著者の所属・活動拠点の国は、パキスタン、サウジアラビア、中国です。

掲載誌：Toxics

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

電子機器の廃棄物（電子ごみ）が無秩序に処分・リサイクルされると、さまざまな有害物質が環境中に出ます。その一つが、プラスチックを柔らかくする可塑剤として広く使われるフタル酸エステル類（PAEs）です。代表的なフタル酸ジメチル（DMP）やフタル酸ジ-n-ブチル（DBP）は、非公式な電子ごみリサイクル場の周辺土壌でよく検出されています。著者らによると、これらは環境中に残りやすく内分泌かく乱作用を持つ物質で、土に蓄積すると植物に取り込まれ、生育や収量の質を損ないます。

バイオ炭は、植物などを酸素の少ない状態で加熱して作る炭で、表面積が大きく穴が多いため、有機汚染物質を吸着して動きにくくしつつ、土の肥沃度を高める資材として注目されています。亜鉛などの金属で表面を加工すると、吸着性能が高まることも報告されています。ただし、これまでの吸着研究の多くは水中で一種類のPAEだけを扱っており、亜鉛による加工が性質の異なるDMPとDBPの保持にどれほど寄与するかは十分に分かっていませんでした。そこで研究チームは、ココナッツ殻から作ったバイオ炭と、それを亜鉛で加工したバイオ炭を用意し、PAEの吸着性能と、PAEを含む農地土壌での小麦の生育や土壌の状態への影響を調べました。

何を、どのように調べたか

土壌は、パキスタンのイスラマバード・ラワルピンディ都市圏の郊外農地14地点から、小麦の根が張る深さ0〜15センチの層を採取しました。採取地点は、非公式な電子ごみの取り扱い、道路沿いの堆積、用水路付近への電子・プラスチック廃棄物の投棄など、人の活動の影響を受けた場所です。ただし発生源の特定は行っておらず、検出されたPAEをすべて電子ごみ由来とはしていません。14地点の土を同じ重さずつ混ぜ合わせて一つの試験用土壌とし、そのPAE濃度は1キログラムあたりDMPが約12.4ミリグラム、DBPが約18.7ミリグラムでした。

バイオ炭は、地元の露店から集めたココナッツ殻を粉にし、酸素を制限した炉で600度、2時間加熱して作りました。その一部を硫酸亜鉛の溶液に浸して乾かし、亜鉛加工バイオ炭としました。両者について、表面積や細孔の量、表面の形や元素の組成、結晶の構造などを分析しました。

吸着試験では、DMPまたはDBPを1リットルあたり25ミリグラム含む水100ミリリットルに各バイオ炭0.5グラムを入れ、120分間にわたって液中の濃度の減り方を測りました。

ポット試験では、試験用土壌1キログラムを入れた鉢を、資材なし（対照）、未加工バイオ炭、亜鉛加工バイオ炭の3条件で各3鉢用意しました。55日間暗所で土をなじませたあと小麦を播き、1鉢5株に間引いて育てました。茎の長さ、根の長さ、重さ、葉の面積、根の脱水素酵素活性（微生物や根の代謝の活発さの目安）を測り、収穫後の土壌では酸性度（pH）、陽イオン交換容量（養分となる陽イオンを土が保持できる量）、有機炭素、窒素、微生物の量、酵素活性などを調べました。

主な報告結果

亜鉛加工バイオ炭は、未加工のものよりDMPとDBPの両方を多く吸着しました。吸着がほぼ落ち着いたときの吸着量は、バイオ炭1グラムあたり、DMPで未加工21.40ミリグラムに対し亜鉛加工23.90ミリグラム、DBPで未加工22.19ミリグラムに対し亜鉛加工26.64ミリグラムでした。

ポット試験では、資材の種類が測定したすべての小麦の生育指標と根の脱水素酵素活性に統計的に有意な差をもたらしました。茎の長さ、根の長さ、重さ、葉の面積、根の脱水素酵素活性はいずれも亜鉛加工バイオ炭で最も高く、次いで未加工バイオ炭、対照の順で、3条件の間にはそれぞれ有意な差がありました。なお今回参照できた範囲の原著抜粋には、小麦の体内に取り込まれたPAEの量の結果は含まれていませんでした。

