Chapin, Matson, Vitousek (2002, 2012 / 加藤 知道 監訳 2018) 生態系生態学 [Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology]

  • F. Stuart Chapin III, Pamela A. Matson, Peter M. Vitousek, (初版 2002,) 2012: Principles of Terrestrial Ecosystems Ecology, 2nd edition. New York: Springer.
  • F. Stuart Chapin III, Pamela A. Matson, Peter M. Vitousek 原著, 加藤 知道 監訳, 2018: 生態系生態学 (第2版)。森北出版, 595 pp. ISBN 978-4-627-26122-8. [わたしはこの版を読んでいる。]
    • 監訳者のほかの訳者: 榎木 勉、戸田 求、藤井 一至、中井 太郎、鎌倉 真依、植山 雅仁、友常 満利、吉竹 晋平、小山 里奈、木庭 啓介、廣田 充、小林 真、小山 明日香、吉原 佑、酒井 佑槙、佐々木 雄大。

日本語版は2018年7月に出版されている。2018年12月、わたしは気候を主題とする授業をしていて、気候が陸上の植生(森林・草原・砂漠など)を決めているとまではいえないが、植生の制約条件になっていることにふれたかったが、手持ちの材料が古かったので、新しい材料をさがしているところだった。これは厚くて読みきれそうもないのでちょっと気が重かったが、本のはじめに近い部分にさがしている話題があったので、買ってしまった。

買ってから書誌情報のメモをとったとき、第2・第3著者の名まえに見おぼえがあることに気づいた。地球上の窒素循環は、人間活動、とくに化学肥料によって、大きく変えられており、人間社会の持続可能性の課題のひとつになっている。その主題に関する知見を見わたそうとすると、Vitousek が筆頭になったレビュー論文ははずせない。また、2012年にAmerican Geophysical Unionの大会の持続可能性に関する科学のセッションに出たら、そこでメキシコで地元の人たちといっしょに窒素肥料利用の適正化にとりくんでいる話をしていたのが Matson だった([別ブログ 2012-12-20の記事]; [Matson 編 (2012)の本の読書メモ])。すこしウェブ検索してみると、この2人は夫婦で、いまは同じStanford大学にいるが、ながらく別々に仕事をしてきたそうだ。

そう知ってみると、たしかに本書は生態学の本にしては窒素循環が重視されていると思う。しかし生物の窒素代謝は、有機物(炭素化合物)の生産と消費の過程にともなうものだから、本書の大きな主題は、有機物の生産・消費にともなうエネルギーの流れと炭素の循環であり、それの制約条件として窒素やその他の植物にとっての養分である元素が問題になってくるのだ。本書は、生態系が生物個体からなっていることも、さまざまな種からなっていることも、無視はしていないけれども、おもてにたてていない。生態系を、たとえば(食物連鎖の文脈では)「植物、植食動物、肉食動物」にわけて、それぞれのはたらきを考えるのだ。(「植食」は聞きなれないことばだけれど、たとえば木の実をたべるのを「草食」にふくめるのも変だから、こうするしかないのかもしれない。)

アメリカ合衆国の大学の専門科目の教科書ではふつうだと思うが、厚いうえになかみがつまっている。講義したら週3回で半年くらいかかると思う。各自読んで授業時間は質疑応答という形になるのかもしれない。日本語版は分冊にしないとおさまらないことがよくあるが、本書はがんばって1冊にしている。

全15章のうち第2章に「地球の気候システム」がある。わたしが週1回半年かけて授業している科目の要点に近い。そしてその章の(まとめを別にして)最後の2.9節が「生態系の分布・構造と気候との関係」で、その最初(日本語版58ページ)に「気候は、バイオームのグローバル分布を大きく制御する要因である。」と書いてある。ここまでは期待どおりだ。ただ、「バイオーム」ということばは、第1章の1.6節(日本語版15ページ)で導入されているのだが、「熱帯湿潤林、温帯草原、北極域ツンドラのようなバイオーム(biome, 生物群系: 生態系の一般的なカテゴリー)」となっていて、一般的すぎる表現と例示はあるが定義のようになっていない (定義するのがむずかしい概念なのかもしれないが)。また、2.9節では、気候のどのような要因がバイオームの制約になりうるかの概説はあり、年平均気温と年降水量の2次元の平面にバイオームの種類を表示した図(Joseph CraineとAndrew Elmoreによるとあるが出版物からの引用ではない)もあるものの、制約の定量的モデルの話はなかった(さまざまな学説のひとつに加担したくなかったのかもしれないが)。

