著者の所属・活動拠点の国は、ポーランドです。

掲載誌：Molecules

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

カドミウムは土の中で動きやすく、毒性が強く、植物に取り込まれやすいため、とくに問題の大きい土壌汚染物質の一つとされています。論文が紹介するメタ分析では、土壌中の許容濃度を超える割合が重金属の中で最も高く、約9.0%に達していました。欧州連合では、20世紀の間に土壌のカドミウム濃度が約50%上昇したとも報告されています。

汚染土壌でカドミウムを動きにくくする材料として、ゼオライトや炭酸カルシウムなどの鉱物系吸着材が研究されてきました。ただし、これまでの研究は個々の材料を単独で調べたものが中心でした。性質の異なる複数の吸着材を比べ、カドミウム以外の金属の吸収や、植物体の中でのカドミウムの移動・分布まで調べた研究は少ないと著者らは指摘しています。

そこで研究チームは、炭酸カルシウム、セピオライト、膨張粘土、ゼオライト、モレキュラーシーブの5種類の吸着材が、カドミウム汚染土壌で育つトウモロコシにどう影響するかを調べました。対象としたのは、生育、葉の緑色の濃さ、金属の吸収・移動・蓄積、そして金属の吸収されやすさに関わる土壌の性質です。

何を、どのように調べたか

試験は2022年6月上旬から7月下旬にかけて、ポーランド北東部オルシュティンの大学の植生ホールで行われました。ポットを使った試験です。畑の表層から採った砂質ローム（砂が多めの土）を、1鉢あたり乾土3.4キログラムずつポットに詰めました。この土はもともと酸性で、KCl溶液で測ったpHは4.40でした。

土に加えるカドミウムの量は、加えない条件と、土1キログラムあたり15ミリグラムおよび30ミリグラムの3段階としました。これに、吸着材を加えない条件と5種類の吸着材のいずれかを加える条件を組み合わせ、各条件を4反復で比べました。吸着材の施用量は土1キログラムあたり20グラムです。モレキュラーシーブは約0.3ナノメートルの均一な微細孔をもつ合成ゼオライトです。ゼオライトはクリノプチロライトを主成分とする天然の火山由来の鉱物、セピオライトは繊維状の構造をもつ含水ケイ酸マグネシウムです。膨張粘土は粘土を約1200℃で焼いて作る軽量の骨材です。

トウモロコシについては、地上部と根の乾物収量、SPAD値（葉の緑色の濃さを示す指標で、光合成色素の状態を反映する）を調べました。さらに、地上部と根に含まれるカドミウム、鉛、クロム、銅、亜鉛、ニッケル、鉄、マンガンの濃度を測りました。土壌についても、同じ金属の含有量に加えて、pH、有機炭素、全窒素、酸性度、陽イオン交換容量（土が養分となる陽イオンを保持できる量）などを測りました。

これらの値から、根から地上部へ金属がどれだけ移るかを示す移行係数、土壌中の濃度に対して植物にどれだけ蓄積したかを示す生物濃縮係数、植物による金属の吸収量などを計算しました。そのうえで、カドミウム汚染の程度と吸着材の種類という二つの要因の影響を統計的に分析しました。

主な報告結果

カドミウム汚染は、トウモロコシの地上部と根の収量、SPAD値をいずれも有意に低下させました。研究チームによると、収量、SPAD値、重金属の吸収に最も大きな影響を与えたのはカドミウム汚染で、吸着材の影響はそれより明らかに小さいものでした。また、カドミウムは地上部よりも根の金属含有量に強く影響していました。

吸着材の中ではモレキュラーシーブの効果が最も高く、カドミウムによるSPAD値の低下と、地上部・根の収量の低下をともに有意に抑えました。トウモロコシのカドミウム吸収量は、吸着材を加えない場合と比べて、モレキュラーシーブで65%、炭酸カルシウムで42%、セピオライトで40%減りました。一方、膨張粘土では17%、ゼオライトでは15%増えました。吸収量を減らした吸着材は、カドミウムの生物濃縮係数と、根から地上部への移行も下げていました。

