JP5959712B1 - 作物育成用土壌及び当該土壌を使用する焼結粒子 - Google Patents

Abstract

【課題】 土を原材料とする焼結粒子を使用することによって土壌を改質し、作物の増産を実現すること。【解決手段】 地上から５ｃｍ以上深い領域にて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を１８．０重量％含有する土を原材料とする多孔質焼結粒子１、就中黒ボク土を原材料とする多孔質焼結粒子１を４．０重量％以上含有することによって多孔質焼結粒子１中に生息している好気性及び嫌気性のバクテリアを介して、前記課題達成に寄与することができる作物育成用土壌２及び当該作物育成土壌２に使用する焼結粒子１。【選択図】 図１

Description

本発明は、作物を育成するために極めて有用な土壌に関するものである。

一般に、作物育成用土壌の改質には、トラクター又は耕運機等による掘り起こし以外に無機肥料及び／又は有機肥料の散布を必要不可欠としている。

しかしながら、散布された肥料の成分が土壌内にて流動しない固定状態と化し、作物の根に供給され得ない場合が発生する。

特に、我が国の土壌のうちの４割を占めている黒ボク土の場合には、リン酸が土壌内に固定され、作物へのリン酸供給量が急激に低下するという傾向にある。

このような黒ボク土におけるリン酸の固定化に対する対策として、例えば収穫を終了した水田における土起こしによって酸素を土壌内に浸透させ、好気性バクテリアの活動によって黒ボク土内に吸着されているリン（P）をリン酸（Ｈ_３Ｐｏ_４）の状態とすることによって作物の根に供給可能とするという手法が究明されている。

土壌を原材料として焼結した場合には、多孔質の焼結粒子が形成されるが、例えば特許文献１においては、好気性・嫌気性のバクテリアが繁殖できる多孔質焼結体によって、水槽中のアンモニア並びにアンモニウム、更には亜硝酸の蓄積を防止するという効果を発生させている。

しかしながら、特許文献１に係る発明は、焼結粒子と作物の育成のために使用することについては、格別の考察を行っている訳ではない。

出願人が特許権を有している特許文献２においては、焼結によって粒状とした火山灰土と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩とを重量比２００〜３００：１の割合にて混合した混合物による鑑賞魚の水槽用底床土及び炉材が提唱されている。

上記の焼結粒子が炉材として使用されるのは、当該炉材が多孔質であることによって空隙が存在するからであって、必然的に好気性バクテリアが生存可能な状態にある。

然るに、特許文献２もまた、焼結粒子を作物育成のために使用することについて考察を行っている訳ではない。

実用新案登録第３０１２４３９号公報 特許第２６０３２０２号公報

本発明は、土を原材料とする焼結粒子を使用することによって土壌を改質し、作物の増産を実現することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、地表から５ｃｍまでの深さの領域にて、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を１８．０重量％以上含有する土を原材料とする多孔質焼結粒子を４．０重量％以上含有している作物育成用土壌からなる。

前記基本構成に立脚している本発明においては、多孔質の焼結粒子中に介在する好気性バクテリアの介在によってリンがリン酸状態と化し、焼結粒子中のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）との親和性によって焼結粒子中に保持され、リン酸イオンが当該焼結粒子に伸張した作物の根に吸着されることを可能としている。

更には、ニトロソモナス、ニトロバクター、アースロバクター等のバクテリアによる好気的活動によって、有機物から環境中に発生する有害なアンモニア態窒素を、低害な硝酸態窒素に酸化分解することが可能となる。

これらの作用によって、前記基本構成においては、作物の増産に寄与することが可能となる。

前記基本構成を示す土壌の断面図であって、（ａ）は、本発明に係る土壌において作物を育成している状態を示しており、（ｂ）は、土壌中における焼結粒子の含有状態を示す（尚、焼結粒子の土壌中における含有状態については専ら（ｂ）の図示に委ね、（ａ）の１、２に示す領域では当該図示を省略している。）。 栽培したほうれん草の葉及び茎の育成の程度を対比しており、（ａ）は前記基本構成を採用した土壌の場合を示す。 栽培したほうれん草の葉及び茎の育成の程度を対比しており、（ｂ）は前記基本構成を採用していない土壌の場合を示す。 栽培したほうれん草の茎の下端、即ち株の元における断面を対比した状態を示しており、（ａ）は前記基本構成を採用した土壌の場合を示す。 栽培したほうれん草の茎の下端、即ち株の元における断面を対比した状態を示しており、（ｂ）は前記基本構成を採用していない土壌の場合を示す。 栽培したほうれん草の茎の育成状態を対比しており、（ａ）は基本構成を採用した土壌の場合を示す。 栽培したほうれん草の茎の育成状態を対比しており、（ｂ）は前記基本構成を採用していない土壌の場合前記を示す。

