(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物群の初期活性を促す長さ７ｍｍ以下の木質チップと、土壌の通気性、透水性および保水性を改良するとともに微生物群が高濃度のＣＯ２を２箇月以上にわたり発生し続けるのに必要な長さ７〜２５ｍｍの木質粗大チップとからなり、前記粗大チップが容積比で１０〜４０％とした木質培養基材に、ｐＨ９以上でも活動し高濃度のＣＯ２を２箇月以上にわたり発生し続ける好アルカリ性微生物である糸状菌、細菌および放線菌等の微生物群を種菌として培養した土壌改良資材であって、高アルカリ土壌の通気性、透水性および保水性を改良し土壌ｐＨを低下させ、植栽に適した土壌に変えることを特徴とする土壌改良資材。
【請求項２】
微生物群の初期活性を促す長さ７ｍｍ以下の木質チップと、土壌の通気性、透水性および保水性を改良するとともに微生物群が高濃度のＣＯ２を２箇月以上にわたり発生し続けるのに必要な長さ７〜２５ｍｍの木質粗大チップとからなり、前記粗大チップが容積比で１０〜４０％とした木質培養基材に、ｐＨ９以上でも活動し高濃度のＣＯ２を２箇月以上にわたり発生し続ける好アルカリ性微生物である糸状菌、細菌および放線菌等の微生物群を種菌として培養した土壌改良資材を用い、前記土壌改良資材を高アルカリ土壌に混合する土壌改良方法であって、前記土壌改良資材を高アルカリ土壌に混合する直前に活性化促進資材を混合して、前記好アルカリ性微生物の活性を促進させて高アルカリ土壌の通気性、透水性および保水性を改良し土壌ｐＨを低下させ、植栽に適した土壌に変えることを特徴とする土壌改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、植栽に不適な高アルカリ土壌で液性を示さない土壌を植物の生育に適したｐＨの土壌に改良するための土壌改良資材とそれを使った土壌改良方法である。
【背景技術】
【０００２】
近年、土木技術の進歩に伴い建設現場からベントナイトやセメントなどを含む高アルカリ土壌が大量に排出され、産業廃棄物であるが故にその廃棄処分方法が社会問題化している。また、造成工事等により露出した高アルカリ土壌に対する緑化植栽の困難さや、塩類集積により高アルカリ化した作土における栽培環境の悪化等が問題視されてきた。
【０００３】
この対策として、硫酸塩資材（硫酸鉄、硫酸カリウムなど）、硫黄末や腐植酸の様な中和資材を混用するか、まさ土のような良質土や改良土壌を高アルカリ土壌の上に客土する手法が取られたり、微生物が創り出す有機酸による土壌の中和や、ＣＯ２曝気による炭酸化での土壌改良等が研究されてきた。
【０００４】
しかし、中和資材は流亡しやすく、短期間で効力をなくし、再び高アルカリ性を呈したり、大量の中和資材と労力が必要であるなどの問題があった。また、客土法も大量の良質土を必要とし、客土用土壌の採土地における新たな自然破壊が発生する。また、客土上に植物を植栽しても植物の生育と共に根がアルカリ土壌に達し、生育障害を起こす可能性が懸念される。同時にいずれの方法も工期の長さや、コスト高を免れない等の欠点があり、これら高アルカリ土壤の簡便で安価な改良法が切望されていた。
【特許文献１】特開２００３−２６５０３８
【特許文献２】特開２０００−１３６５２５
【特許文献３】特開２０００−４１４７９
【非特許文献１】山田僚一、須藤芳雄、丸山俊朗  「濁水処理に伴う脱水ケーキの土壌緑化基盤材への改良に関する基礎的研究」  土木学会論文集ＶII  ６９２巻２１号
