JP5915831B2

JP5915831B2 - フォルミジウム・ルリドムの培養方法

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Publication number: JP5915831B2
Application number: JP2011165111A
Authority: JP
Inventors: 伸夫森; 亮鷲見
Original assignee: Nikken Sohonsha Corp
Current assignee: Nikken Sohonsha Corp
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: JP2013027344A

Description

本発明は、塩害が発生している土壌を耕作等に適するように改善するために使用される藻類の培養方法及びその培地を用いる土壌改良剤に関する。

従来、海岸沿いの土壌、海の干拓により造成された土壌、長年の使用により地表の水分が蒸発により塩分が濃縮された土壌、また、津波により海水が流入した土壌などでは、塩分濃度が高いために農作物の育成が妨げられることが広く知られている。

例えば、特許文献１には、塩分吸収能力の高い藻類を用いて、塩害発生土壌を処理すること塩害発生土壌の改良方法について記載されている。

そして、特許文献２には、樹木の皮から得られた堆肥である樹皮堆肥に、木炭、竹炭、貝殻炭化処理物、海藻類炭化処理物から選ばれる一種又は二種以上を追加して得られた土壌改良剤について記載されている。

特開２００２− ３０２８５号公報特開２００７−３０２８０３号公報

しかしながら、塩分濃度が高い土壌を改良することについて、塩分濃度を下げることは必要であるが、そのような土壌では農作物の成長に寄与し様々な働きをする土壌中のバクテリアも肥沃な土壌に比べると少なく、農作物の育成に必ずしも適した土壌ではなかった。

上述した特許文献１では、確かに塩分吸収能力の高い藻類を用いて、土壌に含有される塩分が除去されることについては言及されてはいるものの、土壌中のバクテリアを増殖させる効果については不十分であった。

また、使用する藻類の培養については、特別な培養装置や水田を培養プールとして使用する培養方法について記載されているが、土地の有効利用として水田を使用して培養したとしても使用する土地によって土壌に含有される土中細菌の影響を受けて安定的に藻類を培養することが困難であった。

上述した特許文献２では、木材由来の材料を土壌改良剤として使用することに言及されているが、塩分濃度の高い土壌に使用したときに塩分濃度を低減することについては言及されていない。

そこで、本発明では、塩分濃度が高い土壌であっても、塩分濃度を低減し、さらに農作物の育成に寄与する土壌中のバクテリアの増殖も可能である土壌改良剤の提供及びその土壌改良剤に使用する藻類の安定的培養のための培養方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、所定の塩分濃度の塩水及び植物繊維を包含する培地を用いて培養し、培地の塩分濃度が当初より低減する藻類の培養方法である。

そして、植物繊維がセルロースである上記の培養方法である。

そして、植物繊維が紙製造時の残渣である上記の培養方法である。

本発明に係る植物繊維を包含する培地を用いて培養する藻類の培養方法により、土壌改良剤を使用する場所であっても培養設備を新設することなく、土壌に含有される土中細菌の影響を受けることなく藻類を安定的に培養することができる。

そして、植物繊維がセルロースである上記の培養方法により、より保水性を向上することができるため、藻類をさらに安定的に培養することができ、培養中に蒸発した水分を補給する人的又は設備的な作業負担を軽減することができる。

そして、植物繊維が紙製造時の残渣である上記の培養方法により、廃棄資源をリサイクルして有効に活用することができる。

そして、上記のいずれかの培養方法で用いられた植物繊維及びこの培養方法で用いられた植物繊維及びこの方法で培養された藻類が含有する土壌改良剤により、塩分濃度が高い土壌であっても、塩分濃度を低減し、さらに農作物の育成に寄与する土壌中のバクテリアを増殖する相乗効果を発現することができる。

本発明に係る培養方法を実施するために使用される植物繊維としては、種々の木材の幹や枝から伐採された木片又は非木材を粉砕等して得られた繊維である。これらの植物繊維は、使用の際に漂白されたものであっても、漂白されていないものであってもよい。このように、植物繊維を用いることで、藻類の培養における物理的な足場である培地となるとともに、培地に含有される水分の蒸発を抑制することができ、土壌改良剤の一成分として藻類と共に田畑に混ぜられることで、土壌が植物繊維と馴染み適度な空気を包含させ土壌中のバクテリアに酸素を供給することができる。

