(57)【要約】【課題】この発明は、重金属超集積植物の植え付けや採取のための負担が少なく、しかも、植えつけた植物が良好に生育できるような重金属超集積植物栽培部材および重金属回収方法を提供することを目的とする。【解決手段】上記の目的を解決するために、本発明に係る重金属回収方法は、透水性の側面を有する栽培容器２に重金属超集積植物５と栽培用土３を入れ、この栽培容器３を重金属を含有する媒体中に設置することによって重金属超集積植物を植え付け、重金属超集積植物中に重金属を吸収させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属を含有する媒体中で重金属超集積植物を栽培するための部材であって、透水性の側面を有する栽培容器と、栽培容器内に入れられた栽培用土を備えた重金属超集積植物栽培部材。
【請求項２】
複数の容器を連結するための連結部材を備えた請求項１に記載の重金属超集積植物栽培部材。
【請求項３】
可溶性ケイ素化合物を含む栽培用土を有する請求項１または請求項２に記載の重金属超集積植物栽培部材。
【請求項４】
ケイ素肥料を含む栽培用土を有する請求項３に記載の重金属超集積植物栽培部材。
【請求項５】
透水性の側面を有する栽培容器に重金属超集積植物と栽培用土を入れ、この栽培容器を重金属を含有する媒体中に設置することによって重金属超集積植物を植え付け、重金属超集積植物中に重金属を吸収させることを特徴とする重金属回収方法。
【請求項６】
連結部材によって複数の容器を連結して重金属を含有する媒体中に設置する請求項５に記載の重金属回収方法。
【請求項７】
栽培する植物がカヤツリグサ科ハリイ属(Cyperaceae Eleocharis)の植物である請求項５または請求項６に記載の重金属回収方法。
【請求項８】
栽培するカヤツリグサ科ハリイ属の植物がマツバイ(Eleocharis acicularis)である請求項７に記載の重金属回収方法。
【請求項９】
可溶性ケイ素化合物を含む栽培用土を使用する請求項７または請求項８に記載の重金属回収方法。
【請求項１０】
ケイ素肥料を含む栽培用土を使用する請求項９に記載の重金属回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、重金属を含有する媒体中で重金属超集積植物を栽培し、その植物に重金属を吸収させることによって、重金属を回収する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重金属によって汚染された媒体を浄化する方法としては、従来から、例えば汚染土壌全体を掘削して管理型処分場で処理する方法や、セメントによる固化、化学薬品による不溶化処理、あるいは土壌洗浄といった手段が主流である。しかしこれらの処理方法は、高濃度の汚染地に対しては有効であるが、多量のエネルギー投入と、膨大なコストが必要であるため、低濃度の汚染地に対しては効率的ではない。
【０００３】
また、他の浄化方法としては、植物による重金属の吸収・蓄積能力を利用したファイトレメディエーション(Phytoremediation)技術が検討されている。ファイトレメディエーションは、環境要因の影響が大きく、すなわち植物の生育が気候に左右されやすく、浄化に長い時間を要するため即効性が低いなどの問題はあるが、低コストでしかも殆ど労力がかからず、環境調和型の技術であるといった点で、注目されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１にはシダ植物Pteris属を用いた浄化方法が記載されている。また、特許文献２にはマツバイ(Eleocharis acicularis)などカヤツリグサ科ハリイ属(Cyperaceae Eleocharis)の植物を用いた浄化方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５４０９４３号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０９１３８２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に記載された発明においては、栽培すべき植物の苗を、浄化すべき場所の地面または川底等に直接植えつけている。そして、育成したあとの植物は、刈り取りまたは地面等から引き抜くことによって行っている。しかし、これには多くの労力を有する。特に、特許文献２に記載された浄化方法は河川や沼地など、水の多い環境において有効なものであるが、これらの場所への植え付けは多大な作業となる。
【０００７】
また、植物を直接植え付けた後に、植物が十分育たず、枯死するものも現れることがわかった。特に、鉱山跡の環境には粘土が多く、マツバイなどの重金属超集積植物の育成が困難であることがわかってきた。
【０００８】
