研究成果   株式会社 環境衛生研究所
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Environmental Health Laboratory
   『自然から学ぶ合理性』
環境衛生研究所は、農業、水処理、建設、リサイクル、エネルギー、医療、暮らし等のさまざまな分野において新しい技術の研究開発に取り組んでいます。

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 ■ 研究成果/環境衛生研究所の論文と実験結果


 特殊団粒土による効果実証栽培試験結果  


          ・効果実証栽培試験報告書官庁提出
          ・東北大学 石田教授/下村教授 監修・執筆『ネイチャー・テクノロジー』掲載


1 テーマ    

土壌に特殊団粒土を使用した場合と使用しない場合、どのような違いがあるのか実際に作物を栽培し、特殊団粒土の持つ効果を実証する。



2 試験期間   

平成23年 6月11日~平成23年11月 1日



3 試験場所   

札幌市 




4 現地土壌   

圃場の土質は粘性が強く、地割れを起こしており作物の栽培には適さない。

                   粘性土圃場       粘性土圃場地割れ
                            粘性が強く地割れを起こしている。




5 特殊団粒土  

今回使用した団粒土は、粗粒15%、細粒15%、合計30%を添加した。 

                   団粒土(粗粒)団粒土(粗粒拡大)    団粒土(細粒)団粒土(細粒拡大)
                       特殊団粒土(粗粒)          特殊団粒土(細粒)



6 土の性質   

土は大きく分類すると、粘性土と砂質土に分けられるが、作物を栽培する畑の土でもどちらかに偏っているのが普通である。作物の栽培において粘性土、砂質土共にそれぞれ良い性質、悪い性質を持っているが、粘性土、砂質土両方の良い性質を持つのが団粒土である。しかし、最良のように見える団粒土にも、壊れやすい(堅牢性に劣る)、入手が困難等の問題がある。この欠点を改良し、使用しやすいように開発されたのが今回使用した特殊団粒土である。

土粒子の形態による一般的な土の性質
粘 性 土 砂 質 土 団 粒 土 特殊団粒土
保 水 性  ×
保 肥 性 ×
浸 透 性 ×
親 水 性 × ×
排 水 性 ×
通 気 性 ×
保 温 性 × ×
堅 牢 性 × × ×
やわらかさ × ×
入 手 性 容 易 容 易 困 難 容 易

  ○ 優れる    × 劣る



7 土壌改良  

今回の試験において、このままの土壌では作物の生育が望めないことから、基本的な土壌改良としてトラクターで耕起し、腐葉土、堆肥を添加した。なしの場合がこの改良した土壌のことで、特殊団粒土とは、この改良した土壌に特殊団粒土を30%添加したものを指す。

                   団粒土土壌改良       土壌改良
                 特殊団粒土(土壌改良+特殊団粒土30%)     な し(土壌改良のみ)



8 栽培作物   

小松菜(3連作)・ピーマン・馬鈴薯・だいこん(2連作)・なす・とまと・ミニとまと・きゅうり      







9 試験で実証された特殊団粒土の特徴



・ 保水性に優れる  -全栽培品目確認-

試験では、特殊団粒土、なし共に同じ量の水を散水した。どちらも水不足による害はみられず、特殊団粒土の方も粘性土と同程度の保水力を持っているのがわかる。                                特殊団粒土    な し                                    団粒土保水性  



・ 保肥性に優れる  -全栽培品目確認- 

試験では、特殊団粒土、なし共に同じ量の堆肥を投入した。どちらも肥料不足による害はみられず、特殊団粒土の方も粘性土と同程度の保肥力を持っていることがわかる。  特殊団粒土   な し
団粒土保肥性




・ 浸透性に優れる  -全栽培品目確認-

写真でもわかるように、特殊団粒土の方は、散水時すぐに地中に水が浸透するのが確認された。一方、なしの方は、表面を水が流れすぐには浸透せず、特に土が乾燥している時に顕著であった。