また、この植物繊維は、種々の天然高分子より構成されるものであるが、少なくともセルロースを含有していることが好ましく、そのセルロースが主成分であることがさらに好ましい。なお、土壌改良剤に混合したときにバクテリア等の微生物に分解され易くするために、これらの天然高分子に対してエーテル化、エステル化等の化学的修飾がなされていないことが好ましい。このようにセルロースを用いることにより、上記の水分蒸発の抑制効果に加え、ある種のバクテリアによりセルロースが糖質に分解されバクテリアに栄養を供給することができるので、土壌中のバクテリアを増殖させることができる。

さらに、この植物繊維は、種々の用途で不要になった木材、木材チップ、古紙、非木材等より入手して作成されたものである。例えば、山林で間引きのため伐採された木材、建築用の廃材、おがくずなどから得られた繊維、または紙製造時に排出される残渣が挙げられ、その中でも植物からリグニン等が除去された後に分離、叩解されてすでに繊維状となっていることから紙製造時に排出される残渣を用いることが好ましい。なお、紙製造時に排出される残渣は、木材パルプ、古紙パルプの製造工程、捗紙・塗工・仕上げ工程のいずれの工程から排出される残渣であっても良い。このように、紙製造時に排出される残渣を用いることで、廃棄資源を有効に活用することができ、また藻類の培養において培地中で保湿効果を有することにより培地の水分蒸発を防ぐことができる。さらに、土壌改良剤の一成分として藻類と共に田畑に混ぜられることで、土壌が紙製造時に排出される残渣と馴染み適度な空気を包含させ土壌中のバクテリアに酸素を供給することができ、ある種のバクテリアにより紙製造時に排出される残渣が糖質に分解されバクテリアに栄養を供給することができるので、土壌中のバクテリアを増殖させることができる。なお、植物由来の材料を用いることにより、有害な廃棄物を生じることなく天然物として環境中で循環させて利用することができる。

これらの植物繊維の長さは、特に限定されないが、木材パルプ等から生産され洋紙に使用される程度の長さやそれら洋紙に使用されるよりも長いとされる和紙に使用される程度の長さなどが挙げられる。

そして、これらの植物繊維は、乾燥重量で藻類の乾燥重量と所定の比となるよう配合されることが好ましい。すなわち、植物繊維の乾燥重量／藻類の乾燥重量が、５００／１〜１００／１の比となるよう配合されることが好ましく、４００／１〜２００／１の比となるよう配合されることがさらに好ましい。

この発明において用いられる培地に付与される培養液としては、ＢＢＭ（硝酸ナトリウム２５ｍｇ、塩化カルシウム二水和物２．５ｍｇ、硫酸マグネシウム七水和物７．５ｍｇ、リン酸１カリウム１７．５ｍｇ、リン酸２カリウム１０ｍｇ、塩化ナトリウム２．５ｍｇ、水酸化カリウム３．１ｍｇ等、以上溶液１００ｍｌあたりの添加量）、ＡＦ−６*培地（硝酸ナトリウム１４ｍｇ、硝酸アンモニウム２．２ｍｇ、硫酸マグネシウム七水和物３ｍｇ、リン酸１カリウム１ｍｇ、リン酸２カリウム０．５ｍｇ、塩化カルシウム二水和物１ｍｇ、炭酸カルシウム１ｍｇ等、以上溶液１００ｍｌあたりの添加量）、Ａｌｌｅｎ*培地（硫酸アンモニウム１３２ｍｇ、リン酸１カリウム２７．２ｍｇ、硫酸マグネシウム七水和物２４．６ｍｇ、塩化カルシウム二水和物７．４ｍｇ等、以上溶液１００ｍｌあたりの添加量）、ＢＧ−１１*培地（硝酸ナトリウム１５０ｍｇ、リン酸２カリウム３水和物４ｍｇ、硫酸マグネシウム七水和物７．５ｍｇ、塩化カルシウム二水和物３．６ｍｇ等、以上溶液１００ｍｌあたりの添加量）などの窒素、リン、カリウムが含有されている水溶液の培養液が好しい。

