JP2008296181A

JP2008296181A - 有害重金属汚染媒体の浄化方法

Info

Publication number: JP2008296181A
Application number: JP2007147412A
Authority: JP
Inventors: Masahide Yamato; 政秀大和
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】本発明の目的は、重金属に汚染された土壌、水等の媒体を、重金属の吸収能力に優れた成長の早い植物を栽培することによって浄化する技術を提供することである。
【解決手段】ベニバナボロギク（Crassocephalum crepidioides）を、重金属で汚染された重金属で汚染された土壌や水等の媒体上で栽培して、該重金属を該ベニバナボロギクに吸収させ、これによって重金属で汚染された媒体の浄化を行う。
【選択図】なし

Description

本発明は、植物を用いて、効率的に、カドミウム等の有害重金属に汚染された土壌、水等の媒体を浄化する方法に関する。

日本の食品中のカドミウムの耐容基準については、コメについて1.0 mg kg^-1があるのみであるが、国際的には国連機関であるWHOとFAOの食品規格委員会（Codex Alimentarius Commission (CAC)：コーデックス委員会）、及びその下部組織である食品添加物・汚染物質に関するコーデックス部会（Codex Committee on Food Additives and Contaminants: (CCFAC)）において、食品中のカドミウムに関する国際的な基準値策定が議論されており、日本においても、カドミウムに低濃度に汚染された広大な農耕地において、対策の必要性が生じることが予想される。

平成14年に農林水産省が行った農作物のカドミウム含量に対する調査では、玄米（0.3％）、小麦（3.1％）、ホウレンソウ（3.0％）、ネギ（3.9％）、タマネギ（1.0％）、ニンニク（29.5％）、サトイモ（9.9％）、ヤマノイモ（1.4％）、ゴボウ（5.6％）、ニンジン（1.5％）、ナス（7.3％）、オクラ（22.4％）について、想定基準値を越えるカドミウムの含有が検出されている（括弧内は想定基準値超過の検出率）。

カドミウムを初めとする有害重金属を農作物に蓄積させないためには、該有害重金属の含有率が低い環境で農作物の栽培を行うことが不可欠である。従来、有害重金属に汚染された土壌等の媒体の修復には、排土・客土等の土木工事処理が適用されている。しかしながら、汚染土壌の運搬先で新たな汚染を引き起こすという問題がある。また、排土・客土による対策は、広大な農耕地の汚染対策には不向きであり、更に土壌の性状を変えてしまうという問題も生じる。

近年、植物の重金属吸収作用を利用して重金属汚染土壌を浄化する技術（ファイトレメディエーション）が注目され、国内外で多くの研究が行われている。従来、有害重金属の中でカドミウムに対して高い吸収能をもつ植物としては、アルプスグンバイナズナ、セイヨウカラシナ、ビート、ハクサンハタザオ、ケナフ、オクラ等が報告されている。また、植物体1個体あたりの地上部のカドミウム含有量が100 μgを越える例としては、アルプスグンバイナズナの128.3 μg（土壌中濃度5 mg kg^-1、栽培期間4ヶ月）とケナフの514 μg（土壌中濃度9 mg kg^-1、栽培期間74日）が報告されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。

これらの重金属吸収作用を有する植物の内、アブラナ科の植物はいずれも冬期の栽培となり、夏作物の裏作としての適用は可能であるが、成長量が乏しく、通常年1回の栽培しか行えないため、植物体に高濃度に集積されたとしても吸収量には限界がある。また、重金属吸収作用を有する植物として、農作物としても使用されているものを利用した場合には、風評被害を招きかねないといった問題がある。更に、ケナフは、成長速度及びカドミウム吸収量が共に高いが、土壌養分を収奪するため、ケナフ栽培後は他の植物が育ち難いといった問題が生じる畏れがある。

このような従来技術を背景として、重金属の吸収能力に優れた成長の早い植物を利用して、重金属で汚染された媒体を効率的に浄化する方法の開発が切望されている。
Nishiyama Y, Yanai J, Kosaki T (2005) Potential of Thlaspi caerulescens for cadmium phytoremediation: comparison of two representative soil types in Japan under different planting frequencies. 特許公開2002-331281号公報

