井手 淳一郎

Vegetation and subsequent ecosystem services can recover over time in forest headwaters devastated by massive disasters. However, in cold regions, their recovery rates are typically slow and often imperceptible, which makes it difficult to evaluate how much ecosystem services have recovered. This study targeted dissolved organic matter (DOM), which plays a central role in biogeochemical processes in forest ecosystems, and aimed to examine whether vegetation conditions affect the quality of stream DOM from cool-temperate forest headwaters in northern Japan. To achieve this, hydrological observations and stream water sampling were conducted monthly from May to December 2021 in three small forest catchments with different landslide coverage. Dissolved organic carbon (DOC) concentration in stream water was measured, and the molecular composition of DOM was analyzed using ultrahigh-resolution mass spectrometry and compared among the three catchments. The peak-intensity-weighted average aromaticity index (AIwa) increased with DOC concentration. We found that AIwa was the highest in the undisturbed catchment, followed by the catchments with landslide coverages of 16% and 52% at a given DOC level. These results indicate that the quality of DOM could dramatically change depending not only on DOC concentration but also on vegetation disturbance in cool-temperate forest headwaters.

Forest vegetation and soils in headwaters can control runoff and surface erosion. However, it remains unclear how vegetation affects nutrient exports from cool-temperate forest headwaters during intense rain events that transport sediment-associated nutrients, such as phosphorus (P). To clarify this, we targeted an upstream landslide area and analyzed P contents in surface soils and total P (TP) in stream water of the undisturbed (UF) and landslide-bearing forest (LB) catchments. The soil P content was higher in the UF catchment than in the LB catchment, but differences in the average TP concentration and load during low flows between these catchments were not significant. Conversely, the overall runoff and the TP load were three and ten times higher in the LB catchment than in the UF catchment, respectively, during a rain event with daily precipitation of 49 mm, despite the soil P content being much lower in the LB catchment. Particulate P (PP) accounted for more than 90% of the TP load during the rain event in the LB catchment, whereas dissolved P accounted for more than 80% of the TP load in the UF catchment. Therefore, soil surface mobility strongly affected P transport in the forest catchments. Our study suggests that vegetation not only reduces PP loads by controlling runoff, but also influences stream P forms in cool-temperate forests.

Abstract. Dissolved organic matter (DOM) degradation in freshwater rivers and streams plays a major role in the global carbon cycle. However, little is known about how the source and composition of riverine DOM contribute to the production of greenhouse gases, especially in high-latitude areas with a large proportion of carbon-rich peatlands. Here, we conducted for the first time the combination of molecular-level characterization of terrestrially derived DOM and the potential carbon dioxide (CO2) production measurements in pristine subarctic rivers of Finnish Lapland. 21-day incubation studies were conducted with water samples taken from two rivers differing in DOM content during spring and fall 2018. The changes in the DOM concentration and molecular composition, as well as the CO2 production, were measured. The DOM molecular characterization was carried out using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS). Our results demonstrate efficient mineralization of dissolved organic carbon (DOC) into CO2 in mineral soil associated clearwater river during the incubation, while significantly lower CO2 production per DOC was observed in the brown-water river surrounded by peatlands. The limited degradability in the brown-water river was caused by a large number of terrestrial and aromatic compounds (i.e., highly unsaturated and phenolic compounds, condensed aromatics, and polyphenolics) from surrounding peatlands. In the clearwater river, the percentage of formulas assigned to aliphatics decreased over the incubation, indicating microbial utilization of biolabile DOM. This study highlights the importance of energy-rich, biolabile molecular compounds and the contribution of clearwater systems in the DOM degradation dynamics of subarctic catchments.

Abstract The diverse socio-cultural conditions in Indonesia can make it difficult to develop sustainable micro-hydro power (MHP) generation in rural areas. However, the existing framework of sustainable development indicators to assess MHP sustainability does not include indicators for locations with traditional characteristics. This study aimed to develop indicators related to the specific cultural features for evaluating the sustainability of MHP generation. The identification of indicators was accomplished through field investigations and literature studies. Thirty-one experts in the Delphi method validated the indicators. The results revealed three indicators related to specific traditional characteristics and importance to the sustainability of MHP generation, i.e., electricity-supported cultural activities, customary rules of environmental protection, and directive of a traditional leader. These indicators can be elaborated with the existing framework and expected to increase sustainability assessment efforts for MHP generation in remote locations.

