(57)【要約】【課題】土壌改良材に使用可能な熱水抽出物を提供する。【解決手段】  バイオマスを熱水処理して得られた熱水抽出物である。当該熱水抽出物の粘度は、０．９〜９５ｍＰａ・ｓである。この熱水抽出物は、前加水分解とクラフト法の組みあわせによる木材チップからの溶解パルプ製造における、前加水分解における排液である。また、この熱水抽出物に含まれる糖質の構成糖成分のうち、全構成糖質量１０部中の、グルコース質量の割合が５部未満である。また、含まれる糖質の六炭糖と五炭糖の比率が１：１〜１：１０である。土壌改良材として使用する場合、熱水抽出物の固形分濃度が０．０１〜６０質量％であることが好適である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを熱水処理して得られた熱水抽出物であって、
粘度が０．９〜９５ｍＰａ・ｓである
ことを特徴とするバイオマスの熱水抽出物。
【請求項２】
前加水分解とクラフト法の組みあわせによる木材チップからの溶解パルプ製造における、前記前加水分解における排液である
ことを特徴とする請求項１に記載のバイオマスの熱水抽出物。
【請求項３】
含まれる糖質の構成糖成分のうち、全構成糖質量１０部中のグルコース質量の割合が５部未満である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオマスの熱水抽出物。
【請求項４】
含まれる糖質の六炭糖と五炭糖の比率が１：１〜１：１０である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイオマスの熱水抽出物。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱水抽出物を含有する土壌改良剤であって、
前記熱水抽出物の固形分濃度が０．０１〜６０質量％である
ことを特徴とする土壌改良剤。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱水抽出物を固液分離して固形分と液体分に分離し、得られた液体分を含有する土壌還元消毒用の土壌改良剤を得る
ことを特徴とする土壌改良剤の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の土壌改良剤を、圃場の土壌に散布又は混合し、前記圃場の土壌中の有害生物を防除する
ことを特徴とする土壌改良方法。
【請求項８】
前記圃場の土壌に散布又は混合した後に、前記圃場の土壌を湿潤又は湛水状態にする
ことを特徴とする請求項７に記載の土壌改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にバイオマスを用いた熱水抽出物、土壌改良剤、土壌改良剤の製造方法、及び土壌改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、植物の生育にとって有害な土壌中微生物、土壌中小動物、及び雑草を防除するために、土壌殺菌剤、土壌殺虫剤、及び除草剤等の薬剤が使用されている。
しかしながら、これらの薬剤は、人や人以外の動物や植物等に対して有害なものが多い。また、これらの薬剤で処理した場合、土壌中の生物相が破壊される環境汚染の問題があり、安全で作業性の良い防除方法が求められている。
【０００３】
このため、非特許文献１を参照すると、土壌（作土）に米ぬか又はフスマを鋤き込み、十分に潅水し、透明プラスチックフィルムで土壌全面を被覆し、３日〜４日太陽光に曝すという土壌還元消毒法が知られている。
【０００４】
また、このような土壌還元消毒法に使用する従来の土壌改良剤として、特許文献１を参照すると、含有する生理活性成分を抽出した後のマンネンタケ子実体の抽出残渣でなることを特徴とする、農業用の土壌改良剤の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−８２５５８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】平成１４年度日本植物病理学会北海道部会、平成１４年１０月２４日〜２５日開催
【非特許文献２】消防科学研究所報、昭和４０年、第２号、ｐ．１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１の米ぬか、フスマ等、及び特許文献１のマンネンタケ子実体の抽出残渣は、土壌の表面から２０〜３０ｃｍの深さまで、作土に鋤き込む必要があるため、耕運機が必要であった。また、土壌還元の効果を高めるためには、地中熱水パイプ等の特殊な設備が必要であった。
このため、土壌還元消毒法は、簡便に実行できるものではなかった。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の問題を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のバイオマスの熱水抽出物は、バイオマスを熱水処理して得られた熱水抽出物であって、粘度が０．９〜９５ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。
本発明のバイオマスの熱水抽出物は、前加水分解とクラフト法の組みあわせによる木材チップからの溶解パルプ製造における、前記前加水分解における排液であることを特徴とする。
本発明のバイオマスの熱水抽出物は、含まれる糖質の構成糖成分のうち、全構成糖質量１０部中のグルコース質量の割合が５部未満であることを特徴とする。
本発明のバイオマスの熱水抽出物は、含まれる糖質の六炭糖と五炭糖の比率が１：１〜１：１０であることを特徴とする。