【非特許文献２】「建設汚泥の有効利用」  （財）先端建設技術センター（１９９８年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこでこの発明は、一般廃棄物である緑化樹木の剪定枝や刈り草等をはじめとする植物質を原材料にした木質チップを培養基材とし、天然に存在し好アルカリ性を示す糸状菌、細菌、放線菌などの好気性および条件的嫌気性菌群を含む微生物群を大量に培養し、活性度を上げたこれら微生物群を、高アルカリ土壌と混合することにより微生物の呼吸で発生するＣＯ２による炭酸化の力で土壌ｐＨを低下させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、天然に存在する好アルカリ性微生物群を多く含む微生物群を選抜し、これら微生物群が発生させるＣＯ２による炭酸化を利用し高アルカリ土壌のｐＨを低下させ、植栽に適した土壌に変えることを特徴とする土壌改良資材を発明した。
【０００７】
一般廃棄物である緑化樹木の剪定枝や刈り草等を原材料とし、長さ７〜２５ｍｍの木質粗大チップを１０〜４０％含む長さ２５ｍｍ以下の木質チップを、高アルカリ土壌に混合し、土壌の物理性である通気性および透水性を改良させる。木質粗大チップ含有率が１０％以下では透水性が改良されず、４０％以上では微生物の活性が劣るため、この範囲内が最適である。この木質粗大チップの働きにより送気、曝気等の特別な手段をとることなく土壌中への空気の供給を増し、微生物群の活性化を図ることができる。活性化した微生物群が発生するＣＯ２により土壌ｐＨを低下させ、液性を示さない建設汚泥、建設残土などの高アルカリ土壌を、環境省令で定める排水基準であるｐＨ８．６以下の植栽土壌に改良することを特徴とする土壌改良資材の発明である。
【０００８】
また、好アルカリ性糸状菌・細菌・放線菌等を含む微生物群を木質チップからなる培養基材を用いて培養し、ＣＯ２を大量にしかも２箇月以上にわたって発生するよう活性化させた土壌改良資材を土壌に混合し、土壌ｐＨを改良するものである。
【０００９】
土壌改良資材を土壌に混合する直前に、その微生物群が発生するＣＯ２濃度が１〜１５％、好ましくは５〜１０％まで上昇させ、しかもＣＯ２の発生を２箇月以上持続させ、炭酸化能力を最大限に発揮させることの可能な易分解性有機物を主とした活性化促進資材を使用することによる土壌改良法の発明である。
【００１０】
前記土壌改良剤を、液性を示さない高アルカリ土壌に混合し、活性化した微生物群が発生するＣＯ２の炭酸化により高アルカリ土壌のｐＨを低下させる土壌改良法で、土壌混合後に曝気や土壌の撹拌など、特別な操作を伴わないことを特徴とする土壌改良法の発明である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一般廃棄物と見なされる剪定枝や刈り草等を活用し、産業廃棄物である建設汚泥や、土壌改良が必要とされる高アルカリ土壌の改良が簡単に行なえる。このことにより、例えば産業廃棄物として厄介者扱いされる建設汚泥でさえも植栽土壌として利用が可能であり、かつｐＨ値が８．６以下となることから従来の建設汚泥や建設汚泥改良土を使った造成工事の際に必要であった排水処理施設も不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の実施形態は、活性化された好アルカリ性微生物群を含む土壌改良資材を高アルカリ土壌へ混合することであり、微生物群が活性化されていない場合にはｐＨ値を短期間に８．６程度まで下げることは困難である。
【００１３】
本発明の基礎原理はＣＯ２ガスが水に溶けＣａ（ＯＨ）２と反応し炭酸カルシウムとなってｐＨを低下させる炭酸化の応用である。
【００１４】
ＣＯ２濃度は、通常大気中では０．０３％程度である。また、コンポスト堆肥は０．１％〜０．５％程度である。しかし、本発明による土壌改良資材では、最大値ではあるが、驚くべきことに通常大気の１５０〜３００倍に、しかも２箇月以上の長期間にわたり高濃度のＣＯ２が放出され続ける。この条件が満たされない場合、当初の目的を達成することは困難である。
【００１５】
本発明における微生物群の培養基材として、長さ７〜２５ｍｍの木質粗大チップを容積比１０〜４０％、好ましくは２０〜３０％含む、長さ２５ｍｍ以下の木質チップを用いる。このことは通気性、透水性および保水性などの土壌物理性改良に有効である。これらの土壌物理性の改良が本発明による土壌改良資材を構成する微生物群に必要な空気を供給し、必要水分も保持し微生物群の活性化に結びついている。従って、培養基材は上記長さの粗大チップを含むものでなければならない。
