(57)【要約】【課題】  簡単且つ容易に新たな耕作を可能にするとともに収穫を確実にする土壌改良材の製造方法及び土壌改良材を提供する。【解決手段】  土壌改良材の製造方法は、準備したモンモリロナイト（Ｓ１）を磨り潰して微細化し（Ｓ２）、微細化したモンモリロナイトをスラリー状とし（Ｓ２）、スラリー状としたモンモリロナイトを植物性担体に加圧噴霧することにより植物性担体に担持させる（Ｓ４）、ことを特徴とし、土壌改良材は、植物性担体、例えば、ココナッツピート、ピートモス、コーヒー焙煎かす、乾燥稲わら、乾燥麦わら、籾殻から選ばれる何れか１種以上に微細化したモンモリロナイトを微細化したモンモリロナイトを植物性担体に担持させたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モンモリロナイトを磨り潰して微細化する工程と、
微細化したモンモリロナイトをスラリー状とする工程と、
スラリー状としたモンモリロナイトを植物性担体に噴霧することにより前記植物性担体に担持させる工程と、
を備えて構成されたことを特徴とする土壌改良材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の土壌改良材の製造方法において、
前記植物性担体は、ココナッツピート、ピートモス、コーヒー焙煎かす、乾燥稲わら、乾燥麦わら、籾殻から選ばれる何れか１種以上を含むことを特徴とする土壌改良材の製造方法。
【請求項３】
微細化したモンモリロナイトを植物性担体に担持させたことを特徴とする土壌改良材。
【請求項４】
請求項３に記載の土壌改良材において、
前記植物性担体は、ココナッツピート、ピートモス、コーヒー焙煎かす、乾燥稲わら、乾燥麦わら、籾殻から選ばれる何れか１種以上を含むことを特徴とする土壌改良材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土壌改良材の製造方法及び土壌改良材に関し、特に、耕作地に適さない土地や連作障害で使用不能になった耕作地等の土壌環境を著しく改善し、新たな耕作及び収穫を確実にする土壌改良材の製造方法及び土壌改良材に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、日本の耕作地、特に畑作土壌においては、土に起因する障害が多くなっており、耕作従事者が思うような収穫を上げられないため、全国に耕作放棄地が広がりを見せている。農林水産省の統計から見ても、毎年５万ヘクタール以上の耕作地が減少している。この要因は様々であるが、投下資本に対して思うような収量が得られない為の耕作放棄地が増えている。
【０００３】
また、土壌の極相である砂漠地や土漠地を再生する事は困難を極め、多くの科学者やＮＰＯ等が世界中で挑戦を繰り返してきた。そのために投入された費用が莫大になったにもかかわらず成功を収めた例は殆ど皆無である。その原因は種々挙げられるが、砂漠化や土漠化の主因である土、すなわち粘土鉱物の劣化をそのままにして保水力や保肥力を高める対策をとらずに植林するような強引な緑化技術等にあると考えられる。過去に吸水ポリマー（具体例として、紙おむつの吸水材）が砂漠の緑化に検討されたことがある。しかし、吸水ポリマーが環境に対する危険性、吸水した水を出さない（植物が利用できない）性質を有するために植物が枯死する事例が発生し、さらに高価であるなどから現在では注目されなくなっている。このような背景から、今日では砂漠の緑化は殆ど不可能と考えられている。
【０００４】
一方、砂漠化以前の土壌、耕作地や放牧地など人為的な力が働いている環境下でも、砂漠化の進行が見られる。今日の世界の耕作地（畑作）は、化学肥料、農薬を使用した潅漑農業（点滴潅漑、センターピボット）である。土壌の砂漠化は、水の作用に負うもので、この水の持つ溶解作用が、土壌の粘土鉱物の構成物質（珪素、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、鉄、カリウム、マグネシウム、その他５０〜６０種の微量金属イオン）を同時進行的に溶解する他、植物自体も生育する上で、これらの要素を選択吸収する。近代農業は、さらに化学肥料という特に酸性の強い物質を耕作地に潅漑用水と共に多量に散布するため、自然界の作用で粘土鉱物が溶解する以上の速度で粘土鉱物を溶解させ、最後には化学的にも安定した形の珪素だけが残る。これが土壌の砂漠化である。また、化学肥料は多くの塩基を持つもので構成されるため、塩類集積という耕作障害も併せ持っている。
【０００５】
