Memprediksi Karakteristik Penyerapan Radiocaesium dengan Kimia Tanah Properti untuk Tanah Jepang
Abstraks
Variabilitas tinggi dari tanah untuk tanaman transfer faktor dari radiocaesium (RCs) memaksa analisis rinci Radiocaesium Intersepsi Potensial (RIP) dari tanah, yang merupakan salah satu faktor tertentu dari transfer RCs. Kisaran nilai RIP untuk tanah pertanian di daerah kecelakaan Fukushima yang terkena dampak belum sepenuhnya disurvei. Di sini, RIP dan kimia tanah utama lainnya properti yang ditandai untuk 51 perwakilan tanah lapisan atas yang dikumpulkan di sekitar area yang terkontaminasi Fukushima. RIP berkisar faktor 50 antara tanah dan RIP valueswere rendah untuk Andosol dibandingkan dengan tanah lainnya, menunjukkan peran soilmineralogy. Korelasi analisis mengungkapkan bahwa RIP itu paling kuat dan berkorelasi negatif dengan kandungan bahan organik tanah dan oksalat aluminium diekstrak. RIP berkorelasi lemah tetapi positif konten tanah liat. Kemiringan korelasi antara RIP dan konten liat menunjukkan bahwa RIP per unit tanah liat hanya 4,8 mmol g-1 tanah liat, sekitar tiga kali
lipat lebih rendah dari itu untuk tanah liat tanah Eropa, menunjukkan mineral lebih amorf dan kurang mineral dr mika dalam fraksi liat tanah Jepang. Korelasi negatif antara RIP dan tanah organik Hal mungkin menunjukkan bahwa bahan organik dapat menutupi situs penyerapan yang sangat selektif untuk RCs. Regresi berganda analisis dengan bahan organik tanah dan kapasitas tukar kation menjelaskan RIP tanah (R2 = 0,64), memungkinkan kita untuk memetakan RIP tanah
berdasarkan informasi peta tanah yang ada.
1. Kajian Pustaka
1.1. Pengertian Bahan Organik Tanah
Bahan organik tanah merupakan hasil dekomposisi atau pelapukan bahan-bahan mineral yang terkandung didalam tanah. Bahan organik tanah juga dapat berasal dari timbunan mikroorganisme, atau sisa-sisa tanaman dan hewan yang telah mati dan terlapuk selama jangka waktu tertentu. Bahan organik dapat digunakan untuk menentukan sumber hara bagi tanaman, selain itu dapat digunakan untuk menentukan klasifikasi tanah (Soetjito, 1992). Menurut Stevenson (1982), bahan organik tanah adalah semua jenis senyawa organik yang terdapat di dalam tanah, termasuk serasah, fraksi bahan organik ringan, biomassa mikroorganisme, bahan organik terlarut di dalam air, dan bahan organik yang stabil atau humus.
Bahan organik berperan penting untuk menciptakan kesuburan tanah. Peranan bahan organik bagi tanah adalah dalam kaitannya dengan perubahan sifat-sifat tanah, yaitu sifat fisik, biologis, dan sifat kimia tanah. Bahan organik merupakan pembentuk granulasi dalam tanah dan sangat penting dalam pembentukan agregat tanah yang stabil. Bahan organik adalah bahan pemantap agregat tanah yang tiada taranya. Melalui penambahan bahan organik, tanah yang tadinya berat menjadi berstruktur remah yang relatif lebih ringan. Pergerakan air secara vertikal atau infiltrasi dapat diperbaiki dan tanah dapat menyerap air lebih cepat sehingga aliran permukaan dan erosi diperkecil.
Menurut Lal (1995), pengelolaan tanah yang berkelanjutan berarti suatu upaya pemanfaatan tanah melalui pengendalian masukan dalam suatu proses untuk memperoleh produktivitas tinggi secara berkelanjutan, meningkatkan kualitas tanah, serta memperbaiki karakteristik lingkungan. Dengan demikian diharapkan kerusakan tanah dapat ditekan seminimal mungkin sampai batas yang dapat ditoleransi, sehingga sumberdaya tersebut dapat dipergunakan secara lestari dan dapat diwariskan kepada generasi yang akan datang. Bahan organik tanah berpengaruh terhadap sifat-sifat kimia, fisik, maupun biologi tanah.
Pengaruh bahan organik pada ciri fisika, kimia, dan biologi tanah adalah sebagai berikut: 1. Faktor bahan organik pada ciri fisika tanah.
- Unsur N,P,S diikat dalam bentuk organik atau dalam tubuh mikro organisme,sehingga terhindar dari pencucian, kemudian tersedia kembali.
3. Pengaruh bahan organik pada biologi tanah :
- Jumlah dan aktifitas metabolik organisme tanah meningkat.
2. Pengantar
Penyerapan radiocaesium (baik 137Cs dan 134Cs; akhirat RCs) di rantai makanan melalui transfer tanah-untuk-tanaman menjadi perhatian besar mengikuti rilis disengaja dari Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, Jepang, inMarch 2011. Jumlah total 137Cs dirilis oleh kecelakaan diperkirakan 1,2 × 1016 Bq (Chino et al., 2011). 137Cs memiliki relatif paruh panjang 30 tahun dan dengan demikian, dapat menyebabkan risiko jangka panjang paparan radiasi manusia dalam ekosistem pertanian. Meskipundaerah bidang pertanian terkontaminasi pada konsentrasi aktivitas yang lebih tinggi dari 5000 Bq kg-1 (jumlah kedua RC) menurun dari ~ 89 km2 pada bulan November 2011 untuk ~ 75 km2 pada Desember 2012 (Kementerian Pertanian, Kehutanan dan Perikanan, 2012, 2013), masih ada bunga di RCS transfermechanisms untuk tanaman di daerah yang terkontaminasi. Itu bidang pertanian terkontaminasi mencakup berbagai jenis tanah, terutama Andosol, Gleysols dan Fluvisols. Tanah ini dipotong oleh padi,gandum, barley, kacang kedelai, sayuran, pohon buah-buahan dan padang rumput.
