(57)【要約】【課題】  本発明の解決課題は、循環型の農業生産を実現するために農業環境を健全に維持することは，作物の安心安全安定生産にとって極めて重要であるが、化学肥料と農薬の過度の利用により微生物が係っている物質循環のバランスが崩れかけている。農業環境を壊す害虫や植物病害菌に対する拮抗微生物担体が提案されているが、農業環境を健全に維持できるシステムになっていない。【解決手段】  拮抗作用・自己防御作用とミネラル成分の定常補給作用と土壌改良作用と発酵作用を高効率的に発揮させるため、製紙スラッジに由来する炭素質ファイバーに強化された肥料ミネラル鉱物粒子の炭化処理物である支持体上に放線菌と糸状真菌のいずれか一方又は両方の拮抗微生物およびその培養材であるキチン系物質の粉とを担持した農業環境改良資材を提案する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土着微生物が増殖した培養材を炭化処理物である支持体に担持していることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項２】
土着微生物が拮抗微生物である放線菌と糸状真菌であり、培養材がキチン系物質の粉と腐植土であることを特徴とする請求項１に記載の農業環境改良資材。
【請求項３】
土着微生物が、キチン系物質の粉としてカニ殻やエビ殻やキトサンの中から１種以上から構成される培養材を分解し増殖する際にキチナーゼまたはグルカナーゼを生成し、増殖することを特徴とする請求項２に記載の農業環境改良資材。
【請求項４】
請求項２に記載のキチン系物質の粉の内、２０μｍから１ｍｍサイズの粉を支持体に担持させ、土着微生物が当該キチン系物質の粉を分解しながら増殖するときに生成されるキチナーゼまたはグルカナーゼが存在していることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項５】
北海道天塩郡の遠別町と天塩町に生息する請求項１に記載の土着微生物であり、当該地域に分布する請求項１に記載の腐植土であることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項６】
請求項１に記載の支持体は、セルロース繊維および平均粒子径が０．１〜１０μｍの填料であるカルサイトとカオリンとタルクとチタニアの１種以上の粉末及び鉄系無機凝集剤を含む製紙スラッジと肥料ミネラル鉱物粉末から構成される配合物の６００℃〜９５０℃の炭化処理物であり、その直径が２ｍｍから４ｍｍ、長さが１０ｍｍ以下のペレットであることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項７】
請求項６に記載の肥料ミネラル鉱物粉末の平均粒子径が７５〜２５０μｍで、石英、長石、斜長石、方解石、絹雲母、黄鉄鉱、チタン石、磁鉄鉱、硫磁鉄鉱、石墨、緑泥石、イライト、クロライト、石膏、ドロマイトの中から２種以上から構成され、支持体が当該肥料ミネラル鉱物と製紙スラッジの配合物の６００℃〜９５０℃の炭化処理物であることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項８】
請求項６に記載の肥料ミネラル鉱物粉末が秩父系古生層小佛統を含む山梨県東北部周辺で産出する石墨片石・緑色片石・石墨千枚岩から構成され、支持体が当該肥料ミネラル鉱物と製紙スラッジの配合物の６００℃〜９５０℃の炭化処理物であることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項９】
請求項６から請求項８に記載の炭化処理物の中に直径が１μｍから３０μｍ、長さが１０ｍｍ以下、含有量が１０重量％以上から３０重量％以下の製紙スラッジ由来の炭素質ファイバーによって絡まった構造体を形成し、その合間に平均粒子径０．１〜１０μｍの填料由来の粒子が仮焼結状態で存在し、炭化処理物の気孔率が５０〜８６％であることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項１０】
請求項９に記載の炭化処理物の中の炭素質ファイバーが炭化処理後に酸化処理を施すことにより親水性であることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項１１】
