(57)【要約】【課題】  例えば有機性廃棄物の堆肥化の現場等において、肥料の発芽指数を高精度に推定可能であり、腐熟度等の肥料の品質を迅速、簡便且つ高精度に評価する。【解決手段】  評価対象の肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得し、前記情報を所定の計算式に当てはめて前記肥料の発芽指数を推定する。前記所定の計算式は、評価対象の肥料と類似の肥料についての発芽指数と、前記情報とについて重回帰分析を行うことにより得られる重回帰式である。前記物理化学的指標は、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、電気伝導度、温度、酸化還元電位からなる群から選択される少なくとも１種である。前記酵素活性は、微生物の活性を表す酵素活性である。【選択図】  図４
2006242723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象の肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得し、前記情報を所定の計算式に当てはめて前記肥料の発芽指数を推定することを特徴とする肥料品質評価方法。
【請求項２】
前記所定の計算式が、評価対象の肥料と類似の肥料についての発芽指数と、物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報とについて重回帰分析を行うことにより得られる重回帰式であることを特徴とする請求項１記載の肥料品質評価方法。
【請求項３】
前記物理化学的指標が、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、電気伝導度、温度、酸化還元電位からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載の肥料品質評価方法。
【請求項４】
前記物理化学的指標が、ｐＨ及びアンモニウムイオン濃度であることを特徴とする請求項３記載の肥料品質評価方法。
【請求項５】
前記酵素活性が、微生物の活性を表す酵素活性であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の肥料品質評価方法。
【請求項６】
前記微生物の活性を表す酵素活性が、プロテアーゼ活性、アミラーゼ活性、セルラーゼ活性、アルカリフォスファターゼ活性、酸フォスファターゼ活性、フォスフォハイドラーゼ活性、エステラーゼ活性、エステラーゼ−リパーゼ活性、リパーゼ活性、ロイシンアリルアミダーゼ活性、バリンアリルアミダーゼ活性、シスチンアリルアミダーゼ活性、トリプシン活性、キモトリプシン活性、α−ガラクトシダーゼ活性、β−ガラクトシダーゼ活性、β−グルクロニダーゼ活性、α−グルコシダーゼ活性、β−グルコシダーゼ活性、Ｎ−アセチル−β−グルコサミニダーゼ活性、α−マンノシダーゼ活性及びα−フコシダーゼ活性からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項５記載の肥料品質評価方法。
【請求項７】
評価対象の肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得する情報取得部と、
前記情報を所定の計算式に当てはめて前記肥料の発芽指数を推定する制御部とを備えることを特徴とする肥料品質評価装置。
【請求項８】
前記所定の計算式が、評価対象の肥料と類似の肥料についての発芽指数と、物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報とについて重回帰分析を行うことにより得られる重回帰式であることを特徴とする請求項７記載の肥料品質評価装置。
【請求項９】
前記物理化学的指標が、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、電気伝導度、温度、酸化還元電位からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項７または８記載の肥料品質評価装置。
【請求項１０】
前記物理化学的指標が、ｐＨ及びアンモニウムイオン濃度であることを特徴とする請求項９記載の肥料品質評価装置。
【請求項１１】
前記酵素活性が、微生物の活性を表す酵素活性であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項記載の肥料品質評価装置。
【請求項１２】
前記微生物の活性を表す酵素活性が、プロテアーゼ活性、アミラーゼ活性、セルラーゼ活性、アルカリフォスファターゼ活性、酸フォスファターゼ活性、フォスフォハイドラーゼ活性、エステラーゼ活性、エステラーゼ−リパーゼ活性、リパーゼ活性、ロイシンアリルアミダーゼ活性、バリンアリルアミダーゼ活性、シスチンアリルアミダーゼ活性、トリプシン活性、キモトリプシン活性、α−ガラクトシダーゼ活性、β−ガラクトシダーゼ活性、β−グルクロニダーゼ活性、α−グルコシダーゼ活性、β−グルコシダーゼ活性、Ｎ−アセチル−β−グルコサミニダーゼ活性、α−マンノシダーゼ活性及びα−フコシダーゼ活性からなる群選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１１記載の肥料品質評価装置。
