(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を目的とした暗渠に充填される暗渠充填材であって、セルロース部を樹脂化する加工が施された籾殻が主成分であることを特徴とする暗渠充填材。
【請求項２】
請求項１記載の暗渠充填材において、前記樹脂化は、前記籾殻に存在するセルロース部をアセチル化してセルロースアセテートにする樹脂化であることを特徴とする暗渠充填材。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の暗渠充填材において、前記樹脂化の際に触媒として酢酸ナトリウム溶液を噴霧することを特徴とする暗渠充填材。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載の暗渠充填材において、前記樹脂化は、無水酢酸蒸気で１３０℃程度まで加熱した後、冷却されることにより行われるものであることを特徴とする暗渠充填材。
【請求項５】
請求項４記載の暗渠充填材において、前記加熱の際にマイクロ波による加熱を併用することを特徴とする暗渠充填材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暗渠の排水能力を維持する為の暗渠充填材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
湿田等の高含水農地では、水稲の生育時期に応じて水切りを行う場合、または、稲作から畑作へ転換する場合に、農地の含水比を低下させる必要がある。また、泥炭地を開墾する場合にも該泥炭地の含水比を低下させる必要がある。この為、図１に図示したように、土壌７に溝（暗渠１）を刻設し、この暗渠１の底に排水管８を配設し、この排水管８を用いて土壌７の水分を排水する方法が広く採用されている（本実施例と同一構成部分には同一符号を付した。）。
【０００３】
この排水管８は、排水作用を発揮する為、有孔プラスチックパイプや素焼土管が採用されている。また、前記暗渠１には、目詰まりによって排水管８の排水作用が低下しないように且つ排水管８に水が良好に達して排水作用が発揮されるように暗渠充填材２が充填されている。
【０００４】
この暗渠充填材２は、良好な排水作用を発揮でき且つ容易に入手できる籾殻が広く採用されている。
【０００５】
しかし、この籾殻には下記の問題点がある。
【０００６】
籾殻は天然有機質材料である為、バクテリアや腐朽菌により土壌中で簡単に腐食されてしまう。従って、暗渠充填材２としての機能が、温暖な近畿地方で５年程度、寒冷な東北北陸地方でも１０年程度しか維持されないという問題点や、該腐食による減量により、土壌７が陥没してしまうという問題点がある。よって、籾殻を暗渠充填材２として用いた場合、数年ごとに籾殻の入れ替えを行わねばならず、厄介となる。
【０００７】
一方、この暗渠充填材２として、河川で採取できる砂利、カキやホタテ貝の貝殻、廃プラスチック等の永久的に使用可能な材料を使用する方法も提案されている。しかし、これらの材料は、暗渠充填材２に要求される排水作用の為、粒度を調整しなければならない（粒が大きいと粒同志の隙間に土砂が侵入して排水作用が低下する。）という問題点や、重量がある為に運搬作業が厄介であるという問題点や、耕運機で耕す際に該耕運機と暗渠充填材２が接触して耕運機に故障が発生するおそれの問題点がある。また、これらは永久的に土壌７中に存在するから、農地を他の用途に使用する土地に変更する場合、暗渠充填材２の撤去作業が必須になるという問題点もある。
【０００８】
また、特に廃プラスチックを使用した場合には、環境汚染の問題もある。
【０００９】
よって、暗渠充填材２には籾殻が広く採用されている。
【００１０】
本発明は、上記現状に鑑みて完成したもので、極めて好適な暗渠充填材を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１２】
排水を目的とした暗渠１に充填される暗渠充填材２であって、セルロース部４を樹脂化する加工が施された籾殻３が主成分であることを特徴とする暗渠充填材に係るものである。
【００１３】
また、請求項１記載の暗渠充填材において、前記樹脂化は、前記籾殻３に存在するセルロース部４をアセチル化してセルロースアセテートにする樹脂化であることを特徴とする暗渠充填材に係るものである。
【００１４】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の暗渠充填材において、前記樹脂化の際に触媒として酢酸ナトリウム溶液を噴霧することを特徴とする暗渠充填材に係るものである。
【００１５】
