河川における外来種管理のための オオキンケイギク

土木技術資料 55-11(2013)
報文
河川における外来種管理のための
オオキンケイギクの開花推移に関する新たな把握方法
小栗ひとみ・畠瀬頼子・松江正彦・栗原正夫
定量的に捉えたデータは見あたらない。
1.はじめに 1
植物の開花結実の時期は気候に影響を受けてお
河 川 の 堤 防 の り 面 や 高 水 敷 で は 、 5月 か ら 7月
1)
り、南北に長い日本では開花結実の時期は大きく
オオキンケイギク
異なる。そのため刈り取りに効果的な時期も、地
( Coreopsis lanceolate )が一面に黄色い花を咲か
域によって異なるものと予想される。気候と開花
にかけて、特定外来生物
せ る 光 景 が 広 が る ( 図 -1)。 オ オ キ ン ケ イ ギ ク は 、
結実の時期の関係を把握できれば、刈り取りに最
平成3年より 5年に 1回の 頻度で実施されている河
適な時期を広域で推測することができる。
川水辺の国勢調査において、確認河川及び確認地
そこで、筆者らは、推定に必要なデータの取得
区の割合が経年的に増加し、分布が拡大している
を 目 的 と し て 、 平 成 22年 度 よ り イ ン タ ー バ ル カ
こ と が 報 告 さ れ て い る ( 図 -2)。 河 川 に お い て は 、
メラを用いたオオキンケイギクの開花結実調査を
平成 18年 2月の国土交通大臣を主務 大臣等とす る
実施している。本稿では、インターバルカメラに
防除の公示を踏まえ、オオキンケイギク等陸生植
より連続撮影した画像からオオキンケイギクの開
物 5種 に つい て、 除草 等の 河 川管 理行 為を 「外 来
花量の推移を定量的に把握する手法について、頭
生 物 法 」 第 11条 に 基 づ く 防 除 と 位 置 付 け た 取 り
花数の現地計測との比較によりその有効性を検証
組みが行われている。
した結果を交えて紹介する。
河川の維持管理における除草は、堤防の強度保
持や状態把握のために、出水期前と台風期の点検
に支障が生じないよう、概ね5~7月頃と8~10月
2.インターバルカメラによる連続撮影
2.1 撮影方法
頃 の年 2回 、機械 によ る刈 り取 りが 行わ れて いる。
刈り取りによる管理では、オオキンケイギクの株
調査対象地は、気候条件の異なる岩木川(青森
県 弘 前 市 駒 越地 先 )、 鬼怒 川 ( 栃 木 県さ く ら 市氏
そのものを除去する効果は低いものの、結実前に
刈り取りを行えば、種子の拡散を防止することが
できる 2 )。しかし、堤防延長は極めて長大である
ため、延長に沿って順次刈り取りを進めていく場
合、区間によっては管理適期を逸してしまう可能
性 が あ る 。 オ オ キ ン ケ イ ギ ク は 、 5mm程 度 の 種
a)堤防のり面
子を1頭花あたり100個程度結実する 3) 。運搬時の
図-1
b)高水敷
河川区域に広がるオオキンケイギクの群生
逸出防止に努めるとされているものの、管理時期
が結実後となった場合には、除草作業時や運搬時
(%)
に種子のこぼれ落ちが生じ、拡散を助長してしま
う危険性もある。より効果的、効率的な防除を行
うためには、当該地域におけるオオキンケイギク
の開花結実の時期を正確に把握し、それを踏まえ
て、オオキンケイギクの生育箇所の除草が適期に
合わせられるような作業工程の設定が重要である。
しかし、これまでに、開花から結実までの推移を
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
71.1
48.7
24.4
11.7
5.6
1巡目調査
────────────────────────
New Grasping Method of the Flowering Transition of
Coreopsis lanceolata for Invasive Alien Species
Management in River
2巡目調査
確認河川数(%)
図-2
- 25 -
79.5
19.0
3巡目調査
27.3
4巡目調査
確認地区数(%)
河川水辺の国勢調査における
オオキンケイギクの分布の推移
土木技術資料 55-11(2013)
家 地 先 )、 木 曽川 ( 岐 阜県 各 務 原 市 川島 笠 田 町地