                       特殊団粒土                 な し
                   団粒土浸透性        粘性土浸透性
                  特殊団粒土の方が水の浸透が速い        なしは水の浸透が遅い




・ 親水性に優れる  -全栽培品目確認-

写真ではうまく表現できないが、特殊団粒土の方は散水時すぐに地中に水が浸透し、散水後の土をみると土に水が均等にいきわたり、土壌に水分のむらがないのがわかる。      特殊団粒土団粒土親水性




・ 排水性に優れる  -馬鈴薯・ミニとまと確認-

馬鈴薯の比較試験では、土壌中の過剰な水分により、いもの腐れが発生した。特殊団粒土の方では、ほとんど発生はしていないが、なしの方では約半分が腐敗していた。このことから、特殊団粒土の排水性が非常に優れていることがわかる。

                    団粒土排水性         粘性土排水性
                  特殊団粒土(いもの腐れはほとんどない)     な し(約半分が腐れる)




・ 保温性に優れる  -小松菜・ピーマン・だいこん・なす・とまと・ミニとまと・きゅうり確認-

種子蒔き後及び作付け後の発芽生育が特殊団粒土では非常に早い。また、根は太く大きく良好に伸張しており、この良好な生育の一因は、保温性に優れるものと予測される。

                   特殊団粒土   な し          特殊団粒土  な し
                    団粒土保温性        団粒土保温性比較
                  特殊団粒土の方が生長が非常に早い       大きな生長の差がみられる



・ 堅牢性に優れる  -特殊団粒土曝露試験確認-

特殊団粒土の曝露試験を行った結果、試験開始時と試験終了時の状態に変化はみられなかった。アメダスデーターから推測すると、試験期間内に20~30回程度乾燥湿潤を繰り返したものと思われる。堅牢性に劣る団粒土の欠点を特殊団粒土は大きく改良しているのがわかる。

                    団粒土堅牢性        団粒土堅牢性結果
                    試験開始時の特殊団粒土          試験終了時の特殊団粒土



・ 通気性・土のやわらかさに優れる  -だいこん確認-

だいこんの比較試験では、なしの方でだいこんの根割れが多く発生し、特殊団粒土の方では根割れを起していない。これは、特殊団粒土の土壌に空隙が多く、通気性が良好で土がやわらかく、他の作物の根の調査でも生長が良好であることがわかる。

                    団粒土通気性        団粒土土のやわらかさ
                     特殊団粒土(根割れなし)              な   し
                                       (ほとんどが根割れをおこす)


                   特殊団粒土   な し          特殊団粒土    な し
                    団粒土なす        団粒土ミニとまと
                  特殊団粒土の方が生長が非常に早い       大きな生長の差がみられる



10 まとめ

今回の試験地のような劣悪な土壌においても、30%程度の特殊団粒土を加えることで効果的に土壌を改良できることが実証された。また、団粒土は壊れやすい(堅牢性に劣る)、入手ができない等から実用に至っていなかったが、堅牢性に優れ、大量に簡単に作ることのできる特殊団粒土の開発により、農業・園芸に大きく貢献できるものと期待される。




 特殊団粒土による塩分減少実験結果

                                    ・NHKワールド放映
                                    ・TVHニュース放映

1 テーマ

塩分を含んだ土壌を特殊団粒土にした場合、降水や散水等により速やかに脱塩することが可能か実証を行う。


2 特殊団粒土

特殊団粒土は、ナノレベルの素材を利用することにより、空隙部分は多いが壊れにくいという特徴を生み出す。例えば、この特殊団粒土を水に入れると特殊団粒土に気泡が無数に付くのが確認でき、空隙が多さがわかる。また、この特殊団粒土は、保水性、保肥性、親水性、浸透性、排水性、通気性、保温性、堅牢性、土のやわらかさという点にも優れていることから農作物等の生長に理想的な土壌環境を造りだせる。



