(57)【要約】      （修正有）【課題】多様な土壌改良剤と土壌の組み合わせの中から、使用する土壌のもとでの植物の生育に適した土壌添加剤などの選択または土壌添加剤などと土壌の最適な混合条件などを、植物を植えることなく短時間でしかも極めて簡便に特定するための、汎用性のある土壌環境の診断方法を提供する。【解決手段】土壌中に存在する微生物の活性度を測定し、具体的には土壌懸濁液に微生物培養培地を添加して培養を行い、得られた培養上澄にメディエーターを添加して反応を行った後に印加電圧を加えて得られる電流値を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中に存在する微生物の活性度を測定することを特徴とする土壌環境の診断方法。
【請求項２】
微生物の活性度が、呼吸量を測定することにより行われる請求項１記載の土壌環境の診断方法。
【請求項３】
土壌環境に影響を及ぼす添加物を含有する土壌が用いられる請求項１または２記載の土壌環境の診断方法。
【請求項４】
土壌環境に影響を及ぼす添加物が、土壌改良剤、農薬および殺菌剤の少なくとも一種である請求項３記載の土壌環境の診断方法。
【請求項５】
微生物の活性度の測定が、土壌懸濁液中の微生物を培養することにより得られた培養上澄中に、メディエーターを添加して反応を行った後、印加電圧を加えて得られる電流値を測定することにより行われる請求項１記載の土壌環境の診断方法。
【請求項６】
土壌懸濁液が、土壌を緩衝液に混合することにより得られたものである請求項５記載の土壌環境の診断方法。
【請求項７】
微生物の培養が、28〜45℃で行われる請求項５記載の土壌環境の診断方法。
【請求項８】
微生物の培養に際して、微生物を活性化させるための添加剤が用いられる請求項５記載の土壌環境の診断方法。
【請求項９】
微生物を活性化させるための添加剤として、微生物増殖用培地が用いられる請求項８記載の土壌環境の診断方法。
【請求項１０】
微生物増殖用培地がLB培地、ポテトデキストロース培地または肉エキス培地である請求項９記載の土壌環境の診断方法。
【請求項１１】
微生物を活性化させるための添加剤として、特定の微生物群の増殖を選択的に促進または抑制するための添加剤が用いられる請求項８記載の土壌環境の診断方法。
【請求項１２】
土壌中に存在する微生物の活性度を測定することにより土壌の肥沃度を測定する請求項１記載の土壌環境の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌環境の診断方法に関する。さらに詳しくは、各種土壌に適した土壌改良剤などの選別を可能とする土壌環境の診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の栽培においては、適切な土壌環境が重要であり、例えば過剰な施肥は作物の生育に悪影響を及ぼすだけでなく、農業系外へ流出した過剰な養分は環境汚染の原因ともなり好ましくない。そこで、土壌環境を健全な状態に保ち、安定した作物生産を保証すべく、作付け前に土壌環境の診断が行われる。
【０００３】
土壌環境の診断による土の養分状態の分析法としては、土壌の酸性度や電気伝導度を中心とした簡易診断あるいは高価な分析機械を利用した多項目分析による養分バランスの診断など多種多様である。
【非特許文献１】「土壌診断の方法と活用」農文協
【非特許文献２】「土壌、水質及び作物体分析法」農林水産省農産園芸局農産課編 (1979)
【非特許文献３】樋口太重 他、土肥誌 54巻377-82頁, 1983
【特許文献１】特開平９−１７８７３５号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７０２７号公報
【０００４】
しかるに、簡易診断は土壌の化学性の一要素を取り出すにすぎず、土壌診断に適用するには同一標本に対して複数の手法を併用しなければならない。また、各分析対象物質の抽出成分ごとに土壌の秤量・抽出液の分注・ろ過を必要とし、成分によっては煩雑な操作と労力を必要とするので、操作の省力化・簡便性が強く求められている。一方、高価な機器を用いた他項目分析では、時間とコストが問題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、多様な土壌改良剤と土壌の組み合わせの中から、使用する土壌のもとでの植物の生育に適した土壌添加剤などの選択または土壌添加剤などと土壌の最適な混合条件などを、植物を植えることなく短時間でしかも極めて簡便に特定するための、汎用性のある土壌環境の診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる本発明の目的は、土壌中に存在する微生物の活性度を測定、具体的には土壌懸濁液に微生物培養培地を添加して培養を行い、得られた培養上澄にメディエーターを添加して反応を行った後に印加電圧を加えて得られる電流値を測定することによって達成される。
【発明の効果】
【０００７】
