研究和评论:植物科学杂雷竞技苹果下载志》上
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ISSN: 2320 - 0189
+ 1-845-458-6882植物分子生物学、环境科学实验室、中央研究院的电力行业(CRIEPI),日本
收到日期:24/05/2016;接受日期:14/10/2016;发表日期:18/10/2016
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放射性铯的浓度(137年Cs)主要来源于2011年3月福岛核事故是衡量litterfall四大叶树(李属x Yedoensis简历。Somei-Yoshino,樟树,宏碁buergerianum,七叶树属hippocastanum)典型的减少是否会发生在落叶的生物基本模拟,钾(K)。抽样进行每两到四个星期在2011年至2014年之间,使用一个陷阱,防止接触地面。雷竞技网页版结果表明,浓度的137年Cs基本上下降随着时间的推移,在每一个落叶的季节,虽然可以看到一个小错乱。另一方面,K的浓度在litterfall (Somei-Yoshino除外)一次中期增加,然后降低。因此,尽管K浓度在去年不到litterfall收集,收集本赛季早些时候,K和季节性变化137年Cs不同步Somei-Yoshino除外。可能是一个未知的物种特异性K regulationbased时间间隔和/或不规则可能会影响之间的同步137年Cs和K运输,尽管季节性下降137年Cs浓度通常发生的一部分生理对K的需求。
放射性铯、钾、福岛,树,易位
树可以根据他们的叶子寿命分为两类:落叶和常绿。叶寿命是一个适应性和/进化策略,使物种生存在各种不同的环境。当面对干旱或冷压力,例如,落叶物种摆脱了叶子的不利影响降到最低。相比之下,通过保留它们的叶子更先进的宽容与压力,常绿物种花费更少能源在开发新的叶子。不过,所有的树木最终摆脱了叶子。这是一个必要的和建设性的一步在树的生命周期,这是衰老的部分,通过更新所需的优化空间布置的叶子,和作为竞争措施对邻近的个人1]。之前脱落树叶,树木通常把从衰老叶子树体养分循环(2,3]。众所周知,易位效率(=吸收效率;一个特定元素浓度在绿色叶片部分(一)-在litterfall [B]除以[a])是依赖于类型的元素和树种。相比,在这方面,吸收效率的九个基本要素(氮、磷、钾、年代、镁、钙、铜、铁、锰)在四个树种(桦木、火山灰、橡木和石灰)生长在相同的土壤和在相同气候条件(4]。本研究的调查结果是:吸收效率最高的桦树N(70%以上),而最低的是钙和镁(< 5%);酸橙树吸收效率P和K高出10%到20%物种,而灰树有15%到40%的低效率比其他物种N和S。除了这些基本元素和树种差异,某些其他因素,如土壤肥力、叶片养分状况、年降水量,衰老的时间跨度,已报告和夏季温度,影响营养吸收(5,6]。
不必要的元素也积累/回收在树上在特定的比率。这些不必要的元素可以输入树顺便通过相同的吸收/易位系统基本要素(7]。例如,Cd从土壤中很容易转移到任何树的一部分通过各种途径吸收的铁2 +、锌2 +和其他重要的阳离子。因此,吸收/易位的不必要的元素可能是依赖于土壤条件,特别是在与大量的相关的基本要素,和树种。换句话说,只要考虑不必要的元素,有必要知道的状态相关的基本要素。在这方面,尽管到目前为止Cd和二价金属离子之间的关系特别好记录从生态到分子水平,仍有有限的知识关系的其他不必要的元素(7]。对这样的偶然的吸收/易位,有害元素的状态,如Cd、Hg,,,和Pb,为我们的生活和森林生态系统尤其重要,因为他们的可能的不利影响和/或污染的频率(8,9]。
除了这些传统元素的影响,已经有越来越多的担忧后,放射性核素在森林里的命运事故2011年3月福岛第一核电站(10]。放射性铯(134年Cs和137年Cs)污染的特别关注,因为这些放射性核素的物理半衰期相对较长(超过2和30 y,分别)及其丰度在福岛的影响(11]。此外,森林是已知放射性核素的有效拦截器与其他土地利用区域(12,13]。然而,除了这些燕国的居民区,森林不幸的是被排除在政府净化计划经济原因(10]。因为c是一个不必要的元素,当评估放射性铯的命运在森林中,有必要考虑其与基本要素之间的关系。生物模拟Cs, K的新陈代谢在树上最密切相关的Cs (14]。因此,足够的K施肥可以减少放射性铯积累在树上,而K缺乏可能增加积累(15]。在森林生态系统、森林土壤基本上倾向于K缺乏,尽管K水平不同季节和/或个人(16]。