(57)【要約】【課題】栽培中の穀類作物において収穫される穀物中の重金属類の濃度を予測する吸収量予測方法、その予測に基づいて施用される重金属類吸収抑制手法、および吸収抑制装置を提供すること。【解決手段】生産される穀物の重金属類の吸収量予測方法であって、幼穂形成期から登熟期の期間の土壌中の重金属類の濃度を分析して得られた結果、および出穂期から乳熟期の期間の穀類作物の茎部中の重金属類の濃度を分析して得られた結果に基づいて、相関算出法を用いて予測することを特徴とする。また、この予測の結果に基づいて、作付地のｐＨ値調整手法、重金属類溶解度調整手法、および溶解性重金属類吸収抑制手法のうち、少なくともいずれか１つの手法を行うことを特徴とする。【選択図】　　　　図１
2004024038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産される穀物の重金属類の吸収量予測方法であって、
幼穂形成期から乳熟期の期間の土壌中の重金属類の濃度を分析して得られた結果に基づいて、相関算出法を用いて予測することを特徴とする穀物の重金属類の吸収量予測方法。
【請求項２】
生産される穀物の重金属類の吸収量予測方法であって、
出穂期から乳熟期の期間の穀類作物中の重金属類の濃度を分析して得られた結果に基づいて、相関算出法を用いて予測することを特徴とする穀物の重金属類の吸収量予測方法。
【請求項３】
請求項２に記載の穀物の重金属類の吸収量予測方法において、
前記穀類作物中の重金属類の濃度として、茎部中の濃度を用いることを特徴とする穀物の重金属類の吸収量予測方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載の重金属類の吸収量予測方法を用いた吸収抑制手法において、
前記予測の結果に基づいて、作付地のｐＨ値調整手法、重金属類溶解度調整手法、および溶解性重金属類吸収抑制手法のうち、少なくともいずれか１つの手法を行うことを特徴とする穀物の重金属類の吸収量予測方法を用いた吸収抑制手法。
【請求項５】
請求項１から請求項３に記載の重金属類の吸収量予測方法を用いた吸収抑制装置において、
土壌中又は／及び穀類作物の茎部中の重金属類の濃度の分析装置と、該分析装置より得られた分析結果から吸収量を予測する予測装置と、重金属類吸収抑制装置と、該装置を管理する管理装置とを備えて構成され、
前記重金属類吸収抑制装置は、ｐＨ値調整装置、重金属類溶解度調整装置、および溶解性重金属類吸収制御装置のうち、少なくともいずれか１つの装置を備えることを特徴とする穀物の重金属類の吸収量予測方法を用いた吸収抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生産される穀物の重金属類の濃度を予測して、効果的に穀類作物への重金属類の吸収を抑制する抑制手法および抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、穀類作物である水稲の栽培にあって土壌中の重金属類、とくにカドミウムの水稲への吸収を防止し、生産された穀物である玄米の汚染防止が望まれており、種々の方策が試みられている。従来、石灰などのアルカリ資材を土壌に施用し、土壌のｐＨ値を調整してカドミウムの吸収を抑制することが試みられている。また、特開平１−１３３９９２号公報において開示されているように、珪酸カルシウム水和物を主成分とする軽量気泡コンクリート粉末、すなわちＡＬＣ粉末をカドミウム吸収抑制剤として施用することが知られている。
【０００３】
また、作付地の土壌中のカドミウムについては酸化還元により形態が変わり、還元状態では硫化物となって溶解度は著しく低下することが知られており、作付地の水位管理によって玄米のカドミウム濃度が大きく変化する。たとえば、栽培全期間に渡って湛水すれば玄米のカドミウム濃度は規定値以下にとどまることが知られている。また、土壌および玄米のカドミウム濃度の分析方法としては、サンプルを分解し、その溶液を各種分析装置で分析する方法が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記カドミウム吸収抑制手法においては、収穫された玄米を分析することによって玄米中のカドミウム濃度を知ることができたが、栽培早期の水稲において収穫時の玄米中のカドミウム濃度が予測されていないことにより、より効果的なカドミウム吸収抑制手法が適用されていないという問題があった。