6 0 0 0 0 0 6 12 G 0 4 1576 438 37 404 727 2090 65 5341 H 0 0 4 0 0 0 0 14 17 35 H 0 47 505 135 4 23 157 810 42 1723 I 0 0 4 0 0 0 0 14 17 3 I 0 0 30 21 0 18 63 95 84 311 Total 0 105 7194 197 2 388 20 96 40 8010 Total 0 159 12656 3011 143 3046 1674 6305 526 27520 表 表 表 表 2-C 1949 年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリーC であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化 表 2-H 1949 年にカテゴリー表表表 年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリーH であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total A 0 0 83 37 0 0 0 0 0 120 A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 0 326 43225 6465 305 8663 1879 3516 864 65243 C 0 0 155 2 23 32 26 70 27 335 D 0 88 8268 2391 16 1751 568 968 8 14058 D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E EE E 0 0 135 65 14 14 4 6 26 264 E 0 0 56 0 0 2 20 0 25 103 F 0 85 6299 194 173 15058 407 14 12 22242 F 0 0 0 0 0 7 0 4 5 16 G 0 0 1177 600 34 323 755 816 95 3800 G 0 0 77 0 0 0 24 60 18 179 H 0 85 942 261 66 354 137 921 195 2961 H 0 0 363 132 103 22 63 543 305 1531 I 0 2 1074 51 19 856 4 136 129 2271 I 0 0 42 33 4 12 14 80 25 210 Total 0 586 61207 10064 627 27019 3754 6377 1329 110963 Total 0 0 693 167 130 75 147 757 405 2374 表 表 表 表 2-D 1949 年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリーD であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化 表表表表 2-ＩＩＩＩ 1949 年にカテゴリーＩであったポイントの植生変化年にカテゴリーＩであったポイントの植生変化年にカテゴリーＩであったポイントの植生変化年にカテゴリーＩであったポイントの植生変化 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 260 155 0 0 14 0 0 429 B 0 0 77 0 0 0 0 0 0 77 C 0 215 3327 1088 19 288 133 82 119 5271 C 0 147 23418 1912 170 5644 1153 1388 446 34278 D 0 20 3704 973 8 202 164 89 1 5161 D 0 20 3496 536 57 1009 195 303 73 5689 E EE E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E 0 0 90 9 10 46 24 10 8 197 F 0 127 395 105 0 175 44 0 4 850 F 0 5 1336 47 0 2593 232 149 22 4384 G 0 3 145 37 0 8 183 66 0 442 G 0 4 2810 282 70 712 969 965 654 6466 H 0 0 11 0 0 0 35 0 0 46 H 0 0 1094 315 79 108 413 1516 1364 4889 I 0 0 78 0 0 148 0 0 0 226 I 0 39 1971 700 311 791 540 3732 4719 12803 Total 0 365 7920 2358 27 821 573 237 124 12425 Total 0 215 34292 3801 697 10903 3526 8063 7286 68783 表 表 表 表 2-E 1949 年にカテゴリー年にカテゴリー年にカテゴリーE であったポイントの植生変化年にカテゴリー であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化であったポイントの植生変化 1995→→→→ 1977↓↓↓↓ A B C D E F G H I Total A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 0 0 48 0 2 5 0 0 1 56 D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E EE E 0 0 11 0 0 9 0 30 54 104 F 0 0 0 0 0 3 0 0 0 3 G 0 0 0 0 0 5 0 0 37 42 H 0 0 25 2 0 0 0 32 17 76 I 0 0 1 0 1 0 7 77 14 100 Total 0 0 85 2 3 22 7 139 123 381
