Application of Rb-K substituted biotite to distinguish K supplying power from Cs retention ability on soil-to-plant transfer of radiocesium
| Project/Area Number |
21H02090
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
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| Research Institution | Kyoto Prefectural University |
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Principal Investigator |
中尾 淳 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (80624064)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢内 純太 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (00273491)
奥村 雅彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (20386600)
小暮 敏博 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (50282728)
和穎 朗太 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (80456748)
山口 瑛子 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (80850990)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
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| Keywords | 吸着選択性 / フレイドエッジサイト / 元素置換 / 放射性セシウム / 密度汎関数法 / 根圏風化 / X線回折分析 / 元素組換え雲母 / 分子シミュレーション / XAFS / TEM / XRD / STXM / EXAFS解析 |
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| Outline of Research at the Start |
層間イオンの種類や腐植による被覆率が異なる雲母系鉱物を実験的あるいは一部理論的に再現し，これらの組み合わせが雲母系鉱物のCs固定能およびK放出に与える影響を網羅的に解析する。さらに，実験的に調製した雲母系鉱物を対象に根圏栽培試験を行い，栽培後の植物中のCs増加量や土壌鉱物中の組成変化を調べるとともに，電子顕微鏡による鉱物中の微細構造の観察，理論計算による構造安定条件の探索等を行うことで放射性Csの植物移行リスクの背景となるメカニズムを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射性セシウム（Cs）の土壌-植物間移行を抑制するには，土壌固相が，１）高いCs選択的吸着能を持つことで固液分配比が高く保たれることと，２）高いカリウム（K）放出能を持つことで植物根圏の土壌溶液でのCs/K比が低く維持されること，の2点が重要である。
この2つの機能，すなわちCs吸着能とK放出能の両面において重要な役割を果たしているのが，雲母系鉱物（雲母）である。ただしこれまで，雲母が持つ2つの機能が放射性Csの土壌-植物間移行に及ぼす影響を分けて評価することが出来なかったため，本研究ではK-Rb元素置換処理によってK放出能を失活させた雲母を作製し，Cs吸着試験や根圏を模擬した栽培試験を行うことで，雲母の放射性Cs動態制御機能の包括的な理解を目指した。
まず，層間収縮層（d001 = 1.0 nm）の層間イオンがKもしくはRbである風化白雲母モデルを構築し，密度汎関数法による半膨潤層間（d001 = 1.0~1.4 nm）でのCsとKまたはCsとRbのイオン交換反応のエネルギー評価を行ったところ，収縮層のイオン種によらずd001 = 1.15 nm程度の膨潤状態において最もCsが安定化する一方で，同じ膨潤状態であればRb型の方がCsの安定性が大きく低下することが確かめられた。この傾向は化学的にKとRb元素置換を施した風化黒雲母を用いた放射性Cs吸着試験でも同様であった。
この結果を踏まえると，Rb型の風化黒雲母に吸着したCsの方が植物に移行しやすい可能性が想定された。そこで， Rhizotestと呼ばれる根圏栽培システムを用いて5 wt%のRb型またはK型の風化黒雲母を混入させた黒ボク土を培地としてライグラスの栽培を行ったところ，想定とは逆にK型の風化黒雲母の方が吸着Csの移行係数が大きい結果となった。おそらく植物によるK吸収圧が高い根圏では，収縮層のKの層間からの溶出が促進されるため，Csを安定化させる構造自体が維持されにくいことが想定された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(26 results)
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[Journal Article] Effectiveness of non-exchangeable potassium quantified by mild tetrapheny boron extraction in estimating radiocesium transfer to soybean in Fukushima.2022
Author(s)
Wakabayashi, S., Eguchi, T., Nakao, A., Azuma, K., Fujimura, S., Kubo, K., Saito, M., Matsunami, H., Yanai, J.
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Journal Title
Science of The Total Environment
Volume: 820
Pages: 153119-153119
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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