(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バチルス菌及びシリカ質を含む汚泥と、自活性線虫が生息するとともに少なくとも窒素、リン、カリウムのいずれかの栄養素を含むセルロースと、を混合して２０℃〜４５℃で発酵させることによりバチルス菌を優占化するとともに自活性線虫の増殖を促すことを特徴とする土壌改良資材の製造方法。
【請求項２】
前記汚泥が上水汚泥であるとともに、前記セルロースが、少なくとも剪定枝と廃菌床との混合物であることを特徴とする請求項１に記載の土壌改良資材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌を改良するための土壌改良資材の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
商品作物の栽培が盛んな地域は、同時に連作障害が多い地域といわれる。連作障害とは同じ作物を同じ場所で連作することにより、土壌生態系のバランスが崩れ、作物に病気や栄養障害などの障害が発生することである。例えば、一定期間、高等植物に寄生して生活する寄生性線虫によって生じる線虫由来のものと、病原菌を要因とするものとがある。
【０００３】
この連作障害を抑止するために、一般的には土壌に化学農薬や農薬、ボルドー液（硫酸銅・石灰の混合液）を用いて殺菌することが行われている。しかしながら、消毒によって土壌生態系を破壊するとともに、１年目に使用した農薬は生態系の偏りを生じさせるため、２年目以降は効果が半減するとも言われる。そして、土壌はこれらの消毒物質を吸収し凝集する性質があるため、長期にわたる農薬散布で土壌中に農薬が蓄積されて土地が痩せ、不毛な土地となってしまうこともある。さらに残留農薬の河川への流出による被害も懸念されているばかりではなく、農業従事者の健康被害も心配されている。
【０００４】
この連作障害を解消するために、バチルス菌を優占化した土壌改良資材が発明されている。例えば、特許文献１ではバチルス菌が優占化された微生物処理汚泥と汚泥とを混合し、発酵してなる土壌改良資材が開示されている。バチルス菌とはバチルス属の芽胞形成性の菌体である。中でも枯草菌は有機物に対する分解性を示し、農作物の有害微生物の殺菌農薬性を示す。この意味で発酵生成物は土壌改良資材や微生物殺菌剤として機能することにより、連作障害を防止することができる。
【０００５】
ところで、線虫は地力の指標ともいわれ、土壌微生物の食餌関係において、ミミズよりもはるかに複雑で多様な関係をつくる。線虫には前記寄生性線虫のほか、他の線虫等を捕食する捕食性線虫と、動植物の遺骸を食べて生活する腐生性線虫がおり、捕食性線虫と腐生性線虫をあわせて自活性線虫という。
【０００６】
自活性線虫と寄生性線虫の相違は口針の有無で容易に見分けがつく。寄生性線虫は口針の巨大なものが大きく、三大寄生性線虫として根瘤線虫類、シスト線虫類、根腐れ線虫類がいる。線虫の大きさは様々で、体長0.5〜1.5ｍｍ程度である。
【０００７】
自活性線虫のうち、捕食性線虫は、寄生性線虫を食べる種も存在することが知られている。有機物に富み微生物が豊かな良い土には、自活性線虫はたくさん存在しており、線虫の数を測定することで、土壌改良資材による土壌生態系の形成効果を知る指標ともなるものである。
【０００８】
一般的には自活性線虫が土壌中には圧倒的に多いものの、これまでは害を及ぼす寄生性線虫の抑制に主眼が置かれて調査研究されてきており、自活性線虫に対する研究は多くなされてこなかったのが現状である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２７４２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
寄生性線虫は一般的に宿主となる作物が決まっており、その作物が連作されると次第にその寄生性線虫が増えていく。そして農薬等で土壌の消毒等が行われると、本来、存在しているはずの自活性線虫も減少する事態となり、土壌生態系が崩れていく。
【００１１】
そこで、本願発明では、上記のような事情で土壌生態系が崩れた土壌に、本来の土壌生態系を回復するため、バチルス菌を用いて自活性線虫の増殖を促すための土壌改良資材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