本発明は、上記従来技術の課題を解決することを目的とする。具体的には、本発明は、重金属に汚染された土壌、水等の媒体を、重金属の吸収能力に優れた成長の早い植物を栽培することによって浄化する技術を提供することを目的とする。特に、本発明は、低濃度の重金属を含む汚染媒体に対しても、植物を利用して効果的に該汚染媒体を浄化する技術を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、キク科ベニバナボロギク属のベニバナボロギク（Crassocephalum crepidioides）が、優れたカドミウムの吸収作用を有することを見出した。そして、該ベニバナボロギクを重金属で汚染された媒体上で栽培することにより、重金属汚染媒体を効率的に浄化できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて、更に改良を重ねることにより完成したものである。

即ち、本発明は、下記に掲げる重金属汚染媒体の浄化方法を提供する。
項１．ベニバナボロギク（Crassocephalum crepidioides）を、重金属で汚染された媒体上で栽培することにより、該重金属を該ベニバナボロギクに吸収させる工程を含むことを特徴とする、重金属汚染媒体の浄化方法。
項２．重金属で汚染された媒体が土壌であり、且つアーバスキュラー菌根菌を共存させてベニバナボロギクの栽培を行う、項１に記載の浄化方法。
項３．重金属がカドミウムである、項１又は２に記載の浄化方法。
項４．更に、重金属を吸収したベニバナボロギクの茎葉部を除去する工程を含む、項１乃至３のいずれかに記載の浄化方法。

本発明によれば、カドミウムなどの重金属で汚染された媒体（土壌や水等）に、ベニバナボロギクを植栽することによって、簡便、効率的、且つ低コストで、該媒体から重金属を除去することができる。従って、本発明によれば、有害重金属で汚染された環境を、安全性の高い環境に変え、生活や農作物栽培に適した環境に再生することができる。

また、従来、重金属の高吸収植物として報告されているほとんどの植物は地上部よりも地下部において重金属を蓄積する。地下部は地上部の収穫後に腐敗するため、その過程で可給態の重金属が土壌中に放出され、これが農作物に吸収される恐れがある。これに対して、ベニバナボロギクは、主に地上部に重金属を蓄積する性質がある。それ故、本発明の重金属汚染媒体の浄化方法は、媒体中の可給態カドミウムの残存量を抑えるという点においても有利であり、農耕地への実用化を図る上で特に好適である。

本発明の重金属汚染媒体の浄化方法は、ベニバナボロギク（Crassocephalum crepidioides）を、重金属汚染媒体上で栽培することにより、該媒体中の重金属を該ベニバナボロギクに吸収させる工程を含むことを特徴とするものである。

本発明の浄化対象となる重金属汚染媒体としては、重金属で汚染されている土壌及び水が挙げられる。具体的には、水田土壌、畑土壌、住宅地、工場跡地等の土壌；湖沼、河川、地下水、工場廃水等の水が例示される。

また、重金属汚染媒体における汚染重金属の種類については、特に制限されず、重金属汚染として問題になっている金属種であればよいが、具体的には、カドミウム、ヒ素、鉛、水銀等が例示される。本発明の浄化方法は、これらの重金属の中でも、カドミウムに対しては、より効果的な浄化を行うことができる。かかる本発明の効果に鑑みれば、重金属汚染媒体として、好ましくはカドミウムで汚染された媒体が挙げられる。

浄化対象となる重金属汚染媒体の汚染の程度についても、重金属の種類によって異なり、一律に規定することはできないが、例えば重金属が0.1ppm以上、より具体的には0.1〜10ppmの範囲で含まれている媒体が挙げられる。特に、カドミウムで汚染された媒体である場合には、カドミウムが0.5ppm以上、より具体的には0.5〜5ppmの範囲で含まれている媒体が例示される。かかる範囲よりも重金属の濃度が著しく高い媒体については、上記範囲となるように、非汚染土壌又は水で適宜希釈すればよい。かかる重金属の濃度範囲よりも著しく高い媒体の場合、ベニバナボロギクが十分に生育できないことがあり、また、かかる重金属の濃度範囲よりもが著しく低い媒体の場合、そもそも浄化の必要性が低い。

