Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
【S-11-4】持続可能な開発目標実現のためのガバナンスの研究（H25～H27）

森秀行（公財）地球環境戦略研究機関）

### 1. 研究实施体制

(1) 持続可能な開発目標実施のためのマルチレベル・ガバナンスのあり方の検討(公益財団法人地球環境戦略研究機関)

（２）国連を中心とした持続可能な開発のガバナンスに関する検討（国際連合大学サステイナビリティ高等研究所）

（３）効果的資金メカニズムの検討①（慶應義塾大学、公益財団法人地球環境研究戦略機関、国立研究開発法人森林総合研究所）

（４）効果的資金メカニズムの検討②（京都大学）

## 2 ．研究開発目的

サブテーマ(1)（持続可能な開発目標実施のためのマルチレベル・ガバナンスのあり方の検討）では、持続可能な開発やMDGsの経験や過去の教訓を取り込み、これからの新しい効果的なガバナンスの在り方を提示することを目的とし、多くの主体が目標達成に向けた努力をするための諸条件について検討した。目標達成のための各主体間の役割分担や調整、さらには、資金提供や情報の共有などの実施促進メカニズムを含む、効果的なガバナンスがどうあるべきかを明らかにすることを主な目的とした。加えて当研究では、ガバナンスの観点から、目標達成に必要なアクションを誘発する目標設定のための条件は何かについても検討した。伝統的な政府のトップダウン型のガバナンスと、ビジネスや市民社会の参加を基にしたポトムアップ型のガバナンスは、互いに排除する関係にあるわけではなく、それぞれの国やコミュニティの経済的・社会的条件に即した適切なコンビネーションがあるという視点に立って、いくつかのケーススタディを実施した。

サブテーマ(2)では、2030年までにSDGsの実施を達成に導くようなSDGsガバナンスに焦点を当て、「目標設定によるガバナンス」のあり方を国際的な制度設計と国内的な制度設計から体系立てて明らかにすることを目的とした。特に前者では、「目標によるガバナンス」が何であるのかという学術的な分析を行うとともに、国連プロセスへのインプットを行うことを視野にいれた。後者については、国内でのSDGs実施に向けた準備に伴う運営上の課題を明らかにすることを目的とした。

サブテーマ(3)-①（効果的資金メカニズムの検討）の目的は、SDGs達成に必要となる資金ニーズを明らかにし、社会科学の理論を基に、新たな視点から既存の資金メカニズム及び新たな資金メカニズム案を分析することで、SDGs達成に効果的な資金メカニズムを提示することである。SDGsの達成を支える国際的な公的資金が担う役割と、SDGs達成に資する私的な事業活動を一層振興する上で民間資金が果たす役割を区別して論ずる必要がある。本研究では公的・民間両資金を対象とし、アジア地域の途上国の持続可能な開発で特に重要な森林分野やエネルギー分野の効果的な資金制度を分析するだけでなく、SDGs達成のための日本の国内資金動員と供給に関する提案をまとめた。

サブテーマ(3)-②（効果的資金メカニズムの検討）では、以下3点を目的とする。第1に、先進国及び多国間機関が、ミレニアム開発目標や気候変動対応を促すために、どれだけ国際的な資金動員を増加させてきたかの定量的な把握である。第2に、受取国の当事者意識を高めるために、先進
国及び多国間機関が行ってきた対応の意義と課題を明らかにする。第3に、直接アクセス方式が多国間機関を仲介とする従来の方式と比較してどの点で事業効果を向上させたかを明らかにする。

## 3 ．本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

一つ目に、SDGs・P2015DAが昨年採択され、これらを効果的に実施するための議論が活発化してきてはいるが、これらの目標を効果的に実施していく上でのガバナンスの視点からの研究は未だにあまりなされてきていない。このような文脈の中で本研究は国別、分野別、レベル別の事例研究を通じ、またMDGsやNSDS等の経験や過去の教訓を基に、効果的な持続可能な開発のためのガバナンスの要素を提示したという点で科学的意義がある。

二つ目に、SDGs に関するグローバル・ガバナンスが目標設定によるガバナンスであることを明らかにしたうえで、国際的なルール設定の促進などを含めた他のアプローチと如何なる点で異なるのか、目標設定によるガバナンスが機能するためにはどのような条件が求められるのか、そして今後各国で SDGs を実施していく際の運用上の課題を学術的視点から明らかにした。この結果は、「Governing through Goals: Sustainable Development Goals as Governance Innovation」としてまとめられ、MIT プレスより出版される予定である。

三つ目に、本研究で政治学の理論等を用いた資金制度の分析やアンケート調査による民間資金動員の分析をすることにより、これまで少なかった環境資金の研究分野の発展に貢献した。

四つ目に、CECD-DACにおける援助効果向上を目的とした当事者意識の向上や結果重視の援助管理の議論と実践、及び援助受取国におけるMDGsを参照した国家開発戦略の作成と外国資金獲得戦略としての資金使用の透明化・説明責任の強化が、受取国に支援事業の管理権限を委譲する直接アクセス方式が、従来型の資金使用を厳格に管理する多国間機関アクセス方式よりも支援効果を向上させる前提条件となっていることを明らかにした。

## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

一つ目に、本研究で発行したポリシーブリーフでは、現在の地球環境の状況とMDGsの実施の現状や反省、そしてステークホルダー参加の重要性や国際状況の多様性に鑑みると、国際的に普遍的な目標やターゲットを設定するとともに、ターゲットやその進捗を図るための指標については、地域、国、地方ごとの異なる状況や能力を鑑み、サブ・グローバルレベルやステークホルダーごとにこれを設定する重要性を説いた。この点は、2030アジェンダにも反映され、グローバルの目標を踏まえながら、各国の状況を念頭に置き、国内でターゲットを設置し、実施するという手法をとることとなった（パラグラフ55）

二つ目に、2015年6月に開催された科学と政策のインターフェースに関するワークショップの内容を、2030アジェンダの草案段階の改訂文書に反映させること、さらに最終の合意文書に「science-policy interface」という文言を残すことにより、国連における科学と政策の関連性を強化することに貢献した。

また、本研究の結果は環境省主催の SDGs に関する検討会に論議・検討材料としてインプットする
とともに、市民社会が開催する勉強会等においても講演を行い、国内政策論議に貢献した。

＜行政が活用することが見込まれる成果＞

本研究での比較研究を行うことにより、国内で SDGs を実施するための課題をそれぞれの対象国の発展状況や環境に基づいて抽出したこと、また状況を共有することによる相互学習が行われたため、今後の課題解決への道筋を示すことに貢献した。

SDGs を実現するには巨額の資金が不足しているとの推計が提示され、先進国や「革新的資金メカニズム」による資金拠出の増額が求められる中で、日本がどこにどのように資金拠出を増やせばよいのかについて、一定の知見を提供した。

