JP2006271242A - 農業用バルクシートの製造方法、農業用バルクシートならびに農業用土質改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
マルチシート機能を行え、同時に、使用後のシートをそのまま土中に鋤き込んで作業効率を向上させ、加えて天然植物由来の十分な量のミネラル分を土壌に補給して作物育成に適した土壌を保持することのできる農業用バルクシートの製造方法を提供する。
【解決手段】
植物性自然素材廃材をチップ化する工程と、植物性自然素材廃材チップを高圧加熱する工程と、加熱高圧状態から圧力を開放して植物性自然素材廃材チップを爆砕し細片状繊維体を得る工程と、爆砕された細片状繊維体を機械的に破砕させて微細片化繊維体を得る工程と、生分解性粘着材を介して微細片化繊維体を絡ませて結合させ多数の空隙を有する厚板状のシートを形成する工程と、を含む。網目状に絡む繊維で多数の空隙を有する厚板状シートで構成するから、マルチシート機能に加えて施肥機能を有し、作業効率向上を図れる。
【選択図】図５

Description

本発明は植物育成土の表面に被覆される農業用バルクシートの製造方法、農業用バルクシートならびに農業用土質改良方法に関する。

畑などの植物の栽培土の地表面温度上昇の抑制、雑草防除、地中の養分の雨による流出等を防止するための農業用フィルムが知られており、例えば苗の段階の植物を植えつけた畝である植物栽培土の表面にこの農業用フィルムを被着させて用いられる。従来、この農業用フィルムは、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂プラスチックシートが用いられている。これらのフィルムは苗の定植から作物の収穫までの施工後約１年で使用済みとして回収され、一部はリサイクルされるが、大部分は土壌の付着等の問題から廃棄物として野焼きや焼却炉等で焼却される。そして、その際、排煙や排気中にダイオキシン等の有害ガスが発生し、環境汚染を生じさせて公害問題を引き起こしている。また、耕運機等の機械耕運を伴う自動収穫機を使用する場合には農業用フィルムを土壌内に鋤き込んでしまうこととなり、この土壌内から細片化したフィルムを逐一除去する作業が煩雑で時間がかかり作業全体を非効率的なものとしていた。これに対し、この農業用フィルムを生分解性プラスチックを用いて製造する方法が提案されているが、製造コストが極めて高く一般には普及していないのが実情である。一方、収量増加のために行われる輪作により地中の有用ミネラル成分が作物や雨により地中から持ち出され、その補給源がなく、地力が低下して農業生産高を低下させる要因となっている。あるいは、これを外部から補給するために土質改善剤等が必要となり農業生産コストを高くしていた。これに対し、近時、特許文献１のように紙材を原料とするスラリーに、多孔性物質を含有したマルチシート構成用資材が提案されている。
特開２００５−１２０号公報