下記の手段によって、前記課題を解決する。
（１）バチルス菌及びシリカ質を含む汚泥と、自活性線虫が生息するとともに少なくとも窒素、リン、カリウムのいずれかの栄養素を含むセルロースと、を混合して２０℃〜４５℃で発酵させることによりバチルス菌を優占化するとともに自活性線虫の増殖を促すことを特徴とする土壌改良資材の製造方法。
（２）前記汚泥が上水汚泥であるとともに、前記セルロースが、少なくとも剪定枝と廃菌床との混合物であることを特徴とする（１）に記載の土壌改良資材の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の土壌改良資材はバチルス菌の優占化に伴い、自活性線虫も増殖させ、これにより土壌生態系を効果的に復元し、土壌を改良することができる。
【００１４】
さらに、前記汚泥に、少なくとも上水汚泥を用いた場合、バチルス菌の優占化に好適な環境を提供することができる。
【００１５】
また、前記セルロースとして剪定枝を用いることによって、発酵温度の上昇を軽減させることができるため、自活性線虫を死滅させる温度まで至らず、過剰な乾燥を抑止することができ、自活性線虫を存続させたままの土壌改良資材を提供することができる。
【００１６】
加えて、本願発明の方法で土壌改良資材を製造すると、バチルス菌が１０６〜１０８個／１ｇ存在するとともに自活性線虫が５千〜１２万匹／１０ｇ存在することを特徴とする土壌改良資材を提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本願発明は、汚泥と、セルロースと、を混合して２０℃〜４５℃で発酵させることにより、汚泥に含まれるバチルス菌を優占化し、それに伴い、セルロースに含まれる線虫がバチルス菌を捕食し、増殖することを基本的な特徴とする。
【００１８】
前記汚泥にはバチルス菌が含まれている。バチルス菌は枯草菌（Bacillus subtilis）であり、稲藁などに付着する菌である。バチルス菌はカビや細菌など、植物の病気を引き起こす28種の病原菌を殺す能力を持つことが知られている。中でもBacillus. Thuringiensisは蛾や蝶の幼虫に対して殺虫効果があると言われ、微生物農薬としても知られている。なお、無論、バチルス菌を汚泥由来のものとせず、市販されている液体バチルス（液体中にバチルス菌を培養させたもの）でも構わない。このとき、特定非営利法人エコクリーンアップサービス２１が枯草菌、納豆菌、乳酸菌、酵母を基礎に培養育成した「メーク・クリーン」：資料番号BIOMを使用してもよい。
【００１９】
汚泥としては上水汚泥、下水汚泥等を用いることができる。汚泥にはシリカ質が含まれていることが好ましい。これは、シリカ質が、バチルス菌が芽胞を形成する際に必要な栄養素であるためである。上水汚泥はシリカを含むシルト・粘土質が主成分であり、本願発明で好適に用いられる。さらに、上水汚泥にはミネラル分も多く含まれており、前記シリカと相俟って、バチルス菌の優占化に好適な条件となる。上水汚泥と下水汚泥を混合したものを用いてもよいし、シリカ質は後で添加剤として加えてもよい。
【００２０】
尚、これまで上水汚泥は凝集剤としてアルミニウムが用いられることが多く、これが土中のリンと化合し、土壌のリン飢餓を招くため、廃棄物として処理されることが多かったが、バチルス菌を優占化させるために汚泥やセルロースとともに発酵を行った結果、含まれる上水汚泥中のアルミニウムが若干のリン酸イオンと化合しても、余剰のリン酸が下水汚泥や廃菌床から供給されるため、リン酸飢餓を抑止できる。
【００２１】
前記セルロースは剪定枝、キノコの菌床栽培から出たキノコ廃菌床、腐葉土、おがくず、もやし滓、木炭や竹炭等の炭のほか、フスマ、米糠、トウモロコシ糠、大豆粕、オカラ、ビール粕、ウイスキー粕、焼酎粕、綿花粕、ダンボール等紙類の粉砕物に自活性線虫を繁殖させたもの等を用いることもできる。これらを単独として用いても、混合して用いても差し支えない。ただし、種によっては発酵温度が高温になるものもあるので、剪定枝などの低温で発酵するものと混合して用いることが好ましい。なお、セルロースは３mmから１cm、好ましくは５mm程度の大きさにすることができる。また、粉砕することも可能である。
【００２２】