## 4 ．委員の指摘及び提言概要

全体として、SDGs 達成に向けたガバナンスと資金メカニズムの問題に視点を当て、世界が抱える諸問題とその解決策についての議論を体系的に展開しており、今後の政策に活用されることが大いに期待される。一方で、行政需要には応えていると思えるものの、新規性のある研究成果がどの程度得られたか不明である。オリジナルな論文があまり見当たらないことから、今後、研究成果の学会誌等への発表が望まれる。

### 5 \. 評点

総合評点：B
課題名 5B-1107 自然由来土壌汚染をもたらす重金属類の環境中での形態変化の解明

課題代表者名 井上 千弘 （東北大学学院環境科学研究科・環境修復生態学分野・教授）

研究实施期间 平成23～25年度

累計予算額 83,454千円（うち25年度15,173千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキーワード 重金属、土壌・地下水汚染、土壌環境基準、自然由来、化学形態

## 研究体制

（１）自然由来土壌汚染をもたらす重金属類の環境中での形態変化の解明（東北大学）

## 研究概要

1. はじめに（研究背景等）

2003年の土壌汚染対策法施行に伴い、都市部での土壌・地下水対策は大幅に前進したが、その一方でいわゆる「自然由来の重金属による汚染」にどのように対処すべきかの問題が浮上してきた。国内には全国各地に見られる金属鉱床帯や仙台平野や関東平野、石狩平野、大阪平野などに見られる浅海成の堆積層のように微量の重金属類が存在する地質体があり、これらを構成成分とする土壌はしばしば土壌汚染対策法で定める土壌溶出量基準を超過している。土壌汚染対策法では自然由来の重金属含有岩石は法律の適用外となっているものの、工事で発生した残土を敷地外に搬出する場合は土壌汚染対策法に準拠した取り扱いが求められているため、膨大な社会的コストが要求される状況になってきている。

土壤汚染対策法で規定している土壤環境基準は土壤溶出量基準と土壤含有量基準の2種類である。自然由来の重金属含有土壤・岩石の場合、実際に基準を超過するのは土壤溶出量基準である。この土壤溶出量基準の判定方法は土壤試料に10倍量の純水を加えて6時間常温で振とう攪拌したときの溶液中の重金属濃度を測定するものであるが、この方法は自然由来の重金属類に適用するには問題点が多いことが最近わかってきた。自然由来の重金属含有岩石・土壤は、土壤汚染対策法で想定している人為的な原因による重金属汚染土壤とは挙動が大きく異なり、環境条件によって化学形態が変化していくことが多いものであるが、土壤汚染対策法で規定された評価方法ではその点が考慮されていない。そのため、土壤や岩石によっては評価時には汚染なしと判定したにもかかわらず、しばらく環境中で放置すると基準を大幅に上回る汚染が生じてしまう恐れがあり、汚染のリスク評価や対策を考える上で問題が大きい。そのため「自然由来の重金属含有岩石・土壤」に対し、早急に科学的根拠に立脚した評価手法を開発、確立し、その知見に基づいた合理的な対策を確立する必要が考えられた。

## 2 ．研究開発目的

本研究では、自然由来重金属含有岩石・土壌が持つ土壌・地下水汚染のポテンシャルを評価する方法論を確立し、「自然由来の重金属による汚染」の判定方法を提案することを目的とする。全国各地から集めた微量の重金属類を含有する岩石・土壌に対し、温度、酸素の遮断などの環境条件を変化させたときに、重金属類に生じる化学形態変化を逐次抽出法、X線吸収微細構造法などにより評価・解析する。同じ試料について、嫌気条件および好気条件で長期間の溶出試験を行い、その経時的変化と重金属類の存在形態変化を合わせて追跡する。これらの実験結果から想定されるいくつかのシナリオに基づき、重金属含有岩石・土壌が開発工事等で一度地表に露出した場合の有効な対処方針を示し、現在稼動中の重金属含有残土堆積場から採取したコアの評価・解析により検証する。
### 3. 研究開発の方法

## （１）重金属含有岩石・土壤の収集と前処理

実験に使用する岩石・土壌試料を国内１２ヶ所からボーリング等により採取した。採取試料は風化による形態変化を防ぐために、採取後速やかに窒素ガスを封入した後輸送し、研究室到着後直ちに低温フリーザー（-20℃）内で保管した。実験には嫌気チャンバー内で解砕あるいはボールミル粉砕後、篩分けを行い-2mm以下としたものを使用した。この試料を以降の試験に用いた。

土壌汚染対策法で定める溶出量試験は環境省告示18号試験に準じて行った。試料3gとイオン交換水30mlを100mlポリプロピレン製容器に入れて、振とう機(TAITEC製ダブルシェーカーNR-30)を用いて毎分200回で振とうを行った。振とう時間は6時間とした。

また上記の前処理で作製した試料をシャーレにとり、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃のインキュベーター内に、最大2ヶ月間湿度100%で保持して風化を促進させた（これを“風化実験”と称する）。風化試験後の試料について、土壌汚染対策法で定める溶出試験を行い、それらの試料の基本的な特性の評価を行った。またこれらの試料について、以下に述べる形態分析、嫌気条件および好気条件での長期間の溶出試験に供した。

## （２）重金属類の存在形態変化の評価・解析

さまざまな条件での風化や後述の長期間の溶出試験に伴う土壌・岩石試料中の重金属の存在形態の変化を、逐次抽出法、X線吸収微細構造法などにより評価・解析した。逐次抽出法は土壌中の重金属類の化学形態を推測するために開発されてきた方法であり、段階的に抽出液の抽出能力を高めていきながら、各抽出段階で得られた溶出量から、その元素の存在形態を推測する方法である $ ^{4-7)} $ 。抽出液をICP-MSによる高感度分析を行うことにより、ppmレベルで含有される重金属類の化学形態を推測することが可能である。本研究では下記の逐次抽出法に基づいて、①交換態（硫酸アンモニウム）、②リン酸交換態（リン酸二水素アンモニウム）、③酸化物吸蔵態（pH3シュウ酸緩衝液）、④残渣（全ての試薬で溶出しなかった成分）に形態分類した。

X線吸収微細構造法（XAFS）による分析はXANES(X-ray Absorption Near Edge Structure)とEXAFS(Extend X-ray Absorption Fine Structure)に大別される。このうちXANESからは原子の配置の対称性や電子状態等に関する情報が得られ，対象とする元素の価数を類推できる。一方EXAFSからは動径分布や配位数などに関する情報が得られ、対象元素に近接して存在する元素を類推できる。これらの分析から得られる情報から，土壤中にppmレベルで存在する各重金属類の価数や化合物の形態を推定することが可能になる。本研究のXAFS分析は九州シンクロトロン光研究センター（佐賀県）およびSpring-8（兵庫県）にて実施した。

