河川敷の復元

河畔地帯の修復とは、小川、河川、泉、湖沼、氾濫原、その他の水文生態系の河畔地帯の生息地の生態学的修復である。河畔地帯または河畔地域は、陸地と河川または小川との境界面である。河畔は、地球上の15 の陸上バイオームの 1 つを指す正式名称でもある。川岸や河畔に沿った植物群集と動物群集の生息地は河畔植生と呼ばれ、それらを好む水生植物と動物によって特徴付けられる。河畔地帯は、土壌保全における役割、生息地の生物多様性、および草地、森林、湿地、地下水面などの地表下の特徴を含む動物相と水生生態系への影響のため、生態学、環境管理、土木工学において重要である。一部の地域では、河岸地帯を特徴付けるために 、河岸林、河岸森林、河岸緩衝地帯、または河岸帯という用語が使用されています。

河川沿いの生態系の修復の必要性が認識されるようになったのは、人類の活動が自然の地質学的力に影響を及ぼすことにより、世界中の多くの地域で河川沿いの生態系が改変および/または劣化したためである^{[1] 。河川沿いの}生態系のユニークな生物多様性と、自然の植生が生い茂った河川沿いの生態系が、侵食を防ぎ、良好な状態から完全に健全な状態まで水質を維持し、生息地と野生生物の回廊を提供し、河川内の生物相（水生生物）の健康を維持する上で提供できる潜在的な利点により、過去数十年間に河川沿いの生態系を目的とした修復活動が急増した^{[1] [2]} 。 修復の取り組みは通常、河川沿いのプロセスの生態学的理解と劣化の原因に関する知識に基づいて行われる。^{[2]修復の取り組みは、}河川の修復プロジェクト と相互に依存していることが多い。

河川沿岸域の撹乱は、河川形態や水文学的プロセスの変化を通じて河川沿岸域のコミュニティに間接的に影響を及ぼす水文学的改変と、土地の開拓や撹乱を通じて河川沿岸域のコミュニティに直接的な改変をもたらす生息地の変化という、主に 2 つのカテゴリに分類されます。

ダムは主に、人間が使用する水を貯めたり、水力発電を行ったり、洪水を制御したりするために河川に建設されます。新たに造られた貯水池が河川沿いの生息地を浸水させると、ダムの上流にある自然の河川沿いの生態系が破壊される可能性があります。また、ダムは洪水の規模、頻度、時期を変え、上流から運ばれる堆積物や栄養素の量を減らすことで、下流の河川沿いのコミュニティに大きな変化をもたらす可能性があります。 ^{[3] [4]}農業、工業、人間の使用のために河川の水路から水を転用すると、下流に流れる水の量が減少し、同様の影響が生じる可能性があります。^[4]

自然の河岸システムでは、定期的な洪水により河岸植生の一部が除去されることがあります。これにより、氾濫原の一部が再生に利用でき、遷移のタイムラインが効果的に「リセット」されます。^[1]頻繁な撹乱は、多くの初期遷移（先駆的）河岸種にとって自然に有利になります。^[5] 多くの研究は、ダムや転流による洪水の減少により、コミュニティの遷移が通常の段階を超えて進行し、コミュニティ構造の変化を引き起こす可能性があることを示しています。^{[2] [5]}

洪水レジームの変化は、外来種が条件の変化によって有利になる場合に特に問題となる可能性がある。例えば、ダム規制は、年間の洪水サイクルを妨げることで、米国南西部の氾濫原の水文学を変化させる。この変化は、在来種のハコヤナギ ( Populus deltoides ) に対するソルトシーダー ( Tamarix chinensis ) の優位性に関係していると考えられている。洪水により両種の種子が同時に発芽した場合、ハコヤナギはソルトシーダーよりも競争力が優れていることがわかった。しかし、水文学の変化によって洪水が起こらなくなると、ソルトシーダーがハコヤナギよりも発芽しやすい条件が生まれる。^[6]

