Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
脱炭スラグに含まれるリンのうち89％が可動態のリンであるのに対して、脱リンスラグ中の可動態リンの割合は非常に小さく30％であった。このことは、リンの含量が同様であっても使用するスラグの種類によって、環境中に放出されるリンの量が大きく異なることを示す結果である。浚渫土にはスラグの40から50分の1のリンが含まれる程度であった。量は少ないものの、可動態のリンと有機物に結合したリンの割合は比較的高く、酸化還元環境や土壌の分解状況によって溶出するリンを多く含むことが分かった。また、天然砂の代替試料であるケイ砂の全リン濃度は0.12μmol g⁻¹とスラグや浚渫土と比べると非常に少ないことが分かった。物理的には天然砂、スラグと類似した粒子径をもつものの、リンの組成から見ると製鋼スラグは天然砂と大きく異なる素材であるといえる。

図(1)-11 スラグ・浚渫土に含まれるリンの形態別割合

### ii. 混合土壤内の栄養塩フロー

先のa-ii章における混合培養実験では、浚渫土およびスラグによる栄養塩類の溶出（あるいは吸着）も調査した（図(1)-10(d)(e)(f)）。浚渫土は、海水と混合し培養を始めて1日で海水中の硝酸、亜硝酸およびケイ酸濃度の著しい増加が見られた。増加傾向は緩やかになったものの、ケイ酸濃度は実験終了時まで増加を続けた。一方、硝酸と亜硝酸は1日目から7日目にかけて急激に減少している。本実験では酸素濃度、有機物量などをモニターしていないため確証に乏しいが、おそらく易分解性の有機物の分解により脱室反応が進行したものと考えられる。リン酸濃度は実験期間を通して増加傾向にあり、特に1日目から7日目の増加が顕著であった。このリン酸濃度の変化も有機物の分解プロセスを考慮することで説明可能である。脱リンスラグでは、培養開始から1日で海水中のリン酸およびケイ酸濃度の著しい増加がみられた。硝酸濃度も同様に1日後に若干の増加がみられた。一方、亜硝酸は初期の海水の濃度からわずかに減少する結果となった。1日目から7日目にかけてはどの栄養塩も増減は緩やかとなった（図(1)-10(d)）。また、脱リンスラグの結果とは逆に、脱炭スラグでは培養開始から1日で海水中のリン酸およびケイ酸濃度の著しい減少がみられた。硝酸・亜硝酸の濃度は両者とも1日目に増加した。1日目から7日目にかけては、硝酸・亜硝酸濃度はわずかに増加し、ケイ酸・リン酸濃度は減少し続けた（図(1)-10(e)）。本実験の条件下では、脱炭スラグ（もしくはスラグから溶出した成分）には、ケイ酸・リン酸を吸着（もしくは沈殿）させる働きが、脱リンスラグにはリンの供給源として浚渫土以上の働きがあることが分かった。

続いて、浚渫土とスラグを混合した土壌に海水を充填し、混合培養実験を行った際の海水中の栄
養塩濃度の挙動を調査した。浚渫土を乾燥重量で15%および50%となるようスラグに混合し、海水を充填した際のスラグ-浚渫土混合物乾燥重量当たりの栄養塩の溶出量を図(1)-12に示す。リンについてみると、脱リンスラグと浚渫土の混合物からリンが海水中に溶出しているのに対して、脱炭スラグと浚渫土の混合物と海水を混ぜた場合は、初期リン酸濃度とほぼ同じかそれより若干低い濃度となった。本実験の条件下では、浚渫土から海水への溶出するリンの量と、海水中のリンが脱炭スラグに吸着（もしくは脱炭スラグから溶出した成分と反応して沈降）除去される量がバランスしていたものと考えられる。ケイ酸については、脱炭スラグによる除去量より浚渫土からの溶出量の方が上回り、海水中のケイ酸濃度の増加がみられた。

図(1)-12 脱炭スラグおよび脱リンスラグと浚渫土の海水混合培養実験による栄養塩溶出量の経時変化

脱炭スラグ50%+浚渫土50%（☐）、脱炭スラグ85%+浚渫土15%（◇）、脱リンスラグ50%+浚渫土50%（△）、脱リンスラグ85%+浚渫土15%（○）

上述の実験は、短期的（数日）な時間スケールにおけるスラグあるいは浚渫土からの成分放出に関わるものであるが、数年～数10年スケールでの環境中での成分放出ポテンシャル（可動成分の最大値）の見積もりを試みた。（図(1)-13(a)(b)）に1 M塩酸中でのスラグおよび浚渫土試料からのリン酸とケイ酸の溶出量の経時変化を示した。ほとんどの場合、約1時間以内に急激な溶出が生じてほぼ平衡に達した。ケイ酸について、2種類のスラグでは速やかに溶出したのに対して浚渫土では溶出速度が遅く、緩やかに抽出されていることが分かる。これはスラグ中のケイ素の大部分が酸可溶性のケイ酸塩として存在しているのに対し、浚渫土中では石英や非晶質のシリカなど酸には容易に解けない成分が多く含まれていることを示唆する結果である。このように同じ元素であっても、存在形態の違いにより環境中での举動は大きく異なることに注意すべきであることがわかった。
図(1)-13 1M塩酸中でのスラグおよび浚渫土からのリン酸(a)、ケイ酸(b)、カルシウム(c)および亜鉛(d)の溶出量の経時変化

脱リンスラグ（◆）、脱リンスラグ（■）、浚渫土（▲）

### c. 有機物質の挙動

浚渫土中の有機物分解は、藻場や干潟の造成土壌として浚渫土を用いた場合の酸素消費速度や栄養塩の再生速度に密接に関係するため、定量的に把握することが必要である。そこで、バッチ法による好気的環境下での浚渫土の培養実験を実施した。実験は50日間にわたり実施した。培養期間中の酸化還元電位、pH、溶存有機炭素濃度および溶存栄養塩濃度の経時変化を図(1)-14に示した。酸化還元電位は分解培養開始から4日目まで急激に上昇し、その後ほぼ一定の値となった。実験期間中を通じて実験室大気を曝気していたことから、試料は十分な好気的環境にあったものと判断される。実験開始から数日間に観察されたpHの急激な低下は、有機物の活発な分解による無機炭酸の生成によるものであろう。溶存有機物濃度は初期に大きな増加を示し、固相から海水へと一部の有機物が速やかに溶解したと考えられる。その後の濃度変化が少ないことから、溶存有機物が好気的生物分解に対して安定であると言えるが、粒子からの溶解と生物分解が拮抗し、見かけ上の安定であるという可能性も考慮する必要がある。栄養塩濃度（リン酸、硝酸、亜硝酸、ケイ酸）の変化はそれぞれ複雑な変化を示しており、硝酸、リン酸、ケイ酸は長期にわたって徐々に海水中へ放出される傾向がみられた。
図(1)-14 好気的分解培養実験における浚渫土海水混合液中の酸化還元電位（a）、pH（b）、溶存有機炭素濃度（c）および栄養塩類濃度（d、e、f、g）の経時変化

