Doc:Radiation/Phytoremediation

Revision as of 03:09, 9 April 2011

文責: 有田正規 (東大・理・生物化学）   質問、コメント、誤り指摘、リクエスト等は arita＠bi.s.u-tokyo.ac.jpまで

ファイトレメディエーション

植物を利用して土壌中の汚染物質を除去する手法をファイト（植物による）レメディエーション（修復）と呼びます。主に土壌中の重金属や農薬、石油等を対象にしますが、放射性物質を対象にしたファイトレメディエーションもあります^[1]。大きく分けて二つの手法があります^[2]。

• ファイト（植物による）エクストラクション（抽出）... 重金属等を蓄積し成長の早い植物を植えて金属成分を土壌から除きます
• リゾ（根による）フィルトレーション（濾過）... 水中の金属イオン等を水耕栽培により除きます

まとめ

• ヒマワリは、低濃度の汚染水から放射性物質を吸収するのに大変優れている
• 土壌中のセシウムを、植物を使って除染することは難しい
  • 土壌中のミネラルと結合したセシウムを水溶させるステップが鍵
  • セシウムはカリウムの代わりとして取り込まれるため、肥沃な土地ほど除染は困難
  • 除染が早いほど効率は良い
  • 除染にはカラシ菜やヒマワリが良いが、更なる検討が必要

参考文献

1. ↑ Dushenkov S (2003) Trends in Phytoremediation of radionuclides Plant and Soil 249:167-175
2. ↑ Dushenkov S, Kapulnik Y, Blaylock M, Sorochisky B, Raskin I, Ensley B (1997) "Phytoremediation: a novel approach to and old problem" In Global Environ Biotechnol (D.L. Wise Ed.) 563-572

ファイトエクストラクション

鉛 Pb の場合

用いられる植物

• Thlaspi rotundifolium (L.) Graud.-Beaup

新芽に 8500 μg/g の鉛を蓄積しますがサイズが小さいために実用になりません^[1]。

• Brassica juncea (L.) Czern. (からし菜 Indian mustard)

コントロールされた温室条件下では地上部の2%におよぶ鉛を蓄積し、旺盛に成長するため応用が進んでいます。

一般的に、鉛は植物が吸収できる形で土壌中に存在せず、pH 5.5-7.5 では Pb²⁺ は 10^-8.5 M または 0.6 μg l^-1 程度にしかなりません。金属が溶出しやすいように土壌をEDTA (ethylene-dinitrilo-tetra-acetic acid)等で酸性化する必要があります。

Indian mustardの場合、5週間EDTA等で土壌を改良せずに草丈を大きくし、その後EDTAを添加して１週間ほど吸収させることで植物体の乾燥重量にして1%程度の鉛を蓄積できます。

参考文献

1. ↑ Reeves RD, Brooks RR 1983 "Hyperaccumulation of lead and zinc by two metallophytes from mining areas in Central Europe" Environ Pollut Ser A 31:277-285

セシウム Cs の場合

利用可能な植物（しかし効率は悪い）

• Helianthus annuus L. ヒマワリ
• Brassica juncea カラシ菜

セシウム-137の回収を難しくするのは、その不溶性 (< 0.3% が水溶性) です。有機酸や界面活性剤を土壌に混ぜても溶出せず、5 M の硝酸を過剰に加えると、ようやく 20.7% を回収できる程度です^[1]。

このため植物にとっても、土壌からセシウム-137を回収するのは困難です。10種の植物(Amaranthus bicolor, A. caudatus, A. cruentus, A. hybridus, A. retroflexus; Brassica juncea or Indian mustard, Zea mays or corn, Pisum sativum or peas, Helianthus tuberosus or Jerusalem artichoke, Helianthus annuus or sunflower) で栽培実験をしてみたところ、1 m²あたりおよそ 500g の乾燥重量の植物体が得られてもセシウム-137の量は 1000 ∼ 3000 ベクレル/kg 程度でした ^[2]。EDTA, DTPAなどの土壌改良剤を足しても蓄積量はあまり変わらず、セシウムの蓄積量はヒマワリ (H. annuus) よりもカラシナ (Brassica juncea) のほうが良いという結果でした。根部には地上部の3∼4倍の放射性物質が蓄積します。

ここで土壌および土壌におけるセシウムの状態は大変重要です。上述(1999年)のレポートでは、酸化ウランの核を持つ燃料(fuel)が放射性セシウムと結合したものおよび、セシウムを核にしたアエロゾルが、ローム状の土壌（砂・シルト・粘土を多く含む）の表層5cmにたまった条件で栽培をおこなっています。またチェルノブイリ原発事故が起きた1986年から10年後の1996年に実験をおこなっているのでセシウムの多くが土壌中のミネラル類と強固に結合していると考えられます。ロシア語の論文では、セシウム降下後の約2年間にファイトエクストラクションをおこなうことが重要としています。また、土を耕してセシウムを拡散させると植物体での蓄積量は減ると記されています。

1. ↑ Dushenkov S, Mikheev A, Prokhnevsky A, Ruchko M, Sorochinsky B 1999 "Phytoremediation of Radiocesium-Contaminated Soil in the Vicinity of Chernobyl, Ukraine" Environ Sci Technol 33:469-475
2. ↑ チェルノブイリより10km離れた汚染土壌における実験: pH_KCl 5.5, 有機物含量 2.5%, 電気伝導性 0.20 dS m^-1。土壌の栄養度: 窒素 (N) 96 kg ha^-1, リン酸 (P2O5) 30 kg ha^-1, カリウム 28 kg ha^-1,Mn 29.1 mgkg^-1, Cu 1.4 mgkg^-1, Zn 3.3 mgkg^-1。表土15cmに追加した成分: 石灰岩 (5000 kg ha^-1), 窒化アンモニウム (100 kg ha^-1), 重過リン酸石灰 (288 kg ha^-1), 塩化カリウム (190 kg ha^-1), 硫化アンモニウム (190 kg ha^-1)。カラシ菜の場合12.5cm間隔で植え6週間後に収穫する作業を3回繰り返して値を計測。表土のセシウム汚染度（ベクレル）は記載なし。

リゾフィルトレーション

セシウム Cs の場合

用いられる植物

• Helianthus annus L. ひまわり

根を密に張り吸収した金属を地上部に送らないので、水中の重金属回収に向いています。

• Brassica juncea (L.) Czern. (Indian mustard)

Phytotech社(現在はEdenspace社)がオハイオ州Ashtabulaでおこなった実験では 70-1200 μg/l (平均 300 μg/l) のウランを含む水で、成長したひまわりを2週間水耕栽培し、1500 リットルをウラン 20 μg/l 以下の濃度に下げられました。 またキエフ（ウクライナ）にあるInstitute of Cell Biology and Genetic Engineeringでは 80 Bq/l のセシウム-137, 1250 Bq/l のストロンチウム-90を含む水で、成長したひまわりを2日 × 6 回栽培し、50 リットルの水からセシウムの90%, ストロンチウムの 80%を除去できています。 ひまわりはリゾフィルトレーションに適しており、4週目のひまわりを 750 ml の実験容器で栽培したところ 200 μg/l のセシウムを25時間で 3 μg/l 以下、200 μg/l のウランは 48 時間で 10 μg/l 以下まで吸収したという報告があります^[1]。

参考文献

1. ↑ Dushenkov S, Vasudev D, Kapulnik Y, Gleba D, Fleisher D, Ting KC, Ensley B 1997 "Removal of Uranium from Water Using Terrestrial Plants" Environ Sci Technol 31:3468-74