1.2 青森県産物への放射性物質移行に関する調査研究
1.2.1 果樹における放射性炭素移行調査
Transfer of 14C from the Atmosphere to Fruit Trees
今田 省吾，多胡 靖宏, 高久 雄一, 久松 俊一
環境影響研究部

Shogo IMADA, Yasuhiro TAKO, Yuichi TAKAKU, Shun’ichi HISAMATSU
Department of Radioecology
Abstract
14Part of the C released from the nuclear fuel reprocessing plant in Rokkasho, Aomori, Japan in the formof CO2 is incorporated into the organic compounds of crop plants by photosynthesis and it causes an internalradiation dose to people who consume the crops. The purpose of this study is to establish a dynamiccompartment model describing transfer of photo-assimilated 14C into fruits and its accumulation in them foran apple tree, as a representative for fruit tree crops, using a stable carbon isotope (13C). In FY 2019, weconstructed a dynamic compartment model describing C flow and accumulation in young apple trees based on
the data of changes in C inventory in the fruits, leaves, and current-year branches over time as well as 13C
concentration (13C/(13C + 12C)) in the plant organs at the time of cutting down the trees grown under controlledenvironmental conditions obtained in FYs 2017 and 2018. The model was verified using the data of changes
in C inventory overtime and 13C concentration in the plant organs at the time of cutting down the trees grownin the field obtained in this fiscal year.
A compartment model with six compartments for three-year old potted ‘Fuji’ apple (Malus domestica)
trees (JM. 1) (hereafter, young apple trees) was constructed using the experimental data obtained in FYs 2017and 2018. The transfer rate constants from slow C to fast C compartments in the plant organs were determinedby the least square fitting. The fruit 13C concentrations estimated with the model were in good agreement withthe measured values, indicating that the model could evaluate the transfer and accumulation from theatmosphere of 14C in fruits at harvest for young apple trees grown under controlled environmental conditions.
Fluctuations of C inventory in the fruits, leaves, and current-year branches of field-grown young apple
trees over time during the fruit development period were determined by the data of changes in the size of all
the plant organs of five trees over time by repeated measurements as well as of the relationships between thesize and C inventory in the plant organs of trees cultivated at three times during the development period. Ninefield-grown young apple trees were exposed to 13CO2 (approximately 15 atom%) for 8 hours in an exposure
chamber in each exposure time. Five out of the nine exposed trees in each exposure were cultivated until being
cut down and the 13C concentrations in the plant organs were determined. To verify the applicability of themodel to field-grown young apple trees, the 13C concentrations in the plant organs when cut down estimatedby the model were compared with the measured values. The estimated values of 13C concentration in the fruits
at the time the trees were cut down were in good agreement with the measured values without adjusting theparameters, indicating that the constructed model could apply to the field-grown young apple trees.

1. 目的CO2 へのばく露をばく露室で約 8 時間行った。各時
14

C の一部は光合期にばく露した後、屋外で栽培したリンゴ幼木のう成作用によって植物に吸収され、有機物に同化され

ち 5 個体を収穫日に刈り取り、各ばく露時期に固定る。本調査では、果樹の代表的作目であるリンゴをさ れ た 13C の 収 穫 時 に お け る 目 的 部 位 別 濃 度

対象に、炭素安定同位体である 13C をトレーサーと（13C/(13C + 12C)）を測定した。

大型再処理施設から排出されたして用いて、光合成で固定された炭素の果実への移得られた各部位炭素現存量の経時変化を用い、2.1行・蓄積モデルを構築することを到達目標とする。

で作成したモデルによって各ばく露時期に固定した令和元年度の調査における目標は以下の通りである。

13① 平成 29 及び 30 年度に実験施設内で取得した各の推定値を求め、実測値との比較によりモデルの屋部位の炭素現存量の経時変化データ及び収穫時C の収穫時における果実、葉及び当年枝中の濃度外への適用性を検討した。

13の部位別 C 濃度データに基づき、リンゴ幼木の炭素移行・蓄積モデルを作成する。
② 屋外の圃場で栽培したリンゴ（ふじ）幼木の各部位の炭素現存量の経時変化データを得るととも13に、果実生育段階別に CO2 にばく露した個体の133. 成果の概要
3.1 リンゴ幼木の炭素移行・蓄積モデルの作成
実験施設内で栽培したリンゴ幼木で得た実験デー
タを用いて、Fig. 1 の各部位の不動性炭素から移動

C 濃度データを取性炭素コンパートメントへの移行速度定数（kFIM、得して、上述したモデルの屋外栽培リンゴ幼木へkFIM 及び kFIM）を最小二乗法により求めた（Table 1）。の適用性を検証する。

その際、他のパラメータには、文献値を用いた。そ収穫時における各部位でのの結果、収穫時の果実中 13C 濃度のモデル推定値は2. 方法実測値と概ね一致することが示された（Figs. 2 and 3）。