上記の特許文献１のマルチシートは、例えば水を入れた容器に新聞古紙を入れ、そのまま数時間浸漬し、その後、ミキサーによって攪拌・解繊してスラリー化する。そして、そのスラリー化液に細かく粉砕した木炭を混入し、さらに攪拌してスラリー内に木炭を均等に分散させる。そして、さらに攪拌後、水を加えて所定濃度となるように希釈しこれを資材とし、地表に散布するものである。これによって、マルチシート自体を分解可能とし、さらに土壌改良機能をもたせようとするものである。しかしながら、このマルチシート構成用資材では、もともとの新聞自体が染料の定着、堅牢度向上、抄紙フェルトの汚染防止等のための染料定着剤としての薬剤が用いられ、また、他の紙類についても水濡れ時の強度保持のための湿潤紙力増強剤、紙の乾燥後の支持体からの剥離のためのドライヤー剥離剤などで、化学有機溶剤が用いられ、これらを含む古紙を土壌中に鋤き込むことには問題がある。また、古紙を含むスラリー状液を地表に散布する場合には、雨などで早期に流出してしまい、地表面温度上昇の抑制、雑草防除、地中の養分の雨による流出防止等の本来のマルチシートとしての機能を果たすことができないという課題があった。さらには、地力低下に対して有効に機能しうると考えられるミネラル分の補給、空気層の形成による土質改善機能を行えるようなマルチシートがなく、その出現が待たれていた。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その１つの目的は地表面温度上昇抑制、雑草防除、雨のたたきつけによる地中養分の流出等を行え、同時に、使用後のシートをそのまま土中に鋤き込んでシートの剥ぎ取り作業、土壌からの選別作業等を不要とし、加えて天然植物由来の十分な量のミネラル分を土壌に補給して作物育成に適した土壌を保持することのできる農業用バルクシートの製造方法、農業用バルクシートならびに農業用土質改良方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、植物性自然素材廃材をチップ化する工程（Ｓ１）と、植物性自然素材廃材チップを高圧加熱する工程（Ｓ２）と、高圧加熱状態から圧力を開放して植物性自然素材廃材チップを爆砕し細片状繊維体を得る工程（Ｓ３）と、爆砕された細片状繊維体を機械的に破砕させて微細片化繊維体を得る工程（Ｓ４）と、生分解性粘着材を介して微細片化繊維体を絡ませて結合させ多数の空隙を有する厚板状のシートを形成する工程（Ｓ５）と、を含むことを特徴とする農業用バルクシートの製造方法から構成される。

その際、爆砕された細片状繊維体を機械的に破砕させた後の微細片化繊維体が直径０．１ｍｍ〜１ｍｍで、長さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであるとよい。また、シートの厚さが１ｍｍ〜３ｍｍであるとなおよい。

さらに、シートに肥料成分を被着させると、シートの網目構造により担持性が高く、施肥効果も高い。

また、本発明は、上記の方法により製造された農業用バルクシートから構成される。

さらに、本発明は、上記の農業用バルクシートを植物の根の地表部分に敷きこんで遮光を含むマルチング機能を行わせるようにした農業用土質改良方法から構成される。

本発明の農業用バルクシートの製造方法は、植物性自然素材廃材をチップ化する工程と、植物性自然素材廃材チップを高圧加熱する工程と、高圧加熱状態から圧力を開放して植物性自然素材廃材チップを爆砕し細片状繊維体を得る工程と、爆砕された細片状繊維体を機械的に破砕させて微細片化繊維体を得る工程と、生分解性粘着材を介して微細片化繊維体を絡ませて結合させ多数の空隙を有する厚板状のシートを形成する工程と、を含む構成であるから、地表面温度上昇抑制、雑草防除、雨のたたきつけによる地中養分の流出等を行え、同時に、使用後のシートをそのまま土中に鋤き込んでシートの剥ぎ取り作業、土壌からの選別作業等を不要とし、加えて天然植物由来の十分な量のミネラル分を土壌に補給して作物育成に適した土壌を保持することができる。また、これによって、土中に十分な空気を保持しうるので、微生物作用を介した土質改善も行える。さらには、植物廃材を利用して資源の有効利用を実現し得る。また、低コストでの製造も十分可能である。

また、爆砕された細片状繊維体を機械的に破砕させた後の微細片化繊維体が直径０．１ｍｍ〜１ｍｍで、長さが０．１ｍｍ〜３ｍｍである構成とすることにより、シート化したときの多数の空隙を有する網目状の構造体を形成しやすくなる。

また、シートの厚さが１ｍｍ〜３ｍｍである構成とすることにより、遮光性、雑草防除、雨水の地表面の叩き作用を防止できるとともに、植物性の自然素材の廃材による十分な量のミネラルあるいは植物栄養成分を土壌に供給することができる。この際、肥料等の担持性能に優れ、施肥効果を特に良好に保持しうる。

また、シートに肥料成分を被着させた構成とすることにより、バルクシート自体の使用済み後の鋤き込みによる養分補給、土質改善効果を有する上にその網目構造により肥料の良好な担持性から十分な量の施肥機能を行なわせることが可能である。