## （３）嫌気条件および好気条件での長期溶出試験

上記（１）で用意した土壌・岩石試料（風化させたものとさせないもの）を用いて、嫌気条件および好気条件下で最大６ヶ月間の溶出試験を行い、重金属類溶出の経時的変化（溶液側の分析）と重金属類の存在形態変化（固体側の分析）を合わせて追跡した。その際、一部の試料に対して微生物の栄養源を付加した実験も加え、微生物活動の影響も検討した。

## 1 ）嫌気性条件下における溶出実験

嫌気条件下における溶出実験では100mlバイアル瓶を使用した。イオン交換水100mlを100mlホウ珪酸ガラス製バイアル瓶に入れ窒素ガスをパージして液相と気相の酸素の除去を行った後、試料10gを入れ、さらに窒素ガスで気相ガスの置換を行った。その後迅速にテフロンライナーつきブチルゴムセプタムとパラフィルムで密封した。混合した試料は常温で幅4cm以上5cm以下に調整した振とう機(AS ONE製万能シェーカーAW-1)で毎分200回振とうした。振とう時間は最大2ヶ月とした。振とう終了後窒素を充填したグローブボックス内で試料液を遠沈管に移し、3300rpmで15分間遠心分離した。上澄み液は0.45μmメンブレンフィルターで濾過した。以降の操作は上記好気条件実験と同じである。

## 2 ）好気性溶出実験

試料3gとイオン交換水30mlを100mlポリプロピレン製容器に入れ、シリコ栓を装着し、空気が自由に進入できる状態（開放系）で振とう機（TAITEC製ダブルシェーカーNR-30）を用いて毎分200回で振とうを行った。振とう時間は最大4ヶ月（120日）とした。

振とう終了後，抽出液を50ml遠沈管に移し，3300rpmで15分間遠心分離し，上澄み液を0.45μmメンブレンフィルターで濾過した。濾過直後、溶液のpH測定を行った。濾液のうち15mlは重金属類の沈殿
を防止するため，少量の濃硝酸（サンプル1.5mlにつき10：1）を加えた（検液A）。この検液Aを用いて、ICP質量分析装置（以後ICP-MSと略す）により溶出した重金属類の全量分析を行った。

## 3 ）微生物を添加した嫌気長期溶出試験

嫌気条件下での長期溶出試験に及ぼす微生物の影響を調べるために、あらかじめ実験室で培養した土壌微生物培養液を用いて長期溶出試験を実施した。試験には仙台市内の水田から採取し、TYEG培地（tryptone 1%、yeast extract 0.3%、glucose 0.5%）にヒ酸ナトリウム（As（V）の形態）をAsとして1mg/L加えた培地を用いて嫌気培養を行なった微生物懸濁液を用いた。この集積培養にはAs（V）を還元する能力が示され、遺伝子解析によりヒ素還元に関与する機能遺伝子asrCの存在が認められた。100mlバイアル瓶に培地を入れ窒素ガスをパージして液相と気相の酸素の除去を行った後、試料10gを入れ、さらに微生物懸濁液を10mL添加して全液量を100mLとした。バイアル瓶を密栓した後、所定期間30℃で振とう培養を行った。

## 4 ）強制酸化試験

試料3.0gに対し10%過酸化水素水30mlをガラス製ビーカー加え、試料の酸化を強制的に進行させた。過酸化水素添加後1日間経過させた後6時間振とうし、以降は1）と同様の手順で元素濃度の分析を行った。

## （４）重金属含有残土堆積場における重金属類存在形態の経時的変化

仙台市で現在進行している地下鉄東西線建設工事では、主にヒ素とカドミウムを含む「自然由来の重金属含有岩石」残土が大量に発生する。この残土は採石場跡地を利用した専用の建設残土堆積場に運搬され、跡地の充填剤として活用されながら、溶出が生じないよう管理されており、平成25年までに総量約60万m³の埋め立て処理が計画されているものである。この残土堆積場から採取したコアを用いて、上記（1）～（3）の手法を用いて、実現場における重金属類の存在形態の経時的変化を評価・解析した。

## 4 ．結果及び考察

## （１）重金属含有岩石・土壤の収集と前処理

実験に使用した岩石・土壌試料は、北海道札幌市内、山形県西川町内、岩手県盛岡市内、宮城県仙台市内（以上平成23年度採取）、福島県会津若松市、秋田県大館市、福岡県添田町、東京都町田市（以上平成24年度採取）、秋田県横手市、青森県弘前市、千葉県市原市、大阪府高槻市（以上平成25年度採取）の12ヶ所からボーリング等により採取した。

表 1 試料採取地と略称、およびその特徴

試料採取地	略称	特徴

札幌	SPB	沖積層のAsを多く含む堆積物
西川(山形)	YMB	内陸盆地堆積物分布域でPb、Cdを多く含む堆積物
盛岡	MRB	超塩基性岩の分布域でCrを多く含む岩石
仙台	SNB	浅海性堆積物分布域でAsを多く含む堆積物
大館	ODB	内陸盆地堆積物分布域でPb、Cdを含む堆積物
会津坂下	AIB	淡水性堆積物分布域でAs、Cdを含む堆積物
町田	MCB	浅海性堆積物分布域でAsを含む浅海成堆積物
添田(福岡)	FSB	内陸盆地堆積物分布域でPb、Crを含む堆積物
横手	YTB	内陸盆地堆積物分布域でPbを含む堆積物
弘前	HRB	内陸盆地堆積物分布域でAs、Cdを含む堆積物
市原	ICB	浅海性堆積物分布域でAs、Pbを含む堆積物
高槻	TYB	浅海性堆積物分布域でAs、Pbを含む堆積物

調査を行った12地点のうち9地点の試料で土壌溶出量基準を超過した。このうち、SPB-1-3はAs溶出量が環境基準（ $ 10\mu g/L $ ）の約10倍であり、この試料はAsの全含有量が140mg/kgと極めて高かった。この他As溶出値が土壌溶出量基準値を超過したものはAIB-3、MCB-2、ICB-2、TYB-1であり、土壌溶出量
基準の1～2倍の超過であった。これらの試料は淡水性堆積物のAIB-3をのぞき浅海成堆積物層由来のものであった。またYMB-1-8は、Cdの水溶出量が環境基準（10μg/L）を1.6倍超過し、Znの溶出量も高い値を示した。この試料はCdの含有量が1.7mg/kgと他の試料よりも高く、溶出試験の際の検液のpHが4を下回った。YMB-1-8以外にCdの溶出量基準を超過する試料はなかった。Pbの水溶出量が環境基準（10μg/L）を超過したものは、MRB-1-4、MRB-1-6、SNB-2-3、YTB-1およびICB-2の計4地点の試料であり、基準値を最大5.6倍超過していた。MRB-1-4およびMRB-1-6は超塩基性岩の分布域から採取した岩石でありCrとNiを多く含んでおり、これらの元素はさほど溶出しないものの、Pbの溶出量が環境基準を超過した。SNB-2-3およびICB-2は浅海成堆積物層由来の試料であり、YTB-1は内陸盆地堆積物由来の試料である。

