年輪幅による大気汚染の評価法の研究

奈良教育大学学術リポジトリNEAR

年輪幅による大気汚染の評価法の研究

著者 東村 隆子

雑誌名 奈良教育大学紀要. 自然科学

巻 39

号 2

ページ 1‑10

発行年 1990‑11‑26

その他のタイトル Evaluation of Air Pollution by the Tree Ring Widths

URL http://hdl.handle.net/10105/1815

奈良教育大学能事 第39巻 第2号(自然)平成2年 Bull. Nara Univ. Educ, Vol. 39, No. 2 (Nat.), 1990

年輪幅による大気汚染の評価法の研究

東 村 隆 子 (奈良教育大学生物学教室)

(平成2年4月28日受理)

Evaluation of Air Pollution by the Tree Ring Widths

Takako Higashimura

(Biological Laboratory, Nara University of Education, Nara 630, Japan) (Received April 28, 1990)

Abstract

The widths of annual rings of Cryptomeria japonica and Chamaecyparis obtusa were measured and the method finding out anomalies in circumstances was studied. Results obtained are as follows.

1 ) The secondary growth of trees is not influenced by the temperature of the preceding year but it is effected positively by the temperature of that year.

2 ) It is effected positively by the yearly rainfall between血ne of the preceding year and April of that and negatively by the yearly rainfall between June and September of that year.

3) The widths of annual rings of samples taken from almost every area in the western あpan were decreased remarkably in the period between 1965 and 1975. This decrease is probably caused from air pollution.

は じ め に

樹木の年輪幅と気候との間に相関性が存在することはかなり古くから知られているが,米国ア リゾナ大学のDouglassはこの性質を利用して今世紀のはじめに,年輪幅によって古い時代の気 候を推察するという「年輪気候学」を創始した.その後,この分野は次第に全世界にひろまって, 各地で古気候が推察されつつあるが,アジアにおいては,チベットで研究が行われ始めている.

最近では,同じ手法によって,異常気象をたどろうとする研究も,追々と発展している.

わが国では,この過去の異常気象に関する研究は,かなり古くから断片的にではあるが行われ てきた1).そうして,過去の公害を年輪から推察しようとする研究も,若干のデータが提出され つつあり2),また,研究方法も,年輪幅のみならず,樹幹に含まれる微量元素を計測する方法が 研究されるなど,新しい手法も採用されている3).本研究では,地理的に広い範囲での樹木の年 輪幅計測を行い,その幅の年々変動から近年の異常な傾向を解析して,その原因である環境異常

を解析する方法を拓こうとするものである.

東 村 隆 子

材料及び気象データー

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研究に際して,先ず第‑に解決しなければならない問題は気象変動に対して年輪幅が敏感に変 動する樹種を見つけ出すことである.その樹種の試料が,容易に広範囲から多数入手できること が,実際上の問題として大切である.この観点から,広い範囲に分布しているヒノキとスギにつ いて,先ずとりかかった.

2)材木試料の収集

数多くの気象要因のなかで,どの要因がどの程度樹木の年輪幅に影響を及ぼすのかを明らかに するためには,なるべく工業化の影響の少ない非汚染地区の材木試料と汚染地区の材木試料を入 手しなければならない.そのため,第1, 2, 3図に示した通り, 10地区16地点より試料を収集

した.

第1図 試料採集地点

1.芦生  2.京都  3.高野山  4̲ 室生  5.美里 6.海南  7.菰野  8.小岐須  9.尾鷲 10.徳山

① 京都府北桑田郡美山町芦生 京都大学農学部附属芦生演習林(スギ)

② 京都市北区上賀茂 京都大学上賀茂試験地(ヒノキ)

③ 和歌山県伊都郡高野町 国有林(ヒノキ,スギ)

④ 奈良県宇陀郡室生村 民有林(ヒノキ,スギ)

年輪幅による大気汚染の評価法の研究

3

6)和歌山県海草郡美里町(3地点)

ア)美里1 イ)美里2 ウ)勝谷 民有林(ヒノキ)

⑥ 和歌山県海南市小中大野城跡 市有林(ヒノキ) (参 三重県四日市菰野町千草 市有林(ヒノキ)

⑧ 三重県鈴鹿市小岐須 国有林(ヒノキ,スギ)

⑨ 三重県尾鷲市(5地点)

ア)三田谷 民有林(ヒノキ) イ)矢所 民有林(ヒノキ) ウ)坂場 民有林(ヒノキ) エ)光ケ丘 民有林(ヒノキ) オ)八鬼山 市有林(ヒノキ)

⑲ 山口県徳山市 京都大学農学部徳山試験地(ヒノキ)

このうち①〜④の環境は工業地帯から離れた比較的大気汚染の少ない地区である. ⑥は海南市 和歌浦湾の火力発電所(2100MW)があるために黒い雨が降り,自動車の車体にも硫酸腐蝕がお こったといわれる大気汚染がひどかった地区. ⑦は石油コンビナートや火力発電所から西へ約15 kmの位置にあり, 1970年頃にはやはり黒い雨がよく降った地区. (勤は尾鷲市の近傍の火力発電所 (750MW)の稼働によって植林されたヒノキの立枯れが問題になり,菓量の減少などの記録が 残っている地区である.

