土壌断面で追う一次遷移Primary Succession Seen in a Soil Profile

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 溶岩が冷えて固まったばかりの岩の上に、いきなり草や木が生えることはできると思いますか。最初に生えるのはどんな生物だと思いますか。Do you think grasses or trees can grow straight away on rock where lava has just cooled? What kind of organisms do you think settle first?💡 草や木が根を張り、水や養分を得るためには何が必要か考えよう。Think about what grasses and trees need in order to spread their roots and get water and nutrients.
2. 平らな岩場と急な斜面の岩場では、遷移の進み方に違いがあると思いますか。Do you think succession proceeds differently on flat rock and on a steep rocky slope?💡 雨が降ったとき、斜面の上にある細かい土がどうなるかを想像しよう。Imagine what happens to fine soil on a slope when it rains.

2動かしてみようTry it

1. 「一時停止」を押し、「岩場の傾斜」5°のまま「経過年数」スライダーを0年から少しずつ右へ動かして、断面図の土壌（腐植層・鉱質土層）が厚くなる様子と、植物が地衣類→蘚類→草本→低木→陽樹→陰樹と入れかわる様子を見る。Press "Pause", keep "Rock slope" at 5°, and move the "Years passed" slider slowly from 0, watching the soil (humus layer and mineral soil layer) in the cross-section thicken and the plants change from lichens → mosses → herbs → shrubs → sun trees → shade trees.
2. 15年・60年・100年・150年・200年・300年で止め、上の表示の「段階」「土壌厚」と、次の植物の定着に必要な土壌の厚さ（あと何cm）を読み取る。Stop at 15, 60, 100, 150, 200 and 300 years, and read the "Stage", the "Soil thickness", and the soil thickness still needed for the next plants to settle (how many cm more) at the top.
3. 右の「土壌厚の推移」グラフで、土壌厚の曲線が各植物のしきい値の線（蘚類1cm・草本5cm・低木20cm・陽樹50cm・陰樹70cm）を横切る時期と、下の段階の色帯を比べる。In the soil-thickness graph on the right, compare when the soil curve crosses each plant's threshold line (mosses 1 cm, herbs 5 cm, shrubs 20 cm, sun trees 50 cm, shade trees 70 cm) with the colored stage band at the bottom.
4. 経過年数を300年にしたまま、「岩場の傾斜」を20°、30°、40°に変え、到達する段階と土壌厚、「生成」と「流出」の値（mm/年）を比べる。With Years passed at 300, change "Rock slope" to 20°, 30° and 40°, and compare the stage reached, the soil thickness, and the "Formed" and "Eroded" values (mm/yr).
5. スライダーを右から左へ戻して、段階がもとの順に巻き戻ることを確かめる。Move the slider back from right to left and check that the stages rewind in the reverse order.

3確かめようCheck

1. 傾斜5°で、蘚類・草本・低木・陽樹林・陰樹林の段階は約何年ごろに見られましたか。At a 5° slope, at about what years did you see the mosses, herbs, shrubs, sun-tree forest and shade-tree forest stages?→ 60年で蘚類（土壌約3.5cm）、100年で草本（約12cm）、150年で低木（約33cm）、200年で陽樹林（約57cm）、300年で陰樹林（極相、約92cm）。土壌が1cm・5cm・20cm・50cm・70cmのしきい値をこえると次の植物が定着した。Mosses at 60 years (soil about 3.5 cm), herbs at 100 years (about 12 cm), shrubs at 150 years (about 33 cm), sun-tree forest at 200 years (about 57 cm), and shade-tree forest (climax) at 300 years (about 92 cm). The next plants settled after the soil passed the thresholds of 1, 5, 20, 50 and 70 cm.
2. 最初の15年ほどで定着した生物は何で、そのとき土壌はどのくらいありましたか。Which organisms settled in roughly the first 15 years, and how much soil was there then?→ 地衣類（数mmの高さ）が岩の表面に定着した。土壌は15年で約0.35cmしかなく、蘚類の定着に必要な1cmにはまだ足りなかった。Lichens (a few mm tall) settled on the rock surface. After 15 years there was only about 0.35 cm of soil, not yet the 1 cm needed for mosses to settle.
3. 経過年数300年で、傾斜を5°・20°・30°・40°にすると、到達した段階と土壌厚はどうなりましたか。At 300 years, what stage and soil thickness were reached with slopes of 5°, 20°, 30° and 40°?→ 5°では陰樹林（約92cm）、20°では陽樹林（約55cm）、30°では低木（約35cm）、40°では地衣類のまま（約0.65cm）。傾斜が急なほど流出が増えて土壌がたまりにくく、遷移が遅れた。At 5°, shade-tree forest (about 92 cm); at 20°, sun-tree forest (about 55 cm); at 30°, shrubs (about 35 cm); at 40°, still lichens (about 0.65 cm). The steeper the slope, the more erosion and the slower the soil builds up, so succession was delayed.
4. 傾斜40°のとき、「生成」と「流出」の値はどうなっていましたか。At a 40° slope, what were the "Formed" and "Eroded" values?→ 生成も流出も約0.20 mm/年でほぼ等しく、土壌が増えにくい（土壌の増加＝生成−流出）。そのため100年たっても土壌はほぼ0cmのままだった。Both were about 0.20 mm/yr, almost equal, so the soil barely increased (soil gain = formation − erosion). Even after 100 years the soil stayed almost 0 cm.

4考えようThink further

1. 地衣類や蘚類は、後から来る草本や樹木にとってどんな役割を果たしているでしょうか。What role do lichens and mosses play for the herbs and trees that come later?→ 地衣類や蘚類は岩の風化を進め、枯れた体が有機物（腐植）となって土壌をつくる。土壌ができると水や養分を保てるようになり、根を張る草本や樹木が定着できる。植物が増えるほど土壌生成も速くなった。Lichens and mosses speed up rock weathering, and their dead bodies become organic matter (humus) that builds soil. Once soil forms, it can hold water and nutrients, so rooted herbs and trees can settle. The more plants there are, the faster soil forms.
2. 山火事のあとの二次遷移が、溶岩の上の一次遷移より速く進むのはなぜでしょうか。このシミュレーションの考え方で説明しよう。Why does secondary succession after a forest fire proceed faster than primary succession on lava? Explain using the idea of this simulation.→ このモデルでは土壌の厚さが遷移を律速している。二次遷移では最初から土壌（や種子・根）が残っているので、土壌がたまるのを待つ長い時間が不要で、草本や樹木がすぐに定着できる。In this model, soil thickness limits the pace of succession. In secondary succession, soil (along with seeds and roots) is already there, so there is no long wait for soil to build up, and herbs and trees can settle right away.

よくある誤解Common misconceptions

• 「遷移は時間がたてば決まった速さで進む」という誤解。次の植物が定着できるかは土壌の厚さで決まるので、土壌が流出しやすい急斜面では同じ年数でも遷移が遅れる。"Succession proceeds at a fixed speed as time passes." Whether the next plants can settle depends on soil thickness, so on steep slopes where soil erodes easily, succession is slower over the same number of years.
• 「次の段階の植物が来ると、前の植物はすぐに消える」という誤解。前の段階の植物は次の植物としばらく共存し、日陰などで徐々に衰退していく。"When plants of the next stage arrive, the earlier plants disappear at once." Earlier plants coexist with the newcomers for a while and decline gradually, for example as they are shaded.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)