JP6523564B2 - 水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤の製造方法及びその使用方法 - Google Patents
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Description
電子ドナーのみではなく、電子シャトルのみ、又は電子シャトルと電子ドナーからなる水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤。
前記他の大分子炭水物類は、デンプン、ハチミツ等のうちの少なくとも1種であることが好ましい。
前記水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤を、結合剤を用いてラッピングペレット化し、顆粒化重金属カドミウム鈍化剤を得ることを含むことが好ましい。
前記結合剤はリグニン、デンプン、デキストリン、キチン、キトサン、コラーゲン、ゼラチン、シルク又はアルギン酸塩など高分子材料のうちの少なくとも1種であり、前記結合剤と前記水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤との質量比は(1:30)〜(1:150)であり、好ましくは(1:80)〜(1:110)である。
前記水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤又は前記顆粒化重金属カドミウム鈍化剤の重金属汚染管理技術分野における応用。
水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤を単独で適用するか、又は他の肥料と混合して一緒に適用する。好ましくは、単独で適用する。
(1)腐植質による硫酸塩の還元及び及びカドミウムとカップリング化並びにカドミウムの固定するメカニズム:腐植質は、水田土壌の硫酸塩のS2−への還元を促進し、硫化カドミウム鉱物の形成を促進し、カドミウム固定を促進する。
(2)腐植質による鉄の還元及びカドミウムとカップリング化並びにカドミウムを固定するメカニズム:腐植質は微生物によって還元され、還元態の腐植質はその電子を酸化鉄へ搬送し、よって微生物による鉄の還元速度を著しく高めることができる。また、酸化鉄が還元し溶解されて、それに続く二次鉱化プロセスにともなってカドミウムが固定される。また、本発明は、該機能性鈍化剤の適用法、適用期間、適用量、及び適用際の注意事項などを含む特別な適用技術によって該鈍化剤を適用することで、硫酸塩還元菌などの微生物活性を更に活性化し、米のカドミウムに対する吸収と蓄積を更に減らすことができる。
(1)本発明は、水田土壌に適用することによって硫酸塩還元菌など微生物の活性を活かすことができる重金属カドミウム鈍化剤を提供し、該鈍化剤を適用することで硫酸塩還元菌など微生物の活性が激しく活かされ、土壌中の硫黄と鉄の還元プロセスを加速させるとともに、カドミウムがカップリングされ固定され、土壌間隙水中のカドミウムの含有量を減らし、交換可能なカドミウム濃度を減少させ、カドミウムの固定状態への変換を促進し、よって、米のカドミウムに対する吸収と蓄積を減少させる。
(2)酸塩基中和及び吸着固定に基づく鈍化技術と比較すれば、本発明は、硫酸塩還元菌及び鉄酸化物還元菌など機能性微生物の作用メカニズムに基づき、本発明により提供される鈍化剤を少量適用することで硫酸塩還元菌機能性微生物の活性を調整することができ、カドミウムを鈍化させる機能を達成することができる。中度汚染の水田について、本発明の重金属カドミウム鈍化剤の適用量は、わずか50〜300kg/ムーである。吸着固定に基づく鈍化技術の使用量よりもはるかに少なく、処理コストを低減することができる。
小分子であり腐植質と同様の特性を有するキノンAQDS(9,10−アントラキノン−2,6−ジスルホン酸ナトリウム)、大分子腐植質(フルボ酸とフミン酸(質量比1:1)の混合物)、及び固体類腐植質生物炭を、質量比1:5:10で均一に混合し、水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤を獲得した。
わらを乾燥してから5cm未満に粉砕して、窒素雰囲気下で300℃に加熱してからさらに10時間温度を保持して、加熱を停止して、引き続き窒素雰囲気下で室温まで冷却して、それから再度粉砕して60メッシュのふるいをかけて、固定炭素含有量58.2%、pH8.1の固体類腐植質生物炭を得た。
(1)質量比1:1:2:1のエタノール、乳酸、グルコース、デンプンを均一に混合して、電子ドナーを得た。
(2)質量比1:2.5:5の小分子であり腐植質と同様の特性を有するキノンAQDS(9,10−アントラキノン−2,6−ジスルホン酸ナトリウム)、大分子腐植質、及び固体類腐植質生物炭を均一に混合して、電子シャトルを得た。
(3)前記ステップ(1)で得た電子ドナーと前記ステップ(2)で得た電子シャトルとを、質量比1:3で均一に混合して、水田土壌中mp硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤を獲得した。