また、ウクライナ等の世界の穀倉地帯では連作障害も無く、小麦、トウモロコシ、大豆などの畑作が毎年行われている。その理由は、これらの土壌を形成する粘土鉱物がモンモリロナイト（Montmorillonite：通称、ベントナイト）を主体とした粘土なためである。モンモリロナイトは永久荷電を持つことが知られている。さらに膨大なマイナスイオンを持つことも知られている。また、保肥性の目安となるＣＥＣ（Cation Exchange Capacity：塩基置換容量）の値が高い。また、アロフェン（Allophane）のようにリン（Ｐ）を特異吸着し、リンを植物に吸収されないリン酸アルミへ変えてしまうようなことが起きない粘土でもある。尚、日本の耕作地は７０％近くがアロフェンという非晶質な火山灰由来の粘土鉱物により形成された酸性土壌である。このため、畑作を行う場合、大量の石灰投入などで中和する作業が必要となる。
【０００６】
今日まで、土壌改良は新しい山土を客土するか大量の腐植質を長い年月使用して行う以外に無いとされている。しかし、以上説明した粘土鉱物のモンモリロナイトを土壌環境に安全に投入すれば、誰でも簡単に肥沃な土壌環境を手に入れることが可能になる。また、この技術の対象土壌はアロフェン土壌に限らず、例えば、砂のような保水力や保肥力が全く無い極相土壌にも有効である。
【０００７】
ここで、モンモリロナイトを土壌改善に適用する技術が特許文献１〜４に提案されている。特許文献１には、アメリカ合衆国ネバタ州産のモンモリロナイト系粘土質鉱物からなる土壌改良剤が提案されており、特に、芝草の育成に適するとしている。特許文献２には、ハロイサイト及びモンモリロナイトが比較的多く含まれると共に、珪砂微粒が調整混入されている粘土と適量のゼオライト粉末との混合物を主材としてなる粒状物に緑藻の抽出液ならびに活性緑藻菌を適量添加した土壌改良活性剤とすることで、土壌中の微生物の生態系を正常化し、植物の根への養分供給能力や根の生育助長能力に長けたものにする土壌改良促進剤が提案されている。さらに、特許文献３には、グリオクラディウム属に属する真菌の培養物と多孔質担体（好ましくは、ゼオライト、モンモリロナイト、アタパルジャイト等）とを構成要素とする微生物土壌改良資材を作成し、植物の土壌病害防除効果及び生育促進効果に優れた微生物土壌改良剤及び簡単な処理で健苗を効率よく育成することを可能にする植物苗の生産方法が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３３９５６９号公報
【特許文献２】特開平６−２５６７６１号公報
【特許文献３】特開平９−２０８９０号公報
【特許文献４】特開平１１−１３１０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、市販されている粘土鉱物は一般に粒径が２ミクロン以下と定義されている。この２ミクロン以下の微粒子のハンドリングは決して簡単ではない。また、モンモリロナイトは湿潤した状態で乾燥させると非常に硬くなる性質（乾態強度）を有している。また、農業においては、主として水田の漏水防止用として使用されている。モンモリロナイトは以上のような性質持つことから、均一に散布できなければ耕作土壌中にブロック状の塊を生じ、耕作不適な場所及び植物の生育不能（ｐＨ値等）が生じ、土壌改良にはならないという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は上記の問題に鑑み、耕作地に適さない土地や連作障害などにより使用が困難な耕作地にモンモリロナイトを安全且つ均一に投入し、簡単且つ容易に新たな耕作を可能とすると共に、確実に収穫することを可能とする土壌改良材の製造方法及び土壌改良材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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、モンモリロナイトを磨り潰して微細化する工程と、微細化したモンモリロナイトをスラリー状とする工程と、スラリー状としたモンモリロナイトを植物性担体に噴霧することにより前記植物性担体に担持させる工程と、を備えて構成されたことを特徴とする土壌改良材の製造方法を提供する。
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の土壌改良材の製造方法において、植物性担体は、ココナッツピート、ピートモス、コーヒー焙煎かす、乾燥稲わら、乾燥麦わら、籾殻から選ばれる何れか１種以上を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項３に記載の本発明は、微細化したモンモリロナイトを植物性担体に担持させたことを特徴とする土壌改良材を提供する。
