JPWO2019230778A1

JPWO2019230778A1 - 土壌の改良方法

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Publication number: JPWO2019230778A1
Application number: JP2020522239A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　貴志; 貴志佐藤
Original assignee: Aquasolution Corp
Current assignee: Aquasolution Corp
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: KR102612653B1; CA3101788A1; WO2019230778A1; US20210212266A1; JP7210570B2; AU2019277519B2; RU2761450C1; EP3804505A4; IL279011A; KR20210003882A; EP3804505A1; JP2022048165A; BR112020023833A2; AU2019277519A1; TW202003802A; NZ770218A; CN112218520A

Abstract

本発明は、簡便な操作によって土壌を改良することができる土壌の改良方法を提供すること課題とする。本発明の土壌の改良方法は、ナノバブル水を土壌に施用する、土壌の改良方法である。

Description

本発明は、土壌の改良方法に関する。

窒素、リン酸およびカリウムは、肥料成分の三要素とも言われ、植物体の生育において不可欠である。
このような肥料成分は、水に溶解した状態で植物体に吸収されることが知られているが、水に溶解していることにより、植物体が吸収できない領域に流出すること問題が知られている。

このような問題に対して、例えば、特許文献１には、植物の育成に有用な栄養分として少なくとも１種の発酵有機物がゼオライトに付着している土壌改良材を、肥料の混入した土に、又は肥料と共に土に、施用する土壌改良方法が記載されている（［請求項１］［請求項１２］）。

特開２００５−０７５８４８号公報

本発明者は、特許文献１に記載された土壌改良方法について検討したところ、発酵有機物をゼオライトに付着させる操作が煩雑であることを明らかとした。

そこで、本発明は、簡便な操作によって土壌を改良することができる土壌の改良方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、土壌にナノバブル水を施用することにより、土壌が改良されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明者は、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。

［１］ナノバブル水を土壌に施用する、土壌の改良方法。
［２］上記ナノバブル水を用いた散水を実施する、［１］に記載の土壌の改良方法。
［３］上記ナノバブル水に含まれる気泡の最頻粒子径が１０〜５００ｎｍである、［１］または［１］に記載の土壌の改良方法。
［４］上記ナノバブル水に含まれる気泡が、酸素、窒素、二酸化炭素およびオゾンからなる群から選択される少なくとも１種の気体を含む、［１］〜［３］のいずれかに記載の土壌の改良方法。
［５］上記ナノバブル水が、１×１０^８〜１×１０^１０個／ｍＬの気泡を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載の土壌の改良方法。
［６］上記土壌が、植物体の土耕栽培または養液土耕栽培に用いる土壌である、［１］〜［５］のいずれかに記載の土壌の改良方法。
［７］上記植物体が、花卉類または葉茎菜類である、［６］に記載の土壌の改良方法。
［８］上記植物体が、アルストロメリア科植物または小松菜である、［６］または［７］に記載の土壌の改良方法。

本発明によれば、簡便な操作によって土壌を改良することができる土壌の改良方法を提供することができる。

ナノバブル生成装置の一例を示す模式図である。

以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

本発明の土壌の改良方法（以下、「本発明の土壌改良方法」とも略す。）は、ナノバブル水を土壌に施用する、土壌の改良方法である。

本発明においては、上述した通り、土壌にナノバブル水を施用することにより、土壌の改良を図ることができる。
これは、詳細には明らかではないが、本発明者は以下のように推測している。
すなわち、後述する実施例の試験１に示す通り、ナノバブル水を土壌に施用した試験区においては、井戸水を土壌に施用し、更に追肥を行った慣行区と比較しても、硝酸態窒素の可給態の量が増加し、土壌が改良されていることが分かる。
これは、ナノバブル水により土壌中の微生物の活動または数が増大し、元肥から可給態への変態が進行し易くなったためと考えられる。
以下に、本発明の土壌改良方法で用いるナノバブル水および任意の成分について詳述する。

