気候変動による水質の悪化は生態系を脅かしていますが、米国の新たな研究によると、ビーバーはその被害の軽減に役立っています。
干ばつの時期には河川や小川を流れる水量が減るため、窒素などの汚染物質や過剰な栄養分の濃度が上昇します。
ダムの建設により上流の水位が上がり、水は周辺の土壌や支流に流れ込み、フィルターの役割を果たす区域が生まれます。
研究者らの調査によると、ビーバーのダム一つにより、季節的な極端な状態の中で、調査対象となったイースト川の区間における不要な窒素の除去が44％促進されました。
気候変動によって水質が悪化し生態系が脅かされるなか、ビーバーとそれが作るダムは、被害の軽減に役立つ可能性があると新たな研究は述べています。
山岳流域の水質に関して、研究者らは、ビーバーのダムが、気候によって引き起こされる季節的な降水の極端な変動よりもはるかに大きな影響を及ぼしうると報告しています。
この木製の障壁により上流の水位が上がり、水は周辺の土壌や支流に流れ込みます。これらは総称して河畔域と呼ばれます。これらの区域はフィルターのように働き、水が下流の本流に再び流れ込む前に、過剰な栄養分や汚染物質をこし取ります。
大型で出っ歯の、両生類的な齧歯類であるこの有益な影響は、今後数年で拡大していくと見込まれています。気候変動がもたらす、より高温で乾燥した状況は水質を低下させますが、これらの同じ状況により、米国西部ではアメリカビーバーが再び増加し、その結果としてダム建設が爆発的に増えています。
「米国西部の山岳流域では乾燥と温暖化が進んでおり、それは水質の劣化につながるはずです」と、スタンフォード大学の地球システム科学教授であり、同大学の論文の上級著者であるスコット・フェンドーフ氏は述べています。論文はNature Communications誌に掲載されています。
「この研究以前には知られていませんでしたが、ビーバーの活動が水質に及ぼす大きな影響は、気候変動に対する前向きな対抗力となっています。」
ビーバーと自然実験
ビーバーのダムが及ぼす大きな影響の発見は、偶然によるものでした。2017年、フェンドーフ氏の研究室の博士課程の学生であった筆頭著者のクリスチャン・ドゥーイ氏は、コロラド州中部のクレステッド・バット近郊にあるコロラド川の主要な支流、イースト川沿いでフィールドワークを始めていました。
当初ドゥーイ氏は、水文の季節的変化、および 河畔域が山岳流域の栄養分と汚染物質に与える影響を追跡することを目指していました。
「まったくの偶然ですが、ビーバーが私たちの調査地点にダムを作ることに決めたのです」と、現在オレゴン州立大学のポスドク研究員であるドゥーイ氏は述べています。「このビーバーのダムの建設により、私たちは素晴らしい自然実験を行う機会を得られました。」
本研究では、ドゥーイ氏と共同研究者らが、河川内と河畔域全体に設置されたセンサーによって1時間ごとに収集された水位データを検討しました。また、研究チームは栄養分と汚染物質の濃度を監視するため、地表面より下の水も含め、水のサンプルを採取しました。
地球温暖化によりより頻繁な干ばつや降雨量の極端な変動が生じる将来に、ビーバーのダムが水質にどのような影響を与えるかを理解するため、研究者らは、歴史的に乾燥していた2018年のイースト川の一区間の水質を、その翌年の水位が異常に高かった時期の水質と比較しました。さらに、これら1年間にわたるデータセットを、2018年7月下旬から始まり、ビーバーのダムが川をせき止めていたほぼ3か月間の水質とも比較しました。
ビーバーのダムが河川から硝酸塩を除去
水質とは、特定の目的、例えば生態系の健全性や人間の消費などに対する水の適合性の尺度です。干ばつの時期には、河川や小川を流れる水量が減少するため、窒素などの汚染物質や過剰な栄養分の濃度が上昇します。その後、汚染物質を洗い流し水質を回復させるには、大雨や季節的な雪解け水が必要となります。
汚染物質がどのように濃縮され、また下流へ流れるかに影響を与える、相互に関連した生物学的、化学的、物理的プロセスについて、研究者らが測定とコンピューターによるモデル化を行った結果、ビーバーのダムによって、硝酸塩（窒素の一形態）の除去が劇的に増加していることが判明しました。これは、ダムの上流と下流の水位の間に驚くほど急な落差が生じるためです。
春の雪解けに続く高温で乾燥した夏には、大きな水位の変化も生じます。これにより圧力勾配が生じ、水が周囲の土壌へ押し流されます。勾配が大きいほど、水や硝酸塩が土壌へ流れ込む量が増え、そこで微生物が硝酸塩を無害な気体に変換します。
研究者らは、イースト川において、高水位の年（2019年）と干ばつの年（2018年）のいずれにおいても、ダムがある場合の勾配の増加は、平均的な日と比較して、ダムがない夏のピーク時の勾配よりも少なくとも10倍大きいことを確認しました。言い換えれば、ダムの影響は、干ばつまたは豊富な雪解け水のいずれの方向においても、気候による水文の極端な状態を一桁上回りました。
「ビーバーは水質の劣化に対抗し、気候が引き起こすものをはるかに上回る擬似的な水文の極端な状態を生み出すことで水質を改善しています」と、スタンフォード大学ドア持続可能性学院の教授であり、スタンフォード・ウッズ環境研究所の上級フェローでもあるフェンドーフ氏は述べています。
ダムが設置されている間、ビーバーのダムは、季節的な極端な状態の中で、調査対象となったイースト川の区間における不要な窒素の除去を44％促進しました。窒素は、藻類の過剰繁殖を促すため、水質にとって特に有害な問題です。藻類は分解されると、多様な動物の生命と健全な生態系を支えるために必要な酸素を水から奪います。
本研究は、気候変動の将来的な影響を包括的に評価する際には、生態系の変化からのフィードバックも含める必要があることを思い起こさせるものです。
「干ばつの時期には、気候変動が水文の極端な状態と水質の劣化を引き起こすと予想されます」とフェンドーフ氏は述べています。「そして本研究では、この別の生態学的変化、つまりビーバーとそのダムの増殖、そして個体数の増加が起きていなければ、実際にそうなっていたであろうことが分かります。」
本研究の共著者は、ローレンス・バークレー国立研究所に所属しています。
本研究は、米国エネルギー省およびコロラド州ゴシックにあるロッキーマウンテン生物学研究所の支援を受けました。
出典：アダム・ハドハジー（スタンフォード大学
