農研機構研究報告
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3章 畑作物，草地，果樹における放射性セシウム移行抑制技術，および農産物の加工・調理による放射性セシウムの低減効果
畑作物の放射性セシウム吸収抑制対策
松波 寿弥
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キーワード: カリウム, 放射性セシウム, 畑作物, 吸収抑制対策
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2021 年 2021 巻 8 号 p. 91-96

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Abstract

2011 年 3 月 11 日の東日本大震災にともない，東京電力福島第一原子力発電所で事故が発生し，多量の放射性物質が外部環境中に放出され，福島県を中心とした東日本の広範囲において農作物や土壌が放射性物質に汚染された． 福島では，農業と環境への深刻な被害が依然として大きな懸念事項となっている．137Cs は半減期が長く，土壌に長期間保持されるため，作物への移行は長期的な問題となる．農研機構は，事故発生直後から農林水産省，福島県およびその周辺県の公設試，大学などの研究機関と連携し，農産物や土壌などの汚染実態の把握，農地等における放射性物質吸収抑制対策技術および除染後農地の地力回復技術の開発等の研究を実施してきた．本報では，畑作物の放射性セシウム吸収抑制対策に係る既往の学術文献を引用しつつ，事故後に実施された研究成果について概説する．

はじめに

2011 年 3 月 11 日に，東日本大震災とそれに引き続く津波により，東京電力福島第一原発事故が発生した．この事故は，福島県を中心とした東日本の広範な農地を放射性物質で汚染した．事故時に放出された主要な放射性核種は，沸点が低く，気化しやすい，放射性ヨウ素（131I：物理的半減期 8 日），および放射性セシウム（134Cs および 137Cs：物理的半減期はそれぞれ 2.1 年，および 30.2 年）であった．このうち，放射性ヨウ素は既に減衰し，現在は環境中に存在しない．福島第一原発から放出された放射性セシウムの大部分は，気体状で大気中に放出されたが，一部は，破壊した原子炉の内部から数ミクロン以下の微粒子に封じ込まれた状態で飛散したと考えられている（Adachi et al. 2013, Mukai et al. 2014, Yamaguchi et al. 2016）．

東京電力福島第一原発事故当時に圃場で栽培されていた小麦，ナタネ，ホウレンソウ，ブロッコリーなど冬作物は，フォールアウトにより放射性物質に直接汚染された（Nihei 2013）．また，土壌に沈着した放射性セシウムは，土壌の粘土鉱物に吸着・固定された（Ohno et al.2012, Shiozawa 2013, Tanaka et al. 2012）．直接汚染は，事故直後の一過的な汚染であるが，放射性セシウム，特に 137Cs は半減期が長く，長期にわたり土壌に残留するため，経根吸収由来の間接汚染は長期にわたる問題となる．

2011 年 3 月に関東および東北の 6 県で生産されたホウレンソウおよびブロッコリーなどの野菜類では，高濃度の放射性セシウムおよび放射性ヨウ素が検出された（小林ら 2014）．2011 年 3 月では多くの検体で 100 Bq/kg を超過したが，放射性セシウムの大気からの降下量が低下するにつれて，基準値超過率は低下し，7 月以降は超過が認められなくなった（小林ら 2014）．一方で，畑ワサビのような永年性の野菜では，茎葉に直接付着した放射性セシウムが体内に取り込まれたことにより，汚染が長期化した（小林ら 2014）．

