(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌を有機酸水溶液に浸し、珪藻土、パーライトの吸水性材料や、水溶性セルロースエーテル、カラギーナンのゲル化剤を、単独で又は組み合わせて併用して、土壌に有機酸水溶液を保持させ、糸状菌や放線菌類を主体とした土壌菌類の活動を活性化させることによりカリウム等植物に有効な成分を土壌から抽出させて、畑や果樹園の場合は前記土壌の微生物による発酵活動の鎮静化後に、或いは水田の場合は水を張ってから、前記土壌で植物を育成して分蘖数を増加させ、又は生長を促進することを特徴とする植物生長促進方法。
【請求項２】
土壌を０．１〜５０．０％の乳酸やクエン酸、リンゴ酸、酒石酸、酢酸、グルコン酸、蓚酸、フマル酸、コハク酸、ムギネ酸、グリコール酸の何れか一つ或いは組み合わせた水溶液に浸し、珪藻土、パーライトの吸水性材料や、水溶性セルロースエーテル、カラギーナンのゲル化剤を、単独で又は組み合わせて併用して、土壌に有機酸水溶液を保持させ、糸状菌や放線菌類を主体とした土壌菌類の活動を活性化させることによりカリウム等植物に有効な成分を土壌から抽出させて、畑や果樹園の場合は前記土壌の微生物による発酵活動の鎮静化後に、或いは水田の場合は水を張ってから、前記土壌で植物を育成して分蘖数を増加させ、又は生長を促進することを特徴とする植物生長促進方法。
【請求項３】
土壌を０．１〜５０．０％の乳酸やクエン酸、リンゴ酸、酒石酸、酢酸、グルコン酸、蓚酸、フマル酸、コハク酸、ムギネ酸、グリコール酸の何れか一つ或いは組み合わせた水溶液に浸漬させ、珪藻土、パーライトの吸水性材料や、水溶性セルロースエーテル、カラギーナンのゲル化剤を、単独で又は組み合わせて併用して土壌表面に敷設し、土壌に有機酸水溶液を保持させることにより、糸状菌や放線菌類を主体とした土壌菌類の活動を活性化させることを特徴とする土壌菌類活性化方法。
【請求項４】
土壌を０．１〜５０．０％の乳酸やクエン酸、リンゴ酸、酒石酸、酢酸、グルコン酸、蓚酸、フマル酸、コハク酸、ムギネ酸、グリコール酸の何れか一つ或いは組み合わせた水溶液に浸漬させ、珪藻土、パーライトの吸水性材料や、水溶性セルロースエーテル、カラギーナンのゲル化剤を、単独で又は組み合わせて併用して、土壌に有機酸水溶液を保持させることにより、糸状菌や放線菌類を主体とした土壌菌類の活動を活性化させて、カリウム等植物に有効な成分を土壌から抽出し、畑や果樹園の場合は前記土壌の微生物による発酵活動の鎮静化後に、或いは水田の場合は水を張ってから、前記土壌で植物を育成して成長を促進させることで、重金属等の汚染土壌の浄化を高効率化することを特徴とするファイトレメディエーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機酸と糸状菌・放線菌類バイオフィルムを活用した植物生長促進方法とファイトレメディエーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、農地に対する除染技術は、土壌の剥ぎ取り、反転耕、吸着材の散布等で、農地の重要な部分が失われることや土壌の特性が変わってしまう等の問題があった。
土壌に吸着されたセシウムは、最終的に粘土や雲母鉱物の層間やエッジに取り込まれ、電気的に強固に固定されるため、その抽出は大変困難であった。
【０００３】
従来技術とその欠点について、以下に述べると、
熱処理：回転炉により土壌を１３００℃以上に加熱してセシウムを昇華分離する。この方法の欠点は、コストが極めて高い、高温熱処理のため、農地土壌への適用は困難、可搬型は無い等である。
分級処理：混合分級は特殊ポンプ分級や高圧洗浄、ボールミル等で磨砕処理を含む湿式分級を行う。後工程で７００℃程度の加熱処理をする場合もある。この方法の欠点は、コストが高い、細粒分が除去されるので農地土壌への適用は困難である等である。
