JP2007238373A - 発酵堆肥の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】竹の発酵および分解を速め、短期間で竹を堆肥化することができ、竹の廃棄物処理とその有効活用をはかる。
【解決手段】竹由来の堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５超〜５質量部を添加して発酵させる発酵工程を含むことを特徴とする。また、発酵工程は、堆肥原料を、７〜２５日間、発酵熱として６０℃以上（Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇ）の状態で発酵させて半発酵状態とする第一発酵工程と、この第一発酵工程で半発酵状態とした堆肥原料に対し、半発酵物１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５超〜５質量部を添加して発酵させる第二発酵工程とを含むことを特徴とする。竹は、若竹と筍皮の少なくとも一つを含んでいれば、発酵を行いやすくすることができるとともに、竹の廃棄物処理とその有効活用をはかることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、竹由来の堆肥原料とした発酵堆肥の製造技術に関する。

近年、筍堀り従事者の老齢化と人手不足にともない、食用筍の採掘をしないまま放置され、またその後生長した若竹の伐採をしないまま親竹になるまで放置されている管理不十分な竹林が目立っている。竹林の管理が不十分であると、竹の侵攻が進んで保水力が低下し、また、隣接する杉、ヒノキなどの他木への被害が起こり、きれいな山が喪失してしまうという、自然環境面の問題がある。このため、竹を有効利用することは、環境保全の観点からも切望されている。竹を有効利用する例として、竹を発酵させて製造した堆肥があり、発酵を促進させるために様々な発酵助剤が使用されている。
また、様々な堆肥原料を発酵するための発酵助剤としてステビアを利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、堆肥原料１００重量部に対し、ステビア植物体の粉末（或いはステビアの植物体から水溶性成分を抽出した後の固形分の粉末）０．０１〜１．５重量部を添加して発酵させることが記載されている。また、特許文献１には、堆肥原料に、ステビア植物体の粉末と、ステビアの植物体から水溶性成分を抽出した後の固形分との混合物を添加して醗酵させた後、途中で、再度ステビア植物体から水溶性成分を抽出した後の固形分を添加することが記載されている。

特開２００２−６０２９０号公報

ところで、竹は、繊維質に富み、特に生長し終わった親竹にはリグニン等の難分解性成分が含まれており、堆肥化に長期間を要するなどの竹固有の問題を抱えている。しかしながら、特許文献１においては、竹を堆肥の原料とするものではなく、竹を堆肥原料とした場合には、好適に堆肥化できない恐れがある。

また、特許文献１においては、堆肥化途中においては、ステビア植物体から水溶性成分を抽出した後の固形分を添加しているが、腐熟の途中、特に高温時期が終了した頃に添加して、温度を速やかに低下させており、堆肥の発酵を促すことを目的としてはいない（段落番号００１０）。このため、堆肥化途中においては、ステビア抽出物を添加する場合、そのタイミングによっては発酵を止めてしまい、完熟堆肥を製造できないか、製造が長期化する恐れがある。

一方、ステビアの有用性については様々な分野で数多く知られており、例えば、農業分野では、有用微生物の活性化、発根促進作用、植物ホルモンの正常化作用、抗酸化作用等があるとされている。また、化粧・医薬品では、ヒスタミンの解毒作用、糖度滋養成分の増加、アレルギーアトピーの予防等が知られており、さらに、生殖ホルモンの正常化、環境ホルモンの解毒分解作用等にも効果があると考えられている。以上のように、ステビアの効果は多岐に渡って知られているが、堆肥化する上でのステビアの効果については不明な点が多く、原料特性に見合った堆肥化技術が求められており、特に、ステビアを利用した竹の堆肥化技術は未だ確立されていない。

本発明が解決しようとする課題は、ステビアを利用した竹の堆肥化技術を提供し、竹の廃棄物処理とその有効活用をはかることにある。

本発明の発酵堆肥の製造方法は、竹由来の堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５超〜５質量部を添加して発酵させる発酵工程を含むことを特徴とする。
このような構成とすることにより、竹の堆肥化に必要な有用微生物を増やしてこれらの活動を活発にし、竹由来の堆肥原料の発酵を促進させることができる。このため、竹を短期間で堆肥化し、完熟させることが可能となる。なお、この完熟堆肥は、易分解性繊維が完全に発酵して分解したものであるが、微生物によって消費し尽くされていない肥料成分を含んでいる。

