0 0 5 水園生態系のモデル実験

(1)

Vo 1 974)

￨資料

0 0 5 水園生態系のモデル実験

本田嘉秀ペ木村雄一郎 * l 1 1 0 d e l E x p e r i m e n t s o n A q u a t i c E c o s y s t e m s

Yoshihide HONDA， Yuichiro KIMURA

(Received September 2， 1974)

1 はじめに

近時，環境問題への関心のたかまりとともに生態学に関する認識が深まってきたが，一方，原子力産業の発展にともなう放射性物質による環境汚染の問題についても放射生態学的研究の必要性，重要性がますます増大してきた。放射生態学の内容1)は互に密接に関連しているが，アプローチのやや異なる2つの問題，すなわち (1)環境における放射線の生物(個体，集団さらに生態系列に対する影響の問題， (2)環境における放射性物質の運命，あるいは循環，分布に関する問題に大別される。そして，これらは放射線あるいは放射性物質が環境要因の1っとして，生物との相互作用に大きくかかわりあっている点で生態学の命題に包含されるものと思われる。本報においては，このような放射生態学的課題のうち，主として水園生態系における放射性物質の循環，分布に関する研究のためのモデル実験について，関連事項の考察とともに文献を紹介す

る。

2.

食物連鎖

水闘における物質の循環は複雑な物理的，化学的ならびに生物学的過程を経て行なわれるが，生態系における放射性物質に着目する場合，水を通じての直接の

移行とともに生物のいろいろな栄養レベ、ルを通じて，

すなわち食物連鎖により移行し，またヒ卜にも還元される。食物連鎖は一般に生産者と消費者，あるいは餌料生物と捕食生物に大別され，捕食生物はさらにその食性により分類されるが，餌料生物種がただ一種のみであるような捕食生物はほとんどなく，いろいろな生態学的要因によって複雑な様相をしめす。乙のような食物連鎖を通じての放射性物質の循環と分布に関して，生物の栄養レベルを概念的に規定することはその単純化のために真実性に疑問ももたれるが，消化管の内容物の検査によって生態系における生物聞の栄養関係を明らかにする乙とは可能であり，栄主主レベルの概念が有用である乙とが認められている3)。従って食物連鎖のいろいろな栄養レベルにある生物による放射性物質の摂取，蓄積ならびに排出，残留などに関する知見は環境における放射性物質の循環，分布を明らかにするうえにおいて重要である。

3.

野外研究と実験室的研究

4)

環境における放射性物質の循環，分布に関する現在の知識の大部分は世界的規模の放射性降下物についての広汎な分析にもとづくとともに，原子力施設からの放射性廃棄物が処分される地域で，野外研究に十分な

*理工学部原子炉工学科

ウiつω

(2)

放射能レベ、ルのある比較的限られた区域での調査研究に負うところが大きい。従って環境の放射能汚染を正しく評価し，また予測するためには，さらにこれらの野外研究を充実，発展させていくことが最も望ましいことであるが，今後の野外研究の実施には多くの制約がともなうのが実情であり，とくにわが国においては一層困難となると思われる。一方，研究室において放射生態学的実験を行なう第一の目的は野外研究では決める乙とが難しいようなパラメータを評価，算定する乙とである。従って乙れらの実験はその結果が野外状況にまで外挿できるように可能な限り自然の状況と同

じである乙とが望ましい。

4.

実験モデル生態系

研究室内の放射生態学的実験は一般に既知の生態学

近畿大学原子力研究所年報的パラメータを単純化して，制御できる条件ゼ行『なわれるが，一方，放射性物質の循環，分布に有意な役割を果す未知の制御できない多数のパラメータの存在が考えられる。従って実験は野外条件を模して計画されてもその条件には限りがあり，また実験条件が最高であっても自然環境の動的複雑性を模擬する乙とは難しい。しかしながら，このような動的複雑性も含めて実験条件を自然条件に一歩でも近づけるための方法としてモデノレ生態系があげ、られる。それは生態系の構成2)

とともに食物連鎖も含めて構成要素の聞に放射性物質の循環が認められるような単位である。実験モデル生態系はその目的に応じて，いろいろなサイズのものが考えられるが，主要な技術的問題は実験目的，条件に適合する食物連鎖をどのように選択するかということである。また放射生態学，とくに海洋放射生態学の実

Experimental arrangement

Table 1. Freshwater aquarium ecosystem

︑ ︑

Jノ

門b

rr

t︑ ︑

r o h

4﹄LWU A

Remarks p n e s e

u

vi e

pすよe R

Container (s)

~，・・・〔・・唱・

Components

(3)

l. 1.

