塩性湿地枯死

塩性湿地枯死は、湿地特有の植物の死と景観の浸食を引き起こします。

高塩性湿地枯死、あるいは塩性湿地褐変は、高塩性湿地における塩性湿地の劣化の主な要因です。一般的には、湿地の植物が枯死して褐色化し、死んだ有機物が残り、最終的には堆積物が露出します。堆積物を保持する強力な植物の根がなければ、これらの露出した土地は侵食され、塩性湿地は本土へと後退します。^{[ 1 ]}枯死地帯では、塩性湿地のコードグラス（ Spartina alterniflora ）などの主要な生産者が不在となり、最終的には完全に非生産的になります。^{[ 2 ]}

仮説の概要

科学者たちは数十年にわたり塩性湿地枯死を研究してきましたが、その原因については依然として議論が続いています。主要な説の一つは、塩性湿地枯死は、潮汐による浸水の増加、堆積物の増加、そして酸素欠乏によってS. alternifloraが浸水することで引き起こされるというものです。^{[ 3 ]}他の科学者たちは、土壌の塩分濃度の上昇と土壌水分の減少が枯死の原因である可能性を研究しています。^{[ 4 ]}

塩性湿地の重要性

塩性湿地は、貝類、魚類、昆虫の繁殖と育成の生息地を保護する上で重要です。

浸水仮説

冠水は、植物の根系と周囲の土壌に過剰な水分が蓄積することで発生し、通常は湿地の内陸部で発生します。表層水の増加に伴い、冠水した土壌には還元分子が多く含まれ、硫化物などの有毒化合物の蓄積を引き起こす可能性があります。 ^{[ 5 ]}最近の研究では、冠水の増加は海面上昇によって引き起こされている可能性が示唆されています。これは地球温暖化の影響である可能性があり、海面上昇自体にも多くの自然的および人為的な原因があります。^{[ 6 ]}

好気呼吸の減少

塩性湿地枯死は、湿地特有の植物の枯死と景観の浸食を引き起こします。湿地浸食の原因の一つは、S. alternifloraの根による好気呼吸の低下です。この現象は主に内陸部で発生しますが、河畔植物は部分的に嫌気呼吸も行います。

好気呼吸は糖と酸素を取り込んで二酸化炭素、水、エネルギーを生成します。

好気呼吸が減少すると、土壌条件の低下により根が十分な酸素を生成できなくなるため、植物は酸素欠乏状態に陥ります。酸素の吸収低下は植物の生産性を低下させる可能性があります。^{[ 7 ]}

これらの植物はエネルギーを得るために、アルコール発酵の過程を経ます（Mendelssohn et al. 1981）。この発酵過程の最終生成物はエタノールという形で炭素であり、これは根から拡散します。そのため、植物は拡散した炭素を利用できず、利用可能な植物エネルギーは減少します。^{[ 5 ]}

土壌硫化物の増加

湛水によるもう一つの現象は、土壌中の硫化物の増加です。この硫化物の増加は、主に還元された土壌に生息する嫌気性細菌と好気性細菌によって引き起こされます。^{[ 6 ]}

_{硫化物の増加は、植物体内でのNH4 -} N（アンモニア性窒素、アンモニウム塩）の吸収を阻害することが示されています。 ^{[ 5 ]} NH4 _- Nは土壌内で最も利用可能な窒素の形態であり、 S. alternifloraの生産性を制限する栄養素です。

土壌中のNH ₄ -N濃度が高い場合、植物によるNH _{4 -Nの吸収が減少し、土壌中に過剰な分子が残っている可能性があります。さらに、土壌の還元は植物の硝化反応を低下させ、NH 4} -Nの吸収不足をさらに悪化させる可能性があります。^{[ 1 ]}

考えられる解決策

この問題の解決策を発見した科学者もいます。メンデルスゾーンとクーンは2003年、ルイジアナ州の塩性湿地で植物と土壌に関する実験を行いました。彼らは、不健康な塩性湿地における堆積物の増加が、植物と土壌の状態を改善することを発見しました。

実験の結果、堆積物量が多い植物では、植物被度が高く、植物体の高さも高く、嵩密度も高かったことが示された。堆積物の増加に伴い地表標高が上昇し、洪水が減少した。根は好気呼吸が可能になったため、エネルギー源として発酵に頼る必要がなかった。堆積物量の多い植物では、土壌中の硫化物とNH ₄ -N濃度も低下した。メンデルスゾーンは、堆積物の添加後にNH ₄ -N濃度が低下したため、植物による窒素利用が増加したと仮説を立てている。 ^{[ 6 ]}

塩分仮説

塩性湿地枯死に関する2つ目の仮説は、塩分濃度の上昇と土壌水分の不足が主な原因であるというものです。地球温暖化により、気温の上昇が蒸発と蒸散の増加につながる可能性が示唆されているため、一部の科学者はこの仮説を妥当性があると考えています。

ブラウンとペゼシュキは、多数のS. alterniflora個体を塩分濃度の上昇と水ストレスの増加、そしてそれらの組み合わせという条件下に置くという実験を考案した。その結果、複合処理を受けた植物は水ストレスの増加を示し、土壌から十分な水分を摂取できなくなり、光合成能力が低下し、最終的には枯死に至ることが明らかになった（Brown & Pezeshki 2007）。

参考文献

1. Webb EC, Mendelssohn IA, Wilsey BJ (1995)「ルイジアナ州の塩性湿地における植生枯死の原因：生物検定法」水生植物学51: 281–289
2. バートネス・M、シリマン・BR、ジェフリーズ・R（2004）「塩性湿地の危機」アメリカン・サイエンティスト92(1):54
3. Goodman PJ, Williams WT (1961)「 Spartina townsendii aggにおける『枯死』の調査」 Journal of Ecology 49(2): 391–398
4. Brown CE, Pezeshki SR (2007)「塩分濃度と土壌乾燥の複合影響下で生育した湿地塩生植物Spartina alternifloraの回復閾値」植物生理学ジャーナル164: 274–282
5. Mendelssohn IA, McKee KL (1988)「ルイジアナ州におけるSpartina alternifloraの枯死：土壌浸水の影響の経時的調査」Journal of Ecology 76: 509–521
6. Mendelssohn IA, Kuhn NL (2003)「堆積物補助金：急速に沈降する沿岸塩性湿地における土壌植物反応への影響」生態工学21: 115–128
7. Mendelssohn IA, McKee KL, Patrick, WH (1981)「 Spartina alternifloraの根における酸素欠乏：無酸素状態への代謝適応」 Science 214: 439–441