(57)【要約】【課題】これまで不可能であった地中深くまで分布する油汚染土壌の浄化を、栽培管理が容易で、根が深く伸長する植物を用いることにより、環境負荷が少なく、かつ低コストで可能にする方法を提供すること。【解決手段】イネ科植物のエリアンサスを油汚染土壌に植栽することを含む、土壌浄化方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
イネ科植物のエリアンサスを油汚染土壌に植栽することを含む、土壌浄化方法。
【請求項２】
前記エリアンサスを、土壌表面から深さ50cm以上まで油汚染された土壌に植栽することを特徴とする、請求項１に記載の土壌浄化方法。
【請求項３】
前記エリアンサスを、製油所跡地、ガソリンスタンド跡地、または油槽所跡地の油汚染土壌に植栽することを特徴とする、請求項１または２に記載の土壌浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油汚染土壌をファイトレメディエーション（phytoremediation:植物を利用した環境修復）によって浄化する方法、具体的には、製油所跡地、ガソリンスタンド跡地、油槽所跡地等の油汚染土壌を、深根性植物エリアンサスを用いて浄化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、土地の転売・再開発に伴い、製油所やガソリンスタンドの跡地などにおける土壌の油汚染が問題となる事例が増加しており、その浄化対策の確立が急務となっている。
【０００３】
油汚染土壌の浄化方法には、大別して物理化学的方法と生物学的方法とがある。物理化学的方法としては焼却処理、埋設法、土壌置換法などがあり、従来から国内で一般的に利用されてきたが、いずれも高額の設備や機械を利用することから多大な費用がかかるという問題があった。
【０００４】
もう一つの生物学的方法はバイオレメディエーションとも呼ばれる方法であり、栄養塩類や空気（酸素）を浄化対象地域に生息している微生物に与え、微生物を活性させることによって浄化を行う「バイオスティミュレーション(biostimulation)」、浄化対象地域とは別の場所に由来する微生物を浄化対象地域に導入することによって浄化を行う「バイオオーグメンテーション(bioaugmentation)」があるが、植物を生育させることによって土壌微生物や根圏微生物を活性化させるという点から、広義には植物を用いて浄化を行う「ファイトレメディエーション(phytoremediation)」も含まれる。これらの生物学的方法は、いずれも、物理化学的方法に比べ、投入エネルギーが少ないため二酸化炭素の放出などの環境負荷が少なく、高額の設備や機械等が不要なため浄化費用も低く抑えられるという利点がある。
【０００５】
バイオレメディエーションを利用した油成分の分解については、すでに欧米で研究が行われ、実証事例があるが、国内における油汚染土壌の浄化は多くが物理化学的方法によるもので、微生物を利用した実証事例はまだ少ない。その理由として、バイオスティミュレーションは、省エネルギーかつ低コストではあるものの、微生物の管理が難しいこと、バイオオーグメンテーションでは外来微生物を導入して利用するために安全性の確認が必要であり、安易に実施できないことが挙げられる。また、ファイトレメディエーションに関する研究は未だ充分に進んでおらず、その浄化メカニズムの解明や効率的・効果的技術の開発はこれからの状況である。
【０００６】
広範囲に渡って低濃度の油で汚染している土壌の場合、浄化に十分な時間をかけることが可能であれば、環境負荷が少なく、低コストな方法として、植物を用いたファイトレメディエーションによる浄化が有望となる。油汚染土壌のファイトレメディエーションによる浄化のメカニズムは、植物の根からの分泌物(多糖類を中心に、タンパク質、アミノ酸、有機酸、フラボノイドなどの多くの化合物が含まれる）により、汚染土壌中の微生物の働きが活性化し、その中の一部の微生物によって油分解が促進されるものと考えられている。