## 2 ) スラグ・浚渫土の特性把握のための中規模疑似現場実験（疑似堆積物（コア）試験）

### a. 土壌環境の中・長期的モニタリング

コアを設置した大型水槽内にはアメフラシやウミウシなどの生物が見られた。コアの混合土壌の種類（ケイ砂、脱リンスラグ）にかかわらずコアの周りには端脚類や藻類の付着が見られた。これらの生物は大型水槽に導入している阿賀の海水から幼生や胞子が水槽内に供給され成長したものと考えられる。

コアの混合土壌の酸化還元電位Eh（mV）は、ケイ砂－浚渫土混合土壌の方が脱リンスラグ－浚渫土混合土壌よりも高く（20～458 mV）酸化的な環境であった。ケイ砂のコアでは堆積物表面の酸化還元電位が最も高い値をとる傾向が見られたが、脱リンスラグのコアではそのような傾向はなく、表面でマイナスの値をとり深くなるにつれてプラスに転じるコアもあり、値のばらつきが大きかった。

冬実験開始後379日目のコアの含水率を図(1)-15に示す。脱リンスラグ・ケイ砂ともに浚渫土含有率が高い程含水率が高い傾向があり、379日経過後もその傾向はかわらなかった。しかし、コア作製当初は深度方向に一様であった含水率が、379日間水槽に静置することにより、表面から5cmまでは海水を含んで含水率がはじめより高く、それ以深は圧縮によって初期値より低くなった。堆積物の圧縮はケイ砂25%＋浚渫土75%（図(1)-15右）で最も顕著ではじめ44%であった含水率が31～34%まで低下した。一方、同じ浚渫土混合比の脱リンスラグでは圧縮はほとんど起きておらず、脱リンスラグの使用は天然砂と比べて経時的な堆積物の圧縮を軽減し、土壌作成時からの経時的な土壌面の形状変化を少なくする効果が予想される。
図(1)-15 冬季コア実験開始後379日目の含水率

浚渫土の乾燥混合比は◆（青）：8%、■（赤）：15%、▲（緑）：30%、×（紫）：75%。左が脱リンスラグ、右がケイ砂を用いた混合土壤。実線は浚渫土と混合直後の含水率

### b. 水・間隙水環境の中・長期的モニタリング

大型水槽内の海水のpHは夏季～冬季実験を通して8.0～8.3であった。夏季実験、冬季実験ともに同様の傾向が見られたので、ここでは代表して冬季実験開始後63日目におけるコア間隙水のpH深度分布を図(1)-16に示す。ケイ砂のコアでは間隙水のpHはコアの深度方向および経時的に目立った変化はみられず水槽海水よりやや低いpH7.6～7.9の値をとった（図(1)-16右）。一方脱リンスラグのコアでは、スラグの割合が高い程、深度が深い程pHが上昇する傾向がみられた（図(1)-16左）。

図(1)-16 冬季実験開始63日後のコア間隙水pHの鉛直分布

浚渫土の乾燥混合比は◆（青）：8%、■（赤）：15%、▲（緑）：30%、×（紫）：75%。左が脱リンスラグ、右がケイ砂を用いた混合土壌
混合土壌間隙水のpHおよび全炭酸（DIC）の経時変化を図(1)-17、18に示す。ケイ砂のコアは実験初期、どの深さにおいても全炭酸が非常に高濃度であった。実験直前の浚渫土中の間隙水には全炭酸、アルカリ度が高濃度で含まれていた。その比率がおよそ1:1であったことから、これらは浚渫土中の嫌気的な硫酸還元反応（全炭酸の増加と硫酸（アルカリ度）の減少が1:1）の結果によるものと考えられる。実験初期には、この浚渫土から持ち込まれた間隙水によって全炭酸が増加したものと考えられる。その後表層0～1 cmでは急激に全炭酸濃度が低下し、直上水への拡散のため水槽内の海水のレベルに近づいていった。5～7.5 cm層、10～12.5 cm層についても約1年の実験期間の中で徐々に濃度の低下が見られ、拡散による直上水との交換効果が10 cm以深にも達していることがわかった。このように炭酸・アルカリ度では大きな変化が起こっていたが、pHについては経時的および深度方向に顕著な変化は見られなかった。これは、初期の間隙水の過剰分全炭酸とアルカリ度の比がほぼ1:1であったため、pHに及ぼす効果が相殺（通常pHは全炭酸の増加により減少し、アルカリ度の増加に伴い増加する）、pHが7～8の間に保たれたためである。

図(1)-17 冬季実験コア間隙水のpH

図(1)-18 冬季実験コア間隙水の全炭酸（DIC）
一方、脱リンスラグのコアについては、浚渫土割合が8、15、30%のものについては、5 cm以深では実験開始直後にpHの上昇と全炭酸の低下がみられた。また、アルカリ度も同様に低下していることが確認された。これは、次のような現象によるものと考えられる。まず、スラグに含まれる酸化カルシウムと水が反応し間隙水中のカルシウム濃度とpHが急上昇する。この時、全炭酸は変化せず、アルカリ度が急激に上昇する。その後、pHの上昇によって、水酸化マグネシウムと炭酸カルシウムが析出する。これにより、全炭酸とアルカリ度が共に減少し、pHも低下に転じる。pH10程度で平衡に達し、安定するものと思われる。多元素分析の結果では浚渫土割合8%のコアで表層を除けば間隙水中のマグネシウムがほぼ枯渇しており、上記の反応により間隙水中のカルシウムとマグネシウムが置き換わったことが示唆されている。結果として、スラグ混合比が70%以上の場合、5 cm以深では通常の海水に比べ全炭酸・アルカリ度が低くpHが10前後と高い状態に遷移し、この状態が継続することとなった。0～1 cm層については、直上海水との混合が活発なため、pHの上昇が抑えられ、8.5前後で推移している。一方で、浚渫土割合が75%のコアについては、上記コアの中深層と異なり、コア全体としてpHの上昇が抑えられ、10～12.5 cm層でもpH8.5前後で推移している。多元素分析の結果からも、間隙水中のマグネシウムの減少はあるが、枯渇には至らないことが示されている。この理由としては、酸性度の高い浚渫土の割合が大きいことでpHの上昇が抑えられていることに加え、固化の進行も抑えられているため、直上水との交換がより活発となる効果もあると考えられる。全炭酸濃度は5～7.5 cm層では1年かけて直上海水のレベルに回復しており、10～12.5 cm層でも回復傾向が認められる。

以上により、脱リンスラグ比70％以上の場合は5 cm層以深で高pHの状態が継続することが示されたが、そのような状況でも、マイクロコズム水槽実験では一定のアマモの生育が確認されている。表層5 cm層では直上海水との混合が活発であることが観察されており、pH上昇の影響は抑えられていると考えられる。ただし、脱リンスラグ25％の場合はアマモの成長がより良好であり、1年程度の短期的な評価期間の中では、pH環境としてもより適した環境であったと思われる。