【請求項１３】
評価対象の肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得する情報取得入力機能と、
前記情報を所定の計算式に当てはめて前記肥料の発芽指数を推定する制御機能とを、コンピュータに実現させることを特徴とする肥料品質評価プログラム。
【請求項１４】
前記所定の計算式が、評価対象の肥料と類似の肥料についての発芽指数と、物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報とについて重回帰分析を行うことにより得られる重回帰式であることを特徴とする請求項１３記載の肥料品質評価プログラム。
【請求項１５】
前記物理化学的指標が、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、電気伝導度、温度、酸化還元電位からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の肥料品質評価プログラム。
【請求項１６】
前記物理化学的指標が、ｐＨ及びアンモニウムイオン濃度であることを特徴とする請求項１５記載の肥料品質評価プログラム。
【請求項１７】
前記酵素活性が、微生物の活性を表す酵素活性であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項記載の肥料品質評価プログラム。
【請求項１８】
前記微生物の活性を表す酵素活性が、プロテアーゼ活性、アミラーゼ活性、セルラーゼ活性、アルカリフォスファターゼ活性、酸フォスファターゼ活性、フォスフォハイドラーゼ活性、エステラーゼ活性、エステラーゼ−リパーゼ活性、リパーゼ活性、ロイシンアリルアミダーゼ活性、バリンアリルアミダーゼ活性、シスチンアリルアミダーゼ活性、トリプシン活性、キモトリプシン活性、α−ガラクトシダーゼ活性、β−ガラクトシダーゼ活性、β−グルクロニダーゼ活性、α−グルコシダーゼ活性、β−グルコシダーゼ活性、Ｎ−アセチル−β−グルコサミニダーゼ活性、α−マンノシダーゼ活性及びα−フコシダーゼ活性からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１７記載の肥料品質評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、堆肥の腐熟度等、肥料の品質を評価するための肥料品質評価方法、肥料品質評価装置及び肥料品質評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物処理としては焼却処理や埋め立て処理が一般的に実施されてきたが、近年環境問題が盛んに議論されていることから、廃棄物の新しい物やエネルギー等へのリサイクル・再利用が進みつつある。一方で、台所の生ごみや食品加工工場の残渣等の排出量はますます増大する傾向にあり、このような都市生活の副生物である有機性廃棄物をいかに処理するかが大きな問題となっている。
【０００３】
このような状況から、有機性廃棄物の堆肥化が注目を集めている。有機性廃棄物の堆肥化は、エネルギーのロスを防ぐ方法として有効である。また、台所ごみ等から作られる堆肥は、窒素、りん、カリウムの含量が高く、重金属やその他の毒性物質による汚染が少ないことが報告されている。このように、有機性廃棄物は良質な堆肥となり得るため、有機性廃棄物の堆肥化システムの構築が各方面から期待されているが、リサイクルの市場をさらに開発し、拡大してゆくためには、供給する堆肥の品質の安定化や、堆肥化システムがコスト的に見合うものであること等が必須といえる。
【０００４】
ところで、堆肥等の肥料の品質は、有効成分の含量、腐熟度や毒性等によって決まり、品質評価はコンポストプロセスと生成物である肥料の応用を考える上で重要である。例えば、未熟な堆肥が施用された場合、作物は重篤な窒素飢餓状態となり、作物の根の付近では酸素が堆肥の分解に消費されて欠乏状態となるからである。さらに、未熟堆肥の施用は、アンモニア、エチレンオキサイド、各種有機酸などの生育阻害物質を生じて植物の生育を阻害するという不都合も引き起こす。以上のように、未熟な堆肥の出荷を防止するためにも、堆肥が充分に腐熟したか否かの腐熟度を評価し、堆肥の品質を迅速且つ簡便に評価する技術の確立が強く求められている。
【０００５】
そのため、これまでに様々な腐熟度の評価方法が提案されている。例えば、現場で行える腐熟度の評価方法として、外観による評点法、品温（堆積物の温度）評価法、色調評価法、臭気評価法、手触り評価法、ポリ袋評価法、ミミズ評価法等が提案されている（例えば、非特許文献１等参照）。また、化学分析を利用する腐熟度の評価方法としては、Ｃ／Ｎ比、硝酸検出法、ＢＯＤ・ＣＯＤ評価法、還元糖割合評価法、腐植の色彩色差評価法、陽イオン交換（ＣＥＣ）法、円形濾紙クロマトグラフィー法、ゲルクロマトグラフィー法等がある（例えば、非特許文献１等参照）。しかしながら、いずれの評価法も、適用可能な堆肥が限られる、評価のための作業が煩雑である等の問題を有し、また、腐熟度の評価精度の面では未だ不十分なものである。