油汚染土壌のファイトレメディエーションについては、これまで、ヒマワリ、イネ、トウモロコシ、メヒシバ、アメリカセンダングサ、バミューダグラス、アルファルファ、アカクローバ、クズ、イヌビワ、シャリンバイのなかの少なくとも1種の植物を植栽する方法（特許文献１）、アカザ科ハマアカザ属に属する植物を植栽する方法（特許文献２）、ヨシ、ススキ、オニウシノケグサ、シロクローバ、リードカナリーグラス、イタドリ、ヨモギ、メマツヨイグサ、メドハギ、キョウチクトウ、ヤマモモ、セイヨウハコヤナギ、ヤマナラシ、イヌコリヤナギ、オノエヤナギ、ヤマハンノキ、ハマナス、ヤマハギ、ネムノキ、エニシダ、ダイズ、ニセアカシア、ヒメウキガヤ、アカメガシワ、ヌルデ、ナンキンハゼ、フキ、オオシロヤナギ、オオタチヤナギ、アカクローバ、グラジオラス、シュロソウ、ドロヤナギ、コゴメヤナギ、オーチャードグラスの中から少なくとも1種類の植物を植栽する方法（特許文献３）、Zoysia属のシバ類を植栽する方法（特許文献４）、イネ科植物とマメ科植物の種子を油汚染土壌に混播し、当該油汚染土壌中の油分解菌および根粒菌を活性化・増殖し、当該分解菌により油汚染土壌の油を浄化する方法（特許文献５）などが報告されている。
【０００７】
油汚染土壌のファイトレメディエーションでは、根からの分泌物が微生物による浄化に大きな役割を果たすため、油汚染土壌全体に植物の根を分布させる必要がある。しかしながら、例えば、イヌビワやシャリンバイなどのような樹木は、地上部が十分に大きく生育するように間隔をあけて植栽すると、浄化に大きな役割を果たす根が地中全体に分布することが難しい場合もある。また、ツル植物のように地上部が匍匐して茎や葉が地表を覆いつくしても、大部分の根が土壌表層のみに分布し、土壌深層まで伸長しない場合は、浄化効果が認められるのは土壌表層の狭い範囲に限定される。また、ヒマワリ、イネ、トウモロコシなどのような１年生植物の場合は毎年播種しなければならず、管理に時間と手間と費用がかかる。さらに、種子で繁殖させる植物の場合は、発芽に適性温度が必要であり、播種時期が限定されるほか、対象地域全面に繁茂するには時間がかかり、それに対応して根の生育にも時間がかかる。その結果、浄化に時間がかかるという欠点もある。
【０００８】
ファイトレメディエーションは、物理化学的方法と比べて、二酸化炭素の放出などの環境負荷が少なく、低コストである点において優れた方法ではあるが、成功させるための条件として、利用する植物が、温度などの環境条件の制約を受けにくく栽培可能範囲が広いこと、短期間で大きくなること、栽培に手間がかからないことに加え、根が浄化を想定している深さまで十分に伸長しなければならないことも必要であり、そのような条件を全て充足する植物は見出されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２３８０１７号公報
【特許文献２】特開２００２−１７２３８０号公報
【特許文献３】特開２００８−２９６１８２号公報
【特許文献４】特開２０１１−１５６４５２号公報
【特許文献５】特開２０１１−５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、これまで不可能であった地中深くまで分布する油汚染土壌の浄化を、栽培管理が容易で、根が深く伸長する植物を用いることにより、環境負荷が少なく、かつ低コストで可能にする方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意、研究開発を重ねた結果、イネ科植物のエリアンサス（Erianthus spp.）が、油汚染土壌においても旺盛に生育すること（広域適応性）、時間とともに根の分布領域が深くまで拡大すること（深根性）、根域における油成分の濃度が低下すること確認し、エリアンサスが油汚染土壌のファイトレメディエーションに利用する植物として求められる条件を充足するという知見を得、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
（１）イネ科植物のエリアンサスを油汚染土壌に植栽することを含む、土壌浄化方法。
（２）前記エリアンサスを、土壌表面から深さ50cm以上まで油汚染された土壌に植栽することを特徴とする、（１）に記載の土壌浄化方法。
