河畔林の修復
河岸および氾濫原の生態学的復元
アリゾナ州南部のハーショー川沿いの河岸地帯の保護と再生を目的として、1986年にハーショー川沿いの河岸地帯の保護と再生を目的としてハーショー川沿岸域が1986年に設立されました。左側の若いハコヤナギとシカモアの木々に注目してください。
カナダ、ブリティッシュコロンビア州ヘイゼルタイン・クリークの川岸と周辺地域のマウント・ポリー鉱山の修復

沿岸域の修復とは、小川、河川、泉、湖沼、氾濫原、その他の水文生態系の沿岸域生息地の生態学的修復です。沿岸域または沿岸地域は、陸地と河川または小川との境界面です。また、沿岸とは、地球上の 15 の陸上バイオームの 1 つを指す正式名称です。川縁や川岸に沿った動植物群の生息地は沿岸植生と呼ばれ、それらを好む水生植物や動物が特徴です。沿岸域は、土壌保全における役割、生息地の生物多様性、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や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す。一部の地域では、河岸地帯を表すために 、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。

河畔域の修復の必要性が認識されるようになったのは、世界中の多くの地域で、人類の活動が自然の地質学的力に影響を及ぼすことで河畔域が改変および/または劣化したためである[1] 。河畔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畔域がもたらす、侵食の防止、良好な状態から完全に健全な状態までの範囲にわたる水質の維持、生息地および野生生物の回廊の提供、河川内の生物相（水生生物）の健全性の維持など、潜在的な利点により、過去数十年間に河畔生態系を目的とした修復活動が急増している[1] [2]。修復活動は通常、河畔域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] 修復活動は、河川修復プロジェクトと相互に依存していることが多い。

河岸地帯の劣化の原因

河岸地帯の撹乱は、河川形態や水文学的プロセスの変化を通じて河岸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岸コミュニティに直接的な改変をもたらす生息地の変更という 2 つの主なカテゴリに分類されます。

水文学的改変

ダムと転水

ダムは、主に人間の利用のために水を貯留し、水力発電を行い、洪水を制御するために河川に建設されます。新たに建設された貯水池が河川沿いの生息地を浸水させると、ダム上流の自然河川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、上流から運ばれる土砂や栄養塩の量を減らすことで、下流の河川沿いの生物群集に大きな変化を引き起こす可能性があります。[3] [4]農業、工業、人間の利用のために河川から水を転流すると、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]

自然の河畔生態系では、定期的な洪水によって河畔植生の一部が消失することがあります。これにより、氾濫原の一部が再生に利用可能となり、遷移のタイムラインが事実上「リセット」されます。[1]頻繁な撹乱は、多くの初期遷移期（先駆期）の河畔生物種にとって自然に有利です。[5] 多くの研究は、ダムや転流による洪水の減少が、群集遷移を通常の段階を超えて進行させ、群集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、米国南西部の氾濫原の水文学的変化を引き起こし、年間の洪水サイクルを阻害する。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 ）の優位性に関与していると考えられている。洪水によって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分かっている。しかし、水文学的変化によって洪水が減少すると、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]

地下水の汲み上げ

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群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によっ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、時折の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で、地下水の汲み上げは河畔植生の健全性に影響を与える可能性がある。[4] [7]例えば、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]

植物群集の構成は、地下水位の勾配によって劇的に変化する可能性があります。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、生息地の群集構造の変化を引き起こし、場合によっては河岸植物が完全に消滅することもあります。[7]また、研究では、地下水位の低下が、ソルトシーダー（Tamarix chinensis ）などの特定の外来侵入種の侵入と存続を助長する可能性があることも示されています。これらの侵入種は、地下水位が低い場合でも、在来種ほど生理的な水ストレスを示さないようです。[8]

河川の流路整備と堤防建設

河川改修とは、河川をより直線的で幅広く深くする工事で、通常は航行の改善、湿地の排水、洪水の下流への迅速な輸送などを目的としています。[2] 堤防は、人間の開発や農地を洪水から守るため、河川改修と併せて建設されることがよくあります。[9]河岸植生は、河川改修工事中および工事後に直接除去されたり、損傷を受けたりするおそれがあります。[10]さらに、河川改修と堤防建設は、河川システムの自然な水文学を変更します。[9]自然の流れでは、速い流れの水が外側の土手を侵食し、遅い流れの水が内側の土手に堆積することで、蛇行が生じます。多くの河岸植物種は、発芽や苗木の定着をこれらの新しい堆積物の堆積領域に依存しています。[11]河川の直線化と堤防建設により、これらの堆積領域が排除され、河岸植生の補充にとって不利な条件が生まれます。

堤防は越水を防ぐことで、氾濫原の河岸植生が利用できる水の量を減らし、その結果、このような状況で生存できる植生の種類が変化します。[2]洪水の減少は、氾濫原の湿地の窪地がもはや水を満たし保持することができなくなるため、河岸生態系における生息地の異質性を減少させることが示されています。[9]生息地の異質性は種の多様性と相関関係にあるため、堤防は河岸生態系全体の生物多様性の減少を引き起こす可能性があります。[9]