特に大気汚染の著しい海南地区と尾鷲地区については,詳細に調査するため近傍3‑5地点の 試料を採取した.その位置関係を海南地区は第2図,尾鷲地区は第3図に示す.

試料は1地点からランダムに約20本以上のスギまたはヒノキを選び,地点により異なるが,也 上からの高さ約50cm‑ 6 mの部分から10cm程度に輪切りにした円盤を採取した.円盤試料は竜燥

した後,断面を電動研磨棟で研磨し,測定を行った.

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第2図 海南市周辺の試料採取地点 矢印は火力発電所 1/20万

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二千、可「、. 午‑ノ,r‑J/r^^? 第3図 尾鷲周辺の試料採取地点

矢印は火力発電所 1/5万 3)気象データーの収集

採取した試料の生育地に近い位置にある気象観測所または気象台のデーターを入手し,データー を計算機へ入力した.各気象観測所は,観測開始年が遅かったり,あるいは途中で廃止されてい て現在までデーターが続いていないものが多い.また同一地点において1∝)年間にわたり同一方 法で観測が続けられているところは殆どない(例えば平均温度の算出法が時代及び観測所によっ て異なる).府県の中央都市にある気象台は比較的データーが揃っているものの,観測方法が途 中で変更されていることが多いー その上,気象データーが揃っているそのような中央都市の近傍 で,樹齢100年以上の樹木が生育しているところは非常に少ない.

年輪幅による大気汚染の評価法の研究

年輪幅計測及びデーター処理の方法

試料の円盤は4方向に測線を設定し,それぞれの年輪幅を測定し, 4方向の平均値をその円盤 の年輪幅とした.試料円盤を倍率100倍の顕微鏡を通して,像を撮像管で受け,その信号をテレ ビに接し出す.テレビのブラウン管面には十字の基準線を付けておき,試料台をパルスモーター によって約0.01mm間隔で移動させて,像の上で前年の春材・秋材の境界から,翌年の春材・秋 材の境界までの移動距離をモータ‑パルスの数でもって測定する.この方法により,年輪間隔は 0.01mmの精度で測定できた。

l)偽年輪の補正

風害や虫害,水の不足等いろいろの原因で樹勢が衰え形成層の活動が一時的に停止したりまた は衰えたとき,偽年輪がっくられる.材の切片を作って,顕微鏡で観察すれば偽年輪を識別する ことができるが,多数の計測を必要とする場合には,いちいち切片観察を行うことは不可能に近 い.そのため,次の方法を案出し,成功した. 2個の試料の年輪幅W; (i‑1   ‑‑,

n)を測定し,両者の樹間相関を計算する.次にこの一方の試料のある隣接する2つの年輪を合 併した幅(Wj+WJ+1)をとり、樹令を1年減少させる.これと,もう一方の年輪幅との相関を 計算する.この2つの年輪幅を一緒にした年度jを1年ずっずらしていって,それぞれの場合の 相関係数を計算する.この相関係数が,はじめの相関係数より大きかったならば,そのときの年 度には偽年輪が生じていたと考える.この場合,さらにもう1本偽年輪が生じていたか否かを調 べるために,同じ操作を繰り返し,このことを,相関係数が最大になって,それ以後減少するま

で続けた.

上賀茂試験地での伐採年未知試料による相関関係の結果の例を第1表に示す.この試料の場合, 補正前は‑0.175であった相関係数が, 1966年の年輪を偽年輪とすると0.08と改善され,さらに 1965年も偽年輪とすると0.474と大幅に改善された.従って,この試料の場合1965年度の年輪内

に偽年輪が2本形成されたと仮定すると,樹間相関の改善ができる.