たとえば、収穫時の玄米中のカドミウム濃度が規定値以上になると予測される水稲に十分な量のＡＬＣ粉末が施用されなかったり、収穫時の玄米中のカドミウム濃度が規定値以下になると予測される水稲にも大量のＡＬＣ粉末が施用されたりしていた。つまり、水稲などの穀類作物の栽培に当り、収穫される玄米などの穀物中における、カドミウムなどの重金属類に対する効果的な吸収抑制手法が施用されていないということである。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、栽培中の穀類作物において収穫される穀物中の重金属類の濃度を予測する吸収量予測方法、その予測に基づいて施用される重金属類吸収抑制手法、および吸収抑制装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を行い、穀類作物の各生育期間において、穂部、茎部および止葉部の分析を行って得られた重金属類の濃度と収穫された穀物の重金属類の濃度との相関関係を調査し、出穂期から乳熟期の期間において穀類作物の茎部中における重金属類の濃度と穀物の重金属類の濃度との間に相関関係があるという結果を得ることができた。また、穀類作物の各生育期間の土壌中の重金属類の濃度と、穀物の重金属類の濃度との相関関係を調査し、幼穂形成期から乳熟期の期間において相関関係があるという結果を得ることができた。つまり、これらの相関関係より、収穫時の穀物の重金属類の濃度を予測できるということである。
【０００７】
そして、この予測法を用いて穀物の重金属類の濃度が規定値を超えることが予測できれば、アルカリ資材の施用、ＡＬＣ粉末の施用、または作付地を湛水する水位調整などの重金属類の吸収抑制手法を用いることにより、収穫時の穀物の重金属類の濃度を効果的に抑制することができるという知見を得たのである。
【０００８】
この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、本発明の穀物の重金属類の吸収量予測方法は、幼穂形成期から乳熟期の期間の土壌中の重金属類の濃度を分析して得られた結果に基づいて、相関算出法を用いて予測することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の穀物の重金属類の吸収量予測方法は、出穂期から乳熟期の期間の穀類作物の茎部中の重金属類の濃度を分析して得られた結果に基づいて、相関算出法を用いて予測することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の重金属類吸収抑制手法は、前記予測の結果に基づいて、作付地のｐＨ値調整手法、重金属類溶解度調整手法、および溶解性重金属類吸収抑制手法のうち、少なくともいずれか１つの手法を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の重金属類吸収抑制装置は、土壌中又は／及び穀類作物の茎部中の重金属類の濃度の分析装置と、該分析装置より得られた分析結果から吸収量を予測する予測装置と、重金属類吸収抑制装置と、該装置を管理する管理装置とを備えて構成され、前記重金属類吸収抑制装置は、ｐＨ値調整装置、重金属類溶解度調整装置、および溶解性重金属類吸収制御装置のうち、少なくともいずれか１つの装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
まず、図１を用いて本発明の一実施形態における吸収抑制装置について説明を行う。吸収抑制装置１は、土壌中および穀類作物の茎部中の重金属類濃度の分析装置２と、分析装置２から得られた分析結果に基づいて生産される玄米の吸収量を予測する予測装置３と、ｐＨ検知装置４と、溶解性重金属類吸収制御装置であるＡＬＣ粉末添加装置５と、重金属類溶解度調整装置である水位調整装置６と、ＡＬＣ粉末添加装置５と水位調整装置６とを制御する集中管理装置７とを備えて構成されている。
【００１３】
分析装置２は、サンプリング手段１０と分析手段１１とを備えており、サンプリング手段によって土壌および茎部がサンプリングされ、その中に含まれている重金属類濃度を分析し、その分析結果を予測装置３に送信する構成とされている。ｐＨ検知装置４は、人手もしくはセンサー感知によるｐＨ計測手段１２と検出送信装置１３とを備えて構成されており、検出されたｐＨデータを集中管理装置７に送信する構成とされている。ＡＬＣ粉末添加装置５は、ＡＬＣ粉末貯蔵庫１４とＡＬＣ粉末添加手段１５とを備えた構成とされ、水位調整装置６は、河川や湖沼から水を引く用水路１６と水量を調整するポンプ１７とを備えた構成とされている。
【００１４】