这可能强调K回收的重要性,这将影响放射性铯的状态。确实,我们已经证明了一个强大的放射性铯和K之间的相关性和可能同步吸收在日本樱花叶子衰老(17]。相比之下,litterfall柳杉显示小相关性放射性铯和K(俊井等,尽管严格的相关性可以看到在age-classified绿叶18]。这可能反映了柳杉的延长叶片寿命及相关生理、因此,环境中放射性铯的命运很大程度上取决于每个树种的叶生态。进一步的理解这种关系(例如,在物种特异性和环境条件)的影响不仅是重要的展示积累和循环的森林生态系统中的一个特定元素从生态的角度来看,但也是不可或缺的评估潜在的对人体健康的影响,并建立对策。本文演示了这样一个试验的结果说明物种特定关系在某些树种(即K和放射性铯。、樱花、樟树、七叶树、三角枫)在叶片衰老。这些树在日本流行的宽叶木本物种。马栗树、樱花、三角枫落叶但樟脑是一种绿色。其中比较研究,和以前的结果从樱花和柳杉应该提供我们一个很好的识别放射性铯的命运在树上的18,19]。
树种和取样
抽样目标是四大叶子树,伍迪的一些最受欢迎的观赏植物物种在日本(李属x yedoensis简历。Somei-Yoshino(樱花),樟树(樟脑),七叶树属hippocastanum(马栗树),宏碁buergerianum[三角枫])。这些树站在单独或作为一个柱廊的一部分,长在裸露的地面在Abiko我们实验室,千叶(环境科学实验室,CRIEPI;(17,19,20.)(图1)。Abiko温和的季风气候(2011年和2014年的平均年降雨量和年度总日常温度分别为1419.8 mm和14.4°C,分别;日本气象厅,http://www.jma.go.jp/jma/menu/report.html)。基底土壤类型是苍白安藤土壤覆盖着一层有机层(21]。Litterfall,包括主要的落叶,取样5 2011年9月至2014年4月28日(图2)。值得注意的是一些数据的樱花。,2011年和2012年)获得了(19]。基本上,四到八树苗进行在每个落叶季节(每隔两周),有时虽然间隔延长到三个月,根据样本体积。独立样本收集至少两到五站和独立测量放射性铯的浓度和钾,如下所示。两个箱式陷阱(每个1×1×1米3)被随机设置为每个站之前收集litterfall垃圾可以接触地面,和litterfall收集两个陷阱同时从同一个站混合在一起,作为一个样本(雷竞技网页版表1)。每个样本在烤箱干超过3天在65°C,称重,然后放在烤箱,直到进一步的分析。
图1:概要描述了实验研究的站点a位置网站相对于福岛核电站;b分布目标站在研究的网站。
图2:在2011年和2014年之间Abiko气象数据。年度的月平均气温的变化和月度综合455年降水Abiko表示观察期间的2011年到2014年。
| 观察到的物种 | 的数量 观察站(A)* 1 (垃圾陷阱) |
总采样时间 每年落叶的季节(B)* 2 |
总样本 每一个物种 Ʃ(A)×(B)* 3 |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2011年 | 2012年 | 2013年 | 2014年 | |||
|
5 (10) | 5 | 6 | 5 | - - - - - - | 80年 |
|
2 (4) | - - - - - - | 6 | 8 | - - - - - - | 28 |
|
3 (6) | - - - - - - | 4 | 6 | - - - - - - | 30. |
|
3 (6) | - - - - - - | 6 | 6 | - - - - - - | 36 |
1。数量的观察站(A)基本上是等于复制(n)的数量为每个平均数据在以下数据。两箱式陷阱被设置为每个站收集litterfall,和litterfall收集两个陷阱同时从同一个站混合在一起,当作sample.2之一。总抽样次落叶季节每个站(B)所示。值得注意的是樟脑的落叶季节延长了一年,因此,数字是表示从2012年到2013年或2013年和2014年,respectively.3。总样本每个物种所示每个(A) (B)。
表1:观察到的植物物种的列表。
分析