わたしはまだこのあたりまで読んだだけなのだが、参考文献にあげる可能性があるので、読書メモをだしておくことにする。

折りかえしのあとにくわしい目次をつける。ただし、各章の最後にある「復習問題」と「参考文献」はリストからは省略している。

== 目次 ==
口絵
序文
訳者序文
目次
第1部 背景
第1章 生態系の概念
– 1.1 はじめに
– 1.2 焦点
– 1.3 生態系生態学とは
– 1.4 生態系生態学の歴史
– 1.5 生態系の構造と機能
– – 生態系プロセス
– – 生態系の構造と制限
– 1.6 生態系プロセスの制御
– 1.7 人為による生態系の変化
– – 生態系への人為インパクト
– – レジリエンスと閾値の変化
– – 生態系サービスの劣化
– 1.8 まとめ
第2章 地球の気候システム
– 2.1 はじめに
– 2.2 焦点
– 2.3 地球のエネルギー収支
– 2.4 大気システム
– – 大気組成と化学性
– – 大気の構造
– – 大気循環
– 2.5 海洋
– – 海洋の構造
– – 海洋循環
– 2.6 陸地形成が気候に与える影響
– 2.7 植生が気候に与える影響
– 2.8 気候の時間変動
– – 長期変化
– – 人為的な気候変動
– – 気候の年々変化
– – 季節変化・日変化
– – 暴風雨と気象
– 2.9 生態系の分布・構造と気候との関係
– 2.10 まとめ
第3章 地質、土壌、堆積物
– 3.1 はじめに
– 3.2 焦点
– 3.3 土壌生成の制御要因
– – 母材
– – 気候
– – 地形
– – 時間
– – 潜在的生物相
– – 人間活動
– 3.4 土壌損失の制御要因
– 3.5 土壌断面の発達
– – 土壌への供給
– – 土壌の形態変化
– – 土壌移動
– – 土壌からの損失
– 3.6 土壌層位と土壌分類
– 3.7 土壌特性と生態系機能
– – 土壌の物理特性
– – 土壌の化学的特性
– 3.8 まとめ
第2部 メカニズム
第4章 水・エネルギー収支
– 4.1 はじめに
– 4.2 焦点
– 4.3 地表面熱収支
– – 放射収支
– – 吸収された放射の分配
– – [Box 4.1] 水移動のエネルギー論
– 4.4 生態系水収支の概要
– 4.5 生態系への水の流入
– 4.6 生態系内部への水の動き
– – 群落 (林冠) から土壌への水の動き
– – 土壌中の水の貯留と動き
– – 土壌から根への水移動
– – 植物を通る水の動き
– – [Box 4.2] 生態系を通る水の流れを追跡する
– 4.7 生態系からの水損失
– – 濡れた群落からの蒸発
– – 乾いた群落からの蒸発散
– – 貯留量変化
– – 流出
– 4.8 まとめ
第5章 生態系への炭素インプット
– 5.1 はじめに
– 5.2 焦点
– 5.3 生態系への炭素インプットとは
– 5.4 光合成の生化学
– 5.5 外洋の光合成
– – 光制限
– – CO2供給
– – 養分制限
– – 外洋のGPP
– 5.6 河川と沿岸 –縁に生きる–
– 5.7 陸域の光合成
– – 陸域生態系の光合成構造
– – C4型光合成
– – [Box 5.1] 炭素同位体
– – ベンケイソウ型有機酸代謝
– – CO2制限
– – 光制限
– – 窒素制限と光合成能力
– – 水分制限
– – 温度の影響
– – 汚染物質
– 5.8 陸域のGPP
– – 群落プロセス
– – 葉面積
– – 光合成期間の長さ
– – 衛星観測に基づいたGPPの推定
– 5.9 まとめ
第6章 植物の炭素収支
– 6.1 はじめに
– 6.2 焦点
– 6.3 植物の呼吸
– 6.4 NPPとは
– 6.5 海洋のNPP
– 6.6 湖のNPP
– 6.7 渓流と河川のNPP
– 6.8 陸域のNPP
– – NPPを支配する生理学的要因
– – NPPを支配する環境・生物種的要因
– 6.9 分配
– – NPPの分配
– – さまざまな資源に対する分配の応答
– – 分配の日変化・季節変化
