取得学位：博士(理学)，学位授与番号：博甲第490号，学位授与年月日：平成14年3月22日,学位授与年：200

Mitsuno, Masumi

三津野 真澄

000003542152取得学位：博士(理学)，学位授与番号：博甲第490号，学位授与年月日：平成14年3月22日,学位授与年：2002othe

三津野, 真澄

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氏名生年月曰本籍学位の種類学位記番号学位授与の曰付学位授与の要件学位授与の題目三津野真澄石川県博士(理学部）博甲第４９０号平成１４年３月２２日課程博士(学位規則第４条第１項）ThecharacteristicsofsoilsandmicrobesindesertificatedlandsinChina-Possibilityofremediationwithcoalash-(中国砂漠化地域の土壌および微生物の特徴一石炭灰を用いた修復の可能性）田崎和江(理学部・教授）加藤道雄(自然科学研究科・教授）奥野正幸(自然科学研究科・助教授）神谷隆宏(理学部・助教授）逸見彰男(愛媛大学農学部・教授）論文審査委員(主査）論文審査委員(副査）学位論文要 旨AbstrnctChinaisidenIihedas"themostextreme]b7damagedcountr]/，onthedesertifcationprOblem・ChinahsalsosuHbrillghComthelargeamountofcoalasll,ｗｈｊｃｈｉｓｔｈｅｒ巳sidueafbercombustionandlwotypeｓｅ】dst，clinkeraSllandHyash・ｎｅｐｕｴposeofthisstudyistoremedytlledesertihcatedlandsbyutilizjngthecoalash､Thehrst,tlledm6brencesbetweensoLnomtwopointswereinvestigated,ｎａｍｅｌｙｂａｴesandypointandpoplarfbrestpointof`Bio-vinageForesﾋﾟ，mHorqmSandyLand,InnerMOngolia・Itwasrevealedthattllefnepartidesof企Idsparsandclaymmeralsやarticularlysmectite)andsoilmicmbesincreasedmpoplarfbrestmtopsoilsandtllesons30cmdeep・ItissuggestedthatthisdiB6ﾖrencesarecausedbyfilowingprocesses;(Dtrappmgbytreeshmtl1ewindwithLoess,②bio-weatheringandclaymjneralizationbybacteria・Ｔｈｅnext,thepotplaniingemerimentwasperfbrmeduti1izing4kindsofplants’４kindsofsoilsａｎｄ３kindsofcoalaSheslheplantsgrewupbettermpotsofpureclinkerashandofsoilsmjxedwithclinkerashtllanmpotsofpuresoils・IY1ee舵ctsofcoalashadditioncanbeem1ainedasfbllowing:(1)tlleclinkerashwithpomusstructureMainsthewaterwenevenunderthedrycondition,②itsuppliesthemicmbeswithwaterandIivingsite,(3)tllepromotedbacteriadissolvedthenutrients6mainlyK,PandN)hmthenmeralsbybio-weathering,(4)thenutrientsarecamedtowardtheplantrootpassmgthefimgalhyphae，andthegmwthofplantsispromotedbyaddjtionofcoalashFrommentionedabove,itissuggestedthatthecoalashadditionistheeHbctivemethod化rremediationofdeserti6cation--361-(1)はじめに現在，世界では沙漠化現象が深刻な環境問題の￣つとなっている.すでに沙漠化した土地は3.6×107km2（全陸地面積の２５％)で,動植物および世界人口の1／6の人々に影響を与えているその原因は主に人間活動(過耕作,過放牧,不適切な灌潔)である.中でも中国は最も沙漠化が深刻な国の一つとされ,国土の27％が沙漠か沙漠化した土地であり'主に北部･西部に分布する.沙漠化問題の解決のために,様々な研究が地理気候,土壌,歴史などの視点から行われてきた.しかし,土壌微生物について注目し沙漠化問題を考えた研究例は少なく,また沙漠化と土壌微生物の関係には不明な点が多いまた中国では大量の石炭灰(燃焼残留物)が原因の,大気汚染と公衆衛生での問題も深刻である.