森に積もった落ち葉は、土壌動物や微生物などの働きによって細かくなったり、成分が変化したりします。しかし、量が減った分のすべてが、その場の土として残るとは限りません。分解の過程で二酸化炭素となって空気へ戻る部分や、水に溶けて移る部分もあります。
今回は、落ち葉を網袋に入れて地面に置き、時間がたった後に残る重さを調べる実験を考えます。減った重さを計算するだけでなく、網の外に何が出入りできるかまで考えることがポイントです。実験用の袋を、何も通さない密閉容器として扱わないようにしましょう。
形が崩れることと、成分が変わること
動物が落ち葉を食べたり、細かく砕いたりすると、形や大きさが変わります。また、菌類や細菌などの働きで有機物の分解が進みます。実際の林床では、これらが関わり合っています。「一種類の虫が落ち葉をすべて土にする」という一本だけの説明では、過程を十分に表せません。
細かな破片になっても、成分がすべて無機物へ変わったとは限りません。逆に、形を多少残したまま成分が変化する場合もあります。写真で葉の輪郭が残っているかを見ることと、重さや成分を測ることは、得られる情報が違います。
重さは、水分の条件をそろえる
雨の日の湿った落ち葉と、乾燥した落ち葉をそのまま比べれば、水の重さが違います。分解前後の葉の残り方を調べるなら、一定の方法で乾かした重さなど、比較できる条件にそろえます。泥が付いている場合は、その分も葉の重さに混ざってしまいます。
袋自体の重さを引くことも必要です。袋込みで12gだったものが10gになっても、中身がどれだけ減ったかは、袋の重さや付着物の条件を確認してから判断します。量った物を一つの絵に描き、葉、袋、水、土のどこまでが含まれるかに印を付けると整理できます。
例題1：残る割合と、減る割合
同じ種類の乾いた落ち葉を10gずつ二つの袋へ入れました。一定期間後、同じ方法で乾燥させて葉だけを量ると、Aには6g、Bには8g残っていました。A・Bの残る割合と減る割合を、それぞれ百分率で求めてください。
答え・解説： Aの残る割合は6÷10×100＝60％、減る割合は40％です。Bは80％残り、20％減っています。「AはBの2倍」という言い方をするなら、今回2倍なのは減った重さ4gと2g、または減少率40％と20％の比較です。残った重さが2倍という意味ではありません。
また、この結果だけで、Aから減った4gがすべて二酸化炭素になったとは言えません。袋から細片がこぼれたり、溶けた成分が水とともに移ったりした可能性もあります。測定から確かめたのは、指定した方法で回収・乾燥した葉の重さの差です。
網目の大きさを変えたとき、何が変わる？
網目の細かい袋と粗い袋を比べると、入り込める動物の大きさなどが変わります。この違いを利用して、落ち葉の分解への生物の関わりを調べる方法があります。ただし、粗い袋では葉の破片が外へ出やすいなど、測定に影響する別の違いも考える必要があります。
袋を置く場所が片方は湿った日陰、もう片方は乾いた日なたなら、網目以外の条件まで変わってしまいます。同じ葉を使い、周囲の条件をなるべくそろえ、複数の袋で確かめる工夫が重要です。結果を一つ得ることと、原因を絞れることは同じではありません。
例題2：網目だけの効果を比べられる？
粗い網袋Pには柔らかい葉を入れて湿った場所へ、細かい網袋Qには硬い葉を入れて乾いた場所へ置きました。Pの葉が大きく減ったので「大きな動物が入れたためだ」と結論しました。この結論の問題点を挙げ、比較を改善してください。
答え・解説： 網目だけでなく、葉の種類と置いた場所の湿り方も違っています。そのため、結果の差を動物の入りやすさだけに結び付けられません。同じ種類・同じ初期量の葉を使い、近い環境条件で網目を比べる方法に改めます。
改善後も、破片の流出や袋内の環境差などを検討する余地は残ります。実験で条件をそろえるのは、何も考えず一つの答えを出すためではありません。原因の候補を減らし、どこまで確かな説明ができるかを明らかにするためです。
森の循環と、袋の測定をつなぐ
分解された落ち葉の一部は土壌の有機物などとして残り、一部は気体や溶けた成分となって移動します。物質が形を変えたり場所を変えたりするので、袋の中だけの重さが減っても、物質全体が消えたとは説明しません。どこまでを囲んで量ったかを意識することが、循環の理解につながります。
菌類の子実体と菌糸を知ると、目立つキノコだけが菌類の全体ではないと分かります。種子の呼吸と発熱も合わせ、見えないところで成分が変化する過程を考えてみましょう。落ち葉の実験では、まず「何が、どの条件で減ったか」を短く正確に書くことが大切です。