験計画にあたって，それらの実験から得られるデータあるいは結論を有用K比較検討しうるための6項目からなる一般的勧告引が国際原子力機関のセミナーでの討議を経て出されているが，それらはこの分野での実験的研究の基本要件であると，思われる。以下にモデル生態系における実験をそのデザインを中心に紹介す

る。

Teble. 1は淡水系の水槽生態系についてしめしたものである。これらはその規模および含まれる生物種はいろいろであるが， Wilhm8)および Harrison12) の実験を除いて，いづれも水相に放射性核種を1回添加したものである。また， Harrison12)の実験では溶

出カラムを通じて水が循環しているが，その他の実験では水の流動は酸素供給のための通気，あるいは炉過装置によっている。実験期間は17r‑.J 50日となっていて，やや短い傾向にあるので，、放射性核種によっては同位体平衡が十分でない恐れがあり，その点を考慮すべきである。

Table.2は淡水系のpondecosystemであるが，

いづれも戸外に設けられていて，自然条件にかなり近い条件設定であると思われる。 Hannerz14)の実験では天然湖の水をそのまま連続的に導入し，乙れに放射性核種 (65Zn)を漸次添加している。

Author(s) ExperiU1ental arrangement

Table 2. Pond ecosystem

Components

l ……山

^Omnivorous^，^Herbivo‑

^I

¹Over 2f"""\_~~u，: ³⁷^r 00 davs rous animals， Sl伽 1er‑￨Outdoors.J ged seed plants，

Emergent seed plants， Green‑algae， Net plank‑I tons， Botfom nud， Pond I water.

Fish， Fry， Snails. I 657判

Chironomid larvae， I Outdoors， Microfauna， Microflora

，

1

I Continuous flow. Water plants， Gravel. I

I Lake water.

Container(s)

唱de ︑. A

内4

・刊

μn

41_ム市

A

‑R

U

eウt

d 6

r' cd

nn oo C P

噌EEA

' a

nt

ω

e

e'

唱EA︑IJd二8

2 (

拓eパU

P R C

Hannerz， L，

(1966) Polyethylene sheet line‑d. 25 x 10 x 1. 2 m.

Remarks 戸しムγ e n e e s

V

内 + ム

︑

lノe

円 ︒

R 1

14)

Table 3. River ecosystem

︑3

︐ ノ

s fl

o r ︑ ︑

守

n

+

A u し

Remarks #i e n e e s

e r?ムe R

Container(s) Components Parker， F. L.， Large‑scale model River water.

dfMlyoeetw，h (ycEhlesantruea acbrtilenuree i sti」

15) et al. (1961) r~ver ， 230m. long，

40m. wide (at

widest d point)， cs). Covered area

2790m2， GIoayl na，E.F.， Metal research

APBhoqytuttaooptm1 clrooted plants ， S邸R1CShroL，d 国Co，句1BZ34n，C〔3s6， 16) et

60fWl1 u1d6mm 1eeml( (o2mndpogedae，p reOtls7nL6vm er，〉

anktons， I 85Sr， 106Ru，

17) (1966， '71) sediment， I Rhodarrtine

Reservoir water， hr111)t ，21‑35days， Tap water.

i

Outdoors.

