(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌改良材の製造方法であって、
少なくともバーク材と微生物とケイ素含有材料とを含む土壌改良材用原料に対して、光エネルギーを付与できる環境下で酸素を含む気体を供給し、前記土壌改良材用原料中の前記微生物を活性化させ、前記バーク材を発酵させると共にその発酵熱により炭化させる、土壌改良材の製造方法。
【請求項２】
前記土壌改良材用原料に対して、前記土壌改良材用原料内を通過するように、酸素を含む気体を供給する、請求項１に記載の土壌改良材の製造方法。
【請求項３】
前記土壌改良材用原料に対して、イオン化した酸素を含む第１の気体を供給する第１の工程と、前記土壌改良材用原料に対して、酸素を含み、前記第１の気体とは異なる第２の気体を供給する第２の工程と、を含む、請求項１又は２に記載の土壌改良材の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程では、前記土壌改良材用原料に対して、前記第１の気体を第１の期間供給し、前記第２の工程では、前記土壌改良材用原料に対して、前記第２の気体を前記第１の期間よりも長い第２の期間供給する、請求項３に記載の土壌改良材の製造方法。
【請求項５】
前記ケイ素含有材料は、珪石及び珪砂のうち少なくとも一方を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の土壌改良材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌改良材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、植物の生育のための農業用の肥料や土壌改良材が知られている。植物は、土壌から栄養分を吸収して生育する。そのため、肥料や土壌改良材には、植物の生育に必要な成分である「必須元素」が含まれている。また、肥料や土壌改良材には、「必須元素」の他に、植物の生育を助ける成分である「有用元素」が含まれている。
【０００３】
この「有用元素」のうち、「ケイ素（Ｓｉ）」は、イネ科の植物の生育に非常に有効であることが知られている。また、近年、「ケイ素」は、イネ科の植物だけではなく、それ以外の植物の生育にも効果があると考えられている。農業用の土壌改良材として、「ケイ素」を含有する各種土壌改良材が開示されている（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２００１−１８１０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の「ケイ素」を含有する肥料や土壌改良材は、単に無機物であるケイ素含有材料を添加しているだけである。そのため、植物がこのような肥料や土壌改良材を施用した土壌から有用元素である「ケイ素」を吸収することが容易ではなく、植物の生育に対して十分に効果があるとは言えなかった。
【０００６】
本発明は、製造工程が簡素かつ容易であり、植物の生育に対して非常に有効な土壌改良材の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様である土壌改良材の製造方法は、少なくともバーク材と微生物とケイ素含有材料とを含む土壌改良材用原料に対して、光エネルギーを付与できる環境下で酸素を含む気体を供給し、土壌改良材用原料中の微生物を活性化させ、バーク材を発酵させると共にその発酵熱により炭化させる。
【０００８】
上記土壌改良材の製造方法によれば、土壌改良材用原料に対して、光エネルギー及び酸素を含む気体を供給することにより、土壌改良材用原料中の微生物を十分に活性化させることができる。そのため、活性化した微生物によってバーク材を発酵させ、その発酵熱（微生物の発熱）によって十分に炭化させることができる。
【０００９】
これにより、得られる土壌改良材は、植物の生育に対して非常に有効なものとなる。この理由としては、予め土壌改良材用原料に含まれている「ケイ素」やその「ケイ素」を含む土壌改良材用原料を用いた土壌改良材の製造過程において炭化した有機物等の作用により、植物が土壌改良材を施用した土壌から「ケイ素」を吸収しやすくなり、植物の生育を効果的に助けるものと考えられる。
【００１０】
また、上記土壌改良材の製造方法は、上述したように、土壌改良材用原料に対して、光エネルギー及び酸素を含む気体を供給することにより、微生物を活性化させる。そして、活性化した微生物によってバーク材を発酵させ、その発酵の際に生じる発酵熱（微生物の発熱）を利用してバーク材を炭化させる。そのため、製造工程が非常に簡素かつ容易である。また、微生物の活性化やバーク材の発酵及び炭化のための加熱装置等を必要とせず、製造のためのエネルギーやコストを低減することができる。