請求項６に記載の炭化処理物１０ｇと水９０ｇの混合液のｐＨが６以上から８以下であることを特徴とする農業環境改良資材。
【請求項１２】
請求項１に記載の炭化処理物に２０μｍから１ｍｍサイズのキチン系物質の粉を担持させる第１工程後、当該炭化処理物と放線菌と糸状真菌のいずれか一方又は両方の土着微生物である拮抗微生物の担持した農業環境改良資材と培養材として１０ｍｍ未満に粉砕したカニ殻やエビ殻やキトサンの中から１種以上のキチン系物質の粉と腐植土から成る混合物を作製する第２工程後、水分含量を２０〜７０重量％に調製し、発酵温度を４０℃以上で拮抗微生物を増殖させる第３工程後、水分含有量を１０％以下に乾燥する第４工程を特徴とする農業環境改良資材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、土着微生物は北海道天塩郡の遠別町と天塩町に生息する拮抗微生物であり、炭化処理物はセルロース繊維及び填料であるカルサイトとカオリンとタルクとチタニアの１種以上及び鉄系無機凝集剤を含む製紙スラッジと秩父系古生層小佛統を含む山梨県東北部周辺で産出する石墨片石・緑色片石・石墨千枚岩からなる肥料ミネラル鉱物との配合物の炭化処理物であり、培養材の腐植土は北海道天塩郡の遠別町と天塩町に分布する腐植土であることを特徴とする農業環境改良資材の製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の農業環境改良資材に対して、水分含量を５〜２０倍に調製し、１〜２４時間静置後、抽出液は液体肥料とし、抽出済み沈殿物は土壌改良資材もしくは請求項１２の農業環境改良資材の製造に再利用されることを特徴とする農業環境改良資材の製造方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の農業環境改良資材を１〜２０重量％、牛糞や馬糞や豚糞や鶏糞の家畜糞を２０〜７０重量％、稲わらや麦わらや製紙かすやおがくずの乾燥有機物を１〜４０重量％、水分含有量を２０〜７０重量％に調製し、４０℃以上の発酵させることによりＣ／Ｎ比の炭素率が２０から４０に堆肥化させることを特徴とする農業環境改良資材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、製紙スラッジに由来する炭素質ファイバーと肥料ミネラル微粒子の多孔質構造体であり、キチン質物質の粉の上で増殖した拮抗微生物を担持させることにより、拮抗作用・ミネラル成分の定常補給作用・堆肥の発酵作用を高効率的に発揮する農業環境改良資材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  循環型の農業生産を実現するために健全な農業環境を維持することは，作物の安心安全安定生産にとって極めて重要であるが、近年、化成肥料の投入によって農地の生産性は飛躍的に増大した反面、農産物の一元集荷、加工により作物の収穫物残渣が農地に還元されなくなり、農地における有機物の物質循環が閉塞し、その結果として、地力の減退が問題となっている。失われた地力を補うためには有機物を堆肥などのかたちで施用することが望ましいとされているが、堆肥の発生地である酪農地帯と堆肥が欲しい畑作地帯とが地理的に隔絶されたり、堆肥自体の取扱性の不都合により、流通およびコストの面から堆肥の移動が制限されてきた。【０００３】  農薬が土壌生態系を破壊し良い農地が減少している。その原因はここ数年の天候不順や酸性雨など地球規模の環境問題が盛んに論議されているが、案外見逃されているのが土壌環境の悪化である。人類が生活していく上で、不可欠な食糧を生み出してくれる土地は、化学肥料や農薬の大量使用によって土の中にすむ微生物の機能が少しずつ弱くなり自力で更正できないほど衰えている。【０００４】  従って、化学肥料と農薬の過度の利用により微生物が係っている物質循環のバランスが崩れかけているので、化学肥料と農薬に依存しない有機農業の取り組みの中で農業環境を壊す害虫や植物病害菌に対する拮抗微生物担体が提案されている。非特許文献１によれば、微生物担体とは、微生物がすみかとして利用できる構造物で、表面に微生物を保持することのできるキャリアーであり、微生物資材とも呼ばれる。土壌改良の場合、有用菌を直接土壌に投入しても、もともと土壌に生息している土着微生物が多いために、有用菌は機能する前に死滅してしまう。