〔ナノバブル水〕
本発明の土壌改良方法で用いるナノバブル水は、直径が１μｍ未満の気泡を含む水であって、上記気泡を混入させた水である。なお、「上記気泡を混入させた水」とは、ナノバブル水の生成に使用する水（例えば、不純物を含む井水）などに起因して不可避的に含まれる上記気泡を含む水を除外する意図である。
ここで、ナノバブル水に含まれる気泡の直径（粒子径）、ならびに、後述する気泡の最頻粒子径および気泡の個数は、水中の気泡のブラウン運動移動速度を、ナノ粒子トラッキング解析法を用いて測定した値であり、本明細書においては、ナノ粒子解析システムナノサイトシリーズ（NanoSight社製）により測定した数値を採用する。
なお、ナノ粒子解析システムナノサイトシリーズ（NanoSight社製）では、直径（粒子径）は、粒子のブラウン運動の速度を計測し、その速度から算出することができ、最頻粒子径は、存在するナノ粒子の粒子径分布から、モード径として確認することができる。

本発明においては、土壌がより改良される理由から、上記ナノバブル水に含まれる気泡の最頻粒子径が１０〜５００ｎｍであることが好ましく、３０〜３００ｎｍであることがより好ましく、７０〜１３０ｎｍであることが更に好ましい。

上記ナノバブル水に含まれる気泡を構成する気体は特に限定されないが、水中に長時間残存させる観点から、水素以外の気体が好ましく、具体的には、例えば、空気、酸素、窒素、フッ素、二酸化炭素、および、オゾンなどが挙げられる。
これらのうち、土壌がより改良される理由から、酸素、窒素、二酸化炭素およびオゾンからなる群から選択される少なくとも１種の気体を含むことが好ましく、特に、気泡がより長時間残存することができる理由から、酸素を含むことがより好ましい。
ここで、酸素を含むこととは、空気中の酸素濃度よりも高い濃度で含むことをいう。窒素、および、二酸化炭素も同様である。なお、酸素の濃度については、気泡中の３０体積％以上であることが好ましく、５０体積％超１００体積％以下であることが好ましい。

上記ナノバブル水は、土壌がより改良される理由から、１×１０^８〜１×１０^１０個／ｍＬの気泡を有していることが好ましく、特に、気泡の生成時間と気泡の残存性のバランスが良好となる理由から、１×１０^８個／ｍＬより多く、１×１０^１０個／ｍＬより少ない気泡を有していることがより好ましく、土壌が更に改良される理由から、５×１０^８〜５×１０^９個／ｍＬの気泡を有していることが更に好ましい。

上記ナノバブル水の生成方法としては、例えば、スタティックミキサー法、ベンチュリ法、キャビテーション法、蒸気凝集法、超音波法、旋回流法、加圧溶解法、および、微細孔法等が挙げられる。
ここで、本発明の土壌改良方法は、上記ナノバブル水を施用する前に、上記ナノバブル水を生成させる生成工程を有していてもよい。すなわち、本発明の土壌改良方法は、例えば、貯水タンク、井戸または農業用水などの水源から水をナノバブル生成装置に取り込み、ナノバブル水を生成させる生成工程と、生成したナノバブル水を施用する施用工程とを有する防除方法であってもよい。なお、水源からの水をナノバブル生成装置に取り込む手法としては、例えば、桶またはポンプ等を用いて水源から汲み上げた水をナノバブル生成装置に供給する手法、および、水源とナノバブル生成装置との間に敷設された流路をナノバブル生成装置に繋いで流路からナノバブル生成装置へ水を直接送り込む手法などが挙げられる。

また、上記ナノバブル水の生成方法としては、意図的にラジカルを発生させることがない装置を用いた生成方法が好ましく、具体的には、例えば、特開２０１８−１５７１５号公報の［００８０］〜［０１００］段落に記載されたナノバブル生成装置を用いて生成する方法が挙げられる。なお、上記の内容は本明細書に組み込まれる。