画素数
先 ) 、重 信川 (愛 媛県 東温 市 南野 田地 先) の 4河
焦点距離
マクロモード:約50㎝
通常モード:約1.0m~
水平画角
49°
川の高水敷とした。各河川のオオキンケイギク生
育 地 に、 イン ター バル カメ ラ 2台 を設 置し た。 イ
動画フォーマット
ンターバルカメラは、環境省のモニタリングサイ
ト 1000
4)
撮影間隔
等 で 実績が あり 、価格が 安く、ま た取
扱 も 容 易 な Brinno社 製 Garden Watch Camを 使
1.3メガピクセル
AVI(JPEG切出し可能)
プリセット:1分、5分、30分、
1時間、4時間、24時間
カスタム:5秒~11時間59分
a)カメラ本体
用 し た ( 図 -3)。 設 置 に あ た っ て は 、 調 査 区 も し
記録画素数
くは調査区近傍の範囲で、できるだけ多くのオオ
記憶媒体
キンケイギクの個体が、個々の花が識別できる範
電源
囲 で 写り 込む よう 位置 を調 整 し 、 撮影 間隔 2時 間
電源持続時間
で頭花の連続撮影を行った。撮影期間は、オオキ
約1m
ンケイギクの開花の始まりを捉えられるよう河川
大きさ
ご と に開 始時 期を 調整 し( 岩 木川 : 6月上 旬、 鬼
質量
怒川:5月中旬、木曽川 :5月上旬、重信川: 4月
その他
下 旬 )、 い ず れ も 8月 31日 ま で を 基 本 と し て 設 定
USBフラッシュドライブ
(8GBまで対応)
単三乾電池×4本
4~6ヶ月
(撮影頻度により異なる)
(幅)9.3×(高さ)19.2×
(奥行き)5.3cm
約260g(本体のみ)
飛沫防水
c)諸元
b)設置状況
図-3
した。
1,280×1,024画素
インターバルカメラ
図-4に撮影された画像の一例を示す。これらの
よ る 明 る さ の バ ラ ツ キ を 補 正 す る た め 、 Adobe
画像からは 、開花が開始から 1週間~ 10日程度 で
Photoshopに よ り 輝 度 の 平 均 値 を 256階 調 の 中 央
ピークを迎える様子や、結実が進んでいく様子を
値付近に調整することによって標準化を行い、解
観察することができる(図-4)。
析用画像を作成した。
続いて、各画像について、Adobe Photoshopの
2.2 撮影画像の解析方法
画像の解析は、Adobe Photoshopを用いて開花
自動選択ツールを用いて開花色エリアを画面上で
色 を 抽 出 す る 方 法 で 行 っ た ( 図 -5)。 ま ず 、 AVI
選択し、選択された範囲を黒色、それ以外の範囲
形式で記録された連続画像の中から、各日で最も
を白色に二値化して、各画像の全ピクセル数に占
撮影 状態の良い画 像を選び、 JPEG形 式に変換 し
める開花色エリアのピクセル数の割合(開花色面
た。次に、オオキンケイギク以外の地物などの影
積率)を算出した。それらの解析結果は、図-6の
響を排除するため、解析対象範囲の切り出しを
ように時系列に整理することで、開花量の推移を
行った。なお、切り出し面積は、インターバルカ
定量的に把握することができる。木曽川の例では、
メラごとに一定とした。さらに、天候の違い等に
平成22年における開花色面積率は、5月22日頃か
5月20日
5月24日
5月 28日
6月 1日
6月 5日
6月9日
6月 13日
6月 17日
6月 21日
6月 25日
図-4 インターバルカメラで撮影された画像
木曽川で平成22年5月20日~平成22年6月25日に撮影された画像を 4日間隔で並べた例。
- 26 -
土木技術資料 55-11(2013)
ら 急 激 に 増 加 し て 6月 3日 に 最 大 に 達 し 、 そ の 後 、
急 激 に 低 下 し て 6月 中 旬 に は 0に 近 い 値 で 横 ば い
画像の調整
となった。
画像解析
オオキンケイギク画像
(生データ)
開花色の色域指定
オオキンケイギクが一様に
開花している範囲の切り出し
3.頭花数の現地計測との比較
開花エリアと
非開花エリアを二値化
切り出し画像
インターバルカメラの設置位置近傍に、
輝度調整
1m×1m調査区を5区(生育数が少なかった岩木川
解析用画像
は 2区 ) 設 置 し 、「 未 開 花 」、「 開 花 」、「 開 花 終 了
