森林生態学

森林生態学は、森林における相互に関連するパターン、プロセス、植物、動物、菌類、生態系の科学的研究です。^[1]森林の管理は、林業、造林、森林管理として知られています。森林生態系は、その地域内のすべての植物、動物、微生物（生物的要素）で構成される自然の森林単位であり、環境の非生物的（非生物的）要因のすべてと連携して機能しています。 ^[2]

森林は地球の生態系において極めて重要な役割を果たしています。森林は地球上の酸素の約28%を生産しています（その大部分は海洋プランクトンによって生成されます）^[3] 。また、森林は何百万人もの人々の住処でもあり、何十億もの人々が何らかの形で森林に依存しています。同様に、世界の動物種の大部分は森林に生息しています。森林は燃料や木材製品などの経済目的にも使用されています。したがって、森林の生態系は、生物圏全体と、森林によって支えられている人間の活動に大きな影響を与えています。^[4]

森林は、個々の生物から生態系まで、さまざまな組織レベルで研究されています。しかし、「森林」という用語は複数の生物が生息する地域を意味するため、森林生態学はほとんどの場合、個体群、コミュニティ、または生態系のレベルに集中しています。論理的には、樹木は森林研究の重要な要素ですが、ほとんどの森林には他の多種多様な生命体や非生物的要素が存在するため、野生生物や土壌 栄養素などの他の要素も重要な要素です。^[5]

森林生態学は、陸生植物生態学の他の分野と特徴や方法論的アプローチを共有していますが、樹木の存在により、他の陸生植物と比較して樹木が独特の大きさと高さで作られる多種多様な森林構造の可能性があるため、森林生態系とその研究はさまざまな点でユニークです。^[要出典]

樹木は他の植物よりも大きく成長するため、森林構造（または相）は多種多様になる可能性があります。さまざまなサイズや種の樹木を空間的に配置できる可能性は無限にあるため、非常に複雑で多様なミクロ環境が形成され、太陽放射、温度、相対湿度、風速などの環境変数が長距離および短距離で大幅に変化する可能性があります。さらに、森林生態系のバイオマスの重要な部分は地下にあることが多く、土壌構造、水質と水量、さまざまな土壌栄養素のレベルが大きく異なる場合があります。^{[10]そのため、森林は他の}陸上植物群集と比較して非常に異質な環境であることがよくあります。この異質性により、植物と動物の両方の種の生物多様性が向上します。樹木性シダなどの一部の構造は、さまざまな他の種にとってキーストーン種である可能性があります。^[11]

森林内の多くの要因が生物多様性に影響を与えます。野生生物の豊かさと生物多様性を高める主な要因は、森林内の多様な樹種の存在と、均一な樹齢の木材管理の欠如でした。^[12]たとえば、野生の七面鳥は、不均一な高さと樹冠の変化が存在する場所で繁栄しますが、均一な樹齢の木材管理によってその数は減少します。

自然撹乱現象を模倣した森林管理技術（可変保持林業^[13]）は、甲虫を含む様々なグループのコミュニティ多様性を急速に回復させることができる。^[14]

熱帯林は世界で最も多様な生態系の一つです。 ^[15]森林1エーカーあたりに多くの異なる樹種が存在しますが、同様の環境圧力のために多くの樹種が似たような外観を共有しています。^{[15] [16]}多くの熱帯樹木が持つこれらの共通の特徴のいくつかには、中脈と滴端を持つ細長い卵形の厚くて革のような葉が含まれます。^{[15] [16]}これらの適応は葉から水を素早く排出するのに役立ち、藻類や地衣類の成長を防ぎ^[15]、水が日光を反射したり蒸散を妨げたりするのを防ぐのに役立ちます。^[16]一般的に、熱帯樹木は大きな木には大きな支柱根があり、中型の木には支柱根があり、浅くて湿った土壌で高く垂直な構造を支えています。 ^{[15] [16]}熱帯林は、多雨と一年中生育期があるため、非常に密に成長します。これにより光の競争が起こり、多くの木が非常に高く成長し、ほとんどまたはすべての光が林床に届かないようになります。^[15]このため、林冠は、最も高い木からその下の密集した中層の木まで、明確な成層を示します。^[15]林床の光が少ないため、より多くの光を得るために、土壌ではなく林冠の木に生えるタイプの植物である着生植物の多様な個体群が存在します。多くのつる植物も同様の戦略を使用しますが、地面に根を張り、光を得るために木を上って成長します。^[15]熱帯林の動物相も、さまざまなニッチを埋めるために多くの独自の適応を示します。これらの適応は、場所に応じて異なる種によって行われます。^[15]たとえば、南米とアフリカの熱帯雨林には生態学的ニッチを共有する似たような動物がいますが、南米の哺乳類はげっ歯類であるのに対し、アフリカの哺乳類は有蹄類です。これは熱帯林環境に生息する種間の収斂進化を明確に示している。 ^[15]