【０００６】
また、腐熟度評価方法として、植物の応答を利用した方法も提案されている。植物の応答を利用した評価方法は、堆肥の腐熟度の検定とその有機肥料としての評価に非常に有効である。発芽指数(germination index:以下、ＧＩと称する)法は、植物の応答を利用した腐熟度の評価方法の１つであり、堆肥の毒性及び腐熟度を評価するにあたって最も感度の高いパラメータの１つとして知られている。ＧＩは発芽試験により求められ、具体的には、濾紙を敷いたプラスチックシャーレに抽出直後の堆肥水抽出液を添加し、濾紙上にコマツナ等の植物の種子を蒔き、２６℃の暗所で４８時間インキュベートした後、発芽した種子数及び根の長さを測定し、対照区（蒸留水）の発芽した種子数及び根の長さに対する比を取ることにより求められる。前記ＧＩの精度を高めるためには多くのサンプル数について前述の発芽試験を行う必要があるが、測定用器具として濾紙を収容したシャーレを用い、植物の種子の生育に時間を要し、さらに植物の種子を生育するための生育環境の保持や生育後の測定等に時間と手間がかかる点に課題がある。
【０００７】
そこで、上方が開口した視認性を有する栽培槽と、該栽培槽に収容される植物の種子を発芽させる着床部材と、前記栽培槽に収容されると共に、着床部材より発芽した植物が生育する視認性を有する筒状の生育ホルダーが並列に設けられた支持基板とを有し、着床部材は生育ホルダーの下部に設けられ、かつ、視認性を有する栽培槽には、生育ホルダー内で生育する植物の生育度合いを測定する目盛部が設けられた植物の生育測定器具が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の発明によれば、サンプル数が多くても簡単な作業で発芽試験を行うことができ、コンポスト（堆肥）などの有機物の腐熟度の判定ができるとされる。
【非特許文献１】金澤晋二郎、有機資源の農地利用について  第１報  コンポストの腐熟度検定、再生と利用、Vol.27 No.102 （2004）
【特許文献１】特開２００４−２０１５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１の発明も、実際に発芽試験を行うことによりＧＩを求めるため、測定時間に長時間を要し、測定が煩雑である等の問題を残しており、迅速且つ正確な判定が要求されるような実際の堆肥化の現場での利用を考えると現実的ではない。したがって、発芽試験等を行うことなくＧＩを高精度に推定し、堆肥等の肥料の腐熟度を評価する技術が切望されているが、このような技術は未だ確立されていないのが現状である。
【０００９】
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、例えば有機性廃棄物の堆肥化の現場等において、肥料の発芽指数を高精度に推定可能であり、腐熟度等の肥料の品質を迅速、簡便且つ高精度に評価することが可能な肥料品質評価方法、品質評価装置及び肥料品質評価プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前述の目的を達成するために長期にわたり検討を重ねてきた。その結果、肥料の腐熟度を評価する指標としての発芽指数と、肥料の水抽出液の特定の物理化学的指標及び特定の酵素活性との間に良好な相関があるとの知見を得るに至った。本発明はこのような知見に基づいて完成されたものである。
【００１１】
すなわち、本発明に係る肥料品質評価方法は、評価対象の肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得し、前記情報を所定の計算式に当てはめて前記肥料の発芽指数を推定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る肥料品質評価装置は、評価対象の肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得する情報取得部と、前記情報を所定の計算式に当てはめて前記肥料の発芽指数を推定する制御部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、腐熟度の指標となる発芽指数を求める際のパラメータとして、肥料の抽出液についてのｐＨ、アンモニウムイオン濃度等の物理化学的指標、微生物の活性を表す酵素活性等の酵素活性から選ばれるパラメータを複数組み合わせることで、肥料の発芽指数が高精度に推定される。発芽指数は肥料の腐熟度を高感度に表すことから、本発明により、肥料の腐熟度が的確に把握される。ｐＨ測定、アンモニウムイオン濃度測定等の物理化学的指標の測定や、酵素活性測定は、発芽試験等に比べて測定等に要する時間が短く、また、測定に伴う労力も小さいため、肥料の腐熟度の評価が迅速且つ簡単に行われる。