每个样本重量、均质和装在容器(U-8容器,56毫米直径×68毫米高度,Asone有限公司,大阪,日本)放射性测量(22]。ORTEC Ge-semiconductor探测器(gem20 - 70,橡树岭,TN: 50000年代的检测极限约0.001 Bq g-DW-1),加上一个覆盖物通道分析仪(MCA7600、精工EG&G、东京、日本),被用来评估137年Cs活动样本。对样品的放射性铯与3600年代中无法测量,另一个30000年代进行了测量。放射性铯活动是四舍五入到十位数或更少的物理衰变修正后之日起承担后果(23]。核素分析后,每个干样本的0.5 g整除wet-ashed HNO的解决方案3和H2O2两个晚上在110°C和1 N盐酸溶解在15毫升。元素浓度测定用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES;最适条件5300 dv,优秀的,沃尔瑟姆,MA) (K)纳米波长的766.490。比较每个质量差异的数据,两因素方差分析,Dunnett的多重比较检验,执行和线性回归分析与Microsoft Excel的附加软件包,Excel-statistics(版本。7.0;社会调查研究信息有限公司,日本东京)和/或起源(版本。8.1 j SR3;美国马OriginLab有限公司)。此外,测试集之间的平等的斜坡和拦截两个线性回归进行评估的重要性的差异之间的相关性137年Cs和K浓度(24]。
秋天的Litterfall放射性铯活动的变化
方差分析的结果表明,同比变化的影响(即。,2011年,2012年/2012−13 and 2013/2013-2014 defoliation seasons) was significant (p ≤ 0.001;表2)137年Cs含量litterfall,尽管植物物种的影响,这些因素的结合并不显著(p≥0.05;(表2)。虽然这些结果是基于litterfall样本,有趣的是,这些与以前的报告137年在今年绿叶(即Cs浓度。,叶子still living on tree) between 2012 and 2013 in some broad-leaf tree species [17]。另一方面,一般在福岛核事故的研究指出,常绿物种的放射性铯浓度高于在落叶树种的年增长率降低的早期阶段(即放射性尘降物。,通常在两年)比落叶树种更大的常绿物种(20.,25- - - - - -28]。这些通常解释为不同树木的生态特征;特别是,无论他们的树叶是扩大的影响和直接收到放射性铯沉积。在这方面,樟树叶子广阔但是一种常绿物种,和叶通常生长周期一年以上(29日]。因此,与其他常绿物种,樟树的litterfall似乎已经间隔外的直接沉积的影响,如图所示在普通落叶种类至少在2012 - 2013年的落叶的季节。
| 植物物种(A) | 落叶的季节(B) | (一)×(B) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 《外交政策》 | 《外交政策》 | 《外交政策》 | ||||
| 137 c浓度 | 0.16 | 0.92 | 19.3 | ≤0.001 | 1.13 | 0.34 |
| K浓度 | 11.8 | ≤0.001 | 3.00 | 0.05 | 1.80 | 0.15 |
个别样品浓度数据在2011年和2013年之间落叶季节(174)被用于计算。结果表明,采样季节产生了非常重要的影响K浓度和植物物种对K浓度也产生了非常重要的作用,尽管组合效果不显著的浓度
表2:两因素方差分析来确定植物物种的影响和落叶的季节137年在litterfalls Cs和K浓度。
的137年Cs浓度基本上litterfall展出时间降低每一个观察到的物种(图3)。事实上,减少浓度从开始到结束的每一个落叶的季节是250 - 530 Bq kg-DW-1, 190 - 650 Bq kg-DW-1, 350−1270 Bq kg-DW-1,和90 - 680 Bq kg-DW-1樱花,樟树,七叶树,和三角枫。特别是,减少樱花是很有意义的在每一个观察季节从2011年到2013年(图3一)。因此,先前报道的秋天的减少137年Cs浓度樱桃litterfall显然是确定以下季节和扩大的物种数量(17]。值得注意的是下降的持续时间延长,时机倾斜在常绿樟脑树比其他的观察到的物种,虽然137年Cs浓度降低每到落叶季节结束时(图3 b)。这种差异可能反映了樟树的叶子寿命和落叶时机。然而,在另一个常绿物种,柳杉没有特定的季节性下降137年Cs浓度litterfall [18]。有可能延长叶片寿命的其他常绿物种比樟树相关非特异性季节性litterfall下降(图3 c)。否则,这可能是相关的形态学和/或生理锥形和阔叶物种之间的区别。另一方面,这种可能性不能判定采样(即起始时间晚。