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の土壌改良材において、植物性担体は、ココナッツピート、ピートモス、コーヒー焙煎かす、乾燥稲わら、乾燥麦わら、籾殻から選ばれる何れか１種以上を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る土壌改良材によれば、表面活性の優れた新しい土壌改良用資材を安全かつ確実に投入することにより耕作地に適さない土地や連作障害などで使用が困難になった耕作地等の土壌環境を著しく改善し、新たな耕作及び収穫を確実にすることができるという効果がある。
【００１６】
また、本発明に係る土壌改良材の製造方法によれば、微細化したモンモリロナイトを植物性担体に加圧噴霧することにより、耕作地に適さない土地や耕作地の連作障害で使用不能の耕作地等にモンモリロナイトを安全且つ均一に投入できるため、簡単且つ容易に新たな耕作を可能にすることができるという効果がある。
【００１７】
また、本発明に係る土壌改良材の製造方法及び土壌改良材によれば、植物性担体として食品残滓のコーヒーの焙煎カスや乾燥した稲藁、麦藁、籾殻などの廃棄物の使用が可能であるため、植物性担体の入手が容易であるとともに土壌改良材を安価に提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る土壌改良材の製造工程を示す工程図である。
【図２】ピートモスに微細加工を加えたモンモリロナイトを加圧噴霧したものを使用して計測した水分特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る土壌改良材の製造方法及び土壌改良材について好ましい一実施形態に基づいて図面を参照しつつ詳細に説明する。初めに、本発明に係る土壌改良材の製造方法について説明する。図１は本発明に係る土壌改良材の製造工程を示す工程図である。
【００２０】
まず、植物性担体として、植物繊維、植物残渣、食品残渣を準備すると共に、モンモリロナイトを準備する（ステップＳ１）。植物繊維としては、例えばピートモス（Peat moss）等があり、特に、炭化させたピートモスは保水性が良いので好ましい。また、植物残渣としては、例えば、稲藁（稲わら）や麦藁、ココナッツ繊維、籾殻等があり、これらを乾燥させたものを用いることが好ましい。さらに、食品残滓としては、例えば、コーヒーの焙煎かす等を用いることができる。
【００２１】
モンモリロナイトは、スメクタイトの一種であり、厚みが約１ｎｍの薄い板状結晶が積み重なった積層構造を形成している。そこで、まずはモンモリロナイトを磨り潰して微細化する（ステップＳ２）。すなわち、一般に市販されているような粒径約２ミクロンのモンモリロナイトをそのまま用いるのではなく、モンモリロナイトの積層構造を、例えば、金属ロールや石臼状のもので加圧して磨り潰して微細化する。これにより、モンモリロナイトのＣＥＣ値（陽イオン交換容量）をさらに高めることができる。表１に加圧処理後のモンモリロナイトのＣＥＣ値の変化に関するデータを示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
次に、微細化したモンモリロナイトをスラリー（slurry：粘土を含む懸濁液）状にする（ステップＳ３）。スラリー状とするには水と混合したモンモリロナイトを高速ミキサー、例えば「ディスパミル（ホソカワミクロン株式会社の登録商標）」によって均一に分散させることによって行う。「ディスパミル」は高速回転刃を有するミキサーであり、水量を調節することでスラリーの粘度を自由に調整することができる。高速回転刃を高速回転（１，０００〜３，０００ｒｐｍ）させることによって、モンモリロナイトをムラなく水に均一に分散・混合させる。
【００２４】
次いで、水にムラなく均一に分散・混合されたモンモリロナイトのスラリーをステップＳ１で用意した、植物繊維（例えば、炭化したピートモス等）、植物残滓（例えば、乾燥した稲藁（稲わら）や麦藁、乾燥したココナッツ繊維、籾殻等）、食品残滓（例えば、コーヒーの焙煎かす等）の１種以上を含む植物性担体の表面や内側に向けて連続式の混合機、例えば「タービュライザ（ホソカワミクロン株式会社の登録商標）」で満遍なく加圧噴霧する（ステップＳ４）。タービュライザは円筒容器内に高速回転可能に取り付けられた多数の可変パドルを備えて構成された連続式の混合機であり、高速回転させた可変パドルに植物性担体及びスラリーを送り込むことで、可変パドルとの衝突の衝撃によって植物性担体にモンモリロナイトの均一な層が形成されると同時に、植生の阻害要因であるモンモリロナイトの乾態強度を低く抑えることができる。可変パドルを周速２０?３０ｍ／ｓと高速で回転させることでその衝撃によって短時間で均一に分散させることができる。これにより、土壌に安全、確実、簡単に投入可能な土壌改良材を得ることができる。
