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Contamination processes of tree components in Japanese forest ecosystems affected by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident $$^{137}$$Cs fallout

福島第一原子力発電所事故による$$^{137}$$Cs沈着を受けた日本国内の森林生態系における樹木汚染

太田 雅和 ; 小嵐 淳  

Ota, Masakazu; Koarashi, Jun

福島第一原子力発電所事故の影響を受けた森林では、沈着した$$^{137}$$Csによる樹木汚染が問題となっている。しかしながら、森林内の各$$^{137}$$Cs移行過程が樹木(特に、福島の林業で重要な資源である幹木部)の汚染に及ぼす影響については、十分な理解が得られていない。本研究では、森林樹木-リター層-土壌系における$$^{137}$$Csの動態を計算するモデルを提案し、これを福島県内のスギ植林地および天然のブナ林に適用した。モデル計算の結果および計算と現地観測の結果の比較から、森林内の各$$^{137}$$Cs移行過程が樹木の汚染に及ぼす影響が明示された。森林に沈着した$$^{137}$$Csの樹木への移行においては、事故時に葉あるいは樹皮に補足された$$^{137}$$Csの表面からの取り込みがそのほとんど($$>$$99%)を占めることが示された。一方で、根による土壌中$$^{137}$$Csの取り込みは少なく、事故後の50年間にわたり、表面からの取り込みよりも数桁小さい値を保つことが示された。これらの結果、樹木の内部汚染が、事故直後に樹木表面から取り込まれた$$^{137}$$Csの内部再循環(転流)によって引き起こされることが分かった。樹皮を介した表面からの取り込みの重要性も明らかとなり、樹木による$$^{137}$$Cs取り込みの100%(事故時に葉が無かったブナ)あるいは30%(事故時に展葉していたスギ、残りの70%は葉の表面からの取り込み)を占めた。試験地の樹木について、2021年現在では、$$^{137}$$Csの放射壊変と樹木成長に起因する希釈効果の影響によって樹幹木部の$$^{137}$$Cs放射能濃度が年あたり3%で低下していることが示された。

In forests affected by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident, trees became contaminated with $$^{137}$$Cs. However, $$^{137}$$Cs transfer processes determining tree contamination (particularly for stem wood, which is a prominent commercial resource in Fukushima) remain insufficiently understood. This study proposes a model for simulating the dynamic behavior of $$^{137}$$Cs in a forest tree-litter-soil system and applied it to two contaminated forests (cedar plantation and natural oak stand) in Fukushima. The model-calculated results and inter-comparison of the results with measurements elucidated the relative impact of distinct $$^{137}$$Cs transfer processes determining tree contamination. The transfer of $$^{137}$$Cs to trees occurred mostly ($$>$$ 99%) through surface uptake of $$^{137}$$Cs directly trapped by leaves or needles and bark during the fallout. By contrast, root uptake of $$^{137}$$Cs from the soil was unsubstantial and several orders of magnitude lower than the surface uptake over a 50-year period following the accident. As a result, the internal contamination of the trees proceeded through an enduring recycling (translocation) of $$^{137}$$Cs absorbed on the tree surface at the time of the accident. A significant surface uptake of $$^{137}$$Cs at the bark was identified, contributing 100% (leafless oak tree) and 30% (foliated cedar tree; the remaining surface uptake occurred at the needles) of the total $$^{137}$$Cs uptake by trees. It was suggested that the trees growing at the study sites are currently (as of 2021) in a decontamination phase; the activity concentration of $$^{137}$$Cs in the stem wood decreases by 3% per year, mainly through radioactive decay of $$^{137}$$Cs and partly through a dilution effect from tree growth.

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