従来法では、土壌成分の化学分析と土壌状態の物理分析は土壌の性質を一面的にしか評価できず、土壌中の微生物が増殖しやすい環境が肥沃かつ植物の生育に適した環境であるという側面の評価は困難であったが、本発明方法によれば、土壌と一種以上の土壌改良剤などの存在下で土壌微生物の活性を評価するため、様々な要因が複雑に絡む土壌環境それ自体を総合的に判断することができる。
【０００８】
また、農業従事者や専門家は、経験的な勘に頼りながら各土壌の質を判断して最適な土壌改良剤やその添加量を模索していたが、本発明方法を用いることにより、これらの経験的かつ主観的な判断を数値化し、各条件を定量的に比較することにより、客観的かつ迅速に土壌改良剤などの最適量や最適混合比を決定することができる。
【０００９】
本方法においては土壌改良剤が土壌環境に与える影響のみならず、殺菌剤や農薬など土壌中の微生物に影響を与えうるすべての物質に対する土壌環境の評価に適用できる。各条件下での検討結果を数値化することで、データベースの作成も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
診断に用いられる土壌としては、特に限定はされないが、好ましくは目的とする植物の根がのびて養分吸収する位置あたりの土壌が用いられ、採取土壌そのもののほか土壌に土壌環境に影響を及ぼす添加物、例えば土壌改良剤、農薬および殺菌剤などの少なくとも一種を添加したものが用いられる。
【００１１】
土壌中に存在する微生物の活性度とは、微生物の生菌数に依存する酸化還元能力、濁度、呼吸量(二酸化炭素発生量)、色素による菌体の着色、蛍光染色による強度などを測定することにより得られる数値を指しており、好ましくは呼吸に関る酵素活性を測定することにより得られる数値が用いられる。一般に、土壌中の微生物は植物の成長に必須であるといわれており、微生物が多くそれらが活発に活動している土壌は肥沃な土地であるとされているので、微生物の活性を数値化することにより、診断対象である土壌の肥沃の程度が推測されるとともに、土壌環境に影響を及ぼす添加物の添加による土壌状態の変化を数値化することができる。
【００１２】
このような微生物の活性度の測定方法としては、例えば診断対象である土壌をPBS緩衝液、リン酸緩衝液などの緩衝液に懸濁し、さらに微生物培養培地などを添加して28〜45℃、好ましくは30〜35℃で、4〜24時間、好ましくは16〜18時間程度培養を行い、かかる培養液をろ過あるいは遠心分離することにより得られた培養上澄中にヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム、レザズリンなどのメディエーターを添加して、10分〜8時間、好ましくは2〜5時間反応を行った後に印加電圧を加えて得られる電流値を測定することにより行われる。上記温度以外の培養では、微生物が十分増殖しないため好ましくない。これにより、土壌中の土壌微生物の呼吸に伴う細胞質中の電子伝達系の活動による還元触媒活性能を、メディエーターを介して電気化学的に測定し、土壌環境を数値化することとなる。
【００１３】
微生物の活性のメディエーターを介した電気化学的測定の原理は、以下の通りである。微生物をそれが資化しうる有機および無機化合物を含む試料溶液に存在させると、微生物はそれらをエネルギー獲得のために代謝する。その過程において呼吸鎖の電子伝達系に電子の移動が起こる。この際、代謝される物質濃度と移動する電子の量には相関がある。従って、この移動する電子の量を測定することによって微生物のまわりの物質環境を判定する事ができる。この電子の移動量を直接計測するのは困難なので、本発明においては電極および対極を試料溶液に浸漬し、メディエーターの酸化還元の検出により試料溶液中の微生物活性を評価する。
【００１４】
土壌中の微生物を測定前に培養し、増殖させているのは、微生物活性に由来する電流応答を増幅するためであり、培養に際しては、微生物を増殖、すなわち微生物を活性化させるための添加剤、例えば一般的に用いられている微生物増殖用の培地、例えばLB培地、ポテトデキストロース培地、肉エキス培地などの他に、King'B培地、SM培地など特定の微生物群の増殖を選択的に促進・抑制するような添加剤が用いられる。
【実施例】
【００１５】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００１６】
実施例１
土壌サンプルとしての種まき用基礎土(サカタのタネ製品モジュラーシード)5g、PBS溶液(和光純薬製品)20ml、LB培地(10g Bacto-Tryptone、5g Yeast Extract、10g NaClを1Lの蒸留水に溶解し滅菌したもの)2mlおよび(1)むさしの配合肥料2号(むさしの有機製品)0.5gまたは(2)メネデール肥料(メネデール製品)0.2mlを混合し、IWAKI Universal Shaker SHK-U4を用いて30℃、150 rpmの条件下で一晩振とう後、懸濁液を綿栓ろ過した。次いで、得られたろ液に最終濃度80 mMになるようメディエーターとしてのヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム(関東化学製品)を添加し、スターラーを用いて攪拌しながら反応を行い、所定時間経過後に溶液中に炭素電極の作用極と対極を浸漬し、900 mVの印加電圧を加えて3秒後に得られる電流値(微生物由来の酸化還元反応による)を、電気化学アナライザー(ALS, MODEL 1202)を用いてクロノアンペロメトリー法により測定した。電気化学測定中は、恒温槽(タイテック社製品Cool Thermo Unit, CTU-N)を用いて反応系を25℃に保ち、測定を行った。
