Divergent biodiversity–carbon relationships across vertically distributed forest biomes on the Tibetan Plateau

森林はしばしば地球の肺と見なされ、二酸化炭素を吸収し、それを木材や葉の中に蓄えています。何十年もの間、生態学者はシンプルかつ深遠な問いについて議論してきました。それは、「樹木の多様性が高まることは、森林がこの役割を果たす上でより優れたものにするのか？」という問いです。「生物多様性と生態系機能の関係」として知られる主流の考え方は、多様な種の混交が、それぞれの樹木が独自の役割を果たし、日光や水などの資源を使い分けることでグループ全体の成長を促進するという、よく整備された機械のように機能することを示唆しています。しかし、自然は決して静止したものではありません。森林は成長するにつれて、より高く、より密度が高く、より複雑になります。一つの重要な謎は、多様な樹種を持つことの恩恵は森林が成熟するにつれても変わらないのか、それとも、木々が老いるにつれて変化したり、弱まったり、あるいは消失したりするのか、という点でした。これを理解することは極めて重要です。なぜなら、森林は気候変動を遅らせるための人類にとって最も強力な自然の道具であり、多様な種を植える戦略が、永遠に報われるものなのか、それとも一時的なものなのかを知る必要があるからです。

研究チームは、チベット高原の実際の生きた森林を調査することで、このパズルを解こうとしました。彼らは単一の小さな区画や若い森林を研究するのではなく、温暖な低地から寒冷な高地まで、広大な標高範囲にわたる1,248の森林プロットのデータを分析しました。これらのプロットには、1979年から2017年までの8回の調査にわたって、およそ12万本の樹木が含まれていました。この長期的な視点により、彼らは森林が若い苗木から成熟した巨木へと成長する過程で、樹木の多様性と炭素貯蔵の関係がどのように変化するかを観察することができました。彼らは、異なる高度に見られる4つの明確な森林タイプに焦重しました。常緑広葉樹と落葉広葉樹の混交林、純粋な落葉広葉樹林、針葉樹と広葉樹の混交林、そして純粋な針葉樹林です。

研究者たちは、すべての森林をまとめて見れば、答えは単純であることを見出しました。すなわち、樹種が増えるほど、一般的に蓄えられる炭素量も増えるということです。これは、多様性が助けになるという古典的な考えを裏付けるものです。しかし、彼らが時間の経過や異なる森林タイプごとに詳細に分析すると、物語ははるかに複雑になりました。多様性のプラスの効果は、一定で不変の力ではありませんでした。むしろ、森林の種類やその樹齢に応じて、全く異なる経路を辿ったのです。ある森林では、多様性の恩恵は樹木が老化するにつれて消えていきました。別の森林では、恩恵は強まった後に横ばいになりました。いくつかのケースでは、関係が逆転し、最も古い林では、種が多いことが逆に炭素貯蔵量の減少と相関し始めることさえありました。

森林のタイプは極めて重要でした。落葉広葉樹（冬に葉を落とす樹木）が優占する森林では、多様性によるブーストは若い時には強力でしたが、急速に衰退しました。これらの森林が樹齢約100年に達すると、多くの種を持つことの恩恵は消失し、さらにはマイナスにさえ転じました。研究者たちは、これは成長の早いこれらの樹木が急速にスペースを埋め尽くし、互いに激しく競合するためだと示唆しています。林冠が閉鎖されると、種を増やすことは森林の成長を助けることにはならず、代わりに樹木は同じ限られた資源を巡って争うことになるのです。対照的に、針葉樹林は異なるパターンを示しました。彼らの多様性の恩恵は、樹齢100年頃にピークに達した後、ゆっくりと減少しましたが、マイナスに転じることはありませんでした。多くの場合、成長の遅い針葉樹に支配されているこれらの森林は、多様性と炭素貯蔵の間の関係をより長い間、安定して維持していました。

最も安定した結果が得られたのは、針葉樹と広葉樹を組み合わせた混交林でした。これらの林では、多様性のプラスの効果は、若い苗木から老いた巨木に至るまで、森林の全生涯を通じて一貫して強く維持されました。研究者たちは、これは異なるタイプの樹木が、互いの競争を減らすような形で適合しているためだと考えています。針葉樹と広葉樹は異なる形状と成長習慣を持っているため、単独でいる時よりも空間や光をより効率的に共に利用できるのです。この構造的な調和により、森林は齢を重ねても多様性の恩恵を享受し続けることができました。

この研究は、なぜ多様性が森林を助けるのか、あるいは妨げるのかという秘密は、森林がいかにその構造を構築するかにあることを明らかにしています。樹木が成長するにつれて、彼らは周囲の環境を変えていきます。樹木が成長が早く、形状やサイズの多様性をあまり生み出すことなくスペースを埋めてしまう森林では、多様性を持つことの利点は消失します。樹木間の競争が激化し、多様性のユニークな利点が失われるのです。しかし、構造が緩やかに発達し、層状の複雑な環境を作り出す森林では、多様性の恩恵はより長く持続します。研究者たちは、森林が複雑な構造（異なる高さや形状の樹木が豊かな三次元的生息地を作り出す構造）を発達させたとき、多様性のプラスの効果が維持されることを見出しました。この複雑さによって、異なる種が同じ場所を奪い合うことなく共存でき、森林の生産性と炭素の豊かさを数世紀にわたって維持できるのです。

この研究は、私たちが森林と気候変動について考える方法を変えるものです。それは、「多様性は常に正しい」というルールがあまりに単純すぎることを示唆しています。多様な森林の価値は、どのような種類の樹木があるのか、そしてその森林がどのように成長しているのかによって決まります。成長の早い広葉樹の森林は、若い時には多様性による大きな恩恵を受けるかもしれませんが、その恩恵は成熟とともに消えてしまうかもしれません。しかし、異なるタイプの樹木による混交林は、その恩恵を非常に長い間維持することができるかもしれません。この知見は、炭素貯蔵を最大化するためには、単にどんな樹種の混合体を植えればよいというわけではなく、それらの樹木が成長するにつれてどのように相互作用し、その物理的構造がどのように進化していくかを考慮しなければならないことを示唆しています。森林は静的な樹木の集合体ではなく、枝や葉の配置が、多様性が森林の気候変動との戦いを助けるのか、あるいは妨げるのかを決定する、ダイナミックなシステムなのです。

研究者たちは、彼らの知見がチベット高原の自然林に基づいたものであり、特定の気候と樹種を有していることに注意を払いました。彼らが見出したパターンは、森林の成長を理解するための強力な新しい方法を提示していますが、同時に、土壌条件や人間による撹乱などの他の要因も役割を果たしていることを認めています。彼らは、森林にどれだけの速度で炭素が追加されているかを測定したのではなく、ある時点における総炭素貯蔵量を測定しました。これらの限界はあるものの、本研究は、なぜ森林が異なる挙動を示すのかを理解するための、明確でエビデンスに基づいた枠組みを提供しています。それは、単に「多様性が助けになるか」という問いを超えて、「いつ、どこで、なぜ助けになるのか」というより複雑な問いに答えるものです。樹木の数と森林の物理的構造を結びつけることで、この研究は、将来の森林がどのように炭素を貯蔵するかを予測するためのロードマップを提供しており、炭素豊かな森林への鍵は、多様な種が時間をかけて共に繁栄できるような、複雑で層状の構造を育むことにあると示唆しています。