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WO2019065691A1 - 土壌の固結防止剤 - Google Patents

土壌の固結防止剤 Download PDF

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WO2019065691A1
WO2019065691A1 PCT/JP2018/035591 JP2018035591W WO2019065691A1 WO 2019065691 A1 WO2019065691 A1 WO 2019065691A1 JP 2018035591 W JP2018035591 W JP 2018035591W WO 2019065691 A1 WO2019065691 A1 WO 2019065691A1
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WO
WIPO (PCT)
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soil
weight
lignin
molecular weight
present
Prior art date
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Application number
PCT/JP2018/035591
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English (en)
French (fr)
Inventor
茂行 舩田
喬広 荒井
栗原　宏征
山田　勝成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2018555300A priority patent/JP6965893B2/ja
Priority to CN201880060439.XA priority patent/CN111094511A/zh
Priority to CN202411398950.4A priority patent/CN119286531A/zh
Priority to AU2018343896A priority patent/AU2018343896B2/en
Priority to BR112020003880-6A priority patent/BR112020003880B1/pt
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    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
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Definitions

  • the present invention relates to a soil anti-caking agent containing lignin as an active ingredient.
  • Lignin is a complex natural polymer of a three-dimensional network consisting of phenylpropane units.
  • lignin is known as the most abundant natural aromatic polymer and is noted as a renewable resource because it is contained in plants at about 20 to 30%.
  • lignosulphonic acid is also known to be obtained in large amounts from the waste liquid of pulp production. Lignosulfonic acid is being considered for use in various applications, and Non-Patent Document 1 is expected to be used as a soil conditioner.
  • Soil conditioner is a material that is applied to the soil and changes the physical properties of the soil to make it useful for agricultural production, and the soil swells and softens, improves water retention, improves fertility, improves water permeability, and aggregates. Has an effect of promoting grain formation and the like.
  • peat, bark compost, humic acid material, charcoal, diatomaceous earth, zeolite, vermiculite, perlite, bentonite, VA mycorrhizal fungus material, polyethyleneimine material, polyvinyl alcohol material, etc. are used as soil conditioners. It is done.
  • lignosulfonic acid Since lignosulfonic acid has a sulfone group which is a hydrophilic group, when it is used as a soil conditioner, it has the effect of forming aggregates due to its high molecular weight while being bound to the soil, and the organic component is The soil improvement effect is shown for a soil having a low aggregate performance (Non-patent Document 1). On the other hand, there has been no report that lignosulfonic acid has an anti-caking effect on soil, such as clayey soil, in which the soil consolidates to inhibit the growth of plant roots.
  • a soil anti-caking agent comprising lignin as an active ingredient.
  • the present invention has the following configurations (1) to (5).
  • a soil anti-caking agent comprising, as active ingredients, lignin and diatomaceous earth having a molecular weight peak at a wavelength of 254 nm in the range of a molecular weight of 10,000 to 40,000 in GPC molecular weight analysis using a UV detector.
  • the soil anti-caking agent according to (1) or (2), wherein the lignin: diatomaceous earth 1: 1 to 3 as a dry weight ratio.
  • the soil anti-caking agent of the present invention has the effect of improving the consolidation of the soil and improving the poor growth of plants.
  • GPC molecular weight analysis using UV detector when containing lignin used in the present invention Example of GPC molecular weight analysis using UV detector when containing lignosulfonic acid Specific example of GPC molecular weight analysis in the case of including liquid obtained by solid-liquid separation of bagasse alkaline hot water extract by filter press
  • Lignin is a high molecular weight phenolic compound of plant origin. Since lignin has a complex and diverse structure, its detailed structure has not been clarified. In addition, although the molecular weight differs depending on the type of biomass, extraction method and analysis method, the general number average molecular weight reported is 2,400 to 9,700 (Biofuels Bioproducts & Bio refining, Volume 8, Issue 6, 836- 856 (2014)).
  • the soil anti-caking agent of the present invention contains lignin having a molecular weight peak in the range of 10,000 to 40,000 as an active ingredient in GPC molecular weight analysis at a wavelength of 254 nm.