【００１４】
さらに、本発明に係る肥料品質評価プログラムは、評価対象の肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得する情報取得入力機能と、前記情報を所定の計算式に当てはめて前記肥料の発芽指数を推定する制御機能とを、コンピュータに実現させることを特徴とする。
【００１５】
以上のような構成の肥料品質評価プログラムによれば、前記肥料の発芽指数の推定をコンピュータにさせるため、コンピュータにおいて、肥料の腐熟度の指標となる発芽指数を迅速、簡単且つ高精度に推定し、肥料の品質を評価することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、肥料抽出液のｐＨ、アンモニウムイオン濃度等の物理化学的指標、酵素活性等を測定することによって、肥料の発芽指数を高精度に推定し、肥料の腐熟度を評価できることから、肥料の品質を迅速、簡単且つ高精度に評価することが可能な肥料品質評価方法を提供することができる。
【００１７】
また、本発明の肥料品質評価装置によれば、肥料の腐熟度の指標となる発芽指数を高精度に推定可能であり、肥料の品質を迅速、簡単且つ高精度に評価することが可能である。また、本発明の肥料品質評価装置を用いることにより、都市ゴミ等を堆肥化する堆肥化システムにおいて、良質な肥料を安定して供給することができる。
【００１８】
さらに、本発明の肥料品質評価プログラムによれば、肥料品質評価をコンピュータに実行させることができるので、迅速、簡単且つ高精度に肥料の品質を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る肥料品質評価方法、肥料品質評価装置及び肥料品質評価プログラムについて詳細に説明する。
【００２０】
本発明の肥料品質評価方法では、評価対象の肥料の発芽指数を推定し、推定された発芽指数を指標として、肥料の腐熟度を評価し、その肥料の品質を評価する。
【００２１】
ここで、肥料とは、有機物を含む有機性廃棄物を発酵又は腐らせて製造した堆肥、魚かす等の原料を乾燥させて製造した有機質肥料、土質改良材等のことをいい、本発明はこれら肥料全般に適用可能である。また、本発明は、未熟な堆肥等、製造途中の肥料にも適用可能である。堆肥や肥料の原料（素材）としては、一般家庭や施設等から排出される生ゴミ、食品加工工場等から排出される食品残渣、樹木の剪定枝、もみがらや、牛、豚、鶏等の畜糞、樹皮（バーク堆肥原料）等、特に限定されず、従来知られているあらゆる廃棄物等を使用可能である。
【００２２】
発芽指数（germination index：以下、ＧＩと称する。）とは、植物種子の発芽や生育の度合いから肥料の腐熟度を表したものであり、肥料の腐熟度の指標となるものである。ＧＩは、例えば、発芽試験により発芽した種子数及び根の長さ、並びに対照区（蒸留水）の発芽した種子数及び根の長さを測定し、各データを下記の式（１）にあてはめることにより求められる。発芽試験では、例えば、濾紙を敷いたシャーレに抽出直後の肥料水抽出液又は水（蒸留水）１０ｍｌを添加し、濾紙上にコマツナ等の植物の種子を蒔き、２６℃の暗所で４８時間インキュベートした後に、発芽した種子数及び根の長さを測定する。なお、ＧＩの算出においては、根の長さの他、茎長等を用いてもよい。
【００２３】
【数１】
2006242723.tif 000003
【００２４】
本発明では、肥料の腐熟度を評価するために評価対象の肥料のＧＩを推定するが、ＧＩの推定に先立ち、以下に説明するようにＧＩの推定に必要となる式を予め求めておく。
【００２５】
先ず、評価対象の肥料と類似の肥料を別途用意し、この類似の肥料から適当な時間間隔をおいて適当数をサンプリングし、例えば水抽出して抽出液を調製する。
【００２６】
ここで、評価対象の肥料と類似の肥料とは、評価対象の肥料の原料と略同様の原料を用いて製造される肥料のことを意味する。ＧＩの推定精度を高める観点では、評価対象の肥料と同一組成の原料を用いることが好ましいが、原料（廃棄物）の性質上、原料組成を厳密に再現することは困難である。したがって、評価対象の肥料の原料と略同様の原料とは、例えば、評価対象の肥料の原料と供給源等が同一の原料等であればよい。具体的には、評価対象の肥料の原料と略同様の原料とは、例えば評価対象の肥料原料が畜糞の場合においては、牛糞、豚糞、鶏糞等、家畜の種を一致させたものである。さらに、評価対象の肥料原料が生ゴミの場合、評価対象の肥料の原料と、魚あらの含有の有無等を一致させることが好ましい。
【００２７】
また、推定精度をより高める観点では、類似の肥料として、評価対象の肥料と略同様の製造方法により製造される肥料を用いることが好ましい。肥料の製造方法についても、評価対象の肥料と同一の製造方法とすることが好ましいが、多少異なっていても構わない。
【００２８】
次に、調製した抽出液を用いて通常の発芽試験を行い、例えば前記式（１）に基づいてＧＩを求める。
【００２９】