また、請求項１〜３いずれか１項に記載の暗渠充填材において、前記樹脂化は、無水酢酸蒸気で１３０℃程度まで加熱した後、冷却されることにより行われるものであることを特徴とする暗渠充填材に係るものである。
【００１６】
また、請求項４記載の暗渠充填材において、前記加熱の際にマイクロ波による加熱を併用することを特徴とする暗渠充填材に係るものである。
【００１７】
【発明の作用及び効果】
本発明は繰り返した実験の結果得られた効果を請求項としてまとめたものである。
【００１８】
セルロース部を樹脂化する加工が施された籾殻は、バクテリアや腐朽菌によって分解されるまで３０年以上かかり、よって、該籾殻を用いた暗渠充填材２は良好な排水作用を半永久的に発揮することができる。
【００１９】
また、セルロース部を樹脂化する難分解性加工が施された籾殻は、難分解性であって永久に分解されないもの（非分解性のもの）ではない為、暗渠１を必要としない土地に変更する場合にも撤去する必要がなく、また、環境汚染の問題も発生しない。
【００２０】
また、籾殻を主成分とするものである為、暗渠充填剤２に要求される排水性，運搬性等も十分充たされる。
【００２１】
本発明は上述のように構成したから、暗渠の排水作用を長期間に亙って良好に発揮させることができ、且つ、環境汚染等の問題も発生しない実用性に秀れた暗渠充填材となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図面は本発明の一実施例を図示したものであり、以下に説明する。
【００２３】
暗渠１は、トレンチャー等を用いて土壌７に所定の深さと巾の溝（暗渠１）を刻設することによって形成されている。
【００２４】
この暗渠１の底には、有孔プラスチックパイプや素焼土管等の排水管８が配設され、更に、この排水管８上には所定高さまで暗渠充填材２が充填され、この暗渠充填材２の上部には土壌７が設けられている。土壌７に含まれる水分は、暗渠充填材２を通過して排水管８に達し、この排水管８から排水される。
【００２５】
暗渠充填材２は、難分解性加工が施された籾殻を主成分とするものが採用されている。
【００２６】
この暗渠充填材２の充填高さは、従来の籾殻を充填する高さと同様とする。
【００２７】
難分解性加工は、籾殻３に存在するセルロース部４を樹脂化する加工，籾殻３に存在するセルロース部４を炭化する加工若しくは籾殻３に防水剤若しくは撥水剤を塗布する加工が採用されている。
【００２８】
籾殻３に存在するセルロース部４を樹脂化する加工について説明する。
【００２９】
図３に図示したように、籾殻３は、最外層はケイ酸質部５であり、このケイ酸質部５の内側が前記セルロース部４である。また、籾殻３は、カントリーエレベータ，ライスセンターにおいて安価で大量に入手することができる。
【００３０】
セルロース部４の樹脂化は、該セルロース部４を生分解性プラスチックであるセルロースアセテート（アセチルセルロース、ＣＡ）とすることにより行う。尚、セルロースアセテートは、古くから繊維製品，写真用フィルムとして用いられ、また、最近は農業利用分野でマルチフィルムとして用いられており、安全性が高く、比較的安価であることが知られている。
【００３１】
先ず、籾殻３に必要に応じて触媒を噴霧，乾燥する。この触媒は、例えば、酢酸ナトリウム溶液を使用する。
【００３２】
続いて、無水酢酸蒸気で１３０℃程度まで加熱した後、冷却する。これにより籾殻３のセルロース部４がアセチル化され、セルロースアセテートとなる。
【００３３】
また、このアセチル化工程においてアセチル化の程度が低い場合には、マイクロ波による加熱を採用すると良い。
【００３４】
アセチル化工程の後は、酢酸臭が無くなるまで水洗し、その後、乾燥して暗渠充填材２とする。
【００３５】
得られた暗渠充填材２は、防湿紙袋やポリエチレン製袋等の防湿袋に包装して防湿状態で保存すると良い。
【００３６】
この暗渠充填材２は、従来の籾殻と同様の粒径であり、排水性等は良好である。
【００３７】
また、この暗渠充填材２は、従来の籾殻と同様な多孔質構造を有しているから、秀れた透水性と耐圧縮強度を有し、且つ、土砂の通過を防ぐので、土壌７に含まれる水分はこの暗渠充填材２の層を通り抜けて排水管８に達するが、土壌７の土砂そのものは排水管８に達することができず、よって、この点においても良好な排水性を発揮する。
【００３８】
また、この暗渠充填材２は、単なる籾殻のように天然有機質材料ではない為、容易に腐食されることがなく、かなり長期間にわたってその機能を発揮する。その上、非分解性材料とは異なり、土壌７中や水中で緩慢に風化，土壌化され、植物に対する有害性が実質的に認められないことから、環境汚染や農作業の障害物になることは無い。
【００３９】
籾殻３に存在するセルロース部４を炭化する加工について説明する。
【００４０】
