博士（農学）佐野 学位論文題名
針広混交林のダイナミックスに関する基礎的研究 学位論文内容の要旨
真
近 年， 社会的要請による森林の公益的機能の確保，自然の重要性から生まれ た天 然林 への回帰志向，あるいは業としての事業運営の改善・合理化の推進な どの ため ，天然林施業を展開する必要性が高まってきている。特に，北海道の 森林 施業 においては天然林の取り扱いが重要な位置を占めており，今後もこの 傾向は変わらないものと考えられる。
本 研究 は，このように重要性が高まっている天然林に関し、そのダイナミッ クスを把握することを目的とし，まず針広混交林の分布特性を解析した。次に，
基礎 的な 成長解析として，施業が実行されていない固定試験地において進界量
・枯 死量 ・直径成長量などについて検討した。さらに，以上の事項をもとに，
成長 モデ ルを作成し，針広混交林のダイナミックスを定量的に把握することを 試みた。
分 布特 性の解析に際しては，従来の手法では，面的に大きな広がりを持つ天 然林 の解 析には相当の困難を伴うことから，地理情報システムを利用した手法 を開 発し た。そ れに より ，奥 定山渓 地域 約1万haを対象として地形，方位，標 高等 の条 件と分布特性の関係を解析した結果，高蓄積な林分は西から北斜面に 多く 分布 するこ と， 標高 が1000m近く になる と存在できないこと，傾斜度との 関係 はう すいことなどを見いだした。これらの情報は，合理的な天然林施業を 実行する上での基礎的知見として重要である。
成 長解 析・成長予測モデル作成に当っては，旧旭川営林局天然生林固定成長 量試 験地 （52カ所、1950〜56年に設定）と旧札幌営林局空沼天然林施業実験林
（1967年設定）の資料を使用した。
固 定 試 験 地 の 基 礎 的 解 析 の 結 果 ， 次 の こ と が 得 ら れ た 。
◎稚樹の胸高直径5cm上への進界量と林木の個体数や胸高断面積合計などの林分 構成 因子 との相関は認められなかった。これは，北海道の天然林においては林 床や 樹冠 の大きな変化により発生した更新木が主たる進界木になるという考え 方に 適合 するものである。＠枯死量の直径階別解析により，直径階21cm以下の 個体 の枯 死は上木による被圧と近隣直径階の個体との競争のためと考えられ，
また，すでに林冠を構成し樹高にそれほど差がない直径階51crn以上の個体の枯 死に つい ては周囲の林木密度に弱い影響をうけたためと考えられた。◎直径級 別の 直径 成長の 解析 によ り， 中径級 を中 心に「凸型Jのパターンを示す林分は 容易に判別できるが，それ以外については様々なパターンの組み合わせがあり，
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一概 に区分できないことが分かった。＠針広混交林の樹種別成長特性では，卜 ドマ ツは各直径階において他樹種より成長が良く，エゾマツは小径級のうちは 他樹 種より直径成長が劣るが中径級以上になると卜ドマツと差がなくなる傾向 が見 られた。また，広葉樹ではミズナラ・エゾイタヤ・シナノキの順に直径成 長が良い傾向が認められた。
つい で，前述の資料を用いて針広混交林のダイナミックスを遷移行列の固有 値と林分タイプの関係から解析した。
固有 値は多くの 要素からな る遷移行列 を1っのスカラーとして表すことがで き， 林分遷移の指標として有効である。その際，林分タイプは直径分布の特徴 か ら3っ の タ イ プ に 分 け て 検討 し た（ タ イプI:L型 分 布， タ イプH：中 径 級 にピ ークのある 分布，タイ プm：小 径級から大径級ヘ向けて個体数がなだらか に減 少する分布）。、その結果，タイプI及びm林分は直径分布のタイプから見 ると 全く違う遷移傾向を示すように見えるが，固有値の面から見ると同じ傾向 を示 すことが分 かった。す なわち，タ イプI及 びm林 分は変化率 には差があ る もの の小径級から大径級に向かい直径階別個体数が減少するという型である点 で共 通であり，このことが固有値の点から見た遷移が同じ傾向を示すというこ とに反映されているのではないかと推察された。
以上 の解析結果をふまえ，遷移行列を用いて針広混交林の成長予測モデルを 作成した。