Pada tanah yang terkontaminasi, transfer RC untuk tanaman sering dievaluasi menggunakan transfer factor tanah-untuk-tanaman (TF) dari RC, yang didefinisikan oleh rasio konsentrasi RC pada tanaman itu di tanah (IAEA, 2009). Hal ini juga diketahui bahwa TF sangat bervariasi tergantung pada tanah dan jenis tanaman (IAEA, 2009). Untuk daerah yang terkena Fukushima, Takeda et al. (2014) melaporkan bahwa TF bervariasi dua lipat untuk biji kedelai antara 46 bidang yang berbeda di Fukushima Prefecture. Untuk produksi pertanian di daerah yang terkena, oleh karena itu perdana bunga untuk mengidentifikasi tanah rentan, di mana konsentrasi RC dalam hasil pertanian dapat melebihi batas peraturan untuk bahan makanan, bahkan ketika kontaminasi tanah telah menjadi relatif rendah.
Konsensus umum adalah bahwa nasib jumlah jejak RC di tanah diperintah oleh serapan terutama sangat selektif (Brouwer et al, 1983.; Cremers et al., 1988). Penyerapan selektif ini terjadi pada bentuk irisan daerah antara lapisan tanah liat runtuh dan lapuk, disebut berjumbai situs tepi (FES), dari 2 : 1 phyllosilicates seperti mineral dr mika (Sawhney, 1972). Ilit adalah mineral dr mika sebagian lapuk dan memiliki situs serapan sangat selektif dengan jejak Cs-to-K selektivitas Koefisien (Kc (Cs-K)) dari urutan 1000 (Cremers et al., 1988). Sangat penyerapan selektif, mirip inmontmorillonite ke ilit, juga diamati oleh perawatan khusus, seperti mengulangi siklus pembasahan pengeringan homoionic K-montmorillonit dan pengurangan lapisan muatan (Maes et al., 1985). Mereka disebabkan penyerapan selektif untuk pembentukan FES melalui runtuhnya interlayers diperluas montmorillonite.
Dalam penelitian sebelumnya, TF dari 137Cs langsung berkorelasi dengan RIP tanah untuk beberapa kelompok tanah daerah (Delvaux et al., 2000; Takeda et al., 2014). Data Delvaux et al. (2000) menegaskan negatif korelasi antara log (TF) dan log (RIP) (r2 = 0,77) diperoleh dari
percobaan pengalihan laboratorium dengan sejumlah tanah Eropa dalam kondisi kekurangan K. Hubungan serupa baru-baru ini diterapkan untuk deposisi Fukushima 137Cs. Takeda et al. (2014) melaporkan bahwa logaritma dari TF untuk kedelai diamati selama 46 situs yang berbeda dalam Fukushima daerah yang terkena pada tahun 2011 berkorelasi negatif dengan logaritma RIP tanah (r = -0,52, P b 0,001). Mereka juga menunjukkan negatif korelasi antara log (TF) dan logaritma ditukar K di tanah (r = - 0,54, P b 0,001;. Takeda et al, 2014).
Memang, beberapa penelitian mengungkapkan bahwa faktor lain selain RIP juga mempengaruhi TF RC. Pertama, kalium (K+), amonium (NH
4+) Dan natrium (Na+) konsentrasi
dalam larutan tanah dapat bersaing dengan RC pada FES dengan pertukaran ion. Selain itu, konsentrasi K+ lebih rendah dalam larutan tanah sangat meningkatkan serapan akar RC oleh
tanaman karena kompetisi efek pada serapan tanaman. Itwas menunjukkan bahwa TF adalah fungsi konsentrasi K RIP dan larutan tanah (misalnya Sanchez et al., 1999; Smolders et al., 1997; Vandenhove et al., 2003).
Model semi-mekanistik untuk memprediksi faktor transfer tanah-untuk-tanaman (TF) untuk RC dikembangkan (Absalom et al., 1999, 2001). Dalam model, isi tanah liat dan ditukar K antara independen parameter tanah untuk memprediksi TF melalui korelasi mereka dengan RIP dan larutan tanah konsentrasi K. Salah satu keuntungan terbesar dari Model Absalom adalah bahwa TF dapat diprediksi untuk berbagai jenis tanah yang memiliki sifat kimia tanah yang berbeda (yaitu berbeda K Kondisi pemupukan dan konten tanah liat). Jenis model mungkin diterapkan untuk prediksi TF pada skala besar di Fukushima daerah yang terkena. Namun, di atas Absalommodelswere dikembangkan berdasarkan data tanah Eropa dan mungkin perlu dikalibrasi ulang untuk tanah khas di daerah Fukushima karena masih belum diketahui jika afinitas dari mineral tanah di daerah ini untuk RC berbeda dari yang di Tanah Eropa.
Hal ini dapat diharapkan bahwa afinitas mineral tanah liat untuk RC untuk Tanah Jepang, rata-rata, lebih rendah dari yang di tanah Eropa. Andosol yang umum di Jepang. Vandebroek et al. (2012) membandingkan RIP tanah antara tanah di koleksi tanah skala dunia dan mengungkapkan bahwa RIP dari Andosol (berkisar 94-1630 mmol kg-1) adalah salah satu dari
yang terendah di antara semua kelompok tanah (1,8-13300 mmol kg-1). Di Studi sebelumnya
pada Fukushima tanah (Nakao et al, 2014;.. Takeda et al, 2014), hanya sejumlah kecil Andosol Jepang termasuk untuk menyelidiki hubungan antara RIP dan kimia tanah properti, dan RCS karakteristik penyerapan Andosol Jepang tidak pernah dibandingkan dengan orang-orang dari tanah Jepang lainnya.