ヤシ糸を乾燥してから5cm未満に粉砕して、窒素雰囲気下で500℃に加熱してからさらに8時間温度を保持して、加熱を停止して、引き続き窒素雰囲気下で室温まで冷却して、それから再度粉砕して200メッシュのふるいをかけて、固定炭素含有量 67.7%、pH8.8の固体類腐植質生物炭を得た。
(1)酢酸、乳酸、グルコースを1:1:2の質量比で均一に混合して、電子ドナーを得た。
(2)質量比1:4:8の小分子であり腐植質と同様の特性を有するキノンAQDS(9,10−アントラキノン−2,6−ジスルホン酸ナトリウム)、大分子腐植質(フルボ酸:フミン酸:フミンの質量比1:1:1の混合物)、及び固体類腐植質生物炭を均一に混合して、電子シャトルを得た。
(3)前記ステップ(1)で得た電子ドナーと前記ステップ(2)で得た電子シャトルを、質量比1:3で均一に混合して、水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤(電子ドナーとシャトルの両方を有するタイプの重金属カドミウム鈍化剤)を獲得した。
ヤシ糸とトウモロコシの茎を乾燥してから5cm未満に粉砕して、質量比1:1で均一に混合して、窒素雰囲気下で450℃に加熱してから、さらに8時間温度を保持して、加熱を停止して、引き続き窒素雰囲気下で室温まで冷却して、それから再度粉砕して100メッシュのふるいにかけて、固定炭素含有量 60.5%、pH8.3の固体類腐植質生物炭を得た。
土壌試料は広東省汕頭にある砒素とカドミウム汚染土壌から採取した。土壌試料を自然乾燥した後に、不純物を除去して、粉砕してから100メッシュのふるいにかけて、使用前に2週間浸水して土壌微生物活性を活性化させた。測定の結果、土壌のpH値は7.3であって、その他の元素含有量は、下記の通りであった:TOC 13.1g/kg,CEC 11.5 mol(+)/kg,全カドミウム2.01 mg/kg,全鉄30.5 g/kg,AM−Fe 0.403g/kg,DCB−Fe 17.3g/kg,Ca 5.56g//kg,Mg 4.06g/kg,K 13.9g/kg。
(1)対照群(CK)であって、いずれの重金属カドミウム鈍化剤も適用しなかった。
(2)実施例1の重金属カドミウム鈍化剤を100g/ポットで添加した(T1)。
(3)実施例2の重金属カドミウム鈍化剤を100g/ポットで添加した(T2)。
(4)実施例4の粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を100g/ポットで添加した(T3)。
(1)ブランク対照群、(CK)。
(2)稲を田植え10日前に、一括で100kg/ムーの添加量で実施例3に調製した粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を適用した(T1)。田植え前に田んぼを犁熊手で均一に耙耕してから他の肥料と一緒に適用して、そして、重金属カドミウム鈍化剤を適用後に水田を3cm以上に浸水し、15日以上に浸水を保持した。
(3)稲を田植え10日前に、一括で150kg/ムーの添加量で実施例3に調製した粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を適用した(T2)。田植え前に田んぼを犁熊手で均一に耙耕してから他の肥料と一緒に適用して、そして、重金属カドミウム鈍化剤を適用後に水田を3cm以上に浸水し、15日以上に浸水を保持した。
(4)稲を田植え5日前に、50kg/ムーの添加量で実施例3に調製した粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を適用して、水稲分蘖末期の中干し時にさらに50kg/ムーの添加量で実施例3に調製した粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を適用した(T3)。田植え前に田んぼを犁熊手で均一に耙耕してから他の肥料と一緒に適用して、そして、重金属カドミウム鈍化剤を適用後に水田を3cm以上に浸水し15日以上に浸水を保持して、水稲分蘖末期の中干し時に、前記重金属カドミウム鈍化剤を単独適用し、稲の葉ではなくその根の周りに振りかけ、その時の畑を乾きすぎないようにし、土壌の水分が飽和含水量の70%を超えることとし、土壌の水分が不足の場合は適当に灌漑し、そして、前記重金属カドミウム鈍化剤を適用してから3日以内に水田を5cm以上に浸水し、5日以上浸水を保持した。各テストについて、3つの実験区域をとって、ランダムに並べて、全部で9個実験区域とし、各実験区域は5*64=30m2とし、独立灌漑を保証した。
試験時間:2014年7月6日に田植えして、11月3日に収穫した。試験場所:広東省韶関市曲江区白土町にあるカドミウム汚染農田。該農田の表層土壌(0〜30cm)を取り出し分析した結果、農田土壌のpH値は6.51であって、Cd含有量は0.815mg/kg−1であった。
(1)ブランク対照群、(CK)。
(2)稲を田植え10日まえに、一括で200kg/ムーの添加量で実施例3に調製した粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を適用した(T1)。田植え前に田んぼを犁熊手で均一に耙耕してから他の肥料と一緒に適用して、そして、重金属カドミウム鈍化剤を適用した後に水田を3cm以上に浸水し、15日以上浸水を保持した。