…

ulPlasticmodel F1Sh，lfAlsqhu，at1Clnsects， lEOPZnCg，応，rB aLPnabI，，C Cd，As，Cu， 18) (1973) I river， 13 m. long. Shellfish， Sludgeworms，

ADelgcaeh ，Gravel， pesticides， lorinated tap

water， (non‑radioactive ). Table. 3は河川生態系についてしめしたものであ

るが，大規模な縮尺模型からプラスチック製の比較的簡単な小規模のものまである。 parkerら15)の河口を含む縮尺河川モデルの実験では，汚染物質の濃度の減少は拡散と分散のみによるもので生物学的機構による

ものは含まれていないので，生態系とはいえないかも知れないが，潮位の変化も起し得るようになっていて，現地(フィラデノレフィア近くのデラウエア河口) の水路学的特長をできる限り再現している点に特長がある。 Gloynaら16)17)および喜多村;18)の実験は縮尺

‑ 29‑

(4)

モデルを使っていないが，モヂノレ河川生態系における汚染物質の生物群による摂取，蓄積および移行に関する実験的研究であり，とくに Gloynaら17)の実験では放射性核種を連続放出する機構とともに流速や酸素張力などいろいろな環境要因が可変制御できるような機構が設備されたかなり大がかりな施設となっている。

近畿大学原子力研究所年報射性核種を使用した二重標識法で土壌と潅減水の相対的役割を検討したものである。筆者ら21)の実験ではイネ苗の他にドジョウ，【タニシ，ミミズなど日本の水田でよくみられる動物種を同時に飼育した。

Table. 5にしめした Yoshiiら22)の実験は汽水生態系に関するもので，汽水湖における微小生物の食物連鎖を扱っている。

Table. 4は水田生態系に関するものであるが， Table. 6は海水系の水槽生態系についてしめしたものであるが，.Ancellirtち23)の実験ばフランスのあ Myttenaereち19)20)の実験は同一元素の異なった放

Table 4.. Rice field ecosystem Experimental arrangement

Author(s) Remarks References

Container(s) Components Myttenaere， 7 containers， Rice seedlings， Rice

BD51wf83w7CdoeC/uaketoswb( e(slSr，Owe GLaI tIlrtrrLe出eaHercCEn6Le0s arCh{1stoS 5， 1o00

ー

un1s21e )D ， 19) C. ，et al. O. 7 x 1. 0 x O. 25 m. soi ，l Lake water

20)。

(1969) irrigation.

Honda. Y.， Aquarium， 40，e . Fish， Mud snails， 21) et al. (1973) Eatthworms， Rice 62I0l1 CModI， anyins ，23土20C

seedlin0g1s] ，sandy soil， ation (20 W.

Reservoir water. daylight 1amp).

Table 5. Brackish water ecosystem Experimenta l'arrangement

Author(s) Remarks

Container(s) Components

Yoshv， iBeaker，lr ￨GreMsh gl札akMeml￨山 d fission

I

22) et al. (1956) Bracki e water.p1e0ar6Rortduhu， hce1t3ls7f ，C 957JrR， 90Sr，

s， Kare earth elements).

12 days， 20oC.

Table 6. Marine aquarium ecosystem

Expetimental arrangement

ト

^eferences

Author(s) Remarks

Container(s) Components

Ancellm，6J 6，i￨AquaT111m，4D‑702￨￨1F1Sh，Molluscs， 1￨￨26152EZDn，mda山ycsR， u，144Ce，

I

23) et al. (1966)

I I

Coelenterates，

CSpruOIsHtacea，A Annelidans， d ges， Algae， S Sea water.

HF. arrison， lAquarium，402

l1￨￨mshhbsh田eIS911d1(5ω82lZoe1emW‑BabTAan，‑cgHhs，。114Ne0)9C，d 8Lb1A2a24fu5，5r， o町bdM，maIC1y3ed1sIj r ，， i12) L. (1973) Leachini×g l column， Clawmast， Synthetic

15 cm.

o

x 160 cm. seawater.

Cross，F A.，l￨2FD1bOoerglass tankr ， Mixed planktonic and G5Zn， Stable Zn， 24) ef al. (1971) benthic algae， 9 months before

Filtered seawater addition of 65Zn， (30児0・Salinity) ，12 months after

addition of 65Zn. 20主40C.

(5)

l.

