2022 年 7 ⽉ 15 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学
国⽴⼤学法⼈福島⼤学
独⽴⾏政法⼈国⽴⾼等専⾨学校機構 津⼭⼯業⾼等専⾨学校

福島原発事故後の除染が下流域に及ぼした影響を初評価〜⼟砂流出⼀時増も放射性セシウム濃度低下と植⽣回復が影響低減〜
東京電⼒福島第⼀原発事故は、近隣の⼤規模集⽔域に⻑期的な放射能汚染を引き起こしました。その後、政府主導の農地除染により放射性セシウム（137Cs）で汚染された⼟壌が除去され、除染地域の放射線リスクは低減しました。しかし、除染が下流域に及ぼす⻑期的な影響は不明のままでした。
本研究では、広範囲に農地除染が⾏われた福島県の新⽥川流域を対象に、2013〜2018 年までの間に除染が下流域に及ぼした影響を初めて評価しました。評価は、政府の除染データ、⾼解像度衛星画像を⽤いた⼟地被覆変化のデータ、河川のモニタリングデータを組み合わせて⾏いました。
その結果、除染期間中（2013-2016 年）は除染地域で⼟壌の侵⾷量が増え、下流への浮遊⼟砂の流出量がそれ以前の２倍程度になったことが分かりました。⼀⽅、除染の進展に伴い、泥や砂に付着した137Cs（懸濁態 137Cs）の濃度は⼤幅に低下しました。除染によって、河川に流⼊する⼟壌の 137Cs 濃度が下がったためと考えられました。浮遊⼟砂の下流への流出増も、１〜２年程度で収まりました。除染地域は降⽔量が多く、植⽣の⾃然回復が速やかに進んだためとみられます。⼟砂流出増が懸濁態 137Cs濃度の低下によって相殺されたため、海洋へ流出する 137Cs の総量には、除染による⼤幅な増加や減少は認めらませんでした。
放射能汚染に限らず、⼟地改変による環境修復が必要となった地域においては、⼟地改変後の植⽣の⾃然回復条件の事前評価や、流域の規制枠組みに対応した緑化対策を準備しておくことが求められます。本研究成果は、⻑期に及ぶ除染活動が、下流域の持続可能性（Sustainability）に与える影響を最⼩化することに役⽴つと期待されます。
研究代表者
筑波⼤学⽣命環境系／アイソトープ環境動態研究センター（CRIED）
恩⽥裕⼀教授福島⼤学環境放射能研究所
脇⼭義史

准教授

津⼭⼯業⾼等専⾨学校総合理⼯学科
⾕⼝圭輔

講師

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研究の背景原⼦⼒産業活動や原⼦⼒事故による放射性物質の漏えいは、環境と経済の両⾯で⼤きな脅威です。東京
電⼒福島第⼀原発事故では、半減期が⽐較的⻑い放射性セシウム注 1）を含む放射性物質が⼤量に放出されました。政府主導の除染により 放射性セシウムで汚染された⼟壌が除去され、放射線リスクは低減しましたが、除染が下流域に及ぼす⻑期的影響は不明のままでした。
福島県内の帰還困難区域を中⼼とした地域では、2012 年から⼤規模な除染が実施されました。数年のうちに表⼟の 5 cm と植⽣が除去され、⾮汚染⼟壌に置き換わったため、⼟地被覆が減少しましたが、その後に植⽣が回復し、によってこれらの除染地域では⼟地被覆が再び回復しました。除染された地域でのこうした⼟地被覆の劇的な変化とそれに伴う⼟砂や放射性セシウムの動きの変化が、下流の⽣態系にどのような影響を与えたかを総合的に評価することは、環境の持続可能性（Sustainability）の観点からも重要です。
研究内容と成果
本研究では、広範囲に農地除染注 2）が⾏われた福島県の新⽥川流域（図 1）を対象に、除染された地域での⼟地利⽤の変化が、河川の浮遊⼟砂注 3）と懸濁態 137Cs 注 4） の動態に与える影響について、包括的に評価しました。⼟地被覆については、政府の除染データを⽤いて除染地域境界の変遷をマップ化しました。また、衛星画像に基づき、これらの地域の植⽣量を⽰す正規化植⽣指標（NDVI）注 5）を作成し、その変化を追跡しました。河川への影響については、除染期（2013-2016 年）と⾃然修復期（2017-2018 年）（10 分の時間分
またがる⻑期的な現地調査を⾏い、上流２地点と下流２地点の計４地点で⽔流と濁度注６）解能）及び懸濁態 137Cs 濃度の変動を継続的に記録しました。
これらのデータとリモートセンシング⼿法を組み合わせ、上流の除染地域における⻑期的な⼟地被覆の変化が、下流の河川環境や太平洋への 137Cs 流出に及ぼす影響を系統的に明らかにしました。
・除染地域の⼟地被覆の変化
新⽥川流域では上流（野⼿上）流域の 22.9％、下流（原町）流域の 11.9％に相当する⾯積で除染が⾏われました。除染地域の⼟地被覆の変化を定量的に推定・⽐較するため、2011 年から 2018 年にかけて、⾼い解像度を有する Sentinel 2 注７）と毎⽇撮影が⾏われる MODIS 注８）によって得られる衛星画像を合成し、⾼解像度・⾼撮影頻度の衛星画像（ESTARFM 画像）注９）を作成しました。更に、これに基づき、当該地域の植⽣量を表す NDVI のマップを作成しました。ドローンで撮影した現地写真との⽐較などから、NDVI が裸地と植⽣被覆のある農地の区別に有効であることを確認しました（図 2a）。
こうして導いた除染計画地域の NDVI の⽇変化曲線のピーク値は、2013〜2014 年にかけては除染前（2012 年）と同レベルの値でしたが、2016 年には約 10％減少しました。2017 年には植⽣の⾃然回復の影響でピーク値は増加傾向を⽰しました。
また、政府のデータで 2012 年（図 2c）、2013 年（図 2d）、2014 年（図 2e）に除染が予定されていた地域の NDVI 変動を解析したところ、その２〜３年後に NDVI のピーク値がそれぞれ約 12％、11％、15％減少し、除染によって植⽣被覆が減少する傾向が明瞭に⾒られました。
また、ESTARFM 画像から得られた全ての NDVI マップを対象に、⼟壌侵⾷モデル（RUSLE)注 10）を⽤いて、⼟壌の侵⾷されやすさを⽰す侵⾷ポテンシャル注 11）を計算しました。その結果、除染計画地域全体の侵⾷ポテンシャルは 2016 年にピークを迎えたことが分かりました。NDVI は 2013 年から 2016 年にかけて減少、2017 年から 2018 年にかけて増加しており、これに対応する結果だといえます（図４）。

