JP7323808B2

JP7323808B2 - 底生生物育成用の土壌作製方法及び底生生物の育成方法

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Publication number: JP7323808B2
Application number: JP2020015155A
Authority: JP
Inventors: 知佳小杉; 有三赤司
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2023-08-09
Anticipated expiration: 2040-01-31
Also published as: JP2021122177A

Description

本発明は、底生生物育成用の土壌作製方法及び底生生物の育成方法に関する。

近年、沿岸域の環境悪化、たとえば赤潮や青潮の常態化などが問題となっている。この原因は、沿岸域の埋め立てや直立護岸の建設などによって干潟・浅場が消失し、生物の浄化機能が働かないことであると考えられている。

干潟・浅場における生物の浄化作用とは、具体的には以下のとおりである。植物プランクトン（微細藻類）は、水中の栄養塩（窒素、リンなど）を摂取して、光合成によって増殖する。増殖した植物プランクトンは干潟においてアサリをはじめとした二枚貝などのろ過食者（懸濁物食者）やゴカイなどの堆積物食者によって摂餌される。このように有機懸濁物質（すなわち植物プランクトン）は、干潟・浅場生物によって無機態栄養塩に転換され、潮の満ち引きによって、沿岸に運ばれ、そこで植物プランクトンや海藻類の栄養塩として摂取される。このようなサイクルが円滑に循環することによって、有機懸濁物の海底への輸送が適度に抑えられ、底質の嫌気化、それによって引き起こされる青潮や赤潮を低減できる。

上記の干潟・浅場生物による浄化作用を最大限に活用するため、改めて干潟・浅場の造成への機運が高まっている。しかし、海砂などの天然資材を用いた造成は、採取場所の環境破壊につながるため、リサイクル材を活用した施工が主流となりつつある。

干潟・浅場造成材に用いられるリサイクル材としては、牡蠣殻の粉砕物、高炉水砕スラグ、及び製鋼スラグがこれまで検討されている。特許文献１～６、非特許文献１には、高炉水砕スラグまたは製鋼スラグを用いたリサイクル材に関する記載がある。

牡蠣殻については、主成分が炭酸カルシウムであることから、二枚貝へのＣａ供給が期待されるものの、発生量が限られているため大規模な施工には不向きである。また、比重が軽いため、波浪で散逸しやすいという問題がある。

高炉水砕スラグは、その粒径を海砂に近い粒径に調整でき、製鉄プロセスで安定的に発生するため資材の確保の面でも問題ないが、水硬性が強い（つまり、海水と反応して容易に固化する）ため、底生生物の生息環境としては不向きである。

一方、製鋼スラグは、粒径分布が広い（０ｍｍ超３０ｍｍ以下）ことから、細粒分の多い浚渫土砂の粒径分布を改善できる利点がある。また、粒径分布に関して、特許文献３では、中央粒径０．０５ｍｍ以上の細粒分の製鋼スラグを浚渫土砂に混合して、固化しない土壌を再現する手法が提案されている。しかし、浚渫土砂中のＳｉが製鋼スラグとの固化反応に影響を及ぼすことが知られており、このような技術によっても、必ずしも安定的に固化しない土壌を作製できるとは限らない。

特開２００４－２１５５３３号公報特開２００５－６５９８号公報特開２００５－１３３３０９号公報特開２０１４－１００１０３号公報特開２０１８－１８３０８０号公報特開２０１８－３７号公報

鶴谷ら、海岸工学論文集、第５２巻（２００５）土木学会、９８６－９９０

このように、従来のリサイクル材では、底生生物を安定的に育成することができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、底生生物を安定的に育成することが可能な、新規かつ改良された底生生物育成用の土壌作製方法及び底生生物の育成方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、土砂と製鋼スラグとを混合することで底生生物育成用の混合土壌を作製する底生生物育成用の土壌作製方法において、土砂中の固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ未満の場合には、土砂に固体の有機物、あるいは固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ以上の土砂を添加し、土砂中の固体有機態炭素濃度を１５ｍｇ／ｇ以上とすることを特徴とする底生生物育成用の土壌作製方法が提供される。

