Differential microbial roles in the organic layer and mineral soil determine radioactive cesium fate in forest ecosystems

有機層と鉱物土壌における微生物の異なる役割が森林生態系における放射性セシウムの運命を決定する

小嵐 淳   ; 永野 博彦*; 中山 理智*; 安藤 麻里子  ; 永岡 美佳  

Koarashi, Jun; Nagano, Hirohiko*; Nakayama, Masataka*; Atarashi-Andoh, Mariko; Nagaoka, Mika

放射性セシウム(Cs)汚染は、特に森林生態系において長期的な課題となっている。土壌微生物がCsの運命を左右する役割は未だ不明な点が多い。本研究では、有機層と鉱物土壌における微生物、有機物、粘土鉱物の相互作用に着目して、微生物によるCsの保持を評価した。その結果、微生物によるCs循環によって有機層中に生物利用可能なCsプールが維持されていることが示された。この微生物の関与は、有機層中のCs放射能濃度が低下するにつれて減少した。鉱物土壌では微生物によるCsの保持は最小限であり、粘土鉱物による固定化を間接的に促進する役割が示唆された。有機層における微生物によるCs保持は、地域、森林の種類、沈着後の時間に関わらず、Csの利用可能性によって制御されていることが明らかになった。これらの知見は、ヨーロッパと日本の森林における有機層におけるCsの残留性の違いを統一的に説明する。

Radiocesium (Cs) contamination poses a long-term ecological challenge, particularly in forest ecosystems. The role of soil microorganisms in determining its fate remains insufficiently understood. This study presents a dynamic assessment of microbial Cs retention, focusing on the complex interplay among microorganisms, organic matter, and clay minerals within the organic layer-mineral soil system. Our results show that rapid microbial cycling sustains a potentially bioavailable Cs pool in the organic layer. This microbial involvement diminishes as Cs activity concentrations in the organic layer decline. In the mineral soil, minimal microbial Cs retention was observed, suggesting an indirect role in facilitating Cs immobilization by clay minerals. Notably, microbial Cs retention in the organic layer is regulated by Cs availability, independent of region, forest type, and time since deposition. These findings provide a unified explanation for observed differences in Cs persistence in organic layers between European and Japanese forests.