論文., March 2013, Vol. 123, 55 ‒ 63

Original Paper

塩化鉄（III）を用いたオンサイト化学洗浄によるカドミウム汚染土壌の修復（―化学洗浄が土壌理化学性およびオクラ）の生育に及ぼす影響―
赤羽幾子 1・牧野知之 1・加藤英孝 1・中村 乾 1・
関谷尚紀 2・神谷 隆 3・高野博幸 3

Remediation of cadmium-contaminated arable soils by washing with iron（III）chloride: Eﬀects of on-sitewashing on soil properties and the growth of okra（
1

1

）
1

1

Ikuko AKAHANE , Tomoyuki MAKINO , Hedetaka KATOU , Ken NAKAMURA ,Naoki SEKIYA2, Takashi KAMIYA3 and Hiroyuki TAKANO3

KeyWords : soil washing, cadmium, soil remediation
Abstract : Chemical washing with iron（III）chloride
technology, tillability, clod size distribution
is a recently developed method for extracting cadmium（Cd）for the remediation of Cd-contaminated ara1. はじめに
ble soils. On-site washing using iron（III）chloride wasconducted in a paddy ﬁeld having a high Cd content of
国際連合食糧農業機関（FAO）と世界保健機関（WHO）
0. 56 mg kg‒1, a clay content of 0. 15 kg kg‒1 and a catが共同で設立した国際食品規格（Codex）委員会にて，ion exchange capacity of 13 cmolc kg‒1, and its eﬀects
各種畑作物のカドミウム（Cd）濃度基準値が採択された
on the physical and chemical properties of the soil as（CODEX，2005）．畑作物の Cd 基準値は作目毎に幅広
well as on the growth of okra（）
く 設 定 さ れ た（ コ ム ギ 0. 2 mg kg‒1， 葉 菜 類：0. 2 mg
were investigated.
The chemical washing, which involved intensive pudkg‒1，根菜類：0. 1 mg kg‒1，果菜類：0. 05 mg kg‒1 等）．
dling, exerted adverse eﬀects on the uniaxial compresこれを受けわが国では，農作物の Cd 吸収低減対策の推sive strength of soil before tillage and the clod size dis進および農作物の汚染状況を把握し，必要に応じてコメtribution of the tilled soil in the ﬁrst year. Emergence
以外の食品の Cd 基準値の設定等について検討すること
and subsequent growth of okra were also adversely afとされている（厚生労働省 , 2010）．以前実施された農
fected. However, these eﬀects were not persistent; in
林水産省（2002）の実態調査によれば，Codex 基準値
the second and the third years, there was little diﬀerence in the clod size distribution or the growth of okraを超過する畑作物の割合は 1 ％未満〜 30 ％にものぼっbetween the washed and unwashed plots. In contrast,
た．特に果菜類であるオクラの Codex 基準値に対する
the Cd contents of okra grown in the washed plot
超過率は 25 ％と高かった（農林水産省，2002）．わが国
were consistently lower, and 0. 3‒0. 5 times as large as
では，オクラのような Codex 基準値が低く，その基準
those in the unwashed plot, demonstrating the persist値を超過する危険性の高い作目に対する Cd リスク低減
ing eﬀects of the chemical washing on Cd uptake by
技術の開発が急務である．
the plant. The chemical washing, at the same time,caused considerable losses of magnesium and potassi畑作物の Cd 吸収抑制技術としては，従来からアルum from the soil. The cation imbalance could, however,
カリ資材施用による土壌 pH 矯正（稲原ら，2007；雄川・
be easily rectiﬁed with inorganic and organic amend稲原，2009；Tan et al., 2011）や有機物の施用（吉川・ments. These results demonstrates that the chemical
瀧，2009；Sato et al., 2010）が広く行われているが，
washing using iron（III）chloride is an eﬀective tech水稲における水管理技術（農林水産省，2011）に匹敵
nique for remedying Cd-contaminated soils and reducするような Cd 抑制技術は未だ確立されておらず（荒ing Cd uptake by okra.
尾ら，2010），現在，Cd 高吸収イネを用いたファイト1‒ ‒National Institute for Agro-Environmental Sciences, 3 1 3 Kannondai, Tsukuba, Ibaraki 305 ‒ 0856, Japan. Corresponding author：
赤羽幾子，1（独）農業環境技術研究所
2
Nagano Agricultural Experiment Station, 492 Ogawara, Suzaka,
Nagano 381 ‒ 0072, Japan.
3
Research & Development Center, Taiheiyo Cement Corportion,2 ‒ 4 ‒ 2 Osaku, Sakura, Chiba 285 ‒ 8655, Japan.
2012 年 9 月 25 日受稿，2012 年 11 月 12 日受理
土壌の物理性 123 号，55 ‒ 63（2013）

レ メ デ ィ エ ー シ ョ ン（Murakami et al., 2009；Ibaraki
et al., 2009；本間ら，2009），接ぎ木を用いたナス科のCd 低減技術（竹田ら，2007；Arao et al., 2008），ダイズ
を対象とした地下水位の調整技術（村上ら，2011），コ
ムギの Cd 低吸収品種（独立行政法人農業環境技術研究所，2009）の導入等が検討されている．