また、上記の農業用バルクシートを植物の根の地表部分に敷きこんで遮光を含むマルチング機能を行わせるようにすることにより、土質改善を確実に行える。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の農業用バルクシートの製造方法の一実施形態を示すフローチャートであり、この実施形態の農業用バルクシートの製造方法は、植物性自然素材廃材のチップ化工程（Ｓ１）と、チップ化された植物性自然素材廃材の高圧加熱工程（Ｓ２）と、高圧加熱後圧力開放による植物性自然素材廃材の繊維状細片化工程（Ｓ３）と、細片化された植物性自然素材廃材をさらに機械的に微細片化する工程（Ｓ４）と、生分解性粘着材を用いてバルクシート化する工程（Ｓ５）と、を含む。

ステップＳ１において、植物性自然素材廃材は、例えば間伐材、建築、土木作業時に排出される廃材、伐採後の街路樹廃材、竹、い草端材、農産物廃棄物その他の植物性自然素材廃材あるいは、その相当素材であり、地中に根を張って養分を吸収しているものほどよく、特にそれらのうちの廃棄物であるから利用性が大きく、再資源化に資する。竹については、炭以外に用途がないようなものについてはバルクシート素材として有効である。これらの植物性自然素材廃材は、回収後、粉砕機等の粉砕手段により破砕されてチップ化される。破砕処理によるチップサイズは、例えば１辺２ｍｍ〜３ｍｍの立方体サイズに収まる程度のサイズとするのが好ましい。特に、木竹質素材の場合には、数百ミクロンの繊維状組織の集合体により形成されているから、上記の程度のサイズに粉砕しておくことにより最終的には繊維長さを２〜３ｍｍ以下にさせ、バルクシート化した場合にマルチシートとしての機能を十分に果たすことができる。

チップ化された植物性自然素材廃材を高温高圧下で高圧加熱する。具体的には、蒸気釜あるいはドラム内に高温高圧蒸気（例えば、温度１００度以上、圧力１０気圧以上程度）を通流させ、この中に上記チップ化された植物性自然素材廃材を投入して所要時間加熱させチップ化素材を熱変性させる。この高圧加熱工程（Ｓ２）により、チップ化された植物性自然素材廃材は繊維が軟質化しほぐれやすくなる。また、完成後のバルクシートを地表に敷き、使用済みとなったときに地中に鋤き込んだ場合の自然分解効率を向上させる。なお、この高圧加熱工程で木酢液が回収でき、消臭剤その他の用途に適用し得る。

ステップＳ２の高圧加熱後その高圧圧力を開放してチップ化した植物性自然素材廃材を爆砕し、繊維状に細片化させる（Ｓ３）。高圧を瞬時に、例えば大気開放することにより高圧から大気圧復帰による瞬時の圧力変動で素材が破壊される。すなわち、この工程で、直径が数百ミクロン程度で長さが２〜３ｍｍ以下の繊維状に構造破壊され、繊維はばらばらに分離される。具体的には、高圧加熱ドラムに爆砕機を連通させておき、高圧過熱後の素材チップを爆砕機に供給した後に、爆砕機において大気開放させる。

次に、爆砕された細片状繊維体を機械的に物理破砕させて微細片化繊維体を得る。機械的破砕機としては、ハンマミル、ロールミルその他の微粉砕機がある。この機械的微細片化工程（Ｓ４）により、直径が０．１ｍｍ〜１ｍｍで、長さが０．１ｍｍ〜３ｍｍの繊維状に分解される。好ましくは、直径は数百ミクロン以下、長さが２〜３ミリメートル以下の繊維状に分解されるとよい。微細片化後の素材の直径は１ｍｍ以下、長さは３ｍｍ以下であれば任意の大きさでよく、例えば下限を示すとすると上記のように設定される。この程度の大きさに素材繊維を設定することによりシート化したときの多数の空隙を有する網目状の構造体を形成しやすくなる。

