JP2015113257A - 循環型農業サイクルへのバチルス属細菌の使用 - Google Patents

循環型農業サイクルへのバチルス属細菌の使用 Download PDF

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Abstract

【課題】野菜生産のための良質の堆肥を提供する。【解決手段】植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物を用いて、発酵処理によって、具体的には、間欠撹拌発酵する一次発酵と通気発酵を行う二次発酵とを含む発酵処理によって、該有機性廃棄物を95%以上の原料率で堆肥化することを含む、堆肥の製造方法、堆肥、ならびに、野菜の生産方法。【選択図】なし

Description

本発明は、特定のバチルス属細菌を利用した堆肥の製造方法に関する。
本発明はまた、上記堆肥を使用した野菜の生産方法に関する。
近年、栽培された農作物がふたたび堆肥として農地に還ってくる「循環型農業サイクル」が注目されており、各地で、いろいろな取組みがなされている。「循環型農業サイクル」が注目される理由は、廃棄物を有効利用することによる肥料の自給率の向上、化学肥料の多用による地力の低下を堆肥により高めるなどの有効な手段として期待されているからである。
我国では、従来から、必要な栄養を土壌に与える化学肥料を用いる農業が、農作物の収穫量を増加させるための非常に効率的で効果のある方法として実施されてきた。このため、近年、過剰に供給された農薬による塩害や、窒素供給のために撒かれた硫酸アンモニウムの問題などが指摘されるようになってきた。
一方、化学肥料の使用に代わる手段である「循環型農業サイクル」については、動植物性廃棄物を微生物により堆肥化することが必要である。そのような廃棄物の堆肥化方法としては、例えば次のような技術が知られている。
特許文献1には、有機廃棄物を、おが屑、藁、籾殻、枝木、木皮、木材チップ、バーク、ダクト等の炭素質基材と、有機物の醗酵分解作用を有する活性混合微生物を利用して、有用な有機肥料に生成することができる有機廃棄物処理方法が記載されている。微生物には、Bacillus subtilis、Bacillus stearothermophilusなどの細菌のほか、カビや酵母なども記載されている。
特許文献2には、アラビノキシランを20重量%以上含む有機物に、ストレプトミセス属放線菌、シュードモナス属細菌および/またはバチルス属細菌を加えて発酵して有機肥料を製造する方法が記載されている。
特許文献3には、広葉樹や針葉樹などの樹皮に鶏糞や尿素などのチッソ源を添加してバチルス属細菌などの好気性超高温菌を加えて発酵・熟成させたバーク様堆肥の製造方法が記載されている。
特許文献4には、有機性廃棄物にバチルス・サブチルス・タケミ株を加えて発酵処理する方法、微生物を苦味の低減化のために使用する方法などが記載されている。
特許文献5には、バチルス(Bacillus)属、ジオバチルス(Geobacillus)属およびエアリバチルス(Aeribacillus)属からなる群から選択される少なくとも1種の微生物を有機廃棄物又は敷料に混合して有害菌を殺菌し、同時に有機廃棄物の堆肥化を実施することを含む、有機廃棄物又は敷料の堆肥化方法が記載されている。
特許文献6には、有機廃棄物中に、15〜50℃で活性を持つ中温菌(バチルス・ズブチルス)及び50〜70℃で活性を持つ高温菌(バチルス・パリダス)を存在させることを特徴とする有機廃棄物処理方法が記載されている。
化学肥料を用いた技術の課題として、具体的に以下の内容が開示されている。
量的な収穫量を拡大するのに有効であった化学肥料の使用では、土壌汚染、土壌細菌類の死滅など多用の弊害が顕在化している(特許文献7)。
農薬・化学肥料の多用により、根の根毛が焼けてリンやミネラルの吸収ができなくなる連作障害が生じるし、また、土壌有効微生物が死滅し、有効微生物と植物との食物連鎖が阻害される(特許文献8)。
一方、「循環型農業サイクル」についての課題の一つとして、労力の問題や堆肥の品質の安定化などの課題が挙げられる。例えば、植物性廃棄物や家庭ごみは、家畜糞などの動物性廃棄物などの堆肥化とは異なり、植物性廃棄物利用により特化した技術が求められる。具体的には、小麦フスマや脱脂米ヌカ等の穀類廃棄物が有機質肥料用の原料として有効であることが従来から知られているが、それらは分解されにくいセルロースやヘミセルロースを多く含んでいるために堆肥化に長い時間がかかる(通常約40日〜2ヶ月)(特許文献2)。
上記のような課題を解決することは、循環型農業サイクルの実現にとって必要なことであり、バイオマス資源である有機性廃棄物から良質な完熟堆肥を農業生産者に供給することによって、品質のよい農産物を高収量で生産することを可能にし、その廃棄物から堆肥を製造し、農産物の生産のために使用する、いわゆる循環型農業サイクルを実現することにつながるだろう。