Beberapa penelitian, bagaimanapun, mengamati bahwa 2: 1 phyllosilicates hidup berdampingan di Andosol allophanic (misalnya Masui et al., 1966). Inoue dan Naruse (1987) menentukan mineralogi endapan debu eolian di Jepang, diangkut dari loess di Cina, dan ilit adalah salah satu yang dominan mineral. Ini mungkin menjadi sumber kemungkinan situs penyerapan selektif RCS di Andosol. Tingkat deposisi debu mungkin tergantung pada curah hujan yang tingkat, seperti yang disarankan oleh Inoue dan Mizota (1988). Joussein et al. (2004) mengusulkan bahwa campuran lempung berlapis haloisit-smektit kontribusi pembentukan RC situs penyerapan selektif dalam Andosol bawah K pemupukan dan pembasahan-pengeringan siklus dalam kondisi lapangan. Haloisit adalah tanah liat umum di Andosol sebagai haloisit dapat dibentuk sebagai pelapukan produk alofan. Namun, Saigusa et al. (1978) melakukan tidak mengamati terdeteksi jumlah haloisit di lapisan permukaan Andosol di Jepang.
Untuk tanah sawah di Prefektur Fukushima, micaceousminerals adalah jarang fraksi tanah liat mendominasi, bukan beberapa jenis mineral lempung hidup berdampingan atau smektit adalah dominan (Nakao et al, 2014;. Sano et al., 2010). Sano et al. (2010) melaporkan bahwa smektit adalah umum liat di bagian barat dari Prefektur Fukushima. Smektit dalam wilayah dikembangkan dari batuan sedimen termasuk hijau tersier tuff didistribusikan sebagai batu ibu di Ou Mountains (Sano et al, 2010). Mineral dr mika mendominasi di bagian timur di mana tanah dikembangkan dari granit di batu ibu dari Abukuma Pegunungan.
Di Prefektur Tochigi, sebagian besar tanah sawah dikategorikan sebagai Andosol (karakteristik basah) dan Gleysols, sedangkan tanah untuk tanaman lainnya dan padang rumput dikategorikan sebagai Andosol, Fluvisols dan Cambisols. Gleysols dan Fluvisols di Prefektur Tochigi dikembangkan dari batuan sedimen klastik (Prefektur Tochigi, 2006). Kebanyakan tanah sawah di Prefektur Ibaraki yang Gleysols dan Andosol (Prefektur Ibaraki, 2008).
Isolasi fraksi tanah liat untuk menafsirkan RIP bukan tanpa kekhawatiran prosedural untuk Andosol yang mengandung stabil agregat. Ultrasonic dispersi suspensi liat dengan penyesuaian pH atau dengan natrium hexametaphosphate (NaHMP) umumnya digunakan di Jepang untuk meningkatkan dispersi (Nakai, 1997;. Nanzyo et al, 1993b). Kobo et al. (1974) melaporkan bahwa NaHMP tidak cukup efektif dalam memperoleh tanah liat dispersi untuk beberapa Andosol Jepang dengan tanah liat allophanic tinggi konten. Andosol menunjukkan positif (variabel dependen pH) biaya di -AlOH2+ situs di tanah liat allophanic dan pada -FeOH2+
andmeasured RIP dari fraksi liat dalam kaitannya dengan mineral lempung. Studi mereka menyoroti korelasi positif antara jumlah konten K di fraksi liat, sebagai ukuran konten ilit, dan RIP tanah liat untuk tiga kelompok tanah daerah di Fukushima. Analisis mereka memimpin pada kesimpulan bahwa kemampuan retensi RC dari tanah liat tanah dikontrol oleh jumlah mineral lempung dr mika. Namun, studi mereka tidak menjelaskan yang tanah mereka disesuaikan pH suspensi untuk basa atau Kondisi asam di sedimentasi untuk isolasi tanah liat dan RIP dari tanah tidak ditentukan.
Analisis regresi menghubungkan sifat-sifat tanah RIPwith adalah konvensional alat untuk memprediksi RIP tanah. Takeda et al. (2014) ditentukan korelasi (N = 46) antara RIP tanah dan kimia tanah properti untuk tanah garapan (Dipotong oleh kedelai), tetapi mereka tidak melakukan analisis regresi untuk memprediksi RIP. Takahashi et al. (2015) menunjukkan korelasi antara RIP tanah dan beberapa parameter tanah yang diperoleh untuk tanah di bawah tanah yang berbeda menggunakan seperti hutan dan tanaman pertanian yang berbeda. Namun, jumlah penelitian situs dianggap hanya beberapa untuk setiap jenis vegetasi (N total = 7 untuk korelasi), dan ini tidak mungkin perwakilan Koleksi tanah untuk analisis korelasi. Untuk alasan ini, studi ini tidak mungkin cukup untuk menyelidiki perbedaan di antara RIP jenis tanah dan variasi RIP menjelaskan dengan sifat-sifat tanah.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki faktor kunci mempengaruhi RIP di tanah Jepang, dan mengembangkan model yang menghubungkan RIP tanah dengan sifat-sifat tanah. Kami berhipotesis bahwa RIP Jepang tanah memiliki hubungan yang berbeda dengan bahan kimia tanah dan mineralogi sifat dari orang-orang yang ditetapkan untuk tanah Eropa. Kontras tanah dikumpulkan dari beberapa klasifikasi tanah di Fukushima Kecelakaan yang terkena daerah di Jepang dan ditandai untuk mengidentifikasi hubungan antara RIP dan tanah properti. Perhatian khusus didedikasikan untuk metode isolasi tanah liat.