河畔地帯は、高地の種よりも大量の淡水に生理的に適応した独特の植物種の群落によって特徴付けられる。^[2]河畔地帯は、定期的な河川水位の上昇や洪水を通じて頻繁に地表水と直接接触することに加えて、地下水に近いことも特徴とする。特に乾燥地域では、浅い地下水、湧水、および泉は、時折起こる洪水よりも、河畔植生に安定した水源を提供する。^[2]水の利用可能性を低下させることにより、地下水の汲み上げは河畔植生の健康に影響を与える可能性がある。^{[4] [7]}たとえば、アリゾナ州で一般的な河畔種であるフレモントハコヤナギ（Populus fremontii）とサンホアキンヤナギ（Salix gooddingii）は、地下水位の低下に伴って枯れ枝が多くなり、死亡率が高くなることがわかった。^[8]

植物群落の構成は、地下水位の勾配によって劇的に変化する可能性がある。湿地条件でのみ生存できる植物は、地下水位の低下に伴い、より乾燥した条件に耐性のある植物に置き換わり、生息地群落の変化を引き起こし、場合によっては河岸生物が完全に絶滅する。^[7]研究では、地下水位の低下は、地下水位の低下にさらされても在来種と同程度の生理的水ストレスを示さないサルトシーダー（Tamarix chinensis ）などの特定の外来侵入種の侵入と存続に有利に働く可能性があることも示されている。^[8]

河川の流路変更とは、よりまっすぐで広く深い河川を建設するプロセスであり、通常は航行の改善、湿地の排水、および/または洪水の下流へのより速い輸送を目的としています。^[2] 堤防は、人間の開発と農地を洪水から保護するために、河川の流路変更と併せて建設されることがよくあります。 ^[9]河岸の植生は、河川の流路変更プロセス中およびプロセス後に直接除去または損傷される可能性があります。^{[10]さらに、河川の流路変更と堤防の建設は、河川システムの自然な水文学を変更します。 [9]}水が自然の流れに沿って流れると、流れの速い水が外側の土手を侵食し、流れの遅い水が内側の土手に堆積物を置くときに、蛇行が形成されます。多くの河岸の植物種は、発芽と苗の定着をこれらの新しい堆積領域に依存しています。^[11]河川の直線化と堤防の建設により、これらの堆積領域がなくなり、河岸の植生の補充に不利な条件が生まれます。

堤防は氾濫を防ぐことで氾濫原の河岸植生が利用できる水の量を減らし、このような状況で生き残ることができる植生の種類を変えます。^[2]洪水がなくなると、氾濫原の湿地の窪地が水を満たして保持しなくなるため、河岸生態系の生息地の多様性が減少することが示されています。^[9]生息地の多様性は種の多様性と相関関係にあるため、堤防は河岸生態系の全体的な生物多様性の減少を引き起こす可能性があります。^[9]

世界中の多くの場所で、人間が農作物の栽培、木材の栽培、商業または住宅目的の土地開発のために土地を開墾したため、河岸地帯の植生は完全に除去されています。 ^[2]河岸植生を除去すると、川岸の浸食性が高まり、また、河川の移動速度が速まる可能性があります（新たに開墾された川岸に石積み、擁壁、またはコンクリートが敷かれていない場合）。^[12]さらに、河岸植生の除去により、残っている河岸生態系が断片化され、生息地間での種の分散が妨げられたり、妨げられたりする可能性があります。^{[4]これにより、河岸植物の多様性が減少するだけでなく、生息地の大規模で手つかずの領域に依存する渡り鳥やその他の種の個体数と多様性が減少する可能性があります。[ 4]}断片化により、孤立した河岸間の遺伝子の流れが妨げられ、遺伝的多様性が減少することもあります。^[4]

牛は水辺に集まる傾向があり、それが河川沿いの生態系に悪影響を及ぼす可能性がある。^[4]河川沿いにはシカなどの在来有蹄類がよく見られるが、家畜が在来植物を踏みつけたり食べたりすると、河川沿いの種が耐えられるように進化していない不自然な量と種類の撹乱が生じる。^{[4] [13]}家畜の放牧は、在来植物種の面積被覆率を低下させ、外来の一年生雑草に有利な撹乱頻度を生み出し、植物群落の構成を変えることが分かっている。例えば、乾燥した南アフリカの生態系では、放牧によってイネ科の草本植物、スゲ科の植物、樹木種が減少し、多肉植物でない低木が増加することが判明した。^[14]