しかし、微生物担体に有用菌を保持した後に土壌に投入すると、効率的に機能を発揮することが知られ、菌類による病害などに対する拮抗微生物である乳酸菌などを担体に保持して利用する病害防除が報告されている。土壌に使用される微生物担体としては、ゼオライト、木炭、カニ殻などが知られている。ゼオライトには表面凹凸がなくかつ栄養物が無いため、微生物の定着が低い。木炭は栄養物がなくかつ撥水性のため微生物の定着が低い。カニ殻は微生物にとって栄養を取り込んで増殖できる担持体になるが、分解が進行して支持体を失ってしまう。【０００５】  特許文献１では、製紙スラッジを再資源化し、土壌改良資材及び融雪材として有効利用するため、絶乾重量で、可燃分が１０〜２０％、ＳｉＯ２が２０〜３５％、Ａｌ２Ｏ３が１５〜２０％、Ｆｅ２Ｏ３が５〜１５％、Ｃａが１０〜２０％及びＭｇＯが５〜１５％を含み、ＪＩＳＣ２１４１による吸水率は、７０〜１５０％であり、ＢＥＴ吸着法による比表面積は、６０〜１２０ｍ２／ｇであり、ＪＩＳＫ１４７４によるｐＨは８．０〜１１．０を有する、連続気泡を有する多孔質粒状炭化焼成物及びその製造方法、並びに、容積空隙率が７５％以上、空隙容積が１５００ｍｍ３／ｇ以上を有し、平均空隙半径が２０〜６０μｍであり、全空隙容積に占める１μｍ以上の空隙が７０％以上である黒色の多孔質粒状炭化焼成物が提案されている。炭化処理後の炭素質ファイバーの表面が撥水性の為、これを土壌に鋤き込んでも分離してしまう課題があった。【０００６】  特許文献２では、耐熱性と保存性に優れた土壌菌である、バチルスコーアグランス或いはバチルスサーアクランスのいずれか一方又は両方の菌体を炭化物に担持させた土壌菌担持炭化物が提案され、これによって効果的な土壌改良効果と発酵処理効果を期待して、畜産・農業・漁業・食品系廃棄物リサイクル用及び工業用を含む環境浄化用微生物資材へ用途適用可能な土壌菌担持炭化物を目指している。実施例において、バチルスコーアグランス或いはバチルスサーアクランスのいずれか一方又は両方の菌体の培養では培地を使用した。そして３７℃×２日間の振蕩培養を行い、芽胞形成を顕微鏡で確認して種菌とした。炭化処理を行った製紙スラッジの炭化物を土壌菌支持体として利用した。しかし、土壌菌のエサを伴っていないことと、炭化処理を行った製紙スラッジの炭化物は撥水性の傾向にあるため土壌菌の定着率を下げている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】野々山弥、東京工業大学学位論文、甲第８０２５号、森林土壌中の菌核における微生物相の解析と微生物担体としての有効性評価に関する研究
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−６１１４１号公報、ペーパースラッジ炭化焼成物及びその製造方法
【特許文献２】特開２００２−３６０２４４号公報、土壌菌担持炭化物及びその製造方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  循環型の農業生産を実現するために健全な農業環境を維持することは，作物の安心安全安定生産にとって極めて重要であるが、化学肥料と農薬の過度の利用により微生物が係っている物質循環のバランスが崩れかけている。農業環境を壊す害虫や植物病害菌に対する拮抗微生物担体が提案されているが、健全な農業環境を維持できるシステムになっていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  拮抗作用・自己防御作用とミネラル成分の定常補給作用と土壌改良作用と発酵作用を高効率的に発揮させるため、製紙スラッジに由来する炭素質ファイバーに強化された肥料ミネラル鉱物粒子の炭化処理物である支持体上に放線菌と糸状真菌のいずれか一方又は両方の拮抗微生物およびその培養材であるキチン系物質の粉とを担持した農業環境改良資材を提案する。
【発明の効果】
【００１１】  大気・土壌・微生物・植物・動物における農業環境を健全な状態に構築することによって、限られた資源である物質循環型の農業生産を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】炭化処理物ペレット‐炭素質ファイバー強化農業環境改良資材（農業環境改良資材Ｂ）
【図２】炭化処理温度による炭化処理物中の灰分、炭素分、揮発分の変化
【図３】炭化処理前後のＰＳのＸ線回折プロファイル、△カルサイト、□タルク、◇カオリン
