JP2008266390A - 土壌改良剤 - Google Patents

Abstract

【課題】土壌に埋設後にも、容易に該土壌から流出せず、且つ、周囲の生物（草木及び微生物）等の環境に悪影響を与えることなく良好に酸性土壌を中和することができ、さらにその中和作用が長期的に維持可能な土壌改良剤を提供する。
【解決手段】貝殻の粉砕物よりなる焼成カルシウム粉末と、アルカリ水とを混合し石化物
を形成し、これを目的の土壌に埋没等させて使用する土壌改良剤とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、山野に降る酸性雨によって酸性化が進行する土壌のｐＨを改善する土壌改良剤に関する。

近年、環境の変化の中でも、大気汚染が原因となる酸性雨が齎す樹木の立ち枯れ或いは枯れないまでも樹木を弱らせたり生長不良状態に陥らせ、又それに連動する現象として微生物の減少や川・池又は海に産する魚介類や藻類の繁殖成長にも多大な影響を与えている。

酸性雨は降る度に土中に残留し、その酸性物質は累積されていく。従って山野の土壌は益々硬化が進むと同時に、それまでに累積していた酸とあいまって樹木の根枯れに繋がる被害を引き起こす。

良質な建築材を得るため、又水源地の涵養を目的として、苗木が植樹されている。その方法は、古来から続く単に穴を掘っての苗木の埋設が未だに主流であり、植樹前後において土壌環境の改善処置は殆ど行われていないのが実情である。酸性雨による環境汚染の問題がなかった時代においてさえ、農耕地などで肥料を十分に与えられ整った環境で育てられた苗木が、何らの土壌環境の改善措置もされない山野へ移植されると、環境の激変により、一時的に成長が止まったり、あるいはさらに立ち枯れてしまうことがあった。又植樹された樹木が順調に根付いたとしても幼少期の発育状態で、生長後の大きさを左右されることが多く、さらに酸性雨に晒されると、幼少期を過ぎても生長不良がより顕著となるという問題がある。

これらに対し、貝殻の粉砕物を焼成して得られた平均粒径１ｍｍ〜４０ｍｍの環境保全・改善剤を、目的とする場所に散布し、あるいは土壌に混合する技術（下記特許文献１）、または、貝殻を焼成した後、粉砕してその粒度を２ｍｍ以下とした土壌改良剤を目的とする場所に散布する技術（下記特許文献２）などが提案されている（以下、上記２つの技術をともに「従来技術１」ともいう）。

また別の技術として、貝殻やサンゴなどを焼却乾燥し、あるいは減圧乾燥することによって得られる表面がポーラス状の多孔質炭酸カルシウムを用いて土壌の酸度を矯正する技術（特許文献３）についても提案されている（以下、「従来技術２」ともいう）。

上記従来技術１及び２は、いずれも貝殻を熱処理して作成された土壌改良剤を用いる技術である。より詳しくは、従来技術１は、焼成された粒子径の小さい貝殻粉末を土壌改良剤として用いている。一方、従来技術２は、焼却或いは減圧により表面にポーラスを形成せしめた貝殻自体を土壌改良剤として用いている。両者に共通するのは、貝殻を熱処理するという点である。

貝殻は一般的に、その主成分が弱アルカリ性の炭酸カルシウムで構成されている。これをさらに熱処理することによって、貝殻を構成するカルシウムを、酸化カルシウムを主成分とする焼成カルシウムに変性させて、酸性土壌の改良剤として用いられることは、上記従来技術１及び２を含めて従来から知られている。

特開平５−３２９６８号公報 特開平６−２０７１７３号公報 特開平８−３４６８７号公報

しかし、上記従来技術１及び従来技術２に代表される、貝殻を用いた土壌改良剤には、以下の問題点があった。即ち、従来技術１では、その形状が微粒子であるため、改良を目的とする土壌に散布された後、降雨などの影響で目的となる土壌から流出してしまい、中和の有効性が長期的に維持できず問題であった。例えば、移植された苗木の成長を良好なものとするためには、苗木の植えられる山野の酸性土壌の改良を長期に渡り有効とするためのｐＨの調整が求められているが、上記従来技術では、何年もの間、一定の場所でｐＨ調整効果を発揮することが難しかった。
また逆に、降雨などの問題から解放され、微粒子状の土壌改良剤が良好に目的となる土壌に堆積した場合には、その形状が微粒子であるがために、中和反応が一気に加速して土壌のｐＨが所望の範囲よりも高くなりすぎる場合があった。この結果、周辺の草木類の根を枯らせ、あるいは土壌中の微生物の繁殖を阻害する場合があり問題であった。さらに、微粒子であるため、飛散しやすく、目的とする場所で活用することが難しいという問題があった。