【００１７】
比較例１
実施例１において、土壌サンプルおよびいずれの肥料も用いられなかった。
【００１８】
実施例１および比較例１で得られた結果は、図１に示される。ここで、経過時間はメディエーター添加後の経過時間を示している。その結果、メディエーター添加後4時間後の電流応答値の再現性が最もすぐれていることが確認された。
【００１９】
実施例２
実施例１において、肥料としてむさしの有機肥料2号を0g、0.05g、0.15g、0.5gまたは1.5gとし、メディエーター添加後4時間後における電流値を測定した。肥料を添加せずに得られた応答値を１として、種まき用基礎土のみの場合とむさしの有機肥料共存時の応答値の活性比を算出した。
【００２０】
算出結果は、図２に示される。活性比が大きいほど土壌懸濁液中の微生物活性が活発化していることを示しており、むさしの有機肥料2号を0.5g添加した場合において微生物が最も活性化(活性比 3.0)されることが示された。一方、有機肥料がこれ以下でもこれ以上でも微生物の活性が容量依存的に低下した。微生物が活性化されたむさしの有機肥料2号0.5gは、土壌試料5gに対して10%(w/w)の添加量であり、これは野菜・花・庭木の育成に際して販売元が推奨する配合量と一致することが確認された。
【００２１】
実施例３
実施例１において、肥料としてメネデールを0ml、0.02ml、0.06ml、0.2ml、0.6mlまたは1.2ml用い、メディエーター添加後4時間後における電流値を測定した。肥料を添加せずに得られた応答値を１として、種まき用基礎土のみの場合とメネデール共存時の応答値の活性比を算出した。
【００２２】
算出結果は、図３に示される。メネデールを0.2ml添加した場合において微生物が最も活性化(活性比 1.5)されることが示された。一方、メネデールがこれ以下でも、これ以上でも微生物の活性が容量依存的に低下した。微生物が活性化されたメネデール0.2mlは、PBS溶液20mlに対して1%(v/v)の添加量であり、これは販売元が推奨する配合量と一致することが確認された。
【００２３】
実施例４
実施例１において、種まき用基礎土の代わりに赤土(新栄物産製品)を同量用い、肥料として堆肥(沼田商店製品)を堆肥／(堆肥＋赤土)×100(%)=0〜100%量となるように混合して、メディエーター添加後4時間後における電流値を測定した。
【００２４】
得られた結果は、図４に示される。堆肥／(堆肥＋赤土)＝20%、すなわち堆肥：赤土＝1：4の時に電流応答が最大になり、微生物が最も活性化されることが示され、販売元が推奨する配合量と一致することが確認された。
【００２５】
実施例５
実施例１において、種まき用基礎土の代わりに山土(東京都多摩地区御殿峠にて採取)を同量用い、肥料として腐葉土(沼田商店製品)を腐葉土／(腐葉土＋山土)×100 (%) = 0〜100%量となるように混合して、メディエーター添加後4時間後における電流値を測定した。
【００２６】
得られた結果は、図５に示される。腐葉土／(腐葉土+山土)＝40%、すなわち腐葉土：山土＝2：3の時に電流応答が最大になり、微生物が最も活性化されることが示された。ここで、野菜や花の栽培において腐葉土とベース用土を混合する場合、腐葉土の混合比は全体の3-4割が推奨されており、農業従事者の経験的な模索においても同様の混合比が最適とされており、本実施例の結果は、このような経験に基づく土壌の混合比と一致していることが示された。
【非特許文献４】「用土と肥料の選び方・使い方」農文協
【００２７】
以上の実施例２〜５で得られた結果より、土壌中に存在する微生物の活性化度を測定することで、従来経験にもとづき決定されていた各種土壌に対する肥料の添加割合などを、簡便に数値化できる可能性が示唆された。
【００２８】
実施例６
実施例１において、土壌サンプルとして(1)バラの根元(東京工科大学キャンパス内バラ園にて採取)、(2)松の根元(東京工科大学キャンパス内にて採取)、(3)山土-1(東京都多摩地区御殿峠にて採取)、(4) 山土-2 (東京都多摩地区御殿峠にて採取)、(5)種まき用基礎土(モジュラーシード)または(6)赤土(新栄物産製品)5gが用いられ、肥料が用いられなかった。
【００２９】
得られた結果は、図６に示される。一般に、土壌中の微生物は植物の成長に必須であるといわれており、微生物が多い土壌は肥沃な土地であるとされている。従って、微生物活性が高い、すなわちメディエーター添加4時間後の電流応答が400μA以上である山土-2およびバラの根元は、肥沃な土地(肥沃土壌群)であることが示唆され、一方、電流応答が200μA以下である種まき用基礎土および松の根元は、貧栄養土壌群に分類できる。また300μA付近である山土-1および赤土は、これらの中間土壌群にあたると判断される。