本発明の土壌改良剤の製造方法は、前記熱水抽出物を含有する土壌改良剤であって、前記熱水抽出物の固形分濃度が０．０１〜６０質量％であることを特徴とする。
本発明の土壌改良剤の製造方法は、前記熱水抽出物を固液分離して固形分と液体分に分離し、得られた前記液体分を含有する土壌還元消毒用の土壌改良剤を得ることを特徴とする。
本発明の土壌改良方法は、前記土壌改良剤を、圃場の土壌に散布又は混合し、前記圃場の土壌中の有害生物を防除することを特徴とする。
本発明の土壌改良方法は、前記圃場の土壌に散布又は混合した後に、前記圃場の土壌を湿潤又は湛水状態にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、バイオマスを熱水処理して得られた、粘度が０．９〜９５ｍＰａ・ｓである熱水抽出物を提供することで、耕運機や熱水パイプ等を必要とせず、土壌還元消毒法を簡便に実行可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る加水分解装置の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る実施例の土壌改良試験における作土の温度及びビニールハウス内の気温の経時変化を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る実施例の土壌改良試験における酸化還元電位の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態＞
本発明者らは、土壌還元消毒に特に適した土壌改良剤を開発するため、鋭意、検討及び実験を重ねてきた。その結果、バイオマスを水に浸漬、加熱して得られる熱水抽出物、特にパルプ化工程の木材チップ前加水分解工程から得られる排液（熱水抽出物）を、特定粘度になるよう濃縮した状態で圃場の土壌に散布又は混合するだけで、土壌中の有害生物を防除し、土壌改良を行うことが可能であることを見いだし、本発明を完成させるに至った。すなわち、本実施形態の熱水抽出物は、作土深く鋤き込む必要がなく、熱水パイプ等により加熱する必要もなく、土壌還元消毒を容易に実行することが可能な土壌改良剤として用いることができる。
【００１３】
〔加水分解装置の構成〕
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る加水分解装置Ｒの構成について説明する。
加水分解装置Ｒは、例えば、後述する木材チップ等のバイオマスから前加水分解とクラフト法の組みあわせによる溶解パルプ製造を行う際の前加水分解を行うための装置である。具体的に、加水分解装置Ｒは、例えば、バイオマスを原料として、含水状態の加圧状態にて、特定時間、保持することが可能な汎用の連続蒸解釜、バッチ釜等である。
また、加水分解装置Ｒは、例えば、本体部に、原料供給口Ｏ、中間取出口Ｓ、排出口Ｐ、バルブＶ、ＶＰを備えている。
【００１４】
原料供給口Ｏは、前加水分解工程で反応させる前の原料バイオマスを含有する水性懸濁液を投入する投入口である。
中間取出口Ｓは、前加水分解後の廃液（熱水抽出物）を、バルブＶを介して取り出すための取り出し口である。この廃液は、取り出された後、固液分離装置（図示せず）で不溶分と液体分に分離され、不溶分を除去した液体分が取得される。この固液分離装置は、例えば、４０〜４００メッシュのスクリーンを用いることが可能である。また、分離された液体分は、後述するように濃縮されてもよい。
排出口Ｐは、前加水分解工程で反応終了したパルプを含む熱水処理懸濁液を、バルブＶＰを介して取り出すための取り出し口である。この熱水処理懸濁液は、脱水、若しくは、希釈洗浄及び脱水後、クラフト法によるアルカリ蒸解を行うための装置（図示せず）に送られる。
【００１５】
〔熱水抽出物の構成〕
次に、具体的に、本発明の実施形態に係る熱水抽出物の構成について説明する。
本実施形態のバイオマスの熱水抽出物は、上述のように、バイオマスを熱水処理して得られた熱水抽出物であって、粘度が０．９〜９５ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。より具体的には、本実施形態の熱水抽出物は、例えば、バイオマスとして木材チップを用いる場合、前加水分解とクラフト法の組みあわせによる木材チップからの溶解パルプ製造における、前加水分解における排液であることを特徴とする。この廃液には、土壌細菌の栄養となるヘミセルロースの分解物が含まれているため、土壌改良剤として用いることが可能である。
【００１６】
（熱水抽出物の製造方法）
次に、より具体的に、本発明の実施の形態に係る熱水抽出物の製造方法の一例について説明する。本実施形態の熱水抽出物は、上述の加水分解装置Ｒにより、原料となる上述のバイオマスを水の存在下で熱水処理し、前加水分解後の廃液を中間取出口Ｓから取得し、これを固液分離して固形分と液体分に分離して、液体分を得たものである。また、この液体分は、粘度が０．９〜９５ｍＰａ・ｓになるよう濃縮されてもよい。
なお、本実施形態の熱水抽出物には、不溶分が含まれないことが好ましい。
【００１７】
（原料）
ここで、本実施形態で原料として用いるバイオマスとしては、五炭糖、六炭糖を構成糖として含むものであれば、木本性植物、草本系植物由来のいずれであっても、特に制限なく使用することができる。
より具体的に説明すると、本実施形態の木本性植物由来のバイオマスとしては、樹木、林地残材、間伐材、廃材等のチップ又は樹皮、製材工場等から発生するおが屑、街路樹の剪定枝葉、建築廃材等が挙げられる。また、本実施形態において、リグノセルロースも、バイオマスに含まれる。