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・河川への⼟砂の流出と放射性セシウムの濃度変化
2014 年 8 ⽉から 2017 年 3 ⽉にかけて新⽥川下流の原町の懸濁態 137Cs 濃度は急減しました（図５）。
これは、除染後の⼟壌の 137Cs 濃度が汚染⼟壌の濃度よりもかなり低いことが影響していると考えられます。懸濁態 137Cs 濃度の低下傾向を周辺の本格的な除染が⾏われていなかった⾼瀬川・請⼾川と⽐較すると、新⽥川においてのみ、⼤きな濃度低下が認められました。
新⽥川に特徴的な低い懸濁態 137Cs の濃度を指標として、下流における浮遊⼟砂がどこからもたらされているか、を推定しました（図６）。これによると、除染初期の 2014 年から 2015 年は、除染地からの浮遊⼟砂はあまり多く河川に流出していなかったのに対し、2016 年から 2017 年にかけては、下流に流出する浮遊⼟砂の最⼤ 80％が除染地域起源であると推定されました。その後 2017 年から 2018 年にかけて、除染地域からの浮遊⼟砂の寄与率が減少し、30％以下の値を取るようになりました。これは、上流域で植⽣が回復し、侵⾷ポテンシャルが減少したことが原因だと考えられます。
図７は、同じ洪⽔条件下での浮遊⼟砂流出量の時間変化を⽐較できるように、1 年確率洪⽔流量注 12）時の浮遊⼟砂流出量を推定した結果を⽰しています。これによると、除染期間中に顕著な増加傾向が⾒られ、2016 年には 2013 年の 237.1%となりました。除染後、浮遊⼟砂流出量は 2016 年から 2017 年にかけて約 41％激減しており、⾃然修復期に浮遊⼟砂の流出が減少していることが分かります。
図８は、2013 年から 2018 年までの新⽥川流域から太平洋への懸濁態 137Cs の総流出量を計算した結果です。除染中の 2015 年には⼤型台⾵の際には⼤洪⽔が起こったため⾮常に⼤きな値を取りましたが、全体的には除染前よりも除染後の⽅が懸濁態 137Cs の総流出量が少し多いように⾒えます（図８a）。⼀⽅、年ごとに台⾵などの出⽔が⼤きく異なることから、その影響を除去するために、1 年確率洪。すると、⽔流量時に相当する浮遊⼟砂量（正規化セシウムフラックス注 13））を推定しました（図８b）2013、2014 年の正規化セシウムフラックスと 2017、2018 年の正規化セシウムフラックスはあまり変わりないことが分かりました。また、除染後、正規化セシウムフラックスは 2017 年から 2018 年にかけて約 41％激減しており、⾃然修復による除染地域からの⼟砂流出の減少が⽰唆されました。これは、除染により上流からの浮遊⼟砂は増加するものの、除染地の植⽣回復が速く⼟砂流出の増加は短い期間で収まったこと、流出増が除染地からの懸濁態 137Cs 濃度の減少と相殺されたことを⽰していると考えられます。これらにより、福島においては、除染が河川から海洋への放射性セシウム流出量に与える影響はあまりないことが明らかとなりました。
今後の展開
福島の除染は、放射線レベルの低減が最優先課題ですが、⼤規模な⼟地改変を伴うため、下流への影響も考慮する必要があります。福島では除染後の⼟壌の 137Cs 濃度の低下と地域の多⾬がもたらした速やかな植⽣回復の結果、下流への影響は短期的かつ限定的でした。しかし、⼀⽅で、⼤規模な⼟地改変が、必ずしも下流への影響を低減するとは限らないことを、本研究は⽰しています。今後、放射性物質を含むさまざまな汚染物質への対策として⼤規模な⼟地改変を検討する場合は、地域の植⽣回復条件を事前に評価したり、適切な緑化対策を準備したりして、下流の持続可能性に与える影響を最⼩化することが求められます。

