農作物への重金属の取り込み を抑制する肥料 -...
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群馬大学大学院工学研究科
応用化学・生物化学専攻
教授
板橋英之
「農作物への重金属の取り込み を抑制する肥料」
カドミウム，鉛，水銀などの重金属は生体に対して高い毒性を示す
緒言
食品には重金属含有量の基準値がある
例 : カドミウム（玄米中に1.0 ppm以下）
食物への重金属の取り込みを抑制する手段の開発が急務の課題
今後，カドミウムを始めとする重金属含有量の基準値が厳しくなるものと考えられる
木の皮であるバークはリグニンを多く含み,
重金属を吸着するサイトが多数存在する
本研究では，杉の間伐材であるバークに注目した
バーク（＋鶏糞）
＋
腐朽菌 バーク堆肥発酵
土壌溶出液の重金属濃度/ 10-6
mol dm-3 重金属溶出抑制率
土壌のみ 土壌＋バーク堆肥
カドミウム 160 5.7 96.5％
鉛 10 0.19 98.1％
銅 37 1.4 96.2％
小松菜の栽培方法
土壌＋堆肥20％
500 mL
ポット
潅水
播種 20粒/pot
育成(24℃ 2日ごとに潅水)
収穫
凍結乾燥
粉砕
試料
市販堆肥（C）
バーク堆肥（B）
鶏糞＋バーク
堆肥（KB）
ポット１
2 3
栽培土と小松菜の重金属（Cu, Zn, Cd, Hg, Pb）
含有量を測定
21日〜35日
実験操作
栽培土の重金属含有量の測定
1 M 塩酸（50ml）
栽培土 1.5 g乾燥（80℃,8h）
2時間攪拌
ろ過
ICP-MSで測定
小松菜の重金属含有量の測定
小松菜の粉末試料0.1g
ICP-MSで測定
HNO3 2 mL
乾燥（80℃,8時間）
加圧分解
140℃で加熱乾燥
0.1M HNO3 50 mLにメスアップ
栽培土 Cu Zn Cd Hg Pb
C 8.6 39 0.50 0.028 13
B 8.7 39 0.54 0.025 13
KB 9.3 39 0.59 0.026 14
表 1 栽培土の重金属濃度
結果
単位 / mg kg-1
試料 Cu Zn Cd Hg Pb
C1 8.08 484 2.23 0.20 0.15
C2 9.96 681 2.85 0.20 0.21
C3 11.4 982 4.41 0.11 0.28
B1 5.00 82.1 0.61 - 0.18
B2 6.67 86.8 0.74 0.40 0.17
B3 6.39 79.9 0.70 0.36 0.14
KB1 6.41 75.1 0.75 0.01 0.05
KB2 6.51 76.3 1.27 ＜0.01 ‐
KB3 5.51 65.4 0.66 0.02 0.06
表 2 小松菜の重金属濃度
結果
単位 / mg kg-1
0
4
8
12
16
C B KB
Cu
0
200
400
600
800
1000
0
1
2
3
4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
結果
Zn Cd
Hg Pb
C B KBC B KB
C B KB C B KB
1.14
0.690 0.661
18.5
2.12 1.83
6.31
1.27 1.51
6.0010.1
0.42
0.016
0.012
0.0027
横軸 : 小松菜の種類
縦軸 : 金属濃度 (mg kg-1)
数値 : 濃縮係数
図 1 各堆肥で生育した小松菜の重金属濃度と濃縮係数
（小松菜の重金属濃度）
（栽培土の重金属濃度）濃縮係数 =
棒グラフ上の数字は濃縮係数
バーク堆肥と鶏糞バーク堆肥は，銅，亜鉛，カドミウムの取
り込みを抑制する効果がある．
鶏糞バーク堆肥は，水銀と鉛の取り込みを抑制する効果がある．
結論 バーク堆肥と鶏糞バーク堆肥を用いて小松菜を栽培したところ．．．
10
栽培土の種類
・稲に対する重金属吸収抑制効果の検討 ①汚染土壌＋化学肥料
②汚染土壌＋バーク堆肥
③汚染土壌＋鶏糞バーク堆肥
1 . 土壌の重金属含有量測定
2 . 米収穫後の土壌の重金属含有量測定
4 . 栽培した米の重金属含有量測定
3 . 白米標準物質の重金属含有量測定 測定結果の正確さを確認
鶏糞バーク堆肥 バーク堆肥 市販肥料
12
土壌の重金属含有量測定
※ 単位 / mg kg-1
表３
土壌の重金属含有量
Zn Ni Cu Pb Cr Cd Hg
25.9 19.4 11.7 11.2 1.82 0.76 0.099
13
米収穫後の土壌の重金属含有量測定
※ 単位 / mg kg-1
表４