3 脱塩のしくみ


土粒子と塩分が混在する。        塩分を含んだ土
 塩害土壌



粒子の小さいKMKカーボンは、土粒子と電気的に結合する。塩分は特殊団粒土の空隙に存在する。  KMKカーボン・ダンゲン3000を添加して特殊団粒土にする。
 塩分含有団粒土


特殊団粒土の空隙部分を水が通ることにより塩分は速やかに排出される。                      

                
    団粒土 粒子          
   特殊団粒土の中を水が通過
 塩分排除団粒土

                


4 実験結果

試料1 含塩土壌(塩分濃度0.6%)
試料2 石灰改良(塩分濃度0.6%の土壌を石灰で改良)
試料3 特殊団粒土改良(塩分濃度0.6%の土壌を特殊団粒土にして、含塩土壌に30%添加混合)

・試験容器 径15㎝、深さ13㎝ プラスチック鉢
・上記試料を試験容器に詰め水1ℓを5回散布
*試料1は水が浸透しないので1回目500cc程度のみ

試料通過後の水の塩分濃度
  含塩土壌
試料通過後水の塩分濃度
石灰改良
試料通過後水の塩分濃度
特殊団粒土改良土30%添加
試料通過後水の塩分濃度
1回目 測定不可 0.0% 0.2%
2回目 0.0% 0.2%
3回目 0.0% 0.1%
4回目 0.0% 0.0%
5回目 0.0% 0.0%

水通過後の試料の塩分濃度
試   料
 
塩 分 濃 度
試験前(%)
 塩 分 濃 度
試験後(%)
 備         考
試  料1
含塩土壌 
0.6 0.6 水が通過しないので変化なし(塩分濃度は下がらない)
試  料2
石灰改良 
0.6 0.6 水が通過しても変化なし
(塩分濃度は下がらない) 
試  料3
特殊団粒土改良土30%添加 
0.6 0.1 0.6%から0.1%に大きく減少 


・試験の結果、特殊団粒土は速やかに大きく塩分濃度を下げる効果を持っていることが実証された。



5 農作物栽培での効果

耕起して水を散水し作付けの場合   耕起後団粒土化し散水を行い作付けの場合
 団粒土塩害作物  団粒土塩分排除土壌作物
・耕起層は団粒化しておらず塩分が抜けにくい。

・耕起層の塩分が毛細管現象によりゆっくりと上昇する。 
・団粒土は水はけが非常に良く、KMKカーボンはさらに塩分を分離させる力が大きいので、団粒土層の塩分は耕起層へ排除することができる。

・団粒土は空隙が多いので毛細管現象による塩分の上昇が起こりにくい。

・作物の根は15㎝程度の深さであるので塩害を受けない。 



6 特殊団粒土による塩害対策手順
 (重金属不溶化対策、放射能低減不溶化対策もほぼ同じ)

塩分を含んだ畑土(耕起前) 塩害土 
塩分を含んだ畑土を25㎝程度深耕起する。  塩害土耕起
③  15㎝程度さらに耕起し細粒土にする。(低速走行高速回転耕運)   塩害土細耕起
脱塩を促進させるためKMKカーボン水を散布する。(KMKカーボン液10倍水溶液を1ℓ/㎡散布)   塩害土KMKカーボン散布
⑤  ダンゲン3000を散布する。(250g/㎡程度)  塩害土ダンゲン3000散布
⑥  ダンゲン3000と土を深さ5㎝程度低速走行高速回転耕運する。(次の作業は3分以上おいてからする。) 

*土が乾燥している場合は散水して再度低速走行高速回転耕運する。 
 団粒土耕起製造
再度深さ15㎝程度耕し団粒土と土を混合させる。(中速走行高速回転耕運)  団粒土混合攪拌耕起
散水及び自然降雨で水を浸透させる。(塩分濃度を測定し低下したことを確認する。)  団粒土降雨降水塩分排除
脱塩した畑に作物を植える。   団粒土脱塩土壌作物生育