（３）前記エリアンサスを、製油所跡地、ガソリンスタンド跡地、または油槽所跡地の油汚染土壌に植栽することを特徴とする、（１）または（２）に記載の土壌浄化方法。
【発明の効果】
【００１３】
エリアンサスは環境ストレスに強い植物であり、必要最小限の耕起と少量の施肥を行って植付ければ、その後は特段の管理をしなくても油汚染土壌でも順調に成長し、土壌油分の濃度が低減する。また、エリアンサスの根は土壌深くまで伸長するため、従来のファイトレメディエーションでは浄化が困難であった土壌深層における油汚染も浄化することができる。このように、エリアンサスを用いるファイトレメディエーションは簡便であり、経済的でもある。また、植物を使用して浄化を行うので、環境負荷が少ないだけでなく、外部から油分解性微生物を導入する方法と比べ、生態系への悪影響もなく、安全性も高い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】油汚染土壌において生育させたエリアンサスのバイオマス推定量（指標として利用した「草丈×茎数」の値）の経時変化を示す（バーは標準誤差、サンプル数は最小耕起区、慣行耕起区それぞれ18株）。
【図２】エリアンサスを植栽した油汚染土壌表層における全石油系炭化水素成分（TPH：Total Petroleum Hydrocarbon）の濃度変化を示す（バーは標準誤差、サンプル数は各々10）。
【図３】エリアンサスの土壌深さ別の根量スコアの推移を示す（根量スコア４：非常に多い(20本以上）、３：多い(5〜20本）、２：少ない(2〜5本）、１：非常に少ない（１本のみ）、０：なし）。
【図４】エリアンサスを植栽した油汚染土壌（深さ50cm、100cm）におけるTPHの濃度変化を示す（バーは標準誤差、サンプル数は5）。
【図５】エリアンサスを植栽した油汚染土壌（深さ50cm）におけるTPHの濃度変化を示す（サンプル数は20）。
【図６】油汚染土壌におけるTPHの濃度変化をエリアンサス植栽区とエリアンサス無植栽区で比較した結果を示す。
【図７】油汚染土壌における層別のTPHの濃度変化を示す（上層：土壌表面〜約30cm、中層：約30〜約50cm、下層：約60〜約90cm、底部：約90〜100cm）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明について詳細に述べる。
本発明の油汚染土壌の浄化方法は、イネ科植物のエリアンサスを油汚染土壌に植栽することにより行う。
【００１６】
エリアンサス（学名：Erianthus arundinaceus)は、南アジア原産の多年生のイネ科植物であり、セルロース系バイオマス資源作物としても注目されている。エリアンサスは、乾燥・過湿を含めた環境ストレスに強く、痩せた土壌でも育ち（低肥料要求性）、粗放的に栽培可能な多年生植物である。
【００１７】
本発明に用いるエリアンサスは、油汚染土壌に対して浄化効果を有する限りにおいて、イネ科エリアンサス（Erianthus arundinaceus）であれば、いずれの系統であってもよいが、温帯地域でも多年利用が可能で、個体サイズが大きく、雑草化の心配がない中生系統あるいは晩生系統が好ましい。また、草型は直立型であっても開張型のいずれでもよい。
【００１８】
エリアンサスは生育に適した環境条件下では、茎葉部が4m以上に成長し、根は通常、深さ1m以上、確認できているだけでも2.5mまでは十分に伸長・分布する。このようにエリアンサスは深根性であることから、深さ50cm以上、根が充分に伸長すれば深さ1m以上の油汚染土壌にも適用できる。
【００１９】
エリアンサスの植栽は、暖温帯、亜熱帯の地域であれば可能であり、日本では、西日本（沖縄、九州、中国、近畿地方）、東海地方、関東地方までは十分に生育でき、また東北地方太平洋側の雪の少ない一部においても多年生植物として生育が可能である。
【００２０】
本発明の方法による浄化対象である油汚染土壌における油の種類は、主としてガソリン、灯油、軽油、重油等の燃料油や、潤滑油、グリース等の機械油であるが、植物性又は動物性の食用油なども含まれる。油汚染土壌としては、例えば、製油所跡地、ガソリンスタンド跡地、油槽所跡地などに分布する油汚染土壌が挙げられる。
【００２１】