籾殻３を炭化したものは、例えば燻炭が知られている。この燻炭は、籾殻を完全炭化したもので、難分解性ではあるが、やや脆く、物理的衝撃等によって容易に粉状化してしまう可能性がある。従って、籾殻３の炭化は完全には行わずに、半炭化状態（炭化未了状態）とした方が良い。
【００４１】
従って、この炭化条件は、籾殻３が半炭化状態となるように、温度２３０乃至２７０℃（２５０℃が最も良い）、時間６乃至１４分（１０分が最も良い）とする。
【００４２】
この条件により、籾殻３に存在するセルロース部４は可及的に炭化され、このセルロース部４の内側（クチクラ層等）の炭化は防止され、よって、好適な暗渠充填材２となる。
【００４３】
尚、この籾殻３を炭化した暗渠充填材２の作用効果は、セルロース部４をアセチル化した場合と同様である。
【００４４】
籾殻３に防水剤若しくは撥水剤を塗布する加工について説明する。
【００４５】
この塗布するものは、防水機能と撥水機能との双方を兼ね備えたものが良い。
【００４６】
この塗布するものは、環境汚染の観点から天然剤を採用すると良い。具体的には、植物由来のポリフェノール、例えば、タンニン（タンニン酸）を採用すると良い。
【００４７】
タンニンは、多数のフェノール性水酸基を持つ複雑な構造の芳香族化合物の総称である。尚、古くから、和紙製の雨傘や団扇等にタンニンを含有する柿渋を塗布する技術が知られている。
【００４８】
このタンニンは、柿渋以外にも、木材チップ、樹皮、おが屑等の木質材料に多量に含まれている。
【００４９】
また、ポリフェノールの塗布は、ポリフェノール溶液に籾殻３を浸漬する方法、若しくは、籾殻３にポリフェノールを噴霧する方法により行う。
【００５０】
尚、この籾殻３に防水剤若しくは撥水剤を塗布した暗渠充填材２の作用効果は、セルロース部４をアセチル化した場合と同様である。
【００５１】
尚、各暗渠充填材２を暗渠１に充填する際、難分解性処理された籾殻以外のものを混合して使用しても良い。
【００５２】
本実施例は上述のように構成したから、簡単には分解しない為、暗渠１の排水作用を長期間に亙って良好に発揮させることができ、且つ、いずれは分解する為、環境汚染等の問題も発生しない実用性に秀れた暗渠充填材となる。
【００５３】
以下、本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
【００５４】
＜実験例１＞
５％（重量）酢酸ナトリウム溶液に籾殻３を１時間浸漬し、遠心脱水後、風乾した。これを耐熱ガラス製の二重容器に入れて無水酢酸を噴霧し、更に、マイクロウェーブ加熱を３分間行い、籾殻３のセルロース部４をアセチル化した。温度は最高で１３０乃至１４０℃であった。アセチル化終了後、酢酸臭がしなくなるまで水洗し、風乾してアセチル化籾殻（以下、ＣＡ籾殻という。）を得た。
【００５５】
処理前の籾殻とＣＡ籾殻の炭素率から、置換度１．２程度のアセチル化がなされたと考えられた（下記表１参照）。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
無処理の籾殻、ＣＡ籾殻の双方に対する微生物分解性を試験する為に、各処理区の籾殻を充分洗浄して水溶性画分を除去した後、籾殻を唯一の炭素源とし、水田土壌用培地の窒素源及び無機塩類を用いて２５℃，湿度９５％（Ｒｈ）以上、暗黒条件下で２８日間培養試験を行った。種菌は、水田風乾土壌５ｇを０．８５％（重量）生理食塩水５０ｍｌにけん濁し、その上澄み液を用いた。
【００５８】
培養後の水分は、無処理の籾殻で４６．４％（重量）、ＣＡ籾殻で３９．２％（重量）であり、ＣＡ籾殻の方が低かった。これは、疎水性物質であるセルロースアセテートの生成により、ＣＡ籾殻が水分を吸収しにくい性質を持ったためである。
【００５９】
無処理の籾殻の表面には、多数の糸状菌胞子が観察された。また、茶色に変色しており、更に、炭素が減少、窒素及び灰分が増加してＣ／Ｎ率は１０５から９１まで低下した。
【００６０】
一方、ＣＡ籾殻の表面には、糸状菌は殆ど観察されなかった。また、変色や外観上の変異は見られなかった。Ｃ／Ｎ率は１１２から１０６と減少したが、水洗によって物理的に脱落したか、置換されていないセルロースの水酸基の部分がセルロース分解菌による分解を受けたものと考えられる（下記表２参照）。
【００６１】
【表２】
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【００６２】
また、腐敗によって生成される褐色の水溶性腐植様物質の生成量は、ＣＡ籾殻では無処理の籾殻の１／３であった（下記表３参照）。
【００６３】
【表３】
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【００６４】
