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土壌微生物とセシウム
環境動態研究グループ
小嵐 淳

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土壌微生物
 1 m2あたり、数100 g 90%くらいは、細菌と菌類

表．土壌微生物の大きさ、個体数、バイオマス
生物

形態

細菌（バクテリア）
菌類
（糸状菌）
ヒト

大きさ(μm)

個体数/m2バイオマス(g/m2)

陸上における総量 (x 106 t)

原核性、単細胞または細胞の連鎖状<1

3 x 1014

30044667

真核性、分枝状の菌糸

直径
2–30

40059556

2300

4 x 10−5

土壌微生物生態学 (2003) 朝倉書店、土壌サイエンス入門 (2005) 文永堂出版

地球環境における土壌微生物の役割

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植物による有機物の生産
地球温暖化

昆虫などによる有機物の消費（生産量の数%～10%程度）
微生物による有機物の利用• 有機物の分解（CO2放出）• 植物が養分物質を再利用• 有機物の化学的・生物学的安定性• 土壌の物理的特性

有機物の分解者として、生態系における養分物質のリサイクル機能を維持する役割
図．陸上生態系を構成する有機物の生産者と分解者

地球上の元素循環の立役者
土壌微生物生態学 (2003) 朝倉書店

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土壌構造と微生物
土壌は、微生物、有機物、鉱物、（植物根）が混在する、複雑でヘテロな空間

土壌微生物生態学 (2003) 朝倉書店

土壌微生物とセシウム純粋培養実験 （細菌類を対象）

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キノコ（菌類）で高いセシウム濃度が観測・・・（多数報告あり）

セシウム添加・滅菌処理実験（細菌類＋菌類を対象）
Tomioka et al. (1992)

環境（土壌）中におけるセシウム動態への微生物の関与
 たぶん・・・ある？
 しかし、研究例が少なく、知見が限定的

福島セシウムを対象とした研究で、知見の体系化に寄与

Parekh et al. (2008)

微生物バイオマス測定法の応用

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微生物バイオマスC （MBC）

土壌試料
クロロホルムくん蒸

MBC (gC/kg-soil) = Ec / kc
Ec = （くん蒸土壌から抽出されたC）－ （非くん蒸土壌から抽出されたC）
kc = 0.45 (Vance et al., 1987)

K2SO4抽出K2SO4抽出

TOC測定

TOC測定

Cs測定

Cs測定

Microbial Cs (Bq/kg-soil) = Ecs / kcs

微生物が保持しているCs

Ecs = （くん蒸土壌から抽出されたCs）－ （非くん蒸土壌から抽出されたCs）
kcs = 0.45 (Bruckmann et al., 1994)

非生物成分（鉱物、有機物）に吸着しているCs

Koarashi et al. (2012a)

微生物が保持するCs（Microbially retained Cs）

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試料採取（１）

落葉層（L層）有機物 微生物

表層土壌（0–3 cm）
鉱物

有機物微生物

福島市内の森林5地点

Koarashi et al. (2012b)

地点

植生土壌型

FR-1

落葉広葉樹 （ミズナラなど）

Fluvisols

FR-2落葉広葉樹 （ミズナラなど）

Fluvisols

FR-3針葉樹 （マツ優勢）

Fluvisols

FR-4

針葉樹 （スギ優勢）

Andosols

FR-5

針葉樹 （スギ優勢）

Andosols

月平均気温

30
降水量

１１月

３月
300

10200

0100

-100

降水量 （mm）

FR-2地点の様子
20

2012/1
2012/2
2012/3
2012/4
2012/5
2012/6
2012/7
2012/8
2012/92012/10
2012/112012/122013/1
2013/2
2013/3
2013/42013/5
2013/6
2013/7
2013/8月平均気温 (℃）

試料採取（２）
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８月
400

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結果（１）：微生物バイオマス
リター

土壌（0–3 cm）

図．抽出された炭素量（2012年11月の結果）
すべての地点、試料（リター、土壌）で、くん蒸によりC抽出量が増加⇒ 微生物バイオマスが存在
層

MBC (gC/kg)% of total Cリター

6.1–19.7

1.3–4.5土壌（0–3 cm）

0.7–3.7

0.7–2.3

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結果（２）：土壌微生物（細菌）相微生物のもつ遺伝子情報に基づく分子生物学的手法： PCR-DGGE法
1 2 4 5 3 M
DNAの抽出

M 1 2 4 5 3

PCRの標的16S rDNA

PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）
DNAの特定領域を増幅

DGGE（変性剤濃度勾配ゲル電気泳動）
塩基配列の違いに基づきDNAを分離 リター、土壌ともにバンド数が多く、多様な細菌が存在 土壌の方が種類が豊富
 広葉樹と針葉樹で違う傾向

土壌微生物のPCR増幅16S rDNAのDGGEパターン （左）リター、（右）土壌11/14

結果（３）：137Csの抽出量
リター

土壌リター

土壌リター

土壌600

Non-fumigatedFumigated

400

2012年3月

2012年11月

FR-1
FR-2
FR-3
FR-4
FR-5FR-1FR-2FR-3
FR-4
FR-5FR-3FR-4FR-5FR-1
FR-2FR-3FR-4FR-5FR-1
FR-20

FR-5200

FR-1FR-2FR-3FR-4FR-5FR-1FR-2FR-3FR-4

Extractable 137Cs (Bq/kg)

800

2013年8月

 リター層では、地点、季節にかかわらず、137Cs（134Cs）抽出量が増加⇒ 微生物によるセシウムの保持が普遍的に存在 土壌（0–3 cm）では、2点のみ。

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結果（４）：微生物が保持する137Cs
表．リター層の結果
137Cs濃度(Bq/kg)

非生物成分が吸着保持する137Cs (%)

微生物が保持する
137Cs (%)

2012年3月

NANANA2012年11月

7050–16200

2.4–3.7

0.9–3.7

2013年8月

3540–9000

2.5–8.3

3.0–5.3

非生物成分が吸着保持する137Cs (%)

微生物が保持する
137Cs (%)

年月表．土壌（0–3 cm）の結果
137Cs濃度
年月(Bq/kg)
2012年3月

3380–4390

2.1–12.8

Not detected2012年11月

1790–3630

1.2–5.03.7

2013年8月

1550–2600

1.8–8.1

3.6

 微生物は、非生物成分と同程度の137Csを保持
 全137Csに対する割合に、経年変化（減少）は見られない

Microbially retained 137Cs (Bq/kg)

結果（５）：微生物による137Cs保持の制御要因
800

r2 = 0.29
p = 0.089

600

r2 = 0.54
p < 0.05

13/14

r2 = 0.46
p < 0.05

400

Soil

20000510 15 20
MBC (gC/kg)

250200
400
600
10000
20000
30000 0137
Extractable 137C (Bq/kg)
Cs concentration (Bq/kg)

微生物が保持する137Csの量は、周辺環境の137Cs量や、137CsのAvailabilityに依存

微生物による137Cs保持が示唆すること

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土壌微生物のターンオーバー
5.6–12.2 yr−1 (Blagodatskaya et al., 2011)
微生物のターンオーバーによって放出される137Cs
570–7150 Bq/kg/yr
リター層に現存している137Cs量の5%–65%に相当する
落葉分解により可動化し、溶存する137Cs

植物によって再利用可能微生物が、リター層における137Cs易動性の維持に関与し循環を駆動