,late September) in 2012 could have induced apparent insignificance for the decrease in every species except Flowering cherry. In addition, a few irregular changes in the137年Cs浓度观察在落叶的季节,尤其是在三角枫(图3 d)。一些独立于树的生理因素,如意外的高放射性铯包含组织(例如,树皮)的样本,或放射性铯的严格固定在特定的组织,可能会与不规则变化。否则,可能生理相关订单的时间错乱现象。然而,它是可能的,季节性的下降137年Cs浓度litterfall将是一个普遍现象,至少在观察到的树种。如果季节性下降137年Cs litterfall浓度可能会被认为是生理问题,应该与其他元素,共享机制是植物生长所必需的,像生物Cs的类似物。像这样的一个季节变化的可能机制137年Cs浓度、K浓度的变化将在下一节中讨论。
图3:转换的放射性铯浓度litterfall四阔叶林树种。137 cs活动浓度的均值和标准差(kBq kg-DW-1)在个别样本(n = 2 - 5,表1)采样季节:所示,樱花;B,樟脑树;C、七叶树;和D,三角枫。The137Cs活动集中显示日期的调整后沉积(2011年3月21日)。水平轴表示假定沉积后的运行时间(天),最初的上层空间中相应的月。星号的标准差显示显著差异(p≤0.05)之间的数据的第一个抽样在每一个落叶的季节,后来的使用Dunnett的多重比较测试。樟树不提供数据统计分析,因为复制是不够的。樱花的数据从2011年和2012年获得了俊井等。
秋天的Litterfall中钾浓度的变化
方差分析的结果表明,植物物种的影响显著(p≤0.001;(表2在litterfall) K浓度,但同比变化的影响,这些因素的结合并不显著(p≥0.05;(表2)。一种特定K浓度的叶面地区,每年的变化是一个普遍观察到的现象(16,30.,31日]。另一方面,樱花展示了一个明确的时间减少K浓度在每一季从2011年到2013年(图4)。这样一个季节性litterfall也是著名的[K浓度的减少2,3,32- - - - - -34]。减少生活的K叶子是平行的,新鲜的落叶里和时间增加养分吸收效率(35](Niinemets)。虽然在树生理学两个因素,吸收和浸出,可能是营养减少的主要原因,最近的观察得出的结论是,吸收更大的贡献占比浸出(4,36,37]。吸收效率不同的元素,植物种类和营养/土壤条件。K的吸收比例通常在30%至90%之间(4,34,35,38,39]。
图4:转换的钾浓度litterfall四阔叶林树种。K均值和标准差的浓度(毫克g-DW-1)在单个采样(n = 2 - 5,表1)采样季节:所示,樱花;B,樟脑树;C、七叶树;和D,三角枫。星号的标准差显示显著差异(p≤0.05)之间的数据的第一个抽样475年在每一个落叶的季节,后来的使用Dunnett的多重比较测试。樟树不提供数据统计分析,因为复制是不够的。樱花的数据从2011年和2012年获得了俊井等。
与典型的樱花所示时间减少,季节性下降在樟树litterfall承认,马栗树、三角枫是不同的(图3 b-3d)。也就是说,在这些物种中,K浓度显示最高的值的中点(即每个落叶季节。,“赛季中增加”),虽然最后显示的值是最低(樟树在2012 - 2013年除外)。减少的数量浓度从开始到结束每一个落叶的季节是-0.96到0.32毫克g-DW-1, g-DW-1 0.59 - -2.24毫克,-1.99和0.75毫克g-DW-1在樟树,七叶树,和三角枫(图3 b-3d)。这些削减是大大低于在樱花(3.21到9.07毫克g-DW-1;(图4)。这样一个“适时增加”K浓度litterfall中可以看到一些其他物种,如松树、橡树,山核桃,和中生植物的森林33]。在这方面,观察时间降低K刚在多数落叶里的内容,但不是在所有物种35]。他们假设时间依赖性可能出现如果树叶,因在不同的时间,也在不同的时间进入衰老,但同时经历了吸收,可能导致平等营养从树叶撤军。相反,叶子没有保持吸收别人的步伐,不会显示时间减少。除了这些幸运的协调相关生理过程(即。,shedding, senescence, and resorption), another hypothesis, such as reflux and/or overflow of once resorbed elements from the sink, cannot be eliminated from attempts to explain the “mid-season increase”.