(3)稲を田植え10日前に、一括で300kg/ムーの添加量で実施例3に調製した粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を適用した(T2)。田植え前に田んぼを犁熊手で均一に耙耕してから他の肥料と一緒に適用して、そして、重金属カドミウム鈍化剤を適用後に水田を3cm以上に浸水し、15日以上浸水を保持した。
(4)稲を田植え5日前に、100kg/ムーの添加量で実施例3に調製した粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を適用して、水稲分蘖末期の中干し時に更に100kg/ムーの添加量で実施例3に調製した粒子径4±0.5mmの重金属カドミウム鈍化剤を適用した(T3)。田植え前に田んぼを犁熊手で均一に耙耕してから他の通常肥料と一緒に適用して、そして、重金属カドミウム鈍化剤を適用後に水田を3cm以上に浸水し、15日以上浸水を保持して、水稲分蘖末期の中干し時に、前記重金属カドミウム鈍化剤を単独適用し、稲の葉ではなくその根の周りに振りかけて、その時の畑が乾すぎないようにし、土壌の水分が飽和含水量の70%を超えることとし、土壌の水分が不足の場合は適当に灌漑し、そして、前記重金属カドミウム鈍化剤を適用してから3日以内に水田を5cm以上に浸水して5日以上浸水を保持した。各テストについて、3つの実験区域をとって、ランダムに並べて、全部で9個実験区域とし、各実験区域は5*64=30m2とし、独立灌漑を保証した。
[付記1]
電子シャトルのみ、又は電子シャトルと電子ドナーからなることを特徴とする水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤。
[付記2]
前記水田土壌中の硫酸塩還元の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤は、電子ドナーと電子シャトルからなり、電子ドナーと電子シャトルの質量比は、(1:3)〜(1:8)
である、
ことを特徴とする付記1に記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤。
[付記3]
前記電子ドナーは、有機酸類、アルコール類、糖類及び他の大分子炭水化物類のうちの少なくとも1種であり、
前記電子シャトルは、小分子であり腐植質と同様の特性を有するキノン、大分子腐植質、又は固体類腐植質生物炭のうちの少なくとも1種である、
ことを特徴とする付記1又は2に記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤。
[付記4]
前記電子ドナーは、酢酸、乳酸、ブドウ糖のうちの少なくとも1種であり、
前記電子シャトルは、小分子であり腐植質と同様の特性を有するキノン、大分子腐植質、及び固体類腐植質生物炭の混合物である、
ことを特徴とする付記3に記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤。
[付記5]
前記小分子であり腐植質と同様の特性を有するキノン、大分子腐植質、及び固体類腐植質生物炭の質量比は、(1:2.5:5)〜(1:5:10)である、
ことを特徴とする付記4に記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤。
[付記6]
前記固体類腐植質生物炭の調製方法として、生物質を乾燥し破壊してから、窒素保護雰囲気の下で、300℃〜500℃までに昇温してから8時間〜10時間温度を保持し、そして加熱を停止し、引き続き窒素保護雰囲気下で冷却して粉砕し、ふるいにかけ、前記固体類腐植質生物活性炭を得ることを含む、
ことを特徴とする付記3に記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤。
[付記7]
顆粒化重金属カドミウム鈍化剤であって、付記1乃至5のいずれか1つに記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤と結合剤を含有し、
その調製方法として、付記1乃至6のいずれか1つに記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤を、結合剤を用いてラッピングペレット化し、顆粒化重金属カドミウム鈍化剤を得ることを含み、
前記顆粒化重金属カドミウム鈍化剤の粒子径は3〜5mmであり、
前記結合剤はリグニン、デンプン、デキストリン、キチン、キトサン、コラーゲン、ゼラチン、シルク又はアルギン酸塩の中の少なくとも1種であり、
前記結合剤と前記水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤との質量比は、(1:30)〜(1:150)である、
ことを特徴とする顆粒化重金属カドミウム鈍化剤。
[付記8]
前記付記1乃至6のいずれか1つに記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤又は前記付記7に記載の顆粒化重金属カドミウム鈍化剤の重金属汚染管理技術分野における応用。