ここで、製鋼スラグは、粒径５ｍｍ以下の粒子を除去した製鋼スラグであってもよい。

また、製鋼スラグは、粒径１０ｍｍ以下の粒子を除去した製鋼スラグであってもよい。

また、製鋼スラグの粒径調製は、製鋼スラグの分級処理及び／又は洗浄処理により行われてもよい。

また、製鋼スラグの混合割合を最大３０体積％としてもよい。

また、混合土壌の硬度が５００ｋＰａ未満であってもよい。

本発明の他の観点によれば、上記の方法で作製された混合土壌中で底生生物を育成することを特徴とする、底生生物の育成方法が提供される。

ここで、海域の底質に盛り土を行い、ついで、盛り土の上に混合土壌を敷設してもよい。

以上説明したように本発明によれば、底生生物を安定的に育成することができる。

アサリ及び各種ベントスの育成状況を実験するための実験装置の概要を示す説明図である。混合土壌の硬度の経時変化を実験区及び対照区毎に示すグラフである。対照区及び実験区のアサリ殻長を対比して示すグラフである。対照区及び実験区のアサリ重量を対比して示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。なお、特に断りがない限り、「～」を用いて表される数値限定範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。「超」または「未満」と示す数値は、その値が数値範囲に含まれない。

＜１．本発明者による検討＞
上述したように、底生生物を安定的に育成することが可能なリサイクル材は提案されていなかった。そこで、本発明者は、このようなリサイクル材について鋭意検討した。具体的には、本発明者は、土砂と製鋼スラグとの混合土壌に着目した。混合土壌を底生生物の育成土壌に使用するために考慮すべき要素は概ね以下の３点である。
（要素１）Ｃａ供給源の有無
（要素２）混合土壌の難固化性
（要素３）混合土壌のｐＨ

要素１を考慮する必要があるのは、Ｃａは底生生物（特に貝類）の重要な栄養源となるからである。要素２を考慮する必要があるのは、混合土壌が固化してしまうと、底生生物を混合土壌中で育成することができない可能性があるからである。要素３を考慮する必要があるのは、ｐＨがあまりに高すぎると底生生物（特に貝類）を育成することができない可能性があるからである。

混合土壌中の製鋼スラグはＣａ供給源として機能するので、要素１は当然に満たされている。したがって、要素２、３が問題となる。要素２、３に関して、本発明者は、製鋼スラグと混合する土砂の組成に着目した。土砂の組成に関しては、採取場所によって無機物だけでなく有機物の含有量が大きく異なる。たとえば、内湾など生産性が高い場所で採取される土砂には、有機物が多く含まれる。一方、波通しの良い場所では生物の死骸などが堆積しにくいため、土砂に含まれる有機物が少なくなる。本発明者は、土砂に含まれる有機物、特に水中で固体で存在する（すなわち水に不溶の）有機物に着目した。この結果、本発明者は、土砂に製鋼スラグを混合した際に混合土壌の固化を支配するのは、固体で存在する有機物の量、より具体的にはこのような有機物に含まれる炭素の濃度（以下、「固体有機態炭素濃度」とも称する）であることを見出した。そして、本発明者は、混合土壌の硬度を抑制するために必要な固体有機態炭素濃度を見極めることに成功した。すなわち、本発明者は、そのような固体有機態炭素濃度の土砂に製鋼スラグを組み合わせ、混合することで、底生生物の育成に適した硬度の混合土壌を安定的に再現することができた。さらに、このような混合土壌のｐＨは底生生物の育成に影響しない（育成に問題のない）値であった。本発明者は、これらの知見に基づいて、本実施形態に係る底生生物育成用の土壌作製方法、及び底生生物の育成方法を見出した。以下、本実施形態について詳細に説明する。

＜２．底生生物育成用の土壌作製方法＞
本実施形態に係る土壌作製方法は、土砂と製鋼スラグとを混合する工程で構成される。まず、材料である土砂及び製鋼スラグについて説明する。

（２－１．土砂の選択）
本実施形態に係る土砂は、固体有機態炭素を１５ｍｇ／ｇ以上の濃度で含む。つまり、土砂中の固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ以上となっている。ここで、固体有機態炭素は、固体の有機物に含まれる炭素である。固体の有機物としては、生物の死骸等に代表されるマリンスノー等が挙げられる。固体有機態炭素濃度は、概略的には、乾燥後の土砂サンプルの全質量に対する固体有機態炭素の濃度（ｍｇ／ｇ）である。具体的な測定は、「底質調査方法」（環境省、２０１２）に準拠して測定されればよい。より具体的には、土砂サンプルを前処理（間隙水の除去、乾燥、粉砕、酸処理）し、その後土砂サンプルを有機元素分析装置（例えばジェイ・サイエンス・ラボ社製ＪＭ１１）に投入し、固体有機態炭素濃度を測定すればよい。