この発明において用いられる藻類としては、特に限定されないが、例えば藍藻類や緑藻類などが挙げられる。

より具体的には、藍藻類では、アナベナ・トルロサ(Anabaena torulosa) 、アファノセケ・ハロフィチカ(Aphanothece halophytica) 、オッシラトリア・リムネチカ(Oscillatoria limnetica)、スピルリナ・スブサルサ(Spirulina subsalsa)、ミクロコレス・クソノプラステス(Microcoleus chthonoplastes)、ベスチェロプシス・プロリフィカ(Westiellopsis prolifica) 、トリポスリックス・セイロニカ(Tolypothrix ceylonica) 、フォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)、ノストック・コムネ(Nostoc commune)、アナベナ・スファエリカ(Anabaena sphaerica)、カロスリックス・クルスタセア(Calothrix crustacea) 、スピルリナ・マジョール(Spirulina major) 、オッシラトリア・リモサ(Oscillatoria limosa) 、リングビア・コンフェルボイデス(Lyngbya confervoides)、シンプロカ・ラエテ−ビリディス(Symploca laete-viridis)、ヒドロコレウム・メネグヒニアヌム(Hydrocoleum meneghinianum) 、プレクトネマ・ハンスギルギ(Plectonema hansgirgi)、トリポスリックス・フラギリス(Tolypothrix fragilis)、スキトネマ・ジャバリキュム(Scytonema javanicum) 、ディコスリックス・バウエリアナ(Dichothrixbaueriana)、リブラリア・ブラタ(Rivularia bullata) 、ハパロシホン・フォンチナリス(Hapaloshiphon fontinalis)、ベスチェロプシス・プロリフィカ(Westiellopsis prolifica)などが挙げられる。そして、緑藻類では、スコチェロプシス・テレストリス(Scotiellopsis terrestris)、クロロコッカム・エキノチゴツム(Chlorococcum echinozygotum)、ミルメキア・ビアトレラエ(Myrmecia biatorellae)、ディクチオクロロプシス・レチキュラテ(Dictyochloropsis reticulate) 、クロレラ・ブルガリス(Chlorella vulgaris)、アパトコッカス・ロバツス(Apatococcus lobatus) 、ディラビフィルム・アルソピレニアエ(Dilabifilum arthopyreniae) などが挙げられる。

また、この発明における培養方法としては、特に限定されるものでなく、上記の藻類の一種を用いる単藻培養であっても、二種以上組み合わせて培養しても良い。また、藻類の単離や洗浄等の物理的手段、あるいは抗生物質の添加等の化学的手段によって、バクテリアの混入を排除する無菌培養である必要性は必ずしもない。

また、この発明における培養条件についても、特に限定されるものでなく、１５〜３０℃程度の常温、大気圧下で、大気中太陽光により培養されることが好ましい。ただし、藻類の種類によって適切な培養条件が必要な場合は、適宜調整することが好ましい。

次に、本発明に係る実施例、比較例及び参考例について、さらに具体的に説明する。なお、以下に説明する実施例は、本発明を実施するに好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

＜藻類の培養＞
（実施例１）
幅４０ｃｍ、奥行２０ｃｍ、高さ１５ｃｍの直方体容器に、製紙工場より排出された紙残渣を６０重量％含有する懸濁液を４．７ｋｇと、藻類であるフォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)の１０重量％含有する懸濁液を０．１０ｋｇと、ＢＢＭ１．０Ｌ（１．０ｋｇ）を加えて混合し、フォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)を含有する固体状の培地を作成した。そして、この培地を底が穿孔されている水稲用育苗箱（稚苗用）におおよそ２ｃｍの厚みで敷き詰め、遮光率５１％の寒冷紗の下で、外気温１７〜２２℃の温度条件下この苗箱を静置し培養を行った。

なお、２日ごとに苗箱全体に行き渡るよう地下水を適宜噴霧し、さらに７日後には再度上記のＢＢＭを噴霧して、フォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)を培養した。

その結果、２週間後にその培地から所定量を取り出し、ＪＩＳＫ０４００−８０−１０に準じてクロロフィルａ濃度の分析を行い、フォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)の培養の程度を推定した。そして、４週間後にも同様の分析を行い、フォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)の培養の程度を推定した。なお、上記静置直後の培地についても同様にクロロフィルａ濃度の分析し、これを初期値とした。これらの結果を表１に示す。

（比較例１）
実施例１における製紙工場より排出された紙残渣を６０重量％含有する懸濁液４．７ｋｇに代えて、岐阜県岐阜市で採取した畑の土を５７重量％含有する懸濁液５．０ｋｇとした以外は、実施例１と同様にフォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)の培養を行った。

また、実施例１と同様に２週間後、及び４週間後にクロロフィルａ濃度の分析を行い、フォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)の培養の程度を推定した。これらの結果を表１に示す。