特許第3378858号公報 特許第3406100号公報 特開2002−293681号公報 特許第3789303号公報 特開2013−060378号公報 再表2004−067197号公報 特開2007−210857号公報 特許第3789303号公報
本発明は、循環型農業サイクルを実現するためのバイオマス資源である有機性廃棄物から良質の堆肥を製造する方法および該堆肥を提供することを目的とする。
本発明はまた、上記堆肥を用いて食味の改善された野菜の生産方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の特徴を包含する。
(1)植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物を用いて発酵処理によって該有機性廃棄物を95%以上の減量率で堆肥化することを含む、堆肥の製造方法。
(2)植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物を用いて間欠撹拌発酵する一次発酵と通気発酵を行う二次発酵とを含む発酵処理によって該有機性廃棄物を95%以上の減量率で堆肥化することを含む、堆肥の製造方法。
(3)上記有機性廃棄物が、野菜廃棄物である、上記(1)または(2)に記載の方法。
(4)上記二次発酵において、穀類殻および/または穀類糠を含む有機性廃棄物をさらに添加することを含む、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5)上記堆肥が、野菜生産のための資材である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の方法により製造された、かつ、野菜生産に使用されることを特徴とする堆肥。
(7)上記野菜が、対照と比較して食味が改善された野菜である、上記(6)に記載の堆肥。
(8)植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物により発酵処理して得られた堆肥を用いて野菜を栽培し、対照と比較して食味が改善された野菜を生産することを含む、野菜の生産方法。
(9)植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物により発酵処理して得られた堆肥を用いて野菜を栽培し、それによって対照と比較して野菜生産量を増加させることを含む、野菜生産量の増加方法。
(10)上記堆肥が、上記有機性廃棄物を上記微生物により間欠撹拌発酵する一次発酵と、通気発酵を行う二次発酵とを含む堆肥化方法によって作製される、上記(8)または(9)に記載の方法。
(11)上記二次発酵において、穀類殻および/または穀類糠を含む有機性廃棄物をさらに添加することを含む、上記(10)に記載の方法。
(12)上記有機性廃棄物が、野菜廃棄物である、上記(8)〜(11)のいずれかに記載の方法。
(13)上記食味が改善された野菜が、苦味、渋味および/または塩味が改善された野菜である、上記(8)に記載の方法。
(14)上記野菜が、根菜系野菜である、上記(8)〜(13)のいずれかに記載の方法。
(15)上記食味が改善された野菜が、ニンジンである、上記(8)、(13)または(14)に記載の方法。
(16)上記野菜が、ダイコンまたはニンジンである、上記(9)または(14)に記載の方法。
本発明をさらに詳細に説明する。
1.堆肥の製造方法
第1の態様において、本発明は、植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物を用いて発酵処理によって該有機性廃棄物を95%以上の減量率で堆肥化することを含む、堆肥の製造方法を提供する。
第2の態様において、本発明は、植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルス(Bacillus subtilis)C−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物を用いて間欠撹拌発酵する一次発酵と通気発酵を行う二次発酵とを含む発酵処理によって該有機性廃棄物を95%以上の減量率で堆肥化することを含む、堆肥の製造方法を提供する。
堆肥の製造に使用する微生物は、バチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株である。そのような微生物として、例えば本出願人が提供する「サーベリックス(登録商標)」・BSは、バチルス・サブチルスC−3102株5×10cfu/gを含む微生物資材であり、本発明の方法のために使用できる。