【図４】左：炭化処理物の破断面のＦＥ−ＳＥＭ写真、右：同一視野におけるＣ元素のマッピング写真
【図５】炭化処理物中鉱物微粒子のＦＥ−ＳＥＭ写真
【図６】炭素質ファイバー強化農業環境改良資材Ｃの生産システム
【図７】農業環境改良資材Ｂとキチン系物質の粉のカニ殻の混合物の培養・熟成、発酵時の温度変化
【図８】左：炭化処理物上の微生物叢の分布ＦＥ−ＳＥＭ写真、右：微生物の胞子嚢のＦＥ−ＳＥＭ写真
【図９】左：炭化処理物上のキチン質粉の分布ＦＥ−ＳＥＭ写真、右：微生物のＦＥ−ＳＥＭ写真
【図１０】左：ＦＥ−ＳＥＭ写真、右：Ｐ元素のマッピングＥＤＳ写真
【図１１】農業環境改良資材Ｌと農業環境改良ペレットの生産システム
【図１２】葉面散布液である農業環境改良資材Ｌ中のイオン成分の含有量を分析
【図１３】家畜ふん尿の堆肥化処理システム
【発明を実施するための形態】
【００１３】  請求項１では、土着微生物が増殖した培養材を炭化処理物である支持体に担持していることを特徴とする農業環境改良資材。請求項２では、土着微生物が拮抗微生物である放線菌と糸状真菌であり、培養材がキチン系物質の粉と腐植土であることを特徴とする請求項１に記載の農業環境改良資材。請求項３では、土着微生物が、キチン系物質の粉としてカニ殻やエビ殻やキトサンの中から１種以上から構成される培養材を分解し増殖する際にキチナーゼまたはグルカナーゼを生成し、増殖することを特徴とする請求項２に記載の農業環境改良資材。請求項４では、請求項２に記載のキチン系物質の粉の内、２０μｍから１ｍｍサイズの粉を支持体に担持させ、土着微生物が当該キチン系物質の粉を分解しながら増殖するときに生成されるキチナーゼまたはグルカナーゼが存在していることを特徴とする農業環境改良資材。請求項５では、北海道天塩郡の遠別町と天塩町に生息する請求項１に記載の土着微生物であり、当該地域に分布する請求項１に記載の腐植土であることを特徴とする農業環境改良資材。
【００１４】  請求項６では、請求項１に記載の支持体は、セルロース繊維および平均粒子径が０．１〜１０μｍの填料であるカルサイトとカオリンとタルクとチタニアの１種以上の粉末及び鉄系無機凝集剤を含む製紙スラッジと肥料ミネラル鉱物粉末から構成される配合物の６００℃〜９５０℃の炭化処理物であり、その直径が２ｍｍから４ｍｍ、長さが１０ｍｍ以下のペレットであることを特徴とする農業環境改良資材。請求項７では、請求項６に記載の肥料ミネラル鉱物粉末の平均粒子径が７５〜２５０μｍで、石英、長石、斜長石、方解石、絹雲母、黄鉄鉱、チタン石、磁鉄鉱、硫磁鉄鉱、石墨、緑泥石、イライト、クロライト、石膏、ドロマイトの中から２種以上から構成され、支持体が当該肥料ミネラル鉱物と製紙スラッジの配合物の６００℃〜９５０℃の炭化処理物であることを特徴とする農業環境改良資材。請求項８では、請求項６に記載の肥料ミネラル鉱物粉末が秩父系古生層小佛統を含む山梨県東北部周辺で産出する石墨片石・緑色片石・石墨千枚岩から構成され、支持体が当該肥料ミネラル鉱物と製紙スラッジの配合物の６００℃〜９５０℃の炭化処理物であることを特徴とする農業環境改良資材。請求項９では、請求項６から請求項８に記載の炭化処理物の中に直径が１μｍから３０μｍ、長さが１０ｍｍ以下、含有量が１０重量％以上から３０重量％以下の製紙スラッジ由来の炭素質ファイバーによって絡まった構造体を形成し、その合間に平均粒子径０．１〜１０μｍの填料由来の粒子が仮焼結状態で存在し、炭化処理物の気孔率が５０〜８６％であることを特徴とする農業環境改良資材。請求項１０では、請求項９に記載の炭化処理物の中の炭素質ファイバーが炭化処理後に酸化処理を施すことにより親水性であることを特徴とする農業環境改良資材。請求項１１では、請求項６に記載の炭化処理物１０ｇと水９０ｇの混合液のｐＨが６以上から８以下であることを特徴とする農業環境改良資材。
