トドマツ・広葉樹混交天然林における養分要素の循環について

Abstract

北海道北部の天塩川流域に広く分布している針・広混交天然林において, その森林生態系内における養分要素 (N. P. K. Ca. Mg) の循環機構を調査した。この調査は広葉樹の方が優勢な森林と, 逆に針葉樹の方が優勢な森林の2つの林分において行なったが, 次のような結果を得た。1) この両林分の地上部の乾物現存量の総計はhaあたりほぼ140tonであまり差はなかったが, いずれも下層植生としてのササの量は多かった。またA_o層の堆積量はhaあたり12 - 20tonで, このような亜寒帯の森林としては少なかった。2) 土壌はいずれも砂岩, 頁岩を母材とした褐色森林土であったが, 蛇紋岩の影響を受けてPの含有率が低く, またCa/Mg比の小さい特異な性質を示した。3) 針葉樹, 広葉樹, ササの養分要素の含有率を調べた結果, 葉部ではいずれの要素も広葉樹が高く, 次いでササ, 針葉樹の順であった。また針葉樹の葉ではN, P. Kの3要素は新葉が高く, 旧葉では低くなっていたが, Caは逆の傾向を示した。4) この両林分の森林生態系内に保持されていた養分量を算出した結果, その総量は林分により異なっていたが, 各要素ともその配分や動きは共通していた。植生中の各部に保持された養分量と土壌中に貯えられていた養分量を比較した結果, Mgは土壌中にきわめて多いのでその供給力は非常に大きいと思われた。これに次いでCa. Kの順で供給力は大きいと思われた。しかしPは極端に少なく, この両林分の生長にはPが制限因子になっているように思われた。5) 落葉・落枝の林床への還元量を推定した結果, haあたり年間に乾物として3, 100 - 5, 200kgが還元され, この中に含まれてNは41 - 68kg, P_2O_5は7 - 14kg, K_2Oは36 - 50kg, CaOは31 - 61kg, MgOは6 - 11kgが還元されていた。6) 両林分ともA_o層の平均分解率は25％前後で意外に速かった。またA_o層に含まれる各養分の分解・溶脱率より, Nは4年, Pは3 - 4年, Kは僅か1年前後, Caは2 - 4年, Mgは3年程度で分解され, 生態系内の循環に加わっていくようであった。7) 林木の幹に吸収, 蓄積される養分量より土壌中の各養分の消費の速さをみた結果, 可給態養分としてPは僅か18 - 30年分しか存在せず, ここからもPの不足が必配された。8) 以上の結果より各養分はこのような亜寒帯の森林としては意外に順調に循環しているように思われた。これには広葉樹の葉と下層植生としてのササの役割りが大きいように思われた。

The present report deals with the mechanism of nutrients circulation in the forest ecosystem in mixed natural forests in the northern part of Hokkaido. The investigation was conducted in two types of forest. One of them was a forest in which the broad leaved trees predominate over the coniferous trees, and the other one was the opposite. The forest floor in those forests are covered by dense sasa (Sasa kurilensis Makino et Shibata) and thin shrubs. The results are as follows: 1) The biomass of each species of dominant trees estimates by the method of allometric relation between each part of the sampled trees and D2H (D: diameter at breast height, H: tree height), was about 120 ton/ha (Table 1). In order to estimate the biomass of ground flora, sasa and shrubs grown in sample plots were directly weighed. The data of those fresh weights were converted into oven-dry weight basis. Total biomass of above-ground parts in those forests were about 140 ton/ha (Table 2), without much difference between the two types. 2) The parent rocks of soil in those forests were sandstone, shale and serpentine rock. The physical properties of soil layer were compact (Fig. 1) and the other characteristics are shown in Table 3. The content of phosphorous in fine soil was low, but that of magnesium was extremely high, and Ca-Mg ratio was exceedingly low. This seems to be caused by the effect of weathering of serpentine rock (Table 5). 3) The leaf nutrient content of broad leaved trees and sasa was slightly higher than that of coniferous trees. The content of nitrogen, phosphorous and potassium in the leaves of coniferous trees is high in new needles, but low in old ones. The calcium content of new needles is lower than that of old ones (Table 4). 4) The amount of nutrients (N, P2O5, K2O, CaO and MgO) in forest ecosystem are shown in Table 6. Fig. 2 shows the distribution of nutrients in each compartment of the system. The amount of total and available magnesium reserves in soil was extremely large in comparison to the amount of uptake by vegetation. Calcium and potassium reserves in soil were sufficient. But that of phosphorous was very deficient, so that this may be the limiting factor for tree growth. 5) The annual restitution amount of litter was estimated as 3, 100-5, 200 kg/ha･yr, and the five nutrient elements in litter were 41-68; N, 7-14; P2O5, 36-50; K2O, 31-61; CaO and 6-11; MgO, kg/ha･yr (Table 7). 6) The amount of Ao layer was 12-20 ton/ha on oven-dry weight basis. The average decomposition rate of Ao layer was about 25% in those forests, and the rates of each nutrient element were 24-26% of N, 25-31% of P2O5, 90-99% of K2O, 22-46% of CaO and 31-32% of MgO (Table 8). 7) The amount of available phosphorous in soil was only 18-30 times of annual uptake in stem. The shortage of phosphorous, therefore, is critical vespecting tree growth in the future (Table 9 and 10). 8) From the results mentioned above, the nutrients circulation of this type of forest in a subfrigid zone is considered to be a smooth circulation.