蒸散とは？定義・仕組み・要因・植物と水循環への影響

蒸散とは何かを分かりやすく解説：定義・仕組み・要因から植物と水循環への影響、測定法や実例まで詳しく紹介。

蒸散とは、植物、特に葉から水分が蒸発することです。これは植物体内の水が気相へ移る現象であり、蒸発と呼ばれる物理過程の一種として理解されます。蒸散は大気と地表面を結ぶ重要なプロセスで、転流の一部であり、水循環の重要な構成要素です。植物が失う水の量は、その大きさ、光の強さ、温度、湿度、風速、土壌の水分供給量に依存します。

蒸散の仕組み

蒸散は主に葉の気孔（stomata）を通して起こります。葉の表面近くでは、葉内の細胞から水分が気孔を通って蒸発し、葉の外側にある空気中へと拡散します。この過程を駆動するのは葉内と外気の間に生じる蒸気圧差（蒸気圧勾配）で、葉内が湿っているほど外気より高い水蒸気圧を持ちます。さらに、葉内部の水は導管（木部）を通って根から引き上げられます。これは張力・凝着説（cohesion–tension theory）により説明され、葉での水蒸気の喪失が水柱に負圧（引き）を生じさせ、根から水を吸い上げる原動力になります。

蒸散に影響する主な要因

• 光（光強度）: 光があると気孔が開き、光合成のために二酸化炭素を取り込む際に水蒸気の損失も増えます。
• 気温: 温度が高いほど飽和水蒸気圧が上がり、蒸散は増加します。
• 相対湿度: 外気の湿度が低いほど葉と外気の間の蒸気圧差が大きくなり、蒸散が促進されます（蒸気圧差はVPD＝Vapor Pressure Deficitとも呼ばれます）。
• 風速: 葉の周りの境界層を薄くすることで水蒸気の移動が速まり、蒸散量が増加します。
• 土壌水分: 根からの水供給が制限されると、蒸散は低下します。乾燥すると気孔を閉じて水損失を抑えます。
• 葉面積や形状: 葉面積指数（LAI）が大きいほど植物群落全体の蒸散量は増えます。葉の厚さや表面のワックス（クチクラ）も影響します。
• 植物の生理的特性: 気孔開閉の仕組みやCAM・C4などの光合成タイプによって蒸散のパターンが変わります。

植物と水循環への影響

蒸散は生態系と気候に対して多方面に影響します。植物は蒸散によって葉温を下げ、過熱を防ぐとともに、水とともに溶けた養分を根から葉へ輸送します。大規模には森林や農地の蒸散が地域の蒸発散量（evapotranspiration）を決め、降水パターンや大気の湿潤度、さらには気温に影響を及ぼします。たとえば森林を伐採すると蒸散量が減少し、局所的な湿度と降水が変化することがあります。

適応と管理

植物は乾燥や高温に対していくつかの適応を持ちます。例として、気孔を日中閉じて夜間に開くCAM植物、葉に厚いクチクラや毛を持つ種、根深く張る種などがあります。農業では蒸散を考慮して灌漑管理や品種選択を行い、限られた水資源を有効利用します。都市計画でも緑地が持つ蒸散による冷却効果を利用してヒートアイランド対策を行うことがあります。

蒸散の測定と評価

蒸散量はさまざまな方法で測定されます。代表的なものにポトメーター（葉や小枝単位の蒸散測定）、ライシメーター（地表面や植生群落の水収支をとる装置）、樹木の樹液流量を測るサップフローメーター、リモートセンシングを用いた広域評価などがあります。これらのデータは水資源管理、作物生産性評価、気候モデルの検証に利用されます。

歴史的背景

蒸散作用は、イギリスの聖職者スティーブン・ヘイルズ（1677年9月17日〜1761年1月4日）によって初めて解明された。彼は、現在も信じられているように、葉からの水分子の蒸発が、根から水柱を引き上げる主な力であることを証明した。以来、蒸散と水輸送に関する知見は進み、気孔の生理学、木部水輸送の物理学、植生が気候に与える影響など、多くの研究が発展してきました。

まとめ: 蒸散は植物と大気をつなぐ基本的なプロセスであり、個々の植物の水管理から全球の水循環や気候変動まで幅広い影響を持ちます。蒸散を理解することは、農業や森林管理、水資源計画、気候予測において重要です。

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