【００１６】
剪定枝を含む木質チップは通常Ｃ／Ｎ比１００以上であり、この数値は容易に発酵を完了し得ないことを意味している。つまり、微生物の増殖が長期間にわたり持続されることを意味し、バーク堆肥等で問題となる急激な窒素飢餓も比較的起こりにくい。
【００１７】
また、木質チップで培養された微生物群は常に環境の影響を受けその活性度が変化している。木質チップでの培養過程では初期には好気性微生物群（絶対好気性菌群等）が多量の酸素と有機物を得て活性化するが、やがて条件的嫌気性菌群が主流となる。この好気性微生物群と条件的嫌気性菌群の活性を長期間持続するように調整したものが土壌改良資材である。
【００１８】
培養の極く初期には、土壌改良資材の原材料に含まれる有害病原菌や害虫類が生存し、かつ、酸素不足から嫌気発酵をおこしやすく、その結果植物に有害なフェノール性酸が発生、残存し、植物の生育に悪影響をもたらすことが多い。これを回避するため培養は通気、通水に注意を図りながら好気的に進める必要がある。その間に６０〜７０℃の発酵温度を１週間程度保ち、有害病原菌や害虫類の死滅を図らねばならない。
【００１９】
その後、好アルカリ性好気性微生物群と好アルカリ性条件的嫌気性菌群が中心となった発酵に移るが、この状態で保存したものあるいはこの状態に至ったものに活性化促進資材を添加し、高アルカリ土壌に混用することで高アルカリ土壌のｐＨを低下させることができる。
【００２０】
本発明による土壌改良資材の土壌への混合割合は、容積比で土壌の２０％〜５０％である。この比率は、改良を必要とする土壌のｐＨ値に応じて変えるのがよい。例えば、ｐＨ９程度の建設汚泥であれば２０％で充分であるが、ｐＨ１２程度の場合には３０％以上が適量である。
【００２１】
木質チップは、元来、それ自体に微生物が大量に増殖しており微生物群の構成種や活性度は常に変化しているものである。本発明では、高アルカリ土壌に直接、土壌改良資材を混入する為、施用された微生物群は高アルカリ性の環境下で十分活性化出来なければならない。
【００２２】
そのため、多数の試作改良資材の中から、高アルカリ性土壌の中で活性度の高い微生物群を選抜した。この微生物群を種菌として経代培養し本発明の土壌改良資材に植菌培養し用いるものである。
【００２３】
しかし、種菌を経代培養することは非実用的であるため、実用化に際し常時は休眠状態におき、必要なときに活性化させる方法を見出した。それは微生物の活動と水分の関係を探求した結果、含水量（圃場容水量に対する重量比）３０％以下とし、降雨による透水を避ける方法で貯蔵することでほぼ休眠状態とすることが出来たのである。
【００２４】
ここで、含水量は２ｍｍの篩でふるい落とした試料を用い、新たに見出した土壌改良資材用検量線をインプットした水分計を用いて測定した圃場容水量に対する比率である。
【００２５】
本法による土壌改良では、ＰＨを８．５以下に下げるには若干の期間を要する。この対策としてセスバニアのような耐アルカリ性植物（パイオニア植物）を栽培し、土壌の中性化を促進すれば期間短縮が可能である。
【００２６】
以下に実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００２７】
活性度の異なる木質チップから成る土壌改良資材を、容積比３０％の比率で、高アルカリ土壌に混合したところ、その中の活性度１．６を有する土壌改良資材が当初ｐＨ１１．１であった高アルカリ土壌をｐＨ８．６まで低下させる事実が見出された。これは既存技術でなし得なかった技術である。この際のｐＨ変化を図１および図２に示した。図中(1)は比較例で建設汚泥そのもの、(2)は実施例で建設汚泥に土壌改良資材３０％添加した例である。混用８日後または１０日後で、(1)比較例でのｐＨは土壌で１０．０以上、浸出液で９．５以上を維持したが(2)実施例ではそれぞれｐＨ８．５および８．４となった。
