2020 Fiscal Year Annual Research Report
最先端X線分光法を駆使した水田土壌表層へのヒ素濃集機構の解明と土壌修復への応用
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19H03087
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
光延 聖 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (70537951)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 真悟 島根大学, 学術研究院農生命科学系, 教授 (00346371)
白石 史人 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (30626908)
濱村 奈津子 九州大学, 理学研究院, 准教授 (50554466)
SHUKLA ELVIS.ANUP 愛媛大学, 防災情報研究センター, 准教授 (70833721)
加藤 真悟 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 開発研究員 (40554548)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ヒ素 / 水田 / 微生物 / XAFS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水田土壌は、世界30億人以上に主食 であるコメを提供する食糧生産地であり、とくにアジア圏の人々にとって最重要な農業資源の1つである。しかし近年、水田環境を脅かす土壌汚染や水質汚染が日本を含めたアジア諸国で頻発している。本研究ではとくに、現在世界で最も深刻な水田汚染である「無機ヒ素 (As) による水田土壌汚染」を対象とし、① 申請者らが初めて見出した水田土壌表層へのAs濃集現象の化学的、(微)生物学的メカニズムを解明し、② さらにこのAs濃集現象を応用した低コストかつ簡便な新規土壌修復法の確立を試みる。2020年度は前年度に明らかにした表層土壌へのAs濃集メカニズムを基盤とした土壌修復法の確立について実験室レベルで実施した。土壌の水分量を変えることで土壌中の酸化還元状態の勾配を表層では酸化的、深部では還元的な状態へと変動させ、深部ではAsの還元（As(V)→As(III)）を促し、表層への拡散を自然発生的に進めた。実験室での模擬水田系ではあるが、土壌水分量（水分飽和度）を約200%へ増加させることで、水田土壌に吸着しているAsの20-40%程度まで表層へ濃集できることが確認できた。さらなる実験の結果、200％以上の水分量にてインキュベーションをおこなってもこれ以上のAs濃集量の増加は観察できなかった。この原因として水分量の増加のみでは表層と深部の酸化還元状態の差（勾配）が一定値以上は広がらないためと考えている。今後は水分量以外のパラメーター（例. 有機物濃度、温度、微生物活性等）の影響を調べ表層へのAs濃集量を増加させる条件検討を進める。
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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
前年度に確立した水田土壌の局所観察法を利用することで効率的にヒ素の水田濃集量の計測が進められており、予定していた実験が順調に実施できているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
前述の通り、表層土壌へのヒ素濃集量を増加させる条件検討を進める。我々の研究から明らかになった濃集メカニズムに基づくと、土壌表層と深部の酸化還元状態の差（勾配）が濃集効率を大きく決める要因であり、今後は有機物濃度、温度、微生物活性等の影響を調べ表層へのヒ素濃集量を増加させる条件検討を進める。とくにヒ素の酸化還元反応は無機的には進行しにくい（または酸化還元速度が非常に小さい）ことが報告されており、深部でのヒ素還元反応、表層でのヒ素酸化反応を効率的に進めるには土壌中のヒ素関連微生物の活動促進が必要不可欠と考えている。土壌中のヒ素関連微生物の活性を上げることが予想される温度、有機物濃度などのパラメーターを変動させながらさらなる条件検討を進める。
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