表 2 使用した試料の水溶出値（単位はpH以外はμg/L）

試料名称	Cr	Cu	Zn	As	Cd	Pb	pH
SPB-1-3	12.0	9.2	12.7	96.0	ND	3.3	5.22
SPB-1-4	6.4	5.9	2.6	8.4	0.1	1.1	4.70
YMB-1-4	ND	69.3	ND	2.5	0.1	0.0	4.91
YMB-1-8	ND	19.6	624	ND	16.7	4.3	3.95
MRB-1-4	14.7	11.2	16.1	7.4	ND	42.2	6.18
MRB-1-6	1.0	2.6	8.4	2.0	0.0	56.2	6.50
SNB-2-3	1.5	2.7	4.3	ND	0.0	11.8	5.16
SNB-2-5	1.8	2.8	18.7	4.8	0.0	ND	5.11
ODB-2	1.2	10.8	84	0.4	4.3	8.4	4.64
AIB-3	2.5	7.7	32.2	12.4	0.1	0.4	5.22
MCB-2	4.9	8.6	78.5	20.5	0.2	5.8	5.76

これらの試料を10℃、15℃、20℃、25℃、30℃のインキュベーター内に、最大2ヶ月間湿度100%で保持して風化を促進させた後、水溶出試験をおこなった。SPB-1-3の場合、Asの溶出は風化により最初に増大するが、さらに風化が進行すると今度は抑制されることがわかる。同様の傾向を示したものは、SPB-1-4、AIB-3、MCB-2、ICB-2、TYB-1といった海成あるいは淡水性堆積物試料であった。SNB-2-5では風化の進行とともにAs溶出量は単調に増大し、同様の傾向を示したのは、SNB-2-5とMRB-1-4であった。その他の試料、YMB-1-4、YMB-1-8、SNB-2-3、MRB-1-6、ODB-2、FSB-2、YTB-1、HRB-1については、風化の前後でAsの溶出はほとんど生じておらず、溶出量に大きな変化は見られなかった。

YMB-1-8について、2ヶ月間の風化後では環境基準の12倍のCdが溶出している。同様の傾向を示したものは、ODB-2、AIB-2、HRB-1であり、いずれも風化前はCdの溶出量基準値を下回っていたものが、2ヶ月間の風化後には環境基準を超過するようになった。

YTB-1について、Pbは1週間の風化後一度溶出量が減少し、その後溶出量が増加している。同様の溶出挙動を示したものはYMB-1-8である。またHRB-1は風化前には溶出量基準値を下回っていたものが、2ヶ月間の風化後には溶出量基準を超過するようになった。MRB-1-4、MRB-1-6、SNB-2-3、ICB-2は風化前には溶出量基準値を超過していたものが、風化の進行とともに溶出量基準値を下回るようになった。

## （２）重金属類の化学形態変化の評価・解析

各試料について、10、15、20、25および30℃で一定時間風化処理を施した後、抽出条件を変えた化学抽出（逐次抽出法を一部改変した方法）を適用し、重金属類の化学形態の推測を行なった。

## 1 ）Asの化学形態変化

図1は30℃、湿度100%でSPB-1-3を風化処理した時の、各風化時間におけるAsの化学形態を調べた結果である。1週間の風化処理で交換態として抽出されるAsは1.5%に増加しており、またリン酸交換態として12%、鉄酸化物態として31%に増加していた。その後も風化の進行とともに、特に鉄酸化物態の画
風化溫度30℃

分は増加し、2ヶ月後にはAsの43%が鉄酸化物態になった。一方、交換態の比率は2週間後からは減少に転じており、2ヶ月後には0.1%以下になった。

図 1 SPB-1-3の風化に伴うAsの化学形態変化（風化温度30℃）

図２ 風化前後のSPB-1-3試料のXANES分析結果

Spring-8での分析 分光結晶Si(311)を用いて測定

図２はSPB-1-3のXANES分析結果である。未風化の試料では，硫化物態As（恐らくは雄黄，鶏冠石）あるいは3価Asが主体であり，2ヶ月間風化を行なった試料ではいずれの温度でも5価ヒ素の割合が増加した．高温の方が，5価ヒ素の増加は大きかった。図１の化学形態変化の結果と照合すると、風化の進行に伴いリン酸交換態，酸化物態の増加が確認されており，その分残渣成分（硫化物態）の減少が生じていることから、風化の過程でAsは5価に酸化され、形態変化を生じているものと考えられる。
## （３）嫌気条件および好気条件での長期溶出試験

## 1 ）嫌気条件での長期溶出試験結果

図3はSPB-1-3に対し嫌気条件下で長期溶出試験を行なった際のAs溶出量の時間変化を示したものである。時間とともにAs溶出量が増加し、2ヶ月後には環境基準の90倍、4ヶ月後には環境基準の230倍以上の値に到達し、さらに上昇傾向が続いていることがわかる。また、4ヶ月後の時点では試料に含有されているAsの約16％が溶出していることになる。このときFeの溶出量は時間の経過とともに単調に増加しており、4ヶ月後には170mg/Lに達している。このFeの溶出挙動はAsの溶出挙動と類似している。MRB-1-6、SNB-2-5、ODB-2、MCB-2など、嫌気条件下でAsの溶出が促進される試料では共通してFeの溶出が認められた。

図 3 SPB-1-3の嫌気長期溶出試験におけるAs溶出量の経時変化

## 2 ）好気条件での長期溶出試験結果

図4は長期溶出試験開始時のAs溶出量が土壌溶出量基準を超過するSPB-1-3に対し、好気条件下で長期溶出試験を行なった際のAs溶出量の時間変化を示したものである。As溶出量は時間とともに減少し、およそ1ヶ月で基準を下回るようになった。

図 4 SPB-1-3の好気長期溶出試験におけるAs溶出量の経時変化
図5はYMB-1-8に対し、好気条件下で長期溶出試験を行なった際のCd溶出量、Fe溶出量およびpHの時間変化を示したものである。(a)に示すようにCdは時間とともに溶出量が増加し、土壌溶出量基準を大幅に超過するようになっている。4ヶ月後には土壌溶出量基準の10倍を超過するようになっている。またこの時に溶出したCdは全含有量の63％に及んでいる。

図 5 YMB-1-8の好気長期溶出試験におけるCd溶出量の経時変化

Cdに関しては、土壌汚染対策法で定める溶出量試験で基準超過するのは、調査検討を行った16試料のうちYMB-1-8の1試料だけであったが、好気条件下での長期溶出試験を行うと、浸出時間の経過とともにODB-2、AIB-3、HRB-1で溶出量基準を超過するようになった。これらの試料ではCdの全含有量は1mg/kg程度とさほど高い値を示すわけではないが、好気的な溶出試験の間に含有されるCdの大半が溶出した。Cd含有量が少ないため抽出法による推定となるが、これらの試料中ではCdは硫化力ドミウムの形態で存在しており、風化や好気的溶出試験の過程で酸化溶解が生じたと考えられる。