＠卜 ドマツ稚樹の成長モデルでは，初期樹高分布から13年後の樹高分布を予測 し実測値と比較した。その結果，13 0cm階以下では過小に計算されたが，樹高l 50cm以上 の直径階で は予測値と 実測値は良 好な適合を示した。130cm階以下で 過小 評価された原因は，樹冠閉鎖後の影響を正確に評価できなかったためと考 えら れた。＠稚樹と成木を組み合わせた成長モデルを利用して，40cm上の径級 伐採 が行われた林分について，伐採前の状態に回復するまでの時間を計算した とこ ろ，それには60年近く掛かることが分かった。これより，漸伐施業により 更新 を行う場合，成林するまでには人工林と同じくらいの時間を要することが 分か った。◎直径階別本数分布を予測するための遷移行列では，行列の要素で ある 進級率を，胸高直径とその階より上の胸高断面積合計を説明変数とするロ ジス ティク回帰分析を用い算出した。また，進界量については，説明変数を樹 高層別の胸高断面積合計とする．重回帰式を用い算出した。その結果予測された 直径 分布は、実測値とおおむね良好な適合を示した。＠時系列データのない林 分の 遷移行列の要素を推定する手法としてゝ線形計画法を利用した。この手法 に よ り期 首 と期 末 の直 径 分布 か ら遷 移 行列 を 算出 で き るこ と が分かった ぃ 最後 に，針広混交林の成長について，複雑な系に対処するための新しい手法 とし て発展しているニューラルネッ卜ワークによる予測を試みた。その結果，
実測 値と予測値の比較において良好な適合を示し，この手法は，予測という点 で利用しやすく，また有効なものであると考えられた。
以上 の針広混交林のダイナミックスに関する基礎的成長解析，成長予測モデ ル作 成をふまえ，針広混交林の基本的な遷移及び天然林施藁を行う上での留意
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点について考察を加えると次のとおりである。
直 径分布 の型 を上 述のタ イプI．H．m林分 とす ると，基本的な流れとして タ イ プi‑n‑mの 順 に 推 移 す る も の と 考 えら れ た 。 す な わ ち ， タ イ プI林 分 では直径成長に径級間の差がないことから，このタイブが維持されるかどうか は，進界量の大小により決まる。十分な進界量がない場合，タイプnヘ移行す る。タイプII林分になると，本数分布の多い中径級が直径成長が大きく，稚樹 の進 界はさ らに 困難 になるため，すみやかにタイプmヘ移行する。タイプm林 分では，直径階の大きなものの成長が相対的に小さく，また多少の進界量があ っても枯死と進級のため分布の型は余り変わらないが，自然的あるいは人為的 な林分の大きな改変により十分な進界量があればタイブIヘ移行する。また十 分な進界量がない場合には，林分は衰退する。いずれの直径分布の型において も，その状態を維持するかあるいは他のタイプヘ移行するかは進界量に依存す る。北海道の針広混交林においては，一般に林床植生としてササ型が多く，そ のままでは十分な進界量は期待できない。したがって十分な進界量が発生する よ う な 林 分 の 大 き な 改 変 が 林 分 維 持 の た め に 必 要 で あ る 。 以上，本研究の結果から，今後の針広混交林の取り扱いは，更新の確保を最 も重要な課題として考慮することが必要であり，また，更新が確保されるなら ば，本研究に示した遷移モデルを利用することにより林分の直径分布が予測で き ， 合 理 的 な 天 然 林 施 業 を 推 進 す る こ と が で き る も の と 考 え ら れ た 。
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学位論文審査の要旨 主査 教授 和 孝雄 副査 教授 松田 彊
副査 教授 阿部信行（新潟大学）
学 位 論 文 題 名
針広混交林のダイナミックスに関す る基礎的研究
本 論 文 は 緒 言 、 本論5章 、 結言 で 構 成さ れ 、図38、表28、引 用 文献74を含 む 総 頁 数 154の 和 文 論 文 で あ る 。 別 に 参 考 論 文 25編 が 添 え ら れ て い る 。 今 日 、 森 林 の 有 す る 多 様 な 諸 機 能 の 確 保 、あ る い は合 理 的な 森 林 経営 を 推 進 す る た め 、 天 然 林 施 業 の 体 系 化 を 図 る こ と が 重要 な 課 題と な って い る 。本 論 文 は 、 そ の 課 題 に 応 え る 基 礎 的 研 究 と し て 、 汎 針広 混 交 林帯 天 然林 の ダ イナ ミ ッ ク ス を 定 量 的 に 把 握 す る た め の 新 た な 手 法 を 開発 す る こと を 目的 と し たも の で あ る 。 得 ら れ た 成 果 は 次 の と お り 要 約 さ れ る 。
1． ま ず 、 針 広 混 交 林 の 分 布 特 性 の 把 握 に 際 し て 、 従 来 の 手 法 で は 大 面 積 の 天 然 林 の 解 析 に は 相 当 の 困 難 を 伴 う こ と か ら 、 地理 情 報 シス テ ムを 利 用 する 手 法 を 開 発 し た 。そ れ に より 、 奥定 山 渓 地域 約1万haを 対 象と し て地 形 、 方位 、 標 高 等 の 条 件 と 分 布 特 性 の 関 係 を 解 析 し た 結 果 、 高蓄 積 な 林分 は 西か ら 北 斜面 に 多 く 分 布 す る こと 、 標 高が1000m近 く なる と 存在 し な いこ と 、 傾斜 度 との 関 係 はう す い こ と 、 な ど を 見 出 し た 。