– 6.10 組織のターンオーバー
– 6.11 バイオマスとNPPのグローバルな分布
– – バイオマスのバイオーム間の違い
– – NPPのバイオーム間の違い
– 6.12 まとめ
第7章 分解と生態系炭素収支
– 7.1 はじめに
– 7.2 焦点
– 7.3 分解と生態系炭素収支とは
– 7.4 リターの溶脱
– 7.5 リターの破砕
– 7.6 化学変性
– – 菌類
– – 細菌と古細菌
– – 土壌動物
– 7.7 分解の時空間的不均一性
– – 時間的パターン
– – [Box 7.1] 同位体と土壌炭素のターンオーバー
– – 鉛直分布
– 7.8 分解を制御している要因
– – リターの質
– – 根圏における分解の促進
– – 微生物群集組成と酵素活性
– – 環境
– – 土壌有機物
– – 泥炭の蓄積と微量ガスの放出
– 7.9 従属栄養生物呼吸
– 7.10 純生態系生産 (NEP)
– – [Box 7.2] 生態系および地域における炭素フラックスの測定
– 7.11 純生態系炭素収支
– – ガス態の炭素フラックス
– – 粒子状炭素フラックス
– – 溶存態炭素フラックス
– 7.12 河川炭素フラックス
– – 河川での分解
– – 河川の炭素収支
– 7.13 湖沼の炭素フラックス
– 7.14 海洋の炭素フラックス
– 7.15 グローバルスケールでの炭素交換
– 7.16 まとめ
第8章 植物の養分利用
– 8.1 はじめに
– 8.2 焦点
– 8.3 本章の概要
– 8.4 海洋生態系
– 8.5 湖の生態系
– 8.6 河川と渓流
– 8.7 陸域生態系
– – 根への養分の移動
– – 拡散
– – マスフロー
– – 根自体による捕捉
– 8.8 養分吸収
– – 養分供給
– – 根長の発達
– – 菌根
– – 窒素固定
– – 根の吸収特性
– 8.9 養分利用
– 8.10 植物からの養分損失
– – 老化
– – 植物からの溶脱による損失
– – 植食者
– – 他の損失経路
– 8.11 まとめ
第9章 養分循環
– 9.1 はじめに
– 9.2 焦点
– 9.3 養分循環とは
– 9.4 海洋養分循環
– – 大規模養分循環
– – 河口域
– – 沿岸流
– 9.5 湖沼養分循環
– 9.6 渓流養分循環
– 9.7 陸域生態系への窒素インプット
– – 生物窒素固定
– – 窒素沈着
– 9.8 窒素内部循環
– – 無機化とは
– – 溶存有機態窒素の生成と行方
– – アンモニウムの生成と行方
– – [Box 9.1] 純窒素無機化の限界 C:N 比の推定
– – 硝酸の生成と行方
– – 時空間的変動性
– 9.9 窒素損失の経路
– – ガス態窒素損失
– – [Box 9.2] 窒素同位体
– – 溶液としての損失
– – 侵食による損失
– 9.10 その他の養分循環
– – リン
– – 硫黄
– – 必須陽イオン
– – [Box 9.3] 生態系へのソースを特定する地球化学トレーサー
– – 微量養分元素と非必須養分元素
– 9.11 農業システムにおける窒素とリンの循環
– 9.12 まとめ
第10章 栄養動態
– 10.1 はじめに
– 10.2 焦点
– 10.3 栄養動態とは
– 10.4 生態系の中のエネルギーの流れの制御
– – ボトムアップ制御
– – トップダウン制御
– 10.5 養分循環に対する栄養段階の影響
– 10.6 生態学的な効率
– – 栄養効率とエネルギーの流れ
– – 消費効率
– – 同化効率
– – 生産効率
– 10.7 食物連鎖の長さ
– 10.8 季節変化と年々変化
– 10.9 栄養塩類の移行
– 10.10 デトリタスベースの栄養系
– 10.11 一体化した食物網
– 10.12 まとめ
第11章 生態系プロセスへの種の影響
– 11.1 はじめに
– 11.2 焦点
– 11.3 生態系プロセスへの種の影響とは
– 11.4 影響機能タイプ
– – 生物地球化学に対する種の影響
– – 種が生物物理学的プロセスへ及ぼす影響
