福島県の森林から採取したOホライズン試料の化学的逐次抽出。有機物の分解性と放射性セシウム保持能の評価

Chemical sequential extraction of O horizon samples from Fukushima forests: Assessment for degradability and radiocesium retention capacity of organic matters.

• Takuya Manaka
• Kenji Ono
• Hitomi Furusawa
• Sumika Ogo
• Satoru Miura

抄録

放射性セシウム（Cs）が有機物との相互作用を介してO地平線中にどのように保持されるかを調べるために、福島第一原子力発電所事故後8年間に福島県のスギ及びコナラの森林からO地平線試料を採取しました。有機物の分解性とセシウム保持能を評価するために、有機溶媒と硫酸を用いた化学的逐次抽出を行い、有機溶媒抽出物（分画1）、酸可溶性炭水化物（分画3）、酸不溶性残渣（分画4）を採取した。全てのサンプルにおいて、サンプリング年とサイトをまたいで、全Cs含有量に占める割合として、第1画分、第3画分、第4画分のCs含有量は、それぞれ0.0-23.6%、18.4-42.9%、44.8-76.0%であった。一般に、Csは有機物と静電的に結合しており、比較的移動性が高いため、硫酸処理により容易に抽出できると考えられています。しかし、フラクション4には比較的高い割合でCsが含まれていることから、Csの保持が強く、O地平線に不動であることが示唆されました。リグニンやタンニンのような複雑な有機物がこの保持に寄与している可能性があります。また、O 地平線中の粘土鉱物によってもセシウムの一部が保持されている可能性があることも指摘された。分画１と３の有機物は分画４よりも分解が速いと考えられますが、観測期間中のセシウムの割合と正味のセシウム含有量の減少率（全分画と各分画）はほぼ一定でした。この結果は、有機物の分解とその結果としての結合したセシウムの放出が、キャノピーからの追加的なセシウムの投入と土壌微生物によるセシウムの再利用によって部分的に補われている可能性を示唆している。本研究は、森林生態系におけるセシウムの一時的な貯留源として、またセシウム循環のドライバーとして、有機物の潜在的な役割を浮き彫りにした。

To investigate how radiocesium (Cs) is retained in the O horizon via interactions with organic matter, we collected O horizon samples in Japanese cedar (Cryptomeria japonica) and konara oak (Quercus serrata) forest sites in Fukushima during the 8 years following the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident. To assess degradability and Cs retention capacity of organic matter, we conducted chemical sequential extraction with organic solvent and sulfuric acid, collecting the following fractions: organic solvent extractives (Fraction 1), acid-soluble carbohydrates (Fraction 3), and acid-insoluble residue (Fraction 4). In all samples, across sampling years and sites, Cs content in Fractions 1, 3, and 4, as a proportion of the total Cs content, was 0.0-23.6%, 18.4-42.9%, and 44.8-76.0%, respectively. Generally, Cs is considered to be electrostatically bound to organic matter and relatively mobile, making it easily extractable by sulfuric acid treatment. However, we observed a relatively high proportion of Cs in Fraction 4, suggesting strong retention of Cs and their immobility in the O horizon. Complex organic matter such as lignin or tannin may contribute this retention. We also noted that some part of Cs may be also retained by clay minerals in the O horizon. Although organic matter in Fractions 1 and 3 is considered to decompose faster than that in Fraction 4, over the observation period the Cs proportion and net rate of decrease in Cs content (in total and in each fraction) remained nearly constant. This result implies that decomposition of organic matter and the consequent release of bound Cs may be partly compensated by additional input of Cs from the canopy and Cs recycling by soil microorganisms. Our study highlights the potential role of organic matter in the O horizon as a temporary reservoir of Cs and a driver of the Cs cycle in forest ecosystems.

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