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⽤語解説
注１）放射性セシウム：セシウム（Cs）はアルカリ⾦属で、ルビジウムやカリウムに似た物理的・化学的性質を持つ。天然に⽣成するセシウムは安定同位体である 133Cs であり、環境中の低濃度の岩⽯、⼟壌、塵埃中に低濃度で存在しているが、多数の放射性同位体が知られている。このうち、過去の原発事故と 1950 年代後半から 60 年代にかけての⼤気圏内核実験で⽣成された主なものが 137Cs（半減期 30.2 年）と 134Cs（半減期 2.1 年）である。
注２）農地除染：表⾯の草を刈った後、表⾯を浅く（5 cm 程度）砕⼟の後、ショベル等の重機を⽤いて表層⼟壌を除去するのが⼀般的な⽅法である。
注３）浮遊⼟砂：河川を流下する⼟砂のうち粒径の細かいシルト・粘⼟粒⼦等からなり、河川中を沈降することなく浮遊状態で流下する⼟砂成分。
注４）懸濁態 137Cs：泥や砂などの粒⼦状の物質に吸着された状態の 137Cs のこと。
注５）正規化植⽣指標（NDVI）：Normalized Difference Vegetation Index の略。可視光⾚、および近⾚外波⻑における反射率を⽤いた植⽣指数であり、植⽣の存在域や活性度の評価に⽤いられる。
値は -1 から 1 の間で推移し、値が⾼いほどその地域の植⽣量や活性度が⾼いことを意味する。
注６）濁度：⽔の濁りの程度。今回は光散乱法のセンサーを⽤い、福島県のダム湖で採取した標準試料の値により、浮遊砂濃度（mg/L)に変換した。
注７）Sentinel2：可視光から近⾚外にかけて、⾼い解像度（10 m/ピクセル）を有する欧州宇宙機関（ESA）の⼈⼯衛星である。
注８）MODIS：Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer の略。⽶航空宇宙局（NASA）のTerra/Aqua 衛星に搭載されているセンサーで、⾼い頻度で撮影が⾏われる。本研究では MOD13Q1と呼ばれるデータセットを利⽤した。
注９）ESTARFM：Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model の略。Zhu ら（2010）によって開発された衛星画像融合モデル。このモデルによって、⾼い時間・空間分解能を有する画像の作成を⾏った。
注 10）侵⾷ポテンシャル：降⾬・地⾯の傾斜・⼟地被覆等によって決定され、⼟壌が浸⾷される可能性を⽰す。ここでは，RUSLE 式（注 11 参照）の降⾬指標以外の指標を掛け合わせたものとした（K×LS×C×P）。
注 11）RUSLE：Revised Universal Soil Loss Equation の略。⽶国農務省を中⼼に開発された式である⼟壌流亡予測式（USLE）を⼀部改良したモデル。侵⾷量（A)を、降⾬係数（R），⼟壌係数（K），地形係数（LS），作物係数（C），保全管理係数（P）を掛け合わせて求める。
注 12）１年確率洪⽔流量：平均すると年に 1 度はこの⾬量以上の⾬が降ると考えられる⾬量に対応する河川流量。
注 13）正規化セシウムフラックス：各流出イベント中の流量―浮遊⼟砂濃度曲線（L-Q 式）を年ごとに作成し、L-Q 式によって 1 年確率洪⽔流量（Q = 95 m3 s-1）時の浮遊⼟砂濃度を⽰す。これに浮遊⼟砂の 137Cs 濃度を掛け合わせたものである