一方、従来技術２は多孔質炭酸カルシウムとして貝類やサンゴ等を焼却乾燥したり、減圧乾燥することにより、貝殻の表面にポーラスを形成させ、かかる部分においてはその表面積が拡大され、中和作用を適度に増大させることは可能であるものの、ポーラスが形成されているため、貝殻自体が脆くなり、土壌に埋設した際に、土壌の重みなどで形状が崩れて粒子径の小さい貝殻片になる虞がある。かかる場合には、従来技術１と同様に土壌からの流出の問題が発生する。

また土壌改良剤から溶出したアルカリ性物質を含む溶液のｐＨが高すぎたり濃すぎると、周辺の草木類の根を枯らす結果となり、一方では落葉を消化して土に返す役目を果す微生物の繁殖を阻害したり最悪の場合には殺してしまう結果となる。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、土壌に埋設後にも、容易に該土壌から流出せず、且つ、周囲の生物（草木及び微生物）等の環境に悪影響を与えることなく良好に酸性土壌を中和することができ、さらにその中和作用が長期的に維持可能な土壌改良剤を提供することを目的とするものである。

本発明は、貝殻の粉砕物よりなる焼成カルシウム粉末と、アルカリ水とを混合して形成される石化物であ
ることを特徴とする土壌改良剤を要旨とするものである。

特に本発明の土壌改良剤におけるアルカリ水のｐＨを、１０〜１２としてもよい。

また上記石化物のモース硬度は、４．５以上、５．５以下とすることができる。

尚、本発明において焼成カルシウムとは、貝殻の焼成物由来の粉末であり、焼成温度は貝の種類や焼成しようとする貝殻の含塩量によってプラスマイナス１５０℃程度の差があり一概には表せないが、何れの貝殻の場合も焼結温度の直前で焼成したものである。

本発明は、貝殻を焼成し粉砕してなる焼成カルシウム粉末と、アルカリ水とを混合して形成されるため、適宜な大きさの石状の土壌改良物を形成することが容易である。即ち、本発明の土壌改良剤は、一度粉砕した貝殻を、石化物とさせることができる。
そして上記石化物である本発明の土壌改良剤を土壌に埋設すると、酸性雨水が、石化された該改良剤の表面を少しずつ溶解せしめ、アルカリを少しずつ土壌に放出させることができるのである。この結果、急激に土壌のｐＨを上昇させることはなく、ｐＨが所望の範囲よりも高くなりすぎて周辺の草木類の根を枯らせ、あるいは土壌中の微生物の繁殖を阻害することもなく、且つ、石化された改良剤が全て溶解するまで、土壌の中和作用が持続するため、長期的に酸性雨のｐＨを中和し土壌の改良を行うことができる。

また、アルカリ水のｐＨを調整することによって、適宜な硬さをもたせることが可能であり、土壌の重みなどにより、崩壊することなく、長期に渡り、酸性雨による土壌の酸性化を改良することの出来る土壌改良剤を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（貝殻の粉砕物について）
まず本発明の土壌改良剤に用いられる、貝殻の焼成粉砕物である焼成カルシウム粉末について説明する。本発明者らは、土壌改良剤の原料として貝殻を特定するにあたり、先ず大量に存在する資源でしかも安価に入手可能な素材であって、且つ、酸性雨によるｐＨの中和可能な材料として、動物の骨、石灰岩、貝殻の３つに着目し、その三種類の原料から最適な一種を選択するための試験を行った。試験には、上記三種類の原料それぞれの焼成粉砕物を作成し、アルカリ水と加水混合して作成した石化物を使用した。種々の試験の結果、ｐＨの安定性及び溶解物の質と量の確保、又は長期に渡る中和力の持続等、全ての観点から良好な結果を示したのは貝殻であった。

本発明に用いられる貝殻は、特に制限をうけず、入手可能な貝殻であれば適宜使用することができ、例えば、帆立貝、牡蠣、アサリなどの貝殻を使用することができる。貝殻は、一般的に安価に入手することができる上、それまで産業廃棄物として処置されていた貝殻を有効に利用することができるという点で非常にメリットがある。尚、本発明において用いられる貝殻は、一種類の貝殻のみを使用してもよいし、複数種の貝殻を混合して使用してもよい。