2.1 リンゴ幼木の炭素移行・蓄積モデルの作成

これにより、室内栽培下におけるリンゴ幼木につい平成 29 及び 30 年度に実験施設内で栽培したリンて、大気中から収穫時果実への 14C の移行・蓄積をゴ幼木で得た実験データに基づき、果実、葉及び当推定可能なモデルを作成した。

年枝がそれぞれ移動性及び不動性のそれぞれ 3 コン

3.2 モデル検証用データの取得及びモデルの検証パートメントを持つリンゴ幼木の炭素移行・蓄積モ

モデル検証に必要なデータを取得するため、まず、デルを作成した（Fig. 1）。Fig. 1 では、各コンパート

果実、葉及び当年枝の外形サイズから炭素現存量をメント中炭素量を M、速度定数を k と表記している。

推定する式を導出した（R2 = 0.91 以上）。次に、各部

2.2 モデル検証用データの取得及びモデルの検証

位のサイズと炭素現存量との関係式及び各部位のサ屋外の圃場で栽培した 3 年生のリンゴ幼木 5 個体

イズの経時変化データを用いて、各部位の炭素現存について、全ての果実、葉及び当年枝の外形サイズ量の経時変化を推定し、ロジスティック関数での近に関するデータを経時的に取得した。果実生育期間似により生長曲線を作成した（Fig. 4）。さらに、ば中に 3 度、リンゴ幼木を刈り取って、それらの部位

く露実験終了後から収穫日まで屋外栽培したリンゴの外形サイズ及び乾燥重量を測定するとともに、炭幼木の収穫時における果実、葉及び当年枝の 13C 濃素濃度を測定し、各部位の外形サイズと炭素現存量度データを得た（Fig. 2）。との関係式を導出した。得られた関係式と各部位の得られた各部位の炭素現存量の経時変化を用いて、外形サイズの経時変化データから各部位炭素現存量3.1 で作成したモデルにより、各時期にばく露した果の果実生育期間に渡る経時変化を推定した。さらに、

実中収穫時 13C 濃度の推定値は実測値と概ね一致し果実生育期間の各時期において、屋外の圃場で栽培（Fig. 3）、本モデルは、屋外栽培の幼木に適用可能13したリンゴ幼木 9 個体を対象に C 存在比約 15%のであることが示された。

Allocation
FruitsMobile C
MFM(t)

Respiration

RF(t)kFIMMFI(t)Translocation
Allocation
Leavesk
LMI(t)MLM(t)Mobile CMLM(t)kLIMMLI(t)AB(t) Translocation
Allocation
Current
AF(t)Photoassimilation

AL(t)Respiration
RL(t)Defoliation DLM(t)Respiration

Branches
Mobile C
MBM(t)

RB(t)

0.013

13C/(13C + 12C)

Fruit
Immobile C
MFI(t)kFMI(t)MFM(t)The conceptual diagrams of the dynamic
compartment model for young apple trees.

Table 1

Transfer rate constants from slow C to fast C
compartments in the plant organs.

LeavesImmobile C
MLI(t)

Parmeters

Units

Estimates

95% confidence intervals

d-10-kLIM

d-1

0.00150.00086–0.0023

kIBIM

d-10.00045

0–0.0012

DLI(t) Defoliation kFIM
Current
Branches
Immobile C
MBI(t)kBMI(t)MBM(t)kBIMMBI(t)0.013

FY 2017, measured values
FY 2017, estimated values
FY 2018, measured values
FY 2018, estimated values

0.012

Fig. 1

Measured values
Estimated valuesa)b)

0.012

0.011

0.011

0.01

0.01
050

100

150

200

050

100

150200Days after bud break（DAB）

The measured and model-estimated concentrations of 13C fixed at different periods and theconcentrations that remained in the fruits at the time of cutting down young apple trees grownunder controlled environmental conditions in FYs 2017 and 2018 (a) and in the field in FY 2019(b).

Fig. 2Estimated 13C/(13C + 12C)

0.013

y = 0.99 x
R2 = 0.84
N = 750.013a)

0.012

0.012

0.011

0.011

0.01

y = 0.99 x
R2 = 0.90
N = 30b)

0.01
0.01

0.011

0.012

0.013

0.01

0.011

0.012

0.013

0.014

Measured 13C/(13C + 12C)

Relationships between the measured and model-estimated concentrations of 13C fixed at
different periods and the concentrations that remained in the fruits at the time of cutting down
young apple trees grown under controlled environmental conditions in FYs 2017 and 2018 (a)2and in the field in FY 2019
6 (b).

Fig. 3C inventory (mol C plant–1)

12a) Fruits
10584634221b) Leavesc) Current branches

1.5

10.5

00050

100

150

200

0050

100

150

200

050

100

150

200

Days after bud break（DAB）

Fig. 4

The growth curves of C inventory for the fruits (a), leaves (b), and current-year branches offield-grown young apple trees in FY 2019 (c). *Lines indicate the growth curves obtained by
the logistic (and linear) regression models which were corrected as the lines pass through theorigin.