（比較例２）
実施例１における製紙工場より排出された紙残渣を６０重量％含有する懸濁液４．７ｋｇに代えて、岐阜県岐阜市で採取した田んぼの土を５４重量％含有する懸濁液４．８ｋｇとした以外は、実施例１と同様にフォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)の培養を行った。

この表１は、フォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)は、製紙工場より排出された紙残渣では２週間後で４．５倍、４週間後で４．６倍に増殖し、畑の土では２週間後で１．５倍、４週間後で２．１倍に増殖し、田んぼの土では２週間後で２．０倍、４週間後で２．６倍に増殖したことを示しており、土壌に含有される土中細菌の影響を受けることなく藻類を安定的に培養することができることが分かった。

（参考例１）
土、砂、製紙工場より排出された紙残渣をそれぞれ３０ｃｍ四方で厚さが２ｃｍの容積とした後に水を５００ｍｌ添加した。また、同様にポリエチレン及びポリプロピレンを主成分とする不織布を３０ｃｍ四方で厚さが２ｍｍの容積とした後に水を１００ｍｌ添加した。それらを、それぞれ底が複数穿孔されている苗箱用容器に敷き詰め、添加した水が全体に浸透するようにし、それらの内容物に保持されない余分の水を、その容器の底から流出させ、静置した。その後、所定時間経過後における土、砂、紙残渣、不織布の含水率を測定した。

その結果、不織布の場合では静置後１時間経過後には完全に乾燥されていた。砂の場合では静置開始時には水分が４０重量％であったが、静置後２時間経過すると１５重量％以下となっていた。そして、次の場合では静置開始時には水分が７５重量％であったが、静置後４時間経過すると２０重量％以下となっていた。しかしながら、紙残渣の場合では静置開始時には水分が８６重量％であり、静置後６時間経過しても４０重量％以上であった。これらの結果より、製紙工場より排出された紙残渣は保水性に優れていることが分かり、その主成分であるセルロースに含まれる水酸基が水と水素結合をし、水の蒸発を抑制しているためと考えられる。

＜土壌の改良＞
（実施例２）
屋外の休耕田を用いて、３ｍ四方の区画に海水を３倍に希釈した約１重量％の塩分濃度の塩水を１０Ｌ／日の割合で、塩水を噴霧する都度その休耕田を耕耘機によって耕し、３日間撒いた。この土壌に、実施例１の培養方法で用いられた紙残渣及びこの方法で培養されたフォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)をある程度乾燥させて含水率を１５重量％以下としたものを１．０ｋｇ分散布し、耕耘機によって土壌中に均一分散するよう耕した。その後、用水路から用水を引込み、高さが１〜３ｃｍ程度となるように水を張った。その直後の土壌中の塩分濃度を測定すると０．８１重量％であった。

この後、この田を静置し、２週間後、４週間後、６週間後の土壌中の塩分濃度を測定したところ、２週間後では０．５１重量％であり、４週間後では０．３８重量％であり、６週間後では０．２７重量％であった。なお、土壌中の塩分濃度測定については、土壌の一部を５ｇ採取し、それに水を２５ｇ添加し、よく撹拌したのち静置、濾過し、定容後、モール法にて測定した。この結果を表２に示す。

この表２は、土よりも保水性の高い紙残渣が、保持した水に溶解する形で各種ミネラルだけでなく塩分も保持し、その紙残渣に付着したフォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)がその塩分を効率よく取り込んだことにより、６週間後には当初の塩分濃度の３分の１にまで低減することができており、フォルミジウム・ルリドム(Phormidium luridum)だけではなく紙残渣を添加することの相乗効果が発揮されていることを示している。

また、土壌中のバクテリアについて生菌数分析を行ったところ、用水を引きこんだ直後である初期値が１×１０^３個／ｇであったのに対し、６週間後に田に張った水を排出し、１週間後に生菌数を測定すると３×１０^８個／ｇに増殖していた。

この結果は、土壌に紙残渣が混入していることにより、土壌が紙残渣中の植物繊維と馴染み適度な空気を包含させ土壌中のバクテリアに酸素を供給することができ、放射菌や糸状菌などのバクテリアにより植物繊維が糖質に分解されバクテリアに栄養を供給することができるので、土壌中のバクテリアを増殖させることを示している。

Claims

所定の塩分濃度の塩水及び紙製造時の残渣を包含する土壌を用いてフォルミジウム・ルリドムを培養し、土壌の塩分濃度が当初より低減することを特徴とするフォルミジウム・ルリドムの培養方法。