3. Bahan dan Metode 3.1. Sampel Tanah
Lima puluh satu tanah permukaan (0-15 cm; dianggap zona akar utama tanaman) dikumpulkan dari bidang pertanian (N= 46) dan hutan (N= 5) di Fukushima, Tochigi dan Ibaraki prefektur 1 sampai 2 tahun setelah kecelakaan itu. Koleksi tanah perwakilan didirikan berdasarkan peta klasifikasi tanah (National Institute for Agro Ilmu Lingkungan, 2009). Andosol dimasukkan karena prevalensi mereka, dan untuk membandingkan RIP tanah antara Andosol dan tanah lainnya. Selain tanah dari Fukushima Prefecture, kotoran lainnya dari bagian utara dari prefektur Tochigi (sebagian besar Andosol) dikumpulkan, karena perpindahan relatif lebih tinggi dari RC ke tanaman hijauan telah diamati di wilayah ini (Harada, 2014). Di setiap Titik ditunjukkan pada Gambar. 1, 1-4 lokasi pengambilan sampel tanah yang dipilih. Untuk lokasi di mana lebih dari satu sampel dikumpulkan, situs yang di Setidaknya 100 m terpisah.
(IUSSWorking Grup WRB, 2006) menurut klasifikasi tanah peta dikembangkan setelah survei penggunaan lahan pada tahun 2001 (National Lembaga Agro-Environmental Sciences, 2009). Sejak lima ini jenis tanah mencakup lebih dari 90% dari bidang dibudidayakan di Fukushima dan Tochigi prefektur (Fukushima Prefecture, 2006; Tochigi Prefektur, 2006), tanah koleksi ini adalah wakil dari Fukushima daerah yang terkena, yang merupakan aspek positif untuk penggunaan data dalam penelitian ini untuk prediksi RIP untuk situs lain dalam mempengaruhi daerah. Semua tanah yang dikeringkan dan dilewatkan melalui saringan 2 mm.
4. Analisis Tanah
4.1. Kimia Tanah dan Analisis Mineralogi
PH tanah diukur dengan mencampur tanah kering udara dengan air suling (Tanah: solusi rasio, S: L = 1: 2,5). Kapasitas tukar kation (KTK) adalah diukur dengan mencampur tanah dengan 0,015 M perak tiourea (AgTU) solusi buffered dengan 0,1 M amonium asetat (NH4OAc)
(S: L = 1:20) untuk 24 h (Chhabra et al., 1975). Konsentrasi Ag dalam larutan kedua sebelum dan setelah pencampuran kemudian diukur menggunakan serapan atom spektroskopi (AAS; 932AA, GBC). Untuk menilai kandungan bahan organik tanah, kerugian pengapian (LOI) ditentukan oleh berat badan (%) dari oven-kering sampel tanah (105 °C selama 24 jam) selama pengapian pada 550 °C selama 9 jam. Asam oksalat diekstrak Al dan Fe (Alo dan Feo) diekstraksi dengan menggunakan 0,2 M amonium oksalat (pH 3,0, S: L = 1:50, dikocok selama 2 jam dalam gelap). Ekstrak dianalisis menggunakan massa plasma induktif spektrometri (ICP-MS, 7700x, Agilent) di 27 Al dan 56 Fe garis, masing-masing, dan 72Ge sebagai standar internal. Oksalat amonium ini solutionwas disiapkan bymixing 0,2 M (COONH4) 2with 0,2 M (COOH) 2 untuk mengatur pH solusi untuk 3.0 (Blakemore et al., 1987). Total konten K dalam fraksi liat (Kclay), whichwas dianggap menjadi indikasi kandungan ilit dalam tanah (Fanning et al., 1989), adalah ditentukan untuk semua 51 sampel tanah. Campuran 100 mg oven-kering sampel tanah liat diisolasi dengan metode pipet dalam analisis tekstur dan 500 mg metaborat lithium (LiBO2) direkat pada 1000 C selama 10 menit (Hossner, 1996). Mencair kemudian
dilarutkan dalam 50 mL 0,43 M HNO3. Konsentrasi K dalam larutan diukur menggunakan
induktif ditambah plasma spektrometer emisi optik (ICP-OES; 720- ES, Agilent). Semua analisis tanah dilakukan dalam rangkap tiga kecuali untuk jumlah K konten dalam tanah liat (tidak ada ulangan) karena jumlah terbatas terisolasi sampel tanah liat yang tersedia. Kadar air tanah kering udara adalah diukur dengan oven kering selama 24 jam pada 105 °C. Semua hasil disajikan dasar berat tanah kering oven.