本実施形態においては、これらのバイオマスの中で木本性植物由来のバイオマスを用いるのが好ましく、リグノセルロースを用いるのが特に好ましい。
【００１８】
本実施形態のバイオマスとして用いる木本性植物としては、広葉樹であっても、針葉樹であってもよい。
具体的に、本実施形態の広葉樹としては、例えば、Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ属（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ  ｇｌｏｂｕｌｕｓ、Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ  ｇｒａｎｄｉｓ、Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ  ｕｒｏｇｒａｎｄｉｓ、Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ  ｐｅｌｌｉｔａ、Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ  ｂｒａｓｓｉａｎａ、Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ  ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓ、Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ  ｎｉｔｅｎｓ、等）、Ａｃａｃｉａ属（Ａｃａｃｉａ  ｍｅｌａｎｏｘｙｌｏｎ、Ａｃａｃｉａ  ｍａｎｇｉｕｍ、Ａｃａｃｉａ  ｍｅａｒｎｓｉｉ、等）、Ａｃｅа属（Ａｃｅа  ｒｕｂｒｕｍ、Ａｃｅа  ｓａｃｃｈａｒｕｍ、等）、Ｆａｇｕｓ属（Ｆａｇｕｓ  ｓｙｌｖаｔｉｃａ、等）、Ｂｅｔｕｌａ属（Ｂｅｔｕｌａ  ｖｅｒｒｕｃｏｓａ、Ｂｅｔｕｌａ  ｐａｐｙｒｉｆｅｒａ、等）、Ａｌｎｕｓ属（Ａｌｎｕｓ  ｉｎｃａｎａ等）が挙げられるものの、これらに限定されない。
【００１９】
また、具体的に、本実施形態の針葉樹としては、例えば、Ｌａｒｉｘ属（Ｌａｒｉｘ  ｌｅｐｔｏｌｅｐｉｓ、Ｌａｒｉｘ  ｓｉｂｉｒｉｃａ、Ｌａｒｉｘ  ｄｅｃｉｄｕａ、等）、Ｐｉｎｕｓ属（Ｐｉｎｕｓ  ｒａｄｉａｔａ、Ｐｉｎｕｓ  ｓｙｌｔｒｉｓ、等）、Ｐｓｅｕｄｏｔｓｕｇａ属（Ｐｓｅｕｄｏｔｓｕｇａ  ｍｅｎｚｉｅｓｉｉ、等）、Ｃｒｙｐｔｏｍｅｒｉａ属（Ｃｒｙｐｔｏｍｅｒｉａ  ｊａｐｏｎｉｃａ、等）、Ａｂｉｅｓ属（Ａｂｉｅｓ  ｂａｌｓａｍｅа、等）、Ｔｓｕｇａ属（Ｔｓｕｇａ  ｃａｎａｄｅｎｓｉｓ、等）、Ｐｉｃｅа属（Ｐｉｃｅа  ａｂｉｓ、Ｐｉｃｅа  ｇｌａｕｃａ等）が挙げられるものの、これらに限定されない。
【００２０】
また、本実施形態においては、これらのバイオマスは、単独、あるいは複数を組み合わせて使用してもよい。また、バイオマスは、乾燥固形物であっても、水分を含んだ固形物であっても、スラリーであっても用いることができる。
ここで、本実施形態におけるバイオマスが乾燥固形物又は水分を含んだ固形物であれば、水と混合させスラリー状態にした後に、加水分解装置Ｒに供給することが好ましい。
【００２１】
（液比）
また、本実施形態の加水分解装置Ｒによる熱水処理におけるバイオマスの乾燥重量に対する水の量（液比）は、１．０〜１０．０、好ましくは１．５〜５．０であることが好適である。液比が１．０より少ない場合には、水が不足して加水分解が十分に進まない上に、反応が不均一となるので適さない。また、液比が１０．０より高い場合には、所望の温度まで加熱するのに要する熱量が多くなり、経済的ではないので適さない。
また、熱水処理における水の添加方法は、特に限定されない。たとえば、外部から水を添加してもよいし、バイオマスに元々含まれる水を利用してもよいし、加熱時に蒸気を使用する場合には、蒸気に含まれる水を利用してもよい。
【００２２】
（処理温度）
また、本実施形態の熱水処理の処理温度は、加圧状態で１４０〜２００℃、好ましくは１６０〜１７０℃であることが好適である。ここで、１４０℃未満であると、十分な糖質濃度が得られない。また、２００℃を超えると、セルロースの加水分解、ヘミセルロースの過分解等が起きるため、好ましくない。
また、本実施形態の熱水処理における処理時間は、処理温度に対応して、加熱後の加水分解液中に含まれるヘミセルロース由来の糖質の濃度が０．１質量％以上となる時間であることが好適である。この際、製造された熱水抽出物の糖質の濃度を一般的な方式で分析して、処理時間を調整してもよい。
【００２３】
（粘度）
また、本実施形態の熱水抽出物の粘度は、０．９〜９５ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。
具体的には、本実施形態の熱水抽出物の粘度は、上述の熱水処理及び不溶分の固液分離後の状態で、０．９〜１０ｍＰａ・ｓ程度になる。これを、粘度が９５ｍＰａ・ｓになる程度まで濃縮して、土壌改良剤として用いることが可能である。この際、より好適な粘度は、０．９〜７０ｍＰａ・ｓ、更に好適な粘度は０．９〜５０ｍＰａ・ｓである。
ここで、粘度が０．９Ｐａ・ｓより低いと土壌改良剤としての効果が低下するため、望ましくない。一方、粘度が９５ｍＰａ・ｓより高いと、希釈作業、計量作業、ポンプによる輸送等が困難となり、高粘度対応の設備が必要となる。また、ベンチュリー式液肥混入器等では吸引ができない等の支障がある。すなわち、本実施形態の熱水抽出物は、粘度が０．９〜９５ｍＰａ・ｓであると、土壌改良剤として用いる際に、効果を高め、搬送性や圃場での扱いやすさを向上させ、好適である。