事故当時に圃場で栽培されていた小麦は，一部の地域で子実の放射性セシウム濃度が 100 Bq/kg を超えた（小林 2014）．1986 年 4 月に起きたチェルノブイリ事故ではフォールアウトと小麦の出穂期が重なったため国内でも玄麦の放射性セシウム濃度が顕著に増加したが（駒村ら 2006），東京電力福島第一原発事故では事故発生時に出穂しておらず茎葉部のみが汚染された．このため，小麦の放射性セシウム濃度は事故時に伸長していた古い葉で高く，事故後に伸長した葉や子実では低くなった（Tanoi 2013）．子実の放射性セシウム濃度は播種時期が早いほど，すなわち，事故時の茎葉部生育量が多いほど高くなったことから小麦の子実中の放射性セシウム濃度は汚染された茎葉部からの転流の影響が大きいことが強く示唆された（Tanoi 2013）．小麦の移行係数（（作物の可食部の放射性セシウム濃度（Bq/kg）／土壌の放射性セシウム濃度（Bq/kg））は，国内外のコアコレクションを含む品種・系統間で 10 倍程度の差があるものの（Kubo et al. 2020），概して水稲と同様に低く，事故翌年以降には基準値を超過する事例は皆無となった（農林水産省 2020）．

事故後に調査された野菜類可食部（生重）の移行係数は，品目ごとに差があるものの，農水省が事故前の既報の文献値を取りまとめた値の範囲内であり，極めて低い値であった（小林ら 2014）．先述の畑わさびにおいても改植することにより，茎葉および根の放射性セシウム濃度が著しく低下することが報告されている（小林ら 2014）．事故当年の 6 月以降に新たに作付けされた野菜類では，原発事故当時に使用，あるいは屋外に置かれていた園芸資材の再利用により放射性セシウム濃度が高まった事例もあったが（小林ら 2014），2013 年以降には，基準値の超過は認められていない（農林水産省 2020）．

大豆，アズキおよびそばなどの畑作物では経根吸収由来の間接汚染により一部地域で基準値を超過する放射性セシウムが検出された（農林水産省 2020）．このため，これら畑作物の放射性セシウム移行低減対策技術の検討が精力的に行われた．本稿では，これらの畑作物のうち，大豆に焦点を当てて記述を進める．そばについては，震災復興特集号の別稿「そばにおける放射性セシウム移行低減技術の開発と避難指示解除地域における営農再開」を参照されたい．

大豆における放射性セシウム移行低減対策

土壌に沈着した放射性セシウムは，時間とともに土壌粘土のフレイド・エッジ（粘土鉱物の層末端にある，セシウム選択性の高い電荷部分）に固定され，作物へ移行しやすい交換性の放射性セシウムは減少する（Sawhney 1972，津村ら 1984，Nisbet and Shaw 1994, Rigol et al. 1999, Ehlken and Kircher 2002, Takeda et al. 2013）． フレイド・エッジに固定された放射性セシウムはイオン交換による脱着をほとんど示さず（Cornell 1993），土壌粘土に固定された放射性セシウムは作物へ移行しにくい．しかしながら，作物への放射性セシウムの移行の程度は，作物種や品種，肥培管理法，土壌に含まれる粘土鉱物の種類や量などによって最大 3 桁も異なる（Ehlken and Kirchener 2002）． Takagi et al.（2015）は，大豆子実のセシウム（133Cs）濃度は，品種間で約 10 倍の差があることを報告している．

1．大豆のカリウムおよび放射性セシウムの吸収特性

大豆は，他の作物に比べて移行係数が高く（Broadley and Willey 1997），事故後のモニタリング検査においても他の作物に比べて基準値超過割合が高い（Nihei 2016）．セシウムは植物にとって非必須元素であるが，カリウムと化学的・生化学的な性質が似ているため，カリウムトランスポーターを介して「間違って」植物に吸収される（White and Broadley 2000, Zhu and Smolders 2000）． 大豆は，子実肥大期（R 2 期から R 5 期）にカリウム吸収量が最大となるが（Harper 1971），このカリウム要求性の著しい増加は，大豆では，栄養成長期と生殖成長期が長期間にわたり重複することと関連があると推察される．カリウムの吸収量の増加に伴って，放射性セシウムの吸収も増加する（農水省， 農研機構， 農環研 2015）．大豆子実のカリウム濃度および地上部における子実へのカリウムの分配率は，水稲に比べて著しく高い（Ishikawa et al. 2018，松波，私信）．水稲では子実のごく一部である胚（embryo）にカリウムを蓄積するのに対し，大豆では子実の大部分を占める子葉にカリウムを蓄積するが，放射性セシウムもカリウムと同様の分布を示す（Nihei et al. 2017）．水稲に比べて，大豆で放射性セシウムの移行係数が高いのは，吸収したカリウムを子実に多く蓄えることが一因と推察される（Nihei et al. 2017）．

