JP5216426B2 - 水生植物植栽用基盤及び水中固定用水生植物基盤 - Google Patents

Description

本発明は、河川、湖沼等における緑化並びに水質浄化に有用であり、かつ環境的にも優れた水生植物植栽用基盤、及び該基盤を利用した水中固定用水生植物基盤に関する。

近年、河川、湖沼等における水辺の景観改善のための緑化や、湖沼の富栄養化による水質汚染、更には、これらに伴う水辺生態系の衰退や、自然景観の悪化が問題になっている。
そこで、水生植物の植栽や水質浄化に係る技術が従来から提案されている。例えば、湿地帯や、水深の浅い水中の底に直接水生植物を植栽する方法、発泡樹脂等の軽比重の基台を利用して草木を植栽するいわゆる浮島方式の水上での植栽方法(特許文献１等)、基盤本体に多数の小開口が設けられた、次第に水中に沈降して着底する水面緑化用基盤(特許文献２)、覆砂工法における覆砂材の代わりに用いるための、生分解性シート又は植生マットからなる基盤材の層間に、酸化第二鉄を主成分とするシルトを含む中間層を有する、底泥浄化用の複層マット(特許文献３)が知られている。
しかしながら、水中に直接植栽する方法では、多大な労力と費用を要するという問題がある。また、浮島方式では、基盤に浮力を与えるための発泡樹脂が難分解性であり、且つ劣化し易い。更に、浮島となる基盤が風雨や波浪の影響により移動しないようにロープやワイヤー等で固定する作業も必要となる。
次第に水中に沈降して着底する水面緑化用基盤は、水中に直接植栽する方法の問題点を解決するが、その基盤の構造が複雑である。
特許文献３に記載される複層マットは、覆砂材の代わりとすることを目的とするものであり、水質浄化作用に優れるが、目詰まりを起し易いシルトを利用するので、そのシルト層が嫌気的になり易く、実使用においては水生植物の良好な生育を阻害するおそれがある。また、該複層マットは、酸化第二鉄を含むが、このような還元されていない酸化鉄の状態では、水生植物の鉄分補給効果は期待できず、その生育が疑問視される。

ところで、水生植物の植栽のように水中に用いるものではなく、陸上において、芝生等の植物を育成するためのマットが、特許文献４等に提案されている。該文献４に記載された育成用マットは、木材破砕物を主原料とし、これを接着剤を用いて固結させることにより形成されており、原料組成において該木材破砕物を含む全原料よりなる単一の層から構成されており、該木材破砕物には樹皮が含まれ、該接着剤は合成樹脂系接着剤であり、該単一の層は、植物種子の播種がなされるマット上部においてはマット下部におけるよりも破断強度が小さく、これにより上部においては播種された植物が根着くのに充分な物性を有し、一方下部においては植物の根のマット底面への突出を抑制し得る物性を有するものであり、かかる構成により植物の育成が可能であるマットである。
この植物育成用マットは、木材破砕物が主原料であるため、水上に浮き、水中の底に固定して水生植物を植栽する用途には不向きである。また、この植物育成用マットは、陸上における植物の育成を意図しているため、該マットに植物の育成に必要なリン系や窒素系の肥効成分を含有させることが意図されている。
しかし、このような肥効成分を含むマットを水中における水生植物の植栽に利用すると、該肥効成分が水中に溶解し、水質汚染の原因になるという問題がある。

一方、多孔質セラミックスが、土壌の保水材、微生物や農薬等の担持体、建築用内外壁材、路面舗装材や護岸壁構築材に利用でき、水の浄化作用等を示すことは従来から良く知られている。例えば、特許文献５には、有機物含有廃棄物と粘土と鉄化合物とを含む混合物を成形し焼成してなるセラミックス多孔体が提案されている。
該セラミックス多孔体は、水酸化鉄や酸化第二鉄等を焼成により反応性に富む鉄に変化させた状態で含むので、下水に含まれる硫化物や不純物等が該鉄と反応し、浄化作用等を示す。
しかし、このようなセラミックス多孔体を、水生植物の植栽に利用する点については知られていない。
特開平１０−３４１８７号公報 特開平９−２５２６７３号公報 特開２００３−２４７２１７号公報 特許第３８４７２６８号公報 特開２００３−１４６７７４号公報

