イネを使って環境修復
「カドミウム汚染土壌の浄化技術」
土壌環境研究領域
村上 政治
内容
１． なぜ
植物を用いた土壌浄化
なのか？
２． Cd汚染水田土壌に適した
浄化植物の選抜
３． Cd高吸収イネの
Cd吸収を最大化
する
水管理法
の検討
４． Cd高吸収イネを用いたファイトレメディエーション
土壌
と後作
食用イネ
のCd濃度の
低減効果
５．
収穫
・
乾燥
・
焼却
６． まとめ
カドミウム
カドミウム（
Cd）
原子番号
48、原子量112
鉱物や土壌などに
天然に存在
亜鉛族
元素のひとつ
二次電池（ニッカド電池）の電極
合金の成分
顔料
（カドミウムイエロー、カドミウムレッド）
メッキ
塩化ビニールの安定剤
原子炉の制御用材料
Cdとその化合物
国際がん研究機関
WHOの下部機関
（
International Agency for Research on Cancer）
1993年
Group１
ヒトに対して
発がん性
が認められる
（
Carcinogenic)
工業製品としての利用
忌避
される
傾向
水田土壌のCdの由来
亜鉛鉱石
（銅、鉛採掘の際の廃石）
と一緒に産出
20世紀初頭～亜鉛
精錬
が可能
→
大量
の亜鉛鉱石が
採掘
亜鉛採掘や精錬時：
未回収
の
Cd
閃亜鉛鉱
(ZnS)
sphalerite
下流域の水田
Cdに汚染
神岡鉱業亜鉛製錬工場と
神通川
鉱山、精錬所、廃石等堆積場
排水
↓
河川
に流入
↓
灌漑水
として利用
精錬所
排煙
コメのCd：これまでの規制と対策
1970年
7月 Cd
＜
1
玄米：
有害ではない
（厚生省の微量重金属調査研究会）
準汚染米
（
0.4＜
Cd
＜
1
玄米）：食糧庁
買入
、合板用のり等
10月 食品衛生法：玄米中Cd基準値：
1
mg kg
-1
（厚生省）
汚染米
（
Cd
＞
1
玄米） ：全て
焼却
1971年
6月 農用地土壌汚染防止法
汚染米
産出農地：
汚染農用地
と指定
（
6941ha）
→
恒久
浄化対策として
客土
を実施（
6084ha：平18末
88％
完了）
2004年～
準汚染米
：
政府買入廃止
→
（社）全米麦改協
買入条件：
吸収抑制対策：
アルカリ資材施用、出穂前後３週間湛水
高Cd汚染
（Cd＞１
汚染米
産出）
水田対策：
客土
汚染土壌
除去（排土）
汚染土壌
非汚染土壌
（山土）
上乗せ客土
20～40cm
排土客土
汚染土壌
非汚染土壌
（山土）
高コスト
（520万円
/10a）
大量の山土必要（山林破壊）
●
完了地域 (
88
%)
●
実施地域
低～中Cd汚染
（0.4≦Cd＜1
準汚染米
産出）
水田対策
出穂前後３週間湛水法
Cdの存在形態
湛水
土壌:
Cd
２＋
＋S
２－
＝
CdS
↓
（
難溶
性）
落水
土壌:
CdS
↓
＋２O
２
＝Cd
２＋
（易溶性）
＋SO
４
２－
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2間断かんがい
出穂前後3週間湛水
玄米
Cd
濃度
(m
g
kg
-1)
土グチャグチャ：コンバイン収穫
難儀
間断かんがい（通常の水管理）
中干しo
r o r o r o
o r o r o r
出穂前後3週間湛水栽培
中干しo
還元(r)
還元
酸化(o)
湛水
間断かんがい
花水
間断かんがい
落水
還元
還元
酸化(o)
湛水
湛水
落水
低～中Cd汚染
（0.4≦Cd＜1
準汚染米
産出）
水田対策
アルカリ資材施用法
Cd吸収抑制効果：
安定せず
4
5
6
7
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
対照区
ケイ酸Ca施用区
(830 kg 10a-1)
p
H
(H
2
O)
玄米
Cd
濃度
(m
g