4.2 Analisis Tekstur Tanah
mililiter 30% H2O2 ditambahkan ke 20 g tanah, dan themixture direbus pada 95 °C diikuti dengan penghapusan garam larut dengan mencuci mineral sampai konduktivitas listrik dari supernatan di bawah 0,4 dS m-1. Fraksi pasir kemudian diambil oleh basah pengayakan pada 0,053 mm. Kemudian, suspensi diaduk selama 18 jam dan fraksi liat (b2 m) dikumpulkan dengan metode pipet (ISO 1998). Sodium heksametafosfat (NaHMP) dan Na2CO3 (2,7 mM dan 3,3 mM konsentrasi akhir pada tahap sedimentasi, masing-masing) yang digunakan sebagai zat
pendispersi. Untuk 16 tanah yang dipilih, tekstur sedang tambahan ditentukan berikut dua prosedur dimodifikasi (Nakai, 1997) untuk meningkatkan dispersi tanah liat. Pertama, dispersi ultrasonik dan metode NaHMP (US-HMP) adalah diadopsi. Bahan organik tanah itu terurai dengan menambahkan 30 mL 30%
H2O2 20 g tanah dan mendidih pada 95 °C selama 30 menit diikuti dengan menerapkan
jam. Fraksi pasir ditentukan oleh penyaringan basah (0,053 mm), dan fraksi liat (B2 pM) dengan metode pipet. Konsentrasi NaHMP di fase sedimentasi adalah 2,7 mM. Metode kedua didasarkan pada dispersi ultrasonik dan pH penyesuaian (US-pH) (Nakai, 1997). Dekomposisi organik peduli dan getaran ultrasonik adalah sama seperti di AS-HMP Metode. PH suspensi kemudian disesuaikan menjadi 3,5 atau 10,5 menggunakan 0,1 M HCl atau 0,1 M NaOH. Setelah 2 jam agitasi, pasir dan fraksi liat ditentukan oleh penyaringan basah dan metode pipet, masing-masing. Hasil untuk semua methodswere dinyatakan sebagai rasio oven-kering berat masing-masing fraksi mineral itu tanah utuh. Karena terbatas jumlah sampel tanah yang tersedia, analisis dilakukan tanpa ulangan.
4.3. Pengukuran RIP
RIP tanah (RIPsoil) ditentukan menurut Wauters et al. (1996 b). Secara singkat, sampel rangkap tiga dari 1 g tanah kering udara dipindahkan untuk tas membran dialisis (Dialisis Tubing-Visking, 18/32, Medicell International Ltd) dan pra-diseimbangkan dengan larutan 100 mM CaCl2 dan 0,5 mM KCl. Solusinya diperbaharui tiga kali di 48 jam. Membran mengandung
tanah kemudian dipindahkan ke solusi komposisi ion yang sama tetapi dibubuhi pembawa gratis 137CsCl dan dikocok selama 24 jam. Konsentrasi 137Cs dalam larutan baik sebelum dan setelah equilibrium diukur menggunakan NaI (Tl) gamma counter (1480 Wisaya 3 ", PerkinElmer). Padat-cair Koefisien distribusi (KD) untuk 137 Cs, dihitung dari rasio konsentrasi 137 Cs dalam tanah itu dalam larutan (L kg-1), adalah digunakan untuk menghitung RIP (mmol kg-1) RIP = KD
× mK, di mana mK adalah Konsentrasi K+ dalam larutan diseimbangkan (mmol L-1). The 137Cs
konsentrasi sampel tanah asli (yaitu sebelum spiking dengan 137 CsCl) diukur dengan menggunakan NaI (Tl) gamma counter. Itu tingkat diukur berkisar dari 34 sampai 16.000 Bq kg-1 antara tanah. Konsentrasi kg-137Cs teradsorpsi selama kg-137Cs equilibrium dari RIP pengukuran adalah 103-105 kali lebih tinggi daripada di asli sampel tanah, memungkinkan kita untuk menganggap bahwa tingkat 137Cs dalam tanah asli sampel tidak mempengaruhi penentuan RIP. RIP dari fraksi liat (RIPclay) itu tambahan diukur untuk sembilan tanah yang dipilih sebagai berikut. Fraksi liat diisolasi berikut metode pipet seperti yang dijelaskan dalam Bagian 2.2.1 dan oleh ISO (1998). Fraksi liat yang terkumpul kemudian dicuci dengan air demineralisasi empat kali untuk menghapus NaHMP. The RIPclay ditentukan oleh yang sama Prosedur seperti dijelaskan di atas menggunakan 0,5 g-oven kering (24 jam pada 105 °C) sampel tanah liat.
Kontribusi mineral buruk mengkristal ke RC selektif serapan di tanah diperkirakan dengan ekstraksi selektif untuk dipilih tanah. Pertama, sampel tanah asli diekstraksi dengan 1 M amonium asetat (NH4OAc, pH 7) dengan tanah: rasio solusi 1:10 selama 24 jam. Ekstraksi
dengan 1 M NH4 + Garam diterapkan untuk Andosol dan lainnya tanah di Jepang (Saito et al, 2014, Takeda et al, 2013;. Tsukada et al, 2008). Kedua, tanah asli juga diekstraksi dengan 0,2 M amonium oksalat (pH 3) dengan tanah: rasio solusi 1:10 selama 2 jam dalam gelap. Semua extractswere disentrifugasi dan supernatantswere yang melewati filter 2 μmpaper. Konsentrasi 137Cs dari filtratewasmeasured yang dengan menggunakan tinggi kemurnian Ge detektor (Sege, P-jenis, Canberra). Total tanah Konsentrasi 137Cs dari tanah asli juga ditentukan oleh NaI (Tl) gamma kontra dalam rangkap tiga. Hasil ekstraksi dihitung sebagai rasio 137Cs dalam ekstrak dengan yang di tanah asli.
4.5. Analisis Statistik
JMP 11 (SAS Institute Inc, 2013) digunakan untuk menghitung korelasi koefisien antara parameter tanah dan untuk regresi stepwisemultiple untuk menghubungkan RIPsoil dan parameter lainnya. Signifikansi perbedaan dalam tanah parameter antara kelompok Andosol dan semua jenis tanah lainnya diuji dengan uji t Student menggunakan R versi 3.0.2 (R Tim Inti, 2013). keadaan yg biasa distribusi masing-masing parameter tanah diuji oleh Shapiro-Wilk tes dan kesetaraan dalam varians masing-masing parameter tanah antara dua kelompok tanah diuji dengan uji F menggunakan R sebelum melakukan uji t. Perbedaan kemiringan regresi linier RIPsoil terhadap konten liat antara kelompok tanah Jepang dan Belgia adalah diuji dengan analisis kovarians (ANCOVA) dengan menggunakan R.