前記基本構成は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、地上から所定の深さによる土壌２の領域内にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含有する土を原材料とする多孔質の焼結粒子１を含有していることを要件としており、当該深さの下限値として５ｃｍを設定している。

５ｃｍの下限値を設定した根拠は、大抵の作物３においては５ｃｍ以上の根３２を地上表面から伸張させる点にある。

因みに、後述するように、前記基本構成による土壌２においてほうれん草を栽培した場合には、主根３２は１０ｃｍを超える深さに伸張している。

前記基本構成においては、焼結粒子１を含む相対量の下限値を４．０重量％としている。

４．０重量％以上とした根拠は、後述するように５．０重量％の焼結粒子１を含有している土壌２でほうれん草の育成につき、中央部の葉及び茎３１と地下の根３２の全重量が前記基本構成を採用することによって約１．４倍の重量が増加したことから、４．０重量％の場合においても多少増加の割合が低下するとはいえ、明らかに光合成及び養分の吸収に基づく作物３の増収が期待し得ることに由来している。

前記基本構成においては、焼結粒子１の含有量の最大値を設定していないが、焼結粒子１のみの場合、１００重量％の場合であっても作物３の根３２の主根部分は焼結粒子１間を通過し、かつ分枝根部分は焼結粒子１内に浸入することが確認されていることから、上記１００重量％の場合であっても、作物３に必要な成分が存在するのであれば、作物３の育成が可能であることに由来している。

アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含有する土壌２の典型例は黒ボク土であるが、活性アルミニウムの主体となる成分がアロフェン・イモグライトであるアロフェン質黒ボク土と、上記主体となる成分がアルミニウム・腐食複合体である非アロフェン質黒ボク土とに分類されている。

何れも活性のアルミニウムによるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含有しており、上記土中に焼結粒子１とした場合には、好気性バクテリアを介してリン酸（Ｈ_３Ｐｏ_４）を確実に保持すると共に、活性化したリン酸イオンを作物３の根３２に供給することが可能となる。

焼結粒子１中のアルミナの含有量を１８．０重要％以上としているのは、後述するように、東京都町田市における黒ボク土層を使用した焼結粒子１を含有した土壌２の場合には、含有していない土壌２に比し、ほうれん草の栽培において各段の良好な相違が確保されており、上記町田市の黒ボク土におけるアルミナの含有量が１８．０重量％であることに由来している（独立行政法人産業技術総合研究所作成の地球化学標準物質認証書における「ＧＳＪ ＣＲＭ ＪＳＯ−１ 土壌（黒ボク土）」記載の一覧表）。

土を水を含有した状態にて焼結した場合には、必然的に多孔質の状態となるが、発明者の経験では、焼結に際し３０〜４０重量％の水を含有した状態にて１００〜２００℃の加熱を行うことによって、多孔質の焼結粒子を得ることができる。

本発明に係る焼結粒子１の平均粒径は、請求項５に記載のように、１．０ｍｍ〜５．０ｍｍである場合が多いが、上記のような含水量及び加熱温度の下に粒子を流動又は撹拌しながら土を焼結した場合には、平均粒径が上記のような範囲であることが確認されている。

作物育成に必要な元素は、窒素（Ｎ）、リン酸（Ｈ_３Ｐｏ_４）、カリウム（Ｋ）を主要３要素とし、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硫黄（Ｓ）を準主要３要素としており、更には、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（Ｂ）のような微量要素も必要としている。

但し、微量要素は殆ど大抵の土壌２に包摂されているが、前記基本構成の床土２において、主要３要素又は準主要３要素が不足している場合がある。

窒素については、上記の効果の項において説明したように、焼結粒子１中の好気性バクテリアの作用によって、アンモニア態窒素→硝酸態窒素という作用によって作物３に対する窒素の供給が可能である。

したがって、焼結粒子１中に窒素以外のリン酸（Ｈ_３Ｐｏ_４）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硫黄（Ｓ）のような無機質の成分を予め焼結粒子１中に含有させた場合には、上記不足状態を免れることが出来る。
以下、前記基本構成に基づく土壌２の効果につき、ほうれん草の栽培に即して明らかにする。

町田市小山田地区における畝、即ち約３９．６ｍ^２による黒ボク土の土壌２による畑を二分し、このうちの一方の１８．８ｍ^２の領域を、平均粒径３ｍｍによる黒ボク土焼結粒子１を深さ５ｃｍの範囲内にて５．０重量％混在する状態とし、他方の１８．８ｍ^２の領域を、焼結粒子１が混在しない状態としたうえで、平成１９年１１月１８日、各領域につき、ほうれん草の播種を行い、平成２０年２月１１日に葉並びに茎３１、及び根３２を採取したうえで育成状態の対比を行い、同年３月４日残部を採取し、採取した葉及び茎３１の１００ｇにつき食品分析を行った。
１．育成状態の対比
（１）葉及び茎３１の成長状態の相違は、図２（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。