2． 北 海 道 の 中 央か ら 北部 に 広 がる 無 施 業の 天 然生 林 固 定成 長 量試 験 地 （52ケ 所 1950年 か ら1956年 に か け 設 定 ） と 空 沼 天 然 林 施業 実 験 林（1967年 設定 ） の 資料 を 用 い て 、 針広 混 交 林の 成 長解 析 を 行っ た 。そ の 結 果、 ＠ 稚樹 の 胸 高直 径5cm上 へ の 進 界 量 は 、 林 木 の 個 体 数 や 胸 高 断 面 積 合 計な ど の 林分 構 成因 子 と の相 関 は な い こ と 、 ◎ 枯 死 量 は 、 直 径 階21cm以 下 の個 体 に つい て は 上木 に よる 被 圧 と近 隣 直 径 階 の 個 体 と の 競 争 に よ り 生 ず る こ と 、 また 、 す でに 樹 冠を 構 成 して い る 直 径 階51cm以 上 の 個 体 は 周 囲 の 林 木 密 度 に弱 い 影 響を 受 け るこ と 、◎ 直 径 級と 直 径 成 長 量 の 関 係 か ら 、 中 径 級 を 中 心 に 「 凸 型」 の パ ター ン を示 す 林 分は 容 易 に 判 別 で き る が 、 そ れ 以 外 の 林 分 に つ い て は 様々 な パ ター ン の組 み 合 わせ が あ り 一 概 に 区 分 で き な い こ と 、 ＠ 樹 種 別 の 成 長 特性 で は トド マ ツは 各 直 径階 で 他 樹 種 よ り 成 長 が 良 く 、 エ ゾ マ ツ は 小 径 級 の う ちは 他 樹 種に 劣 るが 中 径 級以 上 に な る と 卜 ド マ ツ と 差 が な く な る こ と 、 ま た 広 葉樹 で は ミズ ナ ラ、 エ ゾ イタ ヤ 、 シ ナ シ ナ ノ キ の 順 に 成 長 が 良 い 、 な ど の 傾 向 が 認 め ら れ た 。 ―201ー
3． 針広混 交林 のダ イナ ミック スを遷移行列を用い、その固有値と林分タイプ の関係から解析した。その際、林分タイプは直径分布の特徴から3つのタイプに 分 けて 検討 した（ タイ プI:L型 分布 、タ イブH： 中径 級にピ ークのある分布、
タ イプm： 小径 級か ら大 径級ヘ 向けて個体数がなだらかに減少するタイプ）。
その結果、タイブI及びロI林分は、それぞれ全く違う遷移傾向を示すように見 えるが、固有値の面から解析するとその遷移は同じ傾向を示すことがわかった。
4． つ い で、 遷 移 行 列 を 用 い て 針 広 混 交林 の 成 長 予 測 モ デ ル を 作 成し た 。
＠トドマツ稚樹の成長モデルでは、初期樹高分布から13年後の樹高分布を予測 し、実測値と比較した。その結果、130cm階以下では過小に計算されたが、樹高 15 0cm以上の直径階では予測値と実測値は良好な適合を示した。＠稚樹と成木を 組み合わせた成長モデルを利用して、40cm以上の径級伐採が行われた林分が伐 採前の状態に回復するまでの時間を計算したところ、60年近くを要することが わかった。◎直径階別本数分布を予測するための遷移行列では、進級率の算出 にはロジスティク回帰分析を用い、また進界量は重回帰式を用いて算出した。
その結果、予測された直径分布は、おおむね良好な適合を示した。＠時系列デ ータのない林分の遷移を推定する手法として線形計画法を利用した。その結果、
径級の進級率や枯死率に一定の制約条件を付すことにより、期首と期末の直径 分布から適合性の高い推定が可能なことがわかった。
5． また近年、新しい手法として発展しているニューラルネットワークを利用 して針広混交林の成長予測を試みた。その結果、実測値と予測値の比較におい て良好な適合を示し、成長予測という点で、この手法は複雑な森林の動きを解 析するうえで有効であることを確かめた。
6． 基礎的 成長 解析 及び 成長予 測モデル作成をふまえ、針広混交林は、基本的 に は 上 述 の タ イ プI、u、mの 順に 推移 すると し、 天然 林施業 に際 して は、 更 新 の 確 保 を 最 も 重 要 な 課 題と し て 考 慮 す べ き で ある 、と結 諭づ けて いる 。 以上、本研究は、数多くの固定試験地で長期にわたって計測された豊富な資 料をもとに、近年開発された新しい手法を用いて針広混交林のダイナミックス を解析したものであり、得られた新たな知見及び成長予測モデルは、今後の研 究発展に大きく寄与するものと高く評価される。
よって、審査員一同は別に行った学力確認試験の結果と合わせて、本論文の 提 出 者 佐 野 真 は 博 士 （ 農 学 ） の 学 位 を 受 け る の に 十 分 な 資 格 が ある も の と認定した。
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