石炭灰はその形状からクリンカアッシ１とフライアッシュに分類される.先進国では,フライアッシュは主にコンクリート混和材に利用され･ｸﾘﾝｶｱｯｼ１は多孔質な特徴により土壌改良剤としての利用が注目されているしかし中国では石炭灰はほとんど利用されることなく,投棄されているもしこのクリンカアツシユを沙漠化地域の土壌改良のために使用できれば,２つの環境問題(沙漠化.廃棄物)の解決への取り組みとなり意義は大きいそのためには,石炭灰が沙漠化した土壌と土壌微生物,および植物に与える影響を知ることが必要である本研究の目的として,次の4点を設定した．(1)沙漠化土壌の鉱物,化学,微生物的特徴を明らかにする，(2)沙漠化した土地への植林成功例を調査地として,植林により生じた土壌の物理,化学,微生物的変化を明らかにする(3)沙漠化土壌と石炭灰を混合して自然培養実験とﾎﾟｯﾄ植栽囚実験を行い,石炭灰の土壌微生物と植物への影響を訓西する， iliiiillllllliliiiiiliillillll(4)石炭灰を用いた沙漠化土壌の修復の可能性について考察する．篝(2)現地調査と分析結果l）内モンゴル自治区包頭市（1999年１１月）現地の特徴：土壌流出が激しく,ダムは厚い堆積物で埋められ，植林地では枯れた苗木が多く見られた.また包頭市には炭田があり毎曰大量の石炭灰が投棄され,周囲に粉塵公害を引き起こしている．分析結果：沙漠化土壌･…石英,長石,方解石,ハライト,（Si,ＣａＦｅ）石炭灰…･ムライト,石英,酸化鉄,非晶質物質,（Si,Ａ）SEM観察：多孔質なｸﾘﾝｶｱｯｼ１と球状微細粒子のフライアッシュの混合物であることが確認された(Figl)．２)内モンゴル自治区ホルチン沙地“バイオビレッジの森,,（2000年８月）沙漠化した土地への緑化成功例サンプル：沙漠化した地点(PC､1)と３年前に植林され4～5ｍ鐡蝋、］亘。ｏＵ０２．０４．０６．０8.0Energy〔kev〕FiglSEMmicrographsofcoalash.(A)、]ecoalashiscomposedofSpherical（thinarrows:Imyash)andporousparticles(thjckarrows).(B)Theenlargedimageofclinkerashshowing（triangulararrow：EDXanalyticalpoinD．-362-に育ったポプラ林内の地点(Po2)の土壌,表土と深さ３０ｃｍの土壌SEM観察：ＰＣ､１は粗粒の石英のみ,Ｐｏ２は石英に微細な長石類や粘土鉱物(雲母,カオリン,スメクタイト)が付着しているのが観察された(Fig2)．自然培養実験｡培地培養実験：繁殖したバクテリア･糸状菌・藻類の数はＰＣ,1＜PC,２（Po2でより繁殖した）考察：以上のPolとPC､2の差異は,表層土ばかりでなく深さ３０ｃｍの土壌でも同様に見出されたことから,植林による効果として次の２点が考えられる(Rg3)．（１）ﾎﾟﾌﾟﾗによる減風効果によりダストストーム(冬～春に多発)から微細粒子が捕獲されたか,または強風により吹き飛ばされる微細粒子が減少した，(2)(特に深さ30ｃｍにおいて)根の周辺に微生物(バクテリア)が繁殖し,長石類を微生物風化して粘土鉱物を形成した(Bio-mineralization)．CＯuntsにSi厄'三5Er7T王i冠T］Ａ１KCａ ＦｅF5三三而司ＩＳｉＡＩＫＩ２ａＴｉ ＦｅＭｇ2.0４．０６．０Energy〔keV〕0.0Fig2SEMmicrographsofEDXspecsonsamples丘ｏｍ`Bio-vinage?，．(A)ＰＣユーsurfをIce,(B)ＰＣ・l-30cmdepth，(C)Po2-surface,の)ＰＣ､2-30cmdepth．S EDXspectraof(s)石炭灰を用いた自然培養実験ﾎﾟｯﾄ植栽実験1）自然培養実験方法：沙漠化した土壌に石炭灰を混合し,水を加えて室温培養対称実験として石炭灰を加えないものも培養⑧⑭〃伊(1)Trappingtrees 〃。①▼しIdyIUlIUに｢｡I。＆．⑪､。Feldspa后．‘，、②』ｉＰＥ:；ず噺 (3)AdhesiontotheclaysFig40pticalandnuorescencenucrographsofthebioflmfDrmedontheslideglassmnaturalcultivationemerimentCoccibacteriaandfimgiadheredtocoalashparticles．Fig8SChematicmodelofaccelerationprooessshowingtheclaynnneralizationbytheemectsofaffblPStatiorL－３６３－特にｸﾘﾝｶｱｯｼ1で微生物が多数繁殖(剛囚Pop,a『容器内の水質(pH･EC)変化…－ ５（土壌のみ)＞(石炭灰混合土壌）言４三＆石炭灰混合により変化が小さくなったことから石炭灰には薑臺,二ｍ２ﾊﾞｯﾌｧｰ効果があると考えられる．