夏季に開始した疑似堆積物試験では、開始日、1、3、10、28、50および80日目に試料を採取した。混合土壌間隙水中のアンモニア、硝酸、亜硝酸、ケイ酸、リン酸濃度について、特徴的な傾向のみられたアンモニア（図(1)-19）、リン酸(図(1)-20)の結果を示す。夏季コア実験開始時、浚渫土と混合した直後の間隙水は、脱リンスラグ・ケイ砂ともに浚渫土割合の最も少ないコア（浚渫土8%）で最も低い値となった（図(1)-19(a)(b)実線）。1日後、ケイ砂、脱リンスラグともコア表層は直上海水との交換による濃度の低下がみられたが、2 cm以深の間隙水のアンモニア濃度はコアの底までほぼ一様であった。1日後に混合直後よりも濃度が幾分か上昇する傾向が脱リンスラグのコアでみられた（図(1)-19(a)）。さらに時間が経過すると、表面だけでなく2cm以深についてもコア上部からアンモニア濃度の低下がみられたが、10cm以深では浚渫土の割合の高いものは80日経過後も高濃度を保った（図(1)-19(c)(d)）。特に脱リンスラグの浚渫土混合比の高いコアでは、深いところで時間の経過とともにアンモニア濃度が増す傾向がみられ、コア内部でアンモニアの生成が起きていることが示唆された。夏季コア実験開始直後、1日、80日後のリン酸濃度（図(1)-20）を見ると、間隙水中のリン酸濃度は浚渫土混合直後から80日経過後までを通してケイ砂の方が脱リンスラグより1桁程度高い値となった。ケイ砂はほとんどリンを含んでいないことから、浚渫土由来のリン酸がスラグの添加により間隙水から除去されたものと考えられる。ケイ
砂コアの間隙水のリン酸濃度はアンモニアと同様に時間の経過とともにコア上部から低下していく傾向がみられた。一方脱リンスラグでは時間の経過とともにコア上部でリン酸濃度の上昇がみられた（図（1）-20（c））。実験開始初期、脱リンスラグの割合の高いコアは表面から底まで一様にリン酸は低濃度であった。スラグの添加によってpHの上昇が起きたため、リン酸は高pH下でカルシウムや水酸化マグネシウムなどと結びつき不溶化していたものと考えられる。時間が経過し拡散によってコア上部からpHが低下していくにつれて、そこに徐々にリン酸が溶け出していったものと推察される。脱リンスラグは栄養塩であるリン酸を長期にわたって少しずつ土壌間隙水へと供給する肥料の役割をもつ薬場・干潟造成材として期待できる。

冬季に開始した疑似堆積物試験では、開始日、2、10、30、63、121、212日目および379日目に試料を採取した。図(1)-21に実験期間中にデータロガーで連続計測された水槽の水温変化（a）と、コア試料採取時に測定した水槽海水中の栄養塩濃度の変化（b、c）を示した。水温は1月後半から3月中旬にかけておよそ11℃と最も低く、8月中旬に約30℃と最高値を示した。海水中の栄養塩濃度は、おおむね春から初夏にかけて低くなる傾向を示した。

図(1)-19 夏季コア間隙水中のアンモニア濃度の鉛直分布

(a)、(b) 実験開始1日後；(c)、(d) 実験開始80日後；浚渫土の乾燥混合比は◆(青)：8%、■(赤)：15%、▲(緑)：25%、×(紫)：48%；上段が脱リンスラグ、下段がケイ砂を用いた混合土壤。実線は浚渫土と混合直後の間隙水濃度
図(1)-20 夏季コア間隙水中のリン酸濃度の鉛直分布 (a)、(b) 実験開始1日後；(c)、(d) 実験開始80日後；浚渫土の乾燥混合比は◆(青)：8%、■(赤)：15%、▲(緑)：25%、×(紫)：48%；上段が脱リンスラグ、下段がケイ砂を用いた混合土壤。実線は浚渫土と混合直後に採取した間隙水濃度

図(1)-21 コア試料沈置実験における水槽海水の水温(a)および栄養塩濃度（b、c）の経時変化

実験終了時（379日目）のコア試料間隙水中のpHおよび栄養塩類の鉛直分布を図(1)-22に示した。海水のpHは8程度であるが、スラグの混合によりpHが上昇し、スラグ含量の最も高い試料ではpHが11近くまで上昇した。コア上層部では海水との交換が徐々に進み、表面に近づくほどpHが低下しているが、深いところでは混合時の高pHが維持されていることが分かる。一方ケイ砂の混合土壤では、浚渫土に由来する酸性物質（主に炭酸）によるpHの低下がみられた。しかし、実験期間中を通じて大きな変化が無いことから、有機物の分解などpHの変動要因となる反応が大きく進行しなかったことが示唆される。ケイ砂混合土壤において硝酸及び亜硝酸態窒素（ $ NO_{2}+NO_{3}-N $ ）の高い値が見られるものの、いずれの試料でも硝酸及び亜硝酸態窒素に比べてアンモニア態窒素（ $ NH_{4}-N $ ）の濃度が二桁高く、全窒素としては深さとともに増加する傾向がみられた。主にアンモニア態窒素からなる全窒素濃度はスラグ混合土壤の方がケイ砂混合土壤より高濃度であった。これは、メタゲノム解析において、スラグ混合土壤中でアンモニア産生に関わる細菌群集の増加が示唆され
たこととよく一致する結果である。リン酸態リン（PO_{4}-P）ではスラグ混合土壌とケイ砂混合土壌で分布や濃度に顕著な違いが見られた。スラグの混合率が25%より高い混合土壌では、ケイ砂の混合土壌に対してリン酸態リン濃度が一桁低くなっている。製鋼スラグには高濃度のリンが含まれると報告されているが、それらのリンが放出されるよりも、むしろ現場間隙水中のリン酸を吸着していると推測される。ケイ酸態ケイ素（SiO_{2}-Si）の濃度は、pHに対する顕著な依存性が認められ、pHの高いスラグ混合土壌の5 cm以深で急激に濃度の増加が見られた。pHの上昇に対してケイ酸態ケイ素の濃度上昇が急激であることから、pH10付近にケイ酸の溶解に関わる閾値が存在するものと推定される。

海水と堆積物表層間隙水の各栄養塩の濃度差、水温および含水率、比重等から求めた分子拡散係数を用いて、堆積物表層から海水への栄養塩の拡散フラックスを計算した。表(1)-5に実験期間379日間のフラックスの積算値をまとめた。いずれの混合土壌においても浚渫土の割合が高くなると海水への栄養塩の拡散フラックスが大きくなることが分かった。このことから、栄養塩の放出のソースとしては、スラグ（またはケイ砂）よりも浚渫土の寄与が大きいと判断される。上述した間隙水中の濃度と同様に、リン酸の拡散フラックスはスラグの混合により一桁小さくなった。この結果は、スラグに大量に含まれるリンの放出は極めてゆっくりとした反応であり、沿岸生態系の底質に脱リンスラグを用いても急激な栄養塩の放出による富栄養化の懸念は小さく、脱リンスラグが徐放的なリンの施肥効果を有することを示している。スラグをアマモ場に利用する際には、根の呼吸等による間隙水の酸性化がスラグ中の高濃度のリンの放出を促すと推測され、周辺の環境に悪影響を及ぼすことなく、根圏にピンポイントで効果的な施肥作用が期待される。

図(1)-22 水槽沈置実験379日目におけるコア試料中の間隙水のpHおよび栄養塩類濃度の鉛直分布（浚渫土の乾燥混合比は●：8%、○：15%、■：30%、△：75%）。上段が製鋼スラグ、下段がケイ砂を用いた混合土壌
表(1)-5 スラグおよびケイ砂混合土壌のコア試料からの栄養塩類の拡散フラックス積算値。

