材木根系の実体とそれに基づく崩壊防止機能の検討

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これまで,林木が成長して大型林木となると,板系が深く伸長して土壌探部から基岩にまで達し,側方根は隣接木のそれと絡み合って,連成したネット網を形成するものと想定されていた.また,これによって,土層と基岩との結び付き(杭作用),あるいはネットワークによる土壌緊縛が行われて,結果として崩壊防止.機能が発揮されるものと考えられていた.しかしながら,このような機構は,客観的な実態調査結果に基づいたものではなく,かなり感覚的なものであると思われる.そこで,広い地域における,多様な林分について実態調査を行った.結果として,次記のような事項が指摘される.◇ 単木根系の広がりは,壮齢林以下では,全樹種について樹冠の広がりとほぼ同じ値を示すことが認められる.スギ･ヒノキ･カラマツ等の根系は,若齢時には樹冠よりも小さい傾向を示し,これに対して,広葉樹等の自然林構成樹種の根系は,若齢時には,樹冠よりも大きな広がりを示すが,高齢になると樹冠よりも小さな広がりを示している.◇ 根系の広がりは,土壌の乾湿環境の影響を受けて,乾燥性の林地では広い傾向を見せている.とくにスギ,ヒノキの場合にこの傾向が強く認められる.◇ 単木根系の大部分は深さ50～60cm以内に分布しているが,垂直根等の相対的に太い根系が,さらに伸長して下層にまで到達している.この根系深さは,若～壮齢林になると,その環境に応じてほぼ一定となり,以降, 高齢になっても伸長していない.大略1mから深いものでは2.5mに達している.樹種としてはヒノキが浅根性で, マツ,モミが深根性であることが目立ったが,その他の樹機については,とくに大きな差異が認められない.◇ 根系の深さは,環境によって大きく影響を受けており,乾燥性の環境下では,深く伸長して基岩へも食い込んでいる.土壌層が浅い場合には,基岩に妨げられて伸長が抑止されているが,高密度の根系が土層下部にまで達している.湿潤環境では,根系の深さはそれほど大きくなく,とくに基岩にまで到達していることは稀であった.上記のような傾向を総合すると,土壌層が浅い,乾燥性の斜面では,根系の杭作用,ついでネットワークが認められるものの,崩壊が発生しやすいとみられる土層の厚い,湿潤環境下では,根系の深さは相対的に浅く,根系の平面的な結びつきも小さい傾向にあることが認められた.このことから,根系による杭作用も,ネットワークも期待されない状況下にあることが見いだされたことになる.他方,このような機能が否定される条件下にありながらも,森林は20年以上の林齢になると,林齢の増加と共に,崩壊防止機能が大になることが,統計的結果として客観的に認められており,上述の事実と矛盾することになる.従来は,斜面の縦断形における,滑り面での摩擦と,粘着力に着目して,崩壊発生に関する2次元的な安定解析が行われ,森林の機能も,この機構下で検討されていたのであるが,新たな実態を基本におくと,別の機構を考慮することが必栗になる.従来の根系の機能に対する考えは,主として引っ張りに対する抵抗力であったが,視点を変えて圧縮に対する抵抗力の効用について,調査,検討を加えた.その結果,急斜面の土層内には潜在的にアーチが構成されており,その強度が根系ブロックによる圧縮抵抗によって維持されていると推定された.このような,観点から崩壊地の実態調査と,予備的な実験を行ったところ,崩壊発生面の土層内には,3次元的な機構として,潜在的なアーチ構造が存在することが確認され,根系の崩壊防止機能も,この機構下で発揮されていることが予測されるにいたった.この場合,根系ブロックの大きさと根系の強度･密度が大きいほど抵抗を増すが,たとえ根系間に若干の弱体部があってもそれなりの機能の発揮が期待されることが見いだされた.凹形斜面部等での根系の杭効果や根系相互の緊縛効果はなくとも,個々のブロックとしての強度が崩壊抑止に対して有効と考えられる.一方,周辺の尾根型の凸形斜面部などには支点としての強度が要求されるが,従来どおりの杭作用(根系群と基岩とのかみ合い)や緊縛作用等の機能が存在する確率が高く,この構成に適した状況となっている.It has been thought that the control function of forest in relation to the occurrence of landslide is carried out by trees through pile and net-work action. Pile action is carried out by vertical tree roots which penetrate to the layer under the slip surface. Net-work action is carried out by horizontal roots which connect with neighboring tree roots. But theoretical problems arise concerning these structures when results obtained from numerous field observations are examined. In this paper, the following results were obtained from observation of the actual condition of tree roots in the soil layers. The area occupied by a tree root block for all tree species was found to be nearly equal to area occupied by the canopy. On the other hand, the crown closure of a forest (area of canopy to total stand area) is 60-80 % under normal conditions. Therefore, it is assumed that intersection of a root system with those of neighboring trees does not usually occur. The depth of roots increases according to the growth of the tree in its immature stage. However, in the mature stage, depth does not increase and reaches a constant value regulated by both tree species and soil conditions. 1. Tree species: pine, fir> pioneer broad leaved tree> tree in climax and sub-climax forest> Japanese cedar> Japanese larch> Japanese cypress. 2. Soil humidity: arid condition>wet condition. 3. Thickness of soil layer: thick> thin. 4. Depth of penetration into the layer under the slip surface: arid and thin soil> moderately wet soil. It is known that roots do not penetrate to the layer under the slip surface in thick soil and/or wet soil. The root structure above shows that vertical roots do not penetrate to the slip surface and that horizontal roots do not make contact with each other at many sites. In these cases, both the pile and the net-work actions of the forest root system do not function. However, the resistance of the forest root system has been widely acknowledged and has been supported by the statistical analysis of numerous sites. Usually, the stability of slope is judged by the balance of forces generated on the slip surface in a longitudinal section of the slope, and both actions of the forest root system are evaluated by this two dimensional mechanism. The above contradictory results indicate the existence of another mechanism. Therefore the existence of a three dimensional structure in the soil mass may be assumed. This structure is a latent arch structure and has a parabolic shape. According to field research outlined in this paper, the existence of an arch structure was confirmed at large and small scale landslide sites. The dynamic action of this structure was tested in experiments with laboratory models. The total strength of this arch structure is determined by the compressive strength of the structure. Though strong root blocks composed of tree roots and soil are arranged with a gap in between and no contact with the slip surface in the soil layer, the strength of the arch structure increases.1 研究の背景と目的 2 調査方法(研究方法) 3 樹木根系分布の実態 4 根系の抵抗機能の分析 5 斜面土層内における潜在的アーチ構造の存在の検証と崩壊実験 6 アーチ構造を考慮した保全林の構造

材木根系の実体とそれに基づく崩壊防止機能の検討

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