【００１１】
上記土壌改良材の製造方法において、土壌改良材用原料に対して、土壌改良材用原料内を通過するように、酸素を含む気体を供給してもよい。この場合には、土壌改良材用原料中の微生物をより十分に活性化させ、バーク材の発酵や発酵熱による炭化を促進させることができる。
【００１２】
また、土壌改良材用原料に対して、イオン化した酸素を含む第１の気体を供給する第１の工程と、土壌改良材用原料に対して、酸素を含み、第１の気体とは異なる第２の気体を供給する第２の工程と、を含んでもよい。この場合には、第１の工程において、イオン化した酸素を含む第１の気体を供給することで電子の不安定状態を作り、土壌改良材用原料の微振動によって微生物の活性温度まで加熱することができる。これにより、土壌改良材用原料中の微生物を迅速に活性化させることができる。また、第２の工程において、活性化した微生物によってバーク材を発酵させ、その発酵熱によってバーク材を炭化させることができる。また、バーク材の発酵及び炭化の均一化を図り、乾燥も行うことができる。
【００１３】
また、第１の工程では、土壌改良材用原料に対して、第１の気体を第１の期間供給し、第２の工程では、土壌改良材用原料に対して、第２の気体を第１の期間よりも長い第２の期間供給してもよい。この場合には、第１の工程において、土壌改良材用原料中の微生物を迅速に活性化させ、第２の工程において、活性化した微生物によってバーク材を十分に発酵させ、その発酵熱によってバーク材を十分に炭化させることができる。
【００１４】
また、ケイ素含有材料は、珪石及び珪砂のうち少なくとも一方を含んでもよい。この場合には、ケイ素（Ｓｉ）を十分に含有し、植物の育成に対して非常に有効な土壌改良材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】土壌改良材の製造装置の概略を示す説明図である。
【図２】土壌改良材の製造方法における第１の工程を示す説明図である。
【図３】土壌改良材の製造方法における第２の工程を示す説明図である。
【図４】土壌改良材の製造方法における第３の工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、製造装置１は、土壌改良材を製造するための装置である。土壌改良材は、土壌に施用することにより、土の状態を良くし、植物の生育に適した環境を整える材料である。
【００１７】
製造装置１は、土壌改良材を製造するプラント２を備えている。プラント２は、底部２１と、側壁部２２と、屋根部２３とを備えている。プラント２内には、底部２１と側壁部２２と屋根部２３とにより囲まれた内部空間２４が形成されている。
【００１８】
屋根部２３は、プラント２内に太陽光を取り込めるように、太陽光を透過可能な材料で構成されている。また、側壁部２２も、プラント２内に太陽光を取り込めるように、少なくとも一部が太陽光を透過可能な材料で構成されている。
【００１９】
また、側壁部２２の上部には、プラント２内を換気するための換気ファン２５及び換気口２６が設けられている。換気ファン２５を作動させて回すことにより、プラント２内の空気を外部に排出すると共に、換気口２６からプラント２内に新しい空気を導入することができる。
【００２０】
プラント２の外部には、第１給気ブロワー３１が設けられている。第１給気ブロワー３１は、外部から空気を取り込んでプラント２内に供給するための送風機である。第１給気ブロワー３１とプラント２との間には、第１給気ブロワー３１からプラント２内に供給する空気を流通させる第１供給管４１が設けられている。
【００２１】
第１供給管４１の一端側は、第１給気ブロワー３１に接続されている。第１供給管４１の他端側は、プラント２の底部２１に接続されている。プラント２の底部２１において、第１供給管４１の他端側に設けられた複数の供給口４１１が開口している。第１供給管４１の途中には、第１供給管４１を流通する空気中の酸素をイオン化するためのイオン発生装置５が設けられている。イオン発生装置５としては、従来公知のイオン発生装置を用いることができる。
【００２２】
また、プラント２の外部には、第２給気ブロワー３２が設けられている。第２給気ブロワー３２は、外部から空気を取り込んでプラント２内に供給するための送風機である。第２給気ブロワー３２とプラント２との間には、第２給気ブロワー３２からプラント２内に供給する空気を流通させる第２供給管４２が設けられている。
【００２３】
第２供給管４２の一端側は、第２給気ブロワー３２に接続されている。第２供給管４２の他端側は、プラント２の内部空間２４に接続されている。プラント２の内部空間２４に設けられた給排気部２７内には、第２供給管４２の他端側に設けられた供給口４２１が開口している。