バチルス・ズブチルスC−3102株は、バチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)c−3102株の微生物表示で1985年12月25日に、日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1(寄託時;日本国茨城県筑波郡谷田部町東1丁目1番地3)の独立行政法人産業技術 総合研究所特許生物寄託センター(寄託時;通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所)に寄託番号 微工研寄第8584号として原寄託し、1986年6月28日に、同機関にて寄託番号FERM BP−1096(移管時;微工研条寄第1096号)として国際寄託に移管され、現在、当該寄託微生物は、独立行政法人製品評価技術基盤機構(NITE)の特許生物寄託センター(千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8 120号室)にて保管されている。なお、バチルス・ズブチルスC−3102(FERM BP−1096)の菌学的性質は、特開昭63−209580号公報及び特開昭62−232343号公報に記載されている。
バチルス・ズブチルスC−3102株の培養は、例えば培地として、バチルス属微生物の培養に通常使用される、炭素源、窒素源、無機物等を含む液体培地又は固体培地等を用いることができる。炭素源としては、同化可能な炭素源であれば良く、例えばグルコース、スクロース、澱粉、糖蜜等を、また窒素源としては、例えばペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン酸加水分解物、硫酸アンモニウム等を挙げることができる。更に必要に応じてリン酸、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、鉄、マンガン等の塩類、ビタミン類、アミノ酸類、消泡剤、界面活性剤等を添加することもできる。また培養条件は、好気条件下行うのが好ましく、培地の初発pHは5〜9、特に6〜8、培養温度は20〜50℃、特に35〜40℃、培養時間は12時間〜7日間であるのが好適である。C−3102株は、芽胞を形成することができるため約70℃の高温に耐性である。
本発明で使用可能な微生物は、バチルス・ズブチルスC−3102株の変異株であってもよい。そのような変異株は、親株を、ニトロソグアニジン、ニトロソウレア、エタンスルホン酸メチル、それらの誘導体などの化学変異原の存在下に培養するか、培養親株に、紫外線、ガンマ線、X線、重イオンビームなどの高エネルギー線を照射するなどの方法によって得ることができる。植物由来の有機性廃棄物に、候補変異株を添加し、一次発酵での発酵開始時から終了時までの間に該候補変異株が1×10cfu/g以上の割合で存在し得ること、ならびに、二次発酵で発酵温度が約50〜70℃に上昇する能力をもつことを指標にして、本発明で使用可能な変異株を選抜することができる。
本発明の方法での微生物濃度は、一次発酵での初期濃度で例えば1×10cfu/g〜1×10cfu/gまたはそれ以上の濃度を挙げることができるが、この範囲に限定されないものとする。
植物由来の有機性廃棄物は、野菜廃棄物、水草、雑草、穀類殻、穀類糠などの植物性廃棄物である。好ましい主資材としての有機性廃棄物は、食品会社、スーパーなどから排出される野菜くず、農家から廃棄される野菜などの野菜廃棄物である。野菜廃棄物の他に、穀類殻および/または穀類糠を副資材として使用してもよい。穀類には、例えば米、小麦、大麦などが挙げられ、もみがら、糠(ぬか)などが副資材として使用できる。糠には、例えば米糠、小麦ふすま、麦糠などが含まれる。野菜廃棄物は、約80%の水分が含まれる。副資材は、発酵の段階で添加しうる。例えば、副資材は、一次発酵の段階で主資材に添加されてもよいし、添加されなくてもよいが、二次発酵の段階で、さらに発酵を促進するために添加することが好ましい。一次発酵物に対する副資材の重量比は、例えば約1/20〜1/80であるが、この範囲に限定されないものとする。
本発明の方法での発酵処理は、具体的には、一次発酵と二次発酵とから構成される。
一次発酵は、主に、植物由来有機性廃棄物の減量を目的とした間欠撹拌発酵の工程であり、90〜95%の減量率を達成することができる。例えば、食品加工工場から廃棄された野菜くずを細断した野菜廃棄物(水分含量、約80%)1gあたり上記微生物1×10cfu/g〜1×10cfu/g、好ましくは1×10cfu/g〜1×10cfu/gを添加することができるが、この範囲に限定されないものとする。一次発酵の間、発酵温度が、微生物非添加の場合より約5℃以上上昇し、例えば約40℃以上となる。このために、有機性廃棄物の減量率が高まると推定される。
二次発酵は、糠を含む副資材を添加し、かつ、通気下で発酵を行う工程である。発酵温度がさらに上昇し、50℃以上、最高約60〜70℃またはそれ以上となる。発酵温度は、微生物非添加の場合より約10℃高くなり、最高温度到達後の40〜60℃の時間帯も約10日長くなる。このため、有機廃棄物の減量率は、最終的に95%以上、例えば97〜98%となる。
一次発酵工程には、約1か月、二次発酵工程には、約3か月の時間を要するが、通気量を増加すること、微生物含量を増加すること、撹拌効率を高めることなどにより、各工程期間を短縮することが可能である。