生息地の変化

土地の開拓

世界中の多くの場所で、人間が農作物の栽培、木材の栽培、商業目的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]河岸植生の除去は、河岸の侵食性を高め、また、河川の移動速度を速める可能性があります（新たに開墾された河岸が捨石、擁壁、またはコンクリートで覆われている場合を除く）。[12]さらに、河岸植生の除去は、残存する河岸生態系を断片化し、生息地のパッチ間での種の分散を妨げたり、阻害し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、渡り鳥や、広大で手つかずの生息地に依存する他の種の個体数と多様性も減少する可能性があります。[4]断片化はまた、孤立した河岸パッチ間の遺伝子流動を妨げ、遺伝的多様性を減少させる可能性があります。[4]

家畜の放牧

牛は水辺に集まる傾向があり、これが河岸生態系に悪影響を及ぼす可能性があります。[4]シカなどの在来有蹄類は河岸地帯でよく見られますが、家畜は在来植物を踏みつけたり食べ尽くしたりすることがあり、河岸種が進化上耐えられないような不自然な量と種類の撹乱を引き起こします。[4] [13]家畜の放牧は、在来植物種の被覆面積を減少させ、外来の一年生雑草を優勢にする撹乱頻度を生み出し、植物群集の構成を変化させることが示されている。例えば、南アフリカの乾燥した生態系では、放牧によってイネ科植物、スゲ科植物、樹木種の減少と、多肉植物以外の低木の増加が見られることが分かっています。[14]

農地では、水路をフェンスで囲い、河岸を復元すると水質が改善す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）による汚染の削減により効果的である。 [15] [16]フェンスは、家畜が排泄物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浸食を促進し、土壌の濾過能力を低下させる可能性があり、フェンスは道や水たまりの形成を促し、河岸復元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]シカ農場で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、硝酸塩濃度は倍増し、フェンスに沿って動物が道を作ることで浮遊性堆積物が増加した。[17]

鉱業

河川における砂や砂利の採掘は、生息地を直接破壊し、揚水によって地下水を除去し、河川の形状を変え、堆積物の流動様式を変えることで、河畔地帯に影響を与える可能性があります。[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、河畔植生（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、堆積物に有毒物質が蓄積すると、河畔地帯に影響を与える可能性があります。[4]

侵略的外来種

河畔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]河畔地域は、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、河畔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ため、水の消費量が増加し、南アフリカの小川の水位が低下する。[1]侵入植物はまた、植生によって捕捉される堆積物の量を変化させ、水路の形状を変え、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]外来動物も河畔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]

方法

乾燥地河川における自然インフラ（NIDS）は、土、木材、瓦礫、岩石から自然にまたは人為的に作られた構造物であり、これらのシステムの潜在的な機能を回復することができます

河畔域の修復方法は、多くの場合、劣化の原因によって決定されます。河畔域の修復には、主に2つのアプローチが用いられます。水文プロセスと地形的特徴の修復と、在来の河畔植生の回復です。

水文学的プロセスと地形的特徴の復元

流れのレジームの変化が河畔地域の健全性に影響を与えている場合、自然な水流を回復することが、河畔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ためには、ダムや流れを変える構造物を完全に撤去する必要がある場合があるが、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れ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、多くの河畔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こ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場合があるため、より自然な流れのレジームを単純に回復することには物流上の制約もある。[2]地下水の汲み上げを減らすことも、河畔植生に有利な地下水位を回復することで、河畔生態系の回復に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、河川沿岸保護の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造成の悪影響は、河川の物理的な修復によって軽減できる。これは、歴史的な河川の流れを復元するか、新しい河川を造成することで達成できる。修復を成功させるためには、特に全く新しい河川を造成する場合は、修復計画において個々の河川の地形的潜在性を考慮に入れ、それに応じて修復方法を調整する必要がある。[18]これは通常、基準となる河川（物理的にも生態学的にも類似した河川で、安定した自然の状態にあるもの）の調査や、地形的特徴に基づく河川分類法によって行われる。[18]河川は通常、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なるように設計される。[18]地形的修復の目標は、最終的に河畔地域や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ある。しかし、このようなタイプの修復は物流的に困難を伴う場合があります。多くの場合、最初の水路の直線化や改変によって、開発や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、水路の改変には多大な費用がかかる可能性があります。

大規模な河川復元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復元プロジェクトが挙げられる。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が整備され、蛇行していた全長167kmの川が全長90kmの排水路に変貌した。[19]これにより、氾濫原の季節的な浸水は事実上解消され、湿地から高地へのコミュニティの変化がもたらされた。[20] 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た復元計画は1999年に開始された。[20]このプロジェクトでは、川の主要部分の水路撤去、再建された水路への水の誘導、水制御構造物の撤去、および流量レジームの変更が行われ、氾濫原への季節的な洪水が復元された。[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り、植生と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、カリフォルニア州中部のコスムネス川では、堤防決壊によって氾濫原に季節的な洪水が戻ったことで、主に在来種の河畔植物群が再興されたことが確認されている。[22]