画像に占める
開花色面積率の算出
( 初 期 )」(花 弁 がし お れ、 花 弁 の色 が 濃い 黄 色に
変 色し たも の)、「 花弁 なし 」の 4分 類によ り、 頭
図-5
花 数 の 計 測 を 行 っ た 。 調 査 は 、 6月 ~ 8月 に か け
0.50
て 、 1週 間 に 1回 の 割 合 で 実 施 し た 。 平 成 22年 の
のように推移しており、開花色面積率の推移傾向
と良く対応する結果となっている。この傾向は、
岩木川、鬼怒川でも同様であった。なお、重信川
0.45
0.40
開花色面積率
データを見ると、木曽川 では、開花頭花数は図-7
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
は、調査開始時に開花がほぼ終了していたため、
7
17
27
7
17
27
6
日
日
日
日
日
日
日
日
16
日
28
8…
月
18
月
8…
月
7…
月
7…
月
7…
月
6…
月
6…
月
6…
月
のカメラで撮影した場合にも、開花色面積率が高
5…
日
また、カウントデータを扱うことのできるポア
と開花色面積率の関係を解析したところ、いずれ
5…
月
0.00
今回の分析からは除外した。
ソン回帰分析を用いて、カメラごとの開花頭花数
画像解析の手順
図-6 開花色面積率の推移(木曽川・平成 22年)
木曽川における平成 22年5月18日~平成22年8月19日の
撮影画像を解析した結果
いほど頭花数も有意に多いことが明らかとなった
90
80
これらの結果により、オオキンケイギクの開花
量を定量的に把握する手法として、インターバル
カメラによって連続撮影された画像から、開花色
面積率を算出する方法が有効であることが確認さ
平均開花頭花数
(表-1,図-8)。
70
60
50
40
30
20
10
8…
18
28
7
17
27
7
17
27
6
16
日
日
日
日
日
日
日
日
日
本手法の適用にあたっては、インターバルカメ
月
8…
月
7…
月
7…
月
7
…
月
6…
月
6
…
月
6…
月
5…
日
4.インターバルカメラ設置上の留意点
5
…
月
0
月
れた。
平均開花頭花数の推移(木曽川・平成 22年)
図-7
ラ設置の際に、以下の点に留意することにより、
60
効果的な画像解析を行うことができるので、参考
50
カメラごとのポアソン回帰分析の結果
カメラ
岩木川No.1
岩木川No.2
鬼怒川No.1
鬼怒川No.2
木曽川No.1
木曽川No.2
標準回帰係数
0.508
0.308
0.719
0.791
1.090
1.134
S.E.
0.061
0.072
0.029
0.033
0.040
0.045
z値
8.29
4.29
25.11
24.17
27.05
25.02
平均開花頭花数
表-1
p値
<0.001
<0.001
<0.001
<0.001
<0.001
<0.001
[凡例]
40
岩木川No.1カメラ
岩木川No.2カメラ
30
鬼怒川No.1カメラ
鬼怒川No.2カメラ
20
木曽川No.1カメラ
木曽川No.2カメラ
10
平 成 22年 の デ ー タ を 用 い た 。 開 花 頭 花 数 に 対 す る 開 花 色
面積率の標準回帰係数を示している。 S.E.は回帰係数の標
準 偏差 。 z値は 回帰 係数 を標準 偏差 で割 った 値で 、この値
を 使って回 帰係数の 有意性 検定 であるWald testを 行って
い る 。 そ の 結 果 、 い ず れ も有 意 水 準 1%で 、 有 意 な 差 が認
められた( p<0.001)。
- 27 -
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
開花色面積率平均
図-8 平均開花頭花数と画像解析値との関係
平成22年のデータを用いた。
土木技術資料 55-11(2013)
とされたい。
目標を設定しており、外来種対策の具体的な施策
①インターバルカメラの設置位置とオオキンケイ
のひとつとして、河川における外来種の急速な分
ギクの個体との距離が接近していると、特定の
布拡大を踏まえた外来種対策の推進が挙げられて
花が大写しになって開花面積を過大に評価する
いる。オオキンケイギクのみならず、外来種の管