ここで、肥料抽出液の物理化学的指標としては、従来から知られている水溶液の各種の物理化学的指標を挙げることができ、例えば、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、電気伝導度、温度、酸化還元電位等が挙げられ、中でもｐＨ及びアンモニウムイオン濃度を物理化学的指標として採用することが望ましい。
【００３０】
酵素活性としては、従来知られているあらゆる酵素の活性を対象とすることができるが、微生物の活性を表す酵素群から選ばれる酵素の酵素活性を採用することが好ましい。微生物の活性を表す酵素活性としては、例えばプロテアーゼ活性、アミラーゼ活性、セルラーゼ活性、アルカリフォスファターゼ活性、酸フォスファターゼ活性、フォスフォハイドラーゼ活性、エステラーゼ活性、エステラーゼ−リパーゼ活性、リパーゼ活性、ロイシンアリルアミダーゼ活性、バリンアリルアミダーゼ活性、シスチンアリルアミダーゼ活性、トリプシン活性、キモトリプシン活性、α−ガラクトシダーゼ活性、β−ガラクトシダーゼ活性、β−グルクロニダーゼ活性、α−グルコシダーゼ活性、β−グルコシダーゼ活性、Ｎ−アセチル−β−グルコサミニダーゼ活性、α−マンノシダーゼ活性、α−フコシダーゼ活性等が挙げられる。酵素活性としては、これらの中から肥料の種類等に応じて適宜最適なものを選択すればよく、特に堆肥の品質評価を行う際には、酸フォスファターゼ活性及びエステラーゼ活性を選択することが好ましい。
【００３１】
そして、取得したＧＩと、物理化学的指標、酵素活性等の情報との関係について解析する。具体的には、取得したＧＩと、対応する物理化学的指標、酵素活性等の情報との関係について重回帰分析を行うことにより、ＧＩを目的変量とし、物理化学的指標、酵素活性を説明変量とする重回帰式を求める。解析の際のパラメータとしては、上記に列挙した物理化学的指標、上記に列挙した酵素活性の中から多数のパラメータを選択することが精度向上の面から好ましいが、これらパラメータのうち少なくとも２つを選択すればよい。
【００３２】
本発明では、前記重回帰式を利用して、以下のように評価対象の肥料のＧＩを推定し、腐熟度を評価する。
【００３３】
先ず、評価対象の肥料について、例えば水等を用いて抽出を行い、抽出液を調製する。
【００３４】
次に、調製した抽出液に対して、物理化学的指標の測定、酵素活性測定から選択される少なくとも２種を実施し、抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得する。すなわち、前記重回帰式で採用したパラメータに関する情報を取得する。
【００３５】
次に、予め求めておいた重回帰式に、評価対象の肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性から選択される少なくとも２種の情報をあてはめることにより、評価対象の肥料のＧＩを推定する。得られたＧＩの推定値は、ＧＩの実測値と良好な相関を示すことから、この推定ＧＩを指標として肥料の腐熟度を評価する。例えばＧＩ５０％がその肥料が充分に腐熟したか否かの基準となるが、ＧＩの基準値は肥料の種類等に応じて適宜定めればよい。
【００３６】
このように予め肥料抽出液の物理化学的指標、酵素活性等を用いてこれらの関係を解析し、得られた式に評価対象の肥料の物理化学的指標や酵素活性等の対応する情報を当てはめることにより、ＧＩの高精度な推定が可能となる。特に、前記ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酵素活性をパラメータとして選択することにより、ＧＩの推定を精度良く簡単に行うことができる。また、前記ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酵素活性に加えて肥料抽出液について、前述したような他の物理化学的指標、酵素活性等を重回帰分析のパラメータとして併用してもよく、適当なパラメータを選択した場合にはＧＩの推定の精度をさらに向上させることができる。
【００３７】
以上のような本発明の肥料品質評価方法により、評価対象の肥料の腐熟度を高精度に評価し、肥料の品質を高精度に評価することができる。また、本発明では、物理化学的指標や酵素活性等の測定時間が短時間で、簡単な操作で取得可能な情報に基づいてＧＩを推定でき、評価毎に発芽試験を行う必要はない。つまり、測定に要する手間や時間が飛躍的に削減され、迅速且つ簡単に肥料の腐熟度を評価できる。したがって、本発明によれば、例えば堆肥化の現場等において、肥料の品質を迅速、簡便且つ高精度に評価することが可能であり、良質な肥料の供給に貢献できる。また、本発明は、重回帰式の係数を適宜変更することによって、原料や製造方法によらず様々な種類の肥料の品質評価に適用することができる。
【００３８】
次に、本発明の肥料品質評価プログラムについて説明する。本発明の肥料品質評価プログラムは、コンピュータの動作を制御し先に説明したような肥料の品質評価を行わせるためのプログラムであり、評価対象の肥料の抽出液についてのｐＨ、アンモニウムイオン濃度等の物理化学的指標、微生物の活性を表す酵素活性等の酵素活性から選択される少なくとも２種の情報を取得する情報取得入力機能と、取得した情報を所定の計算式に当てはめて肥料の発芽指数を推定する制御機能とをコンピュータに実現させるためのプログラムである。かかるプログラムにより、コンピュータにおいて自動的に肥料の発芽指数を推定し、肥料の品質を迅速、簡単且つ高精度に把握することができる。
