Modeling dynamics of Cs in forest surface environments; Application to a contaminated forest site near Fukushima and assessment of potential impacts of soil organic matter interactions

森林表層環境中Cs動態のモデル化; 福島近傍の汚染された森林サイトへの適用及び土壌有機物との相互作用の潜在影響評価

太田 雅和  ; 永井 晴康  ; 小嵐 淳   

Ota, Masakazu; Nagai, Haruyasu; Koarashi, Jun

東京電力福島第一原子力発電所事故由来Csの移行評価のために、森林内Cs動態予測モデルを開発し、実サイトに適用した。地表有機物層に沈着したCsの溶脱及び土壌中のCsの吸着・輸送をモデル化し、既存の陸面水循環モデルに導入した。モデル計算は、有機物層から土壌層への事故後3年に渡るCs移行を良好に再現した。長期予測の結果から、沈着したCsはその90%以上が30年間に渡り表層5cmの土壌に保持されうることが示され、森林では地下水経由のCsの流出は小さいことが明らかとなった。また、Cs動態に及ぼす土壌有機物の影響を評価するため、土壌中Cs動態のパラメータ(分配係数等)を変えた数値実験を実施した。その結果、この仮想的な土壌では、土壌有機物によるCsの土壌粒子への吸着の阻害、粘土鉱物へのCsの固定の低下及び固定されたCsの再可動の促進が溶存体Cs濃度を増加させ、植生のCs取り込みを増大させうること、数10年程度の期間にCsの大部分(約30%から60%)が深さ5cmよりも深い部分へ輸送されうることが示された。以上より、土壌有機物が長期に渡り森林内Cs移行に影響を及ぼすことが示唆される。

A model for Cs transfer in forest was developed to assess behavior of Fukushima-derived Cs. The model simulation well reproduced observed 3 year migration of Cs in organic layer and mineral soil. Long-term predictions indicated that more than 90% of the deposited Cs remains in the top 5 cm soil till 30 years, suggesting that forest acts as a long-term reservoir of Cs with limited loss via groundwater pathway. Impacts of soil organic matter (SOM) on Cs dynamics were investigated by modifying parameters of Cs turnover. The results showed that SOM-induced reduction of Cs adsorption, slower fixation of Cs by clay and enhanced mobilization of the fixed Cs elevate soil-to-plant transfer of Cs by increasing fraction of dissolved Cs. A substantial proportion (27% 73%) of Cs in these soils was delivered to horizons deeper than 5 cm decades later. These results suggested that SOM significantly influences behavior of Cs over long-term.