【００２５】
モンモリロナイトの持つＣＥＣ値は永久荷電といわれており、これがモンモリロナイトの最大の特徴になっている。モンモリロナイトは、そのイオン交換能力が水や土壌環境に左右されず常時マイナスイオンに荷電しているため、プラスイオン（微量金属イオン）を容易に吸着保持することで水（降雨や潅水）の影響を受けることなく電気的に安定して粘土鉱物の周囲に保持される。なお、変異荷電は土壌や水のｐＨ（水素イオン濃度）にその荷電が左右される。土のｐＨが７（中性）以上にならないとマイナスイオンが出ないため、大量の腐植質を長年、大量に入れ続けないとその効果が期待できない。
【００２６】
尚、モンモリロナイトには、Ｎ型、Ｃａ型の２種類が存在し、Ｎ型は交換性イオンがナトリウムであり、Ｃａ型は交換性イオンがカルシウムである。各々に特色があるが、本発明ではＮ型、Ｃａ型のどちらも使用可能である。
【００２７】
土壌学では土壌を塑性指数（＝コンシステンシー（consistency）指数）で現している。コンシステンシーは、土壌の硬軟の程度を示す指数であり、一般には外力による変形、流動に対する抵抗の度合をいう。コンシステンシーは、含水比の大小によって左右される。このコンシステンシーが大きいほど塑性度が強いことになる。モンモリロナイトは他の粘土鉱物に比べ３倍ほど大きい塑性指数を有している。モンモリロナイトを含む粘土鉱物は水を含むと膨潤するが、モンモリロナイトの塑性指数は上記のように大きいので他の粘土鉱物に比べ保水性の面からも優れているわけであるが、本発明では、その保水性をさらに高めるために上記したような植物性担体を用いることとしている。
【００２８】
また、土壌の特性を表す一つの方法に水分特性曲線がある。図２は、通常の土壌と炭化が進み保水性が最大となったピートモスに加圧処理による微細化加工を加えたモンモリロナイトを加圧噴霧したものを使用して計測した水分特性曲線図であり、例えば１００ｇの土が最大何ｃｃの水を保持できるかを表している。図中、横軸が含合比％を示し、縦軸はｐＦ（＝土の湿り具合を表す値）として土壌粒子間が水分子で最大限満たされ、植物が利用可能な水分量を示している。尚、Ａは通常の土壌、Ｂはピートモス細粒に加圧処理を行うことにより微細化したモンモリロナイトを加圧噴霧したもの、Ｃは通常の土壌とピートモス細粒に加圧処理を行うことにより微細化したモンモリロナイトを加圧噴霧したものを８：２で混合したもの、Ｄは通常の土壌とピートモス細粒に加圧処理を行うことにより微細化したモンモリロナイトを加圧噴霧したものを９：１で混合したものである。ここで、ｐＦ２．７〜３．２が初期しおれ点である。
【００２９】
表２は植物性担体にモンモリロナイトを担持させた土壌改良材のｐＦ値を示す表である。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
表２によれば、通常の土の場合にはｐＦが０（重力水が流れ去った後に残存する有効水の最大値）では３５．３２ｃｃの水分を保持していることが示されている。そして、この土にモンモリロナイトを加圧噴霧したピートモスを重量比で１０％混合したもの（９：１）の場合には、ｐＦが０では最大７５．０１ｃｃの水分を保持していることが示されており、通常の土のみの場合に比べて約２倍の保水性の向上が認められる。また、植物が枯れてしまう永久しおれ点であるｐＦ３．５では通常の土の場合には６．８９ｃｃであるのに対し、この土にモンモリロナイトを加圧噴霧したピートモスを重量比で１０％混合したものでは１９．２４ｃｃと約３倍の保水量であることが確認できる。土のみの場合に比べてｐＦが０の時に約２倍の保水量であり、ｐＦが３．５の時に約３倍の保水量になることは、保水効率が優れていると考えられる。尚、混合割合が同じである場合、ピートモスは粗粒のものよりも微細のものを用いた方が高いｐF値を得ることができる。
【００３２】
そして、最後に、ステップＳ４で得られた土壌改良材を土壌改良したい土地へ持ち込み、これを土壌へ施用する。（ステップＳ５）。
【００３３】
この場合、図４からも明らかなように、土に対する植物性担体にモンモリロナイトを担持させた土壌改良材の配合割合によって水分保持値を増加させる程度を適宜に調整できることが分かる。このことから、土壌改良材の配合量は目的により適宜に変更するとよい。