油汚染土壌中の油分の含有量は、50,000ppm以下であれば適応可能で、30,000ppm以下であれば十分な浄化効果が得られる。
【００２２】
本発明においては、対象とする油汚染土壌にエリアンサスを植栽することにより、浄化する。エリアンサスは苗木を商業的に入手できるので、対象土壌に植えればよい。その場合、苗木を植える部分の土壌を30cm程度耕起してから、1m×1m〜1m×3m程度の間隔で、浄化対象地域の全域に植え付ける。エリアンサスは、春植え、秋植えのいずれも可能で、他の植物と混植することもできる。
【００２３】
浄化の対象となる油汚染土壌はそのままでもよいが、必要に応じて土壌改良材または肥料を施用し、エリアンサスの生育環境を改良することが望ましい。
【００２４】
土壌改良材としては、腐葉土、コンポスト、珪藻土、堆肥、ピート、ピートモス、泥炭・草炭加工物などの植物由来資材、ベントナイト、ゼオライト、バーミキュライト、パーライトなどの鉱物由来資材、発泡スチロール粒、軽石、赤玉土などが挙げられる。また肥料成分としては、窒素、燐酸、カリ、苦土、マンガン、及びホウ素などが挙げられ、形態は液体でも固形でもよい。
【００２５】
油汚染土壌にエリアンサスを植栽した後は、生育を促進するために必要に応じて灌水したり、追肥を行うこともある。
【００２６】
本発明の実施にあたっては、油汚染土壌の原位置にエリアンサスを植栽してもよいし、油汚染土壌を掘削して適当な他の場所に運搬した後、そこに植栽してもよい。
【００２７】
上記のように油汚染土壌にエリアンサスを植栽し、生育させることにより、汚染土壌内の油を継続的に分解除去することができる。エリアンサスは多年生植物であるため、毎年、種子や苗を植え付ける必要がなく、最初に植え付けた苗が生育することで浄化を完了させることが可能である。浄化が完了したら、根を深さ30cm程度掘り起こしエリアンサスを処理することで浄化は終了する。なお、エリアンサスは上記処理で枯死する。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）フィールド試験によるエリアンサスの生育状況の確認
神奈川県内の製油所施設跡地（油分濃度平均650ppm)内に1.2m×0.8mの２つの試験区（最少耕起区、慣行耕起区）を整備した。最少耕起区では土壌表層の条部分のみを耕起し、慣行耕起区では全面を深さ50cmまで耕起した。それぞれの試験区に、エリアンサス（直立型・中生の系統）を1m×1m間隔(植栽密度1.04株／m2)で植栽し、生育状況を１カ月毎に調査した。施肥は、窒素成分10 g/m2・リン成分11 g/m2・カリウム成分 5g/m2を基肥として施用し、夏期高温期（7〜8月）には週１回、約1L/株の灌水を行った。図１にバイオマス推定量の指標（「草丈×茎数」）の経時変化を示す。図１に示したように、エリアンサスは石油汚染土壌において生育可能で、旺盛な生育が確認できた。最少耕起区ではエリアンサスの初期生育が遅いが、２年目には慣行耕起区に追いつき、耕起の影響も認められなくなった。
【００３０】
上記の最少耕起区において、エリアンサスの植付け時（7月）、植付け後11カ月目（6月）、19カ月目（2月）に土壌表層の油成分の濃度を測定した。
【００３１】
油成分の濃度測定は「環境省の油汚染対策ガイドライン―油含有土壌による油臭・油膜問題への対応」化学工業日報社 (2006/05) に記載されているTPH試験法に従い、次のようにして行った。まず、土壌中の油分を二硫化炭素で抽出し、水素炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフ(GC-FID)を用い、油分抽出試料の全成分を無極性カラムにより、ほぼ沸点別に分離する。次に、得られたクロマトグラムのノルマルパラフィンのC6〜C44の沸点範囲に存在する全成分のピーク面積を、同一条件で得られたASTM標準軽油のピーク面積と比較して、TPH濃度を算出する。
【００３２】
上記の測定結果を図２に示す。土壌表層における油成分の濃度は、エリアンサスの生育とともに経時的に低下する傾向が認められた。
【００３３】
（実施例２）フィールド試験によるエリアンサス根の生育状況確認