ここで、堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末を１．５質量部以下とすると、竹粉砕物の発酵が促進されにくくなり、堆肥が完熟しないか、完熟するまでに長期間を要することとなる。また、堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末が５質量部を超えると、堆肥中の微生物の活動が抑制されて堆肥化されなくなるか、堆肥化が長期化する。また、このような堆肥を圃場に施用しても、作物に対して悪影響を及ぼす恐れがある。

なお、本発明において使用するステビアは、南米のパラグアイに自生するキク科の多年性植物、ステビア・レヴァウデイアナ・ベルトーニ（Stevia rebaudiana bertoni）である。ステビア植物粉末体としては、ステビアの葉、茎が良く用いられるが、ステビア植物全体が使用される。なお、ステビアの水溶性成分を抽出して固形化した固形物を使用しても良いが、堆肥化する効果は、ステビア植物粉末体の方が優れると考えられる。この理由としては、不明な点が多いが、水不溶性成分に発酵を促進する有効性分が多く含まれていると考えられるためである。

なお、ステビア植物体粉末の前記添加量は、竹由来の堆肥原料１００質量部に対し、２質量部以上３質量部以下とすることがより好ましい。このような添加量とすることにより、堆肥原料の発酵条件が最適化され、発酵温度を７０℃以上（概ね８０℃付近）に長期間に渡り安定させることができ、特に、冬場においても安定した発酵堆肥を得ることができる。なお、２質量部未満でも良好に発酵させることが可能であるが、発酵温度が７０℃を下回る場合があり、不安定になる可能性がある。また、３質量部を超えると効果はほぼ一定となり、それ以上必要としない場合がある。
また、発酵温度は発酵工程を管理する上で重要であり、６０℃以上、好ましくは７０℃以上となるように、混合条件や切り返し条件が重要となる。前述の条件で発酵させれば、微生物の活動は旺盛となって発酵温度が７０℃以上となり、この７０℃以上を維持すれば、有害菌や雑草種子を殺菌・死滅させることができるとともに、発酵がさらにスムーズに進んで短期間で良質な堆肥を製造することができる。

さらに、発酵工程は、堆肥原料を、７〜２５日間、発酵熱として６０℃以上の状態で発酵させて半発酵状態とする第一発酵工程と、この第一発酵工程で半発酵状態とした堆肥原料に対し、ステビア植物体粉末を添加する第二発酵工程とを含むことが望ましい。
一旦、竹を半発酵させた後の半発酵物（堆肥原料）にステビア植物体粉末を添加してさらに発酵させることにより、ステビア植物体粉末の効果を最大限発揮させることができる。すなわち、半発酵後にステビア植物体粉末を添加することにより、温度が下がりやすくなる発酵後半においても高温度で安定して発酵させることができる。また、完熟後においても、ステビア由来の有効成分を残存させておくことができ、圃場に施用した場合には作物の生長に有効である。

なお、第二発酵工程において、堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５超〜５質量部を添加すれば、発酵温度が６０℃以上（概ね７０℃以上）の状態で発酵させることができ、残存する繊維を分解して完熟させることができる。発酵温度が７０℃以上となれば、有害菌や雑草種子を殺菌・死滅させることができるとともに、発酵がさらにスムーズに進んで短期間で良質な堆肥を製造することができる。

ここで、半発酵とは、竹の難分解性繊維の一部が分解されていることを意味し、７〜２５日間および発酵温度が６０℃以上の条件であれば、好適に半発酵状態とすることができる。より詳しくは、発酵開始後、発酵熱として６０℃以上、好ましくは７０℃以上の状態で発酵を維持し、しばらくすると、酸欠状態となって微生物の活動が低下し、温度が徐々に低下して６０℃未満となる。この時に再度切り返すと、酸欠状態が解消されて微生物の活動が再度活発になり、温度は再び６０℃以上（好ましくは７０℃以上）となる。このように、温度が６０℃未満に低下した後に切り返しを３度、７〜２５日程度かけて発酵を行えば、良好な半発酵状態の竹を得ることができる。