次に、貝殻の焼成粉砕物の形成方法であるが、本発明に用いられる上記粉砕物は、まず貝殻を焼成し、次いで焼成物を粉砕することができる。
粉砕方法は、特に限定されず公知の粉砕方法、例えば、ボールミルなどを適宜選択して用いることができる。粉砕物のサイズは、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度である。

貝殻の焼成温度は、貝殻の含塩量によって又、用いられる貝殻の種類によって異なり、各々の貝殻の焼結温度の直前の温度とすることが望ましいが、特に含塩量がゼロの場合には１０００℃〜１１３０℃が望ましい。

(石化物の作成について)
上述のとおり形成された貝殻の粉砕物によりなる焼成カルシウム粉末は、次いで、アルカリ水と混合されて石化物に形成される。本発明の土壌改良剤はアルカリ水と混合し、乾燥することにより石化物とすることが可能であり、土壌に埋設した際に、徐々に溶解させることができ、酸性雨水のｐＨ調整ができるとともに、該改良剤が溶けきるまで、その中和作用が持続するため、長期間の環境維持が可能である。

焼成カルシウム粉末とアルカリ水の混合方法は、特に限定されず、両者が略均一に混合可能な方法であればいずれの方法を選択してもよく、例えば、セメント混合機などを使用することができる。本発明を完成するにあたり、混合する際の攪拌条件などについては、焼成カルシウム粉末とアルカリ水の混合比率によって適宜設定可能である。

本発明はｐＨ１０以上ｐＨ１２以下のアルカリ水を使用することが好ましく、ｐＨ１０．５以上ｐＨ１１．５以下のアルカリ水を使用することがより好ましい。特に、ｐＨ１０未満のアルカリ水を使用した場合には、焼成カルシウム粉末と混合して石化物が形成されても、硬さにムラが出来、土壌中に埋設した場合は土壌の重さにより、崩壊する虞がある。一方、本発明に用いられるアルカリ水についてｐＨの上限は特になく、ｐＨ１２まで好ましく使用し得るが、ｐＨ１１．５を上回ると混合される焼成カルシウム粉末の種類や量によっては得られる石化物の溶解性が低下する虞があるので、ｐＨ１１．５以下であることがより好ましい。

上記好ましい範囲のｐＨを示すアルカリ水としては、天然のアルカリ水、人工的に作成したアルカリ水、若しくはこれらに準ずる淡水（鉱泉）を用いることができる。人工的に作成したアルカリ水とは、焼成カルシウム粉末に対して２５０倍重量の淡水を加えて作成することができる。

焼成カルシウム粉末とアルカリ水の混合比は、焼成カルシウム粉末１ｋｇに対して、アルカリ水０．７ｋｇ以上０．７５ｋｇ以下であることが好ましい。上記比率では、型に流し込んで成形することも乾燥も容易である。

焼成カルシウム粉末とアルカリ水を混合した後、これを乾燥させて石化物にして、本発明の土壌改良剤が完成される。石化物は適宜な大きさの型に流し込むことも出来るし、大きな型に流し込み石化物となったものを適宜な大きさに分割することも可能である。乾燥方法は、例えば、焼成カルシウム粉末とアルカリ水との混合物を、セメントを捏ねるフネなどの容器に流し込み、天日で乾燥させることができる。また、型を適宜に選ぶことにより、玉状、板状、ペレット状の物をつくることが出来る。

上記混合物を乾燥させて乾燥物を得た後、適当な大きさになるよう乾燥物を分割する。分割物の形状及び大きさは特に限定されず、使用場所や使用目的などによって適宜形成して良いが、比較的大きい上記石ころ状あるいはさらに大きいブロック状が好ましい。

（石化物のモース硬度について）
石化物である本発明は、モース硬度４．５以上５．５以下であることが好ましい。本発明の土壌改良剤のモース硬度を４．５以上の石化物とすることによって、土壌に埋設した際に、徐々にアルカリ成分を土壌中に溶解させることができ、急激なｐＨの上昇を防ぐことができる。一方、モース硬度が５．５を越えた場合には、該石化物が土壌中で溶解し難くなり、アルカリ成分の土壌中への溶出量が少なくなるため（あるいは溶出速度が遅くなるため）、望ましい中和効果が得られない場合がある。適度な硬度を有する本発明の土壌改良剤であれば、好ましい程度に土壌を中和させることができるとともに、該改良剤が溶けきるまで、その中和作用が持続するため、長期間の環境維持が可能である。