【００１５】  請求項１２では、請求項１に記載の炭化処理物に２０μｍから１ｍｍサイズのキチン系物質の粉を担持させる第１工程後、当該炭化処理物と放線菌と糸状真菌のいずれか一方又は両方の土着微生物である拮抗微生物の担持した農業環境改良資材と培養材として１０ｍｍ未満に粉砕したカニ殻やエビ殻やキトサンの中から１種以上のキチン系物質の粉と腐植土から成る混合物を作製する第２工程後、水分含量を２０〜７０重量％に調製し、発酵温度を４０℃以上で拮抗微生物を増殖させる第３工程後、水分含有量を１０％以下に乾燥する第４工程を特徴とする農業環境改良資材の製造方法。請求項１３では、請求項１２において、土着微生物は北海道天塩郡の遠別町と天塩町に生息する拮抗微生物であり、炭化処理物はセルロース繊維及び填料であるカルサイトとカオリンとタルクとチタニアの１種以上及び鉄系無機凝集剤を含む製紙スラッジと秩父系古生層小佛統を含む山梨県東北部周辺で産出する石墨片石・緑色片石・石墨千枚岩からなる肥料ミネラル鉱物との配合物の炭化処理物であり、培養材の腐植土は北海道天塩郡の遠別町と天塩町に分布する腐植土であることを特徴とする農業環境改良資材の製造方法。
【００１６】  請求項１４では、請求項１に記載の農業環境改良資材に対して、水分含量を５〜２０倍に調製し、１〜２４時間静置後、抽出液は液体肥料とし、抽出済み沈殿物は土壌改良資材もしくは請求項１２の農業環境改良資材の製造に再利用されることを特徴とする農業環境改良資材の製造方法。請求項１５では、請求項１に記載の農業環境改良資材を１〜２０重量％、牛糞や馬糞や豚糞や鶏糞の家畜糞を２０〜７０重量％、稲わらや麦わらや製紙かすやおがくずの乾燥有機物を１〜４０重量％、水分含有量を２０〜７０重量％に調製し、４０℃以上の発酵させることによりＣ／Ｎ比の炭素率が２０から４０好ましくは２５〜３５に堆肥化させることを特徴とする農業環境改良資材の製造方法。
【００１７】  以上の発明を実施するための形態のポイントは次のとおりである。土着微生物は北海道天塩郡の遠別町と天塩町に生息する土着微生物であり、拮抗微生物である放線菌と糸状真菌である。また、培養材はキチン系物質の粉と腐植土であり、さらに詳しくはキチン系物質の粉としてカニ殻やエビ殻やキトサンの中から１種以上から構成され、腐植土として北海道天塩郡の遠別町と天塩町地域に分布する腐植土である。土着微生物がキチン系物質の粉を分解しながら増殖するときにキチナーゼまたはグルカナーゼを生成する。土着微生物が分解酵素を出してカニ殻を栄養にして増殖した培養材を炭化処理物である支持体に担持させていることを特徴にしている。
【００１８】  担持体である支持体は、古紙原料からトイレットペーパーを製造する際に発生する無機物と紙の短繊維である製紙スラッジは産業廃棄物であった。再資源化を図った製紙スラッジと肥料ミネラル鉱物粉末から構成される配合物の炭化処理物である。製紙スラッジ由来の炭素質ファイバーによって絡まった構造を形成し、その合間に平均粒子径０．１〜１０μｍの填料由来の微粒子が仮焼結の多孔質状態で存在した炭素質ファイバー強化の構造体であるので、約３００ｇの粒子強度がある。これにより、農業作業中に全崩壊することなく担持体である支持体の役割を維持することが出来る。さらに、炭化処理後に親水性化処理を施すことにより、土着微生物と培養材を安定して担持させることが可能である。また、６００℃〜９５０℃の炭化処理では、アルカリ土類金属のＣａはカルサイトＣａＣＯ３と存在しているため、ｐＨが６以上から８以下の植物には有利な農業資材となっている。
【００１９】  次に、土着微生物が分解酵素を出してカニ殻を栄養にして増殖した培養材を炭化処理物である支持体に担持させた農業環境改良材Ｃの効率良く生産する手順は次のとおりである。第１工程として、２０μｍから１ｍｍサイズのキチン系物質の粉を炭化処理物に付着させる。第２工程として、農業環境改良材Ｂと土着微生物の種菌と培養材のカニ殻の必要な資材を調合する。第３工程として、水分含量を２０〜７０重量％に調製し、発酵温度を４０℃以上でカニ殻を栄養にして拮抗微生物を増殖させる。第４工程として水分含有量を２０％以下に乾燥させる。この生産フローチャートにより、炭化処理物の支持体の表面には拮抗微生物と拮抗微生物が生産した分解酵素やカニ殻の分解したＣａやＰやＫなどのミネラル成分と未分解のカニ殻などが存在した農業環境改良材Ｃが生産される。
