JPH07250580A - 乾燥地の土壌へ水分を補給する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 雨水や、河川、伏流水等の特定の水源に頼る
ことなく、乾燥土壌に水分を補給且つ維持して、乾燥地
の緑化に貢献する新規な方法を提供する。 【構成】 大気に接触した固体面を、自然の放射冷却或
いは人工的な冷却手段により露点以下の温度に冷却し
て、大気中の水蒸気を該固体面に凝結させ、その凝結水
を固体面から捕集して土壌に供給し、土壌に予め保水剤
を添加して供給された水分を有効に保持させると共に、
土壌表面にマルチング材を被覆して供給された水分の揮
散を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は乾燥地の土壌へ水分を補
給する方法に係り、詳しくは、乾燥地域を緑化するため
に、植物の生育に必要な土壌中の水分を、大気中の水蒸
気から取得して土壌に供給し、土壌中に有効に留まらせ
る乾燥地の土壌へ水分を補給する方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】乾燥地域に植物が生育し難いのは、その
地域の土壌中に植物の生育に必要なだけの水分が存在し
ないことに主原因がある。従って、乾燥地の緑化を行な
うには、水分をどこから、どのようにして取得し、土壌
に供給し、その水分を土壌中にどのようにして散逸しな
いように留まらせるかが最大の課題となる。

【０００３】従来、水分を取得するために河川の水を乾
燥地迄輸送して土壌に供給する方法や、乾燥地の伏流水
を深井戸によって汲み上げて土壌に散布する方法が知ら
れている。しかし、これらの方法を実施するには、当
然、適当な河川や伏流水の存在が必要であり、地理的或
いは地質的に利用可能な河川や伏流水が見出せないよう
な乾燥地では実用出来ない。また、実用化出来る場合に
おいても、取水や水輸送の設備に莫大な費用がかかると
いう難点がある。

【０００４】また、土壌中の水分を散逸させないため
に、種々の工夫がなされているが、これらは一旦供給さ
れた水分を有効に活用する点では妙味があるものの、外
部から積極的に水分を土壌へ取り込む手段を欠いてお
り、それらの方法だけで乾燥地の土壌を植物の生育に必
要な状態にもたらすことはむづかしい。

【０００５】従って、乾燥地を緑化するために、乾燥土
壌に水分を供給し、その水分を効率的に土壌中に留まら
せる現実的で且経済的な方法の出現が強く要望されてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の背景の
下になされたもので、乾燥地の土壌に植物の生育に必要
な水分を補給する有用な方法を提供して乾燥地の緑化に
貢献することを目的とし、より具体的には、大気中に含
まれる水蒸気を回収して土壌に供給し、さらに供給され
た水分を土壌に有効に留まらせる一連の方法を提供する
ことを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、乾
燥地の土壌に、植物の生育に必要な水分を与えるに際
し、大気に接触した固体面を露点以下の温度に冷却して
大気中の水蒸気を該固体面に凝結させ、その凝結水を固
体面から捕集して土壌に供給し、土壌には予め保水剤を
添加して供給された凝結水を有効に保持させると共に、
土壌表面にはマルチング材を被覆して供給された凝結水
の揮散を抑制することを特徴とする。

【０００８】本発明者は、乾燥地に対する水分の供給源
として、乾燥地にはもともと少ない雨水や、河川、伏流
水等の特定の水源に頼ることなく、大気中に無尽蔵に存
在する水蒸気に着目して、この水蒸気を凝結水として取
得する方法を鋭意検討し、さらに凝結水を乾燥土壌に供
給した後、この水分を乾燥土壌内に効率的に留まらせる
方策を工夫することによって、乾燥地に植物を充分生育
させ得るようになることを見出して本発明に到達した。

【０００９】大気に接触した固体面を冷却して露点以下
の温度にすると、大気中の水蒸気が該固体面で凝結し凝
結水が得られる。固体面を冷却する方法として本発明者
は、先づ自然現象による放射冷却を利用することを発想
して次の如く実験を行なった。即ち、ステンレス及びプ
ラスチックの材質を用いて図１の如き大きさの固体板を
製作し、該固体板を地表から或距離離した所に、図２の
如き装置を用いて天空に対する冷却面の角度を色々変え
て固定し、放射率の高い夜間を通して放置して、固体板
表面上に水蒸気を凝結させ、その凝結水を捕集して重量
を測定した。