化学処理：シュウ酸等の有機酸を添加し、８５〜９０℃で加熱処理してセシウムを溶離回収する。この方法の欠点は、コストが高い、シュウ酸の場合、後処理による無害化も必要であること等である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１７８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、有機酸水溶液で糸状菌・放線菌類を繁殖させ、カリウム等植物に有効な成分を土壌から抽出させて、前記土壌で植物を育成して分蘖（ぶんげつ）数を増加させたり植物体を大型化させたりする植物生長促進方法を提供することを目的とする。同時に重金属汚染土壌に植物を栽培して土壌を浄化するファイトレメディエーションを高効率化するファイトレメディエーション方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の有機酸と糸状菌・放線菌類バイオフィルムを活用した植物生長促進方法は、土壌を有機酸水溶液に浸し、糸状菌や放線菌類を主体としたバイオフィルムを形成させて、カリウム等植物に有効な成分を土壌から抽出させて、前記土壌の微生物による発酵活動の鎮静化後に、或いは水を張ってから、前記土壌で植物を育成して分蘖（ぶんげつ）数を増加させたり植物体を大型化させたりする。
本発明の有機酸と糸状菌・放線菌類バイオフィルムを活用した植物生長促進方法は、土壌を０．１〜５０．０％の乳酸やクエン酸、リンゴ酸、酒石酸、酢酸、グルコン酸、シュウ酸、フマル酸、コハク酸、ムギネ酸、グリコール酸の水溶液を浸漬させ、土壌表面に糸状菌や放線菌類を主体としたバイオフィルムを形成させ、カリウム等植物に有効な成分を土壌から抽出させて、前記土壌の微生物による発酵活動の鎮静化後に、或いは水を張ってから、前記土壌で植物を育成して分蘖（ぶんげつ）数を増加させたり植物体を大型化させたりする。
【０００７】  水田に対しては、有機酸水溶液を満たすだけで実施できるが、畑や果樹園の様な透水性の土壌に対しては、珪藻土、パーライト、ゼオライトの吸水性材料や、水溶性セルロースエーテル、カラギーナン、又はアルギン酸ナトリウムのゲル化剤を、単独で又は組み合せて併用して、透水性土壌中に有機酸水溶液を保持することによりバイオフィルムを発生させることができる。【０００８】
また、形成したバイオフィルムを除去後、植物を植えることにより、バイオフィルムとファイトレメディエーションを組合わせて土壌中の残存セシウムを効率良く吸収させることもできる。
【０００９】
非汚染土壌の場合は、同様の方法でバイオフィルムを形成させて、除去をせず、そのままにして植物を栽培することにより、植物の生長を早めたり、収穫物の収量を増加させたりすることもできる。これは、バイオフィルムがカリウムなどの植物への有効成分をセシウムと同様に抽出することと、有機酸がリンなどを土壌から効率良く溶かし出すことに起因する。
【００１０】
前記有機酸水溶液は、ストロンチウムの溶脱も促す。その一方で土壌中には肥料などから供給された硫酸イオンが存在するため、これとストロンチウムが結び付き、難溶性の硫酸ストロンチウムとして沈殿する。これにより、植物による放射性ストロンチウムの吸収を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の有機酸と糸状菌・放線菌類バイオフィルムを活用した植物生長促進方法は、水田や畑、果樹園の土壌を有機酸水溶液で浸すことでバイオフィルムができるし、有機酸が、植物が根から出す根酸（有機酸の混合物）と同じ物質であるため低環境負荷でもある。さらに、バイオフィルムがセシウムを濃集するので、このバイオフィルムを剥ぎ取って除去すれば除染ができる等の効果がある。一方、バイオフィルム除去後に植物を植えて、ファイトレメディエーションと組合わせることで、残存セシウムを吸収除去することもできる。また、前述の様に土壌中に硫酸イオンが存在していれば、ストロンチウムの抽出と不溶化も同時に達成できる。
【００１２】
非汚染土壌に対しても、同じ方法でバイオフィルムを形成させて、セシウム抽出と同じメカニズムでカリウムなど植物に有効な成分を抽出・濃縮させることにより、植物を活性化させることもできる。また、このバイオフィルムは保水性があり、有機酸水溶液にはリンを土壌から溶かし出す効果があるため、これらの効果も植物の生長に良い方向で働く。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】バイオフィルムを剥がす様子の写真図である。
【図２】有機酸処理二年目の稲の成長記録を示す写真図である。
【図３−１】有機酸処理二年目の稲の収量差の違いを示す写真図である。
【図３−２】有機酸処理二年目の稲穂の収量の違いを示す写真図である。
【図４】水溶液中のストロンチウムの減少を示す図である。
【図５】有機酸処理三年目の稲の成長記録を示す写真図である。
【図６】有機酸処理三年目の稲の収量差の違いを示す写真図である。
【図７】実際の水田で実証した稲の生長差を示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の有機酸と糸状菌・放線菌類バイオフィルムを活用した植物生長促進方法を以下に説明する。