ことになるため、個々の花が識別できる範囲で、
理を効果的・効率的に進めるためには、地域に
できるだけ多くの個体が写り込むよう位置を調
よって異なる開花結実特性を把握することが必要
整する。
であり、その際に本手法が役立つものと期待する。
②オオキンケイギクの開花色の誤推定の原因にな
る黄色系統の色(標識ロープなど)が写り込ま
謝
ないようにする。
辞
調査にあたっては、東北地方整備局青森河川国
③画像の切り出しにかかる労力を軽減させるため
道事務所、関東地方整備局下館河川事務所、中部
に、できるだけ人工構造物等の地物や背景の空
地方整備局木曽川上流河川事務所及び四国地方整
などが入らないように画角を調整する。
備局松山河川国道事務所に大変お世話になった。
④強い光が当たると、花に当たった光の色調と、
ここに感謝の意を記します。
葉や果実など花以外の植物体に当たって反射し
た光の色調の差異が少なくなり、開花色の誤推
定の原因になるため、設置方向は昼間の反射の
強い南向きを避ける。
⑤ USBメ モ リ か ら の デ ー タ の 回 収 等 の 作 業 時 に 、
インターバルカメラの画角にずれが生じないよ
うにする。
5.おわりに
本稿では、簡易に使用できるインターバルカメ
ラと一般的な画像編集ソフトを使って、オオキン
ケイギクの開花量の推移を定量的に把握する手法
を 紹 介し た。 4河 川に おけ る イン ター バル カメ ラ
で の 連 続 撮 影 は 、 平 成 25年 度 ま で 継 続 し て 実 施
しており、データの蓄積を図っている。今後、そ
れらのデータをもとに開花結実時期と気象条件と
の関係を解析し、管理に最適な時期の推定を行う
ことで、効率的な河川管理に寄与していきたい。
「生物多様性国家戦略2012-2020」(平成24年9
月)では、愛知目標の達成に向けたわが国の国別
小栗ひとみ
国土交通省国土技術政策
総合研究所道路研究部緑
化生態研究室 主任研究
官
Hitomi OGURI
参考文献
1) 特 定 外 来 生 物は 、 生 態 系、人 の 生 命 ・ 身体 、 農 林
水 産 業 へ 被 害を 及 ぼ す 、又は 及 ぼ す お それ が あ る
と し て 、「 特 定 外 来 生 物 に よ る 生 態 系 等 に 係 る 被
害 の 防 止 に 関 す る 法 律 」( 略 称 : 外 来 生 物 法 ) に
基 づ い て 指定 さ れて お り 、そ の 飼 養 、栽 培 、保 管、
運 搬 、 輸 入 は原 則 禁 止 、野外 へ 放 つ ・ 植え る 、 ま
く こ と は 禁 止と さ れ 、 必要な 場 合 に は 防除 を 行 う
とされている。
2) 畠 瀬 頼 子 、 小 栗 ひ と み 、 松 江 正 彦 : 刈 り 取 り 管 理
の時期および回数が特定外来生物オオキンケイギ
クに及ぼす影響と防除効果、ランドスケープ研究
73(5)、pp.421~426、2010
3) 畠 瀬 頼 子 、 小栗 ひ と み 、松江 正 彦 : 木 曽川 の 礫 河
原に侵入した特定外来種オオキンケイギクの生
育・開花特性と種子生産、ランドスケープ研究
70(5)、pp.467~470、2007
4) 正 式 名 称 は 、「 重 要 生 態 系 監 視 地 域 モ ニ タ リ ン グ
推進事業」という。全国の様々なタイプの生態系
に 1000ヶ 所程度 の調 査サイト を設 け、長 期継 続し
てモニタリングを行っている。
この他に、本調査の関連論文として、
5) 小 栗 ひ と み 、 畠 瀬 頼 子 、 松江 正 彦 、 栗 原 正 夫 : イ
ン タ ー バ ル カ メ ラ を 用 い たオ オ キ ン ケ イ ギ ク の 開
花 量 の 推 定 方 法 、 ラ ン ド ス ケ ー プ 研 究 76(5) 、
pp.493~496、2013
畠瀬頼子
松江正彦
国土交通省国土技術政策
総合研究所道路研究部緑
化生態研究室 招聘研究
員、学術博士
Dr. Yoriko HATASE
- 28 -
神奈川県県土整備局
都市部参事(前 国土
交通省国土技術政策総
合研究所環境研究部緑
化生態研究室長)
Masahiko MATSUE
栗原正夫
国土交通省国土技術政策
総合研究所道路研究部緑
化生態研究室長
Masao KURIHARA