堆肥化装置は、有機性廃棄物および微生物の投入口、撹拌機、温度センサー、排水管を備えており、この他に、該廃棄物を細断するための細断機、温度監視装置などを備えていてもよい。堆肥化装置の容量は、50L〜1500Lが適当であるが、これ以上であってもよい。バッチ式および連続式のいずれの方式でもよいが、連続式の場合には、装置の容量が小さくてもよいという利点がある。連続式では、例えば500L容量の装置を使用した場合、1日あたり200〜300kgの有機性廃棄物と、該廃棄物1gあたり1×10cfu/g〜1×10cfu/gまたはそれ以上の微生物とを添加して所定量の有機性廃棄物の処理が完了するまで一次発酵を間欠撹拌しながら行い、その後に、通気しながら二次発酵を行うことができる。
有機性廃棄物の減量率が95%以上、好ましくは97%以上に達した時点で、完熟した堆肥を回収する。
本発明の方法により、例えば、野菜くず5450kg(水分含量、約80%)から約160kgの堆肥を製造することができる(減量率97%)。
上記の方法によって製造された堆肥は、野菜生産、花卉生産、家庭菜園などのために使用できる。好ましくは、野菜生産のために使用される。
本発明はまた、上記方法によって製造された良質の堆肥を提供する。
本発明の堆肥は、化学肥料栽培または微生物非添加堆肥栽培の場合(これを、本明細書中では「対照」という。)と比べて、野菜の収穫量を有意に高めるし、また、野菜の食味を改善する、という利点を提供することができる。本明細書中で「食味を改善する」とは、例えば味覚センサーによる味覚分析の結果として、苦味、渋味および/または塩味が改善される、すなわち、対照と比べて、苦味、渋味および/または塩味が有意に低減されることを意味する。このような作用効果は、野菜のなかで、とりわけ根菜系野菜で確認された。根菜系野菜には、例えばニンジンなどが含まれる。本発明の堆肥は、野菜生産に使用されることを特徴とする。
2.野菜の生産方法
本発明はさらに、植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物により発酵処理して得られた堆肥を用いて野菜を栽培し、対照と比較して食味が改善された野菜を生産することを含む、野菜の生産方法を提供する。
上記堆肥は、上で説明したとおりの、野菜廃棄物等の有機性廃棄物を上記微生物により間欠撹拌発酵する一次発酵と、通気発酵を行う二次発酵とを含む堆肥化方法によって作製される堆肥である。
野菜は、特に制限されないが、根菜系野菜、葉菜系野菜、果菜系野菜などのいずれかである。
果菜系野菜には、例えばキュウリ、ナス、ピーマン、オクラ、メロン、ソラマメなどが含まれる。
葉菜系野菜には、例えばコマツナ、ハクサイ、メキャベツ、ラッキョウ、ウド、タケノコなどが含まれる。
根菜系野菜には、例えばダイコン、ニンジン、カブ、ヤマイモ、ゴボウ、ラッキョウ、ヤマユリなどが含まれる。
好ましい野菜は、苦味、渋味および/または塩味などの食味が問題となる野菜類である。
本発明では、上記堆肥を用いて根菜系野菜を栽培したとき、生産された根菜系野菜(とりわけ、ニンジン)で苦味、渋味および/または塩味が低減すること、これにより、野菜の付加価値を高めることができること、が確認された。また、本発明の堆肥を野菜の栽培に使用することによって野菜の収穫量を増加させることができる。
具体的には、本発明の方法により、上記方法で製造された堆肥56kgを使用して、ダイコン(94粒)およびニンジン(420粒)を栽培したとき、それぞれ、約67kg、約30kgを得ることが可能であった。対照での栽培では、微生物非添加堆肥でそれぞれ約61kg、約25kgであり、化学肥料でそれぞれ約57kg、約22kgであったので、本発明の方法は、野菜の生産性向上を可能にする。
(実施例)
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の技術的範囲は、その実施例によって制限されないものとする。
[実施例1]
<野菜くずの堆肥化>
野菜加工工場から排出された野菜くず200kgと籾殻を堆肥化装置「食品残渣発酵分解装置フォースターズMDT−500」((株)メリーズ・ジャパン製)に投入し、バチルス・ズブチルス C−3102株(FERM BP−1096)を主成分とする「サーベリックス(登録商標)」・BS(カルピス(株)製)を1kg添加した添加区と添加しない非添加区の2試験区を設け、試験を開始した。その後、野菜くずの投入は22日間継続し、1日当たり200〜300kg投入した。その際、添加区にはバチルス・ズブチルス C−3102株(FERM BP−1096)の菌数が野菜くず1g当たり1×10cfu以上となるように「サーベリックス(登録商標)」・BSを混合した。
そして、試験開始23日目に堆肥化装置から中身を全量抜き出し、フレコンバックに移した後に籾殻、米糠を添加し、高圧通気装置「イージージェットJr」((株)ミライエ社製)を挿入して後発酵を開始した。後発酵は80日間継続し、野菜くず堆肥を得た。野菜くずの堆肥化における減量率を表1に示す。表中、減量率=(野菜くず堆肥量/投入した野菜くず)×100%である。