また、本実施形態の熱水抽出物の濃縮液は、固形分が５８％であっても引火性はないという特徴がある。このため、低濃度であっても高温条件下では引火性のあるアルコール（非特許文献２参照）等と異なり、取り扱いが容易となる。
【００２４】
（構成糖成分の構成）
また、本実施形態の熱水抽出物に含まれる糖質の構成糖成分のうち、全構成糖質量１０部中の、グルコース質量の割合が５部未満、好ましくは１．５部以下であることを特徴とする。
また、本実施形態の熱水抽出物に含まれる糖質の六炭糖と五炭糖の比率が１：１〜１：１０であることを特徴とする。
すなわち、本実施形態のように、例えば、バイオマスとして木材チップを用いる場合、製造された熱水抽出物の糖質は、ヘミセルロースを構成する糖のオリゴマーと、その単糖が主成分となる。たとえば、上述のような広葉樹のチップを熱水抽出した場合、熱水抽出物中の糖質はキシロース及びキシロオリゴ糖が主成分で、アラビノース、ガラクトース、マンノース、及びグルコースが含まれるもののその割合は少ない。すなわち、構成糖のうちグルコース及びそのオリゴマーの割合が少ない点が特徴となる。
このような糖質の構成成分の熱水抽出物は、土壌還元消毒用の土壌改良剤として用いた場合に、後述するように蟻を誘引することがない。
なお、このように、全糖質質量１０部中のグルコース質量の割合が５部未満、好ましくは１．５部未満であり、又は、六炭糖と五炭糖の比率が１：１〜１：１０であることで、糖蜜や他の易分解性有機物と区別可能である。また、本実施形態の熱水抽出物の糖質の構成糖成分は、硫酸や塩酸等の酸による全加水分解後、得られた単糖類を定量する一般的な方式で分析可能である。
【００２５】
また、本実施形態の熱水抽出物は、ギ酸が０．１質量％前後、酢酸が０．５質量％前後、リグニンが０．３質量％前後、フルフラールが０．０５質量％前後含まれていることを特徴とする。
これにより、下記で説明する土壌改良材として用いる場合、長期保存が可能となる。
【００２６】
〔土壌の改良方法（土壌処理）〕
また、本実施形態の熱水抽出物は、圃場に散布することで土壌改良剤として用いることが可能である。
具体的には、本実施形態の熱水抽出物は、土壌改良剤として、後述するように、土壌に散布して、湿潤又は湛水状態でポリシートにて覆うだけで、土壌還元消毒を行い、土壌改良を行うことが可能である。
【００２７】
また、本実施形態の熱水抽出物は、取得した液体分の原液（そのまま）、濃縮したもの、又は濃縮したものを希釈して散布することを特徴とする。
具体的には、本実施形態の土壌改良剤の圃場への用量は、圃場１平方メートルあたり固形分（糖分）が０．１〜５ｋｇ含まれる量、より好ましくは０．１〜１ｋｇ含まれる量が用いられることが好適である。後述する実施例で示すように、固形分が少なすぎると酸化還元電位の低下や発酵熱の発生が不十分となる。また、５ｋｇより多くても、効果があまり変わらず、経済性が悪化する。
【００２８】
また、本実施形態の土壌改良剤は、有害生物の防除効果を高めるため、圃場の土壌に混合する（散布する）直前又は直後に、作土表面を広くポリシートで被覆して、空気を遮断することが好適である。このポリシートは、空気や水等を遮断する各種シート、例えば、ビニールシートや農業用マルチシート等を用いることが可能である。ポリシートの厚さは、空気の透過性を低くして、裂けや穴開きができにくいようにするため、０．０５ｍｍ以上であることが好適である。
また、作土全体に効果を及ぼすため、土壌を湿潤状態又は湛水状態に保つことが好ましい。湛水は、濃縮又は希釈された本実施形態の土壌改良剤を散布した後、合計の水量が例えば、１平方メートルあたり５０リットル乃至２００リットルとなるように、なるべく均一に散布することが好適である。
【００２９】
上述のように本実施形態の熱水抽出物又は濃縮液を散布し、ポリシートでの被覆と湛水状態を保つことによって、熱水抽出物中の栄養成分によって作土中の微生物の働きが活発になり、発酵熱によって地温が上昇する。また、ポリシートで被覆し、外気の流入が遮断されることによって、微生物により酸素が消費される結果、作土が還元状態となる。この状態を維持することによって、高温に耐性のない、酸素を必要とする生物の増殖が抑制される。そして、長期間、この還元、高温状態を保持することによって、有害微生物や有害線虫等を含む有害生物、雑草の種等を死滅させることが可能となる。一方、通性嫌気性又は嫌気性微生物で高温耐性の菌は、この条件では死滅せず、むしろ投入した栄養成分によって増殖する。
このように、本実施形態の処理では、高温耐性で、嫌気性条件下で増殖できる微生物が繁殖するため、処理後に侵入した病原菌が、これらの残留した微生物との競争により、すぐに繁殖できない。このため、有害微生物の影響を抑えることができる。
【００３０】
〔本実施形態の主な効果〕
以上のように構成することで以下のような効果を得ることができる。
従来、土壌殺菌剤や土壌殺虫剤等の薬剤は、人や人以外の動物、植物などに対して有害なものが多く、また環境汚染の問題等があり、安全で作業性の良い防除方法が求められていた。
一方、土壌充填による還元消毒法では、非特許文献１記載の米ぬかやフスマ、又は、特許文献１のマンネンタケ子実体の抽出残渣等を耕運機により土壌中に鋤き込む必要があった。また、深度処理が必要な土壌への適用はさらに困難であった。また、従来の土壌充填による還元消毒法では、効果を高めるために、温水を供給するための熱水パイプ等の土壌加熱装置等を使用することがあり、コスト的にも高価になっていた。