山口県内の製油所施設跡地（油分濃度平均32,000ppm)内に50m×100mの試験区を設置し、深さ30cmまで耕起した。この試験区に、エリアンサス（直立型・中生の系統）を植栽した（植栽間隔：2m×1m、植栽密度：0.5株／m2）。施肥は窒素成分10 g/m2・リン成分11 g/m2・カリウム成分 5 g/m2を基肥として施用し、灌水および除草は行わなかった。図３に深さ別の根量の推移(エリアンサスの植付け(6月）後7カ月目（１月）、17カ月目（11月）、29カ月目（11月））を示す。油分濃度が32,000ppmと高濃度であるにもかかわらずエリアンサスは生育し、根量は増大した。とくに植付け後7カ月目以降、土壌中下層（深さ50〜100cm)で根量が増大し、到達深度（最も深くまで分布している根の深さ）は植付け後17カ月目で120cmとなり、多くの根が土壌深くまで分布することが確認できた。
【００３４】
（実施例３）フィールド試験によるエリアンサスの油汚染浄化の確認
実施例２のエリアンサス植栽試験区において、エリアンサスの植付け(6月）後7カ月目(1月）、17カ月目(11月）に、深さ50cm、100cmの地点から土壌サンプルを採取し（サンプル数5）、油成分の濃度を測定した。油成分の濃度測定は、実施例１に記載したTPH法を利用した。
【００３５】
上記の測定結果を図４に示す。深さ50cm、100cmの土壌中の油成分の濃度は、植付け後7カ月目ではあまり変わらないが、図３に示したエリアンサス根量の増大とともにその後は低下した。
【００３６】
また、同試験区において、エリアンサスの植付け(6月）後7カ月目(1月）、20カ月目(2月）、29カ月目(11月）に、深さ50cmの地点から土壌サンプルを採取し（サンプル数20）、同様にして油成分の濃度を測定した。上記の測定結果を図５に示す。土壌中の油成分の濃度は、エリアンサスの生育とともに低下し、植付けから29カ月(2年5カ月）まで長期間にわたり浄化効果が持続することが確認された。
【００３７】
（実施例４）ポット試験による油成分の濃度変化の確認
大型ポット（直径15cm、高さ100cm）に、窒素成分2.0 g/ポット・リン成分2.2 g/ポット・カリウム成分2.0 g/ポットを基肥として施用した汚染土壌（実施例２の山口県内の製油所施設跡地の土壌）を充填し、エリアンサス（直立型・中生の系統）を植栽した区（植栽区）および植栽しない区（無植栽区）を設置した。夏期高温期（7〜8月）に、週1回、約1.0 L/ポットの灌水を行った。植栽区および無植栽区設置初期(4月）および6カ月目(10月）に、ポット内の土壌の油成分濃度を測定した。油成分の濃度測定は、植栽区および無植栽区のそれぞれ５ポットの土壌を攪拌混合した中からサブサンプルを採取し、実施例１に記載したTPH法を利用した。
【００３８】
上記の測定結果を図６に示す。植栽区および無植栽区のいずれの区でも油成分の濃度が低下していたが、植栽区の濃度低下の方が大きく、エリアンサスの根が分布することによる浄化効果が確認できた。
【００３９】
上記の植栽区および無植栽区の土壌表層（土壌表面〜約30cm）、中層（約30〜約50cm)、深層（約60〜約90cm)、底部（約90〜100cm）における油成分の濃度を、植栽区および無植栽区設置初期および150日目に測定した。油成分の濃度測定は、５ポットの土壌を攪拌混合した中からサブサンプルを採取し、実施例１に記載したTPH法を利用した。
【００４０】
上記の測定結果を図７に示す。いずれの土層においても、油濃度の低下が認められた。土壌下層における油濃度の低下は、上層よりも若干小さいが、深層まで分布するエリアンサスの根による浄化効果が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、エリアンサスという栽培管理が容易で、根が土壌深くまで伸長する植物を利用して油汚染土壌を深層まで浄化することができる。したがって、本発明は、油汚染土壌の浄化産業および関連産業に利用できる。
【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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