Sampel tanah yang lebih dibagi menjadi dua kelompok berdasarkan oksalat asam (pH 3) diekstrak Al dan Fe konten di tanah diukur dalam penelitian ini (Tabel A.1 data tambahan); Andosol (Alo + 0,5 Feo ≥ 20 g kg-1) dan tanah mineral lainnya (Alo + 0,5 Feo b 20 g kg-1).
Kriteria ini diadopsi oleh Soil Taxonomy (United States Department Pertanian et al., 1999) untuk klasifikasi sifat-sifat tanah andic (Shoji et al, 1993;. Shoji dan Otowa, 1991). Dengan cara ini, 51 tanah Sampel dibagi dalam 19 Andosol dan 32 tanah lainnya (non-Andosol). Klasifikasi kimia ini cukup baik cocok klasifikasi pada peta tanah (Institut Nasional untuk Ilmu Agro-Lingkungan, 2009) dengan pengecualian dari empat tanah diindikasikan sebagai Andosol di peta tanah yang tidak diklasifikasikan sebagai tanah andic berdasarkan kimia kriteria.
5.1. Selisih Konten Liat Antara Metode Isolasi Tanah Liat yang Berbeda
Tabel 1 menunjukkan hasil konten liat untuk tanah dikelompokkan sebagai Andosol (Alo + 0,5 × Feo ≥ 20 g kg-1, N = 10) dan lainnya tanah (Alo + 0,5 × Feo b 20 g kg-1, N = 6). PH suspensi tanah liat di sedimentasi untuk metode US-pH diukur dan ditunjukkan pada Tabel 1. Fraksi tekstur lainnya tercatat pada Tabel A.1 dan A.2. Untuk Andosol, isi tanah liat ditentukan dengan metode US-HMP adalah 1,1-4,0 kali lebih tinggi dari yang ditentukan oleh ISO (ISO, 1998) Metode (Tabel 1a) kecuali untuk tanah 49 (13 kali lebih tinggi). Itu Satu-satunya perbedaan antara dua metode adalah pengobatan ultrasonik yang menunjukkan bahwa pengobatan ultrasonik efektif hancur agregat terdiri dari mineral lempung untuk semua Andosol digunakan dalam studi. Sebaliknya, dispersi ultrasonik memiliki efek marginal untuk lainnya tanah (Tabel 1b).
Pengasaman turun menjadi sekitar pH 3,5 dalam metode US-pH lanjut meningkat konten tanah liat berasal 1,2-2,6 kali dibandingkan dengan AS- Metode HMP untuk Andosol, sedangkan alkalinisasi untuk pH 10 flocculated hampir semua tanah liat. Meningkatkan pH mengurangi muatan oxyhydroxides Fe dan Alwith titik nol biaya (PZC) antara 7 dan 10. PZC dari imogolit, tanah liat umum di tanah vulkanik Jepang, berkisar 9-12 (Horikawa, 1975). Alkalinisasi untuk pH 10 tidak berpengaruh pada pembekuan non Andosol. Hasil kami menunjukkan bahwa analisis tekstur didefinisikan secara operasional, dan bahwa standar Metode ISO tanpa penghapusan bebas Fe dan Al hidroksida (dengan dithionite dan sitrat buffer dengan bikarbonat; opsional dalam ISO (1998) meremehkan kandungan liat di Andosol. Untuk perbandingan tujuan, hasil yang diperoleh dengan metode-metode standar ISO yang selanjutnya digunakan di bawah ini.
51 tanah ditandai meliputi berbagai kelas tekstur (konten liat berkisar 0,6-35%; Tabel 2). Koefisien variasi (CV) dari parameter tanah ditentukan dalam rangkap tiga lebih rendah dari 4% untuk pH, KTK dan LOI, dan lebih rendah dari 10% untuk Alo dan Feo. Itu
CV dari penentuan mereplikasi RIPsoil lebih rendah dari 15% kecuali untuk sampel 32 (20%) dan 45 (18%). Kisaran RIPsoil dalam penelitian kami (80-4000 mmol kg-1) adalah
sebanding dengan yang untuk Jepang garapan lahan dan hutan tanah lapisan atas yang dilaporkan dalam studi terbaru (930- 9570 mmol kg-1, Takahashi et al, 2015.; 300-8610 mmol kg-1, Takeda et
al., 2014). The RIPsoil dalam penelitian kami adalah dalam kisaran Tanah Belgia (50-11,200 mmol kg-1, Waegeneers et al., 1999) dan Koleksi tanah di seluruh dunia (1.8-13,300 mmol kg-1,
Vandebroek et al., 2012).
Tabel 3 menunjukkan koefisien korelasi Pearson (r) antara tanah parameter. Tidak ada transformasi diterapkan untuk setiap jenis parameter termasuk nilai-nilai RIPsoil dalam analisis korelasi. LOI dan Alo mewakili korelasi negatif yang paling signifikan dengan RIPsoil (P b 0,001). Konten liat tanah, pH dan KTK yang berkorelasi positif dengan RIPsoil, tetapi korelasi yang kurang kuat dari kedua untuk LOI dan Alo. Untuk parameter lainnya, tidak ada korelasim yang signifikan dengan RIPsoil bisa ditemukan.
akan lebih rendah daripada untuk tanah Belgia. Hasil ini menunjukkan bahwa model untuk memprediksi TF RC dari konten tanah liat, yang sebelumnya dikembangkan untuk Eropa tanah dengan Absalom et al. (2001) dan Tarsitano et al. (2011), kemungkinan overestimating RIPsoil dan, karenanya, meremehkan TF untuk Tanah Jepang.