これに対して、本発明の実施の形態に係るバイオマスの熱水抽出物は、土壌殺菌剤や土壌殺虫剤等の薬剤を使用せずに、耕耘機等を使用せず、圃場に単に散布して湿潤又は湛水状態にしてポリシートで覆うだけで、安全に、且つ低コストで土壌中の有害な微生物を防除できる。すなわち、土壌中の有害な微生物、線虫、昆虫、小動物、雑草等を効果的に死滅、防除して、土壌環境を植物の健全な生育に適したものにすることができる。この際に、経費のかかる土壌加熱装置等を必要とせず、良好な作業性で土壌を改良することが可能であり、還元消毒法のコストを削減することができる。
【００３１】
また、本発明の実施の形態に係るバイオマスの熱水抽出物は、土壌環境による制約が少なく、例えば、低水分や高アルカリ性の土壌であっても、良好な作業性で、安全に、低コストで土壌中の有害な微生物を防除できる。
また、本発明の実施の形態に係るバイオマスの熱水抽出物は、特にパルプ化工程の木材チップ前加水分解工程から得られる排液を有効に使用することができ、コストを低減することができる。
【００３２】
また、従来、土壌殺菌剤や土壌殺虫剤等の薬剤による消毒の場合、ほぼ全ての微生物が殺菌されるため、殺菌処理後に早期に有害微生物が侵入すると、他の微生物が少ないので、かえって病原菌の蔓延が早いということが知られていた。
これに対して、本発明の実施の形態に係るバイオマスの熱水抽出物により土壌を改良すると、土壌の温度を高めることで高温耐性のない病原微生物や線虫等の生物、雑草等の活性を抑制し、さらにこの状態を維持することによって死滅させることができる。さらに、土壌中の酸素を消費して還元状態を保ち、好気性の病原性微生物や線虫等の生物、雑草等を窒息させることができる。この上で、高温に耐性で、通性嫌気性の善玉菌はむしろ増加させることができる。このため、従来のように薬剤で土壌の微生物を全滅させる場合と異なり、確実に有害な微生物を駆逐しつつ、処理後に侵入してくる有害菌を駆逐し、土壌を良好な状態に改質できる。
また、雑草の種子や病原菌の芽胞等は還元状態にしても窒息には時間がかかるのに対して、本実施形態のバイオマスの熱水抽出物は、下記の実施例で示すように高い温度を長期間維持できるため、確実に雑草の種子や病原菌の芽胞等も滅することができる。
【００３３】
また、従来の非特許文献１に記載のような米ぬかやフスマ、及び特許文献１のマンネンタケ子実体の抽出残渣等は、土壌中に鋤き込み還元状態にすると悪臭がひどいという問題があった。
また、糖蜜残渣を鋤き込み還元状態にするような技術も存在し、しかしながら、糖蜜残渣を鋤き込むと、蟻が誘引されて作業の妨げになるという問題があった。また、沖縄県や北海道以外では糖蜜の入手は容易でないという問題があった。さらには、サトウキビ搾汁には、窒素分が含まれているので、土壌消毒後の土壌が窒素過多になるという問題もあった。
また、糖蜜から作成されたアルコール類、すなわちエタノールと酢酸とが含まれる液体を散布して土を殺菌することも行われていた。しかしながら、エタノールは、引火性があるため取り扱いが難しく、更に、容器の蓋が完全に密封されていないと蒸発して目減りしてしまう問題があった。すなわち、アルコール及び酢酸は揮発しやすいので、効果の持続性がなかった。
これに対して、本発明の実施の形態に係るバイオマスの熱水抽出物は、木材チップからの溶解パルプ製造における前加水分解における排液である場合、悪臭がほとんど発生しない。
また、本実施形態のバイオマスの熱水抽出物は、蟻を誘引しないため、周囲環境に蟻害を生じさせない。また、窒素分があまり含まれていないので、土壌が窒素過多になることもない。また、本実施形態のバイオマスの熱水抽出物は、木質バイオマスで製造可能なので、原料の入手性も高い。
また、本実施形態のバイオマスの熱水抽出物は、引火性がなく、容器の蓋が開いていても減容されて濃縮されるだけで品質に変化を生じない。また、本実施形態のバイオマスの熱水抽出物は、ある程度の抗菌性があり、腐敗しにくく、長期保存が可能である。
このため、本実施形態のバイオマスの熱水抽出物は、環境上の問題を生じることがなく、ハンドリング上で容易に用いることができ、土壌改良剤として家庭菜園や都市農地でも利用可能である。
【００３４】
なお、本実施形態の熱水抽出物の原料となる草本系植物由来のバイオマスとして、ケナフ、稲藁、麦わら、コーンコブ、バガス等の農産廃棄物、油用作物やゴム等の工芸作物の残渣及び廃棄物、草本系エネルギー作物のエリアンサス、ミスカンサスやネピアグラス等のリグノセルロース系バイオマスを用いることも可能である。また、工芸作物の残渣及び廃棄物として、例えば、ＥＦＢ：Ｅｍｐｔｙ  Ｆｒｕｉｔ  Ｂｕｎｃｈを用いることもできる。
また、原料となるバイオマスとして、木材由来の紙、古紙、パルプ、パルプスラッジ、スラッジ、下水汚泥等、食品廃棄物等も用いることが可能である。
また、上述の実施の形態においては、熱水抽出物を土壌改良剤として用いる例について説明したものの、これに限られない。本実施形態の熱水抽出物は、バイオマス由来の良質な糖を多く含み、重金属等の有害物質を含まないため、各種医薬品原料、化粧品、香料、甘味料等の食品原料、菌や酵母等の発酵用の培地添加物、バイオエタノールやバイオプラスチックの原料等として幅広く用いることが可能である。
【実施例】
【００３５】
次に、図面に基づき本発明を実施例によりさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
なお、実施例及び比較例における熱水抽出物等の添加率は、絶乾パルプ質量当たりの質量％で示す。
【００３６】
〔木材パルプからの熱水抽出物の調製〕
ユーカリ・ペリータのチップ（厚さ２ｍｍ）とイオン交換水とを、チップ（乾燥）１質量部に対してイオン交換水５質量部の割合で混合して、原料バイオマスを含有する水性懸濁液を調製した。