ここで、上記したように、半発酵させる期間（第一発酵工程における発酵期間）を７〜２５日間とすることが望ましい。発酵期間が７日未満であっても、ステビア植物体粉末を添加して第二発酵工程で発酵させることはできるが、発酵期間が７日未満とすると、期間が短すぎて切り返しが１回または２回しか行えず発酵が不十分であり、ステビア植物体粉末の有用成分の多くが後の発酵期間中に分解されてしまい、残存させておくことができなくなる恐れがある。また、発酵期間が２５日を超えても第二発酵工程で発酵させることができるが、発酵期間が２５日を超えると、発酵が進みすぎて発酵温度が低下してしまい、発酵工程が長期化することとなる。

また、半発酵させる期間は、より好ましくは１０〜２０日間であり、安定した半発酵物を得ることができる。すなわち、この期間で得る半発酵物（堆肥原料）は、易分解性有機物はほぼ分解されており難分解繊維を含有しているが、この難分解繊維は分解を受け始めた状態である。この状態でステビア植物体粉末を添加すると、微生物の好適な栄養源および活性剤となって、急速に発酵温度が上昇することとなる。さらに、ステビア植物体粉末は、難分解性繊維を極めて良好に分解させる性質を有するが、使用量が多くなるとコストが上昇する。従って、低コストとなるように最小限の使用量で最大の効果を発揮させるためには、初期の易分解性繊維の分解は、他の発酵助剤で行い、半発酵した後の難分解性繊維の分解は、ステビア植物体粉末を集中して使用して行うことが望ましい。なお、半発酵期間が１０日未満では、易分解性繊維が残存するため、これの分解にステビア植物体粉末が消費されてしまい、最大の効果が得られない恐れがある。２０日を超えると、易分解性繊維が分解され尽くして温度低下が始まることがあり、発酵工程が遅延する恐れがある。

また、竹には、若竹、筍皮の少なくとも一つが含まれることが望ましい。竹は、後述する親竹のみとしても堆肥を製造できるが、親竹以外にも、繊維が柔らかく栄養分を含む若竹と筍皮の少なくとも一つを含んでいれば、これらが栄養剤として機能し、且つ、難分解性のリグニンをほとんど含んでいないため、さらに発酵を行いやすくなって、より短期間で竹堆肥を製造することができる。特に、半発酵させる場合には良好な発酵助剤となる。

ここで、竹について説明する。竹は、その生長の度合いにより、親竹、若竹、筍に大別される。若竹とは、親竹となる以前の生長過程の竹を指し、食用筍として掘らずにおいたため生長して食用にはならなくなったもので、およそ竹の枝が出る前迄のものである。わが国で最も多い孟宗竹でいえば、生育場所によって差異があるが、通常高さ１〜４ｍ程度（地表から出て約１週間から１ヶ月）迄のものをいう。親竹とは、それ以上生長したもので、通常１年以上経過した竹質が硬くなった竹である。およそ１年生までの竹は親竹としての機能はなく、また竹質が柔らかいので若竹に分類しても良く、およそ２年生以上の竹質が硬い親竹と区別して、特に新竹という名称で呼ぶこともある。このように分類法は定まったものではなく、竹の性状から呼ぶことが多い。

一方、筍は季節的な産品であり、ごく一部は掘り出した皮付きの状態で一般消費者に販売されるが、大部分は筍の水煮加工を行う事業所で皮を取り除いた水煮の状態で通年販売されている。筍の水煮加工を行う事業所においては、一度に大量の筍皮が発生するので、この筍皮の処理が大きな問題となっている。本明細書においては、筍は皮を含まない可食部を意味し、筍皮と区別する（ただし筍皮は竹の一部である）。従って、筍皮を使用すれば、筍の水煮加工工場で発生する大量の筍皮を処理することができ、環境保全の観点からも有効である。