スラグ混合土壤	ケイ砂混合土壤
浚渫土混合割合	8%	15%	30%	75%	8%	15%	30%	75%
窒素	拡散フラックス積算値 [mmol m⁻²]	1050	1292	1678	3031	560	1009	1446	2889
リン	拡散フラックス積算値 [mmol m⁻²]	0.73	1.27	7.78	62.9	8.95	21.2	40.3	154
ケイ素	拡散フラックス積算値 [mmol m⁻²]	237	283	498	1234	210	260	418	1644

スラグー浚渫土混合土壌から金属成分が土壌間隙水へ溶出する挙動を解明するために、柱状化した土壌試料を設置した海水流入水槽において溶出試験を行った。浚渫土8%および48%(w/w、dry)の比率で混合した脱リンスラグー浚渫土の混合土壌コアを設置した海水連続流入水槽の夏季試験環境下における間隙水中の金属成分の経時変化(0～80日)および土壌深度依存性(0～18cm)を測定した。金属成分は21元素(Li、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ga、As、Rb、Sr、Cd、Cs、Ba、Hg、Pb、U)を測定した。以下、スラグからの溶出や吸着が顕著であった元素の測定例として、浚渫土8%混合土壌環境の主要元素のカルシウムおよびマグネシウム、および微量元素の鉄の測定結果を図(1)-23に示す。

カルシウムについては、初期(day=0)条件では脱リンスラグからの多量の溶出が観測された。間隙水濃度の経時変化は、スラグ比率が高い浚渫土8%土壌では0～2cmの土壌深度では減少した一方、スラグ比率が低い浚渫土48%の混合土壌では、1cm以深で濃度は増加した。また、両土壌の間隙水濃度は1ヶ月経過後にほぼ一定となり、高深度の方が高濃度であった。濃度が一定になった後、1～5cmの間隙水濃度はスラグ高比率土壌の方が高値であった一方、深度0～1cmおよび7.5cm以深はほぼ同等であった。また、深度0～1cmは海水濃度に近い低濃度であったことから、海水と間隙水が交換されていることが示唆された。

図(1)-23 脱リンスラグ－浚渫土混合土壌コア夏季実験におけるカルシウム、マグネシウム、および鉄の間隙水濃度の経時変化 （浚渫土8%混合土壌）
マグネシウムについては、間隙水濃度は水槽に流入させた海水濃度よりも低値であったことから、スラグ由来の間隙水のpH上昇に伴う沈殿、および脱リンスラグや浚渫土への吸着の可能性が示唆された。間隙水濃度の経時変化は、スラグ高比率土壌では0～2 cmの土壌深度では増加した一方、スラグ低比率土壌では1 cm以深で減少した。また、1ヶ月経過後の間隙水濃度はほぼ一定となり、高深度の方が低濃度の傾向であった。さらに、0～5 cmの深度ではスラグ高比率土壌の方がスラグ低比率土壌より低濃度であった一方で、深度7.5 cm以深はほぼ同等であった。鉄については、初期(day=0)条件では脱リンスラグからの溶出が観測された。間隙水濃度の経時変化は、短期間の10日後にほぼ一定となり、また、高深度の方が高濃度の傾向であった。以上の結果より、夏季のコア実験系における脱リンスラグの添加は、特に土壌深度1 cm以深の間隙水中で、カルシウムおよび鉄濃度を増加させる一方、マグネシウム濃度を減少させる効果があり、また、これらの効果は少なくとも2ヶ月以上は維持されることが明らかとなった。

冬季コア試験では、浚渫土8%および75%(w/w、dry)の比率で混合した脱リンスラグ－浚渫土の混合土壌のコア試験系の間隙水中の21元素（Li、Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ga、As、Rb、Sr、Cd、Cs、Ba、Hg、Pb、U）の経時変化(0～212日)を測定した。冬季試験は、夏季試験と比較して、浚渫土混合比を大きく変化させた条件で、より長期間の経時変化を観測した。また、夏季試験で注目したスラグからの溶出や間隙水からの消失が顕著であった主要元素のカルシウムおよびマグネシウムと、微量元素の鉄に再び注目した。各元素濃度の経時変化および深度依存性の測定結果を図(1)-24に示す。

カルシウムの混合土壌からの溶出が観測された。間隙水濃度は脱リンスラグ比率が高い浚渫土8%混合土壌の方がスラグ比率の低い75%混合土壌よりも高いことから、脱リンスラグから間隙水への溶出が示唆された。別途測定した間隙水pHは約8.0～10.5まで上昇したが、この溶出がpHの上昇要因の一つとなっていると考えられる。間隙水濃度の経時変化は、浚渫土8%混合土壌では3cm以深で高濃度を維持した一方、3cm以浅では減少し、海水と間隙水との交換がある程度進んでいることが示唆された。浚渫土75%の混合土壌では3cm以浅は土壌からの低溶出と上記の海水交換により間隙水濃度は海水濃度とほぼ同程度の低濃度で維持された。一方、3cm以深では間隙水濃度が増加し、海水交換よりも土壌からの溶出が支配的と考えられた。両混合土壌の間隙水濃度は約4ヶ月経過後にほぼ一定となった。一定後の間隙水濃度の深度依存性は、浚渫土8%混合土壌では深度4cmまで増加し、その後ほぼ一定となった。これは4cm以深の間隙水のpHが約9.5～10.5となり、カルシウムが水酸化物として沈殿するためと考えられる。一方、浚渫土75%混合土壌では8cmまで増加し、それより以深はほぼ一定となった。間隙水のpHは約7.7～8.7と低く、また、間隙水濃度も8%混合土壌よりも低いことから、上記のpH上昇による沈殿の影響はなく、土壌の低いスラグ含有率がカルシウムの供給量を制限したためと考えられた。マグネシウムはカルシウムと反対の傾向を示した。マグネシウムの間隙水濃度は混合土壌の投入により減少し、浚渫土8%混合土壌では75%混合土壌よりも減少した。これはスラグ由来の間隙水のpH上昇による水酸化マグネシウムの沈殿が要因と考えられた。間隙水濃度の経時変化は、浚渫土8%混合土壌は3cm以深で低濃度を維持した一方、3cm以浅で濃度増加し、海水と間隙水との交換が示唆された。一方、浚渫土75%混合土壌では全深度で濃度減少した。両混合土壌の間隙水濃度は約4ヶ月経過後にほぼ一定となった。一定後の間隙水濃度の深度依存性は、浚渫土8%混合土壌では高深度であるほどより低濃度となった。間隙水pHは深度に従いより高値であることから、マグネシウムの沈殿が促進されたと考えられる。
図(1)-24 脱リンスラグ－浚渫土混合土壌コア冬季実験におけるカルシウム、マグネシウム、および鉄の間隙水濃度の経時変化と深度依存性