農地では、水路をフェンスで囲ったり、河岸を修復したりすることで水質が改善されることが示されているが、これは土壌を浸透して水路に到達する窒素などの汚染物質よりも、表面流出（リンなど）による汚染を減らす方が効果的である。 ^{[15] [16]}フェンスは、家畜が糞便を直接水路に捨てたり、土手を踏みつけたりすることを防ぎ、植栽は表面流出を減らす。踏みつけは、特に動物が道を作る場所では侵食を増やし、土壌の濾過能力を低下させる可能性があり、フェンスは道や泥沼の形成を促し、河岸修復の効果を圧倒する可能性のある汚染の導管を作る可能性がある。^[17]シカ農場の水路をフェンスで囲んだある研究では、指標細菌である大腸菌などの汚染物質が55～84％減少したが、硝酸塩濃度は2倍になり、フェンスに沿って動物が道を作ることで浮遊性沈殿物が増加した。^[17]

砂や砂利を採取するために河川を採掘すると、生息地を直接破壊したり、汲み上げによって地下水を取り除いたり、河川の形状を変えたり、堆積物の流動様式を変えたりすることで、河岸地帯に影響を及ぼす可能性があります。 ^[4]逆に、氾濫原での採掘活動は、他の形態の人間活動によって自然の補充プロセスが影響を受けた河川沿いに、河岸植生（例えば、ハコヤナギ）の定着に適した地域を作り出す可能性があります。 ^[4]金属の採掘は、有毒物質が堆積物に蓄積すると、河岸地帯に影響を及ぼす可能性があります。^[4]

河川沿いの生態系における侵入的外来種の数と多様性は、世界中で増加している。^[1]河川沿いの地域は、頻繁な生息地の撹乱（自然および人為的の両方）と、河川や小川の繁殖体の散布効率のために、侵入に対して特に脆弱である可能性がある。^[1]侵入種は、河川沿いの地域の生態系の構造と機能に大きな影響を与える可能性がある。例えば、侵入種のアカシア・メアルンシイとユーカリの密生した群落のバイオマスが高いと、水の消費量が増え、南アフリカの小川の水位が低下する。^[1]侵入植物はまた、植生によって閉じ込められる堆積物の量を変えて水路の形態を変え、植生の可燃性を高めて火災の頻度を増やす可能性がある。^{[1] [4]}外来動物も河川沿いの地域に影響を及ぼす可能性がある。例えば、サンタマリア川沿いの野生のロバは、在来のハコヤナギの樹皮や形成層を剥ぎ取り、樹木の枯死を引き起こします。^[4]

河岸地帯の復元方法は、劣化の原因によって決まることがよくあります。河岸地帯の復元には、水文学的プロセスと地形的特徴の復元と、在来の河岸植生の再構築という 2 つの主なアプローチが使用されます。

変化した流量レジームが河川沿いの健全性に影響を及ぼしている場合、自然な流量を回復することが、河川沿いの生態系を効果的に回復するための最善の解決策となる可能性がある。^[2]歴史的な状況を完全に回復するには、ダムや流量を変える構造物を完全に撤去する必要があるかもしれないが、これは必ずしも現実的または実行可能ではない。ダム撤去の代替案は、年間を通じてより一貫した流量を維持するのではなく、大量の水を一度に放出することにより、歴史的な規模とタイミングに一致する定期的な洪水パルスをシミュレートすることである。これにより、多くの河川沿いの生態系の健全性を維持するために不可欠な越水が可能になる。^[6]しかし、法的に割り当てられた水利権にはそのような生態学的に重要な要素の維持が含まれていない可能性があるため、より自然な流量レジームを単に戻すことにも物流上の制約がある。^[2]地下水の汲み上げを減らすことは、河川沿いの植生に有利な地下水位を回復することにより、河川沿いの生態系の回復にも役立つ可能性がある。しかし、地下水汲み上げ規制には通常、河川沿岸域の保護に関する規定が組み込まれていないため、これも妨げられる可能性がある。^[7]

