森林生態系に存在する鉛（Pb）、ストロンチウム（Sr）などの重金属とその同位体比は、大気沈着、基岩の風化、土壌―植生間のミネラル動態など、様々な物質循環の過程を反映している。広域・多地点における濃度と同位体比の分布特性を明らかにすることは、大気沈着の負荷パターンや、ミネラル動態の地域特性を把握する上で重要である。本研究では、日本の44カ所の森林で採取された林床有機物層に含まれる重金属濃度とSrとPbの同位体比を分析し、値の範囲と地理的な分布特性を明らかにする。また、対象サイトで測定されている土壌の窒素循環に関わる特性値との関係から、重金属の濃度および同位体比が森林の養分循環特性のどの項目と関わりがあるかを検討した。
林床有機物層は、乾燥粉末を過酸化水素により湿式灰化し、分解液中の微量元素濃度をICP-MSで分析した。さらに、SrとPbをイオン交換樹脂法で抽出し、同位体比をマルチコレクタICP質量分析計で分析した。
土壌特性値および重金属濃度・同位体比を用いたクラスター分析から、有機物層のSr濃度は土壌の水溶性ナトリウムおよび塩化物イオン濃度と近い関係があり、海塩の影響を受けていると考えられた。²⁰⁸Pb/²⁰⁷Pbと²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pbの関係から、林床有機物層のPb同位体比は、降水の同位体比を反映していた。また、日本海側で同位体比が低く、太平洋側で高いという地理的分布特性から、大陸から越境する大気沈着物の影響が示唆された。
Pb濃度および⁸⁷Sr/⁸⁶Srは、土壌酸性度と近い関係がみられた一方で、土壌中の窒素形態変化パラメータと、Pb、Srの濃度および同位体比との間には有意な関係はみられなかった。大気沈着物は、土壌酸性に影響を与えている可能性が示唆されるが、窒素動態への影響は現時点では明らかではない。