一方、浚渫土75%混合土壤ではマグネシウム濃度は11cmまで減少し、それより以深はほぼ一定となった。間隙水のpHの上昇は約8.7までと限定的であるため、沈殿生成量も少ないと考えられた。鉄はカルシウムと同様に混合土壤から溶出した。間隙水濃度は浚渫土8%混合土壤の方が75%混合土壤よりも総じて高いことから、脱リンスラグからの溶出が示唆された。鉄は微量であり、かつ水槽などの試験環境由来の汚染が生じやすいため、いくつかの異常な高濃度値（例：75%混合土壤、深度1-2 cm、day=2）が観測されたが、総じて以下の様な傾向であった。浚渫土8%混合土壤の間隙
水濃度の経時変化は、2 cm以浅では減少した一方、深度2 cm以深では増加した。前者は間隙水との海水の交換によるものと思われる。また、各々の濃度変化は約2ヶ月後にはほぼ一定となり、その深度依存性は深度2cmまでは増加し、それより以深はほぼ一定となった。これは深度増加によるpH上昇がスラグからの鉄の溶出を促進したと考えられた。一方、浚渫土75%の混合土壌では試験環境由来の汚染と思われる一部の異常高値を除いて、総じて海水濃度とほぼ同程度であり、鉄の間隙水濃度の増減はなかった。

以上の結果、コア冬季試験における脱リンスラグの添加は、カルシウムおよび鉄濃度を増加させる一方、マグネシウム濃度を減少させる効果があり、これらの効果は少なくとも6～7ヶ月以上は維持されることが明らかとなった。また、これらの増減傾向は夏季試験と類似したものであった。

## 3 ) スラグ・浚渫土の特性把握のための大規模疑似現場実験

### a. 製鋼スラグと浚渫土の混合土壌を用いた干潟マイクロコズム条件下で金属成分の動態

浚渫土混合比8%の脱リンスラグ－浚渫土混合土壌を敷設した干潟マイクロコズム環境において、土壌間隙水中の金属成分の経時変化および深度依存性を調べた。カルシウム、マグネシウム、鉄およびナトリウムの結果を図(1)-25に示す。

図(1)-25 脱リンスラグ－浚渫土および珪砂－浚渫土混合土壌を用いた干潟シュミレータ環境におけるナトリウム、マグネシウム、カルシウム、および鉄の間隙水濃度の経時変化と深度依存性

混合土壌の混合調製時にコア実験では海水を用いたのに対して、本実験では水道水を用いた。このため土壌間隙水の元素の初期濃度が海水とは異なっているが、その差を利用して各深度の流入海水の置換時間を知ることが出来ると考えた。具体的にはナトリウム濃度は海水にて高いが、
スラグおよび浚渫土からの溶出量が少ないため、濃度変化から流入海水の置換の程度を判断することが出来ると予想された。深度0～5 cmの間隙水において、day0のナトリウム濃度は海水濃度よりも低濃度であるが、day71では海水濃度とほぼ同等まで増加していることから、本実験環境では深度0～5 cmでは流入海水との完全置換に約2ヶ月を要すると考えられた。一方で、5 cm以深では111日経過しても置換が不十分であることが示唆された。以後の金属成分の解析は、この海水に置換された深度0～5cmのday71以降のデータを用いて行った。各元素の深度依存性を調べると、深度0～5cmの範囲ではカルシウムおよびマグネシウムはコア実験系と同様な増減傾向が観測された。すなわち、カルシウムは深度に対して増加傾向であった一方、マグネシウムは深度に対して減少傾向であった。鉄はコア実験系とは異なり、海水濃度とほぼ同等で溶出が観測されず、また、明確な深度依存性も観測されなかった。これは土壌の初期条件がコア実験系と異なることが影響している可能性もあると考えている。一方、対照区として用いた珪砂－浚渫土混合土壌では、カルシウム、マグネシウム、ナトリウムは溶出および吸着は観測されなかった。しかし、鉄濃度はday71以降、深度5 cmでは脱リンスラグ混合土壌環境よりも10倍以上高く、珪砂からの多量の溶出が示唆された。珪砂混合土壌を製鋼スラグ混合土壌試験のネガティブコントロール、すなわち金属成分が溶出しない固相として利用する観点からは、カルシウム、マグネシウム、およびナトリウムについては適当であるが、鉄など一部の微量元素は多く溶出するものもあり、生物生育への影響評価などでは注意を要すると考える。

### b. アマモ大型水槽実験における細菌叢の16S rRNAメタゲノム解析

メタゲノム解析を行ったアマモ大型水槽実験における間隙水のpHは、「脱リンスラグのみ」、「脱リンスラグ－浚渫土混合土壤」、「ケイ砂のみ」、「ケイ砂－浚渫土混合土壤」がそれぞれ、9.64、6.22、7.60、8.17であった。「脱リンスラグのみ」および「脱リンスラグ－浚渫土混合土壤」のpHは、「ケイ砂のみ」および「ケイ砂－浚渫土混合土壤」のpHよりもややアルカリ側を示した。脱リンスラグのみと「脱リンスラグ－浚渫土混合土壤」を比較すると、浚渫土が存在すると、土壤中の間隙水を△pH 0.4程度下げる効果があることが示唆された。間隙水中の栄養塩濃度を表(1)-6にまとめた。硝酸塩は、「脱リンスラグ－浚渫土混合土壤」において他の試料よりも1桁低かった。亜硝酸は、「脱リンスラグのみ」で検出限界以下、その他の試料でも濃度は低かった。アンモニアは、「脱リンスラグ－浚渫土混合土壤」で、他の試料よりも1桁以上高い値を示した。次いで「脱リンスラグのみ」で高く、「ケイ砂のみ」および「ケイ砂－浚渫土混合土壤」では約0.7 μM-Nであった。リン酸の濃度は、「ケイ砂－浚渫土混合土壤」＞「脱リンスラグ－浚渫土混合土壤」＞「脱リンスラグのみ」の順番であり、「ケイ砂のみ」では検出限界以下であった。ケイ酸は、「ケイ砂のみ」の試料で最も低く、他の試料ではほぼ同じくらい（約70 μM-Si）であった。

次世代シーケンサーを用いた細菌叢の16S rRNAメタゲノム解析により、試料中の細菌を門、綱、目、科、属、種の階層（レベル）まで分類した。図(1)-26に、門のレベルで分類した結果（Proteobacteria門のみ綱のレベルで分類）を示す。DNA解析の結果、土壌・アマモ根圏のいずれにおいても、同定された細菌の門に大きな差は見られず、スラグ添加によって多様性は大きく損なわれないことがわかった。各土壌条件によって優占する種類は、DNAの結果とRNAの結果で異なり、物質フローに関わる細菌叢を明らかにするためには、RNAに基づく解析が必要であることが示
された。

表(1)-6 間隙水中の栄養塩濃度。A：脱リンスラグのみ、B：脱リンスラグ－浚渫土混合土壌、C：ケイ砂のみ、D：ケイ砂－浚渫土混合土壌。

試料	硝酸 ( $ \mu $ M-N)	亜硝酸 ( $ \mu $ M-N)	アンモニア ( $ \mu $ M-N)	リン酸 ( $ \mu $ M-P)	ケイ酸 ( $ \mu $ M-Si)
MN	SD	MN	SD	MN	SD	MN	SD	MN	SD
A	0.19	0.01	0.00	0.00	3.91	0.06	0.08	0.01	70.03	0.07
B	0.02	0.02	0.01	0.02	45.07	0.21	0.71	0.00	71.99	0.03
C	0.13	0.01	0.02	0.01	0.65	0.03	0.00	0.00	20.34	0.07
D	0.18	0.02	0.03	0.01	0.74	0.05	2.84	0.00	67.29	0.07