図 6 YTB-1の好気長期溶出試験におけるPb溶出量の経時変化

図6はYTB-1に対し、好気条件下で長期溶出試験を行なった際のPb溶出量の時間変化を示したものである。YTB-1は試験開始時からPbの溶出量が土壌溶出量基準値を上回っているが、時間経過とともに溶出量が増加し、4ヶ月後には土壌溶出量基準の8倍を超過するようになっている。MRB-1-4、MRB-1-6、SNB-2-3では試験開始時にはPbの溶出量が土壌溶出量基準値を上回っているが、時間経過とともに溶出量が減少し、浸出後半には土壌溶出量基準を満たすようになっている。これらの試料ではいずれも長期溶出試験期間中にpHの低下傾向は見られていない。これらの場合、溶出したPb²⁺は鉄の水酸化物にゆっくりと取り込まれていき酸化物態として存在するようになるため、Pbの溶出量が次第に減少していくものと考えられる。
## 日数

図 7 A−1、A−2の嫌気長期溶出試験におけるAs溶出量の経時変化

図7において、ほぼ同一の地点から平成22年と平成25年にそれぞれ採取した試料であるA-1とA-2ではほぼ同じAs溶出挙動を示した。また図示はしていないが、どちらの試料でもFe、Cd、Pbなどの溶出はほとんど生じていない。従ってこの残土堆積場の堆積層の内部では3年間の期間ではほとんど残土の特性が変化していないものと考えられる。

## （５）まとめ

本研究により、自然由来の重金属含有岩石・土壌が持つ土壌・地下水汚染の潜在的なリスク（嫌気的環境下で発生するAsの溶出リスク、好気的環境下で発生するCd、Pbの溶出リスク）を浮き彫りにできた。嫌気的環境下で発生するAsの溶出は検討を行った16試料中12試料で確認され、浸出時間の進行とともにAs溶出量が増大していった。このAsの溶出は主として嫌気条件下で酸化鉄あるいは水酸化鉄の還元溶解が起こり、そこに吸着したAsも溶液側に溶け出すために生じると考えられた。また、好気的環境下で発生するCd、Pbの溶出の増大はCdが16試料中4試料、Pbが16試料中3試料で認められ、その機構としては主として硫化物の形態で存在するCdやPbが硫化物の酸化とともに溶出するために生じると考えられた。

これらのリスクは、現在の土壌汚染対策法で規定されている判定法（土壌溶出量試験）では評価されていない。しかしながら、例えばCdやPbを含む土壌を長期間地表に放置した場合に、これらの化学形態が変化して溶出量が増大してしまい、時間が進行すると基準値を超過することが予見される。

これらのリスクは本研究で提案したような嫌気条件下あるいは好気条件下での長期溶出試験を行うことにより評価できる。長期溶出試験は数ヶ月の期間が必要なため、より短時間で実施する方法として、As還元能を持つ微生物の添加（嫌気条件）や過酸化水素水による強制酸化（好気条件）が考えられるが、これらの方法は過大評価を行う可能性があるので、現時点では予備的なスクリーニング方法として用いるのが適切である。

現時点で土壌溶出量基準はクリアーするが、将来的に基準超過の恐れのある土壌・岩石を判定する方法として以下のことが考えられる。

Asに関しては嫌気条件下での長期溶出試験を行い、その際にAsの溶出と顕著なFeの溶出が進行していれば、嫌気条件下でのAs溶出リスクが高いと判断される。これは結晶化が進んでいない酸化鉄あるいは水酸化鉄に吸着したAsが嫌気条件下でFeとともに溶解・離脱するためであり、水酸化鉄や酸化鉄の結晶化が進んだ場合にはFe、Asともに溶出が起こりにくくなる。

Cd、Pbに関しては好気条件下での長期溶出試験を行い、その際にCdあるいはPbの溶解とpHの低下が生じれば好気条件下での溶出リスクが高いと判断される。これは黄鉄鉱などの硫化鉱物に付随したCdやPbが硫化鉱物の酸化溶解に伴ってこれらの金属が溶出するためであるので、硫化鉱物と酸素の接触を遮断すれば溶出は起こらなくなる。

これらの事項・内容について図8に整理して示す。
図８ 自然由来汚染土壤・岩石の評価方法の提案

## 5 ．本研究により得られた主な成果

## （1） 科学的意義

自然由来の重金属含有岩石・土壌が持つ土壌・地下水汚染の潜在的なリスク（嫌気的環境下で発生するAsの溶出リスク、好気的環境下で発生するCd、Pbの溶出リスク）を浮き彫りにできた。嫌気的環境下で発生するAsの溶出では主として嫌気条件下で酸化鉄あるいは水酸化鉄の還元溶解が起こり、そこに吸着したAsも溶液側に溶け出すために生じることを明らかにした。また、好気的環境下で発生するCd、Pbの溶出の増大は主として硫化物の形態で存在するCdやPbが硫化物の酸化とともに溶出するために生じることを明らかにした。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

－ 自然由来汚染土壤・岩石の評価方法の提案－

現時点で土壌溶出量基準はクリアーしているものの、将来的に土壌溶出量基準超過の恐れのある土壌・岩石を判定する方法として、嫌気または好気条件下での長期溶出試験を提案する。この方法でAsの嫌気溶出リスク、Pb、とCdの好気溶出リスクが判定可能である。試験方法は現行の土壌溶出量試験を行う設備を有していれば容易に実施できるものである。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## （１）主な誌上発表

## く査読付き論文>

1) 小川泰正，山田亮一，山崎慎一，井上千弘，土屋範芳：資源地質，63（3），125-131，（2013）

「堆積岩からの重金属類の水溶出試験結果に対する粒径の影響」

2）簡梅芳、宮内啓介、井上千弘、北島信行、遠藤銀朗：土木学会論文集（G分冊），69（1），19-24，（2013）「宮城県主要河川沖積平野部の土壌ヒ素濃度と東北地方太平洋沖地震津波の影響」
3）小川泰正、増田俊介、篠田弘造、須藤孝一、井上千弘：地学雑誌（印刷中）「海成堆積物を含む建設残土からのヒ素の溶出」

## （２）主な口頭発表（学会等）

1) S. Masuda, Y. Ogawa, K. Suto, C. Inoue: Goldschmidt 2011, Prague, Czech Republic, 2011 "Experimental study on As and Cd releases from anoxic sedimentary rock under anoxic and aerobic conditions"

2) Y. Ogawa, N. Shikazono, K. Iwane, Y. Takahashi, K. Suto, C. Inoue: Goldschmidt 2011, Prague, Czech Republic, 2011

“Geochemical behavior of As originated from acidic thermal water during river transport and sedimentation mechanism”

3）増田俊介・小川泰正・須藤孝一・井上千弘（2011）「建設残土堆積場における重金属類の形態評価」第17回 地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会講演集CD，153-156.