kg
-1
)
玄米Cd濃度
pH (水)
新たな土壌浄化技術の開発が必要
2006年7月：
コーデックス委員会：コメ
Cd国際基準値：0.4 mg kg
-1
2010年4月（告示、2011年2月28日施行）
厚労省：コメ
Cd国内基準値 1.0 →
0.4
mg kg
-1
準汚染米
産出
数万
ha
：
Cd汚染農地指定対象
アルカリ資材施用、出穂前後３週間湛水管理法
→
効果不明瞭
、
地耐力確保困難
客土
→
高コスト
、
大量
の
非汚染山土
が
必要
大規模
農地に適用可能・
低コスト
欧米で最も研究されている浄化植物
超集積
植物：
野生
種 高レベル汚染地で生育（有害化学物質耐性高い）
植物を用いた土壌浄化技術
（ファイトレメディエーション）
安価
で
広範囲に適用可能
な汚染土壌の浄化技術として有望視
有害化学物質を蓄積可能な植物（浄化植物）
栽培
・地上部を
収穫・搬出
土壌中の有害化学物質を除去する方法
(Phytoextraction)
最も有名な
Cd超集積植物
アブラナ科グンバイナズナ属
Thlaspi caerulescens
南フランスのエコタイプ
浄化植物として非常に高い潜在性
(Chaneyら, 2004)
浄化対象
（
0.4≦Cd＜1
準汚染米
産出水田）
面積：
数万
ha
、 土壌
Cd濃度：数mg kg
-1
以下（
低～中
汚染レベル）
気候：
温暖湿潤
超集積植物は実用的ではない
T. Caerulescens
生育遅、生育量小、ロゼット状
→
機械収穫困難
Brownら, 1995; Ebbsら, 1997
低
~中レベルのCd汚染水田
→
高い
Cd吸収効率は得られない
Brownら, 1995
→
雑草との競合
Robinsonら, 1998
→
病気に罹患しやすい
McGrathら, 2000
低
~中レベルのCd汚染水田での浄化植物：
不適
超集積植物を浄化植物としたファイトレメディエーション
１９８０年代から行われているが、いまだに
実用化
例の報告
なし
実用的な浄化植物の選抜基準
優先順位
浄化植物の選抜
超集積植物
今回
高Cd吸収性
１（◎）
３
機械化栽培体系
の有無
２（×）
２
浄化対象地域の
気象条件
に適合
３（×）
１
実用化例
なし
？
水田・転換畑で
機械化栽培
可能
Cd吸収量
の
高
い品種
２．Cd汚染水田土壌に適した
浄化植物の選抜
水田・転換畑で機械化栽培可能
イネ、ダイズ、トウモロコシ
Cd吸収量の比較
Murakami, M.; Ae, N.; Ishikawa, S.
0
1
2
3
4
5
玄米
Cd
濃度
(m
g
kg
-1
)
インディカ
ジャポニカ
密陽 23号
IR8
日本晴
灰色低地土（全Cd: 0.9 mg kg
-1
）
Arao, T.; Ae, N. Genotypic variations in cadmium levels of rice grain. Soil Sci. Plant Nutr. 2003, 49, 473–479.
イネCd濃度の品種間差
ジャポニカ
＜日印交雑、インディカ
0
0.1
0.2
0.3
0.4
ダ
イ
ズ
子
実
Cd
濃度
(m
g
kg
-1
)
高Cd品種
低Cd品種
スズユタカ
エンレイ
ダイズCd濃度の品種間差
エンレイ
＜スズユタカ
黒ボク土（全Cd: 0.4 mg kg
-1
）
供試品種
黒ボク土（
3.4 mg kg
-1
）
灰色低地土１（
1.7 mg kg
-1
）
灰色低地土２（
0.3 mg kg
-1
）
ポット栽培試験
トウモロコシ
ゴールドデント
（市販品種）
ダイズ
エンレイ
（低
Cd）、
スズユタカ
（高
Cd）
イネ
日本晴
（低
Cd）
、
密陽２３号
（高
Cd）
Murakami, M.; Ae, N.; Ishikawa, S.