図(1)-26 16S rRNA遺伝子の細菌メタゲノム解析の門レベル (Proteobacteria門のみ綱レベル)での分類結果。DNA Soil：土壤DNA由来細菌、DNA Root：アマモ根DNA由来細菌、RNA Soil：土壤

(インデックスの左上から右下に向けて、図では下から上に配置)
RNA由来細菌、RNA Root：アマモ根由来細菌。A：脱リンスラグのみ、B：脱リンスラグ－浚渫土混合土壤、C：ケイ砂のみ、D：ケイ砂－浚渫土混合土壤

土壤中の細菌RNAにおいて、「脱リンスラグ－浚渫土混合土壤」で割合が高くなった種類を図(1)-27に示す。Firmicutes門、Clostridia綱、Clostridiales目は、タンパク質などの有機物の嫌気分解を行う一次発酵性細菌であり、Proteobacteria門、Alphaproteobacteria綱、Kiloniellales目、Kiloniellaceae科は硝酸還元活性を持ち、両方とも代謝産物としてアンモニアを産生する。脱リンスラグ－浚渫土混合土壤系では、実際にアンモニア濃度が高かったことから、細菌の代謝活性が物質フロ－に関与していた可能性が示唆された。次に、「ケイ砂－浚渫土混合土壤」で割合の高かった種類を図(1)-28に示す。Proteobacteria門、Deltaproteobacteria綱、Desulfobacterales目は硫酸還元菌であり、Proteobacteria門、Gammaproteobacteria綱、Chromatiale目はイオウ酸化菌である。このことから、スラグ添加区では、硫酸還元やイオウ酸化が弱まっている可能性が考えられた。

以上をまとめ、従来考えられてきたコンセプトを図(1)-29左側に、本研究の結果に基づいて考案した物質フローを図(1)-29右側に示す。従来のコンセプトは、スラグに大量に含まれる鉄が溶解し、植物の栄養源として作用するというものであり、フルボ酸などがキレートとして働き、鉄の溶解や生物への取り込みを促進するという仮説も提唱されていた。メタゲノム解析の結果から考案した物質フローでは、スラグの添加により有機物の分解と硝酸還元が促進され、アマモの栄養塩であるアンモニアの供給が増加すること、鉄の代謝に関わる細菌には顕著な変化は見られないが、発酵細菌が増加（発酵的作用の促進）により、鉄のキレート化に関わるフルボ酸などの生成が起こること、脱リンスラグ－浚渫土混合土壌では、ケイ砂のみの試料に比べると1桁高いリン酸の供給がなされていたことから、脱リンスラグと浚渫土の存在下にでは鉄、窒素、リンの調和的な供給がなされていることが示唆された。そして、有機物の酸化還元の観点からみると、スラグ添加の系では、硫酸還元系から、細菌にとってよりエネルギー効率の良い硝酸還元系へ生態系の遷移が起こっていたことが推測された。さらなる波及効果として、青潮など他の環境問題への応用の可能性もみえてきた。

図(1)-27 土壤中の細菌RNAにおいて脱リンスラグ－浚渫土混合土壤で割合が高くなった種類Clostridiales:Firmicutes門、Clostridia綱、Clostridiales目。Kiloniellaceae:Proteobacteria門、Alphaproteobacteria綱、Kiloniellales目、Kiloniellaceae科。○：アンモニア（μM-N）。
A：脱リンスラグのみ、B：脱リンスラグ－浚渫土混合土壌、C：ケイ砂のみ、D：ケイ砂－浚渫土混合土壌。

図(1)-28 土壤中の細菌RNAにおいてケイ砂－浚渫土混合土壤で割合の高かった種類

Desulfobacterales : Proteobacteria門、Deltaproteobacteria綱、Desulfobacterales目。Chromatiale : Proteobacteria門、Gammaproteobacteria綱、Chromatiale目。A : 脱リンスラグのみ、B : 脱リンスラグ－浚渙土混合土壤、C : ケイ砂のみ、D : ケイ砂－浚渙土混合土壤。

図(1)-29 細菌叢の16S rRNAメタゲノム解析の結果に基づいて考案した物質フロー

## 4 ) カルシウムの溶出

### a. 溶出ポテンシャル

Ca溶出が大きい脱炭スラグを用いて、固液比をJ-CAS法の10倍および溶出時間を5分から120分まで延長した効果を下図に示す。J-CAS法の条件では溶出可能なカルシウム量は約12％となったが、時間延長により26％まで増加することがわかった（図(1)-30）。また、溶媒量を増加させることで最大溶出に達する時間が短縮された。別に回分試験によるスラグからのCa溶出がなくなるまで海水を交換した実験によって使用した脱炭スラグの最大Ca溶出量を28％と定量しており、今回改善したf-Ca定量法でほぼ最大カルシウム溶出量を定量できることを確認した。またここでは、本法でも表(1)-1で用いた参考鉱物からはほとんど溶出しないことも確認できた。
本試験ではpHが急激に増加しており、カルシウムの溶出速度低下を引き起こしている可能性がある。そこでpH上昇を9以下に維持できるTris-HCl量を評価したところ100 mM以上であることがわかった。Tris-HCl 100 mMを添加し、固液比1/100でカルシウムの溶出挙動を評価したところ図(1)-30に示すように、6時間で定量できる事が分かった。この時、遊離酸化カルシウム以外のカルシウム鉱物資源はほとんど抽出されないことを確認した。以上のように新規溶出可能カルシウム定量法を開発したことによって、従来法で定量された量の実際には2.5倍程度のカルシウムが溶出することを明らかにできた。

(a): 脱炭スラグ

(b) 脱リンスラグ

図(1)-30 スラグからのカルシウム溶出量およびpHの時間変化

### b. カラム試験

カルシウム溶出の加速試験を行うため最大で一日2回の潮汐の単純計算で約30年の通水カラム試験を行った。脱リンスラグのみの系（浚渫土0%）では海水供給直後にカルシウムが溶出してpH約9.0まで上昇したが(図(1)-31(a))、海水交換回数が約5000回に達するとカルシウムの溶出は無くなり(図(1)-31(b))、pHは海水と同程度となった。せん断応力は海水の交換と共に上昇し続け、約2万回の海水交換で広島県の天然干潟（後述）のせん断応力上限値(3.3 kN m^{-2})を超えた(図(1)-32)。加えて浚渫土の添加でせん断応力の上昇速度を低減できることがわかった(図(1)-33)。塊粒化した脱リンスラグは赤茶色化しており、粒子間には酸化鉄を主成分とする閉塞物質が確認（樹脂固定、切断、研磨後のEPMA観察、元素マッピング）され、この酸化鉄によって複数のスラグ粒子同士が結合しているようであった(図(1)-34)。つまり海水中のD0とスラグ粒子中の鉄が反応してできる酸化鉄が、脱リンスラグ固化の一因であると考えられた。
(a)

図(1)-31 脱リンスラグの海水交換によるpHおよびカルシウム濃度の変化

(b)