ここでは、図１に記載のものと同様の加水分解装置Ｒの原料供給口Ｏから、上述の水性懸濁液を連続的に４００質量部／時で供給し、加水分解装置Ｒで１７０℃、０．７９ＭＰａで熱水処理を行った。熱水処理された水性懸濁液は、加水分解装置の排出口Ｐより連続的に排出した。水性懸濁液の加水分解装置Ｒ内の滞留時間は、３時間に設定した。
また、水性懸濁液の供給開始３時間後から、加水分解装置内Ｒの温度及び圧力を維持した状態で、加水分解装置の中央部の中間取出口Ｓより熱水処理懸濁液を固液分離された状態で連続的に取り出し、熱水抽出物（２６０質量部／時）を取得した。本実施例において、中間取出口Ｓは、熱水処理時間１．５時間の位置であり、目開き３ｍｍのステンレス製ストレーナーである。
【００３７】
（熱水抽出物の構成糖成分）
取りだした熱水抽出物中の構成糖の組成はキシロースーオリゴ糖０．６１質量％、キシロース０．１３質量％、Ｌ−アラビノース０．０５質量％、ガラクトース０．１１質量％、グルコースオリゴ糖０．０８質量％、グルコース０．０２質量％、リグニン０．２６質量％、ギ酸０．１３質量％、酢酸０．４８質量％が含まれていた。なお、土壌汚染対策法が定める２５物質はいずれも検出限界以下であり、特にシアン化合物、有機リン化合物、ＰＣＢは検出されなかった。
また、構成糖の定量は、アジレント社製１１００シリーズＨＰＬＣを使用し、Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７Ｐカラム（ＢＩＯ−ＲＡＤ社性）を用いて、溶離液として超純水を用い、ＩＲ検出器により定量を行った。オリゴ糖の定量は試料に硫酸濃度を終濃度で５．２５％になるように７０％硫酸を添加し、１２０℃、４０分加水分解を行った後、単糖類を定量し、加水分解前後の差分をオリゴ糖の含量とした。ギ酸、酢酸、フルフラール類はアジレント社製１１００シリーズＨＰＬＣにより、Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７Ｐカラム（ＢＩＯ−ＲＡＤ社性）を使用し、溶離液として５ｍＭ硫酸を用い、２８０ｎｍの紫外吸収およびＩＲにより検出した。
【００３８】
（引火性試験）
また、引火性について、ＪＩＳ  Ｋ  ２２６５−１タグ密閉法及びＪＩＳ  Ｋ  ２２６５−４クリーブランド開放法により測定した。
【００３９】
＜製造例１＞
上述の熱水抽出物の原液そのままを製造例１とした。
【００４０】
＜製造例２＞
製造例１で得られた熱水抽出物１０立方メートルを減圧下、８０℃で濃縮し、濃縮液を２０００リットル得て、これを製造例２とした。
【００４１】
＜製造例３＞
製造例１で得られた熱水抽出物１０立方メートルを減圧下、８０℃で濃縮し、濃縮液を１０００リットル得て、これを製造例３とした。
【００４２】
＜製造例４＞
製造例１で得られた熱水抽出物１０立方メートルを減圧下、８０℃で濃縮し、濃縮液を５００リットル得て、これを製造例４とした。
【００４３】
＜製造例５＞
製造例１で得られた熱水抽出物１０立方メートルを減圧下、８０℃で濃縮し、濃縮液を４００リットル得て、これを製造例５とした。
【００４４】
製造例１〜５で得られた熱水抽出物、及び濃縮液の性状を表１に示す。また表２に主な糖の成分の組成を示す。
また、製造例１〜５のいずれにも引火性がないことを確認した。
【００４５】
【表１】
2018002920.tif 000003
【００４６】
【表２】
2018002920.tif 000004
【００４７】
なお、製造例５で得られた濃縮液は粘度が高くなりすぎて液肥混入器に吸引できなかったため、使用しなかった。
【００４８】
〔土壌還元消毒による土壌改良試験〕
（圃場の準備）
フザリウム病原菌：ホウレンソウ萎凋病菌（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ  ｆ．  ｓｐ．  Ｓｐｉｎａｃｉａｅ）をそれぞれ土壌フスマ培地で１ヶ月以上培養した。増殖した菌液はビニールハウス１棟内の作土に１平方メートル当たりに約３００ｇ／ｍ2を均一に土壌混和した。次に、ホウレンソウ（ミスターランド製）を播種し、ホウレンソウの苗に発病を確認した。播種してから３週間後に鋤き込んだ。作土を深さ約５０センチメートルまで均平に耕起し、２５平方メートルずつ６つの区分を設け、それぞれの区分の作土が混ざらないように、周囲に８０センチメートルの仕切り板を垂直に深さ５０センチメートルまで埋め、高さ３０センチメートルの仕切りを設けた。
それぞれの区分について、３カ所から深さ２０センチメートルの作土約５０グラムを採取し、表３〜表５に示すような組成で製造したフザリウム病原菌選択培地（Ｆｏ−Ｇ１培地）により、病原菌数を測定した。試験実施直前の作土中のフザリウム病原菌の菌数は、１×１０4ｃｆｕ／ｇであった。
【００４９】
【表３】
2018002920.tif 000005
【００５０】
上述の表３における微量要素液（Ａ）の組成は、下記の表４に示す通りである：
【００５１】
【表４】
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【００５２】
上述の表３〜表４の組成物をオートクレーブで１２０℃、１５分加熱殺菌後、下記の表５の組成物を加え、リン酸でｐＨ３．７から３．９の間に調製して、Ｆｏ−Ｇ１培地を製造した。
【００５３】
【表５】
2018002920.tif 000007
【００５４】
（土壌処理）
