2006.9.22 地球研
FSプロジェクト計画発表
人間活動下の
生態系ネットワークの
崩壊と再生
山村 則男
京都大学生態学研究センター
プロジェクト概要
生物間ネットワーク
• 生物間ネットワーク=生物の相互作用網
– 食う食われる
– 花粉の媒介、種子の分散
– 物質の循環・エネルギーの流れ
•
間接効果、カスケード効果のため
–変化の予測が難しい
–小さな変化が大きな変化をもたらしうる
•
大きな変化が急激に生じ回復困難になる
–レジームシフト
このような生態学の視点は、
地球環境問題の解決に非常に有効であろう
プロジェクト概要
生態系ネットワークとは
生態系ネットワーク
(ボルネオ熱帯林)
生物間ネットワーク
焼き畑
地域社会
原生林
グローバルな社会
気候変動
種
A
種
C
種
B
種
D
二次林
河川
プランテーション
従来の生物のネット
ワーク研究
このプロジェクトの研究
• 均一な生態系ではなく、サブシステム(原生林、二次林など)
が相互作用する二重ネットワーク構造を考える
• 社会経済ネットワークからなる人間社会もサブシステムの一つ
に含める
プロジェクト概要
目
的
• 人間活動の直接的な影響だけでなく、生態系ネット
ワークを介して生態系の崩壊や劣化を引き起こすメ
カニズムを明らかにする
• 生態系の利用に伴う長期的・広域的な不安定性や
不確実性を最小化するネットワークの特徴を
あきらかにする
・高い生物多様性と生態系機能を持つ、より健全な
生態系への再生とその維持への道筋をつける
プロジェクト概要
対象とする調査地域
*一般性の高い成果を得るために、対照的な複数の調査対象地域を対象とする
モンゴル草原
ボルネオ島
サラワク熱帯林
モンゴル
陸上生態系
共通点
自然生態系が残っている
急速なネットワークの変化がみられる
研究の蓄積と成果がある
相
違
点
食物網構造
ヒトの栄養段階
更新時間
トップダウン構造
ボトムアップ構造
高い
低い
短い(数年)
長い(数十〜数百年)
疎林、草原、農地
マレーシア・
サラワク州
主なサブシステム
原生林、二次林、
プランテーション、焼き畑
プロジェクト概要
研究プロセスと期待される成果
1.
人間活動と生態系ネットワーク構造変化の関係を2地域において明らかに
する


観測と調査によって現状の生態系ネットワークを記述・理解する
特に人間活動の影響が急激に大きくなった過去100年間の変化を把握する
2. 異なるシナリオに基づいた生態系ネットワークの
予測と評価のモデルを示す