河川や河畔地域の健全性に対する水路整備の悪影響は、河川の物理的な修復によって軽減できます。これは、歴史的な河川の流れを回復するか、新しい河川を作ることで実現できます。修復を成功させるには、特にまったく新しい河川を作る場合には、修復計画で個々の河川の地形的可能性を考慮し、それに応じて修復方法を調整する必要があります。^[18]これは通常、基準河川（安定した自然の状態にある物理的および生態学的に類似した河川）の調査と、地形的特徴に基づく河川分類法によって行われます。^[18]河川の水路は通常、1.5年から2年のタイムスケールで氾濫原に溢れるほど狭く設計されます。^[18]地形的修復の目標は、最終的に河畔地域と河川内の生態系にとって重要な水文学的プロセスを修復することです。しかし、このような修復はロジスティックス的に困難な場合があります。多くの場合、水路の最初の直線化または変更により、開発、農業などを通じて人間が以前の氾濫原に侵入することになります。^[2]さらに、水路の変更には多大な費用がかかります。

大規模な河川修復プロジェクトのよく知られた例としては、フロリダ州中部のキシミー川修復プロジェクトがあります。キシミー川は1962年から1971年にかけて洪水制御のために水路化され、蛇行する167kmの川が90kmの排水路に変わりました。^[19]これにより、氾濫原の季節的な浸水が効果的に排除され、湿地から高地へのコミュニティの変換が起こりました。^[20] 修復計画は、河川氾濫原システムの生態学的完全性を再構築することを目標として1999年に始まりました。^[20]このプロジェクトには、川の主要部分の水路解除、再建された水路への水の誘導、水制御構造物の撤去、および洪水原への季節的な洪水を回復するための流量レジームの変更が含まれます。^[19]復元の第一段階が完了して以来、高地から湿地への転換が始まっており、植生や野生生物群集に多くの改善が見られていることが記録されている。^[21]堤防 を決壊させて河川を氾濫原に再接続することも、復元の効果的な方法となり得る。例えば、中央カリフォルニアのコスムネス川では、堤防決壊の結果、氾濫原に季節的な洪水が戻った結果、主に在来の河畔植物群集が再生したことが判明した。^[22]

短い範囲（2kmまたは1.2マイル）の河道の撤去と堤防の低さも、自然（または自然に近い）の洪水管理と相まって、土壌プロセスの空間的および時間的な不均一性を改善するための効果的な修復アプローチであることが証明されています。自然氾濫原^[23]

河川は、人間が河川の維持管理や改修を続けない限り、人間の介入なしに河川改修から回復することが多い。徐々に河床や河岸に堆積物が蓄積し、蛇行が形成され、木本植物が生い茂り、河岸が安定する。しかし、このプロセスには数十年かかることもある。ある研究によると、テネシー州西部の河川改修では河川再生に約65年かかった。^[10]より積極的な修復方法により、このプロセスが早まるかもしれない。

劣化した河岸地帯の植生回復は、河岸修復における一般的な方法です。植生回復は、能動的手段、受動的手段、または両者の組み合わせによって実現できます。

自然に利用できる繁殖体の不足は、復元の成功を阻む大きな要因となり得る。^[24]そのため、在来植物を積極的に植えることは、河岸種の定着を成功させる上で非常に重要である。^[25]植生を積極的に復元する一般的な方法には、種子の散布と、種子、プラグ、または苗の直接植え付けがある。柳などのクローン種の復元は、多くの場合、挿し木を直接地面に挿すだけで達成できる。^[4]生存率を高めるには、若い植物を柵や木のシェルターで草食動物から保護する必要があるかもしれない。^[26] 予備調査では、木本種を直接播種する方が、コンテナ苗を植えるよりも費用対効果が高い可能性があることが示唆されている。^[27]

参照サイトは、植えるのに適した種を決定するためによく使用され、種子や挿し木の供給源として使用されることもあります。参照コミュニティは、復元が完了した後に復元サイトが理想的にどのように見えるかのモデルとして機能します。^[28]ただし、復元されたサイトと参照サイトの状態が同じ種を支えるのに十分類似していない可能性があるため、参照サイトの使用に関する懸念が提起されています。^[28]また、復元された河岸地帯はさまざまな種の組み合わせを支えることができる可能性があるため、生態復元協会は復元目標を策定するために複数の参照サイトを使用することを推奨しています。^[28]