予測装置３は、分析装置２から送られてきた分析結果に基づき、生産される穀物の重金属類濃度を予測し、予測データ信号を集中管理装置７に伝達する構成とされている。集中管理装置７は、予測装置３からの予測データによって、ＡＬＣ粉末添加装置５に最適な量のＡＬＣ粉末を添加する制御信号を送り、水位調整装置６に最適な水位に調整する制御信号を送る構成とされている。
【００１５】
上述したような吸収抑制装置１において、出穂期から乳熟期の期間の土壌および穀類作物の茎部の重金属類濃度が測定され、ｐＨ値が測定されている。そして、分析結果から穀物の重金属類濃度が規定値を超えると予測された場合、最適な量のＡＬＣ粉末を作付地１８に添加し、最適な水位に作付地１８を調整する。これらの制御は、茎部の重金属類濃度に応じて個々に行われる場合と、同時に行われる場合とがある。
【００１６】
また、集中管理装置７が自動的にＡＬＣ粉末添加装置５と水位調整装置６とを制御せずに、地方農業団体や自治体などの各地域組織に予測装置３からの予測データを送信し、各地域組織の人員の判断により農家などに適宜適切な農業指導を伝えてもよい。この場合の農業指導として、たとえば、肥料の施肥の必要性、適切な水の管理などが挙げられる。
【００１７】
【実施例】
この発明の実施例として、穀類作物である水稲から収穫される、穀物である玄米を用いた例を以下に示す。
まず、水稲の生育期間を以下に示すように分類する。
１）分げつ期：稲の茎の節から生じた芽が伸びて、枝分かれする時期
２）幼穂形成期：葉が十分に茂って、小さい穂ができはじめる時期
３）穂ばらみ期：幼穂が伸びて、穂の形ができあがる時期
４）出穂期：穂の形成が完了し、止葉の外に穂が出る時期
５）乳熟期：胚乳は乳状で、玄米は葉緑素が存在し緑色で、籾は黄緑色の時期
６）糊熟期：胚乳は糊状で、玄米は葉緑素が残っており黄緑色の時期
７）黄熟期：胚乳はロウ状で、玄米は葉緑素が消失し、籾は黄色か黄白色の時期８）完熟期：玄米は乾燥して硬くなり爪で破砕できない、刈り取られる時期
また、乳熟期から完熟期までの期間を登塾期と分類することもある。
【００１８】
各生育期間において、調査株１株を選定し、同一株の中から一番長い稲穂を１本採取し、以下に示す各部位で分析を行った。
・茎部：２〜４節の２節分の葉稍を除去した部分
・止葉：穂部を覆う葉の一枚
・穂部：穂首から上部全量
・玄米：籾殻を除き、くず米を含めた全量
各測定部位のサンプルは、裁断された後、硫酸と硝酸とで分解して調製された試料溶液とされ、この試料溶液にＩＣＰ発光分光分析法、または原子吸光法を用いてカドミウム濃度を測定した。なお、ここでいう各期間は世界、あるいは国内での各地域、季節などで各々時期が地域ごとに異なるので月日で期間を特定せずに、水稲の生育状態で期間を特定する。また、相関も地域差があるので対象地域ごとに特定する。
【００１９】
上記生育期間のうち、穂ばらみ期〜糊熟期までの期間の茎部、止葉、および穂部について分析を行い、黄熟期の茎部、止葉、および玄米についても分析を行った。また、２０圃場から１株ずつサンプルの回収を行い、重金属類の濃度を測定した。その結果より各時期における各部位と各登熟期の玄米との相関関係を調べ、相関算出法である回帰分析手法を用いて、相関係数Ｒ２および回帰直線式をそれぞれ算出した。
【００２０】
図２に、重金属類であるカドミウムの結果を示し、出穂期の各部位のカドミウムの濃度と、玄米のカドミウム濃度との相関図が示されている。図２において、横軸が各部位のカドミウム濃度、縦軸が玄米のカドミウム濃度で、図２（ａ）は穂部と玄米との相関図、図２（ｂ）は茎部と玄米との相関図、および図２（ｃ）は止葉と玄米との相関図である。また、図中に示された式が算出された回帰直線式で、Ｒ２の値が相関係数である。
【００２１】
また、上述したような分析結果から算出された各時期における各部位の相関係数Ｒ２、および回帰直線式を表１に示す。表１において、相関係数Ｒ２が０．５以上を○、０．５以下を×と評価した。
【００２２】
【表１】
2004024038.tif 000003
【００２３】
表１より、穂ばらみ期においては、穂部、茎部、および止葉の相関係数Ｒ２が低く、この時期の各部位のカドミウム濃度と生産される玄米のカドミウム濃度との間に相関関係がないことが分かる。出穂期における穂部および止葉の相関係数Ｒ２は低いが、茎部の相関係数Ｒ２が高く、この時期における茎部のカドミウム濃度と生産される玄米のカドミウム濃度との間に有意な相関関係があることが分かる。
【００２４】