この発明は、重金属超集積植物の植え付けや採取のための負担が少なく、しかも、植えつけた植物が良好に生育できるような重金属超集積植物栽培部材および重金属回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る重金属超集積植物栽培部材は、重金属を含有する媒体中で重金属超集積植物を栽培するための部材であって、透水性の側面を有する栽培容器と、栽培容器内に入れられた栽培用土を備えたものである。これに加えて、複数の容器を連結するための連結部材を設けてもよい。
【００１０】
本発明に係る重金属回収方法は、透水性の側面を有する栽培容器に重金属超集積植物と栽培用土を入れ、この栽培容器を重金属を含有する媒体中に設置することによって重金属超集積植物を植え付け、重金属超集積植物中に重金属を吸収させることを特徴とする。さらに、連結部材によって複数の容器を連結してもよい。栽培する植物としては、たとえばカヤツリグサ科ハリイ属(Cyperaceae Eleocharis)の植物などが利用でき、特に、カヤツリグサ科ハリイ属の植物がマツバイ(Eleocharis acicularis)が好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る重金属超集積植物栽培部材および重金属回収方法は、栽培すべき重金属超集積植物の植え付けおよび栽培後の採取が容易に行えるという効果を有する。また、植え付け後も植物の枯死が発生しにくく、良好に生育するという効果を有する。特に、可溶性ケイ素化合物を含む栽培用土を使用することによって、より高濃度に重金属を集積することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】重金属超集積植物栽培部材を示す斜視図である。
【図２】重金属超集積植物栽培部材を使用した重金属回収方法を示す概念図である。
【図３】直接栽培法におけるマツバイ中の重金属濃度を示すグラフである。
【図４】重金属超集積植物栽培部材による栽培法におけるマツバイ中の重金属濃
【図５】温室栽培におけるマツバイの緑の葉に含まれるヒ素濃度を示すグラフである。
【図６】温室栽培におけるマツバイの枯れ葉に含まれるヒ素濃度を示すグラフである。度を示すグラフである。
【図７】温室栽培におけるマツバイの根に含まれるヒ素濃度を示すグラフである。
【図８】栽培用液中の鉛Ｐｂの濃度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。図１は重金属超集積植物栽培部材を示す斜視図、図２は重金属超集積植物栽培部材を使用した重金属回収方法を示す概念図である。
【００１４】
重金属超集積植物栽培部材１は、栽培容器２と栽培容器内に入れられた栽培用土３を備える。栽培容器２の側面は透水性になっている。ここで透湿性とは、栽培用土３を保持できて、しかも、水が十分に出入りできることをいう。たとえば、陶器の植木鉢やプラスティックのポット・プランタなどで、その側面に多数の孔を有するものや、ジフィーポット（登録商標）と呼ばれるピートモス等を素材として成型したポットなどが使用できる。
【００１５】
この栽培容器２の中には対象となる重金属超集積植物の栽培に適した土３が入れられる。たとえば、マツバイ用には砂または砂を多く含んだ土を入れるとよい。
【００１６】
この栽培容器２は単体で使用してもよいが、さらに複数を連結部材４で連結して使用してもよい。例えば、栽培容器２を多数収容できる金網のかご４を連結部材とし、このかごの中に栽培用土３を盛られた栽培容器２を並べてもよい。これ以外にも、栽培容器２の側面外部へ相互に係合可能な凹凸を設けて連結部材を形成してもよく、結束バンドなどを使用して連結してもよい。
【００１７】
栽培すべき重金属超集積植物の苗５をあらかじめ栽培容器２の中に植えておいてもよい。ここで、重金属超集積植物とは、環境中の重金属を各元素の基準以上に濃縮して蓄積できる植物をいう。河川や湖、池、沼地など水の多い環境においては、カヤツリグサ科ハリイ属(Cyperaceae Eleocharis)の植物が適している。たとえば、クワグロイ、シログロイ、ヌマハリイ、マツバイ、ハリイ、ミスミイなどあり、その中でも、マツバイ(Eleocharis acicularis)は、ほぼ日本全土に自生しており、広い範囲で栽培することができる。
【００１８】
表１は、マツバイの有用金属最大蓄積濃度を示す。国内の３カ所の鉱山で測定した結果を示している。銅、ヒ素、鉛など有害な重金属を効果的に吸収しており、水環境浄化に有効であることがわかる。また、銀、ガリウム、ジルコニウムなどは、使用価値が高いレアメタルであり、これらを回収することによって、資源として再利用することができる。新たな鉱山開発には多大な費用と労力を必要とし、また鉱害の懸念等もあるが、重金属超集積植物の栽培によって金属を回収するファイトレマイニングは、低コストかつ無公害で実施できる。
【表１】
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【００１９】