意図的にラジカルを発生させることがない他のナノバブル生成装置としては、例えば、水を吐出する液体吐出機と、上記液体吐出機から吐出された水に、気体を加圧して混入させる気体混入機と、気体を混入させた水を内部に通すことにより、水中に微細気泡を生成する微細気泡生成器と、を有する微細気泡生成装置であって、上記気体混入機が、上記液体吐出機と上記微細気泡生成器の間において、加圧された状態で上記微細気泡生成器に向かって流れる液体に、気体を加圧して混入させることを特徴とする微細気泡生成装置が挙げられる。具体的には、図１に示すナノバブル生成装置を用いて生成する方法が挙げられる。
ここで、図１に示すナノバブル生成装置１０は、その内部に液体吐出機３０、気体混入機４０、および、ナノバブル生成ノズル５０を備える。
また、液体吐出機３０は、ポンプによって構成され、ナノバブル水の原水（例えば、井戸水）を取り込んで吐出する。気体混入機４０は、圧縮ガスが封入された容器４１と、略筒状の気体混入機本体４２とを有し、液体吐出機３０から吐出された水を気体混入機本体４２内に流しつつ、気体混入機本体４２内に容器４１内の圧縮ガスを導入する。これにより、気体混入機本体４２内で気体混入水が生成されることになる。
また、ナノバブル生成ノズル５０は、その内部に気体混入水が通過することにより、加圧溶解の原理に従って気体混入水中にナノバブルを発生させるものであり、その構造としては、特開２０１８−１５７１５号公報に記載されたナノバブル生成ノズルと同じ構造が採用できる。ナノバブル生成ノズル５０内に生成されたナノバブル水は、ナノバブル生成ノズル５０の先端から噴出した後、ナノバブル生成装置１０から流出し、不図示の流路内を通じて所定の利用先に向けて送水される。
以上のようにナノバブル生成装置１０では、気体混入機４０が、液体吐出機３０とナノバブル生成ノズル５０の間において、加圧された状態でナノバブル生成ノズル５０に向かって流れる水（原水）に、圧縮ガスを混入させる。これにより、液体吐出機３０の吸込み側（サクション側）で気体を水に混入させるときに生じるキャビテーション等の不具合を回避することができる。また、ガスが加圧（圧縮）された状態で水に混入されるので、ガス混入箇所での水の圧力に抗してガスを混入させることができる。このため、ガス混入箇所において特に負圧を発生させなくとも、ガスを適切に水に混入させることが可能となる。
さらに、液体吐出機３０のサクション側に、井戸または水道等の水源から供給される水の流路が繋ぎ込まれており、その流路において液体吐出機３０の上流側から液体吐出機３０に流れ込む水の圧力（すなわち、サクション側の水圧）が正圧であるとよい。この場合には、上記の構成がより有意義なものとなる。すなわち、液体吐出機３０の上流側の水圧（サクション圧）が正圧となる場合には、液体吐出機３０の下流側でガスを水に混入させることになるため、液体吐出機３０の下流側でもガスを適切に水に混入させることができるナノバブル生成装置１０の構成がより際立つことになる。

また、上記ナノバブル水の生成に使用する水は特に限定されず、例えば、雨水、水道水、井水、農業用水、および、蒸留水等を使用することができる。
このような水は、ナノバブル水の発生に供される前に他の処理を施されたものであってもよい。他の処理としては、例えば、ｐＨ調整、沈殿、ろ過、および、滅菌（殺菌）等が挙げられる。具体的には、例えば、農業用水を使用する場合、典型的には、沈殿、および、ろ過のうちの少なくとも一方を施した後の農業用水を使用してもよい。