本発明で「剪定枝」を用いる場合、樹木の剪定枝のほか、樹木の幹や根株及び刈草、草、草花や樹木の葉を含むものである。そして造園の際に発生する伐採樹木や根株及び除草作業によって発生した草や芝刈りの芝なども含まれ、山地、公園や道路の草花や樹木、家庭で剪定されたものなどを使用することができる。このとき、剪定枝は５mm〜１cm程度に粉砕されることが好ましい。葉が多い場合は発酵しやすく、枝が多い場合は発酵の際に分解しにくくなるため、発酵のスピードに併せて適宜調整することも可能である。
【００２３】
キノコの菌床栽培から出たキノコ廃菌床を用いる場合、原木栽培で用いられるナラ、クヌギ、サクラ等の原木を３mm〜１cm程度に細かく粉砕したものや、菌床栽培で用いられる広葉樹や針葉樹、堆肥栽培で用いられる馬糞と藁を混合させたものなどが用いられる。
【００２４】
このように上水汚泥のみならず、セルロースとしても剪定枝や廃菌床など、本来廃棄物として処理されるものを用いることによって、本発明では廃棄物を有効利用することができる。
【００２５】
なお、前記セルロースには、自活性線虫が２０匹／１０ｇ程度しか存在していなくても、本発明の条件で発酵することによって１万匹以上の自活性線虫を増殖させることができる。線虫が多いということは、その土壌が極めて健全な土壌で栄養のある良い土壌であることを意味している。そのため、線虫が多い土壌で育つ農作物の生育は良好になるのである。
【００２６】
さらに、前記セルロースは、少なくとも窒素、リン、カリウムのいずれかの栄養素を含むものであることが好ましい。これによって、バチルス菌の優占化の際に良好な影響を与えるためである。このように、バチルス菌はセルロースに含まれる栄養源によって優占化が可能になる。無論、栄養剤として窒素、リン、カリウムを添加することも可能である。
【００２７】
セルロースと汚泥の重量比は５：５でもかまわないが、好ましくは汚泥２〜４：セルロース６〜８、より好ましくは汚泥３：セルロース７である。この配合比率はセルロースの種により異なる。なお、線虫はセルロースがないと増殖できないため、汚泥よりもセルロースを多くすることが好ましい。
【００２８】
これらのものを混合し、中低温で発酵させることによってバチルス菌が優占化し、１０６〜１０８個／１ｇ程度存在するようにする。そしてそれに伴い、セルロース内の自活性線虫は優占化されたバチルス菌をエサとし、増殖する。この際、好適な発酵温度は２０〜４５℃、さらに好ましくは２０℃〜４０℃である。これ以上となると、高温のために生息不能となり、自活性線虫は死滅するためである。さらにこのような中低温で発酵することにより、図７に示すように数種のバチルス属細菌種が発生するため、土壌生態系の復元及び連作障害抑制のためには大いに効果が期待されるところである。
【００２９】
２０〜４５℃が線虫の生息環境の限界値であることを示す実験結果を図１ならびに表１、２に示す。図１は試料毎の発酵温度を示すグラフ、表１はその配合条件、表２は第１週及び２週目の線虫の数である。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
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ここから、最も温度が高くなった（４５℃程度）試料Dでも2800程度の線虫が確認できたことから、この温度が限界値であると考えられる。その後、発酵温度が４０℃以下となると、次第に線虫は増加し、第２週目には9000程度となった。それに対し、第１週から線虫が多く存在したのは４５℃以下で発酵した試料A,B,Eであった。なお、試料Cに線虫が少ないのは、線虫の増殖に必要なセルロースが汚泥に対して少なかったためと考えられる。試料A、Bは第２週目には線虫が減少しているのに対し、試料Eは線虫が増加している。
【００３２】
これまでは汚泥とセルロースを２０〜５０℃程度で発酵する技術は開示されていたが、本願発明では４５℃以下、好ましくは４０℃以下で発酵することを特徴とする。これにより、線虫が死滅しないという有利な効果があることを本願の発明者らが見出したためである。通常では堆肥を用いるために、発酵が高温（５０以上。尚、６０℃以上となる）となり、その状態で継続されるために線虫が死滅するため、線虫による健全な土壌生態系の形成効果は期待できない。しかしながら、本発明では４５℃以上で発酵しないようにするために、セルロースとして剪定枝を加えており、これが従来技術とは異なる有効な点である。剪定枝は発酵の温度が低く、発酵温度を４５℃以下に保つのが容易であるという特徴をもつ。これはセルロース分が強く、分解が進みにくいことがその理由である。