図(1)-32 3種の流速での脱リンスラグの海水交換によるせん断応力の変化

図(1)-33 浚渫土添加の有無がせん断応力上昇に及ぼす影響（脱リンスラグ）（3 mm s $ ^{-1} $ ）

図(1)-34 脱リンスラグ粒子間閉塞物質内のMg(a)、Ca(b)、Fe(c)、O(d)の分布（Mgのマッピング写真で左右の比較的均一な部分がスラグ）

脱炭スラグについては本カラム試験を流速は流量3 mm s $ ^{-1} $ で行った結果を示すが、海水供給直後にカルシウムを溶出し、pHは約10.0まで上昇した(図(1)-35)。固化速度は脱リンスラグと比べて約10倍速く、せん断応力は交換回数約10、000回で測定限界に達した(図(1)-36)。脱炭スラグのみの系の粒子間は高pH条件で析出する海水由来の水酸化マグネシウムや炭酸カルシウムが閉塞しているようであった(図(1)-37)。

加えて浚渫土の添加により製鋼スラグの固化を抑制できることが分かった。その理由の検討として、まずシルト成分の添加によって単にスラグ間の摩擦や析出物の発生空間を減少することで固化の抑制が起きた可能性を検証するため、浚渫土の代わりに有機物質を含まないカオリン粒子を同量添加した系も作成し、比較した（図(1)-35）。結果、カオリンを添加した系では、むしろ
固化が促進しており、浚渙土の添加によるスラグの固化抑制はシルト成分では無く有機物質が関与している可能性が考えられた。ここで脱リンスラグの系ではあるが浚渙土添加系のEPMAの元素マッピング(図(1)-38)においては、無添加系（図(1)-34）と同様に酸化鉄による粒子間隙の閉塞が確認できている一方で、間隙中に浚渙土が多く含まれていることが確認できており、シルト分による潤滑効果や析出物空間の減少など物理的な効果でない可能性が高いことが分かった。

図(1)-35 脱炭スラグの海水交換によるpHの変化 mm s⁻¹)

図(1)-36 脱炭スラグの海水交換による（3 せん断応力の変化（3 mm s⁻¹）

図(1)-37 脱炭スラグ粒子間閉塞物質内のFe(a)、Mg(b)、Ca(c)、Si(d)の分布（Feのマッピング写真で左上および右下の比較的均一な部分がスラグ）
図(1)-38 浚渫土を混合した脱リンスラグ粒子間閉塞物質内の $ \mathrm{Fe}(\mathrm{a}) $ と $ \mathrm{Si}(\mathrm{b}) $ の分布

ここで、脱炭スラグの試験時の透過海水のpH変化を調べた結果、固化を起こした脱炭スラグ100％やカオリンとの混合物と、脱炭スラグ92%＋浚渙土8％の系において大きな違いは見られず、有機物質による中和がその原因で無いことも分かった。そこで、閉塞、ブリッジ部に浚渙土中の有機物が取り込まれることによる強度低下、あるいは有機物による溶出したカルシウムや鉄の結晶成長の阻害効果と考えた $ ^{10} $ 。

## 5 ）混合土壤における固化反応

### a. 短期浸漬固化試驗

これまでの結果よりスラグからは大量のカルシウムが放出されることが分かったため、そのカルシウムがシリカと反応して固化するポゾラン反応や、pH上昇に伴うマグネシウム塩や炭酸塩の沈着も生物に影響を及ぼすことが考えられた。そこで、混合土壌の固化についても調査することとした。ここでは脱リンスラグと浚渫土混合土壌において、混合直後および48時間後における土壌の硬さをベーンせん断応力で評価した（図(1)-39）。混合直後においても、浚渫土を脱リンスラグに添加すると、ベーンせん断応力が低下した。また、48時間後には各試験区とも固化が進行するが、カラム試験同様、浚渫土を脱リンスラグに混合すると固化を低減できることがこの試験でも確認できた。脱炭スラグも脱リンスラグと同じ傾向を示し、浚渫土を混合すると固化の進行を抑制することができた（図(1)-39(b)）。参考として、広島県に位置する瀬野川河口干潟、ハチ干潟（乾湿部）の自然干潟のベーンせん断応力は0.7～2.5 kN m⁻²である。

(a)

(b)

図(1)-39 各スラグに対する浚渫土の混合率とベーンせん断応力の関係

48時間後のpHは脱リンスラグのみ試験区で、8.6、浚渫土を混合した試験区で8.3～8.5であり、浚渫土を混合するとpHの上昇が多少抑制される傾向を示した。脱炭スラグでは試験区に差はなく12.3～12.7まで上昇した。脱炭スラグは脱リンスラグよりも遊離カルシウムなど溶出しうるカルシウムの量が多いためと考えられた。混合土壌のpHと固化は固化に関与する析出塩と深く関係しており、脱炭リンスラグよりも脱炭スラグにて固化がより進んでいる原因として、脱炭スラグの方が脱
リンスラグに比べて混合土壌のpHの上昇が顕著であり、固化に関与するマグネシウム塩やケイ酸カルシウム塩などの析出に適したpH条件であったためと考えられた。

### b. 長期掛け流し調査および干満・冠水の影響調査

リンスラグと水島港浚渫土の混合について行った実験では、冠水試験、干満試験とも、スラグを混合したことにより数日でpHの上昇が認められた（図(1)-40）。冠水試験は7.4→8.5、干満試験は8.1→9.0で、後者のpHが高くなった。Ehは、冠水試験での浚渫土混合率100および10%、干満試験の100、50、10%で上昇した以外は低下または横ばいであった。ベーンせん断力は、冠水試験では浚渫土混合率30%、干満試験では浚渫土混合率20～40%で最も大きくなった。逆に100あるいは10%ではそれほど硬くならなかった。以上、冠水試験に比べ、干満試験の方が、pHは高め、Ehは低め、ベーンせん断力は大きめになる傾向があり、これは泥が干出することで、溶出成分がスラグおよび泥粒子の間に濃縮されることに起因しているものと考えられた。以下では、干満試験について、3ヶ所の異なる泥を用いた試験結果について示す。実験最終日（水島港：51日、瀬野川河口干潟：55日、大河入り江：58日）のpH、Ehおよびベーンせん断応力の値を図(1)-41に示す。pHの値は、大河入り江の泥は水島港の泥とほぼ同じであったが、瀬野川の泥では泥混合比40および60%において若干高めであった。瀬野川河口は淡水の流入が最も多い場所であり、緩衝作用が小さいため、スラグ由来のpHの上昇が反映されたものと推察される。

図(1)-40 3種の天然土壌の冠水試験におけるpH変化

図(2)-41 3種の泥の混合時の冠水試験での
# pH、酸化還元電位、ベーンせん断応力（水島港51日後、瀬野川河口干潟55日後、大河入り江58日後）

Ehは、最低値を示したのが水島港の泥では20%混合、大河入り江の泥では40%混合、瀬野川河口の泥では60%混合、と異なった。これらの違いの原因については不明である。ただし、いずれの泥でも泥100%あるいはスラグ90%以上ではORPは正の値で酸化的であるのに対して、脱リンスラグと泥を混合することによってORPが低下することは共通していた。スラグ90%以上では海水の浸透性が高いため酸化的状態が保たれるものと考えられる。ベーンせん断応力は、水島港と大河入り江の泥では大きな違いは見られなかったが、瀬野川河口の泥では、40%において9.7 kN m^{-2}という大きな値を示し固化が起こった。このことはpHの上昇が著しかったことと関連し、大河入り江の泥は淡水含有量が多いためにカルシウムやマグネシウムの溶出量も多く、固化が促進されたものと推察される。