本発明では、重金属を吸収させる植物として、キク科ベニバナボロギク属のベニバナボロギクを使用する。本発明には、重金属吸収作用を育種目標とした交配育種株を使用することもできる。

また、重金属汚染媒体上でベニバナボロギクを栽培する方法についても、特に制限されず、該媒体の種類に応じて適宜設定される。ベニバナボロギクの植裁量の目安として、例えば、30〜50株/ｍ²が例示される。

具体的には、重金属汚染媒体が土壌である場合、当該土壌に対して、ベニバナボロギクの種を播種する方法、ベニバナボロギクの苗を移植する方法、ベニバナボロギクの植物体を移植する方法等が例示される。短時間で効率的に浄化を行うという観点から、好ましくは、ベニバナボロギクの苗を移植する方法である。

重金属汚染媒体が土壌である場合、ベニバナボロギクの栽培は、アーバスキュラー菌根菌（以下、AM菌）との共存下で実施することにより、ベニバナボロギクの成長と重金属の吸収を促進させ、一層効率的な浄化が可能になる。本発明に使用されるAM菌としては、ベニバナボロギクと共生可能なものであればよいが、好ましくは重金属吸収力の高い系統のもの、より具体的にはGlomus intraradicesが例示される。

AM菌の存在下でベニバナボロギクの栽培を行うには、例えば、AM菌と共生させたベニバナボロギクの苗又は植物体を使用すればよい。また、例えば、ベニバナボロギクの根とAM菌を適当な手段により接触させた後に、ベニバナボロギクを重金属汚染媒体に移植してもよい。

一方、重金属汚染媒体が水である場合、ベニバナボロギクの栽培は、当該水を利用して水耕栽培すればよい。

ベニバナボロギクの栽培期間については、重金属汚染媒体の種類、重金属汚染媒体の汚染の程度、栽培時期等により異なるが、通常30〜60日程度が挙げられる。具体的には、重金属汚染媒体にベニバナボロギクの苗を移植した場合であれば、ベニバナボロギクに開花が認められる段階まで栽培を継続すればよい。

重金属を吸収させたベニバナボロギクを、適当な手段で媒体から取り除くことにより、重金属が回収される。重金属を吸収させたベニバナボロギクを媒体から取り除く手段としては、特に制限されないが、例えば、植物体の地上部を刈り取る方法、植物体の全体（地上部と地下部の双方）を取り出す方法、又は植物体の地上部と地下部を別々に取り出す方法が挙げられる。なお、ベニバナボロギクは、重金属を主に茎葉部（地上部）に蓄積する性質がある。そのため、本発明によって重金属を吸収させたベニバナボロギクは、その茎葉部（地上部）を刈り取るだけでも、重金属の除去を十分に行うことができる。

以下、試験例及び実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
試験例１重金属の吸収作用に優れた植物のスクリーニング
重金属の吸収作用に優れた植物をスクリーニングするために、鉱山跡地に生息する４４種の植物を採取し、これらの植物に含まれるカドミウム及びルビジウムの量を測定した。その結果の一部（６種の植物）を表１に示す。ベニバナボロギクには顕著に優れた重金属（特に、カドミウム及びルビジウム）の吸収能があることが明らかとなった。

実施例１ベニバナボロギク水耕栽培によるカドミウム吸収試験
水耕ポットに700 mlのホーグランド水耕液を入れ、ウレタンを上部に設置し、ベニバナボロギクの種子を播種した。植物インキュベータを用い、25℃、21000ルクス16時間日長と夜間20℃の条件下で培養し、播種4週間後に、水耕液を新しいホーグランド水耕液に入れ替え、カドミウム濃度が1 μMとなるように、硫酸カドミウム（3CdSO₄・8H₂O）の水溶液を添加した。カドミウム添加1週間後に栽培を終了し、地上部、地下部とも70℃で48時間乾燥後、乾燥重量及びカドミウム濃度を測定した。

結果を表２に示す。この結果から、水耕栽培によって、ベニバナボロギクがカドミウムを効率的に吸収していることが確認された。また、ベニバナボロギクは、吸収したカドミウムを主に地上部に蓄積していることが明らかとなった。