ここで、前記竹の内訳として、竹合計、すなわち、親竹＋若竹＋筍皮のうち若竹＋筍皮の含有量を質量割合として３０％〜５０％とすることが望ましく、これが微生物の栄養源にプラスされて、親竹の発酵・堆肥化をさらに速めることができる。また、森林に乱立する親竹や若竹と、筍の水煮加工工場から排出される筍皮の両方を一度に処理することも可能である。なお、若竹と筍皮の合計量が３０質量％未満とすると、親竹が多いため発酵・分解に時間を要し、早期に堆肥化する効果としては小さいものとなる。また、若竹と筍皮の合計量が５０質量％を超えると、親竹の大量処理には不向きである。

本発明の特徴は、竹由来の堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５超〜５質量部を添加して発酵させる発酵工程を含むことにある。このような構成とすることにより、竹の発酵および分解を速め、短期間で竹を堆肥化することができ、竹の廃棄物処理とその有効活用をはかることができる。

本発明の実施の形態における発酵堆肥の製造方法は、竹由来の堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５超〜５質量部を添加して発酵させる発酵工程を含む製造方法である。また、発酵工程は、堆肥原料を、７〜２５日間、発酵熱として６０℃以上の状態で発酵させて半発酵状態とする第一発酵工程と、該第一発酵工程で半発酵状態とした堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５超〜５質量部を添加する第二発酵工程とを含んでいる。

以下、本発明の実施例である発酵堆肥の製造工程について説明する。
（１）第一発酵工程（半発酵工程）
堆肥の原料となる孟宗竹の親竹、若竹、筍皮をそれぞれ約１ｃｍ以下となるように粉砕して竹粉砕物を得る。そして、親竹約８００ｋｇ、若竹約１００ｋｇ、筍皮約１００ｋｇを混合し、発酵前に約１トンの竹由来の原料堆肥を得る。なお、原料堆肥の合計量はこれに限定されるものではなく、また、発酵助剤として糖蜜等を加えても良く、製造状況を考慮して適宜調整することができる。この混合物に有用微生物を接種して発酵を開始させて、１４日間発酵させる。

ここで、図１を用いて第一発酵工程について説明する。図１に示すように、発酵開始後、前記原料堆肥の内部の温度が、発酵熱として６０℃以上（好ましくは７０℃以上）の状態で静置して発酵を維持し（Ａ）、しばらくすると、原料堆肥の内部が酸欠状態となって微生物の活動が低下し、温度が徐々に低下して６０℃未満になる（Ｂ）。この時に再度切り返しを行うと、原料堆肥内部の酸欠状態が解消されて微生物の活動が再度活発になり、静置して温度は再び６０℃以上（好ましくは７０℃以上）となる（Ｃ）。同様に再度温度は下降して６０℃未満となり（Ｄ）、２回目の切り返しを行う。これにより再々度温度が上昇して６０℃以上（好ましくは７０℃以上）となる（Ｅ）。更に下降後（Ｆ）、３回目の切り返しを行って、温度上昇し（Ｇ）、６０℃未満に下降したところで、発酵を終える（Ｈ）。

以上のように、切り返しを３回（Ｂ、Ｄ、Ｆ）行って、温度６０℃以上の期間を４回（（Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇ）設けて半発酵状態とする。本発明では、前述の工程（発酵開始〜Ｈまで）を経るのに約２週間程度要して半発酵状態となるが、状況に応じて発酵期間を調節することが望ましく、気温状況等によっては７〜２５日程度、好ましくは１０〜２０日程度で終了させるような状況とすると良い。なお、室内で温度を一定とする環境であれば、所用日数のばらつきを抑えて、均一な半発酵物を得ることができる。このとき、竹の繊維の一部は、分解されずに残存している。

（２）第二発酵工程（完熟工程）
次に、第一発酵工程で得られた半発酵物である原料堆肥約１０００ｋｇに、ステビア植物体粉末約２０ｋｇを添加し、均一になるように混合して静置して、第二発酵工程を開始させる。このとき、前述の竹に残存している有機成分を分解し初めて、温度が再度上昇し、６０℃以上、好ましくは７０℃以上の状態で発酵が進む。そして、静置と切り返しを数回繰り返して、発酵が終了する。第二発酵工程に要する期間は、約１０〜２０日である。なお、半発酵物の分解がすすんで、半発酵物が１０００ｋｇよりも少なくなる場合には、半発酵物とステビア植物体粉末とを１００：２（質量比）となるように、ステビア植物体粉末を添加する。