図２（ａ）に示す前記基本構成による土壌２において育成したほうれん草の葉及び茎３１は、図２（ｂ）に示す通常の黒ボク土壌２において育成されたほうれん草の葉及び茎３１に比し、明らかに大きい状態にある。

しかも、図２（ａ）の状態の場合の方は図２（ｂ）の場合に比し、茎及び葉３１の下端に至る迄緑色の程度が大きい状態にあり、光合成に関与する葉緑素（クロロフィル）の含有量が多いことを示している。

前記基本構成に基づく土壌２において育成した合計２０枚の葉及び茎３１の合計重量が５９．０ｇであるのに対し、通常の黒ボク土壌２において育成したほうれん草の合計２１枚の葉及び茎３１の重量は４０．５ｇであって、約１．４６倍だけ前記基本構成に基づく本件土壌２において育成したほうれん草の葉及び茎３１の重量が多いことが判明する。

（２）茎及び葉３１の下端であって、根３２との境界を示す領域の相違は、図３（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。

図３（ａ）に示すように、前記基本構成に基づく土壌２において育成されたほうれん草のうちの茎及び葉３１の下端は殆ど全体は乳白色であって、表面がやや桃色であるのに対し、図３（ｂ）に示すように通常の黒ボク土壌２において育成したほうれん草の茎３１の下端は中心領域が白色であるも、外側領域においては赤紫色を呈した状態であった。

茎及び葉３１の下端におけるこのような色彩の相違が育成上如何なる事項を意味するかについては、現時点では解明されていない。

（３）根３２の生育状況の相違は、図４（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。

図４（ａ）、（ｂ）は、収穫した時点においてそれぞれ最も大きな葉及び茎３１に対する根３２を撮影しているが、図４（ａ）に示す前記基本構成に基づく土壌２の場合には、図４（ｂ）に示す通常の黒ボク土壌２の場合に比し、主根が短い状態にある一方、多数の支分根が支根から分枝し、しかも極めて長いことが判明する。

そのような根３２の状態の相違は、前記基本構成に基づく土壌２の場合には、焼結粒子１が混在している上側の領域に支分根が頻繁に伸張する一方、根３２全体の伸張が支分根によって行われ、主根が通常の土壌２の場合のように下方に伸張する必要がないことに由来したためであるものと考えられる。

図４（ａ）、（ｂ）に示す根３２の重量が、前記基本構成に基づく土壌２の場合には６．５ｇであるのに対し、通常の黒ボク土壌２の場合には５．０ｇであり、上記基本構成の場合には重量比が約１．２倍増加していることが判明する。

（４）前記（１）、（３）の葉、茎３１及び根３２の合計重量の比率は、前記基本構成の土壌２の場合には、通常の黒ボク土壌２の場合に比し、（５９．０＋６．５）／（４０．５＋５．５）≒１．４２倍の重量を示している。

このような増加は正に前記基本構成に基づく土壌２の場合の方が通常の黒ボク土壌２の場合よりも、光合成、即ち光のエネルギーに基づいて炭酸を同化して有機物を合成する生物過程（理化学辞典の「光合成」の欄）の程度が大きいことを示している。

光合成においては、ＡＤＰと無機リン酸からＡＴＰが発生するという所謂光リン酸化工程を必要不可欠としている。

このように、光合成において、無機リン酸を必要不可欠とすることを考慮するならば、上記重量比の相違は、前記基本構成に基づく土壌２の場合には、焼結粒子１によって包囲されたリン（Ｐ）がバクテリアの作用によってリン酸（Ｈ_３Ｐｏ_４）と化し、活性化したリン酸塩が養分として提供されたことを明瞭に推定することができる。
２．成分分析
（１）平成２０年３月４日に収穫したほうれん草につき、前記基本構成に基づく土壌２及び通常の黒ボク土壌２において最も大きい状態を形成している葉及び茎３１から採取した１００ｇの株おける成分の分析は以下の表記載の通りである。

（２）炭水化物の含有量において、前記基本構成に基づく土壌２の場合には、通常の土壌２の場合に比し、約１０％増と化していることによって、炭酸への同化の程度の相違による光合成の程度の相違を裏付けている。

