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森林を守ることが海の生物多様性を守ることにつながる

※(注記)2.研究手法・成果 に誤記がありましたので修正しました。

近年、地球温暖化や集中豪雨のような極端な気象など、人間活動に由来すると考えられる地球環境問題が深刻さを増しています。これは人類の未来に対する脅威であり、これらの問題に対処するために、SDGsをはじめとして環境を保全し自然と共生することによって、人類の持続的な発展をめざす施策が進められつつあります。漁師であり文筆家でもある畠山重篤氏は、豊かな森が豊かな海を育むことを意味する「森は海の恋人」というキャッチフレーズで、豊かな海づくりのための森林整備や植林活動を牽引してきました。当初は漁業者に主導されていた森林整備活動は、その後行政や多くの市民が参加して全国的な社会運動になっています。生物多様性は生態系の健全性を表すきわめて重要な生物指標です。しかし、例えば水中に何種類の魚類が生息しているのかを調べるのは容易ではありません。物陰や底泥中に潜み夜間のごく限られた時間帯にしか活動しない魚種や、もともと希少な絶滅危惧魚種を網で捕獲したり潜水観察したりすることは非常に困難でした。そのため、陸域の人間活動が河川を通して河口や沿岸の生態系にどのような影響を与えるのかについては、流域と沿岸域の間に存在する要因の複雑さと水圏生物研究の難しさから、少数の河川に焦点を当てたケーススタディーをのぞいて、一般的な関係の解明はほとんど不可能でした。これに対し近年、生息する生物の排泄物や皮膚などに由来し水中に存在するDNAを網羅的に調べることにより、そこに生息する生物の種類を特定できる手法「環境DNAメタバーコーディング法」が開発され、生物多様性研究に応用されるようになってきました。本研究では、環境要因、社会要因、土地利用要因などのビッグデータを集め、それを環境DNAの分析結果と統合して解析することにより、世界で初めて広域的に森と海の関係を調べることができました。

我が国にある109の一級河川から長さが150kmを超える巨大河川を除き、日本全国に分散するなどのいくつかの条件で機械的に北海道から九州までの22河川を選考し、2018年6月〜8月に河口域で干潮と満潮時の2回河川水を採水して、環境DNAメタバーコーディング分析を行いました。調査時の環境データに加えて、対象河川の河口域で様々な機関(地方自治体、国土交通省、環境省など)が報告した環境データ(流量、溶存酸素濃度、全窒素濃度、懸濁物濃度、pH)、2015年国勢調査および2014年国交省国土数値情報などから流域の土地利用データ(流域面積、人口密度、森林面積、水田面積、水田以外の農地面積、建物用地面積、荒地面積など)を収集しました。さらに、河口域の護岸率をGoogle Map画像をもとに計測しました。環境DNAメタバーコーディング分析により各河川で検出された全魚種数およびレッドリスト掲載種数と、水質環境、土地利用、人口密度などの説明変数との関係を、冗長性分析(RDA: Redundancy Analysis)および一般化線形モデル(GLM: Generalized Linear Model)により解析しました。
22河川の河口域から、(削除) 58科、128属 (削除ここまで)62科、132属、186種(亜種等を含む)の魚類が検出されました。この中には、49種のレッドリスト種と7種の外来種が含まれます。河川ごとの出現種数は20種〜60種、レッドリスト種は3種〜11種でした。河川ごとの全魚種数と環境要因および土地利用との間に明瞭な関係は認められませんでした。そこで、レッドリスト種数と説明変数との関係に絞って冗長性分析で調べたところ、森林率と水田以外の農地率がそれぞれ正と負の統計的に有意な影響を与えていることが明らかになりました。さらに、一般化線形モデルでは森林率のみが統計的に有意に影響しており、森林率が高い流域を持つ河川の河口域には、より多くのレッドリスト種が生息していることが示されました。また一般化線形モデルでは、森林率以外の全ての要因について、レッドリスト種数との間に統計的に意味のある関係は認められませんでした。

「森は海の恋人」すなわち豊かな森林が豊かな沿岸域を育むことについて、広域的なデータをもとにした科学的証拠が初めて得られました。これは、森林保護の効果の評価において極めて重要なポイントのひとつになると考えられます。一方、豊かな森と豊かな海をつなぐ科学的なメカニズムについては、わからないことが多く残されています。地域的には、森林の保水力を通して洪水や渇水などの極端な水量変化を和らげること、生態系に悪影響を与えると考えられている微細粒子の河川への排出を抑えること、植物プランクトンや海藻などの基礎生産において鍵を握る栄養物質の供給源など、複数の要因が複雑に関係していることが推察されています。今後、流域ごとのケーススタディーを地道に積み上げて、普遍的に重要な要因の抽出を行うことが必要です。また、本研究で対象とした22河川で国土交通省がこれまでに実施してきた河口域の魚類調査(水辺の国勢調査)では、レッドリスト種は1河川で最大3種類しか確認されておらず、従来の調査法と比較して環境DNAメタバーコーディング法の有効性が明確に示されました。環境DNA分析は、今後も森から海までのつながりを研究するうえで、強力な研究手法になるものと期待されます。

本研究は、森里海の健全な連環を通して海の生態系を再生し地域振興に貢献することを目的とした、京都大学・日本財団の共同プロジェクト「Link Again Program」および「RE:CONNECT Program」の一環として行われました。

<研究者のコメント>

これまで約20年間、森から海までの生態学的なつながり(森里海連環学)を研究してきましたが、この間に詳しく調査できたのは4水系にすぎません。気候、地理的構造、人間活動の影響などが各水系で異なることから、森から海までの関係に一定の傾向や特徴を見つけることはできませんでした。環境DNAメタバーコーディングという魔法のような調査手法が確立されたことで、ようやく日本全国にまたがる広域的な調査を行うことができました。これによって、漁師さんや地域の人々が生活の中で感じていた「豊かな森が豊かな海を育む」の一端を、科学的に確認することができたと考えています。

<論文タイトルと著者>

<お問い合わせ先>

山下 洋(やました よう)
京都大学名誉教授、京都大学フィールド科学教育研究センター
森里海連環学教育研究ユニット特任教授

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