【実施例１】
【００３４】
耕作放棄地の土壌にピートモス細粒に加圧処理を行うことにより微細化したモンモリロナイトを加圧噴霧したものを９：１で混合したものに有機肥料を加えた混合区と、耕作放棄地の土壌に有機肥料を加えただけの無処理区においてダイコンの育成比較を行った。その結果を表３に示す。尚、表３の「地上部」とは葉の部分の重量であり、「地下部」とは食用に供する根の部分の重量である。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
表３に示すように、混合区では、地上部と地下部の合計の平均が１，４２０ｇであるのに対し、無処理区では、地上部と地下部の合計の平均が７８０ｇであった。すなわち、混合区では平均重量が無処理区に比べて約２倍近く大きなものが収穫できることが確認された。
【実施例２】
【００３７】
次に、沖縄の真土（マージ）にピートモス細粒に加圧処理を行うことにより微細化したモンモリロナイトを加圧噴霧したものを９：１で混合した混合区と、沖縄の真土（マージ）のみの無処理区において芝の一種である「トールフェスク」の育成比較を行った。その結果を表４に示す。尚、表４の「地上部」とは地上に現れた葉の部分の重量であり、「地下部」とは根の部分の重量である。また、育成はプランタによって行ったものであり、表３における「番号１，２，３」はそれぞれのプランタの番号を示している。
【００３８】
【表４】
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【００３９】
表４に示すように、混合区では、地上部の平均が０．８２ｇ、地下部の平均が０．１９ｇであり、その育成がみられたのに対し、無処理区では殆ど生育が見られなかった。
【実施例３】
【００４０】
次に、湘南海岸の砂にピートモス細粒に加圧処理を行うことにより微細化したモンモリロナイトを加圧噴霧したものを９：１で混合した混合区と、湘南海岸の砂のみの無処理区においてハマヒルガオの育成比較を行った。その結果を表５に示す。尚、表５の「地上部」とは地上に現れた葉の部分の重量であり、「地下部」とは根の部分の重量である。また、育成は３０×３０ｃｍの区画について行ったものであり、表５における「番号１，２，３」はそれぞれの区画の番号を示している。
【００４１】
【表５】
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【００４２】
表５に示すように、混合区では、地上部の平均が４４．７ｇ、地下部の平均が１１２ｇであるのに対し、無処理区では、地上部の平均が４ｇ、地下部の平均が６ｇであった。すなわち、混合区では生育が認められたのに対し、無処理区では殆ど生育が認められなかった。本願発明に係る土壌改良材を僅かに１０重量％加えるだけで保水性が低く保肥力の極めて小さい砂のようなものであっても植物の育成に効果を発揮することが認められた。
【００４３】
最後に、本発明に係る土壌改良材の製造方法及び土壌改良材の特徴について簡潔に列挙する。
１．モンモリロナイトを加工することで、使用量を減少させ粘土が硬化する弊害を極力低くできるため、安心して使用することができる。
２．簡単な水分特性曲線を得ることで、土壌に混入する量を容易に判断することができる。
３．対象とする土壌を選ばない。どんな土壌でも適用可能な条件設定ができる。
４．製造法が簡単であるため、何処でも誰でも製造可能である。
５．使用資材は容易に安価に入手可能であり、経済的負荷が無い。
６．一度土壌に投入すれば毎年投入する必要は理論的には無いが、風や降雨などで毎年少量ではあるが表土が流失する。この場合には、作柄を見ながら補填する。
７．天然物質だけで構成できるため、自然環境下にあっても環境汚染などの心配が発生しない。
８．有機肥料だけの栽培が可能になるため、生産物の付加価値が上がる。従来、篤農家だけの領域であった完全有機栽培が誰でも可能になる。また、土壌劣化も非常に少なくできる。
【００４４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、農業だけでなくあらゆる土壌環境に適応可能である。例えば、表土流失が激しい場所の植生への適用や砂漠化が進む環境の改善にも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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