第1表 偽年輪補正法による相関係数の推移

偽 年 輪 補 正 を 行 っ た 年 号 相 関 係 数

1 9 6 6

‑ 0 . 1 7 5 0 . 0 8 0

1 9 6 5 0 . 4 7 4

1 9 0 5 0 . 5 3 3

1 9 1 1 0 . 5 4 2

2)年輪幅揺標値

年輪幅には,気象以外にも樹木間の競争などの要因が影響する.これを消去して,どの木にも 同じように影響するはずの気象要因を抽出するには、 (1)極端に個性的な生長をした木を選び分 けて除外する・(2)残りの木について平均をとる操作を行う.そのため,試料1個毎に年輪幅指 標を計算し,同一地点の全試料の年輪幅指標値の相関を計算する.この樹間相関が有意である試 料だけを選び出し,その年輪幅指標の平均値をとり,それを第1次基準指標値とする.次にこの 第1次基準値に対する各試料の相関を計算し,良い相関を示した試料をすべて選び出して,その

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平均で第2次の基準指標値を得て,これをその地点の基準指標値とする.地点基準指標値を作る ときに用いられたのは,地点により異なるが,全試料の約80%の数の試料であった.すなわち, 試料のうちの20%は平均とは異なった個性的な肥大生長をした木であったと言える.

結     果 1)気象との関連

年輪幅指標値は指標値を導き出す計算法によって異なった値があたえられる.年輪幅指標値は, 分母に5年移動平均をとることによって計算し,気象との間の重回帰分析を行った.重回帰分析 の結果は単回帰分析と同様の傾向を示し.分析において採用した独立変数は前年1月から当該年 9月までの月間降雨量と月平均気温の42変数と前年の年輪幅との合計43変数である.その結果の 一例を第4図に示す.得られた結果をまとめると,

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第4図 重回帰分析法による気温,雨量の寄与

▼京 都(ヒノキ) ○室 生(ス ギ) ●室 生(ヒノキ)

□高野山(ス ギ)  ■高野山(ヒノキ)

年輪幅による大気汚染の評価法の研究

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6 三 田 谷 .○ * 0 ○ ●

7 矢 所 ○ 0 0 ○ ○ * ○ 0 ● ◆ ● ○ ●

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無印        90%以下

第5図 地点基準指標値間(5年移動平均)の樹間相聞

1930    1950    1970    1990 年 第6園 計測年輪幅プロット

伐採年度1984年  採集地点 尾鷲市三田谷  樹種 ヒノキ

8

第2表 各地点の肥大減少率

地 区 名 地 点 名 全 平 均 10 年 平 均 肥 大 減 少 率

尾 鷲

海 南

四 日 市

三 田 谷 0 .8 6 2 0 .8 2 1 0 .04 8

矢 所 0 .8 7 2 0 .76 2 0 .12 3

坂 場 0 .97 1 0 .8 5 2 0 .12 3

光 ケ 丘 0 .8 11 0 .56 2 0 .30 7

八 鬼 山

海 南

0 .89 7

1 .04 4

0 .60 0

0 .69 9

0 .33 1

0 .33 0

美 里 1 1 .02 0 0 .88 6 0 .13 1

勝 谷 0 .98 5 0 .8 23 0 .16 4

美 里 2

菰 野

0 .99 4

0 .86 2

0 .7 14

0 .8 21

0 .28 2

0 .04 8

芦 生 芦 生 0 .85 6 0 .80 2 0 .06 3

徳 山 徳 山 1 .0 14 0 .56 3 0 .44 5

木  骨 lil

(木曾地点については1904‑1913年,他の地点は全て1961‑1970年) a)ヒノキとスギについては樹木,産地による有意な違いは兄いだせない.

b)気温については,前年の影響は殆どなく,当該年度の1‑3月が正の寄与である.これは 単回帰分析の結果と同じであった.

C)雨量については,前年の6月から当該年度の4月まで正,当該年度の6‑9月は負の寄与

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d)前年の年輪幅に対する回帰係数は,有為な結果が得られない.

2)異なる地区の試料間での年輪幅パターンの比較

年輪幅パターンと気象との関係を見る前に,地点間の年輪幅変動の比較を行った.すなわち, 各地区での年輪幅指標値(5年移動平均)を,地区間と地区内で比較した結果を第5図に示す.

この結果から(1)芦生(2)上賀茂,室生,美里,海南,菰野,徳山(3)高野山,勝谷,尾鷲(5 地点)は異なった肥大生長をする地域であることがわかる.この3地域のうち, (1)は近畿北部, (3)は南部, (2)は両地域の中間的な肥大生長を示す中部地域であり,近畿地方では年輪幅パターン が同じ様相を呈する地域(年輪生長相似地域)が三地域あることを示している.これは太平洋と 日本海側との気象の違いによる影響である可能性が高い.近畿中部における年輪生長相似地域の 範囲は,直線距離にして少なくとも100kmの範囲である.なお,西方へ400km離れた遠方の徳山 地点が上述の中部年輪生長相似地域と同じ変動を示しているが,今後東西方向の地点を追加する ことにより,その理由を明らかにすることができるであろう.一定の年輪幅パターンを示す地域, すなわち,年輪生長相似地域の範囲を確立することができれば,その地域内でこれからずれるよ

うな年輪幅パターンを示す地区は,大気汚染の影響を受けている可能性が大きいと判断されるか ら,汚染を評価する新しい方法が拓けるであろう.