次に、重金属回収方法について説明する。植物を栽培する場所、栽培目的（例えば、回収すべき重金属の種類など）に合わせて、植物を選択するとともに、栽培容器２，栽培用土３も選択する。栽培容器２と栽培用土３を別々に運搬して、現地で栽培用土３を栽培容器２に入れてもよいが、予め栽培容器２に入れた栽培用土３状態で、現地へ運んでもよい。さらに、植物の苗や種を入れておいてもよい。
【００２０】
水の多い環境においては、この重金属超集積植物栽培部材を水底上に置くだけでよい。また、栽培容器２の下部を土で覆うようにしてもよい。栽培容器２をひとつずつ並べるほか、図２に示すように金網のかごなどの連結部材で複数の栽培容器２を連結して効率的に設置することもできる。特に、流れの強い場所においては、複数の栽培容器２を連結して設置することによって、栽培容器２が流されることを防止することができる。例えば、マツバイの場合、春頃に植え付けることが好ましい。
【００２１】
水の少ない環境においては、栽培容器２の全部または一部を地中に埋めるようにして設置してもよい。
【００２２】
成長した植物を採取する場合も、栽培容器２ごと簡単に回収することができる。回収した植物は、例えば、乾燥させた後、有害金属を含むものであれば焼却して、灰を管理すればよい。また、この植物より有用金属を抽出して回収し、資源として活用してもよい。さらに、栽培容器で耐久性のあるものは、次回の栽培のために再使用してもよい。
【実施例１】
【００２３】
この発明の第１の実施例について説明する。愛媛県内にある休止鉱山残土堆積場の池にこの発明の重金属超集積植物栽培部材および重金属回収方法を適用し、マツバイを移植して栽培を行った。使用した栽培容器は市販の直径８ｃｍのジフィーポット（登録商標）であり、これに砂を充填し、そこにマツバイを植えた。この栽培容器を池の底質に置くことによって、マツバイを移植した。
【００２４】
２００８年５月に植え付けを行い、８月に刈り取った。
【００２５】
一方、第１の比較例として、同じ場所において重金属超集積植物栽培部材を使うことなく、マツバイを直接底質に植え付けた。２００６年７月２８日に植え付けて、同年１１月２２日に刈り取った。
【００２６】
直接植え付けである第１の比較例においては、植え付けから４月程度でほとんどのマツバイが枯死してしまった。一方、第１の実施例においては、植え付けられたマツバイは重金属が豊富な環境でありながらも枯死を起こさず、順調に成長した。本実施例におけるマツバイのバイオマスは第１の比較例に比べて、顕著に増大している。
【００２７】
図３は、第１の比較例におけるマツバイ中の重金属濃度を示すグラフであり、図４は第１の実施例におけるマツバイ中の重金属濃度を示すグラフである。マツバイに各重金属が高濃度に蓄積されていったことが確認できる。また、第１の実施例において亜鉛の吸収量が著しく向上していることが確認できる。
【実施例２】
【００２８】
この発明の第２の実施例について説明する。岡山県内にある廃止鉱山残土堆積場の河川にこの発明の重金属超集積植物栽培部材および重金属回収方法を適用し、マツバイを移植して栽培を行った。使用した栽培容器および栽培用土は第１の実施例と同じである。また、第２の比較例として、同じ場所において、マツバイを直接底質植え付けた。２００８年９月３日から４日に植え付けを行った。
【００２９】
第２の比較例においては、植え付けたマツバイの８０％が枯死した。一方、第２の実施例においては、マツバイは枯死を起こすことなく健全に成長し、２ヶ月後には、マツバイのバイオマスは２倍以上に増大した。
【実施例３】
【００３０】
この発明の第３の実施例について説明する。可溶性ケイ素化合物を含む栽培用土を有する重金属超集積植物栽培部材を使用して重金属を回収する例である。まず、北海道札幌市定山渓温泉街を流れる河川で重金属超集積植物栽培部材を使用した例について説明する。
【００３１】
札幌市の水道水源において、温泉湧出水に起因するヒ素汚染が問題となっていることが報告されている（辰巳ほか，２００２）。この報告によれば、ヒ素は底質に吸着し、下流部にまで広く流出している。そこで、定山渓温泉街における複数の場所で水や底室のサンプルを採取して分析したところ、いずれのサンプルからも高濃度のヒ素が検出された。
【００３２】
重金属超集積植物栽培部材を使用した重金属回収は、海道札幌市定山渓温泉街を流れる河川で、やや下流側の場所にて実施した。栽培する植物としては、マツバイを使用する。直径９ｃｍ、高さ８ｃｍの栽培ポットに栽培用土を入れ、約１５ｇのマツバイを植え付ける。ここで、一つのグループでは栽培用土として砂のみを入れた。もう一つのグループでは砂とケイ素肥料（富士シリシア化学株式会社、80.0シリカゲル肥料（イネルギー）、保障成分量：可溶性けい酸 80.0％）をそれぞれ５０ｗｔ．％ずつ混合したものを入れた。また、縦５３．５ｃｍ、横３７ｃｍ、高さ３０で、側面に多数の穴を有するプラスチックコンテナを使用する。各プラスチックコンテナに１５個ずつの培ポットを３×５にならべて固定した。
【００３３】