Figure 2015113257
表1の結果から、添加区は非添加区と比較して顕著に減量率が向上したことが判る。
<野菜くず堆肥の施肥>
圃場に、添加区で作製した野菜くず堆肥を56kg施肥した添加堆肥区、非添加区で作製した野菜くず堆肥を56kg施肥した非添加堆肥区、そして、添加区で作製した堆肥56kgと同等量の可給態窒素、有効態りん酸(P)、交換性カリウム(KO)を化学肥料で添加した化学肥料区の3試験区を設けた。化学肥料区の化学肥料はそれぞれ硫酸アンモニウム、過リン酸石灰、硫酸カリウムを使用した。
<ダイコン、ニンジンの栽培>
圃場に設定した3試験区にそれぞれ、等間隔にダイコン、ニンジンの種を播種した。播種した数を表2に示す。ダイコンは播種から96日後に、ニンジンは播種から123日後に全量収穫した。ダイコン、ニンジンの収穫量を表3に示す。
Figure 2015113257
Figure 2015113257
表3の結果から、収穫量はダイコン、ニンジンともに添加堆肥区が最も多かったことが判る。
<ニンジンの食味分析>
収穫したニンジン(可食部)をすり潰した後にさらしでろ過したニンジン汁を味覚センサー「味認識装置TS−5000Z」((株)インテリジェントセンサーテクノロジー製)で分析した結果を表4に示す。
Figure 2015113257
表4の結果から、添加堆肥区のニンジン汁が苦味、渋み、塩味が最も低いことが確認された。
本発明の方法で製造された堆肥は、野菜廃棄物から製造された資材であり、これを野菜の生産に使用したとき、収穫量の増加と野菜の食味の改善を達成することができる。したがって、本発明は、農業上有用であり、特に、循環型農業サイクルを可能にする利点を提供する。

Claims (16)

  1. 植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物を用いて発酵処理によって該有機性廃棄物を95%以上の減量率で堆肥化することを含む、堆肥の製造方法。
  2. 植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物を用いて間欠撹拌発酵する一次発酵と通気発酵を行う二次発酵とを含む発酵処理によって該有機性廃棄物を95%以上の減量率で堆肥化することを含む、堆肥の製造方法。
  3. 上記有機性廃棄物が、野菜廃棄物である、請求項1または2に記載の方法。
  4. 上記二次発酵において、穀類殻および/または穀類糠を含む有機性廃棄物をさらに添加することを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 上記堆肥が、野菜生産のための資材である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法により製造された、かつ、野菜生産に使用されることを特徴とする堆肥。
  7. 上記野菜が、対照と比較して食味が改善された野菜である、請求項6に記載の堆肥。
  8. 植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物により発酵処理して得られた堆肥を用いて野菜を栽培し、対照と比較して食味が改善された野菜を生産することを含む、野菜の生産方法。
  9. 植物由来の有機性廃棄物をバチルス・ズブチルスC−3102株(FERM BP−1096)もしくはその変異株の微生物により発酵処理して得られた堆肥を用いて野菜を栽培し、それによって対照と比較して野菜生産量を増加させることを含む、野菜生産量の増加方法。
  10. 上記堆肥が、上記有機性廃棄物を上記微生物により間欠撹拌発酵する一次発酵と、通気発酵を行う二次発酵とを含む堆肥化方法によって作製される、請求項8または9に記載の方法。
  11. 上記二次発酵において、穀類殻および/または穀類糠を含む有機性廃棄物をさらに添加することを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 上記有機性廃棄物が、野菜廃棄物である、請求項8〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 上記食味が改善された野菜が、苦味、渋味および/または塩味が改善された野菜である、請求項8に記載の方法。
  14. 上記野菜が、根菜系野菜である、請求項8〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 上記食味が改善された野菜が、ニンジンである、請求項8、13または14に記載の方法。
  16. 上記野菜が、ダイコンまたはニンジンである、請求項9または14に記載の方法。
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