2．大豆の放射性セシウム吸収危険度予測技術

Hirayama et al.（2015）は，開花期（R 3 ステージ）以降の地上部の放射性セシウム濃度と子実の放射性セシウム濃度との相関が高く， 収穫前に子実濃度の推定が可能であることを報告している． 水稲では，亜鉛置換体プルシアンブルーシート（ZnPB シート：zinc-substitutedPrussian blue sheet）を用いて，水稲が吸収しうる放射性セシウム量を評価する手法が開発され，水稲の生育初期（移植から約 2 週間後）に ZnPB シートを埋設するのが，玄米の放射性セシウム濃度を予測するのに最も適した時期であることが報告されている（Yoshikawa et al. 2019）．同様の試みは大豆でも行われており，水稲の場合と同様に，シートへの放射性セシウム吸着量から子実の放射性セシウム濃度を予測することが可能であることが示されている（井倉ら 2018）．

3．カリウムによる放射性セシウム移行低減技術

カリウムの施肥は，放射性セシウムの吸収を拮抗的に抑制する（Shaw and Bell 1991, Smolders et al. 1997）．事故後に国内で行われた各種試験から，水稲（Kato et al. 2015） だけでなく，そば（小林 2014；農水省， 農研機構， 農環研 2014；Kubo et al. 2015, 2017），野菜（小林ら 2014），および大豆（小林 2014；農水省，農研機構，農環研 2015）においても土壌中の交換性カリ含量を一定量以上に高めることで可食部中の放射性セシウム濃度を低減できることが明らかになった．このため，生産現場では，カリウムの追加的な施用が広く推奨されている．通常の大豆圃場では，作付け前の土壌の交換性カリ含量が 25 mg K2O/100 g 以上となるように高めた上で地域の施肥基準に応じた施肥を行うことが基本となっているが，これまでに子実の放射性セシウム濃度が 50 Bq/kg を超過した地域など放射性セシウム濃度の高い子実が生産されるおそれのある地域，また，避難指示解除等により，原発事故後，初めて作付けする圃場では，作付け前の土壌の交換性カリ含量 50 mg K2O/100 g 以上が推奨されている．なお，カリ増施は大豆子実の収量や品質に影響をあたえない（平山ら 2018）．生産現場では，原発事故直後から，農地除染やカリウム肥料の施用など放射性セシウム移行抑制対策が実施されてきた．これらの対策の徹底により，大豆において基準値を超過する割合は年々低下し，2015 年以降は，基準値超過は認められていない（農林水産省 2020）．一方で，カリウムの施肥が十分に行われず，土壌中の交換性カリ含量が低下すると，作物の根の近傍の土壌では，層間からカリウムが放出され，フレイド・エッジに固定されていた放射性セシウムが再放出される（Gommers et al. 2005, Thiry et al. 2005）． このため，子実の移行係数は，年度によらず交換性カリ含量が目標値以下になると急激に高まる（農研機構，福島県 2019）．大豆の移行係数は，放射性セシウムの土壌の粘土鉱物への固定と物理的減衰によって，経年に低下していくが，近年は下げ止まっている（農研機構，福島県 2019）．大豆は，水稲などに比べ移行係数が高いため，今後も水稲に比較して交換性カリ含量の管理を厳密に進める必要があろう．大豆では，放射性セシウムの吸収が増大する 7 月後半から 8 月上旬の開花期前後に，ZnPB シートへの放射性セシウム吸着量も増加する（井倉ら 2019）．大豆栽培において，放射性セシウム移行を更に低減するには，開花期前後に土壌中の交換性カリ含量を高めることが有効である可能性が示唆されている．