土砂の具体例としては、例えば浚渫土砂等が挙げられる。ここで、浚渫土砂は、浚渫（港湾、河川、運河等の底面を浚って土砂を取り除く土木工事）によって生じた土砂である。すなわち、浚渫土砂は、川底あるいは海底の土砂である。ただし、上述した通り、浚渫土砂の有機物の含有量、すなわち固体有機態炭素濃度は浚渫土砂の採取場所によって大きく異なる。したがって、各地で浚渫土砂を採取し、これらの浚渫土砂の固体有機態炭素濃度を上述した方法で測定し、固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ以上である浚渫土砂を本実施形態の土砂として使用すればよい。他の方法としては、固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ未満の土砂に固体の有機物、あるいは固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ以上の土砂を添加し、固体有機態炭素濃度を１５ｍｇ／ｇ以上とする方法が挙げられる。土砂に添加されうる固体の有機物としては、例えば、生物の死骸、落ち葉屑、腐食した木屑等が挙げられる。なお、固体の有機物を添加する場合、コスト等を検討する必要が生じうる。固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ以上の土砂を添加を添加する場合、そのような土砂が混合土壌の施工場所で許容されるか否かを検討する必要が生じうる。もちろん、本実施形態で使用可能な土砂は浚渫土砂に限られず、固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ以上である土砂であればどのような土砂であっても使用することができる。固体有機態炭素濃度の上限値は特に制限されないが、例えば１００ｍｇ／ｇであってもよい。

（２－２．製鋼スラグ）
製鋼スラグは、製鋼工程で発生したスラグである。このようなスラグとしては、例えば、転炉を用いた製鋼工程で発生した転炉スラグ、電気炉を用いた製鋼工程で発生した電気炉スラグ等が挙げられる。

製鋼スラグに類似するスラグとして高炉水砕スラグが挙げられる。高炉水砕スラグは、高炉から発生したスラグを水砕したものである。高炉水砕スラグは水硬性が製鋼スラグよりも高いため、本実施形態に係る土砂と混合された際に容易に固化してしまう。したがって、本実施形態では高炉水砕スラグは使用できない。

製鋼スラグの粒径分布は特に制限されないが、粒径が小さい粒子、すなわち微細粒子は予め除去されておくことが好ましい。微細粒子が混合土壌に多く含まれている場合、混合土壌のｐＨが上昇する可能性があり、さらに、混合土壌が過剰に締め固められる可能性があるからである。つまり、粒径が小さい粒子は、単位体積当りの表面積が大きいので、このような粒子から多くのアルカリ成分が間隙水中に溶出する可能性がある。この結果、間隙水のｐＨが過剰に上昇する可能性がある。混合土壌が締め固められるという現象は、混合土壌を構成する粒子同士が密に充填し合う現象である。したがって、間隙水中のＳｉ成分とＣａ成分とが化学反応を起こして凝固する固化とは異なる。したがって、締め固められた混合土壌は、依然として流動性を維持することができる。ただし、あまりにも強固に締め固められると、混合土壌中で底生生物が生育しにくくなってしまう可能性がある。微細粒子は、混合土壌中で粗粒と強固に連結するので、混合土壌が過剰に締め固められる可能性がある。

このような観点から、本実施形態に係る製鋼スラグは、粒径５ｍｍ以下の微細粒子を除去した製鋼スラグであることが好ましく、粒径１０ｍｍ以下の微細粒子を除去した製鋼スラグであることがより好ましい。ここで、「粒径」は、ＪＩＳＺ８８０１（２０１９）で規定される網篩の呼び寸法（目開きの大きさ）で規定される大きさである。例えば、目開き１０ｍｍの篩から落下した粒子の粒径は１０ｍｍ以下であり、篩に残った粒子の粒径は１０ｍｍ超となる。

製鋼スラグから上述した微細粒子を除去する方法は特に制限されないが、例えば、分級処理及び／又は洗浄処理等が挙げられる。分級処理は、上述した篩を用いて製鋼スラグを分級する処理である。洗浄処理は流水によって微細粒子を除去する処理である。これらの処理のいずれか一方だけを行っても良いし、両方行っても良い。