Hubungan antara RIPsoil dan konten tanah liat itu lanjut dianalisis untuk Andosol dan tanah lainnya secara terpisah. Lereng untuk Andosol saja (Gbr. 2b) bahkan lebih rendah dibandingkan dengan kemiringan yang diperoleh untuk semua tanah dalam penelitian ini (Gambar. 2a). Hasil ini mungkin menyiratkan bahwa Model yang dikembangkan oleh Absalom et al. (2001) dan Tarsitano et al. (2011) mungkin meremehkan TF bahkan lebih untuk Andosol dari tanah lainnya di Jepang. Koefisien korelasi untuk non-Andosol sendiri (Gbr. 2b) lebih rendah dari itu untuk semua sampel tanah dalam penelitian ini (Gambar. 2a). Itu variabilitas yang tinggi dalam afinitas tanah lainnya (non-Andosol) untuk RC mungkin berhubungan dengan perbedaan mineralogi tanah liat di berbagai wilayah di Fukushima Prefecture seperti dilansir Nakao et al. (2014).
Korelasi antara RIPsoil dan konten liat untuk tanah aworldwide Koleksi (r = 0,24, P b 0,05, N = 88;. Vandebroek et al, 2012) kurang kuat dari itu dalam penelitian ini (r = 0,39, P b 0,01; lihat Tabel 3 dan Gambar. 2a). Liat mineralogi tanah yang dikumpulkan dari Fukushima daerah yang terkena mungkin tidak beragam seperti koleksi tanah di seluruh dunia. Perbedaan korelasi RIPsoil-liat mewakili variabilitas dari mineral lempung sehubungan dengan RC karakteristik penyerapan antara kelompok tanah. Dalam percobaan yang terpisah (Makino et al., 2013), kita memiliki ditandai perbedaan selektivitas antara NH4+ Dan K+ pada FES untuk dipilih nomor
tanah kami dan menemukan bahwa selektivitas NH4-to-K Koefisien (Kc (NH4/K)) adalah sekitar
4,9, baik di Line dengan faktor berarti dari 5 ditemukan untuk tanah Eropa (Wauters et al., 1996b), menunjukkan bahwa FES di tanah Jepang memiliki sifat yang sama seperti di tanah Eropa.
kemungkinan korelasi positif antara FES dan CEC karena keduanya dikendalikan oleh karakteristik tanah fraksi liat.Sebuah signifikan dan sangat hubungan negatif ditemukan antara RIPsoil dan LOI (P b 0,001, Tabel 3). Hasil ini membingungkan dan berbeda dari temuan untuk tanah Belgia dan untuk tanah di seluruh dunia koleksi, yang tidak ada korelasi yang signifikan diperoleh antara RIPsoil dan kandungan karbon organik (r = 0,14, Waegeneers et al., 1999; r = -0,11, Vandebroek et al., 2012). Sebuah RIPsoil rendah di tanah dengan tinggi LOI mungkin terjadi dari hasil pengenceran bahan mineral reaktif menjadi nonspesifik organicmatter reaktif. Namun, sebidang RIPsoil terhadap LOI menunjukkan bahwa efek dilusi ini dapat menjadi kecil karena pengurangan RIPsoil lebih dari sebanding dengan LOI.
Bahan organik tanah dapat mengurangi RC serapan dalam tanah dengan memblokir FES mineral tanah. Staunton et al. (2002) melaporkan peningkatan KD jumlah jejak RC setelah penghapusan selektif organicmatter fromsoils. Atau, Dumat dan Staunton (1999) melaporkan kontinyu pengurangan KD Cs mineral referensi liat dengan meningkatnya konsentrasi asam humat dan fulvat. Akhirnya, korelasi negatif antara LOI dan RIPsoil mungkin juga kebetulan karena LOI ini, pada gilirannya, sebanding dengan Alo (Tabel 3), menunjukkan bahwa tanah LOI tinggi tanah dengan lebih mineral lempung amorf.
Hubungan negatif antara RIPsoil dan Alo (r = -0,55, P b 0,001, Tabel 3) dapat dikaitkan dengan mineralogi amorf lempung di tanah. Amorf Al telah tidak diukur atau dikaitkan dengan RIPsoil dalam penelitian sebelumnya dengan tanah Belgia (Waegeneers et al., 1999) dan koleksi tanah di seluruh dunia (Vandebroek et al., 2012). Hubungan negatif antara RIPsoil dan Alo ditemukan dalam Penelitian ini sejalan dengan apa yang ditemukan oleh Takeda et al. (2014), yang dikonfirmasi korelasi negatif antara RIPsoil dan Alo (r = -0,38, N = 46, Tabel 1 dan 2 dari Takeda et al. (2014)) untuk tanah lapisan atas dari Fukushima Prefecture. Oksalat asam larut mineral amorf seperti alofan dan imogolit dan Al-humus kompleks di tanah (Nanzyo et al., 1993a). Struktur bola berongga dari alofan dan struktur tubular dari imogolit diamati untuk lapuk vulkanik sampel abu dengan menggunakan mikroskop elektron (Henmi dan Wada, 1976). Struktur mineral ini juga ditunjukkan dengan perhitungan orbital molekul (Abidin et al., 2007). Thesemorphological Studi menegaskan bahwa mineral amorf tidak memiliki jenis struktur FES, dan karena itu, tidak ada serapan selektif pada ini amorf mineral dapat diasumsikan.