本発明の課題は、河川、湖沼等における緑化を推進しうる水生植物の植栽が容易であり、水質浄化に優れ、かつ環境的にも優れた、水中において沈降する比重を有する水生植物植栽用基盤を提供することにある。
本発明の別の課題は、河川、湖沼等における緑化並びに水質浄化に有用であり、かつ環境的にも優れ、その施工も容易な、水中において沈降する比重を有する水中固定用水生植物基盤を提供することにある。

本発明によれば、木材破砕物と、接着剤とを含むマット状に固結した基盤に、水生植物又はその苗木を植栽するための複数の底が閉塞した穴が設けられており、該穴に鉄含有セラミックス多孔体を充填してなり、前記鉄含有セラミックス多孔体の含有割合が、前記基盤が水中に沈降しうる比重１０５０〜１１００ｋｇ／m³となる割合である水生植物植栽用基盤が提供される。
また本発明によれば、木材破砕物と、鉄含有セラミックス多孔体と、接着剤とを含み、マット状に固結した、水生植物植栽用基盤であって、前記鉄含有セラミックス多孔体の含有割合が、前記基盤が水中に沈降しうる比重１０５０〜１１００ｋｇ／m³となる割合である水生植物植栽用基盤が提供される。
更に本発明によれば、上記水生植物植栽用基盤に、水生植物又はその苗木を植栽した、河川、湖沼の底に該基盤を載置するための水中固定用水性植物基盤が提供される。
尚、以下、本発明の水生植物植栽用基盤及び水中固定用水性植物基盤をまとめて、本発明の基盤ということがある。

本発明の水生植物植栽用基盤は、生分解性に優れる木材破砕物と、水生植物の鉄分補給に有効な鉄含有セラミックス多孔体と、接着剤とを含み、水中に沈降しうる特定の比重を有するマット状物であるので、基盤全体が多孔質状態を形成し、該多孔質内部における微生物の繁殖が期待でき、優れた水質浄化作用を示し、更に、河川、湖沼等における緑化を推進しうる水生植物の植栽が、前記鉄分供給により容易に行うことができる。また、特定の比重により河川、湖沼の岸辺の底に確実に固定することができ、しかも、主成分が生分解性に優れる木材破砕物であるため環境的にも優れる。
本発明の水中固定用水性植物基盤は、上記本発明の水生植物植栽用基盤に、水生植物又はその苗木を植栽したものであるので、河川、湖沼の岸辺の底に該基盤を載置するという簡便な方法で、緑化及び水質浄化効果を得ることができる。

以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の水生植物植栽用基盤は、木材破砕物と、鉄含有セラミックス多孔体と、接着剤とを含む。
木材破砕物は、原木又は木材を砕いてなる破砕物であって、不定形の片や粒の集合物である。木材の種類は特に限定されず、針葉樹、広葉樹のいずれでも良いが、保水性、抗菌性に優れ、破砕処理が容易な点から、杉等の針葉樹の使用が好ましい。木材破砕物には、凹凸に富み、抗菌性を有する樹皮の破砕物が含まれることが好ましい。
木材破砕物の形状は上述のとおり不定形であるが、その大きさや粒度は、破砕方法により調整することができる。その粒度分布は特に限定されるものではないが、通常、０．２ｍｍ以下の粉状物から、２ｃｍ以上の片状物の混合物を用いることができる。
木材破砕物は、水生植物植栽用基盤における主成分を構成し、容量的には、好ましくは該基盤の７０〜８５容量％程度を占める。

前記鉄含有セラミックス多孔体は、水中において主に、水生植物に鉄分を補給することが可能な材料であって、且つ本発明の基盤の比重を、該基盤が水中に沈降するように調整することができる材料であり、更には、河川や湖沼の底に設置した際に、水中に存在するリンや窒素を固定して水質浄化する作用も兼ね備えた材料である。
鉄含有セラミックス多孔体は、上記作用を有する反応性に富んだ鉄を含有し、多孔質であれば特に限定されない。多孔質の細孔の径は、通常２ｎｍ〜１０μｍ程度である。
該多孔体としては、例えば、有機物含有廃棄物、粘土及び鉄化合物を含む混合物を成形し、焼成した焼成物が挙げられる。