（２－３．混合処理）
本実施形態では、土砂と製鋼スラグとを混合することで混合土壌を作製する。混合の方法は特に制限されず、これらを十分に混合できる方法であればどのような方法であってもよい。例えば、ミキサーを用いて混合する方法等であってもよい。

製鋼スラグの混合割合は、混合土壌の全体積（土砂の間隙水含む）に対して最大３０体積％（つまり３０体積％以下）であることが好ましい。これにより、より底生生物が生育しやすい混合土壌を作製することができる。なお、後述する実施例で示される通り、製鋼スラグの混合割合が低いほど混合土壌が固化しにくい傾向がある。このため、製鋼スラグの混合割合は１０体積％以下であることがより好ましく、５体積％以下であることがより好ましい。混合割合の下限値は特に制限されず、０体積％超であればよい。

＜３．混合土壌について＞
つぎに、上述した土壌作製方法によって作製された混合土壌について説明する。混合土壌は、上述した土砂と製鋼スラグとの混合物である。混合土壌に含まれる土砂は上述した特徴を有するので、混合土壌は非常に固化しにくくなっている。つまり、混合土壌は難固化性という特徴を有する。

具体的には、混合土壌の硬度は５００ｋＰａ未満であることが好ましく、４００ｋＰａ以下であることがより好ましく、１２０ｋＰａ以下であることがより好ましく、１００ｋＰａ以下であることがより好ましい。上述した作製方法に従って混合土壌を作製すれば、混合土壌の硬度は５００ｋＰａ未満となりうる。混合土壌の硬度は、製鋼スラグの粒径分布によって変動しうる。製鋼スラグに含まれる微細粒子の割合が少ないほど、混合土壌の硬度は低下する傾向にある。つまり、製鋼スラグから微細粒子を除去することで、混合土壌の硬度をさらに下げる（例えば４００ｋＰａ以下とする）ことができる。混合土壌の硬度の下限値は特に制限されないが、混合土壌があまりにも柔らかすぎると、例えば潜行性の貝類が混合土壌中で自身の位置を保持しにくくなる可能性がある。この場合、貝類の生育が阻害される可能性がある。このような観点から、混合土壌の硬度は２０ｋＰａ以上であることが好ましい。なお、本実施形態における硬度は山中式硬度計によって測定される硬度を意味する。

混合土壌のｐＨは特に制限されず、底生生物の育成に影響がなければ（すなわち、育成に問題がなければ）よい。後述する実施例に示されるように、本発明者が本実施形態の混合土壌を用いて底生生物を育成したところ、特に問題なく底生生物を育成することができた。したがって、本実施形態の混合土壌では、ｐＨが底生生物の生育に影響がない範囲になっていることがわかる。このようなｐＨの範囲は例えば９．５未満である。ｐＨの下限値は特に制限されないが、海水のｐＨと同程度である８．０程度であってもよい。混合土壌のｐＨを測定する方法は特に制限されないが、例えば、混合土壌を遠心分離することで間隙水を上澄み液として回収し、上澄み液のｐＨをｐＨ計で測定する方法が挙げられる。なお、製鋼スラグから微細粒子を除去する等の方法により、混合土壌のｐＨを適宜調整してもよい。

混合土壌は、底生生物の育成に影響を与えないｐＨを有し、Ｃａ供給源である製鋼スラグを有し、かつ、難固化性という特性を有するので、アサリ等の底生生物を安定的に育成させる土壌となる。

＜４．底生生物の育成方法＞
次に、上記混合土壌を用いた底生生物の育成方法を説明する。育成対象となる底生生物は多様であり、例えば貝類（アサリ、ゴカイ類等）の他、各種ベントス（メイオベントス、マクロベントス）及び藻類を含む。