【００２８】
ここで、活性度は土壌改良資材３．７リットルを特製ガラス容器（８リットル）に入れ、１５０分後のＣＯ２濃度をガス検知管で測定し、この測定値（％）で判断した。また、土壌ｐＨは試料１０ｇに蒸留水５０ｇを加え撹拌後、１時間静置した後自動温度補償装置付きｐＨ計で測定し、浸出水ｐＨは、４５型プランターに入れた土壌１０リットルに蒸留水１リットルを潅注し、プランターの底部へ浸出した水のｐＨを測定した。
【実施例２】
【００２９】
休眠状態の微生物を含む土壌改良資材に、活性化促進資材として植物油搾油残渣、精糖廃蜜、豆乳絞り粕、キノコ培地、乾燥鶏糞、硫安および尿素を土壌改良資材に添加したところ、植物油搾油残渣を１％添加した土壌改良資材のＣＯ２発生量は５．６％に達した。添加量を４％まで増した区では、ＣＯ２よりもアンモニアガスの発生が多く見られた。従って、活性化促進資材の添加量は１〜２％が適量と考えられた。
【００３０】
尿素は窒素濃度が高く、急激なアンモニアガスの発生を認めたが、ＣＯ２発生量は少なく本発明に必要な条件を満たさなかった。活性化促進資材によっては添加直後のＣＯ２発生量は順調であるが持続性の劣るものや、初期のＣＯ２発生量は多くないが長期にわたって発生するものなどがあり、状況に合わせて脂肪分やタンパク質、炭水化物などを含む活性化促進資材を選択するのが良い。結果を表１に示した。
【００３１】
【表１】
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＊  添加活性化促進資材中のＮ重量ｇ／土壌改良資材１ｋｇ
表１  活性化促進資材の添加によるＣＯ２発生量
【実施例３】
【００３２】
土壌改良資材を、雨水の浸透を避けながら保存し供試した。加水量を変えながら微生物の活性度をＣＯ２濃度で調べたところ、含水量３０％以下であれば微生物は６箇月以上ほぼ休眠状態にあることが判明した。このことは含水量３０％以下で保存した試料に加水し、活性化させ種菌群として使用出来ることを意味している。結果を図３に示した。
【実施例４】
【００３３】
保存中の土壌改良資材を使用し、実際の現場における土壌改良方法の検討を行った。まず、土壌改良資材として休眠中の微生物群を活性化するため、次の方法で休眠打破を行った。すなわち、土壌改良資材の含水量を７０％に調整し活性化促進資材を重量比で２％添加した。この結果、保存時ＣＯ２濃度０．３％であったものが供試時には５．２％まで活性化した。
【００３４】
この土壌改良資材を、ｐＨ１２．０の高アルカリ性建設汚泥＋建設残土に容積比で３０％混合し高麗芝、洋芝（トールフェスク）、緑肥作物（セスバニア）を植付けまたは播種し、その後の土壌、浸出水のｐＨ変化と作物の生育状況を調査し、結果を図４乃至図６に示した。図中、１（建設汚泥）および２（建設汚泥＋建設残土）は比較例であり、３（建設汚泥＋建設残土＋土壌改良資材）および４（建設汚泥＋建設残土＋土壌改良資材＋粒状基盤）は実施例である。調査は、２００３年５月２０日から同年８月３０日まで実施した。処理後の土壌のｐＨ変化を図４に示した。土壌ｐＨは各試験区の５箇所からそれぞれ深さ５ｃｍの土壌を採土し混合した試料１０ｇに蒸留水５０ｇを加え、撹拌後１時間静置した後、自動温度補償装置付きｐＨ計で測定した。その結果、土壌ｐＨは供試直後から低下し、供試約２箇月後には排出基準を満たすｐＨ８．６にまで低下した。
【００３５】
図５には浸出水ｐＨの推移を示した。浸出水は各試験区の５箇所からそれぞれ深さ５〜１０ｃｍの土壌を採土し混合した試料をφ１２５ｍｍの塩ビ管に高さ２０ｃｍまで詰め、上部より１０００ｃｃの蒸留水を加え、底部からの浸出水のｐＨを測定した。その結果、供試２箇月後にはｐＨは８．５以下に下がった。
【００３６】
図６には、洋芝（トールフェスク）の刈芝重量累積値を示した。約２箇月の結果ではあるが、土壌改良した実施例の刈芝重量が比較例を上回ることが明確となった。