### 5. 本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

スラグ自体の精密な化学分析、浸漬試験や潮汐を模した干満試験などを行い、ケイ砂との比較から造成土壌を製鋼スラグと浚渫土の混合土壌で代替した場合の、製鋼スラグと浚渫土の化学的相互作用によって駆動されるリン循環、栄養塩、酸化還元物質、アルカリ成分および二酸化炭素などの物質フローを明らかにすると共に、それらに起因する固化反応や浚渫土の添加によるその抑制機構などを明らかにできた。

具体的には高精度・高感度な化学分析法とコア実験による混合土壌の精密プロファイル解析の組み合わせにより、代表としては栄養塩として重要なリンに関して、脱炭スラグと脱リンスラグで含有量はほとんど変らないにもかかわらず、容易に海水中に溶出する可動態リン量が全量に対して89、30％と大きな違いあることを明らかにし、このリン量は浚渫土の40～50倍、天然砂中のリン量の1000倍以上であることも明らかにできた。従来から言われているカルシウムの溶出についても、従来法で定量された量の実際には2.5倍程度のカルシウムが溶出する可能性を明らかにできた。またそのカルシウム溶出により、従来から言われているpHの上昇はスラグを利用する上で最も留意すべき項目であるが、このpHの変化をもたらす主たる要因である全炭酸とCa等溶出に伴うアルカリ度の時間変化を測定、数値化でき、加えて2種のスラグでその挙動が大きく異なることを明らかにできた。さらに浚渫土における全炭酸・アルカリ度の変化量はスラグの10分の1以下であり、スラグの海水投入直後の短期的なpH上昇に浚渫土の混合による緩衝作用は十分働かないことを示した。一方、高pH、高Ca濃度がもたらすと考えられているスラグの固化に関しては、pH上昇が大きい脱炭スラグにおいても海水交換をしない回分試験では顕著な固化は起こらず海水交換を行なうことで顕著な固化が起こり、塩分濃度の低い干潟の泥の場合は緩衝作用が低いため固化しやすい可能性がある、さらに浚渫土による固化抑制とそのメカニズムを明らかにするなど、固化制御に関わる新規な知見が得られた。さらには、上記の化学パラメータ解析とメタゲノム解析を組み合わせることにより、スラグ－浚渫土混合土壌において、栄養塩に関わる物質フローとそれを駆動する細菌叢が大きく変化し、より効果的な栄養塩の供給が起こる可能性も発見した。これらの成果の一部は、深度別にも明らかにできた。
これらを元にスラグからのリン溶出が付着藻類やアマモの生育に寄与する可能性が明らかになり、脱リンスラグは栄養塩であるリン酸を長期にわたって少しずつ土壌間隙水へと供給する肥料的な効果が期待できることがわかり、製鋼スラグに浚渙土を混合することで、pHの上昇、固化反応の進行抑制、さらには浚渙土からの有機物や栄養塩の供給を制御できる可能性を示せ、藻場・干潟基盤材としての特性・有効性を評価でき、混合土壌から成る人工干潟が潜砂性生物の生息基盤として適したものとなることを明らかにした。

加えて、pH上昇や固化に強く関与するスラグ中の溶出可能カルシウム量の定量方法及び微量元素の分析手法を開発でき、溶出可能カルシウム量を定量した結果、従来法で定量された量の実際には2.5倍程度のCaが溶出することを明らかにした。一方で、微量元素についてはスラグ中に29種類の元素の存在を確認できた。これらの評価手法は他の海砂代替材利用環境や干潟環境などの沿岸域の元素の举動解明のツールとして利用可能であると考えられた。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特になし

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

生態系の再生・創出が環境劣化を引き起こす自然砂の採取に依存することなく、環境再生と資源再生が Win-Win の関係で成り立つことを示した。

本成果は様々な立場で干潟・藻場の再生・創出に関与するステークホルダ一間の相互理解に貢献できることが見込まれる。具体的には国土交通省および水産庁は瀬戸内海において、失われた干潟を取り戻すため、人工干潟の造成を構想しており、航路浚渫で出る浚渫土とスラグの二者の混合利用の検討時に利用できる科学的根拠となりうる。特にアマモ場造成において、海砂などの天然資源を投入せずに、産業副生成物を活用して自然再生すべき案件の根拠となり得、安全な活用方法を科学的データに基づいて実施することができ、造成対象となる自治体、漁業者、周辺住民に対しての資料としても活用可能である。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特になし

## 7 ．研究成果の発表状況 ※【別添】H25研究等報告書作成要領 参照

特に記載すべき事項はない。

## （1） 誌上発表

<論文（査読あり）>

特になし

<査読付論文に準ずる成果発表>（対象：社会・政策研究の分野）

特になし
## くその他誌上発表（査読なし）>

1) 谷本照己，長尾正之：環境淨化技術，12(6)，49-51(2013)

「鉄鋼スラグを利用したアマモ場造成」

## （2） 口頭発表（学会等）

1）塚崎あゆみ，鶴島修夫，鈴村昌弘：海洋理工学会平成24年度春季大会（2012）

「製鋼スラグと浚渫土により造成した干潟・藻場生態系内の物質フローの解明 —無機栄養塩の挙動およびpH変動に関する基礎的実験—」

2）塚崎あゆみ，鶴島修夫，鈴村昌弘：日本海洋学会春季大会（2013）

「製鋼スラグと浚渫土による干潟・藻場生態系の創生 —栄養塩類の挙動—」

3）塚崎あゆみ，鶴島修夫，鈴村昌弘，中里哲也，谷本照己，田尾博明，西嶋渉：第16回日本水環境学会シンポジウム(2013)

「製鋼スラグと浚渫土の混合土壌における物質フローの解明Ⅰ：栄養塩の動態」

4）中里哲也，黄昱，藤田愛，塚崎あゆみ，鶴島修夫，鈴村昌弘，谷本照己，田尾博明，西嶋渉：第16回日本水環境学会シンポジウム（2013）

「製鋼スラグと浚渫土の混合土壌における物質フローの解明II：金属成分の動態」

5）谷本照己，長尾正之，塚崎あゆみ，鈴村昌弘，鶴島修夫，中里哲也，谷本照己，田尾博明，西嶋渉：第16回日本水環境学会シンポジウム（2013）

「製鋼スラグと浚渫土の混合土壌によるアマモ水槽実験」

6）山田奈海葉，堀知行，木村真人，谷本照己，塚崎あゆみ，鈴村昌弘，鶴島修夫，田尾博明，西嶋渉：第16回日本水環境学会シンポジウム（2013）

「製綱スラグと浚渫土で造成したアマモ場土壌中の細菌叢について」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

（４）シンポジウム、セミナー等の開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない。

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他

上記（2）-1)のうち，塚崎あゆみ：海洋理工学会平成24年度春季大会（2012）に関して優秀ポスター賞を受賞

### 8 \. 引用文献

1）港湾・空港等リサイクル推進協議会（2005）

「港湾・空港等整備におけるリサイクル技術指針」