【００３３】
セルロースと汚泥の混合物を発酵させたものの含水率は概ね２０％以上であり、好ましくは２０〜６０％程度である。２０％以下の場合、水分が不足し、線虫の生息環境が悪化するため、発酵中は上記含水率を維持することが重要である。
【００３４】
本願発明の改良剤は連作障害を防止できるほか、健全な土壌生態系を取り戻し、さらには肥料として農作物にも栄養を与えることができるので、極めて良い効果を与えるものとなり得る。
【００３５】
図２は剪定枝と廃菌床を５：５の割合で混合し、液体バチルスを加えて発酵させた場合の発酵温度の変化を示した図である。この図より、セルロースとして剪定枝を加えた場合、３５℃以下（２０〜３５℃）で発酵を安定させることが可能であることが分かる。
【００３６】
このときのバチルス菌（バチルスコロニー）の数を示したものが図３である。この結果から、バチルス菌数にはばらつきが見られるものの、１０７〜１０８個／１ｇ程度で推移しており、図４に示すように、バチルス菌を優占化できていることが明らかである。なお、優占化とは菌体に占めるバチルス菌の占有割合のことをいう。そして、発酵の早い段階で優占化できていることも明らかであることから、剪定枝と廃菌床との組み合わせがバチルス菌にとって優占化しやすい環境であることが分かる。
【００３７】
そして図５はこのときの線虫の数を示す図である。２週目でピークを迎え１２万匹／１０ｇ近く生息したが、４週目以降は５千〜２万匹で安定した。通常の土壌で線虫は０〜３００匹／１０ｇ程度であり、樹皮発酵堆肥でも３千〜４千程度であるから、本願発明の線虫数は極めて大きいものといえる。さらに、通常の堆肥は発酵が進み高温になるので、線虫数は次第に減少していく傾向にある。しかし、本発明は発酵温度が中低温なので、線虫が温度上昇により死滅することはないのである。
【００３８】
以上より、バチルス菌を優占化し、特定の条件下でセルロースを発酵することによって通常よりも多く線虫を増殖せしめることができることが明らかである。
【００３９】
なお、バチルス数及び線虫数は発酵開始から１週程度で安定し、２週目以降でピークを迎えるので、土壌改良資材としてはそれ以後のものを使用することが好ましい。
【００４０】
本発明では、バチルス菌の優占化にセルロースに含まれる栄養素が有効に作用する一方で、セルロースに含まれる線虫はバチルス菌をエサとしつつ、特定の条件下で増殖していくため、これらの組み合わせが非常に有効であることが判明したのである。
【００４１】
次に、汚泥として少なくとも上水汚泥を用い、セルロースとして少なくとも剪定枝を用いることが好ましいことを証明する。データとして表３は汚泥と数種のセルロースを発酵させ、バチルス菌を優占化させた場合に含まれるバチルス菌の数を示している。RUN Ａは下水汚泥１ｋｇ、上水汚泥４ｋｇ、廃菌床等５ｋｇの割合で発酵させたもの、RUN Ｂは下水汚泥１ｋｇ、上水汚泥５ｋｇ、もやし滓等４ｋｇの割合で発酵させたもの、RUN Ｃは下水汚泥１ｋｇ、上水汚泥４ｋｇ、剪定枝等５ｋｇの割合で発酵させたもの、RUN Ｄは下水汚泥１ｋｇ、剪定枝等９ｋｇの割合で発酵させたものである（表４参照）。なお、上記配合比は乾燥質量での比率である。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
【表４】
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この結果より、もやし滓を用いたRUN Ｂは混合発酵初期のバチルス菌優占化が早く、カビも発生せず、有効であったが、発酵による発熱で乾燥傾向にあり、コロニー数が安定しなかった。剪定枝を用いたRUN Ｃは優占化までの期間は長いものの、最終的にコロニー数は１０８個/ｇ以上存在し、廃菌床を用いたRUN Ａを上回る結果となった。RUN Ｄは終始カビが蔓延しており、コロニー数の増加も確認できなかった。表３の優占化欄の△は雑菌が多くバチルス菌の優占化率が５０％以下の状態、○はバチルス菌が全体の菌の５０％〜９０％程度存在している状態、◎は雑菌がほとんど見られずにバチルス菌が９０％以上優占化している状態を示している。また、カビ欄の++はカビが５０％以上、+は１０％〜５０％、-は１０％以下でほとんど確認されない状態を示している。