Hasil ekstraksi kimia dari RC juga mendukung hipotesis bahwa mineral amorf tidak memberikan kontribusi terhadap penyerapan selektif RC. Gambar. 3 menunjukkan hasil untuk dua Andosol (Alo + 0,5 × Feo ≥ 20 g kg-1) dan lima tanah lainnya (Alo + 0,5 × Feo b 20 g kg-1).
dan bahan organik (Tsukada et al., 2008) .Wauters et al. (1994), namun, menyarankan bahwa 1 M dari NH4+ Dapat bertukar bagian dari 137Cs dari FES. Oksalat asam selektif
melarutkan mineral buruk mengkristal dan Kompleks Al-humus (Matus et al., 2014). Ekstraksi maksimum hasil dengan 0,2 M oksalat 10,6% diperoleh dari satu non-Andosol (Alo + 0,5 × Feo = 6,3 g kg-1;. Gambar 3, Tabel A.1), menunjukkan bahwa hanya kurang dari 11% dari 137Cs dalam tanah terikat dengan mineral amorf di tanah kami. Jika ada pertukaran 137Cs dari FES 0,2 M NH4+ Dalam larutan oksalat, kontribusi mineral amorf untuk RC serapan mungkin bahkan
yang dapat diisolasi. Namun, RIPclay dikalikan dengan kandungan liat tanah tidak sepenuhnya memulihkan RIPsoil, yaitu RIPsoil diamati adalah sampai dengan faktor 4,6 (Berarti faktor 2,0) lebih besar dari RIPclay × konten liat terisolasi (Gbr. 4). Di antara sembilan tanah yang RIPclay ditentukan (Gambar. 4), yang RIPclay × konten liat diremehkan RIPsoil oleh lebih dari faktor 2 selama tiga tanah. Ketiga tanah yang baik Cambisols atau Gleysols dan menunjukkan kandungan bahan organik yang relatif rendah dan konten liat relatif lebih rendah dari enam tanah lainnya (Gbr. 4, Tabel A.1). Hasil ini mungkin menunjukkan bahwa radiocaesium penyerapan selektif, yang dihitung sebagai RIPsoil, sebagian terkait dengan mineral di endapan lumpur dan pasir pecahan. Untuk tanah dengan kandungan liat yang lebih rendah, kecil kontribusi dari lumpur dan pasir pecahan tanah untuk RIPsoil kemungkinan membuat perbedaan relatif lebih besar antara RIPsoil dan RIPclay × konten liat. Pertandingan tidak sempurna antara RIPsoil dan RIPclay × konten liat (Gbr. 4) mungkin terkait dengan meremehkan konten liat dari Andosol karena dispersi lengkap dari mineral lempung, seperti yang dijelaskan dalam Bagian 3.1. 3.3. Regresi untuk prediksi RIPsoil Regresi bertahap untuk memprediksi RIPsoil dari sifat-sifat tanah lainnya menghasilkan model statistik signifikan (kesalahan standar masing-masing estimasi dalam kurung);
Sebuah korelasi yang kuat (r = 0.80, P b 0,001, Gambar. 5a) diamati antara diukur RIPsoil dan diprediksi nilai menggunakan Persamaan. (1), yang merupakan cukup untuk tujuan prediksi RIPsoil signifikan. 64% dari variasi dijelaskan oleh Persamaan. (1) hampir merata disebabkan LOI (31%, P b 0,001) dan CEC (33%, P b 0,001). Hasil ini konsisten dengan fakta bahwa salah satu korelasi yang paling signifikan ditemukan antara RIP dan LOI. Perhatikan bahwa Alowas tidak termasuk dalam regresi bertahap karena ada collinearity antara LOI dan Alo (r = 0,80; Tabel 3). Untuk menyelidiki lebih lanjut perbedaan karakteristik penyerapan RC antara tanah Jepang dan Eropa, kami menghitung RIPsoil untuk kumpulan data tanah Jepang menggunakan Absalom et al. (1999) Model dikalibrasi untuk tanah Eropa: RIPsoil (mmol kg-1) = 8,7 (tanah liat (%)) 2 + 76,3 (Persamaan (4.) Dan (5) di Absalom et al. (1999)). Dihitung RIPsoilwas hingga faktor 16,1 (berarti 3,2) lebih tinggi dari RIPsoilmeasured untuk tanah Jepang (Gambar. 5b), menunjukkan bahwa penerapan Absalom Model untuk memprediksi RIPsoil untuk tanah Jepang overestimating themeasured RIPsoil. Hasil ini jelas menegaskan bahwa themodel dikalibrasi untuk tanah Jepang dalam penelitian kami (Persamaan (1), Gambar. 5a.) lebih relevan untuk prediksi RIPsoil.
5.3. RIP dari Andosol
RIPsoil dari Andosol (Alo + 0,5 Feo ≥ 20 g kg-1) secara signifikan lebih rendah dari tanah lainnya (Alo + 0,5 Feo b 20 g kg-1) (P b 0,001; Gambar. A.2 data tambahan). Karena nilai-nilai RIPsoil dipamerkan distribusi lognormal menurut uji Shapiro-Wilk, t-test dilakukan untuk nilai-nilai RIPsoil log-berubah. Temuan ini tentu menunjukkan bahwa Andosol di daerah terkontaminasi Fukushima dapat ditargetkan untuk prediksi rinci lebih lanjut dari TF RC berdasarkan Nilai RIPsoil diprediksi menggunakan model kami. Isi bahan organik di Andosol secara signifikan lebih tinggi daripada di tanah mineral lainnya (P b 0,001;. Gambar A.2). Kelimpahan relatif bahan organik tanah di Andosol ini sejalan dengan temuan sebelumnya untuk tanah Jepang (Nakamaru et al, 2007;. Nanzyo et al, 1993a.). Ini menemukan menegaskan yang Andosol lebih rentan daripada tanah lainnya kontaminasi RC, yaitu transfer factor kemungkinan akan lebih besar pada kelompok Andosol.
6. Kesimpulan
RIPsoil dan sifat-sifat tanah lainnya yang ditentukan untuk 51 humus dari sekitar daerah
yang terkena kecelakaan Fukushima. Korelasi antara RIPsoil dan konten liat menunjukkan secara