同步在季节性变化在Litterfall放射性铯和钾浓度
看到一个特定的关系137年Cs和K浓度,个人平均之前成对数据集提供了线性回归分析。结果表明,一个重要的相关性137年Cs和K浓度在樱花证明每年观察(图5和表3)。每个回归线的皮尔森的r 2011年,2012年和2013年分别为0.45 (p = 0.025), 0.83 (p≤0.001),和0.56 (p≤0.01)。因此,与时间有关的减少137年Cs浓度是高度相关的在樱花(即K浓度。、高同步),这种相关性是记者,在之前的报告19]。很有趣的相似性回归斜坡也通过这些年来(即保持。,49岁,49,44岁的2011年,2012年和2013年,分别;p≥0.05)。然而,回归拦截类似2012年和2013年之间(p≥0.05),但不同2011和其他人(p≤0.05)。这可能是由于减少137年Cs浓度在2011年由一个环境原因,可能是所谓的风化效应。然而,2012年之后,这一效应消失;所以没有多少差别的137年Cs浓度在2012年和2013年。
图5:479年137 cs和K浓度之间的相关性litterfalls四阔叶林树种个体集的成对数据137 cs和K浓度平均每个采样季节表示:之前,樱花;B,樟脑树;C,马胸螺母;和D,三角枫。线性回归分析的结果证明有虚线(2011赛季),实线(2012或2012 - 2013赛季),和一个点链线(2013或2013 - 2014赛季),分别。数值表达式和统计分析的结果展示在表3。樱花的数据从2011年和2012年获得了俊井等。
| 观察到的物种 | 落叶 季节 |
的数量 提供 样品* 1 |
线性回归分析* 2 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 拦截 | 坡 | 皮尔森的 | F | P | |||
| 1。樱花 (李属xyedoensis简历。Somei-yoshino |
2011年* 3 | 25 | 296年 | 49 | 0.45 | 5.73 | 0.025 |
| 2012年* 3 | 30. | 37 | 49 | 0.83 | 61.71 | ≤0.001 | |
| 2013年 | 25 | 48 | 44 | 0.56 | 10.07 | ≤0.01 | |
| 2。樟树 (樟树 |
2012 - 13 | 12 | 28 | 63年 | 0.51 | 3.44 | 0.093 |
| 2013 - 14 | 16 | 152年 | 49 | 0.18 | 0.42 | 0.53 | |
| 3所示。七叶树 (七叶树属hippocastanum) |
2012年 | 12 | 230年 | 29日 | 0.10 | 0.11 | 0.75 |
| 2013年 | 18 | 371年 | 0.54 | 0.002 | 6.04 e-5 | 0.99 | |
| 4所示。三角枫(宏碁buergerianum | 2012年 | 18 | 264年 | -14年 | -0.19 | 0.60 | 0.45 |
| 2013年 | 18 | 466年 | -19年 | -0.11 | 0.18 | 0.67 | |
1。个人的成对数据集137 cs和K浓度平均之前,所示图4,提供了线性回归分析在每一个落叶的季节。* 2。结果表明,只有日本樱花施加显著正137 cs和K浓度之间的相关性较高。* 3。樱花的2011年和2012年的数据是来自在吉原俊井认为et al。
表3:线性回归分析在litterfalls 137 cs和K浓度之间的相关性。
樱花的情况相比,无显著相关性137年Cs和K浓度可以观察到樟树,马栗树、三角枫(图5和表3)。每个回归线的皮尔森的r是0.51 (p = 0.093)在2012 - 2013赛季樟脑树,和一些价值观几乎为零(例如,r = 0.002, p = 0.99;2013年马栗树)或-(例如,r = -0.19, p = 0.60;2012年在三角枫)。相似的价值观在每个物种回归拦截了(表3)。同样与相关性137年Cs和K浓度也可以出现在前观察。例如,Antonopoulos-Domis et al。表明40 k浓度在绿叶的杏树在生长季节(显示时间减少40,41]。而137年Cs浓度维持在其初始值在整个赛季(42- - - - - -44]。然而,在目前的情况下,时间减少137年Cs浓度或多或少显示在每一个观察到的物种,但是K浓度下降后以不同的方式表示“适时增加”。此外,虽然出现的时间不同,可以看到类似“适时增加”不仅在K浓度也在137年在三角枫Cs浓度。在一起,这是一个基本的假设机制没有病人137年Cs和K是在工作,但一个未知因素或因素对K与特定的影响,可能会影响和扰乱了同步的关系。在前一节中提到的,结果可能是由于缺乏协调相关生理过程(即。,shedding, senescence, and resorption), or due to participation of another mechanism, such as reflux and/or overflow of once resorbed elements from the sink.
总之,一个依赖于时间的季节性减少的浓度都被观察到137年Cs和K,有时,一个特定的这些浓度之间的相关性可以看到;然而,这一现象将依赖物种和高度可变的一个特定的条件。诱导机制这样的变化还不清楚。进一步的证据和分析将有必要了解这一现象(45- - - - - -47]。
佐藤女士女士,我们感谢Hiroshi志先生和女士杨爱瑾建筑师(有限公司谷神星)先生Yukihiro Taemi,凯塔山口先生(科技有限公司Denryoku Sys。)的采样和分析技术援助的放射性核素。这项研究的部分支持由来自日本的科研补助金促进社会科学(jsp、15 h04621)。