[付記9]
前記付記1乃至6のいずれか1つに記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤又は前記付記7に記載の顆粒化重金属カドミウム鈍化剤を単独で適用し、又は、その他の肥料と混合して一緒に適用することを含む、
ことを特徴とする水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かすことによる重金属カドミウムの鈍化方法。
[付記10]
前記重金属カドミウム鈍化剤の適用時期として、田植えの5〜10日前に基肥として適用するか、水稲分蘖末期の中干し時に追肥として適用するか、あるいは上記の二つの時期のそれぞれにおいて適用し、
前記重金属カドミウム鈍化剤の使用の量は50〜300キロ/ムーであり、
前記田植えの5〜10日前における基肥としての適用は、田植え前に田んぼを犁熊手で均一に耙耕してから適用し、そして、重金属カドミウム鈍化剤を適用後に水田を3cm以上に浸水し、15日以上に浸水を保時しなければならなく、
前記水稲分蘖末期の中干し時における追肥としての適用は、前記重金属カドミウム鈍化剤を稲の葉ではなくその根の周りに振りかけ、その時の畑が乾きすぎないようにし、土壌の水分が飽和含水量の70%を超えることとし、土壌の水分が不足の場合適当に灌漑し、そして、前記重金属カドミウム鈍化剤を適用してから3日以内に水田を5cm以上に浸水して5日以上に浸水を保つ、
ことを特徴とする前記付記9に記載の水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かすことによる重金属カドミウムの鈍化方法。
Claims (4)
- 水田土壌中の重金属汚染管理技術分野における水田土壌中硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤の製造方法であって、
重金属カドミウム鈍化剤は、電子ドナーと電子シャトルからなり、電子ドナーと電子シャトルの質量比は、(1:3)〜(1:8)であり、
前記電子ドナーは、酢酸、乳酸、ブドウ糖のうちの少なくとも1種であり、
前記電子シャトルは、9,10−アントラキノン−2,6−ジスルホン酸ナトリウム、大分子腐植質、及び固体類腐植質生物炭の混合物であり、
前記9,10−アントラキノン−2,6−ジスルホン酸ナトリウム、大分子腐植質、及び固体類腐植質生物炭の質量比は、(1:2.5:5)〜(1:5:10)であり、
前記大分子腐植質としては、フルボ酸、フミン酸、及びフミンのうちの少なくとも1種であり、
前記固体類腐植質生物炭の調製方法として、生物質を乾燥し破壊してから、窒素保護雰囲気の下で、300℃〜500℃までに昇温してから8時間〜10時間に温度保持し、そして加熱を停止し、引き続き窒素保護雰囲気下で冷却して粉砕し、ふるいにかけ、前記固体類腐植質生物活性炭を得る、
ことを特徴とする水田土壌中の重金属汚染管理技術分野における水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法で製造された重金属カドミウム鈍化剤を、結合剤を用いてラッピングペレット化し、顆粒化重金属カドミウム鈍化剤を得て、他の肥料と混合して一緒に適用し、又は、単独で適用し、
前記顆粒化重金属カドミウム鈍化剤の粒子径は3〜5mmであり、
前記結合剤はリグニン、デンプン、デキストリン、キチン、キトサン、コラーゲン、ゼラチン、シルク又はアルギン酸塩の中の少なくとも1種であり、
前記結合剤と前記水田土壌中の硫酸塩還元菌の活性を活かす重金属カドミウム鈍化剤との質量比は、(1:30)〜(1:150)である、
ことを特徴とする重金属カドミウム鈍化剤の水田土壌中の重金属汚染管理技術分野における使用方法。 - 前記請求項1に記載の製造方法で製造された重金属カドミウム鈍化剤をその他の肥料と混合して一緒に適用する、
ことを特徴とする重金属カドミウム鈍化剤の水田土壌中の重金属汚染管理技術分野における使用方法。 - 請求項1に記載の製造方法で製造された重金属カドミウム鈍化剤の適用時期として、田植えの5〜10日前に基肥として適用するか、水稲分蘖末期の中干し時に追肥として適用するか、あるいは上記の二つの時期のそれぞれにおいて適用し、
前記重金属カドミウム鈍化剤の使用の量は50〜300キログラム/ムーであり、
前記田植えの5〜10日前における基肥としての適用は、田植え前に田んぼを犁熊手で均一に耙耕してから適用し、そして、重金属カドミウム鈍化剤を適用後に水田を3cm以上に浸水し、15日以上に浸水を保時しなければならなく、
前記水稲分蘖末期の中干し時における追肥としての適用は、前記重金属カドミウム鈍化剤を稲の葉ではなくその根の周りに振りかけ、その時の畑が乾きすぎないようにし、土壌の水分が飽和含水量の70%を超えることとし、土壌の水分が不足の場合は適当に灌漑し、そして、前記重金属カドミウム鈍化剤を適用してから3日以内に水田を5cm以上に浸水して5日以上に浸水を保つ、
ことを特徴とする重金属カドミウム鈍化剤の水田土壌中の重金属汚染管理技術分野における使用方法。
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