【００２４】
また、プラント２には、プラント２内から外部に排出する空気を流通させる排出管４３が設けられている。排出管４３の一端側は、外部に開口している。排出管４３の他端側は、プラント２の内部空間２４に接続されている。プラント２の内部空間２４に設けられた給排気部２７内には、排出管４３の他端側に設けられた排出口４３１が開口している。
【００２５】
次に、本実施形態の土壌改良材の製造方法について説明する。
まず、バーク材と微生物群とを混ぜ合わせ、中間混合物を得る。中間混合物におけるバーク材と微生物群との混合比は、質量比で２：１とした。その後、中間混合物を約４週間放置して寝かせる。
【００２６】
バーク材は、樹皮（バーク）により構成されている材料である。具体的には、樹皮を粉砕して作成した材料である。バーク材は、一緒に混ぜ合わせる微生物を増殖させるのに好適な材料である。
【００２７】
微生物群は、好光性及び好熱性の双方を備えている微生物を含んでいる。好光性及び好熱性の微生物としては、例えば、光合成細菌のうち好熱性を備えている微生物を用いることができる。また、微生物群は、少なくとも、好気性を備えている微生物を含んでいる。
【００２８】
次に、中間混合物とミネラル成分材料とケイ素含有材料とを混ぜ合わせ、土壌改良材用原料を得る。土壌改良材用原料における中間混合物とミネラル成分材料とケイ素含有材料との混合比は、質量比で４：１：１とした。また、土壌改良材用原料の水分量は、７０質量％以下（好ましくは４５〜６５質量％）とした。
【００２９】
ミネラル成分材料は、植物の生育のための栄養素となるミネラル成分を含む材料である。ミネラル成分としては、カルシウム（石灰）、マグネシウム（苦土）、鉄等が挙げられる。本実施形態では、ミネラル成分材料として、マグネシウム、カルシウム、鉄等のミネラル成分が含まれる穀物、土等を用いた。
【００３０】
ケイ素含有材料は、植物の生育を助ける成分である有用元素の１つである「ケイ素」を含有する材料である。本実施形態では、ケイ素含有材料として珪石を用いた。珪石は、ケイ酸（ＳｉＯ２）を主成分とする石英片岩である。
【００３１】
次に、図２に示すように、土壌改良材用原料６を製造装置１のプラント２内（内部空間２４）に入れる。土壌改良材用原料６は、その一部がプラント２の給排気部２７内に入り込む高さまで積み上げる。土壌改良材用原料６の積み上げ高さは、約２．５〜４ｍとした。
【００３２】
プラント２内には、側壁部２２及び屋根部２３を介して、太陽光が取り込まれる。そのため、プラント２内の土壌改良材用原料６に対して、具体的には土壌改良材用原料６中の微生物に対して、太陽光による光エネルギーが付与される環境となっている。
【００３３】
次に、第１給気ブロワー３１を作動させる。第１給気ブロワー３１の作動により、外部から第１給気ブロワー３１に取り込んだ空気Ａ１が第１供給管４１を介してプラント２内に供給される。
【００３４】
このとき、第１供給管４１内を流通する空気Ａ１が第１供給管４１の途中に設けられたイオン発生装置５を通過することにより、空気Ａ１中の酸素をイオン化させる。よって、イオン化した酸素（酸素イオン：Ｏ２−）を含む空気Ａ１（第１の気体）がプラント２内に供給される。
【００３５】
具体的には、プラント２の底部２１に配置された第１供給管４１の供給口４１１からプラント２内に供給された空気Ａ１は、土壌改良材用原料６内を下から上に向かって通過する。すなわち、土壌改良材用原料６に対して、土壌改良材用原料６内を通過するように、空気Ａ１を供給する。
【００３６】
土壌改良材用原料６に対して、イオン化した酸素を含む空気Ａ１を供給することにより、電子の不安定状態を作り、土壌改良材用原料６の微振動によって微生物の活性温度まで迅速に加熱する。ここでは、土壌改良材用原料６を４０〜１００℃（好ましくは５０〜７０℃）に加熱した。これにより、土壌改良材用原料６中の微生物を迅速に活性化させる。
【００３７】
本実施形態では、第１給気ブロワー３１を作動させる期間を約１週間とした。すなわち、土壌改良材用原料６に対して、イオン化した酸素を含む空気Ａ１を供給する工程（第１の工程）を約１週間継続して行う。その後、第１給気ブロワー３１を停止する。
【００３８】
次に、図３に示すように、第２給気ブロワー３２を作動させる。第２給気ブロワー３２の作動により、外部から第２給気ブロワー３２に取り込んだ、酸素を含む空気Ａ２（第２気体）が第２供給管４２を介してプラント２内に供給される。なお、酸素を含む空気Ａ２は、通常の空気である。
【００３９】