<p>近年，管理が不十分な針葉樹人工林を広葉樹林に誘導して森林の公益的機能の向上を図ろうとする動きがある。一方で，この誘導が森林の物質循環にどのような変化をもたらすのかについては十分にはわかっていない。本研究ではこの変化を理解するための手始めとして，森林の物質循環において重要な役割を担う溶存有機物（DOM）に着目し，針葉樹林と広葉樹林における雨水中DOMの質を比較・検討することを目的とした。兵庫県内の針葉樹林（ヒノキ林）と広葉樹林（コナラ林）で林外雨と林内雨を採取し，超高分解能質量分析法であるFT-ICR MSを用いて林外雨と林内雨のDOMを構成する分子の種類と数を分析した。その結果，DOMの構成分子の種数は林内雨のほうが林外雨よりも有意に多い（p < 0.05）一方で，針葉樹林内雨と広葉樹林内雨との間では有意な差がないことがわかった。また，林外雨と林内雨との間で構成分子種に類似性は見られなかったが，針葉樹林内雨と広葉樹林内雨との間では多くの構成分子種が共通していた。これらの結果は，多様なDOMが樹冠から雨水へ供給される一方で，供給されるDOMの種類については針葉樹林と広葉樹林で大きな差異はないことを示唆する。</p>

<p> 途上国における小水力発電の持続的な運用のためには，経済，社会，環境等に関して様々な問題があることが指摘されているが，実際に現場に入って問題点を詳らかにし，克服するための道筋を提示しようとした研究事例は少ない．本研究では，途上国遠隔地域における小水力発電の持続的な運用に係る課題について整理することを目的に，インドネシア西ジャワ州に位置するチプタゲラ（Ciptagelar）集落における小水力発電をとりまく状況について調査した．その結果，小水力発電を持続的に運用するためには主に資金面と技術面で課題があることがわかった．資金面では，自然災害で破壊された取水施設の修復費と，発電機等の維持管理費を確保するのが難しいという課題が明らかになった．技術面では，取水施設が大規模な洪水によって破壊されやすい可能性があること，また，小水力発電施設を適切に管理できる熟練の技術者がいないことがわかった．</p>

<p>北方林における森林火災はバイオマスの燃焼を通してその炭素貯蔵量に強く影響を及ぼす。同時に，森林火災は土壌中の溶存有機物（DOM）の質を変化させることで北方林の物質循環に強く影響すると考えられる。しかしながら，火災後，北方林の回復と発達に伴って土壌中のDOMの質がどのように変化するかについてはほとんどわかっていない。本研究では，フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型質量分析法を用いて，フィンランド亜北極地方の北方林における土壌中DOMの構成分子種の，火災後の経過年数に伴う変化について検討することを目的とした。このため，火災後，6年，46年，156年が経過した3つの林分に試験地を設定して土壌水を採取しDOM構成分子種を分析した。DOMの構成分子の種数は6年，46年，156年の試験地でそれぞれ，2276，1588，2427であった。このことはDOM構成分子の種数が時間の経過とともに変化することを示す。また，6年と156年の試験地間では全種数の約70%が共通していた。van Krevelen diagramを用いてDOM構成分子種を生体分子クラスに分類すると，6年と156年の試験地間で共通する分子の多くはリグニン様物質であることが明らかとなった。</p>

近年，河川水のリン酸の流出起源を探る方法としてリン酸-酸素安定同位体比（&delta;¹⁸O_P）を用いた解析手法が注目されている。本研究では土地利用構成と地質構成の異なる2つの河川流域間において河川水の&delta;¹⁸O_Pの値を比較・検討し，それらの特徴を明らかにすることを目的とした。