土壌に吸着されたセシウムは、最終的に粘土や雲母鉱物の層間やエッジに取り込まれ、電気的に強固に固定されるため、その抽出は大変困難であった。
その一方で、有機酸やアンモニウム塩水溶液を用いれば、ある程度の抽出が可能であるが、そのためには１００℃近くまで加熱しなければならず、大きなコストが掛かることが問題であった。
しかしながら、放射性セシウムに汚染された土壌を低濃度０．１〜５０．０％、好ましくは０．１〜１０．０％の乳酸やクエン酸水溶液に浸漬させたところ、土壌表面に糸状菌や放線菌類を主体としたバイオフィルムが形成された。
図１に示すように、このバイオフィルムを剥ぎ取り、できる限り土壌粒子を洗い流して放射能を測定したところ、ｋｇ当たり、約３００〜１５００Ｂｑのセシウムが検出された。
この土壌は水田由来で、乾燥時の放射能量は３３９３Ｂｑ／ｋｇ（湿潤時は１７５０Ｂｑ／ｋｇ）であった。
これらのことは、セシウム濃縮作用を起こす糸状菌・放線菌類が特定の有機酸（根酸）存在下で効率良く繁殖することを示している。
なお、代表的な糸状菌の同定を行ったところ、Penicillium svalbardense、Penicillium crustosum、Penicillium expansum、Talaromyces wortmanniiなどのアオカビ属が確認された。
【００１５】
＜試験１＞
平成２４年度に福島県南相馬市から水田土壌を分けて頂き、稲の栽培を行った。
肥料の配分量や除染資材であるゼオライトの添加量は、全て南相馬市で実施された試験栽培と同じ条件にした。
土壌を等量で二つに分け、一方を常温で５％のクエン酸水溶液に浸し、２４時間後に上澄みを汲み出した。
この操作をもう一度行い、できる限りクエン酸溶液を汲み出した後、中性になるまでアンモンニア水溶液を添加した。
この有機酸処理土壌は、一ヶ月ほど非常に活発な微生物による発酵活動が続いたので、その沈静化を待ってから稲を植えた。
稲のセシウム吸収量を比較するため、クエン酸洗浄処理の南相馬市の水田土壌、無処理の南相馬市の水田土壌、原発事故前に山形県高畠町から採取した土壌試料、液肥による水耕栽培の４種類の条件で栽培を行った。
結果は以下の表１の通りである。
【００１６】
【表１】
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有機酸処理を行った土壌で、稲のセシウム含有量が著しく増加していることが確認できる。上記の結果は、有機酸が植物のセシウム吸収に影響していることを示している。
【００１７】
これを確認するため、福島県（福島市・南相馬市・伊達市）から土壌を採取し、クエン酸と乳酸を用いて、有機酸によるセシウム抽出確認試験を行った。
各土壌を５％有機酸水溶液に浸漬し、４８日後に水溶液を回収してＧｅ半導体検出器を用いて放射能濃度を測定したところ、全て検出限界以下であった。
上記採取土壌試料の一覧を表２に示す。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
一方、土壌表面に形成されたバイオフィルムの放射能を測定した結果、冒頭で述べたように、セシウムが濃縮されていることが確認できた。
バイオフィルム（水田土壌乳酸処理）の放射線測定結果を表３に示す。
【００２０】
【表３】
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以上のことは、植物の根酸（有機酸）が土壌菌類の活動を活性化させ、それにより抽出されたセシウムを植物が吸収していることを示唆している。
【００２１】
本試験で土壌表面に形成されたバイオフィルムは、糸状菌と放線菌類を主体としており、比較的強度があり、容易に引きはがして処理することができる。
この性質を利用すれば、水田を５％程度の有機酸水溶液で満たし、バイオフィルムを形成させて、それを剥ぎ取ることで、植物が吸収し易いセシウムを土壌から除去することが可能となる。
この作用を利用すれば、安価で効率良く環境に優しい土壌除染を実施できる。
また、有機酸は土壌からリンを溶かし出し、一方のバイオフィルムは、セシウムと同じアルカリ金属であるカリウムも濃縮させるため、バイオフィルム自身の保湿効果と相まって、図２と図３に示すように、植物生長促進作用も副次効果として発現する。なお、バイオフィルムが形成された土壌に浸漬した有機酸水溶液を回収してリンの濃度を測定したところ、クエン酸水溶液で１７６ｐｐｍ、乳酸水溶液で２６．３ｐｐｍ含まれていた。
【００２２】
