1.4 陸圏における放射性物質蓄積評価に関する調査研究
Transfer and Accumulation of Tritium and Radiocarbon in Terrestrial Ecosystems
谷 享, 永井 勝, 藤井 正典, 綾部 慈子, 高久 雄一, 久松 俊一
環境影響研究部

Takashi TANI, Masaru NAGAI, Masanori FUJII, Yoshiko AYABE
Yuichi TAKAKU, Shun’ichi HISAMATSU
Department of Radioecology
Abstract
Operation of the spent nuclear fuel reprocessing plant in Rokkasho, Japan, is accompanied by thedischarge of a small amount of tritium (3H, T) and 14C mainly in the forms of HTO and 14CO 2 , respectively.
In terrestrial ecosystems around the reprocessing plant, both radionuclides are incorporated into organic
compounds in plants mainly due to photosynthesis, followed by their supply to soil such as via dead leaves
and roots. This raises a concern about accumulation of those radionuclides in soil, because soil organic matteris recognized as the largest carbon pool in terrestrial ecosystems. In order to predict the accumulation of thoseradionuclides in terrestrial ecosystems, simulation models to describe the dynamics of 3H and 14C in organic
matter and HTO concentration in soil and plant are required. We selected a Japanese radish field, a meadow,
and a forest of Japanese black pine (Pinus thunbergii), which are common around the reprocessing plant, as
our targets. To construct those models, we are measuring many parameters, which will be used in the models,through field observations and laboratory experiments.
We established an experimental Japanese radish (Raphanus sativus) field in FY 2017 in our institute fordetermining the parameters of the soil moisture model. Temporal changes of the soil water content have been
continuously measured in several soil layers during the crop cultivation period since FY 2017. Obtained data
were used to construct soil water dynamics model mentioned below.
In a 50 × 50 m quadrat in a black pine forest established ~5 km east of the reprocessing plant in FY
2015, the growth rate of fine roots was measured by root-ingrowth cores installed in FY 2016. Monthly fallout
rates of above-ground litter have been continuously measured from July 2015, for obtaining input rate of deadplant matter to the forest floor. For getting parameters affecting water dynamics in the forest, soil water content
and soil properties affecting water percolation were measured.
In the experimental meadow established in FY 2015 in our institute, the growth data of timothy (Phleumpratense) germinated in autumn of 2015 have been continuously obtained in FY 2018. To clarify the longterm retention of photosynthate translocated to perennial plant parts (i.e., stem base and root), timothy waslabelled with 13C before the first harvest in FY 2018, and the concentration of 13C in the stem base and root at
the second and third harvest was determined. Since significant retention of 13C in the perennial parts in thethird-harvest plant was found, we decided that the cultivation of 13C-labelled timothy should be continued inFY 2019 to establish the long-term retention of photosynthate in the parts.
Hydrological models to predict soil water dynamics in each of our targets, the Japanese radish field,
meadow and forest, were constructed by using water content data in several soil layers. The model in themeadow was validated with an experiment spraying HDO on the ground surface. Although the estimated HDO
concentrations agreed fairly well with the measured ones, further tuning of model parameters may improve theresults.
1. 目的にするため、1 番草を 13C で標識し、2、3 番草での大型再処理施設の稼働に伴い排出される放射性炭

残存 13C 濃度データを取得した。

素（14C）及びトリチウム（3H）の一部は、光合成に2.3 クロマツ林における放射性炭素・トリチウム蓄

より植物有機物に固定され、植物体の枯死脱落及び積調査

分解の過程を経て土壌中に長く滞留すると考えられ有機物生成量調査では、イングロースコア法による。そこで、大型再処理施設周辺に分布する畑地、り細根生産量を測定し、リター供給量調査では、リ牧草地、森林（クロマツ林）を対象として、畑地及タートラップ法により月別にリターフォール量を測

び牧草地では 3H の土壌への蓄積を予測するモデル定した。リター分解調査では、平成 28 年度にクロ3を、クロマツ林では C と H の土壌への蓄積を予測

マツ林内の地表面に設置した 13C 標識体バッグを一するモデルを作成し、環境への蓄積を評価すること部回収し、設置から 2 年経過後の分解データを取得を目的とする。