土壌の物理性 第 123 号（2013）56

化学洗浄は，土壌中の重金属を強酸やキレート資材，

2. 実験および分析方法

その他の化学物質を用いて化学的に除去する方法であり，迅速かつ効果的に重金属を低減することができる

2. 1 オンサイト化学洗浄（Dermont et al., 2008）．塩化鉄（Ⅲ）（FeCl3）を用いたオ

2008 年 10 月，
長野県北安曇郡白馬村農家水田圃場（礫ンサイト（現地）土壌洗浄（農林水産省・独立行政法人

質 灰 色 低 地 土，0. 1 M HCl 抽 出−Cd 含 量：0. 56 mg

農業環境技術研究所，2007）は，水稲の生育への影響がkg‒1，粘土含量：0. 15 kg kg‒1，陽イオン交換容量（CEC）：

ほとんどなく，作土および玄米の Cd 含量を大幅に低減

13 cmolc kg‒1，面積約 415 m2）にて塩化鉄（Ⅲ）を用いできる有効な方法であることが示されている（Makino

たオンサイト化学洗浄（高野・牧野，2006；Makino etet al., 2008，2010）．塩化鉄（Ⅲ）は，強酸に比べ環境影

al. 2007）を実施した．化学洗浄時の塩化鉄
（Ⅲ）
の濃度は，

響が少なく，キレート資材よりも安価で，農耕地への適事前に供試圃場より作土を採取し，室内試験により決定応が容易な薬剤である．一方で，塩化鉄（Ⅲ）は効率的した（農林水産省・独立行政法人農業環境技術研究所，に Cd を抽出すると同時に主要なカチオンや他の微量金

2007）．本試験では 20 mmol L‒1 とした．供試圃場にか属元素も抽出してしまう可能性がある（Makino et al.,

んがい水を導入し，42 ％塩化鉄（Ⅲ）溶液（鶴見曹達株2006）．さらに，オンサイトでの化学洗浄では重機によ式会社）を 2. 6 kg m‒2 加え，水深 40 cm で代かきを行っる 強 度 の 代 か き が 行 な わ れ る（ 高 野・ 牧 野，2006；

た．土壌が沈降した後，溶出した Cd を含む排水を洗浄

Makino et al., 2007）ため，洗浄後に畑地として利用し圃場の近傍に設置した排水処理装置に送水した．その後，た場合，土壌理化学性の悪化や作物生育への影響が懸念

作土に残存する Cd の回収および塩化物イオンの低減のされる．これまで，洗浄圃場の土壌を用いたダイズおよため，水洗浄を 2 回行い，排水は同じように排水処理装びホウレンソウのポット栽培試験が実施され，土壌化学

置に送水した．回収した排水は，排水処理装置にて凝集

性や作物生育への影響が検証されている（Maejima et

沈殿処理し，Cd を除去した．Cd 除去後の処理水は，用al., 2007；Akahane et al., 印刷中）が，現地栽培試験に水路に放流した．処理水の Cd 濃度は，Cd 除去処理による作土の理化学性および作物生育に対する影響評価は，試験当時
より 1μg L‒1 以下となり（Nagai et al., 2012）

実施されていない．

の「水質汚濁に係る人の健康の保護に関する水質環境基

本研究では，Cd 含量の高い農耕地にて塩化鉄（Ⅲ）

準」である 0. 01 mg L‒1（2011 年 3 月より 0. 003 mg L‒1を用いたオンサイト化学洗浄を行い，洗浄処理が作土のに改訂）以下にまで低減した．なお，水洗浄 2 回後の田理化学性に与える影響を検証した．また，洗浄後の圃場

面水中の塩化物イオン濃度は 363 mg L‒1 となり，作物

で，オクラを供試作物とした栽培試験を行い，土壌理化

生育に影響があるとされる 500 mg L‒1 以下であった．

学性の経年的変化と作物生育への影響を調査した．

化学洗浄後，土壌 pH は塩化鉄（Ⅲ）処理の影響で 3. 83

Table 1 供試圃場の栽培履歴．
Summary of cultivation history in the ﬁeld.

項目＼年

2009

2010

2011

作目

オクラ

オクラ

オクラ

春〜秋

春〜秋

栽培時期
前作

ソバ※，化学洗浄（秋） ダイズ※，サトイモ※

春〜秋
ダイズ※

前作の残さ処理

全量鋤き込み全量鋤き込み全量鋤き込み耕起（回数）

乗用トラクター（1）

乗用トラクター（1）

乗用トラクター（1）

砕土（回数）

歩行型管理機（2）歩行型管理機（2）歩行型管理機（2）資材

炭酸カルシウム

炭酸カルシウム

炭酸カルシウム‒2

施肥窒素量 （N：P2O5：K2O，g m ）（全層・基肥）15：15：15

15：15：15

15：15：15（表層・追肥）

4：0：4

4：0：4

4：0：4

播種方法

直播

直播

直播

播種日

6/2

6/6

6/10

黒マルチ

黒マルチ

黒マルチ

草刈り機

草刈り機

草刈り機

8/12 〜 10/1

8/3 〜 9/22

8/3 〜 9/26

栽培管理，除草等
収穫※現地の栽培指針に沿って栽培された．

論文：塩化鉄（III）を用いたオンサイト化学洗浄によるカドミウム汚染土壌の修復

57まで低下した．低下した土壌 pH を矯正するため（目標

料の施用前）に無洗浄区（37. 6 m2）を 8 区画，洗浄区（55. 5

pH は 6 とした）
，炭酸カルシウム（以下，「炭カル」とm2）を 10 区画に分けて作土を採取した．1 区画あたり略記）を泥状の作土に施用し，撹拌した．当該圃場への2 箇所から作土（採取深さは，約 0 〜 13 cm）を採取し，炭カル施用量は，緩衝曲線法（土壌環境分析法編集委員