マツバイの葉先以外がほぼ水に浸かるような状態でプラスチックコンテナを川底に設置し、７月から１０月の約３月間栽培した。栽培用土として砂のみのグループとケイ素肥料を加えたグループでは、生育に差は見られなかった。
【００３４】
栽培後、マツバイを採取し、ＩＣＰ−ＭＳ・ＰＩＸＥでマツバイ中の重金属の濃度を測定した。その結果を表２に示す。ここで、単位はmg/kg-DWである。
【表２】
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【００３５】
以上、Ａｓ，Ｍｎ，Ｆｅの場合、栽培土にケイ素肥料を加えてマツバイを栽培することによって、より多くの重金属を集積できることが確認できる。
【００３６】
つぎに、上述の栽培を行った場所で採取した河川底質を使用して、マツバイを温室栽培した結果について説明する。栽培用プラスチックかごを使用し、それぞれに約１００ｇずつマツバイを移植する。水は純水を使用する。栽培用土として使用する河川底質には２７４ｍｇ／ｋｇのヒ素が含まれている。河川底質のみで栽培する例に加え、ケイ素肥料を重量比で０．１％、１％、１０％加えた栽培用土でも同様の栽培を行った。９月から１１月の約２月間栽培する。マツバイ中のヒ素の濃度をＩＣＰ−ＭＳ・ＰＩＸＥで測定した。
【００３７】
図５は緑の葉に含まれるヒ素濃度を、図６は枯れ葉に含まれるヒ素濃度を、図７は根に含まれるヒ素濃度を、それぞれ示す。縦軸はヒ素濃度を示し、単位はmg/kgである。これより、ケイ素肥料を加えることによってマツバイ中のヒ素集積濃度が増加することが分かる。
【００３８】
以上、栽培用土にケイ素肥料を加えることによって、マツバイなどの重金属超集積植物の重金属集積濃度が高まることが分かった。これは、ケイ素肥料に含まれる可溶性ケイ素化合物によるものである。このことを確認するために行ったマツバイの水栽培について説明する。
【００３９】
銅標準液（Copper standard solution）亜鉛標準液（Zinc standard solution）カドニウム標準液（Cadmium standard solution）水銀標準液（Mercury standard solution）鉛標準液（Lead standard solution）ガリウム標準原液（Gallium standard solution）タリウム標準液（Thallium standard solution）などを使用して、Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, Ga, Ag, In, Tlの各重金属を500μｇ／Ｌの濃度で含む水溶液を作った。そして、この水溶液をそのまま栽培用液として使用するほかに、その水溶液にケイ素標準原液（Silicon standard solution）を加えて、Si濃度を０．５ｍｇ／ｌ，１ｍｇ／ｌ，４ｍｇ／ｌに調整した栽培用液も作った。この４種類の栽培用液でマツバイを２１日間栽培する。この間に栽培用液中の重金属濃度をICP-MSで測定した。また、栽培後、マツバイ中の重金属濃度をＩＣＰ−ＭＳおよびＰＩＸＥで測定した。
【００４０】
図８は栽培用液中の鉛Ｐｂの濃度の変化を示すグラフである。すべての栽培用液において時間とともにＰｂの濃度は低下しており、マツバイがＰｂを吸収・集積していることが確認される。そして、栽培用液中のケイ素含有量が多いほど、栽培用液中のＰｂの減少が速いことが確認できる。これは、Cu, Zn, Cd, Gaの濃度もケイ素を加えた栽培用液でより大きく低下することが確認できた。特に、４ｍｇ／ｌのケイ素含有栽培用液で効果が著しかった。
【００４１】
また、マツバイ中の重金属濃度を測定したところ、ケイ素含有栽培用液で栽培されたマツバイがより高い濃度でＰｂを集積していることが確認された。他の多くの重金属もケイ素含有栽培用液で栽培されたマツバイにより高い濃度で集積される傾向がみられた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明によれば、重金属超集積植物の植え付けや採取が簡単に行え、また、植物の枯死を起こすことなく健全に成長させることができ、媒体からの重金属の環境に広く適用することができる。本発明は、水媒体などからの定常的な重金属回収が可能となり、環境浄化（ファイトレメディエーション）や有用重金属を含む水媒体からのレアメタルや貴金属などの回収（ファイトマイニング）等に適用することができる。特に、ファイトマイニングは、従来の鉱山開発に比べ、低コストであり、かつ持続可能な有用重金属の資源開発として活用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１．重金属超集積植物栽培部材
２．栽培容器
３．栽培用土
４．連結部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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