本発明におけるモース硬度を測定する方法は、硬さを測定する試料物質を標準物質でこすったときに該試料物質にひっかき傷がつけられたか否かと、標準物質を試料物質でこすったときに該標準物質にひっかき傷がつけられたか否かとで硬さを測定することができる。モース硬度４の標準物質は、蛍石、モース硬度５の標準物質は燐灰石、モース硬度６の標準物質は長石である。試料物質を蛍石でひっかいた場合に傷がなく、燐灰石でひっかいた場合に傷がつくものは、モース硬度は４より大きく、５以下である。さらに、燐灰石を試料物質でひっかいたときに燐灰石が傷つけられた場合はモース硬度５、燐灰石が傷つけられない場合はモース硬度４．５である。本発明の石化物のモース硬度範囲において、その下限であるモース硬度４．５は、蛍石でひっかいても傷がつかず、燐灰石でひっかいたときに傷がつき、試料物質でひっかいた場合に燐灰石に傷がつかないを硬さであり、またその上限であるモース硬度５．５は、燐灰石でひっかいても傷がつかず、長石でひっかいたときに傷がつき、さらに試料物質でひっかいた場合に長石に傷がつかない硬さである。

（土壌改良剤の使用例について）
上記本発明の土壌改良剤は、特に、苗木の育成環境を調整するために良好に使用することができ、例えば、以下に示す本発明の使用方法により、有効且つ容易に苗木の育成環境を調整することができる。

苗木等の育成に対し、その育成環境を調整するためには、苗木の近辺に穴を掘り、その中へ通常数ｋｇから十数ｋｇ単位の土壌改良剤をバスケットに入れて埋設して使用することにより、酸性雨のｐHを中和して対象物の周囲の土壌環境を調整することが可能となる。本発明の土壌改良剤は石化状の形状物であるため、降雨などの影響により流出することは効果的に防止される。したがって、本発明の土壌改良剤を予め定量し、生分解性の容器に充填して用いることが好ましい。

上記生分解性の容器は、竹籠或いは藁で作ったむしろ等、長い年月が経過すると土に返る材料で、充填される土壌改良剤の重量に耐え得るだけの強度を有し、且つ、該土壌改良剤のサイズより小さい編み目が設けられたものであれば、特に限定されない。上記生分解性の容器を構成する材料としては、竹、藁などの一定期間経過後に土壌成分として分解可能な材料が挙げられる。そして、このような材料を用いて、バスケット状や袋状の物などを形成し、本発明の土壌改良剤を充填することができる。

上述のとおり生分解性の袋に充填された本発明の土壌改良剤は、苗木の近く、特に苗木から０．５ｍ以上２ｍ以内の距離に埋設することが好ましい。上記埋設位置を０．５ｍ以上とすることで、苗木の初期の育成における根の伸長を阻害することなく、また２．０ｍ以内とすることによって、苗木に対し、その周囲の土壌環境を効果的に調整することができる。また特に、山はほとんどが傾斜地であるため苗木が移植される場合には、傾斜角度によって降雨による本発明の土壌改良剤の浸透領域が変化するため、傾斜角度及び目的とする苗木に適した土壌環境に応じて上記埋設距離を決定する。
尚、山の傾斜地において植えられる苗木に対して、上記本発明の土壌改良剤が充填されたバスケット状や袋状の物を使用する際には、苗木に対し、傾斜地の真上（苗木より上側）に埋設することが好ましい。

以上の記載は本発明の土壌改良剤の使用方法を何等限定するものではないが、上述のような使用方法によれば効率良く、且つ効果的に酸性雨に汚染された土壌のｐＨを適性なものに改善することができ、当該土壌において育成される苗木などの育成物の成長を良好なものとすることができる。特に苗木においては、酸性雨による生育の遅延、あるいは立ち枯れなどを防止し、その生育速度を促進させることが可能である。

（実施例１の作成）
ホタテ貝殻を１０００℃〜１１５０℃（含塩量によって差がある）で焼成し、焼成貝殻を作成した。続いて、上記焼成貝殻を、ボールミルにより粉砕して１００メッシュの篩を通過させ、焼成カルシウム粉末を作成した。
次いで、ｐＨ１１の人工アルカリ水（焼成成カルシウム粉末に対して２５０倍重量の淡水加え調整した）２１.０ｋｇと、上記焼成カルシウム粉末３０ｋｇをセメント混合機で混合し、フネに流し込んだ。そして上記フネを天日に晒して乾燥させた後、約１５ｃｍ×１５ｃｍ×１５ｃｍの大きさに粉砕して、本発明の土壌改良剤を作成し、これを実施例１とした。上記実施例１のモース硬度を測定したところ、モース硬度は５であった。

