JP2009291190A - 重金属含有土壌における作物栽培方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 重金属含有土壌において作物の栽培を実現するために、土壌中から重金属をわざわざ除去せず、また特別な固定剤を使用することなく、重金属含有土壌を含む地域でもそのままのうちに転換できる作物栽培方法を提供する。
【解決手段】 スギ皮細断物を主成分とし、発酵処理して製出したバーク堆肥を、土壌に対して適宜量混入して作物を栽培してなるもので、栽培作物の重金属含有濃度は、土壌の重金属濃度よりも著しく低濃度となり、重金属含有土壌においてバーク堆肥を一般の堆肥同様に使用することで、重金属含有土壌も農地として有効に利用できることになる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、重金属を含有する土壌対策としての野菜等の作物栽培方法に関するものである。

種々の理由で重金属を含有することになった土壌において穀物・野菜・牧草等の作物を栽培すると、土壌中の重金属を吸収して作物中に残留するので、家畜の餌や、食料として一般に供することができない。このため重金属を含有する土壌対策が従前より種々提案されている。

例えば特許文献１，２（特開２０００−２８８５２９号公報、特開２００６−１５９１８１号公報）には、特定の植物が重金属を良く吸収することに着目し、重金属対策を必要とする土壌に特定植物を植栽し、この植栽植物に重金属を吸収蓄積させたのち収穫除去し、除去植物を焼却処理して、土壌含有重金属を減少させる手段が開示されている。

また前記の植物の植栽に際して、土壌中に重金属不溶化剤を加えることが、特許文献３（特開２０００−２７９９４０号公報）で提案されており、重金属不溶化剤の例として重焼燐、熔性燐肥、過燐酸石灰等の燐酸質肥料、活性炭、ピートモス、油粕等の有機質資材、ゼオライト、パーライト等の無機系多孔質資材、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、生石灰等の石灰類、ジチオカルバミン酸等の公知の金属イオン捕捉剤、硫黄、硫化カルシウム、硫化鉄、チオ硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄等の硫黄等が例示されている。

また特許文献４（特開２００４−５１７６２号公報）には、作物への重金属吸収抑制方法として、アパタイト含有物質（例えばリン灰石）を土壌に混入する対策が開示されている。

特開２０００−２８８５２９号公報。 特開２００６−１５９１８１号公報。 特開２０００−２７９９４０号公報。 特開２００４−５１７６２号公報。

土壌中の重金属を植栽植物に吸収させて除去したとしても、土壌中に重金属が残存することになり、次に野菜を栽培したとしても、イオン化した重金属が栽培野菜に吸収されるので、土壌中の重金属濃度が所定の基準値以下になるまで植栽対応が必要となり、土地の有効利用という点では問題がある。

同様に固形剤を併用したとしても、固形剤の重金属固定能力（不溶化能力）によっては、必ずしも植栽対応終了後に農地転用が容易になされるとは云えない。更に特定の重金属不溶化物質を混合する場合には、相当量が必要であり、前記したアパタイト含有物質は、重金属溶出対策として優れていたとしても、作物栽培に対する効用（所謂肥料効果）は必ずしも優れているものではない。

そこで本発明は、特定の堆肥が重金属固定能力を備えていることを知見し、重金属含有土壌における新規な作物栽培方法を提案したものである。

本発明に係る、重金属含有土壌における作物栽培方法は、スギ皮細断物を主成分として発酵処理して製出したバーク堆肥を、土壌に対して適宜量混入して作物を栽培してなることを特徴とするものである。

また特に前記のバーク堆肥が、スギ皮裁断物又はスギ皮裁断物に鶏糞を混合した物を、必要に応じて発酵促進用の有効土壌菌類群を添加し、発酵温度６０〜８０℃を維持させながら、且つ適時加水を行なって含水率を約４０〜５０％の範囲を維持させて４８時間以上の発酵処理を行って製出したものである。

而して前記のバーク堆肥を重金属含有土壌に混入して作物の栽培を行うと、栽培作物の重金属含有濃度は、土壌の重金属濃度よりも著しく低濃度となり、重金属含有土壌においてバーク堆肥を一般の堆肥同様に使用することで、重金属含有土壌も農地として有効に利用できることになる。