この後、生分解性の粘着剤を水溶し、その水溶液にＳ４の微細片化素材を投入して多数の微細繊維が３次元的に絡まって（図２参照）多数の空隙Ｕを形成した厚板状のバルクシートを形成させる。生分解性粘着剤は例えば澱粉、デキストリン系あるいは、酢酸セルロース系の植物由来の粘結剤であり、この粘結剤の所要濃度の水溶液にＳ４の微細片化素材を投入し、例えば抄成などの方法により、その乾燥後、ある程度の厚みあるいはバルクを有するバルクシートを形成する（Ｓ５）。このバルクシートの厚みは、２〜３ミリメートルあるいはそれ以下に設定される。多数の微細繊維が絡まった網目構造であるから、シート全体である程度の弾力性、可撓性を有する。図３は、幅１ｍ、長さ５０ｍ、厚さ２ｍｍのサイズのロール状シートとしたものであり、施工時にはこれを畝山上に巻き戻しながら敷き込まれる。また、この際、該シートの単位平方メートル当り重量は、１キログラム前後とするのが好ましい。この農業用バルクシートは、それ自体で遮光性を有して地表面温度上昇の抑制を行え、また、雑草繁茂防止、地中の養分の流出防止を行える。

最終的なＳ５のバルクシートＳ形成時に図４に示すように、作物の養分を含む肥料Ｌを被着させるとよい。被着方法は任意でよく、液状噴霧、混入、塗着その他の方法を用いることができる。特に、本発明の実施形態では、バルクシートは２〜３ｍｍ程度の厚みを有し、内部に多数の空隙を形成した網目状に絡み合った構造で結合されているから、粉体状の肥料を散布して水を噴霧したりあるいは液状の肥料を噴射してもそのシート内部への定着率が大きく、流出もしにくいから施肥効果を確実に保持しうる。また、必要に応じて土、粘土、粉炭等の遮光目的の鉱物材料等を被着させてもよい。

このようにして得られた農業用バルクシートＳは、図５に示すように、通常の農業用マルチシートと同様に、作物の畝山Ｅ部分の表面に展開されて配置され、苗Ｇの植え付け孔Ｈを公知の孔開け機などで開けられて、植物の根の近くの直射日光緩和による地表面温度上昇の抑制を通じた植物の根の保護、雑草繁茂防止、地中の養分の流出防止を行える。ここで、繊維と繊維との間隙をミリ単位とすることにより雨水が直接に耕地面を叩くことを避けることができることは、計算上でも推測できる。すなわち、シート上に雨が降り注いだ場合、図６のように初期の段階で繊維Ｂ間に水膜Ｗができる。この最初に形成される水膜が続いて降り注ぐ雨水による圧力を支え、シート全体が水で満たされた状態で保持し続けるからと推測される。

繊維間の水膜が形成される場合の、水の持つ表面張力の力で繊維間隙に重力に逆らって水が保持される場合の式は次の通りである。
ΔＰ＝２Ｔ／Ｒ ・・・ （１）
（但し、Ｔは水の表面張力、ΔＰは上方に開口した面にかかる圧力、Ｒは水滴の半径である）
ΔＰは、水滴の重量から、
ΔＰ＝（２／３・πＲ^３）／πＲ^２＝２Ｒ／３ ・・・（２）
（２）式を（１）式に代入して
２Ｒ／３＝２Ｔ／Ｒ → Ｒ／３＝Ｔ／Ｒ ・・・（３）

水の表面張力７８．４１ダイン／ｃｍを（３）式に代入しＲを求めると約０．４７ｃｍ程度の径となる。すなわち、開口直径が１ｃｍ程度でも表面張力により水滴として保持されることを意味する。開口が１ｍｍ程度以下であればさらにこの開口上に１．５ｃｍ程度の水柱が存在しても重力に逆らって保持される。この計算は理想的なものであるが繊維の絡みの平均間隔が１ｍｍ以下のバルクシートであれば１ｃｍ程度の厚みのものでも雨水が浸み込み完全に水で充填されたバルクシート下面で発生する圧力を支え、シート全体が水で満たされた状態を保つことができることとなる。すなわち雨水による直接の耕作面打撃を避け、養分の流出を抑制する機能を有することが分かる。