【００１０】その結果、捕集される凝結水の量は諸条件
によって異なるが、多い場合は１固体板当り１日６ｇ以
上に達した。そして、凝結水の量は気象条件に最も影響
を受けやすく、露点温度よりも固体板の表面温度が低く
なる程度が大きい程、また、その状態の持続時間が長い
程、凝結水量が多くなり、一方、固体板の表面に吹く風
が強いと、一旦凝結した水が蒸発によって揮散し、捕集
量が減少することがわかった。

【００１１】さらに、気象条件ばかりでなく、固体板の
材質、表面形状、天空及び地表に対する設置角度等によ
っても捕集される凝結水量が大巾に変化することも判明
した。

【００１２】即ち、細部該条件の違いによる量の差はあ
るけれども、図１の大きさの固体板を、一昼夜の放射冷
却にかけることにより、大気中の水蒸気を凝結水として
捕集し得ることが確認された。従って、この固体板を大
きくし、且枚数を増やして、日数を重ねることにより、
実際に土壌に供給して植物の生育に貢献するだけの水分
を獲得することが可能である。

【００１３】固体面の冷却をより効果的に行なうため
に、人工的な冷却手段を使うことも出来る。例えば、ペ
ルチェ効果を利用した熱電素子を固体板として用いてこ
れを大気に接触させ、熱電素子に一般工業用電源或いは
太陽電池等から通電すれば、固体板は気象条件とは独立
して冷却され、露点以下の温度になると、大気中の水蒸
気が固体面に凝結し、凝結水が得られる。センサ−を用
いて、大気の温度、湿度に応じて、固体面の冷却温度を
常に適切な温度に自動的に調節すれば、凝結水を効率的
に取得することが出来る。

【００１４】固体面に凝結した凝結水は、重力或いは要
すれば振動などの外力の作用によって固体面から分離さ
れ、ホ−ス等の導管を通って貯蔵用の容器等に捕集され
て乾燥土壌への供給用水として使用される。

【００１５】乾燥地の土壌は、真砂土の如く吸水力の極
めて低い土質であることが多く上記の如き工夫によって
大気中の水蒸気から凝結水として取得し、折角供給した
水分が土壌を通過してしまって植物の育成に利用され難
い。本発明者はその問題点を改善する対策として、親水
性が高く、一旦吸収した水分を保持する性質のある保水
剤を土壌に加えることが有効であることを実験的に確か
めて、本発明に適用した。

【００１６】この保水剤としては、植物に対して有害な
作用を及ぼさず、また、環境に対して悪影響のない物質
が必要である。また、保水によって物質自身が水に容易
に溶解し去るものは効果の持続性がない。このような観
点から、本発明の保水剤としては親水性の有機高分子化
合物が適当である。さらに親水性の有機高分子化合物の
中でも、天然物或いはそれに近い化学構造で環境に調和
しやすいＮ−アセチルグルコサミン或いはグルコサミン
の縮合体であるキチン或いはキトサンが保水性にもすぐ
れ好適である。

【００１７】保水剤を土壌に加えるには、粉末状の保水
剤を直接散布する方法や、保水剤を予め水に分散或いは
溶解させ、この水を土壌に供給する方法や、さらに保水
剤を土壌に充分担持させるために、予め土塊を採取し、
それに保水剤を混合してこの混合物を土壌に加える方法
等何れの方法を用いても良く、限定されるものではな
い。

【００１８】乾燥地においては、土壌中の水分が蒸発揮
散しやすく、上記の如き工夫によって大気中の水蒸気か
ら凝結水として取得し、折角土壌に供給した水分も散逸
してその有効活用が阻害されやすい。本発明者は供給さ
れた凝結水の揮散を防ぐために、プラスチックの有孔シ
−トやわら等のマルチング材を土壌表面にかぶせて、土
壌表面との間の湿度を高め、蒸発を抑制し、さらに蒸発
した水分をマルチング材内面に凝縮させて土壌に還元す
る方法が有効であることを確かめて、本発明に適用し
た。

