Modelling the Long-Term Effects of Climate Change and Silvicultural Systems on Rockfall Protection: A Case Study from the Slovenian Alps

高い山々において、森林は単に成長しているだけではありません。それらは「生きた盾」として機能しています。急峻な崖から岩が崩れ落ちる際、樹木はそれらを食い止め、落下速度を遅らせたり、あるいは麓の村落や道路に到達する前に完全に受け止めたりすることができます。この保護機能は山岳林が提供する極めて重要なサービスですが、それは永続的なものではありません。これらの盾を形成する樹木は、成長し、齢を重ね、そして死にゆく生き物であり、落下する岩石を阻止する能力は、その数や幹の太さ、そして樹種によって左右されます。現在、変化する気候が新たな複雑さを加えています。温暖で乾燥した条件は特定の樹木にストレスを与える可能性があり、また、「どのように木を切るか」「どのように切るか」、あるいは「放置するか」といった人間による森林管理に関する決定が、数十年後の森林の姿を決定することになります。森林管理者にとっての課題は、単に材木をどのように育てるかではなく、気候が変動し、樹木自体が変化していく中で、いかにしてこれら自然の障壁を何世紀にもわたって効果的に機能させ続けるかということなのです。

スロベニア・アルプスにおいて、研究チームはある問いに答えるべく、200年先の未来を見据えて調査を行いました。彼らが焦点を当てたのは、スロベニアとオーストリアを結ぶ重要な峠であるリュベル峠の上方にある、特定の保護林です。この森林は約75ヘクタールをカバーしており、現在はヨーロッパブナが優占していますが、ドイツトウヒもかなりの割合で存在しています。研究者たちは、以下の3つの異なる管理スタイルにおいて、この森林がどのように進化するかを調べたいと考えました：1つ目は、全く手を加えず放置する場合、2つ目は個々の樹木を取り除いて連続的な林冠（キャノピー）を維持する択伐系、3つ目は新しい成長を促すために段階的に区画ごとの森林を切り開く林間伐（シェルターウッド）系です。彼らはまた、地域で予測されているように気候がより温暖かつ乾燥した場合に、これらの結果がどのように変わるかも確認したいと考えました。これを実現するために、彼らは2世紀を待つのではなく、強力なコンピュータモデルを使用して、その全期間における森林の成長と落下する岩石の動きをシミュレートしました。

研究者はまず、ForClimと呼ばれる森林成長モデルを用いて、樹木の発展をシミュレーションしました。彼らは2022年に実施された実際の森林調査データ（樹木数、サイズ、存在する樹種など）をモデルに入力しました。その後、現在の気候がそのまま続くシナリオと、地域が著しく温暖化するという高排出経路を辿るシナリオという、異なる条件下での200年間の進行をシミュレートしました。それぞれの気候シナリオ内で、上述の3種類の管理ルールを適用しました。モデルは、樹密度、幹の大きさ、および樹種の構成の変化を計算しました。例えば、「無管理」シナリオでは、森林は自らの摂理に従って自然に成長し、枯れていくままの状態に置かれました。「択伐」シナリオでは、多様で連続的な森林構造を維持するために、定期的に一部の樹木が除去されます。「林間伐」シナリオでは、古い樹木を除去する前に新しい苗木が育つよう、サイクルの中で大きなパッチ状に樹木が取り除かれます。

コンピュータが将来の森林データを生成した後、研究者はそのデータをRockyfor3Dと呼ばれる第2のモデルへと渡しました。このモデルは、落下する岩石の物理現象をシミュレートするものです。地形、岩の種類、そして森林構造（具体的には樹木の数と幹の太さ）を入力することで、岩が地面に衝突した際のエネルギー量を算出します。もし岩が樹木に当たれば、そのエネルギーは失われますが、隙間を通り抜ければスピードを維持したままとなります。さまざまな将来シナリオにおける岩石のエネルギーを比較することで、研究者はどの管理スタイルが最善の保護を提供できるかを判断することができました。彼らは平均的な保護性能だけでなく、岩が依然として強い衝撃を持って衝突してしまう可能性があるワーストケースの地点についても検証しました。

シミュレーションの結果、最初の40年から60年間においては、気候変動よりも管理スタイルの選択の方が重要であることが明らかになりました。短期的には、森林がいかに管理されるかが、樹木の姿とその防護能力を決定づけました。しかし長期的には、気候が森林組成を作り変え始めます。すべてのシナリオにおいて、ブナの量は減少しました。乾燥に敏感なドイツトウヒについては、管理方法によって運命が分かれました。無管理の森林では、既存の古い木々が長く生存し続け成長するため、実際にはトウヒが増加していました。ところが、管理された森林、特に温暖化が進む環境下では、トウヒは大幅に減少しました。代わりに、管理された森林ではカラマツやマツのような陽樹や、温和な条件を好む他の広葉樹が見られるようになりました。

下の道路を守ることに関しては、結果は「平均的な保護」と「一貫性」の間の明確なトレードオフを示しました。大規模な区画整理を行う林間伐システムは、200年後において最も高い「平均的保護量」を生み出しました。これは、モデルによれば、最終的に非常に密度の高い若い樹木が集まるようになるためです。しかし、このシステムには重大な欠陥がありました。再生フェーズ、つまり古い木が取り除かれ新しく小さな木しかいない時期には、森林はほとんど防御力を発揮できず、道が強大なエネルギーを持つ岩に対して露出してしまうのです。「無管理」のアプローチは当初は強力でしたが、森林が老化し樹密度が低下するにつれて、2世紀にわたり徐々に有効性を失っていきました。研究者は、現実の世界では風災や虫害などの突発的な災害によって広範囲の森林が一掃されてしまう可能性もあり、モデル上の衰退は実際にはさらに深刻になるかもしれないと指摘しています。

一方、「択伐」管理システムは、最もバランスが取れた信頼性の高い戦略として浮上しました。この手法は、シミュレーションの最終年において絶対的な最高値の保護を提供したわけではありませんが、時間の経過に伴う保護の安定性が最も高かったのです。連続的な林冠を維持し、広いエリアを一気に切り開かないため、森林が危険なほど疎になる局面が存在しません。そのため、保護レベルは一定に保たれ、路面に叩きつけられる岩のエネルギーが極端に跳ね上がることも少なくなりました。研究によると、気候変動はこの戦略の順位を変えることはなく、たとえ気候が変わったとしても、択伐システムが最も安定した選択肢であり続けました。

研究者たちは、主な目的が土砂災害からのインフラ保護である山岳林においては、択伐システムこそが長期的に見て最良の解決策であると結論付けました。この方法は、他の手法が生じさせる危険な空白を作らず、落下する岩に対する安定した盾を維持します。林間伐システムは、2世紀後の平均値としては魅力的に見えるかもしれませんが、その脆弱な期間があることがリスクとなります。本研究は、気候変動によってどのような樹木が最適となるかは変化するものの、人間の管理方法こそが、森林の構造とその防護能力に対し、より直接的かつ強力な影響を及ぼすことを強調しました。連続的な被覆を維持するように森林を管理することを選択すれば、周囲の気候が変化しても、これらの天然の障壁を世代を超えて効果的に使い続けることができるのです。