【実施例５】
【００３７】
土壌改良資材を混合して１〜２箇月経過後の土壌は、ｐＨ８．６前後で植栽土壌としては若干ｐＨが高すぎる場合もある。そこで、このような土壌での栽培可能な植物種の確認試験を実施した。その結果、土壌改良直後には芝生ではトールフェスク、ペレニアルライグラス、バミューダグラス、コウライシバなどの耐アルカリ性植物の生育がよく、緑肥植物ではセスバニア、クロタラリア、ソルゴー、エンバク、アルファルファなどが好成績を収めた。
【００３８】
緑肥植物の一つであるセスバニアの生育状況を、図７に示した。セスバニアの播種は２００３年５月２７日、刈り取りは同年９月１日に実施した。試験開始３ヵ月後（２００３年９月３日）の調査ではあるが、建設汚泥におけるトールフェスク植栽区の土壌ｐＨは１１．０であったが、セスバニア区では９．９〜８．５であることから、セスバニア自身も土壌のｐＨ改良効果を有することがわかった。このことからセスバニアなどの土壌ｐＨ改良効果を有する植物を土壌改良植物として選択し、それら作物による改良効果をも活用するのが良い。
【００３９】
同時に土壌中でのＣＯ２の発生状況を調べた。その結果を図８に示したが、混合後９箇月を経過しているにもかかわらず、土壌改良資材混合区では高いＣＯ２濃度を確認した。比較例の建設汚泥区および建設汚泥＋残土区ではほとんどＣＯ２が検知されなかった。
［他の実施形態］
【００４０】
実施例では、木質チップの原料として剪定枝を粉砕したものを用いたが、他の実施形態では建設廃材、ヤシガラ種皮などでも良い。また、発酵時の水分、窒素等の補充として植物質または、および家畜糞尿の利用も出来る。
【００４１】
活性化促進資材としては植物油搾油残渣が最も良い結果を得たが、使用濃度などを調整することでその他の低分子の糖類やタンパク質、アミノ酸などの易分解性有機物等が利用可能である。
【００４２】
本発明になる微生物群は、好アルカリ性微生物群を含み、好気性微生物群または、および条件的嫌気性菌群であればその種類を問わない。しかし、自然状態では好アルカリ性微生物群が少ない場合もあり、発酵を促進する為、保存微生物群の一部を種菌として木質培養基材に添加するとなおよい結果が得られる。
【００４３】
本発明では、補助的に高アルカリ土壌のｐＨを改良する植物としてセスバニアを示したが、栽培することで土壌ｐＨを下げる働きのある耐アルカリ性植物であればその種類を問わない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
建設汚泥の廃棄処分は、その方法、場所、経費の点で大きな社会問題であり適正な処理が困難なことから不法投棄を引き起こすことにもなる。したがって、これら建設汚泥を植栽土壌として再利用することは今日の建設業界の課題であり、その解決策として本発明が活用できる。
【００４５】
樹木剪定枝は一般廃棄物として扱われ、これも焼却に多大の費用を費やしているのが現状である。従って、樹木剪定枝を土壌改良資材の木質培養基材の一つとして用いる場合は、廃棄物の再利用として有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による土壌改良資材による改良土の土壌ｐＨ変化
【図２】本発明による土壌改良資材による改良土の浸出液ｐＨ変化
【図３】土壌改良資材の含水率と炭酸ガス発生量
【図４】本発明による土壌改良資材の実証試験（土壤ｐＨ改良結果）
【図５】本発明による土壌改良資材の実証試験（浸出水ｐＨ改良結果）
【図６】本発明による土壌改良資材の実証試験（トールフェスク刈芝生草重）
【図７】本発明による土壌改良資材の実証試験（セスバニア生草重）
【図８】本発明による土壌改良資材の実証試験（９箇月後のＣＯ２発生量）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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