針葉樹は、寒さ、干ばつ、風、雪などの厳しい環境に特に適応する独特の特徴を持っています。^[16]針葉樹の葉はワックスで覆われ、水分の損失を防ぐために樹脂で満たされているため、動物の口には合わず、分解が遅くなります。この落ち葉が針葉樹林に特有の酸性の林床を作り出します。^[16]針葉樹の葉の種類が原因で、土壌の栄養分の損失という問題に直面しています。この問題は、限られた栄養素を糖と引き換えに樹木に運ぶのに役立つ菌類との菌根共生によって解決されます。^[16]一部の針葉樹は、菌根菌なしでは生き残ることができません。^{[16]大部分の針葉樹は}常緑樹でもあり、それぞれの環境の短い生育期間を利用することができます。^[16]細く先細りの構造は、強風にも耐え、倒れることはありません。^[16]針葉樹の典型的な円錐形は、枝に大量の雪が積もって枝が折れるのを防ぐのに役立ちます。^[15]針葉樹林は一般的に厳しい環境にあるため、植物と動物の両方の種の多様性が限られています。寒冷な気候では、生き残ることができる爬虫類と両生類の種の数が制限されます。 ^[16]針葉樹林でより一般的に見られる種は、ヘラジカやヘラジカなどの大型草食動物、クマやオオカミなどの捕食動物、ウサギ、キツネ、ミンクなどのいくつかの小型種を含む哺乳類です。また、さまざまな渡り鳥の種や、フクロウやタカなどの猛禽類もいます。[ 16 ^]針葉樹林には、さまざまな価値のあるパルプや木材用の木があり、経済的に最も重要な生態系の1つになっています。^[16]また、そこに生息する動物種のために、歴史的に毛皮取引の対象となってきました。 ^[16]

森林では、樹木や低木が下層植物の定着と実生の成長を促す養育植物として機能していることが多い。森林の樹冠は、下層の若い植物を極端な温度や乾燥状態から保護する。 ^[17]

森林生態系における重要な相互作用は、共生関係にある菌類と植物で構成される菌根ネットワークです。 ^{[18]菌根ネットワークは重要な栄養素、特に}リンのように土壌にゆっくりと拡散する栄養素の吸収を増加させることが示されています。^[19]菌糸体の細い菌糸は植物の根よりも土壌の奥深くまで到達できるため、リンや水にアクセスしやすくなります。^[19]菌根ネットワークは、植物間で水と栄養素を輸送することもできます。^{[20]これらの相互作用は共生植物に}干ばつ耐性をもたらし、気候変動の進行から植物を保護するのに役立ちます。^[19]ただし、菌根ネットワークの利点は植物の種と栄養素の利用可能性によって大きく異なることが示されています。植物が菌根菌から得る恩恵は、栄養密度が増加するにつれて減少する。これは、植物が失う糖分のコストが、得られる恩恵を上回るためである。^[18]多くの植物が菌根菌共生に依存しているが、全ての植物がこの能力を持っているわけではなく、この能力を持たない植物は菌根菌の存在によって悪影響を受けることが分かっている。^[18]

特定の種の生態学的潜在力とは、他の種が自然空間を占有しようとする中で、特定の地理的領域で他の種に先んじて効果的に競争する能力の尺度である。一部の地域では、例えばハンス・ユルゲン・オットーが中央ヨーロッパで定量化した。^[21]彼は3つのパラメータグループを採用している。