【００３９】
次に、本発明の肥料品質評価装置について説明する。本発明の肥料品質評価装置の一例を、図１に示す。肥料品質評価装置１は、堆肥等、肥料の抽出液についての物理化学的指標、酵素活性等の各種情報を得る情報取得入力部２と、制御部３と、制御部３で実行されるプログラムやＧＩ値の推定に必要な重回帰式等の各種のデータが格納される記憶部４とを基本的に備えるものである。また、肥料品質評価装置１は、ディスプレイ等から構成され、情報取得入力部２で取得した情報や制御部３で計算した結果等を表示する表示部５を備える。
【００４０】
なお、以下では、情報取得入力部２として、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酸フォスファターゼ活性、エステラーゼ活性についての情報を取得可能な構成を例に挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前述したような物理化学的指標、酵素活性のうち少なくとも２種についての情報を取得可能であればよいことは言うまでもない。
【００４１】
情報取得入力部２は、例えば肥料抽出液についてのｐＨ測定を行うｐＨ測定部２ａ、アンモニウムイオン濃度の測定を行うアンモニウムイオン濃度測定部２ｂ、酸フォスファターゼ活性の測定を行う第１の酵素活性測定部２ｃ、エステラーゼ活性の測定を行う第２の酵素活性測定部２ｄ等から構成され、肥料の抽出液のｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酵素活性等に関する情報を取得する。ｐＨ測定部２ａ、アンモニウムイオン濃度測定部２ｂ、第１の酵素活性測定部２ｃ及び第２の酵素活性測定部２ｄは、それぞれ、従来知られているｐＨセンサ、アンモニウムイオン濃度センサ、酵素活性センサ等から構成されてもよく、また、例えばｐＨ試験紙等の試験紙等から構成されてもよい。情報取得入力部２の構成は、各種情報を取得可能であればこれらに限定されるものではなく、例えば、肥料品質評価装置１に各測定部が外付けされてもよい。また、情報取得部２は例えばキーボード等の入力装置で構成されてもよい。この場合、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酸フォスファターゼ活性、エステラーゼ活性等に関する情報は、別途ｐＨ試験紙等の試験紙等を用いて測定しておき、情報取得部２の入力装置を介して入力される。
【００４２】
制御部３や記憶部４は、例えばＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気ディスク等の記憶装置等を含むコンピュータ装置により構成され、肥料品質評価装置１の各部を制御する。制御部３は、予め記憶部４に記憶しておいたプログラムや所定の計算式等を必要に応じて読み出すとともに、情報取得入力部２で取得した肥料抽出液のｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酵素活性等に関する情報をあてはめ、計算を行う。計算式は、例えば、評価対象の肥料と類似の肥料の抽出液についての実測ＧＩを目的変量とし、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酵素活性から選ばれる少なくとも２種を説明変量とする重回帰式である。
【００４３】
このような構成の肥料品質評価装置１を使用して肥料のＧＩを推定し、腐熟度を評価する方法について説明する。なお、以下では、情報取得部２がｐＨセンサ、アンモニウムイオン濃度センサ、酵素活性センサから構成され、肥料抽出液のｐＨ、アンモニウムイオン濃度及び酵素活性の各種測定及び情報取得の両方を行う場合を例に挙げる。
【００４４】
先ず、評価対象の肥料の抽出液に情報取得入力部２を例えば浸漬し、情報取得入力部２において各種測定を行い、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酸フォスファターゼ活性、エステラーゼ活性から選択される少なくとも２種の情報を取得する。取得された情報は、電気信号等に変換され、制御部３又は記憶部４に送られる。
【００４５】
次に、制御部３は、予め記憶部４に記憶しておいた例えば重回帰式等を読み出し、前記情報を当てはめて計算を行うことにより、評価対象の肥料の推定ＧＩを求める。制御部３で計算された推定ＧＩやこれに基づく腐熟度評価は、例えば表示部５等において表示される。
【００４６】
