北海道立地質研究所報告，第80号，133-139，2009 133

植物の金属成分蓄積に関する基礎資料Basic data on the accumulation of metal component plant

荻野　激・遠藤　祐司Tagiru Ogino and Yuuji Endou

キーワード：植物浄化，金属成分除去，超集積植物Key words : Phytoremediation, Metal removal, Hyperaccmulator plant

近年，植物や微生物など自然の力を活用する環境浄

化は，低コスト，省エネルギーで環境への負荷が小さ

いといった特徴から，土壌・地下水の浄化や水処理に

おいて，環境重視型社会に適した技術として注目され

ている．この中で植物を利用した環境浄化技術（ファ

イトレメディエーション）については，土壌汚染対策

法の施行により，土壌等の浄化に関する市場規模が拡

大していることから，低コストの新しい処理法として

注目されている（田中，2002）．

地質研究所でも，自然の力を利用した環境浄化技術

の一つとして，ファイトレメディエーションに注目し，

この技術の北海道における実施の可能性を検討するこ

とを目的に，2005年から金属成分を多く吸収・集積す

る植物の探索調査を開始した．本稿では，2005年～

2007年までに実施した植物の金属成分の含有量調査の

結果について報告する．

Ⅰ　はじめに

Ⅱ　ファイトレメディエーションについて

ファイトレメディエーションの概念図と浄化機構を

第1図および第1表にまとめた．ファイトレメディエー

ションとは，草・樹木および根圏に生息する微生物を

用いて，土壌，汚泥，底泥および地下水等の汚染物質

を吸収・分解・大気中への放散により低減もしくは固

定化する方法である．さらに植物等の浄化機構（分

解・蓄積等）により，第1表に示すような6種類に分け

られる．また対象となる汚染物質は多く，鉛（Pb）やカ

ドミウム（Cd）などの金属成分に加え，有機性有害物

質や放射性物質などに対しての有効性についても確認

されている（王ほか，2003；長谷川，2002；吉原ほか，

2000）．

金属成分を対象としたファイトレメディエーション

では，以下の特性を持つ植物が理想とされている（王

ほか，2003）．

1. 土壌中の金属成分濃度が低い場合にも，植物が多

く蓄積することができる．

2. 金属成分に対して高い耐性及び高い蓄積能力があ

る．

第1図　ファイトレメディエーションの概念図Fig. 1 Process of pytoremediation．

3. 様々な金属成分を集積する能力がある．

4. 成長が早く，生物量が多い．

5. 病害虫に対して，高い耐性がある．

このうち金属成分を特異的に吸収・蓄積する植物に

ついては，重金属超集積（又は高蓄積）植物

（Hyperaccmulator plant）と呼ばれており，その基準と

して，Lasat（2002）では，Hg：10ppm以上，Cd:100ppm

以上，Co・Cr・Cu・Pb：1,000ppm以上，Zn・Ni：

10,000 ppm以上を蓄積する植物としている．また

Baker and Brooks（1989）では，Zn・Mn:10,000μg/g以上，

Ni・Cu・Co・Pb:1,000μg/g以上，Cd:100μg/g以上と

第1表

Table 1

ファイトレメディエーションの浄化機構（王ほか，2003より抜粋）Purification mechanism of pytoremediation．

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（計31試料）．各地区内同地点で採取した植物・土壌試

料は，地区名と番号（A-①，A-②，B-①，・・・）で

表示している．採取試料は実験室に持ち帰り，金属成

分の含有量分析に供した．植物の含有量分析では，地

上部（葉・茎など）と地下部（地下茎・根）に分けて分析

をおこなったが，一部の植物体については，乾燥重量

が小さくなったため，地上部のみもしくは地上部・地

下部に分けずに分析した（全体）．なお重金属超集積植

物とする基準としては，Lasat（2002）とBaker and

Brooks（1989）が示した値を用いた．

以下に分析方法と分析した成分等を示す．

植物分析：伊藤ほか（1994）に基づき，試料を蒸留水

で洗浄後，乾燥器中で約85度，72時間乾燥し，ミキサ

ーにより粉砕した．更に約85度で4時間乾燥した試料

をマイクロウエーブシステム（O・I・アナリティカ

ル:Model7295，試料0.5gにHNO3：5ml, H2O2：2mlを添

加）で溶液化し，原子吸光光度法（日立製作所：Z-

6000,Z-6100）で分析した．分析項目は，Mn，Cu，Pb，

ZnおよびCdである.