土壌では、pHが対照の5.4から、未加工バイオ炭で6.2、亜鉛加工バイオ炭で6.6に上がり、酸性が弱まりました。陽イオン交換容量も、土1キログラムあたり対照の10.1から、未加工で14.6、亜鉛加工で18.3センチモルに増えました。亜鉛加工バイオ炭を加えた土では、対照に比べて硝酸態・アンモニウム態の窒素、有機炭素、全窒素が増え、微生物の量を示す微生物バイオマス炭素は2倍以上になり、脱水素酵素とリン酸分解酵素の活性も大きく高まりました。

材料の分析では、亜鉛加工によって表面積が1グラムあたり185.4平方メートルから267.8平方メートルに、亜鉛の含有量が120ppmから8138ppmに増えました。加工後の炭には酸化亜鉛だけでなく、原料の硫酸亜鉛の一部も残っていました。

この報告が示すこと

著者らは、亜鉛加工したココナッツ殻バイオ炭が、PAEで汚れた土で小麦の生育を高める土壌改良資材として有望だと結論づけています。汚染物質を土の中で捕まえて動きにくくする働きと、土の化学的・生物的な状態を改善する働きを、一つの資材で兼ねられる可能性があるという見方です。ただし生育の改善とPAEの保持や土壌改善との関係は、結果が同時に見られたという関連として述べられています。

研究チームは複数の限界も挙げています。試験は均一に混ぜた土を使った管理条件下のもので、実際の農地のばらつきを十分に反映しない可能性があります。吸着の仕組みについては、水素結合や疎水性相互作用などが考えられるものの、吸着後の表面を直接分析して確かめてはおらず、速度式の当てはまりの良さも仕組みの証拠ではないとしています。土のpHが上がった具体的な理由も特定できていません。電気伝導度の増加は、有益な養分と望ましくないイオンを区別できないため、養分が増えたことの証拠にはならないとしています。また、未加工バイオ炭を加えた土の収穫後の肥沃度・生物指標の一部は別途測られておらず、葉緑素量や光合成の速さも測定していません。著者らは、実用化の前に野外での検証と長期的な安定性の評価が必要だとしています。

原著論文の著者・所属：Aisha Khaled Chaudhri（Centre of Research Excellence, Earth, Climate and Environemnt (CORE-ECE), Bahria University, Islamabad 44000, Pakistan; Department of Earth and Environmental Sciences, School of Engineering and Applied Sciences, Bahria University, Islamabad 44000, Pakistan）、Aansa Rukya Saleem（Centre of Research Excellence, Earth, Climate and Environemnt (CORE-ECE), Bahria University, Islamabad 44000, Pakistan; Department of Earth and Environmental Sciences, School of Engineering and Applied Sciences, Bahria University, Islamabad 44000, Pakistan）、Nazneen Bangash（Department of Biosciences, COMSATS University Islamabad, Islamabad 44000, Pakistan）、Abdulaziz Alamri（Biochemistry Department, College of Science, King Saud University, P.O. Box 2455, Riyadh 11451, Saudi Arabia）、Mostafa A. Abdel-Maksoud（Research Chair of Biomedical Applications of Nanomaterials, Biochemistry Department, College of Science, King Saud University, P.O. Box 2455, Riyadh 11451, Saudi Arabia）、Aljawharah Fahad Alabbad（Botany and Microbiology Department, College of Science, King Saud University, P.O. Box 2455, Riyadh 11451, Saudi Arabia）、Habib Ullah（Innovation Center of Yangtze River Delta, Zhejiang University, Jiaxing 314100, China; School of Intelligent Electrical and New Energy, Qingdao Hengxing University of Science and Technology, Qingdao 266042, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Aisha Khaled Chaudhri, Aansa Rukya Saleem, Nazneen Bangash, et al. Effect of Coconut Shell and Zinc-Modified Biochar Composite Applications on Phthalate Ester (PAE) Accumulation, Growth Performance, and Soil Health in Wheat (Triticum aestivum L.). Toxics（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-11. DOI: 10.3390/toxics14090810. 原著ライセンス：CC BY.