From strandline vegetation to embryo dunes: natural sand retention along a heavily urbanized coast

問題の背景
ベルギー海岸のような高度に都市化された沿岸部における砂浜は、海岸防護構造物（堤防、プロムナード）、集中的なレクリエーション、および機械的なビーチクリーニングによる圧力に直面している。これらの介入は、自然な砂丘形成プロセスを阻害することが多い。砂の損失を補うために養浜（ビーチ・ノリッシュメント）が広く用いられているが、この供給された砂が、上部ビーチにどの程度保持され、海洋および風成プロセスによってどの程度再分配されるのかについては依然として不明である。本研究は、ストランドライン植生（乾燥したビーチに生育する先駆植物）が、砂を保持し胚砂丘（エンブリオ・デューン）の発達を開始させるための、見過ごされがちなメカニりとして機能しているのではないかと仮定している。しかし、その潜在能力はしばしば人間による攪乱によって抑制されている。

研究手法
著者らは、4種の先駆的な砂丘植物（Cakile maritima、Calamagrostis arenaria、Elymus farctus、および Salsola kali）が砂を定着させ蓄積させる能力を評価するために、フィールド調査、リモートセンシング、および空間モデリングを組み合わせた多段階のアプローチを採用した。

1. データ収集： 2017年から2023年まで、ベルギー海岸全域にわたって年次フィールド調査を実施した。観察は「乾燥ビーチ」ゾーン（春潮高潮線と前砂丘の端の間）に焦点を当てた。データには種名および存在量／被度が含まれ、ジオレファレンスされた地点として記録された。
2. 参照ゾーン： 人間による攪乱から非生物的な制約を分離するため、分析は踏みつけが少なく、機械的なクリーニングが行われていない10の関心領域（ROI）に限定された。
3. 環境予測因子： 2つの主要な非生物的要因がLiDARデータから導出された。
   • 春潮高水準（SHW）に対する標高： 春季のデジタル地形モデル（DTM）と補間されたSHWデータを用いて算出。
   • 年間砂動態： 秋・冬のDTMと春のDTMの差分を計算し、純浸食または堆積量を定量化。
4. 統計モデリング： 2つのコンポーネントからなる空間モデリングフレームワーク（R-INLAを使用）を適用した。
   • 出現モデル： 出現・擬似不在データを用いた二項モデルを用い、非生物的条件に基づく種の定着確率を推定。
   • 存在量／被度モデル： 存在のみのデータを用いたゼロ膨張負二項（ZINB）モデルを用い、環境勾配全体における期待される植生発達（被度）を推定。
5. 砂蓄積量の定量化： 2023年から2025年にかけて、LiDAR（iPhone 13 Pro）およびオルソフォトを用いて胚砂丘の独立したフィールド測定を行い、植生被度と砂の体積との関係を定量化した。各種について、砂の体積と植生被度の平方根を関連付ける線形モデル（原点を通る制約付き）を適合させた。
6. アップスケーリング： 低攪乱モデルに基づき、潜在的な出現および存在量をベルギー海岸全域（都市化されたゾーンを含む）に投影した。これらの予測値は、種固有の砂蓄積率と組み合わされ、個体が分散しているシナリオと、パッチ状に集まっているシナリオの2つのシナリオにおける総潜在的な砂保持量を推定するために使用された。

主な結果

• 非生物的な適合性： いくつかの種において予測される出現は広範囲に及び、これは非生物的な勾配（標高および砂の動態）が、海岸の大部分における潜在的な定着の主要な制約ではないことを示唆している。
• 存在量 vs 出現： 出現は砂の動態に対して比較的鈍感であったが、期待される存在量／被度は強い種特異的な反応を示した。ほとんどの種は、砂の堆積量が増加すると存在量も増加する傾向を示しており、これは砂の動態が初期の定着よりも、定着後の発達に主に影響を与えることを示している。
• 空間パターン： 低攪乱の仮定の下では、Cakile maritima は海岸全域にわたって広い適合性を示した。Elymus farctus と Calamagrostis arenaria は、上部ビーチ／堤防付近で高い期待存在量を示し、Salsola kali は高くかつ空間的に一貫した存在量を示した。これらの高い潜在能力の予測と、都市化されたビーチで見られる実際の低い植生とのコントラストは、人間による攪乱の制約的な役割を浮き彫りにしている。
• 砂の保持： すべての4種において、植生被度と局所的な砂の蓄積との間に正の関係があることが確認された。Cakile maritima が潜在的な砂保持への貢献度が最も大きいと推定され、次いで Salsola kali、Elymus farctus、Calamagrostis arenaria の順となった。
• 体積推定値： 胚砂丘によって保持される総潜在砂体積は、パッチシナリオで約376,000 m³、個体シナリオで552,000 m³と推定された。これらの体積は、毎年養浜によって供給される堆積物量と同程度の規模である。

意義と主張
本論文は、高度に都市化され養浜が行われている海岸であっても、攪乱が軽減されれば、ストランドライン植生と胚砂丘の形成が非生物的な条件によって支えられ得ると主張している。著者らは、踏みつけを制限し、ビーチクリーニングを適応させ、ストランドライン植生を保護するといった管理措置が、養浜された砂の保持を高め、自然に基づいた海岸防護を支援できると論じている。

極めて重要な点として、本研究はエンジニアリングによる介入を置き換えることを提案しているのではない。むしろ、ストランドライン植生が、利用可能な堆積物をビーチ・砂丘システム内に保持する効率を高める可能性があることを示唆している。ビーチから胚砂丘への移行を促進することで、これらの自然プロセスは既存の海岸管理戦略を補完でき、堆積物の海への流失や頻繁な再養浜の必要性を減らす可能性がある。著者らは、これらの推定値は、長期的な砂丘の成長や恒久的な前砂丘構造の予測ではなく、初期のストランドライン植生による「開始」への貢献を示すものであることを強調している。