– – 種による栄養相互作用
– – 撹乱レジームへの種の影響
– 11.5 反応機能タイプ
– 11.6 生態系への形質の影響の統合
– – 複数の形質の機能的マトリクス
– – 反応形質と影響形質のつながり
– – 保険としての多様性
– – 種間相互作用と生態系プロセス
– 11.7 まとめ
第3部 パターン
第12章 時間的動態
– 12.1 はじめに
– 12.2 焦点
– 12.3 生態系レジリエンスと変化
– – 代替安定状態
– – レジリエンスと閾値
– – [Box 12.1] レジリエンスとレジームシフト
– 12.4 撹乱
– – 概念的なフレームワーク
– – 撹乱イベントのインパクト
– – 撹乱後の回復と更新
– – 撹乱レジーム
– 12.5 遷移
– – 生態系構造と構成
– – 水とエネルギー交換
– – 炭素収支
– – 養分循環
– – 養分動態
– 12.6 生態系プロセスの時間的スケーリング
– 12.7 まとめ
第13章 景観の不均一性と生態系動態
– 13.1 はじめに
– 13.2 焦点
– 13.3 景観の不均一性とは
– 13.4 空間的不均一性の原因
– – 空間的不均一性の検出と分析
– – 状態因子と相互的制御
– – 群集プロセスとレガシー
– – 撹乱
– – 不均一性のソース間の相互作用
– 13.5 景観におけるパッチ間の相互作用
– – 地形と陸-水間相互作用
– – 大気による移動
– – 景観上の植物と動物の移動
– – 撹乱の広がり
– 13.6 人為的な土地利用変化と景観不均一性
– – 拡張
– – 集約化
– 13.7 より大きなスケールへの外挿
– – [Box 13.1] 生態系モデリングによる空間スケーリング
– 13.8 まとめ
第4部 統合
第14章 地球システムの変化
– 14.1 はじめに
– 14.2 焦点
– 14.3 人間が引き起こす変化
– 14.4 グローバルな水循環
– – 水のプールとフラックス
– – 水循環における人為起源の変化
– – 水循環の変化の結果
– 14.5 グローバルな炭素循環
– – 炭素のプールとフラックス
– – 大気CO2の変化
– – 海洋のCO2シンク
– – 陸域のCO2シンク
– – [Box 14.1] 陸と海との間の炭素取り込みの分配
– – 気候へのCO2の影響
– – グローバルなメタン収支
– 14.6 グローバルな窒素循環
– – 窒素のプールとフラックス
– – 窒素循環における人為起源の変化
– 14.7 グローバルなリン循環
– – リンのプールとフラックス
– – リン循環の人為起源の変化
– 14.8 グローバルな硫黄循環
– 14.9 まとめ
第15章 生態系の管理と維持
– 15.1 はじめに
– 15.2 焦点
– 15.3 社会生態システムの維持
– – [Box 15.1] 社会生態的な相互作用とニューオーリンズにおける洪水
– – 持続可能性
– – 持続可能性の生態学的な側面
– – [Box 15.2] 生態系サービス間のトレードオフの評価: ニュージーランドにおける水力発電と保全
– – [Box 15.3] ニューヨーク市における水質浄化
– 15.4 生態系管理の概念的フレームワーク
– – 土壌資源の維持
– – 生物多様性の維持
– – 変動性とレジリエンスの維持
– 15.5 生態系の原理の管理への応用
– – 森林管理
– – 漁業管理
– – 生態系の更新
– – [Box 15.4] エバーグレーズにおける生態系復元の研究
– – 絶滅危惧種の管理
– 15.6 生態系管理の社会経済的側面
– – 人間の要求と欲望への適合
– – 生態系サービスのフローの管理
– – 政治的な情勢への対応
– – イノベーションと順応的管理
– – 持続可能な開発: 社会生態的な変容
– 15.7 まとめ
略語一覧
用語説明
参考文献
索引

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