土壌分析：試料を風乾後，振動ミル（タングステン

カーバイト製）で粉砕した（粒径は未測定だが，およそ

数十μm以下）．その後，マイクロウエーブシステム

（O・ I・アナリティカル :Model7295，試料0 .2gに

HNO3：2ml,HCl：3ml,HF：3mlを添加）で溶液化し，原

子吸光光度法（日立製作所：Z-6000,Z-6100）で分析し

た．分析項目はMn，Cu，Pb，ZnおよびCdである.

第2図に各地区で採取した植物の金属成分含有量の

結果を示す．

A地区では，A-①の金属成分含有量において，地下

部で銅（Cu）：2,780μg/g，鉛（Pb）：3,360μg/gおよび

亜鉛（Zn）：2,870μg/gとなっており，CuとPbは上述し

た超集積植物の基準（Cu・Pb：1,000μg/g以上）を満た

した．地上部でもPb：1,000μg/g，Zn：3,430μg/gお

よびカドミウム（Cd）：190μg/gと高く，PbとCdで基

準（Pb：1,000μg/g以上，Cd：100μg/g以上）を満たし

ている．Znも基準（10,000μg/g以上）は満たしていな

いが，地上・地下部共に比較的高い含有量となってい

る．また地上部のZnとCdは，地下部よりも高い含有

量となった．A-②については，基準を満たすかそれに

近い含有量の成分は見られなかった．

B地区では，B-①のCdで特徴的に含有量が高くなっ

ており，地上A：530μg/g，地上B：323μg/gと，いず

れも基準を大きく超えている．その他の成分は，特に

高い含有量ではなかった．B-②・B-③では基準値以上

もしくはそれに近い含有量の成分は無かった．B-④で

は，地下部のCuが1,170μg/g と基準を満たした．また

地下部のZn：1,170μg/g，地下部Cd：62μg/g，地上部

定義している．重金属超集積植物はこれまでに国内外

の研究で約400種が発見されており，第2表にその一例

を示す（長谷川，2002）．

ファイトレメディエーションは，一方で効率性が悪

く（処理時間が長いなど），地域環境・自然条件に左右

されることなど，いくつかの課題もある．このため国

内では，実証試験例はあるが，実際に土壌浄化に利用

された実績はまだ報告されていない（吉田ほか，2005）．

現在も，より集積力の高い植物の探索や，キレート剤

を散布して金属成分の吸収力を高めて効率的に浄化す

る方法（例えば佐藤ほか，2005；小野田，2003），さら

に遺伝子組替えによって集積力等を高めた植物を作

り，効率的・効果的に土壌浄化をおこなう研究（例え

ば長谷川，2002；吉原ほか，2002）などが実用化を目

指して実施されている．

本調査研究では，植物の探索を効率的におこなうた

め，土壌中金属成分濃度が高いと考えられる地区（休

廃止鉱山・鉱山跡地）に自生する植物を調査・分析対

象とした．これは金属成分の含有量が高い土壌に生育

している植物は，金属成分に対し耐性があり，集積能

力もあると考えられるためである．

休廃止鉱山・鉱山跡地では，露天掘り跡地，坑口周

辺およびズリ堆積場跡地などを中心に，自生植物と，

その植物近傍の土壌（植物から30cm以内，地表面から

5～30cm程度の深さ）を採取した（一部地区を除く）．

試料の採取は，主に6～8月の夏期と10～11月の秋期に

おこない，植物はA～Fの6地区と，枝幸町歌登地区の

旧本庫鉱山（日本鉱業協会，1968）および上ノ国人工湿

地試験地（荻野ほか，2008）の2地区の合計8地区で，各

地区2～7試料（計28試料）を採取した．土壌は旧本庫鉱

山・上ノ国人工湿地試験地を除き植物試料に合わせて

採取し，その他に地区内数箇所で土壌のみを採取した

Ⅲ　探索調査概要

Ⅳ　調査結果

第2表 重金属超集積植物の例（長谷川，2002より抜粋）Table 2 Hyperaccmulator plant of heavy metals．