混合土壌を海底の底質に直接敷設してもよいが、盛り土により底質を嵩上げし、この盛り土の上に混合土壌を敷設してもよい。そして、このような混合土壌中で底生生物を育成する。盛り土の種類は特に問われず、混合土壌を敷設する海域の付近に存在する土砂（例えば浚渫土砂）であっても良いし、このような土砂に製鉄スラグを混合した混合土壌であってもよい。ここで、製鉄スラグは、例えば製鋼スラグ、高炉水砕スラグである。つまり、盛り土には難固化性は特に問われない。ただし、地盤を強固にするという観点からは、盛り土は強固に固化されている（または強固に締固められている）ことが好ましい。このような観点から、盛り土に使用される製鉄スラグは高炉水砕スラグが好ましい。さらに、製鉄スラグには多くの微細粒子（粒径１０ｍｍ以下の粒子）が含まれていることが好ましい。後述する実施例に示される通り、本実施形態に係る混合土壌を用いた育成方法によれば、多様な底生生物を安定的に育成することができる。さらに、後述する実施例に示されるように、本実施形態に係る混合土壌を用いて底生生物を育成することで、底生生物の育成を促進できることがわかった。したがって、本実施形態によれば、底生生物を安定的かつ効果的に育成することができる。

＜１．実験例１：土砂中の固体有機態炭素濃度と混合土壌の硬度との相関の検証＞
実験例１では、土砂中の固体有機態炭素濃度と混合土壌の硬度との相関を検証するために、以下の試験を行った。まず、産地の異なる種類の浚渫土砂を準備した。各浚渫土砂の産地は表１に示す通りである。

ついで、これらの浚渫土砂の固体有機態炭素濃度を「底質調査方法」（環境省、２０１２）に準拠した方法で測定した。具体的には、土砂サンプルを前処理（間隙水の除去、乾燥、粉砕、酸処理）し、その後土砂サンプルを有機元素分析装置（ジェイ・サイエンス・ラボ社製ＪＭ１１）に投入し、固体有機態炭素濃度を測定した。結果を表１に示す。

ついで、粒径を０ｍｍ超３０ｍｍ以下に調整された製鋼スラグを準備し、各浚渫土砂に製鋼スラグを混合土壌の全体積に対して３０体積％の割合で混合した。具体的には、プラスチック製バットに浚渫土砂と製鋼スラグを上記の割合で入れ、スコップでこれらが均一になるように十分に混合した。これにより、実験用の混合土壌を１Ｌずつ作製した。ついで、これらの混合土壌を海水かけ流し環境下（流量１Ｌ／ｍｉｎ）で３０日間養生した。ついで、養生後の混合土壌の硬度を山中式硬度計で測定した。さらに、養生後の混合土壌を遠心分離機で遠心分離することで、間隙水を上澄み液として回収した。遠心分離の条件は３０００ｒｐｍ、１０分間とした。ついで、上澄み液のｐＨをｐＨ計により測定した。結果を表１に示す。

表１に示すとおり、固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ未満となる場合、混合土壌は容易に固化する傾向が見られた。銚子、函館で採取された浚渫土砂を使用した混合土壌は、養生後に完全に固化してしまった。このため、硬度が非常に大きくなり、ｐＨを測定することができなかった。一方、固体有機態炭素濃度が本実施形態の要件である１５ｍｇ／ｇ以上となる場合（八戸、伊雑ノ浦、君津西護岸、広畑）、混合土壌は固化しにくいことは明らかであった。また、固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ以上である混合土壌のｐＨはいずれも綱干よりも低い９．５未満となり、底生生物の育成に影響しない程度であることが確かめられた。

＜２．実験例２（実証実験）：底生生物の育成及び加入試験＞
つぎに、混合土壌を用いた底生生物の育成が実際に可能であるか否かを検証するために、以下の育成及び加入試験を行った。

本試験では、図１に示す水路型水槽設備１（全保有水量６５０Ｌ）を使用した。まず、水路型水槽設備１の構成を簡単に説明する。水路型水槽設備１は、水槽群１Ａ、１Ｂを有する。水槽群１Ａは、貯水槽２０Ａ、実験水槽２１Ａ、ポンプ３０Ａ、供給ライン７０Ａ、排水ライン８０Ａ、循環ライン９０Ａ、及び試験台１００Ａを備える。

ポンプ３０Ａは、導水管１０から試験用の海水（ここでは東京湾天然海水）を汲み上げて貯水槽２０Ａに貯留する。供給ライン７０Ａは、フロースイッチ付電磁弁（図示せず）が設けられており、この電磁弁の開閉により貯水槽２０Ａ内の海水４０Ａを所定の流量で（具体的には、排水ライン８０Ａから排出された流量分を）実験水槽２１Ａに供給する。実験水槽２１Ａ内の海水５０Ａは、供給ライン７０Ａから排水ライン８０Ａに向けて流動し、その後、一部の海水５０Ａは排水ライン８０Ａから排水される。排水量は排水ライン８０Ａに設けられたローラポンプ（図示せず）によって調整される。循環ライン９０Ａは、循環ポンプ（図示せず）によって一部の海水５０Ａを所定の流量で貯水槽２０Ａに循環させる。試験台１００Ａは、実験水槽２１Ａの底面に設置される。試験台１００Ａには、実験区あるいは対照区となる試験用サンプルが設置される。