＝2)ﾎﾟｯﾄ植栽実験Ｏ方法：植物４種(ﾎﾟﾌﾟﾗ,コナラ,ツツジ,サザンカ)，土壌4種(包頭市の緑化計画地土壌砂,鹿沼土赤王土)回japane1石炭灰３種(七尾クリンカ,七尾ﾌﾗｲ,包頭産石炭灰）８土壌lこ様々な害Ｉ合で石炭灰を混合して植え付け,効果を。：言、６調べた．。＝＝晋結果:①ｸﾘﾝｶｱｯｼ1,00%またはｸﾘﾝｶｱｯｼ1混合ポ：;‘２ツトで,植物の高さ,葉数,根張りが向上し,葉中のＫとＰＯの害Ｉ合が増ｶﾛした(Fig5)．②ﾎﾟｯﾄ中の微生物(特に糸状菌)が増加クリンカアッシユで育てた植物では,根,根毛,菌根が発達(Rg6)． Fig.５｛ＥＣ｝一二．一の二Ｅｍｍ二８６４２０１１１１１８６４２０－し＝-コｉｌｌｉ鱒護０》『『》一四》『》評扣一『『一》一一一轌》》一》刑 L●やf巾只j5iiiI０１０２５５０７５１００RaleofclinI(e｢ash(%）]ａｐａｎｅｓｅｏａｋ □Numberoflivingseedlings-●-Meanheight(c､リ００１８６４２０ＥＣ）三回の二宮口の二0１０２５５０７５１００Rateofclinkerash(%）Fig.５Diagramsaboutthepotplantinge】qQerimentsof(A)Poplarand巴)Japaneseoak(4)石,…を用いた沙漠化した土地のＰ」･石炭灰,特にｸﾘﾝｶｱｯｼ１は土壌中の微生物性をさせ,土壌の環境変化を緩和する効果が期待できる】Ⅱ□ＴＩ月ＰｒｎＲｒHＰ、蕊ｉＪｃ遜魑ts）ｓａｎｄ100％ 】【】wｔFig.７SChematicmode1sofinteractionbetweencoal（clinker）aShandmicrobesaroundtheplantrootm９ｍｍ“ａｓα醒岫 ｐ一触ＣＤ公．、．ｍ伽》剛、⑪》》．》ｈ伽》》蹴剛》弧底5石耐…亟-364-ご●ひｂ石炭灰(クリンカアツシ1)を添加すると土壌中に次のような変化が生じると考えられる(Rg7)．①多孔質なクリンカアッシ1により保水性が向上し,また表面と内部の小孔が微生物の"micro-habitat"となって微生物が増殖される，②増えた微生物による鉱物の微生物風化が促進され,溶出したＫやＰは菌根を通じて木へ運ばれ栄養分となる，③成長が促進された木は落葉や残根として有機物を土壌に供給し熟土化がさらに進んで微生物相が向上する．｡クリンカアッシ１は多孔質なので,中国北部に多いレス土壌(硬くて通気性透水性が悪い)の改良剤としても期待される．･微細粒子のﾌﾗｲｱｯｼｭはＫやＰの溶出性がよいことから,肥料的な使用法が期待される(5)まとめと今後への展望本研究により,沙漠化土壌の環境修復に石炭灰,特にクリンカアッシ。が有効である可能t生が示唆された.また沙漠化した土壌でもいったん緑化されれば,土壌回復は微生物の力で進められていくことも示された.沙漠化土壌に石炭灰を混合させるという方法は簡易なものであるが,現地にあるもので環境修復をおこなうという途上国に適した方法である今後は現地での実用試験が必要と考えられる学位論文審査結果の要旨三津野真澄氏の提出論文に対して，平成１４年１月１９日に第１回学位論文審査委員会を行い，１月２８日に公開発表会，引き続き第２回審査委員会を行い，以下の通り判定した。本論文は中国の沙漠化地域の特徴を，土壌鉱物，化学組成，微生物特性などから分析し，廃棄物である石炭灰を利用してその修復の可能性を検討したものである。まず典型的な沙漠化現象を呈する中国内モンゴル自治区の２地域でフィールド調査を行い，その特徴を鉱物，化学成分，微生物特性の面から分析している。また沙漠化していたが緑化に成功した地域の調査から，緑化に伴ってどのように土壌と微生物に変化が生じるかを明らかにした｡さらに石炭灰を土壌中に施用すれば土壌微生物が増え,植物の生育も向上することを，室内での培養実験とポット植栽実験を通して明らかにしている。三津野氏は，石炭灰の中でも多孔質で保湿性の高いクリンカアッシ１に注目した。クリンカアッシ１が乾燥土壌に施用されると，土壌微生物に水とMicro-habitat（すみか）を供給する結果，微生物が繁殖し，特に菌根菌を通じて植物体へ運ばれるＫやＰなどが増加すると分析した。本研究は中国において大量に廃棄放置されている石炭灰を用いれば，沙漠化した土地を修復する可能性があることを示し，年々悪化する沙漠化問題への解決の糸口を示す貴重な研究と位置付けられる。以上のことを総,合し，審査委員会は本論文が博士（理学）の学位を与えるのに十分な内容を有していると判断した。-365-

The characteristics of soils and microbes in desertificated lands in China : Possibility of remediation with coal ash

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中国における沙漠化地域の土壌および微生物の特徴 : 石炭灰を用いた修復の可能性

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