無処理以外の各区に、灌水資材としてスミチューブ２５（住化農業資材株式会社製、スイカ・メロン用）を５０ｃｍ間隔に６本設置し、あらかじめポリエチレンフィルム（０．０５ｍｍ）で被覆を行った。シートの周囲は空気を完全に遮断するようにパイプと土嚢で押さえた。これについて、後述する実験例１〜７及び比較例１〜３の各液を２．５立方メートル、動力式噴霧器を用いてくみ上げ、スミチューブ２５（スイカ・メロン用）により２５平方メートルの区分全体に行き渡るように散水した。終了後に、ハウスを密閉して２１日間放置した。
この上で、下記の方法で地温、酸化還元電位、土壌中のフザリウム属菌の密度を測定した。
【００５５】
（地温及び酸化還元電位測定）
各処理区の地中２０ｃｍの地点に温度センサー（中央部）と白金電極（中央部及び端部１ｍ位置）を設置し、土壌処理期間中の地温及び酸化還元電位（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ、ＯＲＰ）を測定した。温度ロガーは２０日間にわたって記録した。またＯＲＰは、毎日定時にＯＲＰ測定用の穴に差し込んで測定した。２０日間にわたって測定した。
【００５６】
（土壌中のフザリウム属菌密度測定）
上述のフザリウム選択培地（Ｆｏ−Ｇ１培地）を用い、土壌処理前後のフザリウム属菌密度を測定した。
【００５７】
（細菌による発病調査）
ホウレンソウを条間２０ｃｍ、株間８〜１０ｃｍで播種し、約１ヶ月間萎凋株数を調査した。その後同様に２回目の播種、発病の観察を行い、萎凋株数を調査した。
【００５８】
（線虫密度測定）
土壌処理前後の各種センチュウ（線虫）の密度の変化を測定した。土壌処理前（７／２９）、土壌処理後（８／２６）に、土壌１ｇ中に何匹の線虫がいたかを、ベルマン法で調べた。
【００５９】
＜実験例１＞
製造例１で調製した抽出物を水で希釈し、固形分濃度が０．３質量％の希釈液を調製した。
これらについて、上述の土壌改良に係る各試験を行った。
【００６０】
＜実験例２＞
実験例１において、希釈液として、製造例１で調製した熱水抽出物を水で希釈した固形分濃度が０．９質量％の希釈液を用いた。
それ以外は、実験例１と同様の方法で試験した。
【００６１】
＜実験例３＞
実験例１において、希釈液の代わりに製造例１で調製した熱水抽出物をそのまま用いた。
それ以外は、実験例１と同様の方法で試験した。
【００６２】
＜実験例４＞
実験例２において、希釈液の代わりに製造例２で調製した濃縮液を用い、この濃縮液を、液肥混入器ドサトロンＤＲ−８を用いて固形分濃度が０．９質量％となるように希釈し、スミチューブ２５（スイカ・メロン）により２５平方メートルの区分全体に行き渡るように散水した。それ以外は、実験例２と同様の方法で試験した。
【００６３】
＜実験例５＞
実験例４において、希釈液の代わりに製造例３で調製した濃縮液を用いた。
それ以外は、実験例４と同様の方法で試験した。
【００６４】
＜実験例６＞
実験例４において、希釈液の代わりに製造例４で調製した濃縮液を用いた。
それ以外は、実験例４と同様の方法で試験した。
【００６５】
＜実験例７＞
製造例４で調製した濃縮液を２０Ｌのポリ容器に移し、ゆるく蓋をして屋外に直射日光を避けて１年間保管した。
この濃縮液を用いた以外は、実験例５と同様の方法で試験した。
【００６６】
＜比較例１＞
実験例１において、製造例１で調製した熱水抽出物の希釈液を散水しない試験（コントロール）を比較例１とした。
【００６７】
＜比較例２＞
実験例１において、希釈液の代わりに１平方メートルに小麦フスマ１キログラムの割合で試験区に均一に混合し、次いで水を一晩灌水した他は、実験例１と同様の方法で試験した。
【００６８】
＜比較例３＞
実験例７において、濃縮液の代わりに、６０％エタノール水溶液を２０Ｌのポリ容器に移し、ゆるく蓋をして、屋外で直射日光に当たらないように１年間保管し、この保管したエタノール水溶液１部に対して５９部の水で希釈したほかは、実験例５と同様の方法で試験した。
【００６９】
（土壌改良試験結果）
実験例１〜７及び比較例１〜３の作土の温度及びビニールハウス内の気温の経時変化を図２に、酸化還元電位の経時変化を図３に示す。
また、処理前後の土壌中の病原菌の菌数及びホウレンソウ萎凋病の発病の結果を表６、７に示す。
また、処理前後の土壌中の線虫の数を表８に示す。
【００７０】
図２に示すように、圃場の地温は、比較例１、３では、地温は３０℃から徐々に上昇し、３５℃と３７℃の間を推移したが、３７℃以上に上昇することはなかった。一方、比較例２では温度上昇が緩やかで、湛水後５日目から１２日目まで地温が４０℃から４７℃の間を維持した。これに対して、実験例１乃至８ではいずれも湛水後１日で４０℃を超え、３日後から１２日後まで４０℃から５０℃の間を維持した。また、実験例１乃至８は常に比較例２より高い温度を保持した。
【００７１】
図３に示すように、酸化還元電位は、比較例２では開始直後から低下して、２１日目まで−１００から−２００ｍＶの間を維持していた。比較例１、３では５００ｍＶと６００ｍＶの間を推移し、酸化還元電位の低下は見られなかった。
これに対して、実験例３では湛水直後から酸化還元電位の低下が観察され、４日目以降２１日目までほぼ０以下を保持した。また実験例２及び４乃至８も同様に湛水直後から酸化還元電位が低下し、３日目から１８日目までほぼ−２００ｍＶを維持し、１８日目から上昇に転じたが、２１日目でも０以下を保持した。また、実験例１も湛水直後から酸化還元電位の低下が観察され、３日目には１００ｍＶ以下に下がったが、６日目より１６日目まで徐々に上昇に転じ、その後２１日目までほぼ４００ｍＶを維持した。各実験例については、この酸化還元電位を低く保つ効果が高いほど、上述のように有害生物への防除効果が高いと考えられる。
一方、比較例３に示したように１年間保管したエタノールは効果がなくなっていたが、実験例７に示したように製造例４の濃縮液を同様に１年間保管しても効果は失われなかった。