【００４４】
以上の事実より、剪定枝は発酵温度が上昇せず、緩やかに発酵が進むため、線虫を死滅させない程度の温度上昇に抑える点で効果的である。そして、RUN ＣとRUN Ｄの結果を比較し、上水汚泥を使用することが好ましいことが判明した。これは上水汚泥にはシリカが多く含まれているが、これはバチルス菌が芽胞を形成する際に必要な栄養素であるため、上水汚泥を含まないRUN Ｄはバチルス菌が増加しても減少する可能性が高く、増加も減少もしなかったと推察される。
【００４５】
そして図６はRUN Ａ〜RUN Ｄが擁する線虫の数を示した図である。RUN ＣはRUN Ｄほどではないが一定してRUN ＡやRUN Ｂよりも多い線虫が見出されている。なお、線虫はカビや細菌を捕食するため、それらが減少すると、線虫も減少することがわかる。
【００４６】
以上より、汚泥として上水汚泥を用いることが効果的であるとともに、セルロースとして、剪定枝を用いることが効果的であることが判明した。これらを混合して中低温で発酵させることにより、土壌改良資材を製造すると、該混合物中にバチルス菌が１０６〜１０８個／１ｇ存在するとともに自活性線虫が５千〜１２万匹／１０ｇ存在するようになる。
【００４７】
この土壌改良資材をそのまま用いて農作物を栽培しても構わないが、土壌改良資材を１０〜９０重量部と土壌を１０〜９０重量部混合することによって、生態系が崩れた土壌を健全な状態へ復元することができる。土壌を改良した後、農作物を栽培すれば、同様の効果が表れる。そして作物の生育上、栄養の豊富な土壌で栽培を可能にせしめる。
【実施例１】
【００４８】
セルロースとして剪定枝と廃菌床を混合する場合の比率について、剪定枝を１〜９：剪定枝１〜９の重量比で混合することができる。配合比に幅があるのは、用いる剪定枝の種類によって発酵温度に差があるためである。枝の部分は分解が進みにくく、発酵温度は低いが、葉の部分は分解しやすいので、枝の部分よりも分解は進みやすい。したがって、用いる種に応じて分量を適宜変更するのが好ましいのである。このとき、重量比にして汚泥はセルロース６〜８に対して２〜４用いることが好ましい。
【００４９】
尚、汚泥をセルロースと混合して発酵する際に、汚泥を段階的に投入させることができる。このように順次汚泥をセルロースに加えることによって、バチルス菌や線虫を効果的に培養せしめることができる。この方法の場合、段階的に投入せずに１段階で混合・発酵させる場合よりも、セルロースに比して汚泥の割合を多くすることができ、例えば汚泥（先投入）５（後投入）５：剪定枝０．６：廃菌床３の割合でも可能であり、この場合は汚泥５：セルロース１．８〜３という重量比で配合することが可能となる。このような配合比で土壌改良資材が提供できれば、より安く製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】汚泥及びセルロースの種類に応じた発酵温度の変化を示す図
【図２】剪定枝と廃菌床の混合物を発酵させた場合の温度変化を示す図
【図３】剪定枝と廃菌床の混合物を発酵する際のバチルス菌の数の変化
【図４】剪定枝と廃菌床の混合物を発酵する際のバチルス菌の優占化率の変化
【図５】剪定枝と廃菌床の混合物を発酵する際の線虫の数の変化
【図６】汚泥及びセルロースの種類に応じた線虫の数の相違を示した図
【図７】バチルス菌種とコロニー形状
【要約】
【課題】
生態系が崩れた土壌に、本来の土壌生態系を回復するため、バチルス菌を用いて自活性線虫の増殖を促すための土壌改良資材を提供する。
【解決手段】
バチルス菌及びシリカ質を含む汚泥と、自活性線虫が生息するとともに少なくとも窒素、リン、カリウムのいずれかの栄養素を含むセルロースと、を混合して２０℃〜４５℃で発酵させることによりバチルス菌を優占化するとともに自活性線虫の増殖を促したことを特徴とする土壌改良資材の製造方法を提供し、併せて当該混合物中にバチルス菌が１０６〜１０８個／１ｇ存在するとともに自活性線虫が５千〜１２万匹／１０ｇ存在することを特徴とする土壌改良資材を提供することによって、前記課題を解決する。
【選択図】図５【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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