以上のように製造した発酵堆肥には、ステビアの有効成分が残存しており、この竹堆肥を利用して圃場に施用すると、良好な土壌環境を形成することができ、作物も旺盛に生育することができる。また、堆肥化に伴う切り返し、温度管理は、従来の管理方法を採用することができる。なお、有用微生物としては、嫌気性微生物と好気性微生物が共存した有用微生物で、放線菌、光合成菌、糸状菌、乳酸菌、酵母、麹菌のいずれか１種以上であり、また、竹土着菌を使用することもできる。
以上のように堆肥を製造すれば、１ヶ月〜１ヶ月半程度の所要期間で竹堆肥を得ることができる。

次に、ステビア植物粉末の添加量の最適量について調べるために、親竹、若竹、筍皮、ステビア植物粉末混合割合を変えて試験区１〜試験区９を作成し表１に示した。判定は、堆肥の製造に要する期間、完熟度合いを総合的に判断して示した。なお、試験区５は本発明の実施例であり、試験区１〜４ｂおよび試験区６ａ〜９については、混合条件以外は実施例と同様の方法で製造した。なお、試験区４ａ〜８が本発明のステビア植物粉末の添加範囲に相当する。

以上の結果から、竹粉砕物１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５〜５質量部で良好であり（試験区４ａ〜８）、特に、ステビア植物体粉末２〜３質量部（試験区５〜７）においては発酵温度が８０℃付近を維持し、製造期間も短かった。試験区２，３は、ステビア植物体粉末の使用量が少ないため、繊維質に富む竹を発酵させることはできても、発酵温度にばらつきがあり、発酵期間も比較的長かった。また、試験区９は、ステビア植物粉末を使用しすぎたため、かえってマイナスの影響が強く、良好な完熟堆肥が得られなかった。

次に、表２の試験区１，３，４ａ，４ｂ，５，７，８で製造した堆肥の作物への影響を調べた。また、ステビア粉末および竹を混合しない対照区を設けた。対照作物はベビーリーフとして、３００〜５００粒／ｍ^２程度の密度となるように播種した。試験区１の収量（ｇ／ｍ^２）を１００としたときの試験区の収量の指数を表２に示した。試験は、ハウス露地栽培とし、肥料や灌水などの諸条件は全て同一条件とした。なお、試験区４ａ〜８が本発明のステビア植物粉末の添加範囲に相当する。

以上の結果から、竹堆肥を使用しない対照区においては収量が少なかった。また、試験区１に対し、試験区４ａ〜８、特に、試験区４ｂ，５においては収量が多かった。試験区７においては、収量は良好であったものの、試験区４ｂ，５よりも生長が鈍化する傾向にあった。試験区８においては、試験区１よりは良好であるものの、さらに生育が鈍化する傾向が見られた。
また、試験区４ｂにおいては、試験区４ａよりも収量が多かったことから、若竹や筍皮の使用割合が増えることにより、作物の生育に良い影響を及ぼすと思われる。
以上のことから、作物の生育のためのステビア植物体粉末の使用割合として、竹粉砕物１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５〜５質量部で良好であり、特に、ステビア植物体粉末１．５〜２質量部で良好であった。

本発明は、竹を有効利用した発酵堆肥の製造技術であり、竹林管理に付随して生じる若竹や親竹と、筍の水煮加工工場で発生する筍皮とを、農業場面で有効に利用することができる。

本発明の第一発酵工程を示す図である。

Claims (3)

1. 竹由来の堆肥原料１００質量部に対し、ステビア植物体粉末１．５超〜５質量部を添加して発酵させる発酵工程を含む発酵堆肥の製造方法。
2. 前記発酵工程は、前記堆肥原料を、７〜２５日間、発酵熱として６０℃以上の状態で発酵させて半発酵状態とする第一発酵工程と、
   該第一発酵工程で半発酵状態とした堆肥原料に対し、前記ステビア植物体粉末を添加する第二発酵工程とを含む請求項１記載の発酵堆肥の製造方法。
3. 前記竹は、若竹と筍皮の少なくとも一つを含む請求項１または２記載の発酵堆肥の製造方法。

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