米収穫後の土壌の重金属濃度
Zn Ni Cu Pb Cr Cd Hg市販
肥料29.8 16.8 13.6 11.8 2.12 0.78 0.049
バーク 堆肥
32.3 19.9 11.8 12.2 2.19 0.77 0.044
鶏糞 バーク
29.7 19.1 11.0 11.1 2.23 0.74 0.043
14
米栽培前と収穫後の土壌の重金属含有量の比較
図 1 栽培前と収穫後の土壌の重金属濃度
0
5
10
15
20
25
30
35
Zn Ni Cu Pb
濃度
/p
pm
栽培前土壌
収穫後市肥土
収穫後バーク土
収穫後鶏糞土
図２
15
米栽培前と収穫後の土壌の重金属含有量の比較
図 2 栽培前と収穫後の土壌の重金属濃度
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Cr Cd Hg
濃度
/ppm 栽培前土壌
収穫後市肥土
収穫後バーク土
収穫後鶏糞土
図３
16
米の重金属含有量測定
0.1g 秤量
0.1M 硝酸で定容（100ml）
ICP‐MSで測定
加圧分解（150℃，6h）
濃硝酸（2ml）
重金属（Zn, Ni, Cu, Pb, Cr, Cd, Hg）
含有量を測定
粉砕
収穫した玄米
17
白米標準物質の重金属含有量測定
表５
白米標準物質（Cd低濃度）の重金属濃度
Zn Ni Cu Pb Cr Cd Hg分析値 19.0 0.25 2.10 <0.01 0.08 0.05 <0.01
認証値 20.1 － 2.49 － － 0.05 －
18
白米標準物質の重金属含有量測定
表６
白米標準物質（Cd高濃度）の重金属濃度
Zn Ni Cu Pb Cr Cd Hg分析値 25.0 0.24 2.60 <0.01 0.05 0.47 <0.01
認証値 26.0 0.39 3.02 0.004 0.08 0.55 －
19
※ 単位 / mg kg-1
表７
玄米の重金属濃度
Zn Ni Cu Pb Cr Cd Hg市販
肥料米
31 0.85 4.6 0.01 <0.01 0.30 <0.01
バーク
堆肥米
27 0.43 3.8 <0.01 <0.01 0.03 <0.01
鶏糞
バーク米
26 0.34 3.8 <0.01 <0.01 0.04 <0.01
玄米の重金属含有量測定
20
玄米の重金属含有量測定
図 10 玄米中のZn 濃度
31
27 26
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Zn
濃度
/pp
m
市販肥料米
バーク堆肥米
鶏糞バーク米
バーク堆肥米
13%減少
鶏糞バーク米
16%減少
1.20
（玄米の重金属濃度）
（栽培土の重金属濃度）濃縮係数 =
棒グラフ上の数字は濃縮係数
1.04 1.00
図４
21
玄米の重金属含有量測定
0.85
0.430.34
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Ni
濃度
/pp
m
図 11 玄米中のNi濃度
市販肥料米
バーク堆肥米
鶏糞バーク米
バーク堆肥米
50%減少
鶏糞バーク米
60%減少
0.044
0.0220.018
（玄米の重金属濃度）
（栽培土の重金属濃度）濃縮係数 =
棒グラフ上の数字は濃縮係数
図５
22
玄米の重金属含有量測定
4.63.8 3.8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Cu
濃度
/ppm
図 12 玄米中のCu濃度
市販肥料米
バーク堆肥米
鶏糞バーク米
バーク堆肥米
17%減少
鶏糞バーク米
17%減少
（玄米の重金属濃度）
（栽培土の重金属濃度）濃縮係数 =
棒グラフ上の数字は濃縮係数
0.390.32 0.32
図６
23
玄米の重金属含有量測定
図 13 玄米中のCd 濃度
0.3
0.03 0.04
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Cd
濃度
/pp
m
市販肥料米
バーク堆肥米
鶏糞バーク米
バーク堆肥米
鶏糞バーク米
87%減少
90%減少
（玄米の重金属濃度）
（栽培土の重金属濃度）濃縮係数 =
棒グラフ上の数字は濃縮係数
0.38
0.04 0.05
図７
24
・バーク堆肥または鶏糞バーク堆肥で米を栽培すると
重金属、特にCdの取り込みを抑制する効果がある。
脱カドミウム米
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