栽培風景
Murakami, M.; Ae, N.; Ishikawa, S.
地上部乾物重
トウモロコシ
≧ダイズ＞イネ
0
10
20
30
40
50
60
黒ボク土
灰色低地土１
灰色低地土2
地
上
部乾
物重
(g
po
t
-1
)
ゴールドデント
エンレイ
スズユタカ
日本晴
密陽23号
c
c
a
b
b
b
b
b b
a
c
a
c
a a
Murakami, M.; Ae, N.; Ishikawa, S.
地上部Cd濃度
トウモロコシ≦ダイズ≦イネ
≦ダイズ
≦イネ
（エ）
（日）
（ス）
（密）
0
2
4
6
8
10
12
14
黒ボク土
灰色低地土１
灰色低地土2
地上部
Cd
濃度
(µ
g
g
-1
)
ゴールドデント
エンレイ
スズユタカ
日本晴
密陽23号
c
a
b
ab
b
ab
bc
b
b
d
a
a
c
a
c
Murakami, M.; Ae, N.; Ishikawa, S.
0
50
100
150
200
250
300
350
黒ボク土
灰色低地土１
灰色低地土2
地上部
Cd
吸収
量
(µ
g
po
t
-1
)
ゴールドデント
エンレイ
スズユタカ
日本晴
密陽23号
c
a
a
b
b
b
bc
b
b
a
a
a
c
a
c
地上部Cd吸収量
トウモロコシ≦ダイズ≦イネ
≦ダイズ
≦イネ
（エ）
（日）
（ス）
（密）
ダイズ：
不適（落葉）
、イネ：
適
Murakami, M.; Ae, N.; Ishikawa, S.
３．イネのCd吸収を最大化する
水管理法の検討
Ibaraki, T.; Kuroyanagi, N.; Murakami, M.
Cd吸収量
収量
（
初期湛水で分げつ確保
）
×
Cd濃度
（
落水継続で最大化
）
落水時期を変えた栽培試験
水稲栽培における
通常
の水管理法
間断かんがい法
中干し
o
r o r o r o
o r o r o r
還元(r)
還元
酸化(o)
湛水
間断かんがい
花水
間断かんがい
落水
水田土壌中でのカドミウム（
Cd）の存在形態
湛水時：
Cd
２＋
＋
S
２－
＝
CdS
沈澱
（難溶化）
落水時：
CdS
沈澱
＋２
O
２
＝
Cd
２＋
（可溶化）
＋
SO
４
２－
→
落水
状態を
継続
：イネの
Cd濃度高まる
生育初期の
1ヶ月（30日）～1ヶ月半（45日）の間（最高分げつ期まで）
湛水なし
：イネの分げつ数が減少
→
収量減
(高橋, 1974)
圃場試験
圃場：九州地方
灰色低地土
（Cd: 2.6 mg kg
-1
）
イネ品種：
密陽23号、モーれつ
施肥量
（N、P、K）
： 14、43、87
（緩効性肥料）
移植間隔：15（株間）×30 （条間）cm
移植時期：6月下旬
落水
時期：移植
35、60、84
日後（
それ以降入水なし
）
収穫時期：10月中旬
Ibaraki, T.; Kuroyanagi, N.; Murakami, M.
地上部乾物重
落水時期による大きな差は見られず
0
2
4
6
8
10
12
14
16
7
/2
3
7
/3
0
8
/6
8
/1
3
8
/2
0
8
/2
7
9
/3
9
/1
0
9
/1
7
9
/2
4
1
0
/1
1
0
/8
1
0
/1
5
地上部乾物重（
Mg
ha
-1
)
移植35日後落水「モーれつ」
移植35日後落水「密陽23号」
移植60日後落水「モーれつ」
移植60日後落水「密陽23号」
移植84日後落水「モーれつ」
移植84日後落水「密陽23号」
Ibaraki, T.; Kuroyanagi, N.; Murakami, M.