植物の金属成分蓄積に関する基礎資料（荻野　激・遠藤祐司） 135

Cd：71μg/gと，基準を満たしてはいないが高い含有

量となっている．

C地区ではC-②の地下部でZnが920μg/gと，基準を

満たしていないが，やや高い含有量となっている．D

地区では，地上・地下と分けていないが，D-③のCu

が1,410μg/gと基準値を超えている．この他にC地区

とD地区では，基準値以上もしくは基準に近い含有量

の成分を有している植物は確認されなかった．

E地区およびF地区では，基準値以上かそれに近い

含有量の成分を有する植物は確認されなかった．本庫

鉱山でも同様に含有量が高い植物はなかった．上ノ国

第2図　植物の金属成分含有量（μg/g）Fig. 2 Metal concentration of plants．

人工湿地では，上ノ国-①で基準値と同程度かそれ以

上の含有量の成分は無く，上ノ国-②は地下部マンガ

ン（Mn）が，1,490μg/gと基準値を超えていないが高い

含有量となった．それ以外で高い含有量となった成分

は確認されなかった．

第3図に植物の含有量（μg/g）と土壌の金属成分含有

量（μg/g）との関係を示した．各地区では，植物とそ

の近傍で採取した土壌試料について示している．また

Ⅴ　考　　察

北海道立地質研究所報告，第80号，133-139，2009136

別の種類の植物を同地点で採取した場合は，同じ土壌

で比較している．

超集積植物の基準値を超えた含有量の金属成分を有

していたA地区のA-①，B地区のB-①・B-④およびD

地区のD-③の4試料について見てみる．A-①では，地

上・地下部で基準値を超えたCu・Pb・Cdと，基準以

下であるが高い含有量を示したZnの各成分が，土壌

含有量よりも高い値となっており，多くの金属成分に

対する集積能力が確認された．B地区で基準値を超え

たB-①のCdとB-④のCuでも同様に土壌の含有量より

も高い値となった．特にB-①の植物中Cd含有量は323

～530μg/gで，土壌中Cd含有量の16μg/gに対して20

～33倍もの値となっており，Cdに対して非常に高い

集積能力が確認された．またB-①ではCd以外の成分

では土壌含有量よりも高くなることはなかったが，B-

④では基準値以下であるが高い含有量だったZn・Cd

で，土壌中含有量よりも高い値となった．B-④は複数

の金属成分に対し，ある程度の集積能力があることが

確認できた．D地区のD-③では，基準値以上の含有量

だったCuと基準値以下のZn・Mnで，土壌の含有量よ

りも高い値を示し，B-④同様に複数の成分における集

積能力があることが確認できた．

また基準を満たした金属成分を有していない植物試

料においても，D-②などのいくつかの植物でZn・Mn

などの成分が土壌中含有量よりも高い値を示した．

本調査で採取した植物について，ファイトレメディ

エーションの適応可能性について検討してみると，複

数の金属成分で一定の集積能力が確認されたA地区A-

①・B地区B-④・D地区D-③と，Cdに対し非常に高い

集積能力が見られたB地区B-①がファイトレメディエ

ーションに適した特性を有していると考えられる．

この中でA-①とB-④について，北海道立林産試験場

の協力のもと，採取した試料について植物の特定を試

みた．採取した葉の形状や鱗片等を調べた結果，両植

物共にシダ類のヘビノネゴザ（オシダ科，学名

Athyrium yokoscense）と確認できた（第4図）．B-①とD-

③については，葉の形状などが十分に判断できない状

態であったため，特定ができなかったが，B-①はシダ

類の一種（おそらくヘビノネゴザ）と考えられる．

ヘビノネゴザは，北海道から九州までの広い範囲に

分布し，金属成分が高濃度に含まれている土壌でも生

育することから，古くから金属鉱床を探す際の指標植

物として知られている．また国内に自生する代表的な

Cdの超集積植物ともされている（吉原，2002）．ヘビ