【００７２】
また、病原菌としてフザリウム菌数を、下記の表６に示す。
【００７３】
【表６】
2018002920.tif 000008
【００７４】
結果として、比較例１の無処理の画分においては、３週間処理後に、ほぼ同等数の菌が検出された。また、比較例２では、下記の実験例１乃至７とは異なり、菌自体は検出された。
これに対し、実験例１乃至７のいずれも検出限界程度まで菌数が減っており、還元消毒の効果が見られた。
【００７５】
また、ホウレンソウ萎凋病の発病の結果を、下記の表７に示す。
【００７６】
【表７】
2018002920.tif 000009
【００７７】
表７に示すように、ホウレンソウを２回連作した際の萎凋病発病率は、無処理の画分で２〜３％であった。しかしながら、そのほかの画分では発病はなく、防除効果があることが示された。
【００７８】
また、土壌処理による各種センチュウ（自活線虫）の密度の変化を、下記の表８に示す。表８では、処理前と処理後の各値は、土壌１ｇ中に何匹の線虫がいたかを示す。減少率は、（処理前−処理後）／処理前×１００（％）の値を示す。
【００７９】
【表８】
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【００８０】
結果として、比較例１、比較例３ではむしろ線虫の量が増えていたものの、実験例１乃至７のいずれも線虫の量を減らすことができた。実験例２〜４、実験例６では、ほぼ完全に線虫を殺虫しており、高い効果があった。
一方、比較例３に示したように１年間保管したエタノールは効果がなくなっていたが、実験例７に示したように製造例４の濃縮液を同様に１年間保管しても効果は失われなかった。
【００８１】
（熱水抽出物自体の細菌抑制効果）
次に、本実施例の熱水抽出物自体の病原菌増殖の抑制効果を測定した。ＰＤＡ（ポテト・デキストロース寒天培地）上での病原菌の増殖について測定した。方法としては、直径９０ｍｍのシャーレを用いて、ＰＤＡ培地のみ、ＰＤＡに上述の製造例４の濃縮液を５０倍希釈になるように混合した培地、ＰＤＡに上述の製造例４の濃縮液を２０倍希釈になるように混合した培地をそれぞれ作成し、中心に植菌し、２８℃で７日間培養した。
結果を、下記の表９に示す。
【００８２】
【表９】
2018002920.tif 000011
【００８３】
結果として、熱水抽出物自体には、製造例４の濃縮液を２０倍に薄めた程度で多少の細菌増殖抑制効果がある程度であった。すなわち、本実施例の熱水抽出物は、濃度が高い場合に増殖抑制効果がみられるが、殺菌作用はなく、土壌還元消毒の熱と還元性により効果が得られるものと考えられる。
【００８４】
（蟻の誘引の評価）
次に、下記で説明する実験例８〜９、比較例４の２．５ｍｌをろ紙（５ｃｍ四方、厚さ１ｍｍ）にしみこませ、ペトリ皿に載せて屋外の日陰に放置し、放置してから１時間後にろ紙上の蟻の数を計測した。蟻の誘引について下記の基準で評価した。
−：  ろ紙上の蟻の数が０匹であった。
＋：  ろ紙上の蟻の数が１〜５匹であった。
＋＋：  ろ紙上の蟻の数が６〜１０匹であった。
＋＋＋：  ろ紙上の蟻の数が１１〜２０匹であった。
【００８５】
＜実験例８＞
製造例１で調製した熱水抽出物を用いて、上述の蟻の誘引の評価を行った。
【００８６】
＜実験例９＞
製造例４で調製した、濃縮された熱水抽出物を用いて、上述の蟻の誘引の評価を行った。
【００８７】
＜比較例４＞
実験例８において、濃縮液の代わりに糖蜜を使用した。
【００８８】
この結果を、下記の表１０に示す。このように、本実施例の熱水抽出物は、糖蜜と異なり、蟻を誘引しなかった。このため、蟻害を防ぐことができる。
【００８９】
【表１０】
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【００９０】
〔結論〕
グルコースはほとんどの微生物、動物にとって利用可能な栄養源であり、これを栄養源として増殖することにより酸素を消費し、呼吸熱、発酵熱を発生する。
しかし、グルコース以外の糖はかならずしも全ての微生物にとって利用できるとは限らないので、ヘミセルロースを構成する糖のオリゴマーとその単糖が主成分である木材チップからの前加水分解における排液が、発酵熱による圃場の地温、還元性を短時間で発揮できることは明らかではなかった。
これに対して、本発明の実施例の熱水抽出物は、耕耘機等によるすき込みを必要とせず、熱水パイプ等を用いずとも、畑や施設園芸における有害な微生物や線虫等を防除する土壌消毒用の土壌改良剤として使用可能である。また、このような用法について、本発明の各実験例の熱水抽出物は、従来の小麦ふすまや１年間保管したエタノールに比べて、高い効果を示した。
このため、本発明の熱水抽出物は、畑作や施設園芸の病害虫予防や連作障害の予防に有効で、長期保管が可能、火災に対しても安全、保管中蟻が集まらないため、優れた防除方式として利用可能である。
【００９１】
なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、土壌殺菌剤や土壌殺虫剤等の薬剤を使用しない土壌改良剤として、産業上利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
Ｏ  原料供給口
Ｒ  加水分解装置
Ｓ  中間取出口
Ｐ  排出口
Ｖ、ＶＰ  バルブ
【図１】
2018002920.tif 000013
【図２】
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【図３】
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