同位素示踪法评估福岛核事故放射性铯在典型日本柳杉林中的准平衡分布

本研究针对福岛核事故后森林生态系统中137Cs的长期归宿问题，通过同位素比值法（137Cs/133Cs）首次证实日本柳杉林在2020年达到放射性铯准平衡状态，揭示其生物量库存稳定在总生态系统的(3.1±1.7)%，为污染森林管理提供关键科学依据。

　　

2011年福岛核事故向环境释放了大量放射性物质，其中半衰期30.2年的¹³⁷Cs成为长期生态风险的主要来源。森林作为陆地生态系统的"海绵"，吸收了日本72%的陆地沉降放射性铯。然而，这些"核阴影"下的森林何时能达到稳定状态？放射性铯是否会持续富集在木材中威胁林业安全？这些问题直接关系到数百万公顷污染森林的未来命运。

日本福岛大学等机构的研究团队选择典型日本柳杉林为研究对象，创新性地采用稳定同位素¹³³Cs作为"天然示踪剂"，通过长达6年（2014-2020）的追踪研究，首次量化了¹³⁷Cs在9种生物量组分（包括心材、边材、树皮等）中的准平衡分布特征。研究发现，2020年时¹³⁷Cs/¹³³Cs浓度比达到3.6×10^-5，且与土壤交换态同位素比高度一致，标志着生态系统进入动态平衡阶段。更关键的是，放射性铯在生物量中的总库存稳定在生态系统总量的3%左右，这一发现为制定林业恢复政策提供了定量基准。该成果发表于《Journal of Environmental Radioactivity》，为全球核污染生态研究树立了新范式。

研究团队运用三项核心技术：同位素比值质谱法精准测定¹³⁷Cs/¹³³Cs浓度；交换态铯提取技术分析土壤有效态同位素；以及生物量分区采样法（将树木划分为年轻边材、老边材等9个功能组分）。样本来自福岛县川俣町40年树龄的柳杉林，该区域曾属于撤离区。

【实验站点与采样】
研究选取福岛核事故时40年树龄的柳杉林，通过分层采样获取树木各组分及5cm表层土壤。树干直径测量显示研究期间树木生长速率稳定，排除生长稀释效应对数据的影响。

【¹³⁷Cs/¹³³Cs浓度比动态】
2014-2016年数据显示初始沉降铯仍在迁移，而2020年所有生物量组分的¹³⁷Cs与¹³³Cs呈现强线性相关（R²>0.9），证实根吸收已成为铯输入主导途径。年轻边材的浓度比(4.3×10^-5)显著高于心材(2.1×10^-5)，揭示活细胞对铯的主动转运机制。

【结论】
研究首次证实：同位素比值法是预测放射性铯长期归宿的有效工具。柳杉林在事故9年后达到准平衡，其生物量库存占比远低于切尔诺贝利森林中⁹⁰Sr的50%库存量，这种差异源于铯在土壤中的强固定特性。该发现不仅为福岛森林管理提供科学依据，更开创了利用稳定同位素预测核污染生态行为的新方法。

【讨论】
值得注意的是，5cm土层中¹³⁷Cs/¹³³Cs比(2.52×10^-5)略低于生物量，暗示树木可能主要从更浅土层吸收铯。研究还发现钾(K)竞争效应对铯吸收的调控作用，这与前期关于交换态¹³⁷Cs/K比影响的研究相呼应。这些细节为完善森林放射性模型提供了关键参数。

这项研究的意义远超福岛地域——它建立的同位素示踪框架，可应用于全球任何经历核事故的森林生态系统。随着核能复兴背景下放射性风险管理需求增长，该成果将成为连接短期应急响应与长期生态恢复的重要科学桥梁。