本発明においては、上記ナノバブル水の土壌への施用態様は、その土壌を用いた植物体の栽培方法により異なるため特に限定されないが、例えば、土耕栽培において上記ナノバブル水を土壌に散水する態様、養液土耕栽培（灌水同時施肥栽培）において上記ナノバブル水によって希釈された培養液を土壌に供給する態様、および、養液土耕栽培において上記ナノバブル水をそれ単独で土壌に散水（灌水）する態様などが挙げられる。
これらのうち、より簡便な操作によって土壌の改良が図れる理由から、上記ナノバブル水を用いた散水を実施する態様が好ましい。
なお、施用の一態様である「散水」の方法は特に限定されず、栽培方法が土耕栽培である場合には、例えば、植物体の全体に水を散布する方法、植物体の一部（例えば、茎または葉など）に水を散布する方法、および、植物体が植えられた土壌に水を散布する方法などが挙げられる。また、栽培方法が養液土耕栽培である場合は、上述したように、灌水による散水であってもよい。

＜他の成分＞
上記ナノバブル水は、更に他の成分を含んでいてもよい。
上記他の成分としては、例えば、農薬、肥料、界面活性剤、凍結防止剤、消泡剤、防腐剤、酸化防止剤、および、増粘剤等が挙げられる。他の成分の種類、および、含有量は特に限定されず、目的に応じて選択可能である。
ただし、本発明においては、上記他の成分として、上記ナノバブル水中においてラジカルを実質的に含まないことが好ましい。なお、「ラジカルを実質的に含まない」とは、上記ナノバブル水の生成に使用する水（例えば、不純物を含む井水）などに起因して不可避的にラジカルが含まれることを除外する意図ではなく、何らかの操作で生成させたラジカルを混入させることを除外する意図である。

〔土壌／植物体〕
本発明の土壌改良方法を適用する土壌は、植物体の土耕栽培または養液土耕栽培に用いる土壌であることが好ましい。
また、上記植物体は特に限定されず、人為的に肥料を与えて栽培する植物体であることが好ましい。
このような植物体としては、例えば、バラ、アルストロメリア、シクラメン、チューリップ、キンギョソウ、ダリア、キク、ガーベラ、および、ラン等の花卉類；
ナス科植物（例えば、ナス、ペピーノ、トマト（ミニトマトを含む）、タマリロ、トウガラシ、シシトウガラシ、ハバネロ、ピーマン、パプリカ、および、カラーピーマンなど）、ウコギ科植物（例えば、タカノツメなど）、ウリ科植物（例えば、カボチャ、ズッキーニ、キュウリ、ツノニガウリ、シロウリ、ゴーヤ、トウガン、ハヤトウリ、ヘチマ、ユウガオ、スイカ、メロン、および、マクワウリなど）、アオイ科植物（例えば、オクラなど）、ならびに、バラ科植物（例えば、イチゴなど）等の果菜類；
キャベツ、玉ねぎ、ねぎ、白菜、ホウレンソウ、レタス、ブロッコリー、小松菜、ニラ、アスパラガス、セロリ、春菊、カリフラワー、にんにく、および、らっきょう等の葉茎菜類；
ダイコン、ニンジン、ゴボウ、カブ、および、レンコン等の根菜類；
ミカン、リンゴ、モモ、ナシ、西洋ナシ、バナナ、ブドウ、サクランボ、グミ、キイチゴ、ブルーベリー、ラズベリー、ブラックベリー、クワ、ビワ、イチジク、カキ、アケビ、マンゴー、アボカド、ナツメ、ザクロ、パッションフルーツ、パイナップル、バナナ、パパイア、アンズ、ウメ、スモモ、モモ、キウイフルーツ、カリン、ヤマモモ、クリ、ミラクルフルーツ、グァバ、スターフルーツ、および、アセロラ等の果樹類；
などが挙げられる。

これらのうち、本発明の土壌改良方法の有用性が高くなる理由から、花卉類または葉茎菜類が好ましく、アルストロメリア科植物または小松菜がより好ましい。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。