4．大豆子実の放射性セシウム濃度が高まる土壌要因

大豆やそばでは，水稲などと比べ移行係数が高いことに起因して，様々な問題が顕在化しやすい． 大豆では，2015 年以降は，基準値超過は認められていないが，放射性セシウム吸収抑制対策を実施しているにもかかわらず放射性セシウム濃度が高い大豆やそばが生産される場合がある（農水省， 農研機構， 農環研 2014；2015）．移行係数が比較的高くなりやすい地域の土壌特性を調査し，要因の解明や対策技術の確立を進める必要がある．土壌の粘土鉱物組成は，放射性セシウムやカリウムの固定や供給を通じて大豆の移行係数と密接に関連しているものと考えられる．Takeda et al.（2014）は，大豆の移行係数は，土壌の放射性セシウム捕捉ポテンシャル（RIP：Radiocesium Interception Potential）と負の相関があることを報告しているが，このことは，放射性セシウムの固定に係る土壌特性が，大豆における放射性セシウム吸収を決定する重要な要因の一つであることを示唆している．放射性セシウムやカリウムの固定のし易さは，土壌に含まれる粘土鉱物の種類や量によって異なり，放射性セシウムの土壌への固定が遅い圃場（平山ら 2018）や，基肥カリによる移行抑制対策を実施しても交換性カリ含量が高まりにくい圃場（Kubo et al. 2018）など，子実の放射性セシウム濃度が高まりやすい圃場が存在する．放射性セシウムは，特に 2:1 型層状ケイ酸塩鉱物のバーミキュライトやイライトに強く固定される．一方，ゼオライトでは，放射性セシウムは速やかに粘土鉱物に吸着されるが，吸着から固定への移行はゆっくりとしか進まない（Yamaguchi et al. 2019）．このため，ゼオライトが多い圃場では，除染後初めて作付してから数年間は子実の放射性セシウム濃度が高くなる可能性がある（平山ら 2018）．基肥カリによる移行抑制対策を実施しても交換性カリが高まりにくい要因の 1 つは，土壌に含まれるバーミキュライトに，施用したカリが固定されてしまうことである（Hamamoto et al. 2018）．このような圃場では移行抑制対策を播種時よりも 5 葉期に実施した方が効果的であった（農水省， 農研機構， 農環研 2015）．

おわりに

農地除染とカリウム施用による放射性セシウム吸収抑制対策の徹底により， 現在は，大豆やそばで基準値超過は認められていない．しかし， 除染によっても， 農地から全ての放射性物質を取り除くことは困難である． 137Csは，物理的半減期が約 30 年と長く，事故から 20 年後の 2031 年でも事故時に放出された 3 分の 1 が土壌に残存している．土壌の交換性カリ含量が，目標値を下回ると移行係数が増加するリスクが高まるため， 今後もカリウム施用による放射性セシウム吸収抑制対策を継続する必要があろう． 一方で， カリの追加的施用には莫大な費用と労力を要するため，可食部への放射性セシウムの移行を効率的に低減でき，かつカリ施肥量を減らす手法の開発が強く望まれている． 大豆の高い移行係数を支配する植物および土壌の要因・特性について，今後，更に理解を深めていく必要があろう．

謝辞

本報の成果の一部は，委託プロジェクト研究「農地等の放射性物質の除去・低減技術の開発」（2012 年度-2014 年度），「営農再開のための放射性物質対策技術の開発」（2015 年度-2017 年度），先端プロ「原発事故からの復興のための放射性物質対策に関する実証研究（福島県・農業分野）」（2018 年度- 2020 年度）の事業資金を活用して実施されたものである．

利益相反の有無

著者は，本論文に関して開示すべき利益相反はない．

引用文献
 
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