Evaluation of sources and seasonal variations of dissolved Cs in stream water in forested catchments

森林流域における渓流水中の溶存態Csの発生源と季節変動の評価

佐久間 一幸   ; 吉村 和也  ; 中西 貴宏   ; 林 誠二*; 辻 英樹*; 舟木 泰智 ; 飯島 和毅  

Sakuma, Kazuyuki; Yoshimura, Kazuya; Nakanishi, Takahiro; Hayashi, Seiji*; Tsuji, Hideki*; Funaki, Hironori; Iijima, Kazuki

2011年福島第一原子力発電所事故により陸域環境へ多くの放射性セシウムが放出された。河川水中の溶存態放射性セシウムの発生源と季節変動を制御する要因を理解することは、環境放射能汚染の評価と低減に極めて重要である。2015年から2021年にかけ、渓流水、湧水、地下水、落葉溶出水、土壌間隙水、土壌浸透水における溶存態Cs濃度と溶存有機炭素(DOC)を調査した。源流域では、溶存態Cs濃度は地下水中の濃度と比較して湧水直後に増加した。約3年間の渓流水モニタリングにおいて、溶存態Cs濃度は水温、DOC濃度、K濃度と相関を示した。三成分混合モデルにより、渓流水の組成は主に地下水、森林落葉層/表土、土壌間隙水に由来することが明らかとなった。特に夏季の渓流水には土壌間隙水が顕著に影響しており、降水に従い地下水位の変動が要因と考えられる。溶出水も冬季の渓流水に比べ夏季の渓流水により影響を与えていた。これらの知見は、溶存態Csの季節変動が、温度依存性のある森林落葉層/表土からの溶出と土壌間隙水からの寄与増加によって駆動されることを示唆している。本研究は森林源流域河川における溶存態Csの発生源と季節的駆動要因を特定した初めての研究である。

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident released substantial radiocesium into terrestrial environments in 2011. Understanding the sources of dissolved radiocesium and the factors controlling its seasonal variation in stream water is crucial for assessing and mitigating environmental radioactive contamination. From 2015 to 2021, we investigated dissolved Cs concentrations and dissolved organic carbon (DOC) in stream water, spring water, groundwater, litter leachate, soil pore water, and infiltrated water. In the headwater area, dissolved Cs concentrations increased just after spring compared to the concentrations in the groundwater. During approximately three years of stream water monitoring, dissolved Cs concentrations correlated with water temperature, concentrations of DOC, and K. A three-component mixture model revealed that stream water composition is derived mainly from groundwater, leaching from forest litter/surface soil, and soil pore water. The soil pore water particularly influenced summer stream water, likely due to the water table fluctuations with precipitation. The leaching water also influenced the summer stream water compared to the winter stream water. These findings suggest that seasonal variations in dissolved Cs are driven by temperature-dependent leaching from surface forest litter/soil and increased contributions from soil pore water. This study is the first to identify the sources and seasonal drivers of dissolved Cs in forested headwater streams.