これより、各生育期間において最も早い期間に相関関係が認められる部位は茎部であり、その生育期間は出穂期であることが分かる。また、乳熟期においては各部位において相関係数Ｒ２が高いが、茎部の相関係数Ｒ２が最も高いことが分かる。つまり、出穂期から乳熟期にかけての生育期間の茎部のカドミウム濃度より、生産される玄米のカドミウム濃度を予測することができるということである。
【００２５】
また、上記各生育期間において、土壌の溶出重金属類濃度とｐＨ値を測定し、生産された玄米の重金属類濃度との相関関係を調べ、相関係数Ｒ２および回帰直線式をそれぞれ算出した。土壌の溶出重金属類濃度およびｐＨ値の測定は、採取された土壌に、乾燥土当り５倍量の２．５％塩化カリウム溶液を加え、水平振とう器で１時間振とうし、３０分放置後に濾紙Ｎ０５Ｂで濾過して得られた、濾液を用いて行われた。溶出された重金属類であるカドミウムの濃度およびｐＨ値と玄米のカドミウム濃度との相関係数Ｒ２、および回帰直線式を表２に示す。表２において、相関係数Ｒ２が０．５以上を○、０．５以下を×と評価した。
【００２６】
【表２】
2004024038.tif 000004
【００２７】
表２より、幼穂形成期以降の生育期間において、土壌のカドミウム濃度と玄米のカドミウム濃度との相関係数Ｒ２が高いことが分かる。また、出穂期のｐＨ値と玄米のカドミウム濃度との相関係数Ｒ２が高いことが分かる。これより、土壌のカドミウム濃度を抑制し、ｐＨ値の調整を行うことで生産される玄米のカドミウム濃度を抑制できることが分かる。
【００２８】
上述したように、土壌および水稲の茎部の分析結果から得られる収穫時の玄米のカドミウム吸収量予測方法に基づいて吸収抑制手法を用いることで、生産される玄米のカドミウム吸収量を効果的に抑制することができる。重金属類溶解度調整手法である水田の水位調整により、土壌中のカドミウムは還元されて硫化物とされ、カドミウム溶解度を低下させることができる。また、溶解性重金属類吸収抑制手法であるＡＬＣ粉末の施用により、カルシウムとりん酸を共存させてカドミウムの吸収を抑制させることができる。また、ｐＨ値調整手法である珪酸カルシウム、溶解性りん系肥料などのアルカリ資材の施用により、土壌のｐＨ値を調整してカドミウムの吸収を抑制させることができる。また、これらの手法は相互に影響を与えることもあり、ＡＬＣ粉末の施用によりｐＨ値を調整させる効果もある。ここで使用できるｐＨ値調整剤は生育障害を発生させない調整剤である。また、水田土壌の水分調整剤としては、各種の保水剤などが使用できる。そして、この予測方法に基づくカドミウムの吸収抑制手法を用いた農業指導を行うことで、カドミウム吸収量の少ない玄米を収穫することができる。
【００２９】
なお、本実施例として、水稲および玄米を用いたが、それ以外の穀類作物および穀物に本発明を適応してもよく、カドミウム以外の重金属類、たとえばＰｂに本発明を適応してもよい。また、本実施の形態において、溶解性重金属類吸収制御装置としてＡＬＣ粉末添加装置５、および重金属類溶解度調整装置として水位調整装置６を用いて説明を行ったが、ＡＬＣ粉末添加装置５および水位調整装置６以外の装置を溶解性重金属類吸収制御装置および重金属類溶解度調整装置として用いて穀物の重金属類吸収抑制を行ってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の穀物の重金属類の吸収量予測方法によれば、幼穂形成期から乳熟期の期間の土壌中の重金属類の濃度と穀物の重金属類の濃度との間にある相関関係、および出穂期から乳熟期の期間の穀類作物の茎部中の重金属類の濃度と穀物の重金属類の濃度との間にある相関関係に基づいて、相関算出法を用いて収穫時の穀物の重金属類の吸収量を予測するので、生育期間の早い時期に信頼性の高い予測をすることができる。
【００３１】
また、上記予測方法を用いた吸収抑制手法および吸収抑制装置によれば、穀類作物の生育期間の早い時期において効果的に作付地のｐＨ値調整手法、重金属類溶解度調整手法、または溶解性重金属類吸収抑制手法が行えるので、収穫時の穀物の重金属類の濃度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における吸収抑制装置の説明図である。
【図２】（ａ）は穂部と玄米との相関図、（ｂ）は茎部と玄米との相関図、および（ｃ）は止葉と玄米との相関図である。
【符号の説明】
１　吸収抑制装置
２　分析装置
３　予測装置
４　ｐＨ検知装置
５　ＡＬＣ粉末添加装置
６　水位調整装置
７　集中管理装置
１８　作付地
【図１】
2004024038.tif 000005
【図２】
2004024038.tif 000006