前記有機物含有廃棄物は、上記焼成により燃焼し、多孔質の細孔を主に形成する材料であって、例えば、木質廃材、生ゴミ、食品残滓、下水汚泥、プラスチック廃材、その他の有機物を含有する廃棄物が挙げられる。
有機含有廃棄物の性状は、鉄含有セラミックス多孔体の製造にあたって、流動物状又は粉粒物とすることが好ましく、特に、その粒径が５ｍｍ程度以下、更には２ｍｍ程度以下であることが好ましい。また、水分の多い有機含有廃棄物は、予め脱水や乾燥させたものであることが好ましい。

前記粘土は、上記焼成によりセラミックスの基材を形成する材料であって、例えば、シリカ、アルミナ、酸化カルシウム等を含む天然産出または人工的に調整した粘土あるいは陶器類製造工場からの廃材としての粘土を用いることができる。成分的には、少なくともＳｉＯ₂が４５〜８５質量％程度、Ａｌ₂Ｏ₃が１０〜２５質量％程度、ＣａＯが５質量％程度以下、Ｋ₂Ｏが５質量％程度以下含む粘土の使用が好ましい。
前記鉄化合物は、上記焼成により、上述の水生植物に鉄分を補給する作用や、水中に存在するリンや窒素等を固定する作用を示す、反応性に富む鉄の原料となる材料であって、例えば、酸化鉄や水酸化鉄が挙げられる。

鉄含有セラミックス多孔体の製造にあたり、上記有機物含有廃棄物、粘土及び鉄化合物の配合割合は、通常、粘土１００質量部に対し、有機物含有廃棄物を乾燥質量として５〜５０質量部、鉄化合物５〜１００質量部の範囲から適宜選択することができる。
鉄含有セラミックス多孔体の製造は、得られる鉄含有セラミックス多孔体の形態に応じて適宜選択することができる。例えば、粒状にする場合には、上記各材料を混合し、適当に成形し焼成した後に、粉砕する方法、また、ペレット状にする場合は、上記各材料を混合し、ペレット状に成形し焼成する方法等により行うことができる。
鉄含有セラミックス多孔体の製造における焼成は、通常、６００〜１３００℃の焼成温度範囲において行うことができる。焼成の雰囲気は、反応性に富む鉄を含むために、還元性雰囲気が好ましい。

本発明の水生植物植栽用基盤において、上記鉄含有セラミックス多孔体の含有割合は、該基盤が水中に沈降しうる比重１０００ｋｇ／m³より大きく、好ましくは１０５０〜１１００ｋｇ／m³となる割合である。１０５０ｋｇ／m³未満では、水中への沈降が困難であり、１１００ｋｇ／m³を超えると、木材破砕物の割合が少なくなりすぎてマット状への成形が困難になるおそれがある。
上記鉄含有セラミックス多孔体の含有割合は、本発明の水生植物植栽用基盤の比重を上記範囲にするために、乾燥物換算における木材破砕物１００質量部に対して、通常１８〜４３質量部である。

前記接着剤は、前記木材破砕物、もしくは木材破砕物と鉄含有セラミックス多孔体とを後述する方法によりマット状に固結する材料であって、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を原料とした合成樹脂系接着剤を用いることができる。
接着剤の含有割合は、本発明の水生植物植栽用基盤を構成する材料を固結し、マット状にできうる割合であれば特に限定されないが、乾燥物換算における木材破砕物１００質量部に対して、通常２０〜３０質量部である。