実施例２土壌中のカドミウム濃度の違いがベニバナボロギクのCd吸収に及ぼす影響
赤玉土、川砂等容混合土をポットに500 ml（400 g乾土）充填し、121℃、30分間オートクレーブ滅菌したものを供試ポットとして適用した。土壌中のカドミウム濃度が0，1，2，5 mg kg^-1となるように、硫酸カドミウム（3CdSO₄・8H₂O）の水溶液を添加して、４試験区を設定し、ベニバナボロギクの種子を播種して栽培を行った。各試験区には5ポットを供試した。週1度ハイポネクス（6-6-6）333.3倍希釈液を50 ml添加する施肥を行い、播種2ヶ月後に、栽培を終了した。地上部、地下部とも70℃で48時間乾燥後、乾燥重量及びカドミウム濃度を測定した。

結果を表３に示す。この結果から、土壌中のカドミウムをベニバナボロギクが効率的に吸収できること、及び土壌中のカドミウムが1 mg kg^-1と低濃度であっても、カドミウムの吸収が可能であることが確認された。即ち、ベニバナボロギクが、低濃度でCdに汚染された媒体に対して、高いCd吸収力を持つことが示された。特に2 mg kg^-1の濃度の汚染土壌に対して、播種2ヶ月後に1個体あたりのCd含量が100 μgを越えたことの意義は大きい。また、水耕栽培の場合と同様、ベニバナボロギクは、吸収したカドミウムを主に地上部に蓄積していることが明らかとなった。

実施例３菌根菌の有無と土壌中のCd濃度の違いがベニバナボロギクのカドミウム吸収に及ぼす影響
赤玉土、川砂等容混合土をポットに500 ml（400 g乾土）充填し、121℃、30分間オートクレーブ滅菌したものを供試ポットとして適用した。土壌中のカドミウム濃度が0、1，2，5 mg kg^-1となるように、硫酸カドミウム（3CdSO₄・8H₂O）の水溶液を添加し、それぞれにAM菌（Glomus intraradices B4NA）接種の有無を組み合わせた試験区を設定し、各試験区に4ポットを供試した。各ポット培土の中央部に試験管を挿入して穴を空け、AM菌感染土壌を10 mlずつ与え、AM菌の接種を行い、ベニバナボロギク種子を播種し、ハイポネクス（6-6-6）1000倍希釈液を50 mlずつ添加した。以後、週1度ハイポネクス（6-6-6）1000倍希釈液を50 ml添加する施肥を行い、播種73日後に、栽培を終了した。地上部、地下部を70℃で48時間乾燥後、乾燥重量およびカドミウム濃度を測定した。なお、本実施例で使用したAM菌（Glomus intraradices B4NA）は、鉱山跡地の重金属汚染土壌に生育するベニバナボロギクの根から、アルファルファを宿主植物としたポット培養によって分離培養し、さらに得られた単胞子から再増殖を行った純系の菌株である。

結果を表４に示す。この結果から、AM菌（Glomus intraradices B4NA）はベニバナボロギク地上部のCdの濃度を下げずに、成長促進をもたらすことが明らかとなった。

一般に、ベニバナボロギクの種子は小さく、初期成長も遅いため、植物体の高さが5 cmを越えるまでに3週間から1ヶ月かかる。一方、その後の成長速度は非常に速いことから、B4NAを共生させた苗を植栽するという方法を適用することによって、30〜40日の栽培期間で、ベニバナボロギクを収穫することが可能であり、年5回程度の多期作も可能と考えられる。このようにベニバナボロギクとAM菌（Glomus intraradices B4NA）の共生系はカドミウム汚染媒体の浄化に対して非常に高いポテンシャルを持つものである。

Claims

ベニバナボロギク（Crassocephalum crepidioides）を、重金属で汚染された媒体上で栽培することにより、該重金属を該ベニバナボロギクに吸収させる工程を含むことを特徴とする、重金属汚染媒体の浄化方法。
重金属で汚染された媒体が土壌であり、且つアーバスキュラー菌根菌を共存させてベニバナボロギクの栽培を行う、請求項１に記載の浄化方法。
重金属がカドミウムである、請求項１又は２に記載の浄化方法。
更に、重金属を吸収したベニバナボロギクの茎葉部を除去する工程を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の浄化方法。