2019 Fiscal Year Annual Research Report

Cultivation management for retaining grain production in polluted farmland by controlling the mobility of heavy metals in soil

Research Project

Project/Area Number	19H00961
Research Institution	Osaka Prefecture University
Principal Investigator	堀野治彦大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (30212202)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中村公人京都大学, 農学研究科, 教授 (30293921) 櫻井伸治大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 講師 (30531032) 中桐貴生大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (80301430)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	重金属 / 農地汚染 / 土壌改良材 / 有機物 / 可給態
Outline of Annual Research Achievements	重金属汚染農地において、有機物改良材を投与することにより、たとえ短期的にせよ作物可食部への重金属移行を抑制する土壌・水管理の構築を目的に，バッチおよび栽培試験を開始した。最も試験種の多いバッチ試験では、土性2種（砂丘砂、水田土）、重金属3種（Cd，Pb，Cu）、汚染レベル2段階（原則50、100mg/kgDW）、改良材2種（動物性と植物性の堆肥に大別；実際は腐熟別により多種に分類）、改良材投入量2段階（5％、10％）などの条件を組合せて実施中であるが、結果を確認しながら条件を変更する可能性もある。現在までの結果を簡単に整理すると以下のとおりである。１．腐熟度の異なる堆肥が重金属の不動化に及ぼす影響評価イオン吸着性の低い砂丘砂と高い水田土を用いて、腐熟度の異なる動物性堆肥（牛糞、鶏糞）や稲わら堆肥を投与した場合の土壌中の重金属分画測定のバッチ試験を行っている。重金属の形態は、主に水溶態、イオン交換態、炭酸塩態の3態に注目し、これらを作物への可給態と総称して動態変化を追跡している。今のところ、改良材による重金属の不動化効果は、いずれの土壌においても牛糞投与で最も高く，Cu＞Pb＞Cdの順で無投与土壌に対する可給態の減少率が大きくなっている。すなわち、単純には牛糞によってCECが増加し重金属が土壌に多く吸着されたと推察されるが、より多くの実証データの蓄積を待ちたい。２．土壌中の重金属の存在形態が穀物への移行に及ぼす影響評価（予備試験）実際に作物を用いた重金属汚染土壌での栽培試験が重要と考え、初年度であり生育に関わる不確定要素も多いことから、バッチ試験に準じた条件の一部を設定しつつ、生育の良否を観察しながら、次年度の本試験に向けた条件設定を検討した。結果的に、作物は可食部への影響評価が可能なダイズとし、窒素の過剰投与を避けるため有機資材投与量はバッチ試験時より制限することにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 供試土壌2種は両者とも過去の研究においても使用したものであり、その基本的な保水特性はすでに明らかにされていることから、新たな試験的確認は割愛できた。すなわち、土壌水分状態が圃場容水量の条件において，有機物（主に牛糞）が有する重金属不動化効果を確認するバッチ試験がスムーズに展開されており、汚染レベルの影響ならびに重金属種間での競合性に関して順調に一定の知見が得られつつある。ただし、確認すべき設定条件の組み合わせが非常に多く、（想定済みではあるが）来年度・再来年度へと継続して実証試験を行う必要があり、これらの結果を整理しながら、重金属の移行制御に関する管理法を切り分けた追加試験が必要となろう。一方、より現実に近い栽培試験の予備実験からは、採用する作物種としてコマツナでは脆弱すぎることと部位別の抽出があまり意味をなさないことが明らかとなり、茎・葉・莢・種子などのように部位別分析が可能で一部無事生育が確認されたダイズを本試験候補とする。本試験においては、根粒菌の効果を考慮し、窒素分が過剰とならないよう有機物投与に留意しなければならない点がやや懸念される。
Strategy for Future Research Activity	重金属汚染農地であっても作物体への重金属移行抑制を主眼とした栽培管理が可能かを探究する。これに対応するため、原則昨年同様本年度も「特定の重金属種が共存する環境下において、有機物投与による重金属の不動化を左右する物理・化学・生物学的要因は何か」に対する以下のアプローチ１＆２を継続するとともに、土壌本来の物理化学性の評価に関わるアプローチ３も開始する。１．腐熟度の異なる堆肥が重金属の不動化に及ぼす影響評価：農地土壌としてイオン吸着性の低い砂丘砂と高い水田土を用い、有機物として腐熟度の異なる家畜糞堆肥や稲わら堆肥を投与した場合の重金属分画測定を継続する。汚染重金属はCd，Cu，Pbとし、各種の単一添加あるいは3種混合添加を行う。経過日数に応じて土壌中の重金属化学種を分画抽出しそのスペシエーションを特定するが、このとき、投入有機物量は重量ベースで原則5％とする。なお、重金属化学種は、作物への可給性を考慮して特に水溶態、イオン交換態、炭酸塩態に注目し、その動態変化を場合により最長1年間追跡する。２．土壌中の重金属の存在形態が穀物への移行に及ぼす影響評価：実際に穀物（ダイズ）を用いた重金属汚染土壌での栽培試験を行う。昨年度の予備試験結果を踏まえ、水分制御可能なガラス室内で栽培試験を行う。ダイズは窒素過多に脆弱なため、投入堆肥は3％内とする。具体的には、重金属汚染土壌と堆肥を充填したポットで栽培を行い、生育状況と堆肥の腐熟度、重金属の部位別移行量などとの関係を評価する。３．農地土壌および有機物の理化学特性評価：土壌が本来有する有機物の量や質（C/N比）、さらにはCECは重金属の不動化を左右すると考えられる。そこで、これらの理化学特性を測定し、土壌中の重金属可給態濃度との関係を整理する。有機物量の指標には強熱減量を用いる。また、総有機物量とCECの関係についても整理する。