17:15 〜 18:30
[HTT16-P12] 京都市内において交通量が高木街路樹の光合成機能及び水利用効率に与える影響
キーワード：炭素安定同位体比、環境ストレス、光合成
緒言
都市樹木は樹冠による被陰や蒸散による冷却効果、大気汚染物質の捕捉・二酸化炭素吸収など、都市環境の改善に重要な役割を果たしている。
しかし、街路樹は都市部で植栽されているため排気ガスなどによる大気汚染の影響を受けやすい。大気汚染によるストレスは、光合成機能などの生理機能を低下させることが知られており、そのために街路樹が求められている役割を果たせなくなる可能性がある。
街路樹が都市環境で受けるストレスは非常に多様であり、さらに樹種によって影響が異なる。実際に街路樹が生育している環境では、大気汚染物質に加えて高温や乾燥などの様々な要因が組み合わさっていることから、野外環境での実験は、実際に植栽されている環境下で生育する植物の複合的な環境要因に対する応答についての理解にも役立つ。しかし、温室などのコントロール環境での比較実験と比べ、都市部における野外環境下でのストレス応答研究は少ない。
そこで本研究では大気汚染によるストレスに着目した。京都市内の交通量の異なる4地点で街路樹3種の光合成機能と炭素安定同位体比を測定することで、交通量の違いが高木街路樹の光合成機能に与える影響を調査した。交通量と大気汚染のレベルは強く関連していることから、京都市内の大気汚染をはかる指標として交通量を用いた。
材料および方法
1．樹種
イチョウ（Ginkgo bioloba L.）、トウカエデ （Acer buergerianum Miq.）、ソメイヨシノ（Prunus×yedoensis Matsum.）の3種を使用した。イチョウ、トウカエデ、ソメイヨシノは全て落葉高木樹である。全国的においても京都市内においても高木で植栽本数が多い順に3種を調査対象とした。
2．調査地
調査地は大気汚染物質の濃度を常時計測している、京都市が設置した大気常時監視局付近を選択した。また、平成27年度全国道路・街路交通情勢調査の結果をふまえて、隣接する道路の12時間自動車類交通量にばらつきが出るように４カ所の調査地を選定し、2020年7月－12月に枝葉の採取を行った。
3．Li-6400 XTを用いた測定
採取した葉を実験室に持ち帰り、光合成測定装置（Li-6400 XT, Li-Cor社, USA）を使用してA-Ci曲線を作成した。作成したA-Ci曲線のグラフから最大カルボキシル化速度（Vcmax）、チラコイド膜の電子伝達速度（J）を求めた。
実際に樹木が植栽されている環境下のCO₂濃度は平均400µmol mol-1程度であるので、CO2濃度が400µmol mol-1の光合成速度（A）をA400として算出し、さらにその時の気孔コンダクタンス（gs）を求めた。ここで得られたA400とgsを用いて、水利用効率（WUE）を算出した。
4．葉の安定同位体比測定
乾燥させた葉を粉末状にし、1.0±0.05mgずつ錫箔に封入した。その後総合地球環境学研究所に設置されている安定同位体比測定用質量分析計CN-IRMS（Flash1112+Conflo+delta V advantage、Thermo Fisher Electric社, USA）を用いて測定を行った。δ13Cがあらかじめ分かっているワーキングスタンダードCERKU-03、CERKU-07（03:Glycine, 07:STARCH-C4）の測定を行い、補正を行った。
結果
イチョウに関しては交通量の多い地点で光合成速度は低くなり、交通量が少ない地点では光合成速度は高くなった。ソメイヨシノは交通量が多い方から２番目である1地点で他の3地点よりも光合成速度は低くなった。トウカエデについては交通量の増加に伴って気孔コンダクタンスが減少したが、最大カルボキシル化速度が増加し、光合成速度に地点間の差異は認められなかった。水利用効率はソメイヨシノでは交通量の多い地点ほど高くなる傾向があったが、イチョウとトウカエデについては交通量との相関は見られなかった。
考察
大気汚染レベルの違いは、樹種によって異なる影響を光合成機能に与えていた。イチョウについては高い大気汚染レベルが光合成速度に負の影響を与え、ソメイヨシノについては水利用効率に正の影響を与えていることが示された。また、ソメイヨシノの光合成速度は、他の2つの樹種に比べてどの地点でも高い値となり、交通量の増加に伴って水利用効率が増加していることからストレスへの敏感な応答を示している可能性がある。これらのことから、2020年度においてソメイヨシノは、1枚の葉レベルでは街路樹として効果的にCO2吸収を行ったと考えられる。