この作物の重金属含有濃度が低くなる点の明確な理論的根拠は不明であるが、バーク堆肥の腐植物質を形成するフミン酸が多様な酸性基を有し、重金属と錯体を形成するサイトが多数含まれる結果、土壌中に溶出した重金属イオンが固定され、作物への重金属吸収が阻止されるものと推測される。

本発明方法は上記のとおり高濃度の重金属含有土壌においても、収穫作物の重金属含有濃度を低く抑えることができたもので、高濃度の重金属含有土壌の農地化が可能となったものであり、而も土壌中への堆肥供給という通常の農作業と変わらない簡単な作業で実現できたものである。

本発明方法の第一試験栽培の栽培土の重金属含有濃度表。 同栽培した小松菜（作物）の重金属含有濃度表。 同グラフ図。 同第二、三試験栽培（稲・チンゲン菜・春菊の栽培）の栽培土の重金属含有濃度表。 同第二試験栽培で栽培した稲の根部分の重金属含有濃度表。 同グラフ図。 同栽培した稲の藁部分の重金属含有濃度表。 同グラフ図。 同栽培した稲のもみ殻部分の重金属含有濃度表。 同グラフ図。 同栽培した稲の玄米部分の重金属含有濃度表。 同グラフ図。 同第三試験栽培で栽培したチンゲン菜の葉部分の重金属含有濃度対比グラフ図。 同チンゲン菜の根部分の重金属含有濃度対比グラフ図。 同第四試験栽培で栽培した春菊の葉部分の重金属含有濃度対比グラフ図。 同春菊の根部分の重金属含有濃度対比グラフ図。

次に本発明方法の第一の実施形態を試験栽培で実施した例に基づいて説明する。第一の実施形態に使用するバーク堆肥は、スギ皮裁断物のバーク堆肥Ｂと、スギ皮裁断物と鶏糞を混合したバーク堆肥ＫＢを使用し、更に対比物として、市販されている一般堆肥Ｃを採用した。

前記のバーク堆肥Ｂは、生のスギ皮（間伐材を利用）を繊維方向長さが５ｃｍ程度となるように切断したものを発酵処理したものであり、バーク堆肥ＫＢは、前記の生のスギ皮細断物と生鶏糞を同量混合したものを発酵処理したものである。

発酵処理に際しては、０．５％重量比の発酵促進用の有効土壌菌類群２．５ｇを加えて行ったもので、この発酵促進用の有効土壌菌類群は、土壌より抽出し培養したもので、好気性菌（酵母菌、セルロース分解菌、窒素固定菌）、嫌気菌（セルロース分解菌、窒素固定菌）、糸状菌（芳香族化合物分解菌）、マンガン酸化菌（有機栄養菌）、マンガン還元菌（クロカビ属群−原生担子菌類）、アンモニア酸化菌（亜硝酸菌）、硝酸菌、硝化生成細菌、放射菌（キチン分解菌）、硫黄細菌（緑色硫黄細菌科類）、メタン酸化菌、有胞子細菌、セルロース放線菌、セルロース糸状菌、リグニン分解菌、鉄酸化菌、鉄還元菌、硫酸還元菌が含まれている。

発酵処理は、水分調整を行って攪拌発酵を行うもので、発酵温度が６０〜８０℃の範囲内を推移するように攪拌（空気供給）を行い、且つ適時加水を行い含水率約４０〜５０％を維持するようにし、発酵温度を目安として略完熟するまで発酵させる（４８〜７２時間）。

前記の発酵処理によって製出したバーク堆肥Ｂ，ＫＢ及び対比堆肥Ｃによる栽培試験（第一試験栽培）は、汚染土壌に各々重量比で２０％の堆肥を混入攪拌して栽培土とし、この栽培土をポット（５００ｍｌ）に収納し、潅水し小松菜の種（２０粒／ポット）を播き、２４℃を維持して２日毎潅水し、２１〜３５日間栽培した。