〔試験１〕
＜試験１の内容＞
試験は、千葉県茂原市で栽培したアルストロメリアの農業ハウスにおいて、以下の区分により実施した。
試験区：２０１７年６月〜７月にアルストロメリア（品種：カリオハイブリット）を３００株植え付けた農業ハウスにおいて、植え付けから２０１８年１月末まで、土壌および茎葉への手散水に、下記の方法で生成したナノバブル水を用いた。なお、試験区においては、下記表１に示す元肥の状態から、追肥を行わず、栽培した。
慣行区：２０１７年６月〜７月にアルストロメリア（品種：カリオハイブリット）を３００株植え付けた別の農業ハウスにおいて、植え付けから２０１８年１月末まで、土壌および茎葉への手散水に、井戸水を使用し、ナノバブル水を用いなかった。なお、慣行区においては、下記表１に示す元肥の状態から、２０１７年１０月１４日および２０１８年１月５日に、８株あたり２０ｇの量で追肥〔窒素：リン酸：カリウム＝６：３：３（質量比）〕を行い、栽培した。
ここで、散水の頻度および量は、常法に従い、アルストロメリアの生育状況、および、天候等に応じて適宜変更したが、試験区および慣行区で概ね同様となるように調整した。

＜ナノバブル水の生成方法＞
ナノバブル水は、ナノバブル生成装置〔株式会社カクイチ製作所アクアソリューション事業部（現：株式会社アクアソリューション）製、１００Ｖ，１０Ｌ／ｍｉｎタイプ〕を用いて加圧溶解方式にて水中に気泡（ナノバブル）を発生させることで生成した。
なお、ナノバブル水の生成用に使用した水には、井戸水を用い、気泡を構成する気体には、酸素（工業用酸素、濃度：９９．５体積％）を用いた。
また、上記のナノバブル生成装置を用いてナノバブルを発生させる条件は、ナノ粒子解析システムナノサイトＬＭ１０（NanoSight社製）による解析結果が以下となる条件で行った。
・水１ｍＬ当たりの気泡の数：５×１０^８個／ｍＬ
・気泡の最頻粒子径：１００ｎｍ

＜土壌改良の評価＞
試験区および慣行区において、植え付け時の土壌、２０１７年１０月７日の土壌、２０１７年１１月１８日の土壌、２０１７年１２月２３日の土壌、および、２０１８年１月２７日の土壌について、Ｄｒ．ソイル（土壌養分検定器）を用い、以下の手順で、硝酸態窒素、リン酸およびカルシウムの可給態の量を測定した。結果を下記表１に示す。
（測定手順）
（１）土壌の一部を採取し、採取した土壌に酢酸を添加する。
（２）ろ紙を用いて濾別し、土壌から酢酸で抽出した抽出液を回収する。
（３）回収した抽出液に成分別試薬を添加する。
（４）吸光光度計を使用し、色味から含有量を測定する。

表１に示す結果から、試験区においては、２０１７年１０月７日、２０１７年１１月１８日、２０１７年１２月２３日、および、２０１８年１月２７日のいずれの日に採取した土壌でも、硝酸態窒素の可給態の量が、植え付け時の元肥と比較しても増大していることが分かり、土壌が改良されていることが分かった。この効果は、慣行区において、２０１７年１０月１４日および２０１８年１月５日に追肥を行っていることを考慮すると、意外な効果であると言え、ナノバブル水の施用により、土壌中の元肥に含まれているアンモニア態窒素が硝酸態窒素に変化したためと考えられる。
また、リン酸およびカルシウムについてみても、追肥を行わなかった試験区は、追肥を行った慣行区と同等程度の含有量を保持しており、土壌が改良されていることが分かった。

〔試験２〕
＜試験２の内容＞
試験は、２０１８年８月２９日（播種）〜１０月８日（収穫）にかけて長野県小諸市で栽培した小松菜の圃場において以下の区分により実施した。各試験区は、同一のビニールハウス内に設定されている。
試験区２−１：ビニールハウス栽培において、２日に１回の散水に、農業用水を使用し、ナノバブル水を用いなかった。
試験区２−２：ビニールハウス栽培において、２日に１回の散水に、水１ｍＬ当たりの気泡数が２×１０^８個／ｍＬに調整されたナノバブル水を用いた。
試験区２−３：ビニールハウス栽培において、２日に１回の散水に、水１ｍＬ当たりの気泡数が５×１０^８個／ｍＬに調整されたナノバブル水を用いた。
なお、各試験区では、それぞれ、ビニールハウス内に設置した鉢に播種した小松菜を２鉢ずつ栽培した。
また、散水の量は、常法に従い、小松菜の生育状況、および、天候等に応じて適宜変更したが、３つの試験区の間で概ね同様となるように調整した。
また、試験２では、ナノバブル水１ｍＬ中の気泡数による優位性を試験するために、農薬の散布を意図的に実施しなかった。

