除染前後の土壌における諸問題 - jaea...y = 597.41e0.1681x r² = 0.127 1 10 100 1000...
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除染前後の土壌における諸問題
西村 拓*、濱本昌一郎、二瓶直登東京大学大学院農学生命科学研究科
福島事故以来の農地に関する活動
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現状把握1. 有機物とCsの移動
帰還後の問題2. カリウム施肥によるCs吸収抑制3. 除染後の農地の物理性
協力: Dang Quoc Thuyet氏、辰野宇大氏、本間雄亮氏東京大学大学院農学生命科学研究科放射性同位元素施設、環境地水学研究室一同、ふくしま再生の会、福島県 平山孝氏、NARO 江口哲也氏、久保堅司氏
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1.有機物とCsの移動
森林は除染しない(政府の方針)とはいえ帰還後は森林に隣接した地域で人が暮らす注意すべきこと、気にしないことの線引きは必要
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放棄林地(一区画で林地から裸地まで)
http://akiomatsumura.com
斜面上方リター層
中腹: 薄いリター、雑草
下方の緩傾斜裸地が目立つ
Sampling0–30 cm surface soil12 plots, 2013 ->2015Litter samples at No.6
#6
#8
#12
当初は、地表面の状態が異なる斜面からの侵食とCs再分布の関連を対象に考えていた
5
#7
⑫800007700
④94003300
⑪120001100
③360003500
⑤430002200
⑥226000111000
①28300082000
---
②53000020000
site Numbertop 0-2cm [Bq/kg]middle 2-4cm [Bq/kg]Green 4-6cm
05
1015202530
0.E+00 5.E+04 1.E+05 2.E+05
Dept
h (c
m)
Radioactive Cs (Bq/kg)
#4
⑪4100013700064000
0
5
10
15
20
25
30
1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06
Dept
h (c
m)
Radioactive Cs (Bq/kg)
#10
0
5
10
15
20
25
30
1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06De
pth
(cm
)
Radioactive Cs (Bq/kg)
#2
0
5
10
15
20
25
30
1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06
Dept
h (c
m)
Radioactive Cs (Bq/kg)
#8⑥
③
⑪
③
2017/07/19 放射線計測F
6
2 3 10 11 124 5 6 7 8 9
New plot numbers
2017/07/19 放射線計測F
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▲ 全炭素量● C/N比
▲ 全炭素量● C/N比
⑥⑧
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40
Dep
th (c
m)
TC %, C/N
#6
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40
Dep
th (c
m)
TC %, C/N
#8⑥⑧
8
Plot #1・・・下方へ移動している?
0
5
10
15
20
25
30
35
100 1000 10000 100000 1000000
深さ
(cm
)
放射性Cs含量 (Bq/kg)
2013_1
2014_1
2015_1
斜面上方で、透水性がよく、リターの被覆もあるため、侵食は少ないと考えられる (が、不均一性も大きい)
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Replicates, Cs, 2015
Cs: 2013-2015
ばらつきの例(Plot #1:上方のリター被覆地点)
0
5
10
15
20
25
30
35
100 10000 1000000
深さ
(cm
)
放射性Cs含量 (Bq/kg)
2013_1
2014_1
2015_1
0
5
10
15
20
25
30
35
10 1000 100000
深さ
(cm
)
放射性Cs含量 (Bq/kg)
2015_a
2015_b
2015_c1a 1b 1c
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20
深さ
(cm
)
全炭素量 (%)
2015_a
2015_b
2015_c
2017/07/19 放射線計測F
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Plots: #1,#2,#6 :侵食や堆積の少ないサイト
y = 413.76e0.3525x
R² = 0.6545
y = 12.76e0.3691x
R² = 0.73211
10
100
1000
10000
100000
1000000
0 10 20 30
放射
性Cs
含量
(Bq/
kg)
全炭素量 (%)
1_26
2013-2015
2017/07/19 放射線計測F
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侵食・堆積のある地点の放射性Cs含量と全炭素量
Year: 2013
Year: 2013-2015y = 117.21e0.2727x
R² = 0.286
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
0 5 10 15 20 25
放射
性Cs
含量
(Bq/
kg)
全炭素量 (%)
y = 597.41e0.1681x
R² = 0.127
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
0.0 10.0 20.0 30.0
放射
性Cs
含量
(Bq/
kg)
TC %
#3-4-5-6#8,10,11,12
2017/07/19 放射線計測F
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土壌有機物の多寡とCsの移動には関連がある
• 有機物が吸着サイトを覆う(吸着抑制、高橋ら(東大))• 有機物結合体で移動する (Colloid facilitated transport)• その他のメカニズム??