栽培した小松菜を収穫し、凍結乾燥後粉砕して試料とし、各々の飼料の重金属含有濃度を計測して対比した。

堆肥の前提となる各栽培土（堆肥を混入した状態）の重金属含有量を測定した。測定手法は、８０℃で８時間の乾燥を施した栽培土１．５ｇをサンプルとし、１Ｍ塩酸５０ｍｌを加えて２時間攪拌し、濾過してＩＣＰ−ＭＳで測定した。測定結果は図１のとおりである。

収穫した小松菜は、同様に８０℃で８時間の乾燥を施して粉末とし、粉末０．１ｇを試料として、硝酸２ｍｌを加えて加圧分解し、１４０℃で加熱乾燥し、０．１Ｍ硝酸５０ｍｌにメスアップしてＩＣＰ−ＭＳで測定した。測定結果は図２のとおりである。

前記の結果（図２の結果の平均値）をグラフで表示すると図３に示すとおりで、栽培土の重金属濃度と作物である小松菜の重金属濃度の比率（濃縮係数）は、グラフ内に数値で表示した。

この第一試験栽培の結果から、バーク堆肥（鶏糞を混合したものを含む）は、銅、亜鉛、カドミニウムの作物への取り込みを抑制する効果が認められ、鶏糞を含有させて発酵させたバーク堆肥は、水銀と鉛のとりこみを抑制する効果があることが確認できた。

次に本発明方法の第二の実施形態を、野菜（チンゲン菜・春菊）並びに稲の試験栽培で実施した例を説明する。第二実施形態に使用するバーク堆肥は、前記第一の実施形態と同様にスギ皮裁断物を使用し、且つ有効土壌菌類群（腐朽菌）を加えて発酵処理したものであるが、特にスギ皮裁断物と同量のオカラを加えて発酵処理したバーク堆肥Ｂ１と、スギ皮裁断物と同量のオカラ及び同僚の鶏糞を加えて発酵処理したバーク堆肥ＫＢ１を使用し、対比例として市販肥料Ｃ１を使用した。

試験栽培は、第一実施形態と同様に、バーク堆肥Ｂ１、同ＫＢ１、市販肥料Ｃ１を施肥して植物栽培を行い、栽培食物の重金属濃度を測定し、使用土壌の重金属濃度（図４）と対比して栽培植物への重金属取り込み抑制の確認を行ったものである。尚重金属濃度測定手段は前記第一実施形態と同様の手法を採用した。

第二試験栽培は、稲の栽培実験であり、栽培土５ｋｇに対して各堆肥割合が１％となる５０ｇを栽培容器に入れて潅水し、田植えを行い屋外９８日後に収穫し、収穫した稲は、根を上下分断し、藁は上中下にそれぞれ分断し、更に籾殻、玄米と仕分けて、各部を凍結乾燥した後に粉砕して試料とし、含有される重金属濃度を測定した。

根部分の測定結果は、図５の表のとおりであり、堆肥の種別の対比グラフを図６に示した。また藁の部分の測定結果は、図７の表のとおりであり、堆肥の種別の対比グラフを図８に示した。尚対比グラフは第一実施形態の小松菜の栽培試験結果と同様に、縦軸は金属濃度（単位：ｍｇ／ｋｇ）で、表示数字は濃縮係数である、以下の第三、四試験栽培の結果のグラフも同様である。

この結果から、根は銅の取り込みが抑制され，含有量が低くなることを確認できが、根においては重金属の取り込み抑制効果が顕著に認められなかった。また藁において取り込みが強く抑制された重金属は，鉛とカドミウムであった。

次に籾殻殻部分の測定結果は、図９の表のとおりであり、堆肥の種別の対比グラフは、図１０のとおりである。また玄米部分の測定結果は、図１１の表のとおりで、対比グラフは図１２に示した。

この結果から、籾殻においては、亜鉛，銅及びカドミウムの取り込みが抑制された。亜鉛と銅は化成肥料で育成したものに比べてわずかに減少したのに対し，カドミウムの取り込みが強く抑制されている。

玄米においては、亜鉛，ニッケル，銅及びカドミウムの取り込みが抑制され、亜鉛と銅は化成肥料で育成したものに比べてわずかに減少したにすぎない。特にカドミウムは取り込みが強く抑制されている。

