Effects of a thinning regime on stand growth in plantation forests

Effects of a thinning regime on
stand growth in plantation
forests using an architectural
stand growth model
by Yukihiro Chiba
佐野友紀（B3)
•森林施業支援システムー多様な森林を誘導するための育林診断ー千葉幸弘
Introduction
• 森林はC固定に貢献している。
• そのC固定や森林管理も含めた人間活動、世界的
な環境変化などの効果を評価するために森林成長
のシミュレーションが必要。
• この論文では、さまざまな間伐が行われた一斉人工
林の樹木の成長過程をシミュレーションしている。
• このモデルは、間伐によって樹冠形が影響を受けた
木の成長に基づいている。
• この研究の目的は、さまざまな間伐（強度・頻度）の
効果を考慮した森林の成長を予測することである。
Data used
• 安藤らは、4つのスギ人工林（吉野、西川、飫
肥、福島県の国有林）で立木密度とバイオマ
スの関係を調査していた。
• 彼らはその中で間伐前後の樹木サイズと密
度のデータを提供している。
• このデータがここではスギ人工林の一般的な
間伐を特徴付けるものとして使われた。
Model descriptionCrown form
立木密度は、1個体当たりの成長するのに
利用可能なスペースを決めるので、平均
樹冠直径は、下の逆数式で表される。
ただし、ここでの樹冠形は針葉樹で定義される。
1/CW=A/CD+1/Cmax ・・・(1)
CW:樹冠幅 CD:樹冠長
A:樹幹の頂点の角度を表す定数
Cmax:樹冠直径の最大値立木密度に依存
樹冠深度と樹冠直径の関係（針葉樹の場合）
Tree height growth
樹高は、土壌の水分状況や栄養を含む、森林
立地の環境に強く影響を受ける。また、立木密度
は樹高成長にはあまり影響されないと考えられて
いる。ここでは、スギ人工林の樹高成長は、立木
密度を考慮せず、さまざまな林分で測ったデータ
から立てられた下の式で近似された。
H=Hmax(1-exp(-aH/Hmax xA)) ・・・(2)
Hmax:その林分の最大樹高
xA:樹齢 aH:最初の樹高成長量(m yr-1)
Stem form
樹幹形は、上部と下部それぞれを表す指数関数
の２つの漸近線をもつ双曲線の関数によって近似
される。
1/S(z)=1/S0exp(z/α)+1/S(zB)exp((z-zB)/β)
・・・(3)
z:樹幹の頂点からの距離 zB:樹冠長
S(z):zmでの樹幹密度(gm-1) S0:最大樹幹密度
α,β:それぞれ個体ごとの定数
α:top taper length β:specific stress length
• (3)式の定数のうち、S0とαは木のサイズに関
係がなく、S(zB)とβは樹冠長に基づいた相対
成長の関数で近似されている。
樹幹形は樹冠長の影響を大きく受ける。
さらに言えば、平均樹冠長は立木密度の
相関的要素であるので、その木の利用可能
な成長スペースによって樹幹形は決まる。
Tree weight
葉と枝は樹冠に制限されているので、樹冠
は1個体ごとの葉や枝の重量を見積もるのに
使われる。
w=aCDb ・・・(4)
a,b:定数 CD:樹冠長 w:葉枝重量
1個体単位の幹重量は次の式で表される。
ws=g(D2H)h ・・・(5)
ws:幹重量 D:胸高直径 H:樹高 g,h:定数
Thinning effects on a tree crown
• 植林直後・・・林冠は開いているので枝下
高は、ほぼ０である。
• 林冠閉鎖後・・・下のほうの枝がだんだん
枯れて落下する。
樹高が上がるにつれて枝下高も上がる。
間伐しないと樹冠長は一定に保つ。
間伐をすると・・・
林冠が開き、再び閉鎖するまでは枝下高は
変わらない。
1/CW=A/CD+1/Cmax
林冠再閉鎖後は、また樹高成長とともに
枝下高も伸びていく。
まとめると、
• 樹冠長は間伐ごとに大きくなる。
• 樹冠長は閉鎖林冠での樹冠幅による。(1)式
• 平均樹冠幅は立木密度による。
Results and discussion
Typical thinning regime in sugi
plantation in Japan
• 一般材の生産を目的とするスギ人工林（国有林など）
では、2500～4000本/haで植えられる。
• その後、3,4回間伐され、最終的に約700/haになる。
• 間伐は40年以内に完了して約60年で収穫。
日本での一般的なパターン
• 一方、民間の森林労働者は10000/ha以上の密集
植林をして、最終収穫までに適切なサイズのものから
収穫するため、たびたび間伐をする。
表－１国有林と吉野林業のスギ人工林における
間伐状況
Tree size development
樹冠長
林冠閉鎖
間伐
図－２．林齢と樹高の関係に関する間伐影響のモデル
Biomass growth
• 以上の成長シミュレーションをつかうと、葉枝
重量が式（4）で、幹重量が式（5）で推定でき
る。
w=aCDb ・・・(4)
a,b:定数 CD:樹冠長 w:葉枝重量
ws=g(D2H)h ・・・(5)
ws:幹重量 D:胸高直径 H:樹高 g,h:定数
図－４.典型的な間伐方法を適用した人工林の現存量のシミュレーション
直線はシミュレーション結果、
Ｗｓ：幹の現存量、WB：枝の現存量、WL：葉の現存量、
C固定の評価
• 密度の高い林分・・・
初期段階では多くのC固定をするが、林冠
閉鎖後は急速に低下する。また、風倒や
雪害に遭いやすい。
国有林のような模式的な管理をされた
人工林がもっとも効果的な安定した環境と
なり、C固定能力は高くなると考えられる。

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