【００２０】  次に、大気・土壌・微生物・植物・動物を取り巻く農業環境において、健全な物質循環が不可欠である。有用な肥料成分である窒素・リン・カリを含有している堆肥を発生する酪農地帯と堆肥が欲しい畑作地帯とを有機的に結び付けることが重要である。また、堆肥化の過程で家畜ふん尿に紛れ込んでいる大腸菌などの病原菌を取り除くことが必要である。土着微生物の拮抗微生物である放線菌と糸状真菌は堆肥の中温発酵に大きく係り、かつ病原菌の細胞壁を溶かす作用により、病原細菌・寄生虫卵・有害昆虫卵・雑草種子などが死滅または不活性化する。家畜ふん尿の堆肥化工程は次のとおりである。第１の工程において、拮抗微生物である放線菌と糸状真菌が増殖したカニ殻を担持した農業環境改良資材Ｃを１〜２０重量％、牛糞や豚糞や鶏糞の家畜糞を２０〜７０重量％、稲わらや麦わらや製紙かすやおがくずの乾燥有機物を１０〜４０重量％、水分含有量を２０〜７０重量％に調製混合する。この時、農業環境改良資材Ｃが黒灰色であるので、ふんに対して均一な混合状態を確認できる。放線菌と糸状真菌も担持の支持体に守られて均一に混合することが出来る。第２の工程において、４０℃以上の温度管理、水分調整、Ｃ／Ｎ比の炭素率の調整して中温発酵を実施する。第３の工程において、切り返し時、農業環境改良資材Ｌを均等に散布して放線菌と糸状真菌を補給する。
【産業上の利用可能性】
【００２１】  土着微生物が増殖した培養材を炭化処理物である支持体に担持している微生物担体は、土着微生物と培養材の組合せを選択することにより、本発明の農業環境改良資材以外の産業分野に利用可能である。例えば、脱臭微生物を増殖できる培養材を選択すると持続性のある脱臭剤が考えられる。また、水処理分野やバイオマス分野も考えられる。
【符号の説明】
【００２２】  特になし。
【実施例】
【実施例１】
【００２３】  再生紙工場内で循環した用水中の製紙スラッジ（ＰＳ）を鉄系凝集剤で沈殿させ、脱水して得た水分量５７％のＰＳを造粒して２〜５ｃｍの円柱状に成形し、長さが２ｃｍ以下に切断した。ロータリーキルンで水分量１０％まで乾燥した。ＰＳは、セルロース繊維および平均粒子径が０．１〜１０μｍの填料であるカルサイトとカオリンとタルクとチタニアの粉末及び鉄系無機凝集剤を含む製紙スラッジから構成される配合物である。填料用途のカルサイト、カオリン、タルク、チタニアの粒子サイズは次のとおりである。カルサイトは石灰石を焼成した生石灰に炭酸ガスを反応させて作る軽質炭酸カルシウムでその平均粒子径が９〜１５μｍ、カオリンの平均粒子径が１〜３μｍ、タルクは珪酸マグネシウム水化物（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）が主成分の鉱物でその平均粒子径が９〜１５μｍ、チタニアの平均粒子径が２μｍ以下。【００２４】  この乾燥したＰＳ造粒物を連続式の外熱型ロータリーキルンで、炉内温度９００℃で炭化焼成し、１５分間滞留させた。焼成が完全に終了した時点で、炭化処理物の温度を下げて、その冷却途中に空気に接触させることにより黒灰色の炭化処理物を得た。この時の標準的な製造工程を図１に示した。標準の炭化処理温度を決定するに当たり、この配合物を図２の炭化処理温度で処理した炭化処理物中の灰分、炭素分、揮発分の変化を示した。処理温度の上昇に伴い揮発分が６００℃まで１０％以上あるが、それ以上の温度では揮発分が減少する。これより炭化処理温度は６００℃〜９５０℃が好ましいと考えられる。走査型電子顕微鏡のＥＤＳ分析によるこの炭化処理物の化学分析結果は表１のとおりであった。カーボンは１３％〜２５％、ＳｉＯ２は７％〜２４％、ＣａＣＯ３は３３％〜６１％、Ａｌ２Ｏ３は４％〜１４％、ＭｇＯは１％〜３％、Ｆｅ２Ｏ３は４％〜１１％、ＴｉＯ２は１％〜２％、その他は１％〜７％であった。図３に９００℃炭化処理前後のＰＳのＸ線回折プロファイルを示した。処理前後でプロファイルの若干の差が認められるが、填料由来のカルサイトとカオリンとタルクのピークが観察される。【００２５】  土壌改良材として使用される木炭を土壌に鋤き込んだとしても降雨により土壌から分離する問題がある。セロース繊維を炭化処理だけにすると炭素質のファイバーが撥水性のため同様な問題が発生する。さらに親水性の微生物やカニ殻などを担持させるときの障害となる。炭化処理物の中の炭素質ファイバーが炭化処理後に４００℃から７００℃で酸化処理を施すことにより炭素質ファイバーの表面を親水性にすることができる。
［図１］炭化処理物ペレット‐炭素質ファイバー強化農業環境改良資材（農業環境改良資材Ｂ）【００２６】
【表１】
2017025271.tif 000003
［図２］炭化処理温度による炭化処理物中の灰分、炭素分、揮発分の変化