1. 敷地の要件に関連：低温への耐性、乾燥した気候への耐性、倹約性。
2. 具体的な特性:日陰耐性、樹高成長、安定性、長寿命、再生能力。
3. 特定のリスク: 晩期凍結に対する耐性、風/氷嵐に対する耐性、火災に対する耐性、生物因子に対する耐性。

それぞれのパラメータは、検討対象の種ごとに 0 から 5 の間で採点され、その後、全体の平均値が計算されます。3.5 を超える値は高い、3.0 未満の値は低い、その中間の値は中程度とみなされます。この研究では、Fagus sylvaticaのスコアは 3.82、Fraxinus excelsior は3.08、Juglans regia は2.92 で、3 つのカテゴリの例です。

森林は大量の立木バイオマスを蓄積し、その多くはバイオマスを高率で蓄積する能力があり、つまり非常に生産的です。このような高いバイオマスレベルと高い垂直構造は、適切な状況下で運動エネルギーに変換できる大きな潜在エネルギーの蓄えを表しています。^[要出典]

世界の森林には、約606ギガトンの生体バイオマス（地上と地下）と59ギガトンの枯れ木が含まれています。^[22]

非常に重要な2つの変化は、火災と倒木であり、どちらも発生した場所の生物相と物理的環境を根本的に変えます。また、生産性の高い森林では、木自体の急速な成長が生物的および環境的変化を引き起こしますが、火災などの 比較的瞬間的な撹乱よりも速度が遅く、強度も低くなります。

森林の樹木は、その大きな体と解剖学的・生理学的特性により、大量の水を蓄える。そのため、特に地下水の水文学、局所的な蒸発、降雨・降雪パターンに関わる水文学的プロセスの重要な調節因子である。^[23]

推定3億9,900万ヘクタールの森林が主に土壌と水質の保護のために指定されており、1990年以降1億1,900万ヘクタール増加している。^[22]

そのため、森林生態学の研究は、地域生態系や資源計画の研究において、気象学や水文学の研究と密接に連携することがあります。おそらくもっと重要なのは、落ち葉や落葉が主要な貯水場所となる可能性があることです。この落葉が除去されたり圧縮されたりすると (放牧や人間の過剰利用により)、浸食や洪水が悪化するだけでなく、森林生物が乾季に水を得られなくなります。

木質材料は、しばしば粗大木質残骸とも呼ばれ、環境要因と木材の化学組成（リグニンを参照）の組み合わせにより、他のほとんどの有機材料と比較して多くの森林で比較的ゆっくりと分解します。 ^[24]乾燥した環境や寒冷な環境で生育する木は特にゆっくりと分解します。そのため、樹幹や枝は長期間林床に残ることがあり、野生生物の生息地、火災の挙動、樹木の再生プロセスなどに影響を与えます。

樹木の中には、死後不気味な骸骨を残すものもあります。実際には、気づかれないままに枯れていく樹木に比べれば、こうした枯れはごくわずかです。一本の木から何千もの苗木が生えてきますが、実際に成木にまで成長できるのはほんのわずかです。^[25]こうした枯れのほとんどは、光、水、土壌の養分をめぐる競争が原因で、自然間伐と呼ばれます。自然間伐による単発の枯れは気づかれませんが、多くの枯れは森林生態系の形成に役立ちます。^[25]森林が撹乱を受けた後に再生するには、苗木が急増する定着期、樹冠が形成され、その上に覆われた苗木が枯れた後に起こる間伐期、樹冠から一本の木が枯れて光の隙間ができて新しい苗木が成長する機会が生まれる移行期、そして最後に、森林にさまざまな大きさや樹齢の木々が生えてくる定常期の4つの段階があります。^[25]

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 この記事には、フリーコンテンツ作品からのテキストが組み込まれています。CC BY-SA 3.0（ライセンスステートメント/許可）に基づいてライセンスされています。テキストは、FAO、FAOの世界森林資源評価2020年の主要な調査結果から引用されています。