本研究では，森林が土地利用の多くを占める，地形の急峻な中山間地域河川において硝酸イオン（NO₃^–）濃度の空間変動について検討することを目的とした。このため，島根県東部の斐伊川本流の７地点において月１回の河川採水を1年継続し，NO₃^–の濃度と窒素・酸素安定同位体比（δ¹⁵N_NO3・δ¹⁸O_NO3）を分析し，それらの空間変動を解析した。観測期間におけるNO₃^–濃度の平均値には採水地点間での有意差はなく（p ≥ 0.05），濃度の範囲は1.6－2.1 mg l^–1であり，流下方向における濃度の変動は小さかった。一方，季節ごとにみると，春季と秋季にNO₃^–濃度の流下方向における有意な減少がみられ（p < 0.05），また，秋季においてはδ¹⁵N_NO3とδ¹⁸O_NO3に流下方向における上昇傾向がみられた。δ¹⁵N_NO3とNO₃^–濃度との関係から，河川流量と先行降雨量の少なかった秋季において脱窒の効率が高い傾向にあった。本研究の結果から，中山間地域河川においてはNO₃^–濃度の空間変動は小さいものの，季節ごとにみると，脱窒や希釈作用によるNO₃^–濃度の流下方向における減少が生じることが示唆された。

間伐が下層植生の現存量と林床被覆率に及ぼす影響を検討するため, 福岡県飯塚市の弥山試験地のスギ人工林において, 間伐後3年が経過した本数間伐率50%と35%の間伐区と林冠が閉鎖した無間伐区のそれぞれに試験プロットを設置し, 主として草本類から構成される下層植生の丈および重量と林床被覆率を調べた。その結果, 間伐率が高くなるにつれて下層植生の生重量と乾燥重量は増加することが示された。また, 間伐区で抽出された下層植生の丈は大部分が50cm以下であり, 最大のものでも86cm であった。これらの結果は, 間伐によって林内の光環境が改善されたことにより丈の低い下層植生の地上部現存量が増加したことを示唆する。林床被覆率についてはいずれの試験区も高い割合(89%～100%)を示したが, 林床要素の構成割合は試験区間で異なった。間伐区では下層植生が, 無間伐区ではリターが林床被覆率に大きく寄与していることが示された。The effects of thinning on the biomass of understory vegetation and the floor cover percentage (FCP) were investigated in the coniferous plantation watersheds composed of Japanese cedar in the lower slope and Japanese cypress in the upper slope in Yayama district, Iizuka, Japan in 2015. The research sites were set at the valleys of adjacent two thinned watersheds and one non-thinned watershed. Selective thinning of 35% and 50% in number was conducted in the thinned watersheds during January to March in 2012. Fresh and dry weights of understory vegetation increased with increasing rate of thinning in the test sections covered by Japanese cedar. Additionally, the height of understory vegetation sampled in the thinned sections was mostly below 50 cm and 86 cm at a maximum. These results suggest that an increase in aboveground biomass of low-height understory vegetation is attributable to the improvement of light environment under forest canopy by thinning. The FCP was high in the all sections (89%-100%) whereas the percentage of each floor element to the forest floor was different among the sections. Our results indicated that understory vegetation and litter mainly contributed to the high FCPs in the thinned and non-thinned sections, respectively.

本研究では，非管理の針葉樹人工林の河川水質に対する役割の評価を目的として，出水時の河川水のN,P濃度の変化を考慮した（1）森林源流域におけるN,P収支と（2）河川流域における針葉樹人工林の土地利用が河川水のN,P濃度に及ぼす影響について調べた。本会ではその結果について発表する。

To characterize dissolved nitrogen (DN) export from a forested area, we analyzed relations between DN concentration and stream discharge (C-Q relations) during rainfall-derived and snowmelt-derived runoff in a headwater catchment, the central Chugoku Mountains, based on mixing processes of runoff water components. C-Q relations during each rainfall-derived runoff showed strong correlations, and the slopes of regression lines were strongly correlated with initial discharge of runoff, implying that the C-Q relations depended on the mixing rain water and soil water with groundwater. Although the C-Q relation during snowmelt-derived runoff was uncorrelated, very high DN concentration was observed in early phase of the snowmelt period. Eventually, we proposed the estimation method for DN export loading based on initial concentration, initial discharge and variable discharge during rainfall-derived runoff, and pointed out the importance of frequent sampling in early phase of snowmelt period for the load estimation.