3.
データに基づく地域シミュレーションモデルを構築する
異なる条件に対する応答予測のセットをシナリオとして提示する
(短期的予測:5年、長期的予測100年)
生態系ネットワークを考えることによって
地球環境問題に新しい視点を与える
•
•
どのようなネットワークの構造が地球環境問題を引き起こすのか
環境問題の解決にどのような「ネットワークの再生」が可能なのか
ISでの研究成果
ISでの研究成果
人間活動を含めた生態系ネットワークを
どのように調べ評価できるのか、検討をおこなった
1.
2.
3.
4.
5.
資料の収集、整理
利用可能な技術・設備の検討
調査地域における研究・連絡体制の構築
適切な研究チームの構築
国際プログラムおよび関連プロジェクトとの連携の検討
既存のデータ収集・整理から
ISでの研究成果
1)
両調査地域内の生態系の食物網構造を
把握する手法を検討した
安定同位体比の分布
モンゴル草原
食物連鎖:N 3.4, C 1.0
ヒト頭髪の同位体比
サラワク森林
d 15 N (‰)
d 15 N (‰)
C3植物(イネ、コムギ)
5
ほ乳類
(植物食・雑食・肉食)
10
ヒト
節足動物(草食・肉食)
家畜・ほ乳類(草
食・雑食・肉食)
ヒト?
5
モンゴル
12
ブラジル
δ15N(0/00)
10
節足動物(草
食・肉食)
沿岸縄文人
日本
10
オランダ
植物
(C3, C4)
0
C4植物(トウモロコシ)
アメリカ
サラワク?
0
植物(C3)
南米先史人
インド菜食者
内陸縄文人
-5
-31
-29
-27
-25
d 13 C (‰)
(高津ほか 未発表)
-23
-21
-19
-5
-31
8
-29
-27
-25
d 13 C (‰)
(兵藤ほか 未発表)
-23
-21
-19
-22
-20
-18
-16
d 13 C (‰)
-14
-12
-10
既存のデータ収集・整理から
ISでの研究成果
2) 過去100年に起こった主な出来事を整理した
モンゴル遊牧生態系100年史
第一次世界大戦
第二次世界大戦
ナライハ炭坑
操業開始
政治・経済
スターリン
虐殺開始
ソ連ーモンゴルー中
国を結ぶ鉄道開通
モンゴル独立
人民革命政府樹立
主な出来事
日本との外
交関係樹立
社会主義体制終焉
ウランバートル
人口100万超す
市場経済化
国土4割鉱区化
毛加工工場完成
キリル文字移行
科学アカデミー設立
人口増開始
土地私有化
乳工場設立
生態系
牧民生産協
同組合規則
家畜増
伝統的遊牧
国営農場
指導局設立
新たな
家畜増
農牧業協同
組合発足
寒害
農地のピーク
家畜頭数
社会主義
農地面積
人口
ウランバートル人口
年
ヤギがヒツ
ジを上回る
資本主義,
既存のデータ収集・整理から
ISでの研究成果
2) 過去100年に起こった主な出来事を整理した
サラワク熱帯林生態系100年史
第一次世界大戦
第二次世界大戦
政治・経済
朝鮮戦争
ゴムの国際価格上昇
伐採キャンプからの米需要
植民地の領土・歳入
拡大政策
イバン人の入植
主な出来事
熱帯材需要の上昇
パームオイル需要拡大
マレーシアへの編入
道路インフラ開発
ゴムプランテーショ
ンの造成
生態系
先住民の入植・林産
物採集拡大
小ゴム園増加
川沿いでの焼畑
地方都市の発展
商業森林伐採
田の拡大
道路沿いでの焼畑
商業伐採の
時代
植民地時代
オイルパームプランテー
ション拡大
保護区の設定
農業離れと農地
減少
プランテーション
の時代
原生林面積
人口
年
プランテーション
ISでの研究成果
既存のデータ収集・整理から
3) シナリオに必要となる変数を検討した
いろいろな条件
モ
ン
ゴ
ル
サ
ラ
ワ
ク
・カシミヤ国際価格
・家畜の数・種類
・都市周辺への人口集中
・総人口の増加
・鉱山の開発
・土地所有制度
・南洋材、パーム油、ゴムなど
の国際価格
・民族特有の文化・習慣
・道路の延長補修
・土地所有制度
生態系の変化
生
態
系
ネ
ッ
ト
ワ
ー
ク
・草原土壌の生産性
・草原植物の被度と多様性
・動物の多様性と密度
・局所的気候(乾燥度)
・土地利用の変化
・植物の受粉と種子分散
・動物の多様性と密度
・局所的気候(乾燥度)
森林の変化
ISでの研究成果
既存のデータ収集・整理から
4) 生態系ネットワークのモデルの
理論基盤を整理した
• ネットワーク理論
– さまざまな研究分野で使われている
• インターネット(情報科学)
• 人間関係、社会構造(社会学)
• 遺伝情報の発現、生合成代謝経路(ミクロ生物学)
• 生物種間の相互作用、物質循環(マクロ生物学)
– 異なる分野のネットワークで共通の性質が発見されている
•クラスター構造
•スケールフリー性
•スモールワールド現象
• 生態系ネットワーク理論
–
–
–
–
自然界のネットワークには特徴的な構造がある
複雑性(構造)と安定性にはどのような関係があるか
自然界のネットワークは安定な構造をしている
複雑な食物網における動態がどこまで予測できるか
ISでの研究成果
プロジェクトの見通しを得た
研究プロセスと期待される成果
1. 人間活動と生態系ネットワーク構造変化の関係を
2地域において明らかにする


観測と調査によって現状の生態系ネットワークを記述・理解する
特に人間活動の影響が急激に大きくなった過去100年間の変化を把握する
3.一般理論
2. 異なるシナリオに基づいた生態系ネットワークの
予測と評価のモデルを示す