4）小川泰正・増田俊介・須藤孝一・井上千弘（2012）「堆積岩中の自然由来重金属の化学形態とその溶出挙動への影響」第18回地下水・土壤汚染とその防止に関する研究集会講演集CD，128-133.

5）小川泰正，井上千弘，須藤孝一，榊原健人（2013）「石炭灰に含まれる水溶性有害元素の固定化」第19回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会講演集（CD）

6）井上千弘（2014）「自然的要因に起因するヒ素土壌汚染問題とその修復技術」 平成26年度日本生物工学会大会講演集（アブストラクト提出済）

### 7. 研究者略壓

課題代表者：井上 千弘

東北大學大學院工学研究科修了、博士（農學）、現在、東北大學教授

研究分担者

1) 土屋 範芳

東北大學大學院工学研究科修了、博士（工学）、現在、東北大學教授

2) 須藤 孝一

東北大學大學院工学研究科修了、博士（工学）、現在、東北大學准教授

3) 篠田 弘造

東北大學大學院工学研究科修了、博士（工学）、現在、東北大學准教授
5B-1107 自然由来土壌汚染をもたらす重金属類の環境中での形態変化の解明

（1）自然由来土壌汚染をもたらす重金属類の環境中での形態変化の解明

東北大学・大学院環境科学研究科 井上千弘

東北大学・大学院環境科学研究科 土屋範芳・須藤孝一・小川泰正

東北大学・多元物質科学研究所 篠田弘造

平成23～25年度累計予算額：83,454千円（うち、平成25年度予算額：15,173千円）

## [要旨]

2003年の土壌汚染対策法施行に伴い、都市部での土壌・地下水対策は大幅に前進したが、その一方でいわゆる「自然由来重金属による汚染」にどのように対処するべきかの問題が浮上してきた。しかしながら現在の土壌溶出量基準による評価方法では、環境条件により重金属の存在形態が変化する事が考慮されておらず、汚染のリスク評価や対策を考える上で問題が大きい。したがって「自然由来の重金属含有岩石・土壌」に対し、科学的根拠に立脚した評価手法を開発、確立する事が求められている。この観点から、本研究では自然由来重金属含有岩石・土壌が持つ土壌・地下水汚染のポテンシャルを評価する方法論を確立し、もって「自然由来の重金属による汚染」の判定方法を提案する事を目的とした。

全国各地から集めた微量の重金属類を含有する岩石・土壌に対し、環境条件を変化させたときに重金属類に生じる化学形態変化を評価・解析した。その結果、自然由来の重金属含有岩石・土壌が持つ土壌・地下水汚染の潜在的なリスクとして嫌気的環境下で発生するAsの溶出リスク並びに好気的環境下で発生するCd、Pbの溶出リスクを浮き彫りにできた。これらのリスクは嫌気条件下あるいは好気条件下での長期溶出試験を行うことにより評価できる。嫌気的環境下で発生するAsの溶出は検討を行った16試料中12試料で確認され、浸出時間の進行とともにAs溶出量が増大していった。このAsの溶出は主として嫌気条件下で酸化鉄あるいは水酸化鉄の還元溶解が起こり、そこに吸着したAsも溶液側に溶け出すために生じると考えられた。また、好気的環境下で発生するCd、Pbの溶出の増大はCdが16試料中4試料、Pbが16試料中3試料で認められ、その機構としては主として硫化物の形態で存在するCdやPbが硫化物の酸化とともに溶出するために生じると考えられた。

## [キーワード]

重金属、土壤·地下水污染、土壤環境基準、自然由来、化学形態
### 1. はじめに

2003年の土壌汚染対策法施行に伴い、都市部での土壌・地下水対策は大幅に前進したが、その一方でいわゆる「自然由来の重金属による汚染」にどのように対処すべきかの問題が浮上してきた。国内には全国各地に見られる金属鉱床帯や仙台平野や関東平野、石狩平野、大阪平野などに見られる浅海成の堆積層のように微量の重金属類が存在する地質体があり $ ^{1)-3} $ 、これらを構成成分とする土壌はしばしば土壌汚染対策法で定める土壌溶出量基準を超過している。土壌汚染対策法では自然由来の重金属含有岩石は法律の適用外となっているものの、工事で発生した残土を敷地外に搬出する場合は土壌汚染対策法に準拠した取り扱いが求められているため、膨大な社会的コストが要求される状況になってきている。

土壤汚染対策法で規定している土壌環境基準は土壌溶出量基準と土壌含有量基準の2種類である。自然由来の重金属含有土壤・岩石の場合、実際に基準を超過するのは土壌溶出量基準である。この土壌溶出量基準の判定方法は土壌試料に10倍量の純水を加えて6時間常温で振とう攪拌したときの溶液中の重金属濃度を測定するものであるが、この方法は自然由来の重金属類に適用するには問題点が多いことが最近わかってきた。自然由来の重金属含有岩石・土壌は、土壌汚染対策法で想定している人為的な原因による重金属汚染土壌とは挙動が大きく異なり、環境条件によって化学形態が変化していくことが多いものであるが、土壌汚染対策法で規定された評価方法ではその点が考慮されていない。そのため、土壌や岩石によっては評価時には汚染なしと判定したにもかかわらず、しばらく環境中で放置すると基準を大幅に上回る汚染が生じてしまう恐れがあり、汚染のリスク評価や対策を考える上で問題が大きい。そのため「自然由来の重金属含有岩石・土壌」に対し、早急に科学的根拠に立脚した評価手法を開発、確立し、その知見に基づいた合理的な対策を確立する必要が考えられた。

## 2 ．研究開発目的

本研究では、自然由来重金属含有岩石・土壌が持つ土壌・地下水汚染のポテンシャルを評価する方法論を確立し、「自然由来の重金属による汚染」の判定方法を提案することを目的とする。全国各地から集めた微量の重金属類を含有する岩石・土壌に対し、温度、酸素の遮断などの環境条件を変化させたときに、重金属類に生じる化学形態変化を逐次抽出法、X線吸収微細構造法などにより評価・解析する。同じ試料について、嫌気条件および好気条件で長期間の溶出試験を行い、その経時的変化と重金属類の存在形態変化を合わせて追跡する。これらの実験結果から想定されるいくつかのシナリオに基づき、重金属含有岩石・土壌が開発工事等で一度地表に露出した場合の有効な対処方針を示し、現在稼動中の重金属含有残土堆積場から採取したコアの評価・解析により検証する。