畑や果樹園の様に有機酸水溶液を満たすことができない透水性の土壌の場合は、有機酸水溶液で土壌を浸す際に、珪藻土、パーライト、ゼオライトなどの吸水性材料を土壌表面に敷設し、さらに水溶性セルロースエーテル、カラギーナン、アルギン酸ナトリウムなどのゲル化剤を用いて有機酸水溶液に粘性を持たせることで、有機酸水溶液を土壌に保持させて、バイオフィルムの形成を促すこともできる。
【００２３】
表１に示した様に、バイオフィルムを形成させた土壌は、セシウムが土壌から抽出されており、このほとんどが水溶性であるため、植物を植えることにより、バイオフィルム除去後の残存セシウムも回収することができる。即ち、ファイトレメディエーションの効率を上げることも可能である。
【００２４】
有機酸水溶液を土壌に添加すると、ストロンチウムの溶かし出しも同時に起きる。このストロンチウムは硫酸イオンと結び付いて難溶性の硫酸ストロンチウムとして沈殿するので、副次効果としてストロンチウムの植物への移行を抑制することもできる。
バイオフィルムを形成させた有機酸水溶液におけるストロンチウムの減少の様子を図４に示す。
乳酸とクエン酸で形成したバイオフィルム形成土壌に塩化ストロンチウム水溶液１０００ｐｐｍ１リットルを静かに注ぎ、一週間ごとに採水を行って、ストロンチウム濃度の測定を行った。
当初、最初の１０〜１１日間のストロンチウム濃度の減少は、土壌含有水による希釈と考えたが、最終採水の後に、試料を十分に攪拌してからさらに採水を行ってストロンチウムの濃度を測定したところ、この段階で約４０〜５０%の減少が確認された。この減少量は土壌含有水の希釈効果と一致する。即ち、本実験で減少するストロンチウムは沈殿除去分であり、土壌含有水による希釈は試料撹拌時に起きたことを意味している。以上の事は、塩化ストロンチウムのストロンチウムイオンが難溶性ストロンチウムとして沈殿したことを意味している。
【００２５】
即ち、本発明には、１）バイオフィルムによる除染、２）バイオフィルムとファイトレディエーションを組み合わせた除染、３）植物生長促進、４）ストロンチウムの不溶化の四つの効果及び使用方法があるため、原発事故復興に広くつなげることができる。
【００２６】
＜試験２＞
有機酸処理によるセシウム抽出効果と植物生長促進効果の複数年にわたる持続性を確認するため、試験１で用いた福島県南相馬市の水田土壌で、継続して二年目の稲の栽培を行った。
肥料の配分量や除染資材であるゼオライトの添加量は、全て南相馬市で実施された試験栽培と同じ条件にした。結果は以下の表４の通りである。
【００２７】
【表４】
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二年目でも、藁および稲穂へのセシウムの吸収量が無処理土壌と比較して大幅に増加しているのが確認できる。
【００２８】
＜試験３＞
稲の生長効果の継続も確認するため、三年目の栽培実験を行った。三年目は苗の分蘖（ぶんげつ）数を明確化させるため、苗を一本ずつ、計７本植えて成長差の確認を行った。用いた土壌は一年目及び二年目と同じであるが、三年目は肥料やゼオライトの添加は一切行わずに栽培を実施した。
図５と図６に示される様に、収穫量に差が出ており、稲穂の重さは有機酸処理区の方が１．５倍（ビニール袋の重さを差し引いて計算）である。ただ、二年目までに確認できた植物体そのものの大きさの差はあまり無く、分蘖数にのみ差が出ている。
【００２９】
＜試験４＞
稲の栽培実験の結果、上述の様に、収穫量に大きな差が確認できたので、さらにその確証を得るために実際の水田（秋田県男鹿市）を用いて栽培実験を行った。
図７に示す様に、稲の背の高さに違いが認められる。本栽培に用いた有機酸は乳酸で、１０％水溶液を１平方メートル当たり１リットル散布した。乳酸散布区と対照区の３６株当たりの収穫量は、１．８５ｋｇと１．５２ｋｇであり、約１．２倍である。
【００３０】
本発明は、福島第一原子力発電所の事故によって放出されたセシウムの低コスト除染を目的として行ったものであるが、植物の必須元素であるカリウムとセシウムが化学的にほほ同じ挙動を示すため、植物生長促進にも効果があり、農業分野への応用も可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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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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