本発明の水生植物植栽用基盤には、上記木材破砕物、鉄含有セラミックス多孔体及び接着剤の他に、本発明の所望の効果を損なうことなく、また他の効果を付与するために、例えば、炭素粉末等の他の材料を含ませることができる。
本発明の水生植物植栽用基盤は、木材破砕物等が接着剤によって固結し、マット状に形成されるため、該マット中には空隙が形成された状態であり、水生植物の発根、根の生育が妨げられず、また、空隙が連なっている状態で、水の流通もし易いものである。従って、このような空隙を塞ぐような他の材料を構成材料として含ませることは好ましくない。
また、本発明の水生植物植栽用基盤は、水中の底に沈降させて使用するので、水質汚染の原因となるリンや窒素系の肥効成分は含有しないことが好ましい。
本発明の水生植物植栽用基盤は、天然由来の木材破砕物を主として構成されるため、時間の経過にしたがって生分解が好適に進行する。

本発明の水生植物植栽用基盤の製造は、例えば、木材破砕物と、粒状等の鉄含有セラミックス多孔体と、接着剤と、必要により他の材料を混合攪拌し、マット状に加圧成形、もしくは加熱圧着成形する方法、木材破砕物と、接着剤と、必要により他の材料を混合攪拌し、マット状に加圧成形、もしくは加熱圧着成形した後、該成形マットに、水生植物又はその苗木を植栽するための複数の底が閉塞した穴を設け、該穴に、ペレット状等の鉄含有セラミックス多孔体を充填する方法等により行うことができる。
前者の粒状等の鉄含有セラミックス多孔体を予め他の材料と混合撹拌する方法では、鉄含有セラミックス多孔体が、少なくとも基盤内部に分散固定された水生植物植栽用基盤を得ることができる。
加熱圧着成形は、接着剤として熱可塑性樹脂系や熱硬化性樹脂系のものを用いた場合に有効であり、その際の温度は、通常、１００〜１７０℃の範囲から適宜選択することができる。また、加熱温度及び加圧圧力は、成形マットの例えば上下部分等において変化させることもできる。
水生植物植栽用基盤の大きさは、植栽する水生植物の種類及び量により適宜決定することができる。水中での水生植物の固定を十分なものにする点から、厚さは、５〜１０ｃｍ程度が好ましい。

本発明の水中固定用水生植物基盤は、上述の本発明の水生植物植栽用基盤に、水生植物又はその苗木を植栽することにより得ることができる。該植栽は、例えば、ポット苗に植栽されている幼苗をポット苗から根に付着している土ごと取り去り、水生植物植栽用基盤の鉄含有セラミックス多孔体を充填した穴に、幼苗の根を埋め込むことにより行うことができる。
水生植物としては、例えば、抽水性植物、浮葉性植物、沈水性植物が挙げられ、具体的には、クレソン、シュロカヤツリ、ワスレナグサ、ショウブ、ミソハギ、ルイジアナアヤメ、シキザキカキツバタ、シラサギツゲ、ポンテデリア、キショウブ等が挙げられる。
本発明の水中固定用水生植物基盤は、河川、湖沼の岸辺等の底に載置することにより施工することができる。

以下、本発明を、実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
実施例１
図１に示す水生植物植栽用基盤１０を準備した。該基盤１０は、木材破砕物を接着剤で加熱圧着成形した、５０ｃｍ×５０ｃｍ×８ｃｍのマット状成形物１１を調製した後、底が閉塞した６つの穴１２を設け、該穴１２に鉄含有セラミックス多孔体のペレット１３を充填して作製した。
木材破砕物としては、杉の間伐材の原木を、そのまま機械により切削、粉砕して調製したもの４５００質量部を用い、接着剤としては、熱硬化性樹脂系接着剤（商品名「ポリメリックＭＤＩ」、三井化学ポリウレタン株式会社製）１０００質量部を用い、その他、粉状炭４００質量部を用いて、マット状成形物１１を調製した。
該成形物１１の調製は、木材破砕物、接着剤及び粉状炭を混合・攪拌してなる混合物を、１３０〜１６０℃に加熱した加熱プレス機の台（平板）上に載置し下方から加熱処理し、一方、上方に備えられている加圧板を１００〜１２０℃に加熱し、混合物上に降下させ、約１ｔ／ｍ²の圧力を加えて、１０分間板状に圧縮、成型し、上下の各熱源（台と加圧板。）の加熱を停止し、余熱でもって１０〜１５分程度、緩やかに混合物の加熱を継続することにより行った。
また、ペレット１３は、有機物含有廃棄物としての焼酎廃液４００質量部（有機物換算量２０質量部）と、粘土１００質量部と、酸化第二鉄４０質量部とを混合し、直径６ｍｍ、長さ２ｃｍの円柱状のペレットに成形した後、酸化性雰囲気において、９００℃、９時間焼成して調製した。
基盤１０は、比重が１０５０ｋｇ／ｍ³であり、水に沈降するものであった。また、基盤１０のマット状成形物１１は、内部に水等が流通できる空隙が多数入り組んだものであった。