### 3. 研究開発方法

## （１）重金属含有岩石・土壤の収集と前処理

実験に使用する岩石・土壌試料を国内１２ヶ所からボーリング等により採取した。採取試料は風化による形態変化を防ぐために、採取後速やかに窒素ガスを封入した後輸送し、研究室到着後
直ちに低温フリーザー（-20℃）内で保管した。実験には嫌気チャンバー内で解砕あるいはボールミル粉砕後、篩分けを行い-2mm以下としたものを使用した。この試料を以降の試験に用いた。

試料中の重金属類の全含有量分析は以下の方法で行った。試料0.1gを15mlテフロンボトルに入れ、フッ化水素と過塩素酸を各々0.4mlずつ加え、150℃に昇温し1日間加熱した。その後150℃で蒸発乾固を行った。蒸発乾固終了後、濃硝酸1mlを加え、75℃で30分間加熱した。30分後イオン交換水9mlを加え90℃にて1日加熱した。これを室温まで冷やした後イオン交換水にて100mlに定容した。またSi、Al、Mgなどの主要成分は粉末試料を用いてガラスビードを作成し、蛍光X線分析（XRF）により求めた。

土壌汚染対策法で定める溶出量試験は環境省告示18号試験に準じて行った。試料3gとイオン交換水30mlを100mlポリプロピレン製容器に入れて、振とう機(TAITEC製ダブルシェーカーNR-30)を用いて毎分200回で振とうを行った。振とう時間は6時間とした。

また上記の前処理で作製した試料をシャーレにとり、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃のインキュベーター内に、最大2ヶ月間湿度100%で保持して風化を促進させた（これを“風化実験”と称する）。風化試験後の試料について、土壌汚染対策法で定める溶出試験を行い、それらの試料の基本的な特性の評価を行った。またこれらの試料について、以下に述べる形態分析、嫌気条件および好気条件での長期間の溶出試験に供した。

図(1)-1 風化実験の様子

## （２）重金属類の存在形態変化の評価・解析

さまざまな条件での風化や後述の長期間の溶出試験に伴う土壌・岩石試料中の重金属の存在形態の変化を、逐次抽出法、X線吸収微細構造法などにより評価・解析した。逐次抽出法は土壌中の重金属類の化学形態を推測するために開発されてきた方法であり、段階的に抽出液の抽出能力を高めていきながら、各抽出段階で得られた溶出量から、その元素の存在形態を推測する方法である $ ^{4-7)} $ 。抽出液をICP-MSによる高感度分析を行うことにより、ppmレベルで含有される重金属類の化
学形態を推測することが可能である。本研究では下記の逐次抽出法に基づいて、①交換態(硫酸アンモニウム)、②リン酸交換態(リン酸二水素アンモニウム)、③酸化物吸蔵態(pH3シュウ酸緩衝液)、④残渣(全ての試薬で溶出しなかった成分)に形態分類した。以下にそれぞれの特徴を示す。

## · 交换態

層状構造を有する粘土鉱物はその層間にイオンを保持する能力を有する。この層内に存在するイオン（元素）は，交換態と定義される。この層間に存在する元素は、水和半径の小さいイオンが層間へと進入することにより容易に交換(溶出)される。交換態と定義される化学形態も、岩石成分との結合力は強くない。本研究では0.05mol/dm³の硫酸アンモニウムを用いた。

## ・リン酸交換態

砒酸は鉄水酸化物態表面で結合力の強い内圈型錯体を形成しているため、土壌・岩石中から溶出はされにくい。ヒ素と同属であるリン酸イオンは砒酸よりも吸着されやすく、砒酸イオンとリン酸イオンの配位子交換が起こる $ ^{7} $ 。この現象により溶出するヒ素をリン酸交換態と定義する。本研究では抽出溶媒として0.05mol/dm³リン酸二水素アンモニウムを用いた。

## · 酸化物熊

土壤中には鉄やマンガンの酸化物、水酸化物が含まれる場合が多い。これらの酸化物、水酸化物は地表環境では化学的に安定であり、そこに吸着されている重金属類は水に溶出される可能性は低い。その一方で嫌気的環境下では還元溶解を起こすこともある。これらに分類される重金属は酸化物態と定義されている。酸化物態の抽出溶媒として塩酸ヒドロキシルアミンと酢酸の混合溶液が用いられることもあるが、本研究では0.2mol/dm³シュウ酸溶液と0.2mol/dm³シュウ酸アンモニウム溶液を3:4の体積比で混合し、pHを3に調整したものを用いた。

## · 残渣

上述の抽出試薬を用いても抽出されない成分を残渣と定義する。この形態には、硫化鉱物やケイ酸塩鉱物として存在する元素が含まれ、結合力が非常に強いため溶出されることは極めて起こりにくい。本研究では全含有量からpH3シュウ酸緩衝液により抽出されたものの差分を残渣成分と定義した。

未風化試料及び風化試料1gと既定の抽出溶媒20mlを50ml遠沈菅入れ，毎分200回で振とうを行った．振とう時間は交換態が4時間、リン酸交換態が16時間、酸化物吸蔵態を4時間とした。振とう終了後3300rpmで15分間遠心分離し、 $ 0.45\mu m $ メンブレンフィルターフィルターを用い固液分離を行い検液を回収した。

X線吸収微細構造法（XAFS）による分析はXANES(X-ray Absorption Near Edge Structure)とEXAFS(Extend X-ray Absorption Fine Structure)に大別される。このうちXANESからは原子の配置の対称性や電子状態等に関する情報が得られ、対象とする元素の価数を類推できる。一方EXAFSからは動径分布や配位数などに関する情報が得られ、対象元素に近接して存在する元素を類推できる。これらの分析から得られる情報から、土壤中にppmレベルで存在する各重金属類の価数や化合物の形態を推定することが可能になる。本研究のXAFS分析は九州シンクロトロン光研究センター（佐賀県）およびSpring-8（兵庫県）にて実施した。リファレンス試料として3価ヒ素はメタ亜砒酸ナトリウム(NaAsO_{2})、5価ヒ素は砒酸水素ニナトリウム七水和物(Na_{2}HAsO_{4}・7H_{2}O)，硫化物態と素は雄黄(As_{2}S_{3})、または硫砒鉄鉱(FeAsS)を用いた。
## （３）嫌気条件および好気条件での長期溶出試験

上記（1）で用意した土壌・岩石試料（風化させたものとさせないもの）を用いて、嫌気条件および好気条件下で最大6ヶ月間の溶出試験を行い、重金属類溶出の経時的变化（溶液側の分析）と重金属類の存在形態変化（固体側の分析）を合わせて追跡した。その際、一部の試料に対して微生物の栄養源を付加した実験も加え、微生物活動の影響も検討した。