0
5
10
15
20
25
30
7
/2
3
7
/3
0
8
/6
8
/1
3
8
/2
0
8
/2
7
9
/3
9
/1
0
9
/1
7
9
/2
4
1
0
/1
1
0
/8
1
0
/1
5
地上部
Cd
濃度（
mg
kg
-1
)
移植35日後落水「モーれつ」
移植35日後落水「密陽23号」
移植60日後落水「モーれつ」
移植60日後落水「密陽23号」
移植84日後落水「モーれつ」
移植84日後落水「密陽23号」
地上部Cd濃度
早期
（移植３５日後）
落水
区：最大
密陽23号
＜モーれつ
Ibaraki, T.; Kuroyanagi, N.; Murakami, M.
地上部Cd吸収量
早期
（移植３５日後）
落水
区：最大
密陽23号
＜モーれつ
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
7
/2
3
7
/3
0
8
/6
8
/1
3
8
/2
0
8
/2
7
9
/3
9
/1
0
9
/1
7
9
/2
4
1
0
/1
1
0
/8
1
0
/1
5
地上部
Cd
吸収量（
g
ｈ
a
-1
)
移植35日後落水「モーれつ」
移植35日後落水「密陽23号」
移植60日後落水「モーれつ」
移植60日後落水「密陽23号」
移植84日後落水「モーれつ」
移植84日後落水「密陽23号」
Ibaraki, T.; Kuroyanagi, N.; Murakami, M.
地上部Cd吸収量（早期落水）
モーれつ
＜
IR8
0
5
10
15
0
200
400
600
800
モーれつ
IR8
地上部乾物重
(M
g
h
a
-1
)
地上部
Cd
吸収量
(g
h
a
-1
)
Cd吸収量
乾物重
Cd濃度
40 mg kg
-1
Cd濃度
50 mg kg
-1
Ibaraki, T.; Kuroyanagi, N.; Murakami, M.
移植30~45日後（最高分げつ期）落水、その後入水しない
「早期落水法」
イネ地上部Cd吸収量：
最大化
Ibaraki, T.; Kuroyanagi, N.; Murakami, M.
Practical phytoextraction in Cd-polluted paddy fields using a high Cd accumulating rice plant cultured by early drainage of irrigation water. Soil Sci. Plant Nutr. 2009, 55, 421–427.
早期落水栽培（ファイトレメディエーション用）
中干し間断かんがい（通常の水管理）
中干しo
r o r o r o
o r o r o r
出穂前後3週間湛水栽培（Cd吸収抑制法）
中干しo
還元(r)
還元
酸化(o)
湛水
間断かんがい
花水
間断かんがい
落水
還元
還元
酸化(o)
湛水
湛水
落水
湛水
還元
落水
酸化
４．Cd高吸収イネ品種を用いた
ファイトレメディエーション
土壌
・後作
食用イネ
Cd濃度の
低減効果
Honma, T.; Oba, H; Kaneko, A.; Hoshino, T.; Murakami, M.; Oyama, T.
Phytoremediation of Cd by rice in low-level of Cd contaminated paddy field. Jpn. J. Soil Sci. Plant Nutr. 2009, 80, 116–122.
Murakami, M.; Nakagawa, F.; Ae, N.; Ito, M.; Arao, T.
Phytoextraction by rice capable of accumulating Cd at high Levels: Reduction of Cd content of rice grain. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 5878–5883.