カドミウム汚染土壌では、吸着材の種類にかかわらず、根に含まれるカドミウム、鉛、亜鉛、ニッケル、マンガンの量が有意に減りました。また、ほぼすべての吸着材が分析した金属の生物濃縮を下げました。例外は、銅についてのモレキュラーシーブと、鉄についてのゼオライトおよびモレキュラーシーブです。

土壌の性質では、膨張粘土を除くすべての吸着材がpHを上げました。KCl溶液で測ったpHは、ゼオライトで4.46から4.60へのわずかな上昇でしたが、セピオライトでは5.91、モレキュラーシーブと炭酸カルシウムでは6.23まで上がりました。炭酸カルシウムとモレキュラーシーブは、陽イオン交換容量や交換性塩基の量も高め、酸性度を下げており、土壌の化学的性質に最も好ましい影響を示しました。この施用量では、吸着材を加えても土壌中の金属の総量は有意には増えませんでした。

カドミウム汚染はカドミウムの吸収を大きく増やした一方、鉛、クロム、銅、亜鉛、ニッケル、鉄、マンガンの吸収を減らしました。分析した金属の多くは根に多くたまっていました。移行係数の平均は、カドミウムの0.168からマンガンの0.960まで金属によって異なりました。また、カドミウムは根と地上部の両方で、マンガン、ニッケル、銅の生物濃縮係数を高めていました。

この報告が示すこと

研究チームは、トウモロコシが金属を主に根にとどめる性質をもち、ファイトスタビリゼーション（植物を使って汚染物質を土の中にとどめ、広がりを抑える方法）に有効な植物であると結論づけています。吸着材については、セピオライト、炭酸カルシウム、モレキュラーシーブが重金属の吸収されやすさと蓄積を減らす材料として特に有効だとしています。吸着材の効果は、金属を吸着する能力だけでなく、pHの上昇など土壌の性質を変える働きにも左右される、というのが著者らの見方です。

一方で著者らは、植物に金属がたまりにくくなることは、収穫した植物体の品質を高めうるものの、汚染土壌の浄化にとって常に望ましいわけではないと述べています。目的によって、金属を土にとどめる方法と、植物に吸わせて取り除く方法（ファイトエクストラクション）のどちらを促すかが変わるためです。研究チームは、目的に合った吸着材を選ぶことで、植物の生育条件を改善しながら浄化を支えられるとしています。

限界として、この研究は探索的なポット試験であり、著者らは野外試験を設計するための土台と位置づけています。また、土の中で金属がどのような化学形態で存在するかの分析は含まれておらず、金属が動きにくくなる仕組みをより詳しく理解するには、こうした分析が必要だと著者らは述べています。

原著論文の著者・所属：Jadwiga Wyszkowska（Department of Soil Science and Microbiology, Faculty of Agriculture and Forestry, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Plac Łódzki 3, 10-727 Olsztyn, Poland）、Agata Borowik（Department of Soil Science and Microbiology, Faculty of Agriculture and Forestry, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Plac Łódzki 3, 10-727 Olsztyn, Poland）、Magdalena Zaborowska（Department of Soil Science and Microbiology, Faculty of Agriculture and Forestry, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Plac Łódzki 3, 10-727 Olsztyn, Poland）、Jan Kucharski（Department of Soil Science and Microbiology, Faculty of Agriculture and Forestry, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Plac Łódzki 3, 10-727 Olsztyn, Poland）

※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）：Jadwiga Wyszkowska, Agata Borowik, Magdalena Zaborowska, et al. Interactions Between Cadmium Contamination and Mineral Sorbents in Shaping Heavy Metal Bioaccumulation in Soil and Plant Biomass. Molecules（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-21. DOI: 10.3390/molecules31203784. 原著ライセンス：CC BY.