積極的な植生回復における実際的な問題は、特定の植物が他の植物の加入と存続を促進するのか（遷移理論で予測されるように）、それとも初期の群落構成が長期的な群落構成を決定するのか（優先効果）である。^{[24] [29]}前者が当てはまる場合、促進種を最初に植え、条件が適切になったとき（例えば、上層種によって十分な日陰が提供される場合）に依存する種を植えるのを待つ方が効果的である可能性がある。後者が当てはまる場合、最初にすべての望ましい種を植えることがおそらく最善である。^[29]

在来の河川沿いのコミュニティを復元する重要な要素として、復元の専門家は外来種を除去し、それらが再び定着するのを防ぐ必要があります。これは、除草剤の散布、機械的除去などによって達成できます。長い河川や小川で復元を行う場合、上流からプロジェクトを開始し、下流で作業すると、上流の外来種の繁殖体が復元の試みを妨げないようにすることができます。^[1]在来種の定着を確実にすることは、将来の外来植物の定着を防ぐのに不可欠であると考えられています。^[1]

河畔植生の積極的な植栽は、河畔生態系を再建する最も早い方法かもしれないが、その方法は法外に資源集約的である可能性がある。^[4]河畔植生は、人為的な撹乱が止まり、水文学的プロセスが回復されれば、自然に回復するかもしれない。^[30] 例えば、多くの研究は、排除フェンスによって河畔地帯での牛の放牧を防ぐと、河畔植生の堅牢性と被覆率が急速に増加し、より自然な群集構成に移行する可能性があることを示している。^{[13] [31]} 定期的な洪水などの河畔植生に有利な水文学的プロセスを単に回復するだけで、在来群集が自然に再生する可能性がある（例：コスムネス川の氾濫原）。^[22]在来種の採用が成功するかどうかは、地元または上流の種子源が復元場所に繁殖体をうまく散布できるかどうか、または在来の種子バンクが存在するかどうかにかかっている。^{[4] [25]}受動的な植生回復を妨げる潜在的な要因の1つは、外来種が優先的に河川沿いの地域に定着する可能性があることです。 ^[1]積極的な除草により、望ましい在来植物群落が回復する可能性が高まる可能性があります。

復元では、植物群落の再構築に重点が置かれることが多いが、これはおそらく、植物が群落内の他の生物の基盤を形成するためである。^[24]動物群落の復元は、「フィールド・オブ・ドリームス」仮説、「それを作れば、彼らはやって来る」に従うことが多い。^[29]多くの動物種は、生息地が復元された地域で自然に再定着することがわかっている。^[4]たとえば、アイオワ州の河岸回廊で河岸植生が再構築された後、いくつかの鳥類種の個体数が著しく増加した。^[32] 一部の河岸復元活動は、中央カリフォルニアのバレーエルダーベリーカミキリなど、懸念される特定の動物種の保護を目的としたものもある。この動物は、唯一の宿主植物として河岸樹木種（ブルーエルダーベリー、 Sambucus mexicana ）に依存している。 ^[33]復元活動が主要種を対象とする場合、個々の種のニーズ（例：河岸植生の最小幅または範囲）を考慮することが、復元の成功を確実にするために重要である。^[4]

土壌の特性（塩分濃度、pH、有益な土壌生物など）、表層水と地下水のレベル、流れの状態など、適切な生態系条件が回復されない場合、修復が失敗する可能性があります。^[4]したがって、修復が成功するかどうかは、生物的要因と非生物的要因の両方を考慮するかどうかにかかっている可能性があります。たとえば、共生菌根、無脊椎動物、微生物などの土壌生物の回復は、栄養循環のダイナミクスを改善する可能性があります。^[4] 物理的プロセスの回復は、健全な河岸コミュニティの回復の前提条件である可能性があります。^[22]最終的には、劣化の原因を考慮し、水文学と植生およびその他の生命体の回復の両方を対象とするアプローチの組み合わせが、河岸地帯の修復に最も効果的である可能性があります。