また、第２給気ブロワー３２の作動により、外部から第２給気ブロワー３２に取り込んだ空気Ａ２が第２供給管４２を介してプラント２内に供給されると共に、プラント２内に供給される空気Ａ２の流れを利用して、プラント２内の空気が排出管４３を介して外部に排出される。
【００４０】
具体的には、プラント２の給排気部２７内に配置された第２供給管４２の供給口４２１からプラント２内に供給された空気Ａ２は、土壌改良材用原料６内を上から下へ、また下から上へと循環するように通過する。すなわち、土壌改良材用原料６に対して、土壌改良材用原料６内を循環して通過するように、空気Ａ２を供給する。
【００４１】
そして、土壌改良材用原料６内を循環するように通過した空気等を含むプラント２内の空気は、プラント２の給排気部２７内に配置された排出管４３の排出口４３１から排出される。プラント２内から排出された空気Ａ３は、排出管４３を介して外部に排出される。
【００４２】
土壌改良材用原料６に対して、酸素を含む空気Ａ２を供給することにより、微生物を活性化した状態で、かつ、土壌改良材用原料６を４０〜１００℃（好ましくは５０〜７０℃）に維持した状態で、微生物によってバーク材を分解し、発酵させる。そして、バーク材を発酵させる際に生じる発酵熱（微生物の発熱）を利用して、バーク材を炭化させる。また、バーク材の発酵及び炭化を均一化させ、乾燥も行う。
【００４３】
本実施形態では、第２給気ブロワー３２を作動させる期間を約１か月間とした。すなわち、土壌改良材用原料６に対して、酸素を含む空気Ａ２を供給する工程（第２の工程）を約１か月間継続して行う。その後、第２給気ブロワー３２を停止する。
【００４４】
次に、図４に示すように、プラント２の換気ファン２５を作動させる。換気ファン２５を回すことにより、プラント２内の余分な水分を空気Ａ４と共に外部に排出すると共に、換気口２６からプラント２内に新しい空気Ａ５を導入する。このように、プラント２内の換気を行うことにより、プラント２内の余分な水分、特に土壌改良材用原料６に含まれる水分を放出し、土壌改良材用原料６をさらに乾燥させる。
【００４５】
本実施形態では、土壌改良材用原料６を乾燥させる工程（第３の工程）を、土壌改良材用原料６が所望の水分量となるまで行う。なお、第２の工程終了後に、土壌改良材用原料６が所望の水分量となっていれば、第３の工程を行う必要はない。その後、換気ファン２５を停止する。以上により、土壌改良材を得る。
【００４６】
本実施形態で得られた土壌改良材には、窒素、リン酸、カリウム（加里）の三要素のほか、カルシウム（石灰）、マグネシウム（苦土）、鉄等の微量要素が含まれている。また、土壌改良材にはケイ素（Ｓｉ）が含まれており、土壌改良材におけるケイ素の含有量は３０質量％前後であった。また、土壌改良材の水分量は１０質量％以下であった。
【００４７】
また、本実施形態の土壌改良材を施用した土壌で植物（例えば、きゅうり、トマト、白菜、キャベツ、ブロッコリー、かぼちゃ、落花生、なす、ピーマン、すいか等）を生育したところ、従来の土壌改良材（特にケイ素を含有した土壌改良材）を施用した土壌で植物を生育した場合と比べて、植物の生育（伸長）スピードが速く、植物の根、茎、葉等の生育具合も良いことが確認できた。
【００４８】
次に、本実施形態の土壌改良材の製造方法における作用効果について説明する。
本実施形態の土壌改良材の製造方法によれば、土壌改良材用原料６に対して、光エネルギー（太陽光）及び酸素を含む気体（空気Ａ１、空気Ａ２）を供給することにより、土壌改良材用原料６中の微生物を十分に活性化させることができる。そのため、活性化した微生物によってバーク材を発酵させ、その発酵熱（微生物の発熱）によって十分に炭化させることができる。
【００４９】
これにより、得られる土壌改良材は、植物の生育に対して非常に有効なものとなる。この理由としては、予め土壌改良材用原料６に含まれている「ケイ素」やその「ケイ素」を含む土壌改良材用原料６を用いた土壌改良材の製造過程において炭化した有機物等の作用により、植物が土壌改良材を施用した土壌から「ケイ素」を吸収しやすくなり、植物の生育を効果的に助けるものと考えられる。
【００５０】
また、上記土壌改良材の製造方法は、上述したように、土壌改良材用原料６に対して、光エネルギー（太陽光）及び酸素を含む気体（空気Ａ１、空気Ａ２）を供給することにより、微生物を活性化させる。そして、活性化した微生物によってバーク材を発酵させ、その発酵の際に生じる発酵熱（微生物の発熱）を利用してバーク材を炭化させる。そのため、製造工程が非常に簡素かつ容易である。また、微生物の活性化やバーク材の炭化のための加熱装置等を必要とせず、製造のためのエネルギーやコストを低減することができる。
【００５１】