【００１９】また、マルチング材に緩効性の肥料を添加
し、植物の生育促進効果を高めることも可能である。

【００２０】

【実施例】以下本発明を実施例により説明する。

【００２１】実施例１ 図１に示す縦２０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ０．３ｃｍの
ステンレス及びアクリルの固体板１を、図２の如き装置
によって地表から１７〜３７ｃｍの高さの所に冷却面２
を天空に対して約３５度に傾けて対向させて支柱３によ
り固定し、一昼夜放置した。

【００２２】放射冷却により大気中の水蒸気が冷却面２
に凝結して、得られた凝結水が自重で冷却面から滑り落
ち、受水孔４から導水管５を通って捕水瓶６に捕集され
た。この捕水瓶中に捕集された凝結水の重量を測定し
た。同時に捕水中の冷却面２の表面温度を表面温度計７
によって経時的に測定し、大気の温度及び湿度を温湿度
計によって測定して経時的露点温度を算出し、また、放
射収支計により地表の放射収支量を測定した。

【００２３】以上の実験結果は次の如くであった。 Ａ日 Ｂ日 ステンレス固体板により捕集された凝結水量 １ｇ ８ｇ アクリル固体板により捕集された凝結水量 ０．２ｇ ３ｇ 固体板の表面温度から大気の露点温度を差引いた温度差
の値を一昼夜に亘ってプロットしたグラフを図３及び図
４に示す。また、地表の放射収支量を一昼夜に亘ってプ
ロットしたグラフを図５及び図６に示す。

【００２４】Ｂ日はＡ日に較べて温度差が負になる程度
が大きい、即ち固体板の表面温度が露点温度を下回る数
値及び時間巾が大きい。これは、Ｂ日がＡ日に較べて、
地表の放射収支量が負になる程度が大きいことと軌を一
にしている。そのため上記の如くＢ日の捕集凝結水量は
Ａ日の捕集凝結水量よりも多くなっている。

【００２５】また、ステンレス固体板とアクリル固体板
では前者の方が凝結水量が多い。アクリル固体板でもス
テンレス固体板と同程度に水蒸気が凝結するが、流下、
捕集が円滑に行なわれなかったため、捕集凝結水量が少
なかった。

【００２６】実施例２ 実施例１で用いた図２の装置において、固体板１として
ステンレス板を用い、このステンレス板の裏側に図７の
如く４ｃｍ×４ｃｍの熱電素子８と放熱板９の複数個を
取付けて、この熱電素子を電源と電流制御回路によって
温度制御しながら大気中でステンレス板を冷却した。冷
却面の表面温度と、大気の温度及び湿度を実施例１と同
様に測定した。表面温度は大気温度より８〜１０℃低く
保つことが出来た。

【００２７】固体板の表面温度から大気の露点温度を差
引いた値を経時的にプロットしたグラフを図８に示す。
この間に捕集された凝結水の量は２５ｇであった。

【００２８】実施例３ 真砂土に保水剤としてキチンパウダ−を混入させた試験
土壌の実験畠２面１２、１０と、混入させない比較土壌
の実験畠１面１１を屋外に隣接して作成し設置した。試
験土壌の実験畠１２には播種箇所を取り囲むようにわら
でマルチングを行ない、各実験畠に低分子キトサン処理
を施した西洋芝の種子を播種した。降雨等の気象条件を
各実験畠共同一に保った状態で経過させ、１ヶ月後の種
子の生育状況を比較観察した。

【００２９】その結果を図９に示す。キチンパウダ−を
混入しない比較土壌の実験畠１１では西洋芝の生育が認
められなかったが、キチンパウダ−を混入した試験土壌
の実験畠１２、１０では生育が認められた。そして種子
の周りをわらでマルチングした１２面の方がマルチング
をしない１０面に較べて生育の程度が良い。即ち、本発
明によるキチンパウダ−の添加とマルチング材の被覆が
組み合わされて土壌水分の維持に有効に働き、西洋芝の
生育に貢献していることが明らかである。