水生植物植栽用基盤１０のペレット１３を充填した穴１２に、クレソン、シュロカヤツリ及びワスレナグサを植栽して、水中固定用水生植物基盤を作製した。
一方、全窒素濃度３０ｍｇ／Ｌ、アンモニア態窒素濃度５ｍｇ／Ｌ、全有機態炭素濃度１３ｍｇ／Ｌの中性の原水６５リットルを入れた、１１０リットル容積の水槽を準備した。
準備した水槽に、上記で作製した水中固定用水性植物基盤を２枚沈め、６０日間栽培した。水は水槽内にかけ流した。６０日後、かけ流しの水を止め、明暗条件で、それぞれ３時間ずつ２５℃の条件で培養を行った。明暗の培養前後で全窒素、アンモニア態窒素及び全有機態炭素それぞれの濃度を測定し、１日当たりの水中固定用水生植物基盤１枚あたりの除去量を計算した。尚、アンモニア量はイオン電極法により、全窒素量は熱分解法により、全有機態炭素は燃焼触媒法によりそれぞれ測定した。
その結果、全窒素除去量は５７６ｍｇ／日、アンモニア態窒素除去量は７８ｍｇ／日、全有機態炭素除去量は４０２ｍｇ／日であった。また、栽培期間終了時も水生植物の生育は順調であった。

比較例１
ペレット１３の代わりに、砂利を充填した以外は実施例１と同様に、水生植物植栽用基盤及び水中固定用水生植物基盤を作製した。得られた水中固定用水生植物基盤を用いて、実施例１と同様に栽培を行ったところ、３０日目から葉が黄色く変色しはじめ水生植物の生育に支障がでた。これは、この例の水生植物が、ペレット１３による鉄分の補給ができなかったことによる要因と推測できる。

実施例１で作製した水生植物植栽用基盤の概略図である。

Claims (7)

1. 木材破砕物と、接着剤とを含むマット状に固結した基盤に、水生植物又はその苗木を植栽するための複数の底が閉塞した穴が設けられており、該穴に鉄含有セラミックス多孔体を充填してなり、前記鉄含有セラミックス多孔体の含有割合が、前記基盤が水中に沈降しうる比重１０５０〜１１００ｋｇ／m³となる割合である水生植物植栽用基盤。
2. 木材破砕物と、鉄含有セラミックス多孔体と、接着剤とを含み、マット状に固結した、水生植物植栽用基盤であって、
   前記鉄含有セラミックス多孔体の含有割合が、前記基盤が水中に沈降しうる比重１０５０〜１１００ｋｇ／m³となる割合である水生植物植栽用基盤。
3. 木材破砕物を乾燥物換算で１００質量部と、鉄含有セラミックス多孔体１８〜４３質量部と、接着剤２０〜３０質量部とを含む請求項１又は２記載の水生植物植栽用基盤。
4. 鉄含有セラミック多孔体が、少なくとも基盤内部に分散固定されている請求項２記載の水生植物植栽用基盤。
5. 鉄含有セラミックス多孔体が、有機物含有廃棄物と、粘土と、鉄化合物とを含む混合物を成形し、焼成した焼成物である請求項１〜４のいずれかに記載の水生植物植栽用基盤。
6. 接着剤が、熱可塑性樹脂系又は熱硬化性樹脂系の接着剤である請求項１〜５のいずれかに記載の水生植物植栽用基盤。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の水生植物植栽用基盤に、水生植物又はその苗木を植栽した、河川、湖沼の底に該基盤を載置するための水中固定用水性植物基盤。

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