3.
データに基づく地域シミュレーションモデルを構築する
2.シナリオ提示型
異なる条件に対する応答予測のセットをシナリオとして提示する
予測モデル
(短期的予測:5年、長期的予測100年)
生態系ネットワークを考えることによって
地球環境問題に新しい視点を与える
1.現実のネットワークの把握
•
どのようなネットワークの構造が地球環境問題を引き起こすのか
•
環境問題の解決にどのような「ネットワークの再生」が可能なのか
期待される成果
1.
現実のネットワークの把握
人間活動と生態系ネットワーク構造
変化の関係:モンゴル
輸出
世界
都市
木材
森
涵養
森林
農地
河川
飲用
草
砂
商品
飲用
商品
汚濁
間引き
オオカミ
食害
食
害
生息
草原 家畜
送粉者
食用
放牧
競争 植食昆虫
食用
定住
糞尿
•
•
南北の乾湿経度に沿った各気候帯に成立する草原、森
林、砂漠に調査地を設け、モンゴル全体の生態系ネッ
トワークを把握する
これまでの気候要因から植生を予測するモデルと比較
することにより、生態系ネットワークを考慮すること
の効果がわかると期待される
遊牧民
アルカリ
土壌化
生息
送粉
涵養
食用植物
養分
菌根菌
競争
アルカリ
土壌化
耐性植物
分解
分解
土壌節足動物
競争 バクテリア
有機物の供給
モンゴル草原の生態系ネットワーク
太い線で示した関係は近年急激に強くなったと考えられ
るリンク
期待される成果
1.
現実のネットワークの把握
人間活動と生態系ネットワーク構造変
化の関係:サラワク
輸出
世界
都市
木材
汚濁
河川 涵養 焼き畑
二次林 涵養
低地
土地利用変化
移動
奥地
プランテーション
土地利用変化
土地利用変化
汚染
飲用
商品・労働
商品
涵養 獣害
食料
食用
イバン
狩り
種子
散布
儀式
食害
散布
イノシシ
原生林
送粉者
糞尿
生息
送粉
食用
植食昆虫
狩り
食用
捕食者
種子散布者
種子
花
樹木
蜜・防衛
アリ
実生
成木
涵養
分解
•
•
開発が進む低地と過疎の傾向がみられる奥地で
調べることにより、サラワク全体の生態系ネット
ワークを概観する
急速な土地利用や生態系改変が間接的にもたら
す生態系サービスの低下を定量的に示す
養
分
分解
菌根菌
競争 バクテリア
土壌節足動物
有機物の供給
サラワク熱帯林の生態系ネットワーク
太い線で示した関係は近年急激に強くなったと考えられる
リンク、点線は弱くなったリンク
期待される成果
2.生態系ネットワークの予測と評価
制御不能な変動要因
制御可能なオプション
異なるシナリオに基づいた
生態系ネットワークの予測と評価のモデル
遊牧範囲
狭
シナリオ1
シナリオ2
評価
広
ヤギ:ヒツジ
ヤギ
未来予測
ヒツジ
農地面積
狭
広
降水量
少
多
カシミア価格
安
高
雪害
軽
ワ生
ー態
ク系
モネ
デッ
ルト
短期的収入(3年)
少
長期的収入(20年)
少
多
遊牧不適地
狭
広
植物の種多様性
少
重
多
高
期待される成果
3.生態系ネットワークが与える新しい視点
環境問題を生態系ネットワークの
視点から捉える
例えば
種
人間
人間
人間
サブシステム
1)かつて
2)環境問題の顕在化
いろいろなものを少しずつ生態系からえ 一つの資源を集中的に使うことでリンクの
ていた
数を減らしている
•
•
•
•
生態系サービスの低下
系の不安定化
多様性の喪失
持続性の低下
3)生態系ネットワークの再生
• 人間の生態系の利用を分散する
• 生態系サービス、安定性などからみて
重要なリンクを特定し、再生する
FSの研究計画
FSの研究計画
• 既存のデータからモンゴル草原、サラワク熱帯林の生態系
ネットワークの骨格を検討し、不足している情報を特定す
る(データの分析、現地調査)
• ネットワークの解析や予測に、どのようなモデル、
アルゴリズムを使えるのか検討する
・ 本プロジェクトの計画および研究体制の検討を行い、
最終的にそれらを決定する
FSの研究計画
研究組織
研究代表者
山村則男(京大・生態研)
研究協力者
サラワク熱帯林班
理論モデル班
酒井章子(京大・生態研)
中丸麻由子(東工大・社会理工学)
中静 透(東北大・理)
大串隆之(京大・生態研)
サラワク森林研究所
近藤倫生(龍谷大学・理工学部)
経済・社会班
市川昌広(地球研)
諸富 徹(京大・経済)
小長谷有紀(民博)
モンゴル草原班
藤田 昇(京大・生態研)
石井励一郎(地球環境フロンティア)
モンゴル科学アカデミー地理生態学研究所
ダウンロード

FS研究計画