混合したものを土壌試料（無洗浄区，洗浄区それぞれ試‒2

会，1997）により算出した結果，690 g m であった．

料数= 8，10）とした．2009 年のオクラ栽培後は，オ

2. 2 オクラ現地栽培試験

クラ栽培を行った無洗浄区（25. 2 m2）および洗浄区（37. 2

2009 年〜 2011 年において，オンサイト化学洗浄を行っm2）をそれぞれ 4 区画に分けて作土を採取した（無洗た長野県白馬村農家圃場の一部（洗浄区，55. 5 m2）にて，浄区，洗浄区それぞれ試料数

オクラ（= 4）．2010，2011 年に，品種アーリーファイ

おいては，オクラ栽培前および栽培後の無洗浄区（18. 8ブ）の栽培試験を行った（Table 1）．また，洗浄区に隣m2），洗浄区（27. 8 m2）をそれぞれ 4 区画に分け，作土接した圃場の土壌理化学性は洗浄前の圃場と相違ないも採取を行った（無洗浄区，洗浄区それぞれ試料数のとして，隣接圃場内に対照区（無洗浄区，37. 6 m2）

なお，土壌試料は直射日光の当たらない場所で通風乾燥を設置した．供試圃場における作付け体系は，オクラのし，孔径 2 mm の篩いを通し，一般化学性および Cd 含

連作障害を避けるため，オクラ，ダイズおよびサトイモ

量分析に供した．

= 4）．

の輪作とした．すなわち，洗浄区，無洗浄区ともに区内

土壌 pH（H2O）は土：純水＝ 1：2. 5 で，ガラス電極

を 2 〜 3 つに分割して，2009 年には，オクラ，ダイズ，（UB ‒ 10，Denver Instrument Co., USA）を用いて測定

サトイモを，2010 年にはオクラとダイズを各々作付けした（土壌環境分析法編集委員会，1997）．電気伝導率

し，次年度にはダイズの跡地にオクラを栽培した．
5 月上旬（播種約１ヶ月前）に，乗用トラクターによ（EC）は，土：純水＝ 1：5 で，電気伝導率計（MC126,
Mettler ‒ Toledo, USA）で測定した（土壌環境分析法編

るロータリー耕起（ロータリー幅 150 cm，耕起深さ 20

集委員会，1997）．CEC は，簡略化された繰り返し平衡cm）を 1 回行った．耕起後，土壌 pH を 6. 5 に矯正する法（土壌環境分析法編集委員会，1997）に準じて測定しために炭カルを施用した．緩衝曲線法（土壌環境分析法

た．ただし，塩溶液には 1 M 酢酸アンモニウム溶液（pH

編集委員会，1997）で求めた炭カル施用量は，無洗浄区，

7）を用いた．交換性陽イオンの抽出には，1 M 硝酸ア

洗浄区でそれぞれ，2009 年は 110 g m‒2 および 0 g m‒2，

ンモニウム溶液（pH 7，土：液＝ 1：10）を用いた（Maejima‒2‒22010 年 は 60 〜 90 g m お よ び 40 〜 145 g m ，2011

et al., 2007）．Cd の抽出には，1 M 硝酸アンモニウム溶

年は 30 〜 145 g m‒2 および 20 〜 178 g m‒2 となった．

液（pH 7， 土： 液 ＝ 1：10），土： 液 ＝ 1：5 の 0. 01 M

なお，有機質資材の施用は行わなかった．炭カル施用後，歩行型管理機（ヤンマーフロントポチ FP‒35，2. 4 kW，塩酸（HCl）および 0. 1 M HCl 溶液を用いた．これらにロータリー幅 50 cm，耕うんの深さはロータリー爪深さ

よび酸可溶態 Cd に相当する（Makino et al., 2006）．抽

3 段階の 2 段目（約 12 cm），作業速度は低速）による

出液中のカルシウム（Ca），マグネシウム（Mg），カリウ

砕土を 1 回行った．オクラについては，6 月上旬までに，基肥として窒素（N），リン酸（P2O5）およびカリ（K2O）

ム（K）および Cd は，高周波誘導結合プラズマ発光分光
分析法（ICP‒OES；Vistra ‒ Pro, Varian, USA）で分析

を 15 g m‒2 施用した．基肥には化成肥料（くみあい化

した．

より抽出される Cd は，それぞれ交換態，弱酸可溶態お成 8 号，N：P2O5：K2O ＝ 8：8：8）を用いた．施用し得られたデータは，SAS Add-In for Microsoft ver. 4. 2た化成肥料は成分として硫酸アンモニウム，過リン酸石（SAS Institute Inc., 2009）を用いて，Ryan-Einot-Gabri-