ノネゴザの金属成分含有量については，北海道自生で

の報告例はほとんどないが，本州の調査例では，Cd

について永島ほか（2005）で132mg/kg，茅野（1995）では

4～13ppm，森下（1973）では4mg/g程度と報告されてい

る．本調査で得られたヘビノネゴザ（A-①，B-①およ

びB-④）のCd含有量は，森下（1973）よりも低いが，十

分に高い含有量となっており，北海道で自生している

ヘビノネゴザにおいても，金属成分に対する耐性や集

積能力があることが確認された．

一方採取したヘビノネゴザなかで，Cu，Pbおよび

Znの集積能力に違いが見られた． A-①とB-④では，

Cd以外のCu，PbおよびZnでも高い集積能力を示して

いるが， B-①ではCdだけであった．ヘビノネゴザに

ついては，本調査のA-①とB-④でも見られているよう

にPbなどでも高い集積力が報告されている（本浄ほか，

1980；森下，1973）．B-①がCd以外の金属成分で高い

集積力が確認されなかったことについては，採取時期

の違いが主な要因と推測される．A-①とB-④のヘビノ

ネゴザは，7～8月に採取しているが，B-④は11月に採

取している．ヘビノネゴザの成長期（6～8月）には，多

様な金属成分を吸収・蓄積するが，枯れる時期（10～

12月）には吸収・蓄積した成分の中で，一部の成分を

除き土壌中に戻している（または放出している）可能性

が考えられる．またB-①とB-④では，植物の近傍で採

取した土壌の金属成分含有量で違いが見られる．特に

CuやPbでは3～10倍の違いがある．そのため土壌中の

金属成分含有量，土壌中金属成分の存在形態などの差

異で集積能力に差が出た可能性も否定できない．これ

らのことについては，今後も検討が必要であろう．

本調査の結果をまとめると以下のようになる．

1．北海道内の鉱山跡地等に自生している数種の植物

を対象として，Cu，Pb，Zn，CdおよびMnについ

て吸収・集積能力に関する基礎的調査をおこなっ

た．

2．調査した植物の中で，ヘビノネゴザのCu，Pbおよ

びCdの含有量が，超集積植物の基準を満たしてい

ることを確認した．またZnも基準を満たしていな

いが，高い含有量であった．

3．ヘビノネゴザでは，季節的に金属成分の含有量が

変動する可能性が示唆された．

本調査結果から，北海道に自生しているヘビノネゴ

ザによるファイトレメディエーションの可能性が示さ

れた．今後，季節的な変動，適切な刈り取り時期の検

討などファイトレメディエーションの実現に向けさら

に調査・研究を実施する予定である．

本調査を進めるにあたり，休廃止鉱山関係者の方々

には植物採集等でご協力をいただいた．また植物の鑑

定，採取方法などでは北海道立林業試験場　長坂流域

保全科長から貴重なアドバイスをいただいた．ここに

Ⅵ　まとめ

謝　　辞

植物の金属成分蓄積に関する基礎資料（荻野　激・遠藤祐司） 137

第3a図　植物と土壌の金属成分含有量（μg/g）の関係（A-①～D-②）Fig. 3a Relationship between plants and soil for concentration of metals ．

北海道立地質研究所報告，第80号，133-139，2009138

第3b図　植物と土壌の金属成分含有量（μg/g）の関係（D-③～F-②）Fig. 3b Relationship between plants and soil for concentration of metals．

第4図　ヘビノネゴザ（左：A-①，右：B-④）Fig. 4 Athyrium yokoscense（Left：A-①， Right：B-④）．

植物の金属成分蓄積に関する基礎資料（荻野　激・遠藤祐司） 139

記して以上の方々に深く感謝いたします．

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