る地方の沿岸域の生物相を考慮して生態系を組立ててル生態系を構成したものであるが， Table. 7 Iこしめおり，水槽は大型ではないが， Iかなり長期間 (200日) した河口沿岸域の生態系に関する Duke6²5).26)の実の実験を行なっている。 Barrison12)の実験はTable 験は自然の河口沿岸域に人工的に実験池を造成したも 1にしめした溶出を海水について行なったものであので，閉鎖系のものと，パイプによって外部に通じ，

る。 Crossら24)の実験はやや大型の水槽で，長期間に湖の干満がそのまま出現する半開放系ともいうべきもわたり生態系を維持して，同位体平衡の達成を考慮しのの両者がある。しかし一方，これらはモデル生態系

ているの実験というよりはむしろ区画された野外実験と称し

以上の海水生態系に関する実験は全く人工的にモデた方がよいかも知れない。

Table 7. Estuarine pond ecosystem

Author

同￨

References Remarks

ContaiIier(s) Components Duke， T. W.，

Pond I43(c2losed〕 FSOsceIySaashHwt，eoerSpesnsd，，as，iClMslBaa，romCstths ro， am gbrsa，

P2651B5

∞

³âô^Zâ^lⁿ^lⁿ⁸^m^l^，^d^d^‑ⁿâ¹¹³^S^y^t^t^yÊ²^y^t^sâ^，²^r²^b⁴²¹^l^P^C⁷ê⁹⁰^‑^，^‑ô^‑ⁿ^Z²³^dⁿ³⁹⁴⁶⁰^，Î^C⁸¹出

Z o 。

25) ef a1. (1966) Water 43.2m³

PeLtosootunwa dan urEay d〉def1Wc07o191na1m1tnneseR

r

cted SS，

Seaweeds，

￨

田

_wate^diments_r_. ^.Estua^， ^I^"^I^ne

D(1u9k67e) ，T.mf. Cone re18te0‑0wI2a2 l led Fisahll ，Snails，Crabs，

い

¹¹⁽⁷^zÊÔⁿ²^d^，⁸â^。^s^y^C^t^sâ^.^，^b

^日

²⁶⁾

pWonatd

er Scallops， Clams， O M yasI ters.

Low tide 78m³ rsh gSreadsis， m High tide 178 m³ Bottom Sediments，

EstuaI"Ine water.

以上，モデル生態系におけるいろいろな実験的研究について紹介したが，一般にモデノレ実験と野外研究は車の両輪のような関係であるという考え方とともに，

他方この両者は違いすぎて相補的に適用できるものではないという指摘もある。しかし，いづれにしても，

モデル生態系における研究の成果を正しく評価し，今後ますます重要性が増大する環境放射能問題への有用なアプローチとして発展することを期待するものである。

5 . まとめ

水園生態系における放射生態学的研究， .とくに放射性物質の循環，分布lζ関する実験的研究の分野におけるモデル生態系に関して，考察するとともに文献を紹介した。

本報の概要は1974年2月23日に，放射線医学総合研究所(千葉市)で行なわれた環境放射能研究会主催のー放射生態学におけるモデルの問題ミに関するシンポジウムで発表した。

謝辞:IAEAのパネルに関する文献を御教示いただいた東京大学農学部水産学科，清水誠博士に謝意を表します。

参考文献

1) Odum， E. P.， Fundamentals of Ecology， 2 nd Editidn， Ch. 14， Radiation 'Ecology， 452， W. B. Saunders Co.， London， (1969) 2) Odum， E. ，P.， ibid.， Ch. 2， Principles and

concepts pertaining to the ecosystem and biogeochemical cycles， 10 (1969)

3) Cross， F. A.， Renfro， W. C. and Gilat， E.， IAEA Panel on reference methods for marine biological studies (1972) 4) Pate ，lB.， ibid. (1972)

5) Renfro， W. C. and Fowler， S. W.， General recommendation for designing maI"Ine radioecological experiments， Health Phys.， 24， 572‑573 (1973)

6) Whittaker， R. H.， Removal of radiophos‑

phorus contamination from the water in an aquarium community， AEC Document HW‑28636(1953)， cited from Fundamentals of Ecology， 2nd Edition (1969) by Odum， E. P.