灰および塩化カリウムを含む．基肥を施用した後，歩行

el-Welsch（R・E・G・W）の Q による多重比較を行った．

型 管 理 機（ 三 菱 MS710， エ ン ジ ン：G710， 最 大 5. 1

なお，R・E・G・W 法は，ダンカンの多重範囲検定おkW，ロータリー幅は 60 cm，ロータリー耕爪回転速度

よびスチューデント・ニューマン・クールズ法よりも精‒1は 160 min ，耕うんの深さは約 12 cm，作業速度は 6
段階中の 1 速（低速））による砕土を 1 回行った後，畦立

度良く検定が可能である（石村・デズモンド，1997）．
2. 3. 2 土壌物理性てを行った．畦幅，ベッド幅および畦高はそれぞれ，90

2009 〜 2011 年に歩行型管理機による砕土を 2 回行っ

cm，80 cm および 20 cm とし，畦にはマルチ掛けを行ったオクラ種子播種前の作土の土塊径分布を篩別法（土壌

た．栽植密度は条間 45 cm，株間 30 cm とし，一株あ

物理性測定法委員会，1972）により調査した．篩の孔径たり 4 粒を直播きした．本葉 3 〜 4 葉の時期に適宜間引は，0. 2，0. 5，1，2 および 4 cm とし，調査は洗浄区・きを行い，一株あたり 2 本立てとした．収穫期には追肥無洗浄区とも 2 反復で行った．

（1 回あたり 2 N g m‒2）を 2 回行った．追肥の際にはマ

また，洗浄翌年の 2009 年に，耕起前の洗浄区およびルチの中心に株間に沿って切れ目を入れ，NK 化成肥料

無洗浄区から 100 cm3 不攪乱円筒土壌試料を採取し，か（NK4 号，N：P2O5：K2O ＝ 14：0：14）を，畝表面（条さ密度，含水比および，採取時含水比における一軸圧縮間）にスジ播きした．

強度（地盤工学会「土質試験の方法と解説」改訂編集委

2. 3 調査・分析方法

員会，2000）を，洗浄区については 4 反復，無洗浄区に

2. 3. 1 土壌化学性

ついては 5 反復で測定した．一軸圧縮試験では試料の成2009 年のオクラ栽培前（耕起後，炭カルおよび化成肥形は行わず，ひずみ速度は 1％ / 分とした．

土壌の物理性 第 123 号（2013）

58

2. 3. 3 出芽率および生育調査

よる粒径組成への影響はなかったものと考えられる．

洗浄区・無洗浄区をそれぞれ 2 区画に分割し，播種後2009 〜 2011 年における栽培前後の作土の化学性およ

0 〜 20 日の間に出芽数調査を行った．出芽数調査日は，

び形態別 Cd 含量を Table 3 に示す．2009 年の栽培前に2009 年 は 播 種 後 0，3，5，8，10，15，17 お よ び 20 日

おける洗浄区の土壌 pH は，同時期の無洗浄区と比べてと し，2010 お よ び 2011 年 は 播 種 後 0，3，5，7，10，高かった．これは，2008 年秋の化学洗浄直後に施用さ

12，15，18 および 20 日とした．出芽率（％）は，「出芽れた炭カルの残効と考えられた．2009 〜 2011 年におけ数／播種数× 100」により算出した．

る栽培後の EC は，栽培前に比べ高くなっているが，こ

オクラの生育調査は栽培期間中に 4 回，各試験区のれらは，炭カルの残効や肥料成分の影響と考えられる．

10 株，20 本を対象として草丈を測定した．草丈は，作2009 〜 2011 年の栽培前後における洗浄区の CEC は無物体が地生する地際から成長点までとした．

洗浄区と差がなかったことから，洗浄による CEC への2. 3. 4 収穫および着果数

影響はなかったと考えられた．

開花 3 〜 7 日後から，オクラ果実は収穫が可能であっ2009 年栽培前の洗浄区の交換性カチオン含量は，無た．収穫期間中に，Cd 含量の測定を目的に，可食部が洗浄区に比べ，Ca が高く，
Mg および K は低い傾向であっ

約 9 cm に伸長した果実を 3 回収穫した．3 カ年におけた．初年目の栽培前の洗浄区の交換性 Mg および K 含る オ ク ラ 果 実 の 収 穫 日（1 〜 3 回 目 ）は， そ れ ぞ れ，

量は，それぞれ無洗浄区の 20 ％および 50 ％程度であっ2009 年は 8 月 12 日，8 月 18 日および 8 月 21 〜 25 日，

た．化学洗浄で発生した処理水中の Mg および K は，2010 年 は 8 月 3 日，8 月 17 日 お よ び 8 月 31 日，2011

それぞれ 15. 0 mg L‒1 および 85. 3 mg L‒1 であり，洗浄年は 8 月 5 日，8 月 16 日および 8 月 31 日とした．各試に用いた用水中の Mg，K 含量のそれぞれ 3. 2 倍と 107