従って稲の栽培による第二試験では、バーク堆肥Ｂ１または鶏糞バーク堆肥ＫＢ１で米を栽培することにより、特に玄米へのカドミウムの取り込みを抑制する効果が認められたことから、食物への重金属濃縮を抑制する手段として本発明のバーク堆肥を用いることは有効である。

次に前記バーク堆肥Ｂ１、同ＫＢ１、市販肥料Ｃ１を施肥して、野菜（チンゲン菜・春菊）の栽培を行い、同様に栽培食物の重金属濃度を測定し、使用土壌の重金属濃度（図４）と対比して栽培植物への重金属取り込み抑制の確認を行った。

チンゲン菜の試験栽培（第三試験栽培）及び春菊の試験栽培（第四試験栽培）は、使用土壌に対して、重量比で、市販肥料Ｃを１％、バーク堆肥Ｂ１及び鶏糞バーク堆肥ＫＢ１を０．５％、１．０％、２．０％の割合で混合した栽培土を使用して行った。

チンゲン菜の試験栽培（第三試験栽培）の葉部分の重金属含有量の測定結果は、図１３の対比グラフのとおりであり、また根部分の測定結果は、図１４の対比グラフのとおりである。

この結果から、市販肥料Ｃ１で育ったチンゲン菜の葉の重金属含有量と比べ、バーク堆肥Ｂ１及び鶏糞バーク堆肥ＫＢ１を使用して栽培が、重金属取り込み抑制効果が表れているのが確認できた。また、濃縮係数を比較すると、カドミニウムと亜鉛はチンゲン菜の葉の中に濃縮されやすく、銅と鉛は比較的取り込まれ難いことが判明した。

次に、チンゲン菜の根部分についても前記葉部分の結果と同様に、市販肥料Ｃ１で栽培したチンゲン菜の根の重金属含有量と比べ、バーク堆肥Ｂ１及び鶏糞バーク堆肥ＫＢ１を使用しての栽培が、重金属取り込み抑制効果が表れているのが確認できた。また葉よりも根において市販肥料Ｃ１で育ったものに比べて重金属含有量の減少割合が大きいことが確認できた。

春菊の試験栽培（第四試験栽培）の葉部分の重金属含有量の測定結果は、図１５の対比グラフのとおりであり、また根部分の測定結果は、図１６の対比グラフのとおりである。尚鶏糞バーク堆肥２．０％の条件では、春菊が育たなかった。

前記の測定結果から、春菊の葉においては、バーク堆肥Ｂ１が鶏糞バーク堆肥ＫＢ１よりも銅に対する取り込み抑制効果が高いことが確認できた。また堆肥の配合割合の増加に伴い重金属の含有量が低くなる傾向が認められた。春菊の根については、葉よりも根において重金属含有量の減少割合が大きいことが確認された。

以上の第三、第四試験栽培の結果から、チンゲン菜及び春菊のいずれの野菜においても、本発明のバーク堆肥及び鶏糞バーク堆肥を使用しての重金属取り込み抑制効果が確認できた。また葉よりも根において大きな重金属取り込み抑制効果が確認できたことから根菜類にも有用であると考えられる。さらにバーク堆肥、鶏糞バーク堆肥の配合割合の増加に伴い、高い重金属取り込み抑制効果が認められた。

Claims (5)

1. スギ皮裁断物を主成分として発酵処理して製出したバーク堆肥を、土壌に対して適宜量混入して作物を栽培してなることを特徴とする重金属含有土壌における作物栽培方法。
2. バーク堆肥が、スギ皮裁断物を発酵温度６０〜８０℃を維持させながら、且つ適時加水を行なって含水率を約４０〜５０％の範囲を維持させて４８時間以上の発酵処理を行って製出したものである請求項１記載の重金属含有土壌における作物栽培方法。
3. バーク堆肥が、スギ皮裁断物にオカラを混合して製出したものである請求項２記載の重金属含有土壌における作物栽培方法。
4. バーク堆肥が、スギ皮裁断物に鶏糞を混合して製出したものである請求項１又は２記載の重金属含有土壌における作物栽培方法。
5. バーク堆肥製出の発酵処理に際して、発酵促進用の有効土壌菌類群を添加してなる請求項２乃至４記載の何れかの重金属含有土壌における作物栽培方法。