［図３］炭化処理前後のＰＳのＸ線回折プロファイル、△カルサイト、□タルク、◇カオリン【００２７】  ９００℃の炭化処理物の破断面を走査型電子顕微鏡で観察したＦＥ−ＳＥＭ写真を図４左に示した。そして、図４右にＣ元素のマッピング写真を示した。これより製紙スラッジ由来の炭素質ファイバーは１９体積％と評価される。また、タルク由来のＭｇ元素のマッピング写真もＣａ元素と同様に粒子として全体に分布していた。図５にさらに拡大した部分のＦＥ−ＳＥＭ写真を示した。粒子径０．１〜１０μｍの填料由来の粒子が多孔質の仮焼結状態で存在していることが判った。この分析結果によって、炭化処理物の中に直径が１μｍから３０μｍ、長さが１０ｍｍ以下、含有量が１０重量％以上から３０重量％以下の製紙スラッジ由来の炭素質ファイバーによって絡まった構造体を形成し、その合間に平均粒子径０．１〜１０μｍの填料由来の粒子、特にカルサイトＣａＣＯ３が仮焼結状態で存在していることが判った。言い換えると、平均粒子径０．１〜１０μｍの填料由来の鉱物粒子が仮焼結状体を炭素質ファイバーによって強化した構造体を形成しているので、農業作業中でも構造を維持できる程度の強度を持たせることが可能である。炭素質ファイバー強化農業環境改良資材は土着微生物が増殖した培養材を担持する炭化処理物である支持体ベースになるので、農業環境改良資材Ｂと表示する。
［図４］左：炭化処理物の破断面のＦＥ−ＳＥＭ写真、右：同一視野におけるＣ元素のマッピング写真
［図５］炭化処理物中鉱物微粒子のＦＥ−ＳＥＭ写真
【実施例２】
【００２８】  土着微生物が増殖した培養材を炭化処理物である支持体に担持し、土着微生物が拮抗微生物である放線菌と糸状真菌であり、培養材がキチン系物質の粉と腐植土であり、土着微生物が、キチン系物質の粉としてカニ殻やエビ殻やキトサンの中から１種以上から構成される培養材を分解し増殖する際にキチナーゼまたはグルカナーゼを生成し、増殖した農業環境改良資材を製造する標準のフローチャートを図６に示した。【００２９】  第１の工程として、実施例１で製造した炭素質ファイバー強化農業環境改良資材である農業環境改良資材Ｂ１００重量％に対して、２０μｍから１ｍｍサイズ粉砕したカニ殻の粉０．１〜２重量％とを混合することによって、カニ殻の粉を農業環境改良資材Ｂに担持させた。この時、農業環境改良資材Ｂに親水性化処理を施さないと撥水性の表面状態の為に十分な担持が得られない。【００３０】  第２の工程として、第１の工程で製造したキチン系物質の粉付着農業環境改良資材Ｂ１００重量％に対して、種菌として北海道天塩郡の遠別町に生息する拮抗微生物が担持した土着微生物の種菌担持体０．５〜５重量％と、培養材として１０ｍｍ未満に粉砕したカニ殻の粉と水分含量２０〜７０重量％の混合物を作製した。【００３１】  第３の工程として、北海道天塩郡遠別町の三田村川流域にある農業環境改良資材の製造場で、第２の工程で製造した混合物を１０日〜３０日間の１次発酵後、切り返し後、１０日〜３０日間の２次発酵させた。発酵温度を４０℃以上で拮抗微生物を培養・熟成・増殖させた。図７に農業環境改良資材Ｂとキチン系物質の粉のカニ殻の混合物の培養・熟成、発酵時の温度変化を示した。発酵１と発酵２において、開始１５日後に５０℃を越えたので切り替えし後、更に１５日間発酵した。発酵３では切り替えなしで２５日間の発酵を行った。【００３２】  第４の工程として、第３の工程で製造した放線菌と糸状真菌である土着微生物が増殖したキチン系物質の粉の培養材が担持した農業環境改良資材の水分含有量を１０％以下に乾燥させた。これにより増殖の進行を抑制する。微生物とカニ殻を担持した炭化処理物は微生物担持体（キャリア）の農業環境改良資材となるので、以後、農業環境改良資材Ｃとする。【００３３】  農業環境改良資材Ｃの表面を観察するため、金蒸着して表面導電性を付与後にＦＥ−ＳＥＭ観察した。図８左において炭化処理物の表面に微生物叢の分布状態が認められる図８右において微生物の胞子嚢が認められた。次に、金蒸着をしないで農業環境改良資材Ｃの表面をＦＥ−ＳＥＭ観察した。図９左において導電性の炭素質ファイバー強化した炭化処理物の粒子と比べて電気的絶縁性の部分が電子のチャージアップにより白色に浮き出ている。この部分を拡大すると図９右において微生物の胞子嚢が認められた。白色の領域以外の領域と比較して白色の領域では高い確率で微生物の存在を確認できた。次に、ＦＥ−ＳＥＭのＥＤＳ分析により、白色の領域の元素分析を実施した。定性分析からＣａとＰとＣｌが検出された。図１０左のＦＥ−ＳＥＭ写真と同一視野のＰ元素マッピングを図１０右に示した。白色の領域ではＣａとＰとＣｌが共存していることより、カニ殻と考えられる。因みにカニ殻の化学成分はキチンが２���．８重量％、ＣａＣＯ３が７０．３重量％、Ｐ２Ｏ５が２．６重量％、ＳｒＯが１．１重量％、Ｓが０．５重量％、Ｋ２Ｏが０．３重量％、ＳｉＯ２が０．３重量％、Ｆｅ２Ｏ３が０．１重量％とされている。