次に、耕作地についてのミネラル成分の持ち出し、補給の問題と上記のバルクシートとの関係について説明する。次表は、１回の耕作により代表的な５種類の作物でどの程度のミネラルが畑地から取り去られるかを示した表である。

表から分るとおり、平均的には作物１ｋｇ当り７グラム程度のミネラルが耕作地から取り去られる。例えば、１平方メートル当り大根を１０本程度の密度で栽培し、その１本当り重量が５００ｇとした場合、総重量は約５ｋｇ程度になり、約３０ｇのミネラルが取り去られることになる。

一方、南日本の代表的広葉樹であるクスや竹では表２に示すように、ミネラル分の含有は、３０グラム／ｋｇ、スギではその３分の１程度である。

ちなみにクスや竹で供給するとすると、１平方メートル当り１キログラム程度の投入が必要になることがわかる。比重１とするとその体積は１リットル程度であり１平方メートルに敷き詰めると約１ミリメートル程度の厚みとなる。これらの材料を数百ミクロンの径で数ミリメートルの繊維状に破砕したものを３次元的に十分に稠密に絡ませた空隙のあるバルクシートにした場合は２ないし３ｍｍ程度の厚みになる。したがって、間伐材、街路樹剪定廃材等を繊維状に破砕したもので構成された２ないし３ｍｍ程度の厚みのバルクシートを栽培のたびごとに耕作地に敷き詰めることにより、輪作を行っても耕地のミネラルの枯渇を防ぐことができることが理解される。

以上、説明したように、本発明の農業用バルクシートの製造方法、農業用バルクシートならびに農業用土質改良方法によれば、地表面温度上昇抑制、雑草防除、雨のたたきつけによる地中養分の流出防止等を行え、同時に、使用後のシートをそのまま土中に鋤き込んでシートの剥ぎ取り作業、土壌からの選別作業等を不要とし、加えて天然植物由来の十分な量のミネラル分を土壌に補給して作物育成に適した土壌を保持することができる。また、植物廃材を利用して資源の有効利用を実現し得る。また、低コストでの製造も十分可能である。

本発明の農業用バルクシートの製造方法、農業用バルクシートならびに農業用土質改良方法、農業用バルクシートならびに農業用土質改良方法は、従来のビニルフィルム製のマルチフィルムに代替して作物の地表被覆材として適用可能である。

本発明の１実施形態の農業用バルクシートの製造方法を示すフローチャート図である。 バルクシートの網目状の絡み状態を示す説明図である。 バルクシートの全体を示す斜視図である。 バルクシートに肥料等を被着させる状態の１例を示す図である。 図１による農業用バルクシートを畑の畝山上に敷きこんで苗付け孔から苗を定植した状態の断面説明図である。 水膜による雨水の耕作地流出抑制作用を説明する図である。

符号の説明

Ｓ バルクシート
Ｌ 肥料
Ｕ 空隙

Claims (6)

1. 植物性自然素材廃材をチップ化する工程と、
   植物性自然素材廃材チップを高圧加熱する工程と、
   高圧加熱状態から圧力を開放して植物性自然素材廃材チップを爆砕し細片状繊維体を得る工程と、
   爆砕された細片状繊維体を機械的に破砕させて微細片化繊維体を得る工程と、
   生分解性粘着材を介して微細片化繊維体を絡ませて結合させ多数の空隙を有する厚板状のシートを形成する工程と、を含むことを特徴とする農業用バルクシートの製造方法。
2. 爆砕された細片状繊維体を機械的に破砕させた後の微細片化繊維体が直径０．１ｍｍ〜１ｍｍで、長さが０．１ｍｍ〜３ｍｍである請求項１記載の農業用バルクシートの製造方法。
3. シートの厚さが１ｍｍ〜３ｍｍである請求項１または２記載の農業用バルクシートの製造方法。
4. シートに肥料成分を被着させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の農業用バルクシートの製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の方法により製造された農業用バルクシート。
6. 請求項５に記載の農業用バルクシートを植物の根の地表部分に敷きこんで遮光を含むマルチング機能を行わせるようにした農業用土質改良方法。
   

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