農林地は流域面積の中で大きな割合を占め，広大な土壌環境を効果的に調査できればその効果は非常に大きい。本研究では，多周波数電磁探査機を用いて土壌の電気伝導度を測定し，森林の管理が土壌環境に与える影響を調べた。電磁探査の結果を鉛直プロファイルで表示すると，土壌環境の違いは表層近くに特徴的に現れており，間伐が遅れている森林では表層土壌の電気伝導度が高くなる結果が得られた。同サイトでは土壌の透水性が低い傾向があり，有機物も浅部のみに見られることから，浸透性の悪さが表層への物質の集中を促していると推測された。また農地としての履歴のある森林では，表層土壌の電気伝導度が高くなる傾向があり，過去の利用履歴が土壌環境に影響していた。多周波数電磁探査法は非接触で短時間に広範囲の土壌調査が可能であり，詳細調査の前のスクリーニングに役立つと考えられた。

ヒノキ人工林が優先する御手洗水試験流域において土壌の潜在的な撥水性の空間変動性を把握するため，流域内の東向き斜面の上部，中部，下部，谷部において土壌試料を採取し，エタノール溶液滴下試験を行った。その結果，斜面の上部，中部，下部の表層土壌(深度: 0-2cm、2-5cm)において撥水性が観測された。それらの撥水性強度は「none」から「very strong」までの範囲に及んだ。一方，谷部では撥水性は観測されなかった。撥水性試験に供した土壌試料を観察した結果，撥水性強度の高い土壌試料ほど小鱗片状のヒノキの落葉が多く混入している様子がみられた。このことから，ヒノキ林では，土壌中のヒノキの落葉の含有量が撥水性の発現を規定する主な要因であることが予想された。

Soil infiltration process greatly contributes to the hydrological process in watershed, thus, soil infiltration water and runoff water were collected to characterize pollutant load from two planted forests. Especially, this study focused on the heavy rain which is reported to be increasing because of climate change. Glass fiber wick samplers were used to collect soil infiltration water samples, while runoff water was collected at the weir. Results showed that the wick sampler successfully collected the soil infiltration water without accumulating excess water above the device. The amounts of pollutant loads in soil infiltration water (total organic carbon; TOC, total nitrogen; TN) were positively correlated with pollutant loads in runoff water, which directly showed the contribution of soil water to runoff water. During the research period, environmental pollution load density in soil infiltration water was negatively correlated with sampled soil water volume. This could be a dilution effect caused by rainfall infiltration. However, after the heavy rainfall, soil infiltration water quality showed higher concentration than other rainfall events. The trend was clear in the long lasting strong rainfall, especially for well conductive forest slope. Because of the high permeable properties, pollutant loads from the soil surface easily reached to the depth of glass fiber wick (50cm depth), without filtering process through the soil body.

面源負荷の発生機構に迫るため，多周波数電磁探査法を使って電気伝導度分布を計測し，土壌環境の特徴抽出から森林・畑地・水田といった土地利用の違い，さらに伝導度の鉛直プロファイルと河川の汚濁負荷量との関係を明らかにし，汚濁負荷量の推定を試みた．47970，24510，7950，3870，2310Hzを使用して電磁探査を行うと，いくつかの圃場で地表近くに伝導度の高い部位が観察された．電磁探査は施肥の影響を検出したと考えられ，土地利用の違いが地表面付近の伝導度分布に明確に現れることが分かった．また，水質項目の電気伝導度と電磁探査の結果には，47970と24510Hzについて有意な線形相関があった．決定係数は0.882,0.858となり，水質の電気伝導度の大部分が地表付近のデータから説明できることが分かった．

近年、管理放棄された人工林が増加している。蒸発散量は水資源量に大きな影響を与える要素であるが、管理放棄人工林での計測事例と判断できるものはこれまでになかった。本研究では、九州大学福岡演習林に設置された御手洗水試験流域の管理放棄されたヒノキ人工林において樹冠遮断量の計測を行い、他の針葉樹林と比較した。本試験地の樹冠遮断率（樹冠遮断量／降水量）は24.9％となった。他試験地の針葉樹林の樹冠遮断率は立木密度とともに増加する傾向があり、本試験地の樹冠遮断率はその分布の範囲内に収まった。このことは、従来報告されている樹冠遮断率と立木密度の関係が、管理放棄人工林に対しても成り立つかどうかを判断する上で有益な情報となるであろう。