【００３０】
実施例７
実施例１において、土壌サンプルとしていずれも実施例６で用いられた(1)バラ根元の土壌、(2)松根元の土壌、(3)山土-1、(4)山土-2、(5)種まき用基礎土または(6)赤土5gが、また肥料としてむさしの有機肥料2号を0g、0.05g、0.15g、0.5gまたは1.5gが用いられ、メディエーター添加後4時間後における電流値を測定した。肥料を添加せずに得られた応答値を１として、サンプル土壌のみの場合とむさしの有機肥料共存時の応答値の活性比を算出した。算出結果は、図７に示される。
【００３１】
まず、実施例６において肥沃土壌群と判断された山土-2(A-1)およびバラ根元(A-2)では、肥料無添加から肥料0.15g添加までは微生物の活性化効果に変動はみられず(活性比 1.0〜1.1)、販売元の推奨量である0.5g添加時においては逆に微生物活性が阻害される結果となっている。この結果は、肥沃土壌群と判断される土壌は肥料を必要とせず過剰な施肥はむしろ土壌の質の低下をもたらす可能性を示唆している。
【００３２】
次に、実施例６において中間土壌群と判断された山土-1(B-1)および赤土(B-2)では、施肥による効果はサンプル自体の性質に依存しており、山土-1では肥料を0.05g添加した場合に最大の活性化効果(活性比 1.4)が得られ、施肥量が0.5gを超えると微生物活性を阻害するようになる。一方赤土では、販売元の推奨量である0.5gにおいて最大の微生物活性(活性比 1.9)を示し、それ以外の施肥量においてはほとんど活性化がみられない。従って中間土壌群と判断される土壌は、施肥量を適宜選択することにより、土壌の質を改善することが可能であると考えられる。
【００３３】
さらに貧栄養土壌群においては、中間土壌群と比較して施肥による微生物の活性化効果が大きく、種まき用基礎土(C-1)では、肥料添加量が0gから0.5gまで用量依存的に微生物活性が増大し、最大の活性化効果は肥料を0.5g添加した場合(活性比 3.0)であった。また施肥量1.5gでは活性化は見られるものの0.5g添加した場合と比較して大幅に活性化効果が減少していることから(活性比 1.5)、これ以上の過剰な施肥は土壌の質の低下をもたらすことが示唆された。さらに、施肥量0.5gの活性比が肥料なしの場合と比較して3倍に及ぶことから、中間土壌群より貧栄養土壌群の方が同量の肥料で明らかに土壌改善効果を発揮することが示された。また松根元の土壌(C-2)では、肥料添加量が1.5gまで用量依存的に微生物活性が増大し、最大の活性化効果は肥料を1.5g添加した場合(活性比 1.4)であった。
【００３４】
実施例６および７の結果より、土壌自体の微生物活性を測定することにより、土壌の肥沃度を推定し、必要な肥料量を推測することが可能であるとともに、使用する土壌に対して予め各種肥料の濃度を変動させて用いた場合の微生物活性を調べることにより、さらに詳細に各種土壌に適切な肥料の種類およびその量を推測することが可能となることが示された。
【００３５】
比較例２
実施例１において、メディエーターが用いられなかった。得られた結果は、表に示される。
表
電流応答(μA)             
0.5分 30分 1時間 2時間 3時間 4時間
むさしの配合肥料2号   0.07   0.03   0.08   0.07   0.01   0.08
メネデール            0.02   0.06   0.08   0.02   0.03   0.06
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明方法を用いることにより、植物の栽培に用いられる土壌に対し、予め各種肥料を濃度を変動させて用いた場合の微生物活性を調べることにより、各種土壌に適切な肥料の種類およびその量を推測することが可能となる。従って、本発明方法は土壌環境の診断方法として有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】メディエーター添加後の電流応答値の経時変化を示すグラフである。
【図２】種まき用基礎土に所定量のむさしの配合肥料２号を用いた場合の微生物活性比を示すグラフである。
【図３】種まき用基礎土に所定量のメネデールを用いた場合の微生物活性比を示すグラフである。
【図４】赤土に所定量の堆肥を用いた場合の微生物活性を示すグラフである。
【図５】山土に所定量の腐葉土を用いた場合の微生物活性を示すグラフである。
【図６】各種土壌サンプルの微生物活性を示すグラフである。
【図７】各種土壌サンプルに所定量のむさしの配合肥料２号を用いた場合の微生物活性比を示すグラフである。
【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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