日が短くなり、気温が低くなると、木の葉は鮮やかな色に変わり、最終的には落ちます。これまで、気候変動の結果として平均気温が上昇すると、樹木は葉を長く保ち、光合成をより長く行うことができ、その結果、より多くのCO2を結合できると広く信じられていた。しかし、この計算は限られた範囲でしか機能しません。研究者らが今回明らかにしたように、落葉樹の年間炭素貯蔵能力には限界がある。貯蔵タンクが満杯になると、温度によって緑が長く続く可能性があるにもかかわらず、実際には木はより早く葉を落とします。
植物は、緑の葉の色素であるクロロフィルの助けを借りて、光合成中に二酸化炭素と水を糖と酸素に変換します。このようにして、ドイツの森林だけでも毎年数百万トンの CO2 を吸収し、温室効果ガス排出の一部を相殺しています。数十年にわたる観察によると、地球温暖化の結果、私たちの緯度の木々は年々早く芽吹き、少しずつ葉を落とすのが遅くなっている。この傾向が続けば、緑の期間が長くなるため、樹木が年間より多くのCO2を結合できるようになるということになります。計算によると、森林の各ヘクタールは、葉を落とすたびにさらに 98 キログラムの CO2 を隔離することができます。
観測データと独自の実験
しかし、木々が葉を保つ期間は本当に気候だけが原因なのでしょうか?チューリッヒ工科大学のデボラ・ザニ率いるチームが現在、これを確認している。これを行うために、研究者らは 1948 年から 2015 年までの中央ヨーロッパの 3,855 か所の観測データを評価しました。この記録は、トチノキ、シラカバ、ヨーロッパブナ、ヨーロッパカラマツ、カシ、ナナカマドの代表的な落葉樹 6 種がここ数年に発芽し、葉を失った時期を記録しました。さらに研究者らは、制御された条件下で樹木をさまざまな温度、二酸化炭素濃度、日射量にさらす独自の実験を実施した。
結果: 確かに、気温が高いと木は葉を長く保つことができます。しかし、この効果には限界があります。ある時点で、樹木が光合成を続ける価値はなくなります。樹木が年間成長する可能性が枯渇し、炭素貯蔵量が満杯になるためです。窒素などの他の資源が限られているため、また植物組織に必要な成熟プロセスのため、植物は 1 年で無限に成長することはできません。気候が制限要因となることも多いが、気温が上昇すると、炭素貯蔵能力の限界が木々の葉を落とす時期を決定する可能性がある。
光合成活性が高まると葉の老化が早まる
1 つの役割は、木々が春の早い時期に発芽し、したがって一年の早い時期に光合成を開始するという事実によって演じられます。夏の強い日差しと空気中の二酸化炭素含有量の増加も、木が貯蔵した炭素をより早く満たすのに役立ちます。 「光合成活動が高まると、植物の季節サイクルが加速します。 「最終的には、これにより葉の老化プロセスがより早く始まることが保証されます」と著者らは説明する。彼らの実験の1つでは、日陰にあるため光合成があまり活発に行われない木は、日向にある同様の標本よりも平均して8〜13日遅く葉を落とすことが示されました。全体として、日陰にある木も日向にある木も、年間を通じて同量の CO2 を吸収しました。
研究者らはその発見に基づいて、気候条件に加えて、光合成速度と樹木の限られた炭素貯蔵量も考慮したコンピューターモデリングを開発した。彼らは、1948 年以来の歴史的な観測データに基づいてモデルをテストしました。そして実際、ザニと彼女のチームは、このモデルの助けを借りて、以前のモデルよりも最大 42 パーセント正確に紅葉の落葉時期を決定することができました。 「私たちのモデルの高い予測力は、春と夏の植物活動が秋の落葉にとっていかに重要であるかを強調しています」と研究者らは書いている。
今後、落葉が早くなるでしょうか？
気候条件に焦点を当てたこれまでのモデルでは、秋の落葉は今世紀末までに平均２～３週間遅れると想定されていた。一方、ザニ氏のチームの新しいモデルは、今世紀末までに落葉が３～６日早くなる可能性があると予測している。春の早い時期に発芽することによって、年間の緑の段階は依然として延長されますが、これまで想定されていた約1か月ではなく、8〜11日だけ延長されます。しかし、研究者らは、選ばれた6つの樹種に関する観察結果が、窒素を固定できる樹木など他の樹木にどの程度反映されるかはまだ不明であると警告している。
イリノイ州樹木科学センターのクリスティン・ローリンソン氏は、サイエンス誌に掲載された研究の解説の中で、「この研究は、森林の炭素貯蔵能力が、私たちがまだ完全には理解していない方法で制限されていることを示している」と書いている。 「樹木や森林は気候変動の影響を緩和する解決策であり続けますが、それらが気候変動に対応する唯一の手段であるわけではありません。人為的な炭素排出を軽減するには、排出削減や樹木の保全と再植林など、気候変動対策の多様なポートフォリオが重要です。」
出典: Deborah Zani (チューリッヒ工科大学) 他、サイエンス、 doi: 10.1126/science.abd8911