7) Story， A.日.and Gloyna， E， F.， Radioac‑

tivity transport in water， Environmental

‑ 31‑

(6)

behavior of nitrosylruthenium^，ORO‑620 (1963)

8) Wilhm， J. L.， Transfer of radioisotopes between detritus and benthic macroinver‑

tebrates in laboratory microecosystems， Hea1th Phys.， 18， 277‑284 (1970)

9) Youse ，fY. A. and Gloyna， E. F.， Radio‑

activity transport in water， Summary Report， EHE‑70‑05， CRWR‑53， ORO‑20 (1970)

10) Metcalf， R， L.， Sangha， G. K. and Kapoor， 1. P.， Model ecosystem for the evaluation of pesticides biodegradability and ecological magnification， Environmenta1 Science and Techno1ogy， 6，709ー713(1971) 11)本田嘉秀，古賀妙子，森111日弥重，佐藤安生，北脇

重富，西脇安，淡水生物による放射性ノレテニウムの摂取ならびに排出， Radioisotopes， 20， 376‑

382 (1971)

12) Harrison， F. L.， Avai1abi1ity to aquatic anima1s of short‑lived radionuclides from a plowshare cratering event， Health Phys. ， 24， 331‑343 (1973)

13) Pend1eton， R. C. and Hanson， W. C.， Absorption of 137Cs by components of an aquatic community， Proc. of the 2nd Intern. Conf. on Peacefu1 Uses of Atomic Energy， 18，419‑422 (1958)

14) Hannerz， L. ， Accumu1ation， retention and elimination of 652n in freshwater

organisms studied in pond. experiments， Proc. of the 1st Intern. Cong. of Radiation Protection， 1. 417 (1966)

15) Parker， F. L.， Schmidt， G. D.， Cottrell， W. B. and Mann， L. A.， Dispersion of radiocontaminants in an estuarv， Health Phys.， 6， 66‑85 (1961)

16) Gloyna，E. F.， Bhagat， S.K.， Youse ，fY. A.

and Shih， C.， Transport of radionuclides in a model river， Disposal of Radioactive Wastes into Seas， Oceans and Surface Waters， IAEA.， Vienna， 11‑32 (1966) 17) Gloyna， E. F.， Youse ，fY. A. and .Padden，

T. J.， Radioactivity transport in water， Continuous re1ease of radionuclides in a

近畿大学原子力研究所年報 small sca1e ecosystem， EHE‑71‑1， CRWR‑75， ORO‑21 (1971)

18)苔多村次，諸種の重金属と有機塩素剤の魚類への濃縮，第6回水質汚濁研究に関するシンポジウム講演集， 1 ‑17 (1973)

19) Myttenaere， C.， Bourdeau， P. and BitteL R.， Re1ative importance of water and soi1 in the indirect radiocesium and radio‑ cobalt contamination of irrigated rice fields， Environmental Contamination by Radioactive Materials， IAEA， Vienna， 175‑182 (1969) (in French)

20) Myttenaere， C. ， Bourdeau， P. and Masset， M. ，Re1ative importance of soi1 and water in the indirect con'tamination of f100ded rice with radiocesium， Health Phys.， 16， 701^ー707(1969)

21) Honda， Y.， Koga， T. and Muraoka， T.， Behavior of 60CO in a non‑flowing small scall scale rice fie1d ecosystem， J. Radiat. Res.， 14， 209‑218 (1973)

22) Yoshii， G.， Wata】:1e，N. and Okada， Y.， Bio1ogical decontamination of fission products， Scienee， 124， 320‑321 (1956) 23) Ancellin， J. and Vilquium， A.， Experimen‑

ta1 contamination of marine species with 144Ce， 106Ru and 652n， Disposa1 of Radio‑

'active Wastes into Seas， Oceans and Surface Waters， IAEA， Vienna， 583‑603 (1966) (in French)

24) Cross， F. A.， Willis， J. N. and Baptist， J. P. ， Distribution of radioactive and stab1e zinc in an experimenfal marine ecosystem， ]. Fish. Res， Bd， Canada， 28， 1783‑1788 (1971)

25) Duke， T. W.， Willis， ]. N. andPrice， T.].， Cycling of trace e1ements in the estuarine environment， (1) Movement and

distribution of 652n and stable 2n in experimental ponds， Chesapeake Science， 7，1‑10 (1966)

26) Duke， T. ¥!可.， Possible routes of 652n from an experimenta1 esturarine environment to man， ]. Watcr Pollut. Contr. Fed.， 39， 536‑542 (1967)

‑ 32‑

0 0 5 水 園 生 態 系 の モ デ ル 実 験

￨ 資 料