＜ナノバブル水の生成方法＞
ナノバブル水は、ナノバブル発生装置（株式会社アクアソリューション製、１００Ｖ，１０Ｌ／ｍｉｎタイプ）を用いて加圧溶解方式にて水中に気泡（ナノバブル）を発生させることで生成した。ナノバブル水の生成用に使用した水には、農業用水を用い、気泡を構成する気体の種類は、酸素（工業用酸素、濃度：９９体積％）であることとした。

また、上記のナノバブル発生装置を用いてナノバブルを発生させる条件のうち、気泡のサイズ（最頻粒子径）は、１００ｎｍとした。
また、ナノバブル水１ｍＬ当たりの気泡数は、前述したように試験区２−２では２×１０^８個／ｍＬとし、試験区２−３では５×１０^８個／ｍＬとした。ナノバブル水１ｍＬ当たりの気泡数は、例えば、上記のナノバブル発生装置の下流側にナノバブル水の貯留槽を設置し、貯留槽内のナノバブル水をナノバブル発生装置に返送してナノバブル水を系内で循環させ、その循環時間を変えることで調整可能である。

＜土壌改良の評価＞
試験区２−１〜２−３において、播種時（２０１８年８月２９日）の土壌、および、収穫時（２０１８年１０月８日）の土壌について、上述した試験１と同様の手順で、硝酸態窒素、リン酸およびカリウムの可給態の量を測定した。結果を下記表２に示す。
なお、栽培した小松菜は、各試験区において成長の度合いに殆ど差が見られなかったため、下記表２中の収穫時の値は、各試験区で栽培した小松菜における肥料の吸収率の影響を受けていない値であると言える。

表２に示す結果から、ナノバブル水を土壌に施用した試験区２−２および試験区２−３は、ナノバブル水を土壌に施用しなかった試験区２−１と比較すると、硝酸態窒素の可給態、リン酸、および、カリウムのいずれについても増大していることが分かり、土壌が改良されていることが分かった。
特に、ナノバブル水１ｍＬ中の気泡数が５×１０^８個／ｍＬである試験区２−３では、気泡数が２×１０^８個／ｍＬである試験区２−２だけでなく、播種時の土壌よりもカリウムの含有量が増大しており、土壌がより改良されていることが分かった。
以上までに説明したように、試験１および試験２の試験結果から、ナノバブル水による土壌の改良効果が明らかとなった。

１０ナノバブル生成装置
３０液体吐出機
４０気体混入機
４１容器
４２気体混入機本体
５０ナノバブル生成ノズル

Claims

ナノバブル水を土壌に施用する、土壌の改良方法。
前記ナノバブル水を用いた散水を実施する、請求項１に記載の土壌の改良方法。
前記ナノバブル水に含まれる気泡の最頻粒子径が１０〜５００ｎｍである、請求項１または２に記載の土壌の改良方法。
前記ナノバブル水に含まれる気泡が、酸素、窒素、二酸化炭素およびオゾンからなる群から選択される少なくとも１種の気体を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の土壌の改良方法。
前記ナノバブル水が、１×１０^８〜１×１０^１０個／ｍＬの気泡を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の土壌の改良方法。
前記土壌が、植物体の土耕栽培または養液土耕栽培に用いる土壌である、請求項１〜５のいずれかに記載の土壌の改良方法。
前記植物体が、花卉類または葉茎菜類である、請求項６に記載の土壌の改良方法。
前記植物体が、アルストロメリア科植物または小松菜である、請求項６または７に記載の土壌の改良方法。