上記実施例１である土壌改良剤を、竹を用いて形成したバスケット型の容器に１０kg充填して、以下の苗木育成評価に用いた。

（苗木育成評価）
当評価で育てる樹木は建築材料を得る為の植樹ではなく、土壌改良のデータ取りをするための育木である。従って植える木の成長が余り巨木に成り過ぎると、樹高の測定が困難に成るので木の種類は中低木を選んだ。

（苗木育成評価の選定条件）
樹木の試験栽培をする上で必要な条件は、日照時間が通常と大きく違わない事である。次は太陽の当たっている時間帯が最低でも５時間を割り込まないところを選ぶ必要がある。次いで苗木を移植する場所は、少なくとも山頂だけは避けて選ぶ必要がある。その理由は、降った酸性雨水の流れ方（流速）が早すぎると言う点にあり、この様な位置を試験場所に選ぶと、試験結果も安定性を欠き、又試験内容にも偶発（ハプニング）的な要素が増えるからである。したがってこれらを踏まえて、苗木育成評価の実施条件を選定した。

次いで実施例１の土壌改良剤を埋設する場所探しであるが、苗木を植えた地点から上方向の真上辺り（苗木を植えた地点より上の方向であり、かつ植えた地点の直線上になる場所）が適正な場所であり、傾斜面が１８０度に近づき（即ち水平角度に近づき）傾斜がゆるくなるほど１メートル程度の距離が良く、反対に傾斜面の角度が９０度（即ち上記水平角度に対して直角）に近づくほど樹木からの距離を離した位置が良い。実施例１を評価するためにこれらの選定条件を満たすよう埋設の条件を設定した。

植樹場所は、東南に面し日照時間の年間平均が６．５時間を確保できる箇所を選んだ。又、傾斜角度は、１７０度・１３５度・９５度の３地点を選び、ヒイラギ、クサギ、クロモジ及びアカメガシワの苗木各４本ずつを、２ｍの間隔で移植した。そして次に、各苗木に対して斜面の上側に上記土壌改良剤充填容器を１つずつ埋設した。埋設位置は、各苗木から約１．５ｍの位置であって、深さが約４０ｃｍ程度の穴を掘り埋設した。
そして、苗木の移植より２年目から２１年目まで１年に一回ずつ各苗木の高さ及び地上から１０ｃｍの位置における幹の太さを測定した。苗木の種類ごとに上記高さと幹の太さの１２本の平均値を算出し、その結果を表１に示した。

（比較評価）
実施例１の土壌改良剤を使用しないこと以外は上記苗木育成評価と同様の条件で、苗木の生長を観察した。そして上記苗木育成評価における測定と同様に測定して算出した苗木の測定データを表２に示した。

実施例１を用いた苗木育成評価における苗木の高さと、実施例１を用いずに行った比較評価における苗木の高さを比較して、移植より７年目、１４年目、２１年目の比較評価に対する実施例１の苗木育成評価における苗木の成長率を算出し表３に示した。

実施例１を用いて行った苗木育成評価では、非常に好ましい育成結果が得られた。好成績の育成結果が得られた要因としては、上述するとおり、実際に埋設される種々の条件を想定して行い、土壌改良効果が有効に発揮されたと考えられる。一方、同様の環境において行われた比較評価では、実施例１の評価における育成結果と比べて、顕著に育成の遅れが観察された。
即ち、表１及び表２より、移植した４種の苗木全ての高さ及び苗の太さにおいて、実施例１を用いた評価の苗木の方が、比較評価の苗木より良好に生育していることが示された。表３の比較データを見ると、７年目、１４年目、２１年目のいずれの時点においても、実施例１を用いた評価における苗木の高さの方が、比較評価における苗木の高さよりも２８％以上の成長が見られた。特に、移植７年目における実施例１の評価における苗木の成長率はいずれも１４５％以上であり、特に移植の初期において本発明の土壌改良剤が、苗木の育成に対して著しい効果を奏していることが示された。

Claims (3)

1. 貝殻の粉砕物よりなる焼成カルシウム粉末と、アルカリ水とを混合して形成される石化物であることを特徴とする土壌改良剤。
2. 前記アルカリ水のｐＨが、１０〜１２であることを特徴とする請求項１に記載の土壌改良剤。
3. 前記石化物のモース硬度が、４．５以上、５．５以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の土壌改良剤。