以上のように、肥料品質評価装置１によれば、発芽試験を行うことなくＧＩを推定でき、簡単な操作で迅速且つ高精度に肥料の腐熟度等の品質を評価することができる。また、肥料品質評価装置１は、ＧＩを求める際の発芽試験に用いられる生育器具等に比べて小型であるという利点がある。さらに、肥料品質評価装置１は、発芽試験に用いられる生育器具等に比べてメンテナンス等が容易なため、低コストにて肥料の品質評価が可能となる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例について実験結果に基づいて説明する。
【００４８】
＜堆肥化とサンプリング＞
本実験では、石川県加賀市より発生した公園の木や街路樹の剪定枝及び学校給食残さを原料として用いて堆肥を作製した。学校給食残さは市内の中学校より収集した。これら学校給食残さにチップ化した剪定枝及びもみがらを含水率が約６５％となるように加え、さらに市販の発酵促進微生物（Ａ：ウロンＣ、又はＢ：内城菌）を混合し、３時間、６５℃で機械的に攪拌した。その後、混合物を２種の方法で処理した。１つはヤードに山積に堆積し、週に２回攪拌するものである（堆積法）。もう１つは、水島物産社製のリアクターを使った方法（リアクター法）である。リアクターは側面のメッシュ部分から自然に酸素が供給されるようになっている。それぞれ１週間毎に、同一処理群内の３ヶ所からサンプリングを行った。その際、生成物温度も測定した。堆肥化試験は市内において、１０月から翌年３月にかけて行った。試験期間中の市内の１日の平均気温は１．６℃〜１１．７℃であった。各種製造法とその原材料成分を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2006242723.tif 000004
【００５０】
＜物理化学的分析＞
含水率は、堆肥を１０５℃で５時間加熱した後の減少量から計算した。総炭素及び総窒素量は自動元素分析装置（商品名Ｖａｒｉｏ  ＥＬ  ＩＩＩ）で測定し、Ｃ／Ｎ比はそれらから計算した。
【００５１】
堆肥の水抽出液は、堆肥に乾燥重量当り１０倍量の蒸留水を加え、１２０ｒｐｍで３０分攪拌後、ろ過して調製した。直ちに抽出液のｐＨ及び電気伝導度を測定した。抽出液の保存は−２０℃で行った。抽出液のアンモニウムイオン濃度及び硝酸イオン濃度は比色法により測定した。
【００５２】
＜酵素活性：寒天プレートアッセイ＞
水抽出液のプロテアーゼ、アミラーゼ、セルラーゼ活性は以下の方法にしたがって検出した。
（１）プロテアーゼ：２ｇのアガー、０．１ｇのアジ化ナトリウムを０．１Ｍのリン酸バッファー（ｐＨ７．０）に加熱して溶かし、そこに１ｍＬの１Ｍ塩化カルシウム、１０ｍＬの１％カゼインを加えた。これらの混合物１５ｍＬを直径９ｃｍのプラスチックシャーレに入れて冷やした。
（２）アミラーゼ：０．８ｇの可溶性デンプンと２ｇのアガーを１００ｍＬの１．０Ｍ酢酸バッファー（ｐＨ５．０）に加熱して溶かした。前記と同様にシャーレに入れて冷やした。
（３）セルラーゼ：０．８ｇのカルボキシメチルセルローズと２ｇのアガーを１００ｍＬの１．０Ｍ酢酸バッファー（ｐＨ５．０）に加熱して溶かした。前記と同様にシャーレに入れて冷やした。
【００５３】
（１）〜（３）の各寒天プレートに直径３ｍｍの穴をコルクボーラーで開け、堆肥の水抽出液１０μＬをその穴に滴下し、５５℃で１８時間インキュベートした。インキュベート後、プロテアーゼ活性はサンプル穴の周りの透明なハロを観察することによって確認できた。アミラーゼ活性は０．２％ヨウ化カリウムと０．０２％ヨウ素液の添加、セルラーゼ活性は０．１％コンゴーレッド溶液の添加とその後の洗浄によって、サンプル穴周りのハロを可視化した。それぞれのハロの直径をのぎすで計測した。
【００５４】
＜酵素活性：アピザイムアッセイ＞
堆肥水抽出液についての１９種の酵素活性を、アッセイキットである商品名アピザイムを用いて測定した。測定した酵素はアルカリフォスファターゼ、酸フォスファターゼ、フォスフォハイドラーゼ、エステラーゼ、エステラーゼ−リパーゼ、リパーゼ、ロイシンアリルアミダーゼ、バリンアリルアミダーゼ、シスチンアリルアミダーゼ、トリプシン、キモトリプシン、α−ガラクトシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、β−グルクロニダーゼ、α−グルコシダーゼ、β−グルコシダーゼ、Ｎ−アセチル−β−グルコサミニダーゼ、α−マンノシダーゼ及びα−フコシダーゼである。
酵素活性は、それぞれの酵素に特異的な発色基質が塗布されたウエルに試薬６０μＬを入れ、４時間、３６℃でインキュベートした後、試薬ＡとＢで反応を停止、発色させた。酵素活性は、目視により発色の濃さを添付のカラーチャートと比較して判断した。
【００５５】
＜コマツナ発芽試験＞
ろ紙を敷いたプラスチックシャーレに抽出直後の水抽出液１０ｍＬを入れ、コマツナの種３０粒を蒔き、２６℃の暗所で４８時間インキュベートした。その後、発芽した種の数及び根の長さを測定した。対照として、１０ｍＬの蒸留水を用いて同様の操作を行った。ＧＩはＺｕｃｃｏｎｉら（１９８１）によって提案された前記式（１）に従って計算した。ＧＩは約５０％がその堆肥の生育阻害の有無の目安となる。サンプルの保存状態が腐熟度評価のパラメータ値に影響を与えることが知られているので、本実験では、サンプリング直後の堆肥から抽出液を調製するとともに、抽出直後の抽出液を発芽試験に用いた。堆積法におけるＧＩの変化を図２に、リアクター法におけるＧＩの変化を図３に示す。