腐植様物質が生成されにくいということは、ＣＡ籾殻の方が無処理の籾殻よりも微生物の生分解を受けにくいことを示す。尚、セルロースアセテートは、微生物により脱アセチル化された後にセルロース分解菌によって分解される。
【００６５】
実験例１で使用したＣＡ籾殻のアセチル化は、前述の通り置換度１．２程度であり、この例えばアセチル化工程の時間を長くして置換度を高めれば、それだけ生分解を受けにくいＣＡ籾殻が得られると考えられた。尚、置換度２．５までは生分解性が認められる。
【００６６】
＜実験例２＞
籾殻３を完全には炭化せず、構造を維持できる程度に半炭化して微生物による腐食を抑制しつつ且つ透水性を維持する方法を試みた。
【００６７】
籾殻３の炭化には恒温器を用いた。籾殻３をアルミ製皿に厚さ１ｃｍ程度に敷き、アルミ箔で覆った後、同サイズのアルミ皿を被せて空気の流通を遮断し、密閉状態とした。炭化温度２００乃至３５０℃、炭化時間３乃至１５分の各条件で炭化した。
【００６８】
その結果、炭化温度３５０℃では、炭化時間３分でも籾殻３が完全に黒色化して炭化し、構造が脆くなってしまった。更に、この炭化温度では、色ムラが大きく、製品として使用することが難しいと考えられた。
【００６９】
また、炭化温度２００℃では、籾殻３の炭化がなかなか進行しないが、長時間を掛けて炭化を行えば、色ムラが少なく、均一に仕上がることが確認された。
【００７０】
実験の結果によれば、炭化温度２３０乃至２７０℃、炭化時間６乃至１４分が良いと考えられた。尚、この温度条件は、ほうじ茶やコーヒーを焙煎する場合と同様の条件である。
【００７１】
この条件により半炭化した籾殻と無処理の籾殻との成分を比較したところ、半炭化した籾殻は炭素が若干減少しており、その分、灰分が多くなっていた。また、木酢液に似たフェノールや酸の生成と思われるｐＨの低下が見られた（下記表４参照）。
【００７２】
【表４】
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【００７３】
半炭化した籾殻について前記ＣＡ籾殻と同様に微生物分解性を確認したところ、培養後の水分は、無処理の籾殻で４６．４％（重量）、半炭化した籾殻では３９．９％（重量）であった。これは、籾殻の内側を構成するクチクラ層のワックス分が半炭化した籾殻の表面を覆い、これにより水分を吸収しにくい性質が付与された為と思われた。
【００７４】
また、半炭化した籾殻及び無処理の籾殻の双方共に、表面には多数の糸状菌胞子が観察されたが、炭素の減少、灰分の増加は無処理の籾殻で大きく、半炭化によって微生物による分解が抑制されることが確認された（下記表５参照）。
【００７５】
【表５】
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【００７６】
また、腐敗によって生成される褐色の水溶性腐植様物質の生成量は、無処理の籾殻とは異なり、吸光度の低い部分で減少し、高い部分で多くなる傾向を示した。この傾向から、半炭化によって微生物処理前に籾殻の持つ糖の一部が可溶性となって放出されるが、この部分が微生物によって消費されたものの、籾殻自体のセルロースは分解されにくくなったと考えられた（下記表６参照）。
【００７７】
【表６】
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【００７８】
＜実験例３＞
この皮膜の形成は、具体的には、代表的なタンニン含有物質である柿渋を用い、柿渋：水＝１：１（重量割合）の柿渋水溶液に籾殻を２４時間浸漬した後、３０℃通風乾燥機で乾燥させた。
【００７９】
乾燥後の籾殻は、タンニンによる皮膜が該籾殻の表面に形成されたことにより、乾物重量が３％増加し、また、表面は薄茶色に変色していた。
【００８０】
処理した籾殻を１００ｍｌ容積の円筒に詰め、１時間透水後の重量を測定したところ、無処理の籾殻では水分が４０．１％（重量）であったが、処理した籾殻では３６．４％（重量）であり、高い防水性を発揮することが確認された。
【００８１】
籾殻３にタンニン水溶液を噴霧によって塗布した後、乾燥して該籾殻３に防水性，防腐性の高い皮膜を形成した場合も同様であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例の説明図である。
【図２】  本実施例の説明図である。尚、暗渠充填材２が腐食減量した状態を示す。
【図３】  籾殻３の説明図である。
【符号の説明】
１  暗渠
２  暗渠充填材
３  籾殻
４  セルロース部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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