また、本実施形態の土壌改良材の製造方法において、土壌改良材用原料６に対して、土壌改良材用原料６内を通過するように、酸素を含む気体（空気Ａ１、空気Ａ２）を供給する。そのため、土壌改良材用原料６中の微生物をより十分に活性化させ、バーク材の発酵や発酵熱による炭化を促進させることができる。
【００５２】
また、土壌改良材用原料６に対して、イオン化した酸素を含む空気Ａ１（第１の気体）を供給する第１の工程と、土壌改良材用原料６に対して、酸素を含み、空気Ａ１とは異なる空気Ａ２（第２の気体）を供給する第２の工程と、を含む。そのため、第１の工程において、イオン化した酸素を含む空気Ａ１（第１の気体）を供給することで電子の不安定状態を作り、土壌改良材用原料６の微振動によって微生物の活性温度まで加熱することができる。これにより、土壌改良材用原料６中の微生物を迅速に活性化させることができる。また、第２の工程において、活性化した微生物によってバーク材を発酵させ、その発酵熱によってバーク材を炭化させることができる。また、バーク材の発酵及び炭化の均一化を図り、乾燥も行うことができる。
【００５３】
また、第１の工程では、土壌改良材用原料６に対して、空気Ａ１（第１の気体）を約１週間（第１の期間）供給し、第２の工程では、土壌改良材用原料６に対して、空気Ａ２（第２の気体）を、空気Ａ１を供給した期間よりも長い約１か月間（第２の期間）供給する。そのため、第１の工程において、土壌改良材用原料６中の微生物を迅速に活性化させ、第２の工程において、活性化した微生物によってバーク材を十分に発酵させ、その発酵熱によってバーク材を十分に炭化させることができる。
【００５４】
また、ケイ素含有材料は、珪石を含む。そのため、ケイ素（Ｓｉ）を十分に含有し、植物の育成に対して非常に有効な土壌改良材が得られる。
【００５５】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００５６】
（１）上記実施形態では、製造装置１を用いて土壌改良材を製造したが、本発明の土壌改良材の製造方法を実現することができれば、他の構成の製造装置等を用いて土壌改良材を製造することもできる。
【００５７】
（２）上記実施形態では、光エネルギーとして太陽光を用いたが、例えば、光エネルギーとして従来公知の照明装置等を用いてもよい。また、光エネルギーとして、例えば、昼間は太陽光を用い、夜間は照明装置等を用いるようにしてもよい。
【００５８】
（３）上記実施形態では、第１の工程において、土壌改良材用原料６に対して、イオン化した酸素を含む空気Ａ１を供給し、第２の工程において、酸素を含む空気Ａ２を供給したが、例えば、第２の工程において、土壌改良材用原料６をより加熱する場合等には、土壌改良材用原料６に対して、酸素を含む空気Ａ２を供給すると共に、イオン化した酸素を含む空気Ａ１を供給してもよい。すなわち、第１の工程を継続して行いながら、第２の工程を行ってもよい。
【００５９】
（４）上記実施形態では、第２の工程において、活性化した微生物によってバーク材を発酵させ、その発酵熱によってバーク材を炭化させる。ここで、土壌改良材用原料６がバーク材以外の有機物を含んでいる場合には、第２の工程において、活性化した微生物によってバーク材を含む有機物を発酵させ、その発酵熱によってバーク材を含む有機物を炭化させることになる。
【００６０】
（５）上記実施形態では、ケイ素含有材料として珪石を用いたが、珪石の代わりに珪砂を用いてもよいし、珪石及び珪砂の両方を用いてもよい。珪砂は、ケイ素含有材料であり、ケイ酸（ＳｉＯ２）を主成分とする石英の砂である。また、ケイ素含有材料としては、その他のケイ素を含有する各種材料、例えば籾殻、貝殻等を用いることができる。ケイ素含有材料に有機物が含まれる場合には、第２の工程において、ケイ素含有材料に含まれる有機物の発酵や炭化が行われる。
【００６１】
（６）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【符号の説明】
【００６２】
１…製造装置、２…プラント、５…イオン発生装置、６…土壌改良材用原料、３１…第１給気ブロワー、３２…第２給気ブロワー、４１…第１供給管、４２…第２供給管、４３…排出管
【要約】
【課題】製造工程が簡素かつ容易であり、植物の生育に対して非常に有効な土壌改良材の製造方法を提供すること。
【解決手段】土壌改良材の製造方法は、少なくともバーク材と微生物とケイ素含有材料とを含む土壌改良材用原料６に対して、太陽光を付与できる環境下で酸素を含む気体Ａ１、Ａ２を供給し、土壌改良材用原料６中の微生物を活性化させ、バーク材を発酵させると共にその発酵熱により炭化させる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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