年輪幅による大気汚染の評価法の研究 3)大気汚染の影響: 1965年‑1975年の生長衰退

尾鷲市三田谷の試料の年輪幅のなまの値が,第6図のごとく1965年‑1970年にわたって顕著に 狭くなっていることが認められる.これはおそらく大気汚染の影響であろうという観点から,他

の地区の試料についても検討したところ,次のような結果を得た.

a)大部分の地区で,同様なことが認められ,その期間は1960年‑1975年頃である.

b)各年輪幅指標について,試料個体の平均生長量(全平均)と1960年‑1970年の10年間にわ たる平均生長量(10年平均)との差(減少量)に対する全平均の比をとって,これを「肥大 減少率」と呼んでおく.各地点でのこの量を計算すると第2表のようになる.この量は,檎 令の影響などを考慮していないので一つの目安にすぎないものであるが,当該期間中,西日 本のほとんどの地域にわたって樹木の肥大生長が衰えていることを示している.

樹を伐採した年(1985年‑1987年)より15年〜25年以前の年輪幅が,常態よりも収縮するため にこのような減少がおこっているのではないかとの疑問が生じる.しかし, 1935年(昭和10年)

ごろ,京都大学農学部で年輪幅計測が行われたことがあり,その結果が卒業論文として保存され ていることを発見した.これは,大気汚染が全く生じていなかった時代のデーターとして貴重な ものである.試料は主として長野県木曾のヒノキであって,それらが生育した場所の詳細な記述 は残っていない.このデーターから伐採年度より15年〜25年前の期間について上記の肥大減少率 を計算した結果(第2表最下行)生長の衰えは見られず,したがって,樹皮から数えて10年〜25 年の期間が何らかの内的原因によって年輪幅が減少して第5図のような結果を与えているのでは ないかという疑問は否定される.

このことから1960年‑1975年の期間の生長衰退は外的な要因,すなわち気象または大気汚染に よるものと推測できる.気象によるものであるとして気象データーを調査しても月間降雨量,月 平均気温,月別日照量ではとりたてた変化は見られない.大気汚染によるものとすれば芦生演習 林で象徴されるように工業地域から50km以上も離れた地点でもこのことが起こっていることから, 大気汚染が予想以上に広範囲に影響を与えていることになり,この意味は重大である.しかし, 今の段階では,いずれであるかは断定できない。

結 請

以上のような結果を得たが,研究を完結するまでにはまだ距離がある.この研究の実行は試料 の収集や年輪幅の測定という作業と,データーの数値処理や大気汚染との関連性の抽出という演 算との二段階でもって成り立っが,作業に大部分の時間が費やされ,年輪幅と大気汚染との関連 性が十分な形で得られるまでにはいたっていない.しかし, 1961年 ‑1970年の期間の肥大減少が 予想以上の広範囲に出現していることが発見され,大気汚染の影響を抽出する方法の見通しを得 ることができた.今後は年輪幅指標値計算法にさらに改良を加え,気象要素の選び方を検討する ことによって,過去の大気汚染の詳細な情報が得られることが期待される.本研究に用いた試料 以外にも,四国四県の試料を始め,近畿地方南部でも数地点の試料を採取しているが,試料円盤 はまだ宅燥途中である.これらの中には樹齢300年に達する試料もあり,この研究が古気侯研究 へ発展するときの好試料となると期待される.

10 東 村 隆 子

摘     要

ヒノキとスギの年輪幅の計測を行い,年輪幅を解析して環境異常を導き出す方法を研究した.

(1)前年の気温は翌年の材の肥大生長に殆ど影響しないが、その年の1月〜3月の気温は正の寄 与である.

(2)前年の6月からその年度4月までの降雨量は正の寄与,その年度の6月〜9月の降雨量は負 の寄与である.

(3) 1965年‑1975年の10年間にわたって西日本の殆どの地域で年輪幅が著しく狭くなっているの が認められた.これは,おそらく大気汚染の影響であろうと推測される.

引 用 文 献 1.荒川秀俊(1955)気候変動論 地人書館

2.川口武雄(1962)森林物理学(気象編) 地球出版

3. Bases C. F. and McLaughlin S. B. (1984) Trace elements in tree rings:evidence of

recent and historical air pollution. Science. 224: 494‑497.