［図６］炭素質ファイバー強化農業環境改良資材Ｃの生産システム
［図７］農業環境改良資材Ｂとキチン系物質の粉のカニ殻の混合物の培養・熟成、発酵時の温度変化
［図８］左：炭化処理物上の微生物叢の分布ＦＥ−ＳＥＭ写真、右：微生物の胞子嚢のＦＥ−ＳＥＭ写真
［図９］左：炭化処理物上のキチン質粉の分布ＦＥ−ＳＥＭ写真、右：微生物のＦＥ−ＳＥＭ写真
［図１０］左：ＦＥ−ＳＥＭ写真、右：Ｐ元素のマッピングＥＤＳ写真
【実施例３】
【００３４】  ２０ｋｇの農業環境改良資材Ｃと１０ｋｇのカニ殻を１０００ｋｇの水に混合後、７日間漬け込み静置した。固形物を分離して、微生物とカニ殻とミネラルを抽出した葉面散布液（リキッド）である農業環境改良資材Ｌの製造システムを図１１に示した。以後、農業環境改良資材Ｌと表記する。食物抽出液と同じように、噴霧機、スプレイヤーなどで農業環境改良資材Ｌを作物に散布する。この抽出・散布を２回繰り返し、２〜３週間で抽出作業を終了する。抽出した固形物については図６の炭素質ファイバー強化農業環境改良資材Ｃの生産システムにより再生しても良いし、圃場に施用しても良い。また、葉面散布の別の方法もあり、図１１に限定されない。用水路から水を取り込む口と舗場の入口の通路に農業環境改良資材Ｃを設置しておくと、用水路からの水が農業環境改良資材Ｃを通過して舗場全体に微生物とカニ殻とミネラルが供給される。以上のように抽出液が散布された舗場では病害にかかることなく、安心安全の農業生産が出来ている。【００３５】  葉面散布液である農業環境改良資材Ｌ中のイオン成分の含有量を分析した。比較材として鹿児島県指宿市山川町の畑で採取した土壌粉、本発明の農業環境改良資材Ｂの粉、北海道空知郡で製造した農業環境改良資材Ｃの粉、北海道天塩郡で製造した農業環境改良資材Ｃの粉を選定し、それぞれの粉１０ｇとイオン交換水９０ｇに２日間漬け込み得られた抽出液をそれぞれ、抽出液１、抽出液２、抽出液３、抽出液４とした。ＩＣＰ元素分析をし、ＣａとＭｇとＫとＮａとＳとＳｉとＦｅとＭｎとＣｕとＡｌとＢが検出された。図１２にそれぞれの抽出液に含有する総質量を示した。抽出液１の土壌と比較して、抽出液２は５倍のミネラルの抽出が起きている。カニ殻と微生物を担持した抽出液３と抽出液４は担持していない抽出液２と比較して、約１０倍のミネラルの抽出が起きている。微生物がカニ殻を栄養にして増殖するときに分解したカニ殻の成分がミネラル分の抽出に大きく貢献していると考えられる。また、農業環境改良資材Ｂは１０μｍ以下の鉱物微粒子の仮焼結体であるので、雨水に曝されたときにミネラル成分の定常補給作用が期待される。
［図１１］農業環境改良資材Ｌと農業環境改良ペレットの生産システム
［図１２］葉面散布液である農業環境改良資材Ｌ中のイオン成分の含有量を分析
【実施例４】
【００３６】  秋頃に酪農家などにて固形状のふん尿を分離し（敷料を含む、尿は尿溜に貯留）、固形分を堆肥化施設に搬入する。搬入したふん尿１００重量％に対して、水分が８３重量％と固形分が１７重量％であった。これに農業環境改良資材Ｃが５重量％、カニ殻が１０重量％を加え、約４ヶ月間切り返し時に農業環境改良資材Ｌの葉面散布液を散布して発酵を促した。この間、水分含有量を２０〜７０重量％に調製し、４０℃以上の発酵させることによりＣ／Ｎ比の炭素率が２５から３５の堆肥を製造した。そして、春に堆肥として有効活用した。図１３に農業環境改良資材Ｃと農業環境改良資材Ｌを利用した家畜ふん尿の堆肥化処理システムの標準フローチャートを示した。家畜ふん尿の堆肥化処理は、家畜の種類、家畜舎の構造・貯留施設、敷料の多い少ない等により、ふん尿の形状を、固形状（ソリッド、水分８４％未満）、半固形状（セミソリッド、水分８４％以上〜８７％未満）、液状（スラリー、水分８７％以上）に区分できるが、堆肥化の方法は区分に合わせた方法が選択される。
［図１３］家畜ふん尿の堆肥化処理システム
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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