水槽群１Ｂは水槽群１Ａと同様の構成を有する。具体的には、水槽群１Ｂは、貯水槽２０Ｂ、実験水槽２１Ｂ、ポンプ３０Ｂ、供給ライン７０Ｂ、排水ライン８０Ｂ、循環ライン９０Ｂ、及び試験台１００Ｂを備える。

ポンプ３０Ｂは、導水管１０から試験用の海水（ここでは東京湾天然海水）を汲み上げて貯水槽２０Ｂに貯留する。供給ライン７０Ｂは、フロースイッチ付電磁弁（図示せず）が設けられており、この電磁弁の開閉により貯水槽２０Ｂ内の海水４０Ｂを所定の流量で（具体的には、排水ライン８０Ｂから排出された流量分を）実験水槽２１Ｂに供給する。実験水槽２１Ｂ内の海水５０Ｂは、供給ライン７０Ｂから排水ライン８０Ｂに向けて流動し、その後、一部の海水５０Ｂは排水ライン８０Ｂから排水される。排水量は排水ライン８０Ｂに設けられたローラポンプ（図示せず）によって調整される。循環ライン９０Ｂは、循環ポンプ（図示せず）によって一部の海水５０Ｂを所定の流量で貯水槽２０Ｂに循環させる。試験台１００Ｂは、実験水槽２１Ｂの底面に設置される。試験台１００Ｂには、実験区あるいは対照区となる試験用サンプルが設置される。

つぎに、この水路型水槽設備１を用いた育成試験について説明する。試験容器１００に君津西護岸の浚渫土砂のみを充填することで対照区の試験用サンプルＹ１を作成した。さらに、当該浚渫土砂に表２に示す粒径分布の製鋼スラグを表２に示す混合割合で混合することで混合土壌を作製した。ついで、これらの混合土壌を別々の試験容器１００（容量約２０Ｌのコンテナ）に充填することで実験区１～６の試験用サンプルＸ１～Ｘ６を作製した。表２に示す粒径分布の「Ａ－Ｂ」は、Ａ超Ｂ以下の粒径分布を示す。したがって、実験区３で使用した製鋼スラグは、粒径５ｍｍ以下の粒子を除去した製鋼スラグであり、実験区４～６で使用した製鋼スラグは、粒径１０ｍｍ以下の粒子を除去した製鋼スラグである。なお、実験区５、６では、粗粒側（粒径２０ｍｍ超）の粒子も除去している。

上記の対照区及び実験区１～６の試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ６をそれぞれ２つずつ準備し、一方の試験用サンプルには１００個体のアサリ（アサリＹ１－１、Ｘ１－１～Ｘ６－１）を入れた。各個体のアサリはなるべくサイズ（特に殻長）、重量が揃っているものとした。対照区のアサリに関しては、任意に選択した１０個のアサリについて殻長（概ね二枚貝の連結部を鉛直方向の頂点に置いた際の水平方向の最大幅）、重量（殻及び肉質部を含む）を測定し、それらの平均値を算出した。算出された平均値を対照区の０日目の代表値とした。ついで、アサリ入りの試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ６を実験水槽２１Ａの試験台１００Ａに設置し、アサリ無しの試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ６を実験水槽２１Ｂの試験台１００Ｂに設置した。つまり、水槽群１Ａでは試験用サンプル内でのアサリの育成度合いを調査し、水槽群１Ｂでは試験用サンプル内への各種ベントス及び藻類の加入状況を調査した。