• 営農における有機物利用の推奨も考慮すると、Csの移動における有機物の役割をもう少し明らかにする必要がある
• 若干であるが、溶存Csの供給もある。
(有機物の分解の稲の植物体中のCs,河川水中のCs)
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採水したサンプル
ろ過
0.45 µmメンブレンフィルター
ろ液1
溶存態137Csの吸着
Zn置換体PBカートリッジ
ろ液2
Ge半導体検出器による測定
SS濃度決定
廃液処理
懸濁態
溶存態
炉乾後質量測定
レーザー散乱で粒子の有無を確認
有機肥料の投入(特に除染農地)森林周縁では沢水を利用した農業沢水の溶存態Cs例:~0.1Bq/L⇒173kBq/d (飯舘村内の例)(懸濁態が9割以上を占める)
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帰還後の問題
2.カリウム施肥によるCs吸収抑制
営農の再開・継続に向けて
2017/07/19 放射線計測F
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0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80
子実
の放
射性
Cs濃
度(
Bq/k
g)
土壌の交換態K濃度 (mg K/100g 乾土)
A
B
C
福島県内土壌のK濃度と子実のCs濃度(福島県農業総合センター, 2015 を改変)
土 壌 A
土 壌 B
土 壌 D
カリウム施肥効果の低い土壌
2017/07/19 放射線計測F
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土壌A
土壌B
土壌C
H26試験(Kを施用して、子実中の放射性Cs濃度を測定)
K施用で子実中Cs濃度 低
K施肥の効きが悪い、砂っぽいのでK溶脱?
抑制効果はあるが子実中Cs濃度は依然高
土壌D
全量 137Cs 交換態 137CsA 1837 82 1.41 Light ClayB 2307 4 0.77 Sandy LoamC 987 4 0.66 Sandy Clay LoamD 1590 49 2.64 Light Clay
土壌中の137Cs濃度(Bq/kg)TC (%) 土性
実験試料
2017/07/19 放射線計測F
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K添加・バッチ試験 K 抽出量・抽出率
K抽出量
・K: 10, 20, 30 kg/10a相当を添加・圃場用水量の60%で5日間培養・酢安(1:5)で抽出
K抽出率K抽出率=(抽出量-K0)/添加量
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K添加 抽出試験:交換態Cs抽出量
土壌A:K施肥量の増加に伴い,交換態Cs抽出量低下 ? 土壌B・C:K施肥量と交換態Cs抽出量に関係見られず 土壌D:K施肥量の増加に伴い,交換態Cs抽出量増加?
Cs抽出量
土壌A:K施肥効く土壌B,C:K施肥の効果?土壌D:K施肥の効果はあるがまだCs移行多い
K: 0, 10, 20, 30 kg/10a相当
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交換態カリウム保持容量
・1M KClを添加(1:10)し,KOHによりpH調整・1時間振とう後,上澄みを捨て水で3回洗浄・酢安(1:5)で交換態Kを抽出
土壌pH(5~6付近):土壌A > 土壌C > 土壌B > 土壌D 土壌B・C:pHによるK保持量は一定 ⇐ 永久荷電由来 土壌D:K保持に対するpH依存性 ⇐ 変位荷電由来
土壌A:K施肥効く土壌B,C:K施肥の効果?土壌D:K施肥の効果はあるがまだCs移行多い
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30 mm(1h)
20 cm
4 cm
φ5 cm
66mg カリウム/100g 乾土(増肥区施肥量)6.6mg カリウム/100g 乾土(慣行施肥量)(42Kは等量(10000cpm程度)、40Kで全K量を調整)
カラム装置 散水装置 全体装置図
42K(半減期 12 h)添加
カラム実験方法
42Ar (β崩壊)→42K2017/07/19 放射線計測F
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・42K,137Csの全量・含水比・EC(水抽出)・pH(水抽出,1M 酢酸アンモニウム抽出)・抽出溶液の各種イオン濃度(水抽出,酢安抽出)・抽出溶液に含まれる42K,137Cs(水抽出,酢安抽出)
水溶性イオン=水抽出
交換態イオン=酢アン抽出ー水抽出
固定態イオン=全量ー酢安抽出
42K,137CsはRI施設内で測定
測定項目
2017/07/19 放射線計測F
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カラム試験結果:豊浦砂(吸着無し)
42Kは下層まで移動し,深さ9cmでピーク
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カラム試験結果:土壌A(K施用効果がある土壌)
水は深さ13cmまで移動し,K以外のイオンは深さ9~11cmでピーク 42Kは深さ5 cmまで移動し,交換態イオンの形態で多く存在
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カラム試験結果:土壌B・C(K濃度上がらない土壌)
水は深さ11 cmまで移動し,K以外のイオンは深さ9 cmでピーク 42Kは深さ5 cmまで移動し,固定態イオンの形態で多く存在
土壌B 土壌C