硝酸塩の含有量において、前記基本構成に基づく土壌２の場合には、通常の黒ボク土壌２の場合に比し、約１４％少ない状態と化している。

然るに、タンパク質の含有量において、前記基本構成に基づく土壌２の場合には、通常の黒ボク土壌２の場合に比し、約５％程増加している。

このような相違は、効果の項において説明したように、焼結粒子１中の好気性バクテリア及び嫌気性バクテリアによってアンモニア態窒素を硝酸態窒素に酸化分解したうえで、更の硝酸態窒素を気体窒素に還元するという推定が成立し得ることを裏付けている。

脂質の含有量については、前記基本構成に基づく土壌２の場合には、通常の土壌２の場合に比し、約１６％少ない状態を示しているが、その原因は栄養分を構成する炭化水素が炭水化物及びタンパク質の形成に費消された結果、脂質の単位重量当たりの消費量が少なくなったものと考えられる。

但し、前記１（１）の葉及び茎３１の育成状態において、前記基本構成に基づく土壌２の場合には、通常の土壌２の場合に比し、約１．４６倍もの育成状態であることを考慮するならば、脂質を形成する成分の全体の確保量は本件土壌２の場合の方が通常の土壌２の場合よりも大きいことが判明する。

上記表における無機質とは、葉及び茎３１に含有されているカリウム（K）、カルシウム（Ｃａ）、鉄（Ｆｅ）等の炭素、水素、窒素によって構成されている有機質以外の成分による総量であるが、前記基本構成の土壌２の場合には、通常の黒ボク土壌２の場合に比し、約６％増加している。

このような相違は、通常の土壌２の場合には、無機質が水溶性であることによって流出し易いのに対し、前記基本構成に基づく土壌２の場合には、焼結粒子１中の無機質は焼結によって保持され得る状況にあり、しかも焼結粒子１中に生息しているバクテリアが無機質保持に寄与している可能性を推定することができる。

（３）前記試験に使用した焼結粒子１を分析したところ、約３０％の体積につき空隙を形成しており、しかも空隙断面の径は０．００２μｍ〜２μｍであって、各種バクテリアが生息するのに好都合なサイズであった。

風味においても、前記基本構成に基づく土壌２の場合の方が通常の黒ボク土壌２の場合に比し、甘味が多く苦味が少ない状況にあった。
３．他の作物との関係
前記１，２のようなデータは、焼結粒子１の土壌２中の混在によって、リン酸の供給量の増大を原因とする光合成の程度の増加、気体窒素の供給の増加、ミネラル量の供給の増加を意味しており、このような状況は必然的にほうれん草だけでなく、他の作物においても明瞭に推認することができる。

したがって、上記１，２の如き試験結果は基本構成に係る土壌２、更には当該土壌２に使用するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を少なくとも１８．０重量％以上含有し、かつ多孔質である焼結粒子１が極めて有用であることを裏付けている。
４．総括
このように、本発明のように土を原材料とする焼結粒子１を作物３の工作に使用した点において画期的意義を有している。

のみならず、上記焼結粒子１については、作物３の工作に採用した点において、用途発明としての画期的な意義を有している。

以下、実施例に即して説明する。

実施例においては、焼結粒子１の結合の程度を１．０ｃｍの厚さとした場合に、２．５ｋｇ重／ｃｍ^２以上の圧力を加えることによって、結合状態が崩壊する程度であることを特徴としている。

既に説明したように、作物３の枝分根３２は容易に焼結粒子１中に浸入することができる。

上記浸入の結果、枝分根３２は焼結粒子１を貫いた状態にて土壌２全体に伸張することが可能となり、作物３の更に有効な育成を推定することができる。

本発明に係る土壌及び当該土壌に使用する焼結粒子は、作物増産に確実に寄与することができ、その利用価値は絶大である。

１ 焼結粒子
２ 土壌
３ 作物
３１ 作物の茎及び葉
３２ 作物の根

Claims (6)

1. 地表から５ｃｍまでの深さの領域にて、アルミナ（Al₂O₃）を１８．０重量％以上含有する土を原材料とする多孔質焼結粒子を４．０重量％以上含有している作物育成用土壌。
2. 原材料が黒ボク土であることを特徴とする請求項１記載の作物育成用土壌。
3. 焼結粒子の結合の程度が１．０ｃｍの厚さとした場合に、２．５ｋｇ重／ｃｍ^２以上の圧力を加えることによって、結合状態が崩壊する程度であることを特徴とする請求項１、２記載の作物育成用土壌。
4. 焼結粒子が作物育成用の無機肥料を含有していることを特徴とする請求項１，２，３の何れか１項に記載の作物育成用土壌。
5. 焼結粒子の平均径が１．０ｍｍ〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１，２，３，４の何れか１項に記載の作物育成用土壌。
6. 請求項１，２，３，４，５の何れか１項に記載の作物育成用土壌に使用する焼結粒子。