7 宮城県仙台市若林区での実証試験


仙台市若林区塩害土壌 仙台市若林区塩害土壌耕起 仙台市若林区カーボン・ダンゲン散布 仙台市若林区団粒土耕起製造
① 塩害を受けた土壌 ② トラクターで耕起  ③ KMKカーボン・ダンゲ
  ン3000を散布 
④ 再度トラクターで耕運し
  特殊団粒土をつくる
仙台市若林区作物生育 仙台市若林区塩害改善 仙台市若林区塩害作物 仙台市若林区塩害土壌生育不良作物
⑤ 順調に生育する作物 ⑥ 生育が良好 ⑦ 無施工区は塩害を受け生
  育不良
⑧ 無施工区は非常に生育が
  悪い

 



 特殊団粒土による悪臭除去及び重金属成分封じ込め論文

   技術認証[論文]『悪臭を除去及び重金属成分を封じ込めて減衰する無害化安定効果』

  九州大学大学院 特命教授 農学博士 金澤 晋二郎氏

  団粒土技術認証論文
東京大学助手・講師、鹿児島大学助教授を経て九州大学大学院(農) 教授となり現在に至る。
第13回国際土壌科学会(西ドイツ)土壌生物部門最優秀賞受賞

本研究の目的は、臭気及び重金属の封じ込め効果を解明することに設定した。そのため、腐敗を直ちに引き起こし、臭気成分と重金属含有量が多い下水汚泥及び臭気成分が多い鶏糞を選び、それらの成分の封じ込め効果の解明を行った。




 Topics

2012年01月 ■  『特殊団粒土による効果実証栽培試験』試験結果発表
   
2011年08月 東北大学 石田教授/下村教授 監修・執筆 『ネイチャー・テクノロジー』へ特殊団粒土掲載 
     
2011年08月  NHKワールド放映『Green Style Japan』(特殊団粒土による脱塩効果)
     
2011年07月 福島県郡山市内小学校グランド放射能低減試験
     
2011年06月 福島県福島市農地放射能低減試験
     
2011年05月 TVH(テレビ東京系)道新ニュース『特殊培土を被災地の塩害対策に』テレビ放映
     
2011年05月 宮城県仙台市若林区『特殊団粒土による脱塩実証試験』
     
2010年11月  『九州大学大学院 特命教授農学博士 金澤 晋二郎氏』による実証実験重金属等(ストロンチウム含む)の封じ込め実証実験結果論文発表
     
2005年03月  核燃料サイクル開発機構に鉱さい残さと抑制剤を用いての放射線量低減試験結果を提出


Q ストロンチウムとは?


A 放射性ストロンチウム(Storontium 原子番号38/元素記号Sr)は、ウランが核分裂する時にできる代表的な放射性物質で、同位体としてセシウム(Caesium 原子番号55/元素記号Cs)などがある。





 特殊団粒土を作るための基本材料

  KMKカーボン/ダンゲン3000

                   KMKカーボン(イオン化材)      ダンゲン3000(団粒化材)
                   KMKカーボン(イオン化材)        ダンゲン3000(団粒化材)
                   植物抽出物(ナノレベル粒子)        天然資材及び植物抽出物



 特殊団粒土現場製造方法

・トラクターによる方法(特殊団粒土による塩害対策手順、宮城県仙台市若林区での再現参照

・特殊団粒土製造機械による方法(現場移動式プラント)

     団粒土製造図


 特殊団粒土製造機械

                      移動式団粒機(1軸式)         移動式団粒機(2軸式)
                     バッチ容量30ℓ~70ℓ       バッチ容量0.06㎥~6㎥
                   団粒土製造機1軸      団粒土製造機2軸
                    農業・園芸・家庭菜園向き     有機物・重金属・放射能不溶化向き




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