村上、阿江、荒尾、中川、本間、茨木、伊藤、谷口
カドミウム高吸収イネ品種によるカドミウム汚染水田の浄化技術（ファイトレメディエーション）を開発―新たな低コスト土壌浄化対策技術として期待―、農環研プレスリリース、2009
土壌Cd濃度：
30~40%↓
収穫した地上部は、その都度水田の外へ持ち出し
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
栽培前
IR8
3作後
土壌
Cd
濃度（
m
g
/k
g
）
31%↓
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
栽培前
長香穀
2作後
38%↓
食用イネ玄米Cd濃度：
40~50%↓
通常の水管理
（間断かんがい）
栽培
対照区：
Cd高吸収イネ品種による早期落水栽培を実施せず
0
0.1
0.2
対照区
IR8
3作跡
玄米
Cd
濃度（
m
g
/k
g
）
39%↓
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
対照区
長香穀
2作跡
47%↓
5．
収穫
・
乾燥
・
焼却
村上、阿江、荒尾、中川、本間、茨木、伊藤、谷口
カドミウム高吸収イネ品種によるカドミウム汚染水田の浄化技術（ファイトレメディエーション）を開発―新たな低コスト土壌浄化対策技術として期待―、農環研プレスリリース、2009
もみわら分別収穫、現場乾燥法
収穫
玄米のみ、稲わらは圃場へ排出
稲わら：圃場で数日間天日乾燥
ベーリング
天日乾燥後の稲わら
ロールベールを作成
圃場乾燥
圃場に敷いたパレットの上にロールベールを乗せ
上部を透湿防水シートで覆い
約
2ヵ月間圃場に放置し、乾燥
村上、阿江、荒尾、中川、本間、茨木、伊藤、谷口 カドミウム高吸収イネ品種によるカドミウム汚染水田の浄化技術（ファイトレメディエーション）を開発―新たな低コスト土壌浄化対策技術として期待―、農環研プレスリリース、2009 （http://www.niaes.affrc.go.jp/techdoc/press/090821/press090821.html）わら水分 70%→
20~40%↓
収穫直後
天日乾燥後
圃場乾燥
0
10
20
30
40
50
60
70
80
東北
北陸
九州
稲わ
ら
の含
水率
（％）
収穫時
天日乾燥後
圃場乾燥後
もみ：フレコン
（ポリエチレン）
バック＋透湿防水シート
約
2カ月間、圃場に静置
→水分含量
約
20％
で変化なし、
腐敗・発芽なし
村上、阿江、荒尾、中川、本間、茨木、伊藤、谷口 カドミウム高吸収イネ品種によるカドミウム汚染水田の浄化技術（ファイトレメディエーション）を開発―新たな低コスト土壌浄化対策技術として期待―、農環研プレスリリース、2009 （http://www.niaes.affrc.go.jp/techdoc/press/090821/press090821.html）6
8
10
12
14
16
18
20
30
40
50
60
70
焼却経費（万円
1
d
ry
-t
-1
）
イネの水分含量（％）
水分70%→
40%
焼却コスト
半減
乾燥するほど燃焼しやすい
焼却試験
(ダイオキシン対策済み焼却炉)
排ガス中Cd濃度：検出限界以下
周辺環境への
2次汚染リスク: 低
村上、阿江、荒尾、中川、本間、茨木、伊藤、谷口 カドミウム高吸収イネ品種によるカドミウム汚染水田の浄化技術（ファイトレメディエーション）を開発―新たな低コスト土壌浄化対策技術として期待―、農環研プレスリリース、2009 （http://www.niaes.affrc.go.jp/techdoc/press/090821/press090821.html）収穫直後
天
日
乾
燥
後
圃
場
乾
燥
後
0
5
10
15
20
25
30
収穫直後
（わら水分７0%）
分別収穫・現地乾燥後
（わら水分40%）
コ
ス
ト
(作
/10
a)
（万
円）
焼却費
乾燥・
輸送費
栽培費
39%
31%
13%
9%
48%
60%
総コスト
約25万円
(/10a/作)
3作：75万円
（客土520万円の約1/7）
栽培費
種子代
肥料代
農薬代
光熱費、動力費
雑費
圃場修繕費、水利用代
諸材料費
作業委託費
減価償却費
修繕費
資本
税金
保険
乾燥・輸送費
現場乾燥費
収穫物輸送代
（圃場から焼却施設まで500km移動と仮定）
焼却費
焼却処理費
焼却灰処理費
村上、阿江、荒尾、中川、本間、茨木、伊藤、谷口 カドミウム高吸収イネ品種によるカドミウム汚染水田の浄化技術（ファイトレメディエーション）を開発―新たな低コスト土壌浄化対策技術として期待―、農環研プレスリリース、2009 （http://www.niaes.affrc.go.jp/techdoc/press/090821/press090821.html）6．まとめ
村上、阿江、荒尾、中川、本間、茨木、伊藤、谷口
カドミウム高吸収イネ品種によるカドミウム汚染水田の浄化技術（ファイトレメディエーション）を開発―新たな低コスト土壌浄化対策技術として期待―、農環研プレスリリース、2009