短距離（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）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。[23]

河川は、人間が河川の維持管理や改変を続けない限り、人間の介入なしに河川化から回復することがよくあります。徐々に河床と河岸に堆積物が蓄積し始め、蛇行が形成され、木本植物が生い茂り、河岸が安定します。しかし、このプロセスには数十年かかる場合があります。ある研究によると、テネシー州西部の河川化された河川では、河川再生に約65年かかりました。[10]より積極的な修復方法によって、このプロセスが加速される可能性があります。

河岸植生の回復

荒廃した河畔林の植生回復は、河畔林再生において一般的な取り組みです。植生回復は、能動的、受動的、あるいはその両方の組み合わせによって実現できます。

積極的な植生回復

自然に利用可能な繁殖体の不足は、回復の成功を阻害する大きな要因となる可能性があります。[24]そのため、在来植生を積極的に植えることは、河畔林の種の定着を成功させるためにしばしば重要です。[25]植生を積極的に回復するための一般的な方法には、種子の散布と、種子、プラグ、または苗の直接植え付けが含まれます。ヤナギなどのクローン種の再定着は、挿し木を直接地面に植えるだけで達成できる場合がよくあります。[4]生存率を高めるには、若い植物をフェンスや樹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ません。[26] 予備研究では、木本種の直接播種は、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ます。[27]

参照地は、植栽に適した種を決定するためによく利用され、種子や挿し木の供給源として利用されることもあります。参照群落は、復元完了後の復元地が理想的にどのような姿であるべきかを示すモデルとして機能します。[28]しかし、復元地と参照地の状況が、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、参照地の利用には懸念が提起されています。[28]また、復元された河岸地帯は、多様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、生態学的復元協会は、復元目標を策定する際に複数の参照地を使用することを推奨しています。[28]

積極的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（遷移理論が予測するように）、それとも初期の群集構成が長期的な群集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、まず促進的な種を植え、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など）に、依存的な種を植えるのを待つ方が効果的かもしれない。後者が当てはまる場合、望ましい種をすべて最初に植えるのがおそらく最善であろう。[29]

在来河川生態系の回復において重要な要素として、修復担当者は外来種を除去し、再定着を防ぐ必要がある場合が多い。これは、除草剤散布や機械による除去などによって達成できる。河川や小川の長い区間で修復を行う場合、上流からプロジェクトを開始し、下流へと作業を進めることが効果的である。そうすることで、上流の外来種の繁殖体が修復の妨げにならないようにすることができる。[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上で不可欠であると考えられている。[1]

受動的な植生回復

河畔植生の積極的な植生植え付けは、河畔生態系を再構築する最も早い方法かもしれませんが、その方法は法外な資源集約型になる可能性があります。[4]河畔植生は、人為的な撹乱が止められ、および／または水文学的プロセスが回復すれば、自然に回復する可能性があります。[30] 例えば、多くの研究は、河畔地帯での牛の放牧を遮断フェンスで防ぐことで、河畔植生の堅牢性と被覆率が急速に高まり、より自然な群集構成に移行できることを示唆しています。[13] [31] 河畔植生に有利な定期的な洪水などの水文学的プロセスを単に回復するだけで、在来種群集は自然に再生する可能性があります（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地に繁殖体をうまく散布できるかどうか、または在来種の種子バンクが存在するかどうかにかかっています[4] [25]受動的な植生回復を妨げる潜在的な要因の一つは、外来種が河岸地帯に優先的に定着する可能性があることである。[1]積極的な除草は、望ましい在来植物群落が回復する可能性を高める可能性がある。

動物の生命の回復

復元は多くの場合、植物群集の再構築に重点が置かれるが、これはおそらく、植物が群集内の他の生物の基盤を形成するためである。[24]動物群集の復元は、「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]例えば、アイオワ州の河畔回廊で河畔植生が復元された後、いくつかの鳥類の個体数が顕著に増加した。[32] 一部の河畔復元活動は、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、唯一の宿主植物として河畔樹種（ブルーエルダーベリー、Sambucus mexicana）に依存している特定の懸念される動物種の保護を目的とする場合がある。[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（河畔植生の最小幅または範囲など）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]

生態系の観点

土壌特性（塩分濃度、pH、有益な土壌生物など）、表層水位と地下水位、流動様式など、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、修復を成功させるには、生物的要因と非生物的要因の両方を考慮する必要があります。例えば、共生菌根、無脊椎動物、微生物を含む土壌生物の回復は、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、健全な河畔生物群集の回復の前提条件とな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、河畔域の修復において最も効果的である可能性があります

関連項目

注記

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