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参考図

図 1 新⽥川流域における調査地点。137Cs のインベントリデータは Kato ら (2019) から、標⾼データは国⼟地理院から取得した。D1-D3 がドローンによる調査位置、M1〜M4 が河川観測地点を⽰す。

図 2 除染地域の⼟地被覆の変化。(a)⽐曽（M2）におけるドローン写真と Sentinel2 から得られた NDVI、（b）全除染地域の NDVI 変動曲線、（c）2012 年、（d）2013 年、（e）2014 年の除染予定地域、灰⾊の背景は実際に除染が⾏われた期間、（f）NDVI の時間的変動と（g）侵⾷ポテンシャルの 2011 年から2018 年夏にかけての経時変化。各列はデータ分布を⽰す。上から順に、最⼤値・75%・中央値・25％・最⼩値を表している。
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図 3 除染予定地域における NDVI の経年変化。値が⾼いほど植⽣被覆度が⾼い。

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図 4 除染予定地域における侵⾷ポテンシャルの経年変化。値が⾼いほど⼟壌が侵⾷される可能性が⾼い。
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図 5 除染が下流の懸濁態 137Cs の流出に与える影響。原町（新⽥川下流地点）、⾼瀬（⾼瀬川下流地点）（Cm(t) = 0.031e-0.149t, P < 0.001）、請⼾（請⼾川下流地点）（Cm(t) = 0.029e-0.182t, P < 0.001）における 137Cs 濃度の時間的変動（Cm(t): 137Cs インベントリで正規化したもの）。⿊とオレンジの点線は、物理的減衰による 137Cs の減少量と集⽔域での 137Cs の⾃然減衰量を⽰す。

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図 6 除染地域からの⼟砂供給(%)。寄与率は混合源モデルにより推定し、⾃然減衰の 137Cs 濃度（137Csインベントリで正規化）（請⼾と⾼瀬の 137Cs 濃度の時間変化の平均、Cm(t)＝0.033 e-0.141t）と除染⼟壌の⼆つを供給源として設定した。

図 7 洪⽔時における 1 年確率洪⽔流量（Q = 95 m3 s-1）時の浮遊⼟砂流出量（正規化浮遊⼟砂流出量）と除染計画発注状況

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図 8 (a)原町から海洋への年間 137Cs フラックスの時間変化、 (b) 1 年確率洪⽔（SS 負荷 95 m3 s-1）時の正規化 137Cs フラックスの時間変化。
研究資⾦
本研究は、⽂部科学省委託研究（2011-2012 年度）、原⼦⼒規制庁（2013-2014 年度）、⽇本原⼦⼒研究開発機構委託研究（2015-2021 年度）、科学研究費新学術領域研究 24110005、科研費（A）22H00556、フランス国⽴研究機構、ANR-11-RSNR-0002、科学技術振興機構（JST）ベルモントフォーラムの⼀環として⽀援を受けて実施されました。
掲載論⽂【題名】：Persistent impact of Fukushima decontamination on soil erosion and suspended sediment（福島原発の除染が⼟壌侵⾷と下流の浮遊⼟砂に与える⻑期的影響）【著者名】：Bin Feng, Yuichi Onda*, Yoshifumi Wakiyama, Keisuke Taniguchi, Asahi Hashimoto, YupanZhang【掲載誌】Nature Sustainability【掲載⽇】2022 年 7 ⽉ 14 ⽇（現地時間）【DOI】10.1038/s41893-022-00924-6
URL: https://www.nature.com/articles/s41893-022-00924-6(OPEN ACCESS)

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問い合わせ先【研究に関すること】
恩⽥ 裕⼀（おんだ ゆういち）
筑波⼤学 ⽣命環境系 教授
アイソトープ環境動態研究センター センター⻑
〒305-8572 茨城県つくば市天王台 1-1-1
URL: https://www.ied.tsukuba.ac.jp/~onda/
脇⼭ 義史（わきやま よしふみ）
福島⼤学 環境放射能研究所 准教授〒960-1296 福島県福島市⾦⾕川１番地
Email: wakiyama@ipc.fukushima-u.ac.jp
TEL: 024-503-2978
⾕⼝ 圭輔（たにぐち けいすけ）
津⼭⼯業⾼等専⾨学校 総合理⼯学科 先進科学系 講師〒708-8509 岡⼭県津⼭市沼624-1
Email: ketanigu@tsuyama-ct.ac.jpTEL: 0868-24-8186【取材・報道に関すること】
筑波⼤学広報室
TEL: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp
福島⼤学総務課広報係
TEL：024-548-5190
E-mail: kouho@adb.fukushima-u.ac.jp
津⼭⼯業⾼等専⾨学校
企画・連携室TEL: 0868-24-8220
E-mail: rennkei@tsuyama-ct.ac.jp

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