## 1 ）嫌気性条件下における溶出実験

嫌気条件下における溶出実験では100mlバイアル瓶を使用した。イオン交換水100mlを100mlホウ珪酸ガラス製バイアル瓶に入れ窒素ガスをパージして液相と気相の酸素の除去を行った後、試料10gを入れ、さらに窒素ガスで気相ガスの置換を行った。その後迅速にテフロンライナーつきブチルゴムセプタムとパラフィルムで密封した。混合した試料は常温で幅4cm以上5cm以下に調整した振とう機(AS ONE製万能シェーカーAW-1)で毎分200回振とうした。振とう時間は最大2ヶ月とした。振とう終了後窒素を充填したグローブボックス内で試料液を遠沈管に移し、3300rpmで15分間遠心分離した。上澄み液は0.45μmメンブレンフィルターで濾過した。以降の操作は上記好気条件実験と同じである。

図(1)-2 窒素ガスパージによる脱気の様子

## 2 ）好気性溶出実験

試料3gとイオン交換水30mlを100mlポリプロピレン製容器に入れ、シリコ栓を装着し、空気が自由に進入できる状態(開放系)で振とう機(TAITEC製ダブルシェーカーNR-30)を用いて毎分200回で振とうを行った。振とう時間は最大4ヶ月（120日）とした。

振とう終了後，抽出液を50ml遠沈管に移し，3300rpmで15分間遠心分離し，上澄み液を0.45μmメンブレンフィルターで濾過した。濾過直後、溶液のpH測定を行った。濾液のうち15mlは重金属類の沈殿を防止するため，少量の濃硝酸(サンプル1.5mlにつき10：1)を加えた（検液A）。この検液Aを用いて、ICP質量分析装置(以後ICP-MSと略す)により溶出した重金属類の全量分析を行った。また，開放系である好気条件下における実験では，時間経過により水の揮発が発生する。そのため、イオン交換水を添加して蒸発量の補正を行った。
図(1)-3 好気性条件における溶出実験

## 3 ）微生物を添加した嫌気長期溶出試験

嫌気条件下での長期溶出試験に及ぼす微生物の影響を調べるために、あらかじめ実験室で培養した土壌微生物培養液を用いて長期溶出試験を実施した。試験には仙台市内の水田から採取し、TYEG培地（tryptone 1%、yeast extract 0.3%、glucose 0.5%）にヒ酸ナトリウム（As（V）の形態）をAsとして1mg/L加えた培地を用いて嫌気培養を行なった微生物懸濁液を用いた。この集積培養にはAs（V）を還元する能力が示され、遺伝子解析によりヒ素還元に関与する機能遺伝子asrCの存在が認められた。100mlバイアル瓶に培地を入れ窒素ガスをパージして液相と気相の酸素の除去を行った後、試料10gを入れ、さらに微生物懸濁液を10mL添加して全液量を100mLとした。バイアル瓶を密栓した後、所定期間30℃で振とう培養を行った。

## 4 ）強制酸化試験

試料3.0gに対し10%過酸化水素水30mlをガラス製ビーカー加え、試料の酸化を強制的に進行させた。過酸化水素添加後1日間経過させた後6時間振とうし、以降は1）と同様の手順で元素濃度の分析を行った。

## （４）重金属含有残土堆積場における重金属類存在形態の経時的変化

仙台市で現在進行している地下鉄東西線建設工事では、主にヒ素とカドミウムを含む「自然由来の重金属含有岩石」残土が大量に発生する。この残土は採石場跡地を利用した専用の建設残土堆積場に運搬され、跡地の充填剤として活用されながら、溶出が生じないよう管理されており、平成25年までに総量約60万m³の埋め立て処理が計画されているものである。この残土堆積場から採取したコアを用いて、上記（1）～（3）の手法を用いて、実現場における重金属類の存在形態の経時的変化を評価・解析した。
## 4 ．結果及び考察

## （１）重金属含有岩石・土壤の収集と前処理

実験に使用した岩石・土壌試料は、北海道札幌市内、山形県西川町内、岩手県盛岡市内、宮城県仙台市内（以上平成23年度採取）、福島県会津若松市、秋田県大館市、福岡県添田町、東京都町田市（以上平成24年度採取）、秋田県横手市、青森県弘前市、千葉県市原市、大阪府高槻市（以上平成25年度採取）の12ヶ所からボーリング等により採取した。それぞれの試料をSPB（北海道札幌市）、YMB（山形県西川町）、MRB（岩手県盛岡市）、SNB（宮城県仙台市）、AIB（福島県会津若松市）、ODB（秋田県大館市）、FSB（福岡県添田町）、MCB（東京都町田市）、YTB（秋田県横手市）、HRB（青森県弘前市）、ICB（千葉県市原市）、TYB（大阪府高槻市）と命名した。対象にした地質体と懸念される溶出の懸念される有害重金属類を試料ごとにまとめ、表(1)-1に示した。

採取した各地点の試料のうち、平成23年度に採取した試料は各地点で2種類（異なるボーリング深度）、平成24年度、25年度に採取した試料は各地点1種類の試料を試験に供した。各試料の重金属類の全含有量のデータを表(1)-2に示す。また、公定法による溶出量試験（純水による抽出）の結果を表(1)-3に示す。さらに比較対照として用いるため、畑土壤4種と石炭灰試料4種を合わせて試験に供した。それぞれの試料の重金属含有量を表(1)-4に示した。参考のため、土壤汚染対策法で定められた主な重金属類の土壤溶出量基準と土壤含有量基準の値を参考表に示す。

表(1)-2より検討を行った全試料において、全含有量は土壌含有量基準（1 MHC1で溶出する重金属量を含有量で表示したもの）の範囲内であったので、今回検討した試料は土壌含有量を超過しないものであった。表(1)-3より調査を行った12地点のうち9地点の試料で土壌溶出量基準を超過した。このうち、SPB-1-3はAs溶出量が環境基準（10 μg/L）の約10倍であり、この試料はAsの全含有量が140mg/kgと極めて高かった。この他As溶出値が土壌溶出量基準値を超過したものはAIB-3、MCB-2、ICB-2、TYB-1であり、土壌溶出量基準の1～2倍の超過であった。これらの試料は淡水性堆積物のAIB-3をのぞき浅海成堆積物層由来のものであった。

またYMB-1-8は、Cdの水溶出量が環境基準（ $ 10\ \mu g/L $ ）を1.6倍超過し、Znの溶出量も高い値を示した。この試料はCdの含有量が1.7 mg/kgと他の試料よりも高く、溶出試験の際の検液のpHが4を下回った。YMB-1-8以外にCdの溶出量基準を超過する試料はなかった。

Pbの水溶出量が環境基準（10 μg/L）を超過したものは、MRB-1-4、MRB-1-6、SNB-2-3、YTB-1およびICB-2の計4地点の試料であり、基準値を最大5.6倍超過していた。MRB-1-4およびMRB-1-6は超塩基性岩の分布域から採取した岩石でありCrとNiを多く含んでおり、これらの元素はさほど溶出しないものの、Pbの溶出量が環境基準を超過した。SNB-2-3およびICB-2は浅海成堆積物層由来の試料であり、YTB-1は内陸盆地堆積物由来の試料である。