【００３０】本例を実施例１或いは２による大気中の水
蒸気から凝結水を土壌に供給する方法と併せてスケ−ル
アップを行なえば、広大な乾燥地の土壌に対する有効な
水分補給が可能であり、乾燥土地の有用な緑化対策とな
る。

【００３１】

【発明の効果】大気に接触した固体面を露点以下の温度
に冷却して、大気中の水蒸気を該固体面に凝結させ、そ
の凝結水を固体面から捕集して土壌に供給し、土壌に保
水剤を添加して供給された凝結水を保持させると共に、
土壌表面にマルチング材を被覆して供給された凝結水の
揮散を抑制する本発明は、大気中に無尽蔵に存在する水
蒸気からの水分を有効に乾燥土地に補給し且つ留まらせ
ることが出来、画期的な方法である。

【００３２】本発明によれば、少ない雨水や、河川、伏
流水等の特定の水源に頼ることなく水分を確保して、乾
燥地の緑化に貢献出来るので、地球環境の有効な改善策
として極めて有意義である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施例に係る固体板の見取図で
ある。

【図２】本発明の一つの実施例に係る大気中の水蒸気を
凝結、捕集する装置の概要図である。

【図３】Ａ日における固体板の表面温度から大気の露点
温度を差引いた温度差を一昼夜に亘ってプロットしたグ
ラフである。

【図４】Ｂ日における固体板の表面温度から大気の露点
温度を差引いた温度差を一昼夜に亘ってプロットしたグ
ラフである。

【図５】Ａ日における地表の放射収支量を一昼夜に亘っ
てプロットしたグラフである。

【図６】Ｂ日における地表の放射収支量を一昼夜に亘っ
てプロットしたグラフである。

【図７】本発明の一つの実施例に係る熱電素子と放熱板
を取付けたステンレス板の見取図である。

【図８】熱電素子を用いてステンレス板を人工的に冷却
した本発明の一つの実施例において、ステンレス板の表
面温度から大気の露点温度を差引いた温度差を一昼夜に
亘ってプロットしたグラフである。

【図９】真砂土に保水剤のキチンパウダ−を混入させた
土壌に西洋芝の種子を播種し、播取箇所をマルチングし
て、１ヶ月後の種子の生育状況を対照例と比較した観察
図である。

【符号の説明】

１ 固体板 ２ 冷却面 ３ 支柱 ４ 受水孔 ５ 導水管 ６ 捕水瓶 ７ 表面温度計 ８ 熱電素子 ９ 放熱板 １０ キチンパウダ−混入土壌畠 １１ 比較土壌畠 １２ キチンパウダ−混入土壌マルチング施行

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 乾燥地の土壌に、植物の生育に必要な水
   分を与えるに際し、大気に接触した固体面を露点以下の
   温度に冷却して大気中の水蒸気を該固体面に凝結させ、
   その凝結水を固体面から捕集して土壌に供給し、土壌に
   は予め保水剤を添加して供給された凝結水を有効に保持
   させると共に、土壌表面にはマルチング材を被覆して供
   給された凝結水の揮散を抑制することを特徴とする乾燥
   地の土壌へ水分を補給する方法。
2. 【請求項２】 大気に接触した固体面を自然の放射冷却
   により露点以下の温度に冷却する請求項１記載の乾燥地
   の土壌へ水分を補給する方法。
3. 【請求項３】 大気に接触した固体面を人工的な冷却手
   段により露点以下の温度に冷却する請求項１記載の乾燥
   地の土壌へ水分を補給する方法。
4. 【請求項４】 前記人工的な冷却手段が熱電素子を用い
   る冷却手段である請求項３記載の乾燥地の土壌へ水分を
   補給する方法。
5. 【請求項５】 前記保水剤がキチン或いはキトサンであ
   る請求項１、２、３または４記載の乾燥地の土壌へ水分
   を補給する方法。