験区を 2 区画に分けて収穫した後，イボや曲がりのない倍であった（Nagai et al., 2012）．これは，化学洗浄あオクラ果実を選別し，1 区画あたり 10 本を分析用とした．

るいは水洗浄により，Mg および K が土壌から抽出され着果数は，各試験区の 10 株，20 本を対象とし，着果たものと考えられる．洗浄区の交換性 K は 3 年目の栽開始時期から 9 月中下旬までに着果した果実数をカウン培後までに無洗浄区と同等以上となっていたことから，トした．3 カ年における着果数の調査期間は，それぞれ，

通常施肥で経年的に改善すると考えられた．一方，交換2009 年 は，8 月 12 日 〜 9 月 24 日，2010 年 は 8 月 3 日

性 Mg は 3 カ年を通して改善がみられなかった．Mg の〜 9 月 14 日，2011 年は 8 月 3 日〜 9 月 12 日とした．

修復には堆肥や苦土資材等の土壌改良資材の施用が有効

2. 3. 5 オクラ果実中の Cd 含量であると考えられ，今後，資材施用による交換性塩基類

収穫したオクラ果実 10 本の可食部を約 0. 5 cm 幅で切の改善効果について検証する必要がある．

り，混合し，70 ℃で通風乾燥した．なお，オクラ果実

一方，2009 年栽培前の無洗浄区および洗浄区の酸可は土壌等による汚れがみられなかったため洗浄は省略

溶態 Cd 含量はそれぞれ，0. 56 mg kg‒1 および 0. 22 mg

し，そのまま供試した．乾燥後，高速振動試料粉砕機（TI ‒ 100, HEIKO, Japan）で微粉砕処理し，供試試料とkg‒1 と洗浄区で大幅に低減しており（洗浄区は無洗浄区した．試料の 1 g を用いて，硝酸 ‒ 過塩素酸分解（Makino

目栽培前の洗浄区の交換態および弱酸可溶態 Cd 含量もet al., 2007）した．作物体の分解は，2 反復で行った．
分解液中の Cd は ICP ‒ OES で分析した．

また，無洗浄区に比べて低くなっていた．洗浄区の酸可の 0. 39 倍），化学洗浄の効果が顕著に認められた．初年

溶態 Cd 含量は，栽培 2 年目，3 年目の栽培後においても，それぞれ無洗浄区の 0. 49 倍および 0. 41 倍となっており，

3. 結果と考察

化学洗浄効果の持続性が示された．一方，栽培 2 年目お3. 1 化学洗浄後の土壌化学性と Cd 含量

よび 3 年目の交換態および弱酸可溶態 Cd の値は，洗浄洗浄翌年の 2009 年春（オクラ栽培前）の無洗浄区お区・無洗浄区とも栽培前後で変動したが，これは化成肥

よび洗浄区作土の土性を Table 2 に示す．無洗浄区およ料由来のアンモニア態窒素の硝化や土壌有機物の分解に

び洗浄区の土性はそれぞれ CL および L であった．しかより，土壌 pH が低下および EC が上昇するなどして，しながら，無洗浄区および洗浄区の粒径組成の違いは，

土壌 Cd の可溶性が変化した（Akahane et al., 2010）こ砂，シルト，粘土画分とも誤差の範囲内であり，洗浄にとに起因するものと考えられる．

Table 2 供試作土の土性（2009 年，栽培前）．
Soil textural composition of in the unwashed and washed plots（before cultivation, 2009）．

