Stream discharge of metals and rare earth elements in rainfall events in a forested catchment

森林集水域における金属元素並びに希土類元素の降雨時河川流出機構

松永 武; 都築 克紀  ; 柳瀬 信之; 半澤 有希子  ; 長縄 弘親  ; 井上 隆信*; 山田 俊郎*; 宮田 章史*

Matsunaga, Takeshi; Tsuzuki, Katsunori; Yanase, Nobuyuki; Hanzawa, Yukiko; Naganawa, Hirochika; Inoue, Takanobu*; Yamada, Toshiro*; Miyata, Akifumi*

森林集水域の小河川において、土壌から河川への元素流出を研究した。2003年から2005年にかけて福島県の小田川並びに岐阜県の伊自良川において降雨時観測を行った。この結果、試験集水域において降雨により溶存形態の河川流出が常に促進される元素としてCu, Sb, Al, Tiそして希土類元素を特定した。他の元素の溶存濃度は、河川流量増加に対応して減少するか(Na, Mg等)、あるいは複雑な増減(Pb, Cs等)を示した。これら2つの元素の降雨時河川流出は、(1)流量と同期した、可動性の高い成分による早い流出と、(2)必ずしも流量と同期しない、より緩やかな増加と減少を示す流出の2つの流出形式から構成されることがわかった。Si・溶存有機物・水素同位体比を指標とした河川水の供給経路解析の結果、後者の流出形式は土壌の表層からの有機物に随伴した流出であることが示唆された。また、大気降下物についての文献検討から、そのCuとSbは相当程度、人為利用に由来することが推定された。以上の知見は、大気から森林集水域に沈着する人為由来金属元素の流出モデルの構築に有用と考えられる。

The aim of this work is to obtain a fundamental scheme of stream discharge of inorganic toxic materials derived from Characteristics of the stream discharge of metallic elements were investigated in two forested catchments in the Oda River and the Ijira River watersheds. Precipitations, stream water and soil water samples were collected in raining events and were analyzed for inorganic elements, dissolved organic carbon and isotopic abundance of deuterium. Results revealed an accelerated discharge of specific metals of Cu, Sb and Cr and all the studied REE in dissolved form. This feature was commonly found in the two catchments. The specific metals are strongly suspected to be of anthropogenic origin. An analysis of hydrological discharge, using chemical and isotopic tracers, suggested that the increased discharge of the metals originate from their deposits on the ground surface and/or instantaneous resuspension of stream sediment. Contrary, REE discharge was tightly coupled with that of dissolved humic substances.