2020 Fiscal Year Annual Research Report
Cultivation management for retaining grain production in polluted farmland by controlling the mobility of heavy metals in soil
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19H00961
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
堀野 治彦 大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (30212202)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 重金属 / 農地汚染 / 土壌改良材 / 有機物 / 移行性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
重金属汚染農地において、有機質改良材（有機材）の投与により、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実施中である。これら試験の今年度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：有機材の腐熟度をC/N比を指標に分類し、植物性・動物性有機材計7種を個別に汚染土壌に添加した際の重金属分画測定を継続した。全体的にC/N比は植物性＞動物性であり、添加後28日の分画形態をみると、単一重金属汚染ではおよそどの重金属でもC/N比の小さい有機材ほど「水溶態＋イオン交換態」濃度が減少した。また、やや時期尚早であるが可給態量影響するC/N比以外の因子を概観したところ、土壌水のTOCやpH、添加経過日数などが考えられた。
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：栽培用ワグネルポットに作物（ダイズ）を播種した後、所定量の重金属溶液を添加した栽培試験を行った。添加条件は上のバッチ試験と同様無添加，Cd，Cu，Pbの各単一および3種混合とし、土壌も同じく砂丘砂と水田土である。なお今回、有機材投与は栄養過多の葉やけが観察されたため中止した。植物体の枯死が確認されたものから随時実験終了とし，根，茎，葉など部位別に重金属を抽出した。生存個体各部位の重金属濃度は顕著ではなかったが、高濃度条汚染条件下では根・茎ともに濃度上昇が見られ，とくに砂丘砂でのCdとCuの茎への移動量の増加が目立った。
3.農地土壌および有機物の理化学特性：土壌元来の有機物、土粒子、および各種投与有機材のCECを測定し、全体としての有機物量との関係を整理した。その結果、有機物含量とCECはおよそ線形関係にあり、水田土と砂丘砂でその勾配に有意差はなく、おそらく土粒子本来のCECの差の分だけ切片に乖離がみられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
バッチ試験で検討対象となる条件は、土性、重金属汚染度、重金属種、投入有機材の質及び量、土壌水分量、経過日数など多種にわたり、これら全ての組み合わせを検討することは現実的ではない。実験結果を蓄積しつつその成果をもとに条件の取捨選択を行って効率アップを試みている。他にも例えば、供試土壌2種は過去の研究においても使用してきており、その基本的な保水特性を特定するための基礎実験は回避でき、代わりにイオン吸着等に関わる特性の実験を実施できている。また、投入有機材としての腐食稲わらも自前で事前準備することができている。土壌中の重金属の移行性をその形態分析から整理するために最低限必要なバッチ試験自体も今のところ順調に進んでいる。今後、確認すべき設定条件の組み合わせをどうすべきかの判断が若干悩ましいところではある。しかし、次年度以降へと継続する実証試験の道筋に迷いはなく、場合よっては効率性より持続性を優先して試験が中断しないように留意している。ただし、実験結果の蓄積が進むにつれ、重金属種の吸着や不溶化のメカニズムに関する新たな疑問点（pH依存性の機序、錯体の形成条件など）も浮かんできており、どこまでを検討対象とするかが難しい現状にある。
一方、より現実に近い栽培試験は、やはり植物という生き物を用いることから、期待通りの試験進捗とはならない場合も少なからずみられた。しかし、作物種の変更（コマツナ→ダイズ）や投与有機材の調整を図ることで、作物内に移動する重金属形態が部位別に測定できる可能性が見いだせている。バッチ試験と異なり、年間を通じて何度も試験を繰り返せないことが難点であり、ケアレスミスの無い栽培管理が求められる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度も「特定の重金属種が共存する環境下において、有機材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、アプローチ３として土壌や有機材本来の吸着特性をモデル評価する。
１．腐熟度の異なる堆肥が重金属の不動化に及ぼす影響：CECの低い砂丘砂と高い水田土を用い、腐熟度の異なる有機材を投与した場合の土壌中の重金属分画測定を継続する。汚染重金属もこれまで同様、Cd，Cu，Pbとし、各種の単一添加および3種の混合添加を行う。経過日数に応じて土壌中の重金属化学種を分画抽出するが、特に水溶態に加えイオン交換態、炭酸塩態を作物への可給態として注目・整理し、その経時的動態変化を最長60日追跡する（一部1年追跡）。また、結果の蓄積を踏まえ、重金属の不動化に影響する栽培関連因子を腐熟度C/N比を含め統計的に分析する（主に堀野、櫻井担当）。
２．土壌重金属の存在形態が穀物各部位への移行に及ぼす影響：引き続きダイズを対象穀物として重金属汚染土壌での栽培試験を行う。昨年度は有機材の窒素過多による想定外の不具合がみられたことから、今回は投与量の調整を図る。具体的には、重金属汚染土壌と牛糞を充填したワグネルポットに播種し、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。（主に中村、中桐担当）。
３．農地土壌および有機材の理化学特性：これまでの知見からCECやpH状態、水分量などが重金属の可給態構成に影響することが明白になりつつある。そこで、3種の重金属のうち現状最も不動化されにくいCdを対象に、土壌中・有機物（材）CECや土壌pHと重金属吸着特性との関係を実証しモデル解析を行う。また、有機材の節約や不動化効果促進に資する無機補助剤としてのリンの可能性を検討する。（主に櫻井、堀野担当）。
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