試験区

粒径組成 *（％）

土性

砂

シルト

粘土

無洗浄

51. 6 ± 1. 5

33. 1 ± 1. 0

15. 3 ± 2. 2

CL洗浄

51. 9 ± 1. 6

33. 6 ± 1. 1

14. 6 ± 2. 5

L

* ピペット法（土壌物理性測定法委員会，1972）で分析
平均 ± 標準偏差（n= 4）

5.53 ± 0.31bcde

洗浄5.44 ± 0.27cde

5.20 ± 0.11e

洗浄

6.03 ± 0.50ab

洗浄

無洗浄

6.00 ± 0.28abc

無洗浄5.62 ± 0.30bcde

5.36 ± 0.20de

洗浄

6.04 ± 0.23ab

洗浄

無洗浄

6.26 ± 0.27a

無洗浄

33. 2 ± 8. 5b

21. 0 ± 4. 8bcd

6. 2 ± 1. 1d

8. 2 ± 2. 5d

55. 5 ± 3. 1a

49. 7 ± 8. 2a

6. 8 ± 4. 1d

6. 7 ± 2. 6d

12. 7 ± 1. 1abc

12. 8 ± 0. 6ab

12. 1 ± 0. 6bcd

12. 5 ± 0. 5bcd

10. 4 ± 0. 6e

11. 3 ± 0. 4cde

11. 0 ± 0. 8ed

11. 1 ± 0. 5ed

12. 1 ± 0. 8bcd

13. 3 ± 0. 4ab

13. 2 ± 0. 9ab

7. 95 ± 1. 65ab

6. 55 ± 1. 16ab

7. 02 ± 0. 49ab

7. 09 ± 1. 11ab

6. 89 ± 1. 06ab

6. 68 ± 1. 34ab

6. 19 ± 3. 71ab

5. 43 ± 1. 93b

7. 22 ± 1. 66ab

8. 12 ± 0. 77ab

9. 12 ± 1. 67a

4. 72 ± 0. 24bCa

0. 11 ± 0. 02b
0. 16 ± 0. 03ab

0. 42 ± 0. 04d

0. 30 ± 0. 07a

0. 25 ± 0. 03ab

0. 21 ± 0. 02ab

0. 17 ± 0. 03ab

0. 21 ± 0. 13ab

0. 31 ± 0. 13a

0. 18 ± 0. 03ab

0. 28 ± 0. 10ab

0. 16 ± 0. 02ab

0. 33 ± 0. 11aK

1. 02 ± 0. 07c

0. 37 ± 0. 06d

1. 06 ± 0. 06c

0. 49 ± 0. 06d

1. 32 ± 0. 16b

0. 29 ± 0. 09d

1. 05 ± 0. 10c

0. 28 ± 0. 03d

1. 56 ± 0. 24a

0. 34 ± 0. 02d

1. 69 ± 0. 10a

Mg

交換性カチオン（cmolc kg‒1）† , ††および †††は，それぞれ 1 M 硝酸アンモニウム , 0.01 M HCl および 0.1 M HCl で抽出した .
平均±標準偏差（*n= 8, **n= 10, それ以外 n= 4）
異なるアルファベット間に 5 ％水準で有意差あり（R・E・G・W の Q）．

栽培後

栽培前

3 年目（2011）

栽培後

栽培前

18. 0 ± 8. 7cd

31. 8 ± 21. 3bc

16. 3 ± 5. 4d

5.92 ± 0.37abcd

無洗浄6.33 ± 0.24a

洗浄 **14. 1 ± 0. 5a（cmolc kg‒1）（mS m‒1）

8. 7 ± 1. 5d

CEC

EC

無洗浄 * 5.62 ± 0.09bcde

2 年目（2010）

栽培後

栽培前

1 年目（2009）

畑作年数（年） pH
試験区
（H2O）

Table 3 供試作土の化学性．
Chemical properties of the unwashed and washed soils.

0. 01 ± 0. 00cd

0. 02 ± 0. 01a

0. 01 ± 0. 00ed

0. 01 ± 0. 00cd

0. 01 ± 0. 01cd

0. 02 ± 0. 01ab

0. 01 ± 0. 00de

0. 02 ± 0. 00abc

0. 01 ± 0. 01cde

0. 02 ± 0. 00a

0. 00 ± 0. 00e

0. 01 ± 0. 00bcd

交換態†

Cd（mg kg‒1）

0. 19 ± 0. 01d
0. 44 ± 0. 01c
0. 18 ± 0. 02d

0. 11 ± 0. 03ab
0. 05 ± 0. 03cde

0. 24 ± 0. 02d
0. 49 ± 0. 01bc

0. 49 ± 0. 02bc
0. 08 ± 0. 03cde

0. 04 ± 0. 00de

0. 20 ± 0. 01d
0. 10 ± 0. 04ab

0. 05 ± 0. 02cde

0. 47 ± 0. 06c

0. 05 ± 0. 02cde

0. 05 ± 0. 03cde

0. 19 ± 0. 01d

0. 08 ± 0. 04bcd

0. 10 ± 0. 02abc

0. 22 ± 0. 01d
0. 52 ± 0. 04ab

0. 03 ± 0. 02e

0. 56 ± 0. 03a

酸可溶態†††

0. 14 ± 0. 01a

弱酸可溶態††

論文：塩化鉄（III）を用いたオンサイト化学洗浄によるカドミウム汚染土壌の修復
59

土壌の物理性 第 123 号（2013）60

3. 2 土壌物理性の変化と作物生育への影響に採取した洗浄区作土の一軸圧縮強度は，126（± 28）

2009 〜 2011 年における，無洗浄区および洗浄区で砕kPa と無洗浄区の約 2 倍の値を示し，化学洗浄による作

土後の土塊径分布を Fig. 1 に，また Table 4 には 2009

土の砕土性悪化を裏付けた．水田土壌は代かきにより作

年耕起前の土壌物理性を示す．栽培初年目（2009）の無土が泥状化し，乾燥すると大きなブロック状の角塊状構洗浄区では土塊の約 78 ％が直径 0. 5 cm 以下であったの造ができやすい．このため，転換畑は粒状構造が発達しに対し，洗浄区では，1−2 cm 以上の粗い土塊の割合がた普通畑に比べ一般的に砕土性が低く，径の大きな土塊