【００５６】
＜統計解析＞
ＧＩとその他のパラメータ（含水率、温度、ｐＨ、電気伝導度、アンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、炭素および窒素含量、Ｃ／Ｎ比、２２種類の酵素活性）との関係は、ソフトウェア（商品名スタットビュー）を用いたステップワイズ法による線形重回帰分析にて行った。それぞれのパラメータ間の相関についても、同じソフトウエアを用いて解析した。
【００５７】
コマツナ発芽試験により求められたＧＩ（実測値）と、それに対応する同一サンプルの含水率、温度、ｐＨ、電気伝導度、アンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、炭素含量、窒素含量、Ｃ／Ｎ比、２２種類の酵素の活性との関係を、ステップワイズの線形重回帰分析を用いて解析した。サンプル数はすべての堆肥化システムを合わせて１５９サンプルであった。重回帰分析で選択されたパラメータとその特性を表２に示す。この重回帰モデルでの決定係数Ｒ２は０．８９６であり、これらのパラメータから推定したＧＩは実測値と良く一致していることがわかった。
【００５８】
【表２】
2006242723.tif 000005
【００５９】
さらにより簡単なモデルとするため、表２の中からＦ値の高い４つのパラメータ、すなわち、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酸フォスファターゼ活性及びエステラーゼ活性を選び、重回帰分析を行った。その結果、下記の式（２）を得た。なお、式（２）中、「ＮＨ４＋」はアンモニウムイオン濃度（ｍｇ／ｌ）を表す。また、「ＡＰ」は酸フォスファターゼ活性、「Ｅ」はエステラーゼ活性を表す。
【００６０】
ＧＩ＝−６０．２３９＋１９．０５７ｐＨ−０．２３８［ＮＨ４＋］−５．３８１ＡＰ−５．１１７Ｅ  ・・・式（２）
【００６１】
前記重回帰モデルでの決定係数Ｒ２は０．７９１であった。それぞれの堆肥化システムにおいて、これらのパラメータから推定されたＧＩと実際のＧＩとの相関を図４〜図７に示す。堆積法Ａ、堆積法Ｂ、リアクター法Ａ及びリアクター法Ｂでのピアソンの相関係数（ｒ）は、それぞれ０．９６、０．９３、０．８４及び０．８９であった。回帰式の傾きは、堆積法では約１であったが、リアクター法ではＡ，Ｂのどちらも堆積法より小さかった。ＧＩの推定に際しては、堆肥化法ごとに解析を行うことがより効果的である可能性がある。
【００６２】
なお、今回選択された４つのパラメータ（ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酸フォスファターゼ活性、エステラーゼ活性）は、それぞれ単独ではＧＩとほとんど相関していない（ｒはそれぞれ０．３６９、０．０１９、−０．０４７、０．３２１である。）。このため、これらのパラメータ自身からＧＩを推定することは出来ない。しかし、これらを組み合わせることでＧＩを推定可能であり、その際のパラメータの選択に重回帰分析は有効であった。
【００６３】
図４〜図７から明らかなように、推定ＧＩは、実際のＧＩと良好な相関を示した。したがって、以上の実験から、ＧＩとこれに対応する物理化学的指標及び酵素活性等について重回帰分析を行い、例えば式（２）のような重回帰式を得、この重回帰式に評価対象の肥料のデータを当てはめることによって、肥料のＧＩを高精度に推定可能であることがわかる。また、本実験で用いた肥料においては、パラメータとして、ｐＨ、アンモニウムイオン濃度、酸フォスファターゼ活性及びエステラーゼ活性を選択することで、簡単なモデルでＧＩの高精度な推定が実現された。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の肥料品質評価装置の一例を示す模式図である。
【図２】堆積法により作製した肥料のＧＩの経時変化を示す特性図である。
【図３】リアクター法により作製した堆肥のＧＩの経時変化を示す特性図である。
【図４】堆積法Ａにおける実際のＧＩと推定ＧＩとの関係を示す特性図である。
【図５】堆積法Ｂにおける実際のＧＩと推定ＧＩとの関係を示す特性図である。
【図６】リアクター法Ａにおける実際のＧＩと推定ＧＩとの関係を示す特性図である。
【図７】リアクター法Ｂにおける実際のＧＩと推定ＧＩとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  肥料品質評価装置、２  情報取得入力部、３  制御部、４  記憶部、５  表示部
【図１】
2006242723.tif 000006
【図２】
2006242723.tif 000007
【図３】
2006242723.tif 000008
【図４】
2006242723.tif 000009
【図５】
2006242723.tif 000010
【図６】
2006242723.tif 000011
【図７】
2006242723.tif 000012