ついで、各水槽群１Ａ、１Ｂを東京湾天然海水で満たし、実験水槽２１Ａ、２１Ｂ内の海水を１Ｌ／ｍｉｎでかけ流した。つまり、排水ライン８０Ａ、８０Ｂから１Ｌ／ｍｉｎの流量の海水を排水する一方で、供給ライン７０Ａ、７０Ｂから１Ｌ／ｍｉｎの流量の海水を実験水槽２１Ａ、２１Ｂ内に供給した。さらに、循環ライン９０Ａ、９０Ｂでは７．５Ｌ／ｍｉｎの流量の海水を循環させた。実験水槽２１Ａ、２１Ｂでは、試験用サンプルが海水面から十分に深い位置に配置される程度の水深を維持した。この実験を７５日間継続して行い、その間海水温を２５～２９℃に維持した。

試験開始から数日おきに実験水槽２１Ａから試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ６を取り出し、試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ６中の混合土壌の硬度を測定した。これにより、硬度の経時変化を測定した。なお、硬度の測定は実験例１と同様の方法で行った。結果を図２に示す。図２の横軸は試験開始からの経過日数（Ｄａｙｓ）を示し、縦軸は硬度（ｋＰａ）を示す。図２に示すように、実験区１～６の硬度は３３日目以降でほぼ一定となった。製鋼スラグを３０体積％で混合した実験区２で硬度が最大の６５．３ｋＰａとなったが、顕著な硬度は発現しなかった。また、製鋼スラグの混合割合を抑えた実験区１、微細粒子を予め除去した実験区３～６では、混合土壌の固化がより抑えられていた。

試験開始から７５日が経過した際に、実験水槽２１Ａから試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ６を取出した。ついで、多孔質素焼管を用いて試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ６の間隙水を採取した。ついで、間隙水中のＣａ濃度をＩＣＰ－ＭＳ（ＩＣＰ質量分析計）により測定した。結果を表３に示す。何れの実験区でも、Ｃａ濃度が対照区のＣａ濃度よりも高くなっている。したがって、製鋼スラグからのＣａ成分の溶出が確認できた。

アサリの育成状況を確認するために、試験開始から３３日が経過した後に実験水槽２１Ａから試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ２（対照区、実験区１、２）を取り出した。ついで、試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ２からアサリＹ１－１、Ｘ１－１～Ｘ２－１を回収し、殻長及び重量（殻及び肉質部を含む）を測定した。具体的には、測定対象の区から任意に選択した１０個のアサリについて殻長及び重量を測定し、それらの平均値を算出した。算出された平均値をその区におけるアサリの殻長及び重量の代表値とした。結果を図３及び図４に示す。図３、図４の棒グラフは代表値を示し、棒グラフ上部の線グラフは各個体の値を示す。

図３及び図４に示すように、製鋼スラグを添加した実験区１、２のアサリは、対照区のアサリに比べて殻長、重量ともに大きくなっていた。なお、アサリのような潜行性の貝類にとっては、混合土壌はある程度硬いことが好ましい。土壌中で貝類が自身の位置を保持する（すなわち足場を確保する）ためである。実験区１、２では、混合土壌の硬度が２０ｋＰａ以上となっているため、アサリは土壌中で足場を確保することができ、生育が促進されたと考えられる。なお、他の実験区３～６でもアサリ殻長、重量を測定したところ、実験区１、２と同様の傾向がみられた。

メイオベントスの加入状況を確認するために、試験開始から３３日が経過した後に実験水槽２１Ｂから試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ２（対照区、実験区１、２）を取り出した。ついで、各試験用サンプルの表面上の任意の３箇所に直径３ｃｍの採取領域（円領域）を設定し（計２１．２ｃｍ^２）、これらの採取領域の深さ５ｃｍ範囲に存在する土壌をサンプリングした。サンプリングした土壌をまず目開き１．０ｍｍの篩に掛け、篩から落ちた土壌を目開き３２μｍの篩に掛けた。ついで、目開き３２μｍの篩上に残った生物をメイオベントスとして選別し、種同定および計測を行った。なお、種の同定は、主に生物の形態（形状など）を図鑑で照合することで行った。結果を表４に示す。表４では、サンプリングした土壌から発見された各メイオベントスの個体数をメイオベントスの種類毎に示す。

マクロベントスに関しては、試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ２（対照区、実験区１、２）内のすべての土壌を目開き１．０ｍｍの篩に掛けた。ついで、篩上に残った生物をマクロベントスとして選別し、種同定および計測を行った。なお、種の同定は、メイオベントスと同様に主に生物の形態（形状など）を図鑑で照合することで行った。結果を表５に示す。なお、表５では、サンプリングした土壌から発見された各マクロベントスの個体数及び湿重量をマクロベントスの種類毎に示す。表５中の「０．０６ｍ^２」は、試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ２におけるコンテナの開口面積を示す。なお、表４、５中の空欄は、当該空欄に対応する種が発見されなかったことを示す。