高く，0. 5 cm 以下の土塊は約 57 ％に留まった．耕起前の割合が多い（金田，2000）．化学洗浄処理では複数回にわたって強度の代かきを行うため，作土の構造は強く破壊されたと考えられる．このため，洗浄翌年の作土の砕土性が悪化したものと推察される．
Fig. 2，Fig. 3 および Fig. 4 には，それぞれ 2009 〜
2011 年の無洗浄区および洗浄区における出芽率，草丈
および着果数の調査結果を示す．初年目（2009 年）の無洗浄区の出芽率は 40 ％程度であった．これは，2009 年
は播種後 20 日までにほとんど降雨がなく（気象庁），作
土が乾燥していたためと考えられる．一方，2 年目（2010年）は播種後 20 日までに降雨が数回あった（気象庁）．
また，3 年目（2011 年）においては播種直後から降雨があった（気象庁）ため，3 カ年で最も出芽が早く，出芽Fig. 1 無洗浄区および洗浄区の土塊径分布（2009 〜 2011 年）．
エラーバーは標準偏差（ = 2）．
Clod size distribution of the tilled soils in the unwashed andwashed plots（2009−2011）．Error bars indicate the standard
deviations（ = 2）．

率も高くなったと考えられた．2009 年の草丈は 2010，2011 年に比べて初期生育が遅く，また，変動が大きくなった．これは，出芽の遅れとバラツキに起因するものと考えられる．

Table 4 無洗浄区，洗浄区作土の耕起前の土壌物理性（2009 年）．
Physical properties of the unwashed and washed soils before tillage（2009）
．

試験区

かさ密度

含水比
‒3

一軸圧縮強度‒1（Mg m ）

（kg kg ）

（kPa）

無洗浄 *

1. 04 ± 0. 03

0. 36 ± 0. 01

59 ± 18

洗浄 **1. 07 ± 0. 05

0. 44 ± 0. 031

26 ± 28

平均 ±標準偏差（*: n= 4，**： n=5）

Fig. 2 無洗浄区および洗浄区におけるオクラ出芽率（2009 〜
2011 年）．エラーバーは標準偏差（ = 2）．
Emergence of okra in the unwashed and washed plots（2009−2011）．Error bars indicate the standard deviations（ = 2）．

Fig. 3 無洗浄区および洗浄区におけるオクラ草丈（2009 〜
2011 年）．エラーバーは標準偏差（ = 20）．* および ** はそれぞれ同年度における同時期の無洗浄区に対して 5 ％および 1 ％水準で有意差があることを示す（t 検定， = 20）．
Plant length of okra in the unwashed and washed plots（2009−2011）．Error bars indicate the standard deviations（ =20）．* and **: signiﬁcant at the 0. 05 and 0.01 probability levels,
respectively（ test, = 20）．**

論文：塩化鉄（III）を用いたオンサイト化学洗浄によるカドミウム汚染土壌の修復

61

2009 年の洗浄区の出芽率は，無洗浄区に比べ低い傾

た．化学洗浄によるオクラの Cd 吸収抑制効果は少なく向がみられた．2009 年の洗浄区の草丈は無洗浄区より

とも，3 年目まで継続的に認められたことから，本法はも低くなった．一方，洗浄区の着果数については差がみ

オクラの Cd 吸収抑制に対し有効な技術であると考えらられなかった．2 年目以降は洗浄区の砕土性が著しく改れる．

善し，洗浄区と無洗浄区の間の土塊径分布の違いが小さ

しかしながら，洗浄区のオクラ果実中 Cd 含量は一部

くなり，2 年目ではそれぞれ砕土後の土塊の約 85 ％おを除き，Codex 基準値（0. 05 mg kg‒1）を下回ることはよび 91 ％が直径 0. 5 cm 以下となった．一般的に畑転換なかった．塩化鉄（Ⅲ）を用いた化学洗浄の複数回実施

後の年数経過と畑地化が進むことで砕土性が良くなるこや塩化鉄濃度の上昇などにより，土壌の Cd 除去を改善とが知られている（久津那，1979）が，洗浄区においてさせる必要がある．一方，畑土壌においては，施肥窒素も同様の砕土性の改善が現れたものと考えられる．また，等の硝化にともなう pH の低下および EC の上昇により調査圃場作土の土性は比較的粗粒質であるため，砕土性

水溶性 Cd 含量が増加することが知られている（Akahaneの経年的な改善が現れやすかったと考えられる．出芽率

et al. , 2010）．本試験では耕起後に炭カルで pH 矯正（目は 2 年目から改善傾向がみられ，3 年目には差がみられ

標 pH 6. 5）をしたにも関わらず，栽培後の無洗浄区・洗なかった．また，2 年目以降の草丈および着果数につい浄区の作土 pH は 6 よりも低く，また，EC も栽培前にては，洗浄区と無洗浄区の間に違いが認められなかった．

比べて高かった（Table 3）．畑作物においては，緩効性

これらは，Mg を除く主要なカチオンの経年的な改善

肥料の施用などにより，硝化による pH 低下や EC 上昇（Table 3）が少なからず影響しているものと考えられた．

を抑制し，作物体の Cd 吸収リスクを回避するような施

また，畑作物の出芽率は作土の土塊径分布の影響を受け

肥体系の構築が重要である．特に，オクラのような Cd

ることが知られており（久津那ら，1967），洗浄区におけ基準値が低い作目では，Codex 基準値をクリアするたる出芽率の低下は，砕土性の悪化に影響されたものと推めに，土壌の Cd 汚染状況に応じて，化学洗浄のような察された．畑作物の初期生育および収量を確保するには，Cd 浄化技術と施肥管理による土壌 Cd 可溶化抑制技術