した。土壌水下方浸透量調査では、林外の気象デー

14

平成 30 年度は畑地、牧草地、クロマツ林において、タ並びに林内の土壌水分量及び土性データを取得し土壌中のトリチウム水（HTO）濃度を推定する土壌た。

HTO 移行モデルの作成に必要なデータを、土壌水下

2.4 モデルの作成

方浸透量調査により取得した。さらに、クロマツ林

平成 30 年度までの実測データに基づき、畑地、において樹木による有機物生成速度を推定するため

牧草地、クロマツ林の土壌 HTO 移行モデルの基本の有機物生成量調査、樹木地上部から地表への有機設計を行った。

物供給量を求めるためのリター供給量調査、及びリターの分解パラメータを求めるためのリター分解調

3. 成果の概要査を行い、牧草地については、牧草の H 代謝モデル

3.1 畑地におけるトリチウム蓄積調査

3の作成に必要な牧草の生長データ及び H 代謝デー

土壌水下方浸透量調査において、畑地土壌の土性タの取得を行った。加えて、土壌 HTO 移行モデルのデータ及びダイコン栽培期間での土壌水分量の経時基本設計を行った。

変化データを取得し、土壌水の下方浸透パラメータ3を求めた。

2. 方法

3.2 牧草地におけるトリチウム蓄積調査

2.1 畑地におけるトリチウム蓄積調査
環境研構内でダイコンを栽培している試験圃場において土壌水下方浸透量調査を行い、土壌水分量の経時変化データ及び土性データを取得した。
2.2 牧草地におけるトリチウム蓄積調査
土壌水下方浸透量調査では、3 年草地で土壌水分量の経時変化及び土性を調査し、土壌 HTO 移行モデルの検証のための重水散布実験を行った。牧草の生長データの取得では 3 年草各部位の現存量を時期別に測定した。牧草の H 代謝データの取得では、
3光合成で新規に生成した有機物の長期挙動を明らか

土壌水下方浸透量調査では、土性データ及び土壌水分量の経時変化データから 3 年草地での土壌水の下方浸透パラメータを求めた。さらに、3 年草地への重水散布により、散布後約 2 ヶ月間の土壌水中重水素濃度の推移を明らかにした。生長データの取得では、3 年草の番草別に牧草各部位の乾燥重量を求めた。
牧草の 3H 代謝データの取得において、13C 標識した 1 番草の刈取り日の茎葉基部及び根における 13C濃度がそれぞれ 36 ± 2 mmol 13C mol-1 C、41 ± 4mmol 13C mol-1 C であり、3 番草刈取り日にはそれぞれ 15 ± 2 mmol 13C mol-1 C、17 ± 4 mmol 13C mol-1

後に 28%まで減少したことを明らかにした。土壌水C にまで減衰していた。3 番草刈取り日の残存 C 濃

下方浸透量調査では、土壌水分量が深さ 20 cm まで度はバックグラウンド濃度（10.8 mmol C mol C）の黒土層で大きく変動し、20 cm 以深の層では比較よりも高いことから、平成 31 年度に牧草の栽培を継的安定して推移するという結果を得た。

続して残存 13C 濃度の時間変化データを取得するこ

3.4 モデルの作成

1313-1とで、新規生成有機物の長期挙動を明らかにする。

土壌水分量の時間変化データに基づき、畑地、牧3.3 クロマツ林における放射性炭素・トリチウム蓄

草地、クロマツ林の土壌 HTO 移行モデルを作成し積調査た。重水散布実験を行った牧草地については、土壌有機物生成量調査では、イングロースコア設置か水中重水素（D）濃度の時間変化のモデル推定値が実ら 2 年間での細根生産量が 119 ± 93 g-dry m-2と求測値と概ね一致するという結果を得た（Fig. 1）。

まった。リター供給量調査では、リターフォール量が広葉樹及びクロマツの落葉期である 10 月及び 11月に最大になるという結果を得た。リター分解調査
では、13C 標識体の乾燥重量が設置から 680 日経過Fig. 1

Observed and estimated concentrations of deuterium in soil water of the 1-yr meadow where
deuterium-enriched water (HDO) was sprayed to the soil surface. Replicated data are separately
presented for each soil layer.