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植物密度は、単位面積あたりに存在する植物個体数です。これは、すべての植物が同じ種に属し、同時に発芽した単一種の群落の場合に最も簡単に解釈できます。ただし、特定の場所にある植物個体数を示す場合もあります。
定義と概念
植物密度は、単位面積あたりの植物数として定義されます。自然界では、種子バンクにある種子が冬の後に発芽したときや、木が倒れて林冠に隙間ができた後の森林の下層林で特に植物密度が高くなることがあります。光、栄養、水をめぐる競争により、個々の植物は最適な成長に必要なすべての資源を吸収することができません。これは、植物密度は成長に利用できるスペースだけでなく、利用できる資源の量によっても決まることを示しています。特に光の場合、小さな植物は大きな植物よりも少ない資源を吸収し、サイズの違いに基づいて予想されるよりもさらに少なくなります。[1]植物密度が増加すると、植物の構造と植物の発育パターンに影響します。[2]これは「非対称競争」と呼ばれ、一部の従属植物が枯死する原因となり、「自己間引き」と呼ばれるプロセスになります。残った植物は、資源をめぐって競争する植物が少なくなるため、よりよく成長します。農学と林業における重要な要素は植物の個体群密度であり、これは植物間の競争をよりよく理解するための実験的アプローチを提供します。[3]
モノスタンド
植物密度に関連するプロセスの多くは、同時期に播種または植栽された同齢の個体の単一栽培で研究することができます。これらは「モノスタンド」と呼ばれ、農業、園芸、または林業の問題の文脈で研究されることがよくあります。しかし、これらは生態学にも非常に関連しています。[4]一般に、モノスタンドの地上部の総バイオマスは、バイオマスが飽和するまで、密度の増加とともに増加します。これは「一定最終収量」と呼ばれ、[5]単位面積あたりの植物バイオマスの総量を指します。地上面積あたりの種子生産量は一定ではなく、地上面積あたりの総バイオマスが最大値に達した後、密度とともに減少することがよくあります。[6]
植物密度と自己間引き
草本植物の実験は、極めて高い密度（1平方メートルあたり最大80,000本）で行われてきました。このような高密度では、これらの植物は発芽後すぐに競合を開始し、最終的にそれらの個体の多く（最大95％）が死滅します。農業では、種子の収量に貢献しないため、農家はこのような非常に高い密度を避けています。現代農業における通常の密度は、最終的な植物のサイズによって異なり、トウモロコシでは1平方メートルあたり5〜10本、イネや大麦では1平方メートルあたり200〜300本の範囲です。林業では、通常の密度は1平方メートルあたり0.1本未満です。密度とともに、1平方メートルあたりのバイオマスだけでなく、葉面積指数（LAI、地上面積あたりの葉面積）も増加します。葉面積指数が高くなるほど、遮断される太陽光の割合は高くなりますが、光遮断と光合成の増加は LAI の増加に一致しません。これが、地上面積あたりの総バイオマスが植物密度が高いときに飽和する理由です。
単株の植物
バイオマス
単位面積あたりの総バイオマスは密度とともに飽和するまで増加するのに対し、単一林内の個々の植物の平均バイオマスは植物密度とともに大きく減少し、密度が2倍になるごとに個々の植物は約30～40％小さくなります。[7]高密度林の植物は、バイオマスの比較的多くの部分を茎に投資し（茎質量分率が高い）、葉と根への投資は少なくなります。
植物は、重量以外にも、様々な方法で、また様々な統合レベルで表現型を変化させます。 [7]
葉
密集した林内の個々の植物は葉が少なく、多くの場合、より小さく、より狭いです (写真を参照)。高密度植物の葉はより薄く ( SLA (単位質量あたりの葉面積) が高く)、特に植生の下層部では単位質量あたりの窒素濃度は同様ですが、面積あたりの窒素含有量は低くなります。
茎
平均的な植物の高さや植生の高さは、驚くほど似ていることが多いですが、非常に一貫した違いは、高密度植物の茎の直径がはるかに小さいことです。また、草の場合は側枝（分げつ）が少なく、ハーブや木の場合は 枝が少なくなります。
ルーツ
植物密度の高い環境での根の成長は、植物あたりの根の数が少なくなることを示していますが、個々の根の長さと全体的な密度はほぼ同じままであり、これは将来の植物の成長に依然として問題を引き起こすことが予想されます。
生理
密集した林では、上から下にかけて光の勾配が強くなります。そのため、密集した林の下葉は、開放的な林の植物の同様の葉よりも光合成速度と蒸散速度が低くなります。密集した植物では、十分に照らされた上葉の光合成能力も低下する可能性があるという兆候があります。
種子生産
密生した植物は小さいため、個体あたりの種子生産量も少なくなります。しかし、総植物バイオマスに対する種子生産量の割合（収穫指数）も低くなり、個々の種子の重量も低くなります。
参照
参考文献
- ^ ムスタヤルヴィ、カイサ;シイカマキ、ピルッコ。リトコネン、サーラ。ラミ、アンティ (2001)。 「植物個体群のサイズと密度が植物と花粉媒介者の相互作用と植物のパフォーマンスに与える影響: 植物と花粉媒介者の相互作用」。生態学ジャーナル。89 (1): 80-87。土井: 10.1046/j.1365-2745.2001.00521.x。
- ^ Dhaliwal DS、Williams MM (2020-02-07). 「混雑ストレス耐性加工用スイートコーンの最適植物密度と推奨ドメインの変動性の理解」PLOS ONE . 15 (2): e0228809. Bibcode :2020PLoSO..1528809D. doi : 10.1371/journal.pone.0228809 . PMC 7006923 . PMID 32032371.
- ^ Postma, Johannes A.; Hecht, Vera L.; Hikosaka, Kouki; Nord, Eric A.; Pons, Thijs L.; Poorter, Hendrik (2021). 「パイの分割：植物密度応答に関する定量的レビュー」. Plant, Cell & Environment . 44 (4): 1072–1094. doi : 10.1111/pce.13968 . ISSN 0140-7791. PMID 33280135. S2CID 227523495.
- ^ Harper JL (1977).植物の個体群生物学. ロンドン: アカデミックプレス.
- ^ Weiner J, Freckleton RP (2010). 「一定の最終収量」.生態学、進化、系統学の年次レビュー. 41 : 173–192. doi :10.1146/annurev-ecolsys-102209-144642.
- ^ Li J, Xie RZ, Wang KR, Ming B, Guo YQ, Zhang GQ, Li SK (2015). 「トウモロコシの乾物量、収穫指数、および穀物収量の植物密度による変化」.農業ジャーナル. 107 (3): 829–834. Bibcode :2015AgrJ..107..829L. doi :10.2134/agronj14.0522.
- ^ ab Postma JA、Hecht VL、Hikosaka K、Nord EA、Pons TL、Poorter H（2020年12月）。「パイの分割：植物密度応答に関する定量的レビュー」。植物、 細胞、環境。44 （4）：1072–1094。doi ：10.1111/pce.13968。PMID 33280135。