安定した出芽が必須であると考えられ，出芽数を多く得を組み合わせる必要があると考えられる．

るためには，砕土率（土塊径が 2 cm 以下の割合）を如何にして高めるかが重要となる．本研究の調査圃場では洗

４. まとめ

浄後の砕土性の経年的な改善傾向が見られたが，砕土性

塩化鉄（Ⅲ）を用いたオンサイト化学洗浄による土壌改善の難易は作土の土性により異なると考えられる．よ物理性や作物生育への影響は，栽培 1 年目において顕著

り細粒質の圃場で，洗浄による砕土性の悪化がどの程度にみられたが，2 年目以降は改善傾向がみられた．土壌みられるか，砕土性は経年的に改善されるかを調査し，化学性については，洗浄区でカチオンバランスの悪化が土壌物理性改善のための方策を検討する必要がある．

みられ，土壌改良資材等の施用による改良が必要である

3. 3 オクラ果実中の Cd 含量と考えられた．一方，洗浄区の土壌およびオクラ果実中2009 〜 2011 年における無洗浄区および洗浄区のオクの Cd 含量は，初年目から 3 年目まで無洗浄区に比べて

ラ果実中 Cd 含量を Fig. 5 に示す．洗浄区で収穫された大幅に低減しており，化学洗浄の効果の持続性が認めら

オクラ果実中 Cd 含量は，無洗浄区に比べて大幅に低下
した．無洗浄区に対する洗浄区のオクラ果実中 Cd 含量を同じ収穫回において比較した結果，2009 年は 0. 25 〜
0. 48 倍，2010 年は 0. 51 倍，
2011 年は 0. 31 〜 0. 52 倍であっFig. 4 無洗浄区および洗浄区の着果数（2009 〜 2011 年）．エラーバーは標準偏差（ = 20）．ns は同年度の無洗浄区に対して有意差がないことを示す（t 検定， = 20）．
Number of okra fruit settings in the unwashed and washedplots（2009−2011）．Error bars indicate the standard deviations（ = 20）．ns: no signiﬁcant diﬀerence（ test, = 20）．

Fig. 5 無洗浄区および洗浄区のオクラ果実中カドミウム含量（2009 〜 2011 年）エラーバーは標準偏差（ = 4）．** は同年度の無洗浄区に対して 1 ％水準で有意差があることを示す（t 検定， = 12）．
Cadmium contents in okra fruits in the unwashed andwashed plots（2009−2011）．Error bars indicate the standard
deviations（ = 4）．** : signiﬁcant at the 0. 01 probability level（ test, = 12）．**

土壌の物理性 第 123 号（2013）

62

れた．以上より，塩化鉄（Ⅲ）を用いた本化学洗浄はオ
クラの Cd 吸収リスク軽減に有効な技術であることが明らかになった．

謝辞
本研究にて，オクラ栽培を計画するにあたり，群馬県
西部農業事務所の大野啓氏にご助言いただいた．また，本論文をまとめるにあたり，（独）農業環境技術研究所の谷山一郎氏，前島勇治氏，三輪哲久氏，福岡県農業総合試験場の藤冨慎一氏，ならびに JA 全農肥料農薬部の西尾隆技術主管にご指導いただいた．本研究は，農林水産省「生産流通・加工工程における体系的な危害要因の特性解明とリスク低減技術の開発（ヒ素・カドミ）AC ‒1312」にて実施した．あわせて謝意を表します．

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旨塩化鉄（Ⅲ）を用いた化学洗浄法は，Cd 汚染農地から Cd を除去し，修復するために開発された技術である．本研究では塩化鉄（Ⅲ）を用いたオンサイト（現場）洗浄を Cd 含量の高い圃場（礫質灰色低地土，0. 1 M HCl 抽出 ‒Cd 含量：0. 56 mg kg‒1，粘土含量：0. 15 kg kg‒1，陽イオン交換容量：13 cmolckg‒1）で実施し，洗浄処理が土壌理化学性とオクラの生育に与える影響を調査した．化学洗浄では強度の代かきを行うため，洗浄翌年の耕起前の土壌の一軸圧縮強度と耕うん後の土塊径分布に好ましくない
影響を与え，砕土性が低下した．オクラの出芽と生育にも負の影響が見られた．しかし，これらの影響は持続的なものではなく，栽培 2 年目と 3 年目には土塊径分布やオクラの生育は洗浄区・無洗浄区の間にほとんど違いがなかった．一方，洗浄区のオクラ果実中 Cd 含量は無洗浄区の 0. 3 〜 0. 5 倍と一貫して低く，化学洗浄による Cd 吸収抑制効果の持続性が認められた．化学洗浄は作土からのマグネシウムとカリウムの損失をもたらしたが，これらは化成肥料や土壌改良資材の施用で矯正可能と考えられる．
以上より，塩化鉄（Ⅲ）を用いた化学洗浄は，Cd 汚染土壌の修復によるオクラの Cd 吸収リスク軽減に有効な技術であることが明らかとなった．
キーワード : 土壌洗浄，カドミウム，土壌修復技術，砕土性，土塊径分布