都市樹木は樹冠による被陰や蒸散による冷却効果、大気汚染物質の捕捉・二酸化炭素吸収など、都市環境の改善に重要な役割を果たしている。
しかし、街路樹は都市部で植栽されているため排気ガスなどによる大気汚染の影響を受けやすい。大気汚染によるストレスは、光合成機能などの生理機能を低下させることが知られており、そのために街路樹が求められている役割を果たせなくなる可能性がある。
街路樹が都市環境で受けるストレスは非常に多様であり、さらに樹種によって影響が異なる。実際に街路樹が生育している環境では、大気汚染物質に加えて高温や乾燥などの様々な要因が組み合わさっていることから、野外環境での実験は、実際に植栽されている環境下で生育する植物の複合的な環境要因に対する応答についての理解にも役立つ。しかし、温室などのコントロール環境での比較実験と比べ、都市部における野外環境下でのストレス応答研究は少ない。
そこで本研究では大気汚染によるストレスに着目した。京都市内の交通量の異なる4地点で街路樹3種の光合成機能と炭素安定同位体比を測定することで、交通量の違いが高木街路樹の光合成機能に与える影響を調査した。交通量と大気汚染のレベルは強く関連していることから、京都市内の大気汚染をはかる指標として交通量を用いた。
材料および方法
1．樹種
イチョウ（Ginkgo bioloba L.）、トウカエデ （Acer buergerianum Miq.）、ソメイヨシノ（Prunus×yedoensis Matsum.）の3種を使用した。イチョウ、トウカエデ、ソメイヨシノは全て落葉高木樹である。全国的においても京都市内においても高木で植栽本数が多い順に3種を調査対象とした。
2．調査地
調査地は大気汚染物質の濃度を常時計測している、京都市が設置した大気常時監視局付近を選択した。また、平成27年度全国道路・街路交通情勢調査の結果をふまえて、隣接する道路の12時間自動車類交通量にばらつきが出るように４カ所の調査地を選定し、2020年7月－12月に枝葉の採取を行った。
3．Li-6400 XTを用いた測定
採取した葉を実験室に持ち帰り、光合成測定装置（Li-6400 XT, Li-Cor社, USA）を使用してA-Ci曲線を作成した。作成したA-Ci曲線のグラフから最大カルボキシル化速度（Vcmax）、チラコイド膜の電子伝達速度（J）を求めた。
実際に樹木が植栽されている環境下のCO₂濃度は平均400µmol mol-1程度であるので、CO2濃度が400µmol mol-1の光合成速度（A）をA400として算出し、さらにその時の気孔コンダクタンス（gs）を求めた。ここで得られたA400とgsを用いて、水利用効率（WUE）を算出した。
4．葉の安定同位体比測定
乾燥させた葉を粉末状にし、1.0±0.05mgずつ錫箔に封入した。その後総合地球環境学研究所に設置されている安定同位体比測定用質量分析計CN-IRMS（Flash1112+Conflo+delta V advantage、Thermo Fisher Electric社, USA）を用いて測定を行った。δ13Cがあらかじめ分かっているワーキングスタンダードCERKU-03、CERKU-07（03:Glycine, 07:STARCH-C4）の測定を行い、補正を行った。
結果
イチョウに関しては交通量の多い地点で光合成速度は低くなり、交通量が少ない地点では光合成速度は高くなった。ソメイヨシノは交通量が多い方から２番目である1地点で他の3地点よりも光合成速度は低くなった。トウカエデについては交通量の増加に伴って気孔コンダクタンスが減少したが、最大カルボキシル化速度が増加し、光合成速度に地点間の差異は認められなかった。水利用効率はソメイヨシノでは交通量の多い地点ほど高くなる傾向があったが、イチョウとトウカエデについては交通量との相関は見られなかった。
考察
大気汚染レベルの違いは、樹種によって異なる影響を光合成機能に与えていた。イチョウについては高い大気汚染レベルが光合成速度に負の影響を与え、ソメイヨシノについては水利用効率に正の影響を与えていることが示された。また、ソメイヨシノの光合成速度は、他の2つの樹種に比べてどの地点でも高い値となり、交通量の増加に伴って水利用効率が増加していることからストレスへの敏感な応答を示している可能性がある。これらのことから、2020年度においてソメイヨシノは、1枚の葉レベルでは街路樹として効果的にCO2吸収を行ったと考えられる。