表４に示すように、対照区、実験区１、２におけるメイオベントスの出現種類に大きな違いは見られなかった。しかしながら、個体数が実験区１、２で多く、特に実験区２の個体数は対照区の約４倍に及んだ。

表５に示すように、対照区、実験区１、２のいずれにおいても、マクロベントスの出現種数が少なかった。しかしながら、実験区１、２では対照区と同程度あるいはそれ以上のマクロベントスの加入が確認された。

藻類の加入状況を確認するために、実験水槽２１Ｂから取り出した試験用サンプルＹ１、Ｘ１～Ｘ２の表面上の任意の３箇所に直径３ｃｍの採取領域（円領域）を設定し（計２１．２ｃｍ^２）、これらの採取領域の深さ５ｃｍ範囲に存在する土壌をサンプリングした。ついで、サンプリングした土壌を直ちに５％ホルマリンで固定し、後日顕微鏡下で種同定および計測を行った。なお、種の同定は、主に生物の形態（形状など）を図鑑で照合することで行った。結果を表６に示す。対照区、実験区１、２いずれにおいても珪藻類が優占していた。表６は、サンプリングした土壌から発見された珪藻類全量の合計の細胞数を示す。

表６に示すように、対照区、実験区１、２における珪藻類の出現種数に大きな違いは見られなかったが、細胞数が実験区１、２で多く、実験区１の細胞数は対照区の約２倍、実験区２の細胞数は対照区の約３倍であった。

なお、実験区３～６のベントス及び藻類の加入状況を上記と同様の方法で評価したところ、上記実験区１、２と同様の結果が得られた。

以上の結果から、固体有機態炭素が１５ｍｇ／ｇ以上の土砂を混合土壌に用いることで、混合土壌を極端に固化させることなく、適度な硬度に調整できることがわかった。そして、このような混合土壌を底生生物の育成用の土壌に用いることで、底生生物を安定的かつ効果的に育成できることがわかった。すなわち、固体有機態炭素が１５ｍｇ／ｇ以上の土砂に製鋼スラグを混合した混合土壌は、底生生物の育成に適していることが明らかになった。なお、製鋼スラグの混合割合、あるいは粒径分布を調整することで、混合土壌の硬度を調整できることもわかった。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１水路型水槽設備
１Ａ、１Ｂ水槽群
２０Ａ、２０Ｂ貯水槽
２１Ａ、２１Ｂ実験水槽
４０Ａ、４０Ｂ、５０Ａ、５０Ｂ海水
Ｙ１、Ｘ１～Ｘ６試験用サンプル

Claims

土砂と製鋼スラグとを混合することで底生生物育成用の混合土壌を作製する底生生物育成用の土壌作製方法において、前記土砂中の固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ未満の場合には、前記土砂に固体の有機物、あるいは固体有機態炭素濃度が１５ｍｇ／ｇ以上の土砂を添加し、前記土砂中の固体有機態炭素濃度を１５ｍｇ／ｇ以上とすることを特徴とする底生生物育成用の土壌作製方法。
前記製鋼スラグは、粒径５ｍｍ以下の粒子を除去した製鋼スラグであることを特徴とする、請求項１に記載の底生生物育成用の土壌作製方法。
前記製鋼スラグは、粒径１０ｍｍ以下の粒子を除去した製鋼スラグであることを特徴とする、請求項１または２に記載の底生生物育成用の土壌作製方法。
前記製鋼スラグの粒径調製は、前記製鋼スラグの分級処理及び／又は洗浄処理により行われることを特徴とする、請求項２または３に記載の底生生物育成用の土壌作製方法。
前記製鋼スラグの混合割合を前記混合土壌の全体積に対して最大３０体積％とすることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の底生生物育成用の土壌作製方法。
前記混合土壌の硬度が５００ｋＰａ未満であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の底生生物育成用の土壌作製方法。
請求項１～６のいずれか１項に記載の方法で作製された混合土壌中で底生生物を育成することを特徴とする、底生生物の育成方法。
海域の底質に盛り土を行い、ついで、前記盛り土の上に前記混合土壌を敷設することを特徴とする、請求項７に記載の底生生物の育成方法。