  • the lignin may have a plurality of molecular weight peaks as long as it is within the molecular weight range, and may have a molecular weight peak outside this molecular weight range, but in that case, the highest of the molecular weight peaks
  • the peak having a peak is preferably in the range of molecular weight 10,000 to 40,000.
  • a specific example of GPC molecular weight analysis using a UV detector of lignin used in the present invention is shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a specific example of GPC molecular weight analysis using a UV detector in the case of containing lignosulfonic acid which is a general industrial lignin.
  • Lignosulphonic acid which is a general industrial lignin, is a substance that is produced from lignin in wood as a by-product in the pulp manufacturing process by the sulfite method and is contained in large amounts in waste liquid black liquor. It is 15-5.
  • a sulfone group is introduced into lignin to produce lignosulfonic acid. From FIG.
  • lignosulfonic acid has a maximum molecular weight peak at a wavelength of 254 nm located at a value higher than 40,000, and lignin used in the present invention has a molecular weight higher than general lignosulfonic acid. There is a small feature.
  • Lignin tends to be more hydrophobic as molecular weight is larger. Lignins having high hydrophobicity have the effect of forming aggregates in the soil because they have a strong ability to solidify with each other, but they do not have an effective improvement effect on caking soils that have a high proportion of clay. Since lignin used in the present invention has a molecular weight peak in the molecular weight range of 10,000 to 40,000, it has the effect of being dispersed in the soil and preventing adhesion between soil particles at the time of soil mixing when mixed with the soil It is guessed. By preventing adhesion between soil particles, consolidation of the soil is prevented, and by enhancing the aeration and permeability of the roots of plants, it has the effect of recovering the growth of roots and improving the growth of plants.
  • the preferred molecular weight range of the molecular weight peak of lignin used in the present invention is 10,200 to 37,000, and more preferably 11,000 to 35,000.
  • the molecular weight of lignin can also be determined by the number average molecular weight.
  • the preferred average molecular weight of lignin used in the present invention is preferably 4,000 to 40,000, more preferably 8,000 to 20,000, as the number average molecular weight in GPC molecular weight analysis using a UV detector.
  • GPC molecular weight analysis is an abbreviation of Gel Permeation chromatography (gel permeation chromatography), and compounds in a measurement sample can be separated according to molecular size. The molecular weight can also be calculated by detecting the relative amount of the separated polymer with a detector. In GPC molecular weight analysis, the relationship between the elution time and the molecular weight is determined in advance using a standard polymer, and the molecular weight of the measurement sample is converted based on this.
  • the molecular weight of lignin used in the present invention is a value measured using polyethylene glycol and polyethylene oxide as standard polymers.
  • a number average molecular weight is computed by the following formula (1) from the value of the measured molecular weight. Mn in Formula (1) shows a number average molecular weight, M shows a molecular weight, N shows the number of polymers, C shows a sample concentration.
  • the detector for GPC analysis utilizes a detector capable of detecting 250 to 300 nm, which is the absorption wavelength region of lignin.
  • a wavelength used for GPC analysis if it is the range which has absorption of an aromatic compound, it is measurable, although there are 254 nm, 280 nm, 300 nm etc. as a typical wavelength, in the present invention, the value analyzed at 254 nm is used There is.
  • a detector for GPC analysis a value detected by a multi-wavelength ultraviolet-visible absorption detector (SPD-M20A) manufactured by Shimadzu Corporation is used.
  • SPD-M20A multi-wavelength ultraviolet-visible absorption detector
  • the column used for GPC molecular weight analysis is not particularly limited, but the molecular weight of the present invention is a value measured using TSKgel GMPWXL and G2500PWXL.
  • the lignin used in the present invention preferably does not contain a sulfone group.
  • a sulfone group When a sulfone group is included, sulfur molecules may be oversupplied to the soil, which may inhibit plant growth. Moreover, it is because the sulfur molecule in a sulfone group tends to be a cause of offensive odor.
  • the plant used as the raw material of lignin used in the present invention is preferably a gramineous plant, more preferably rice straw, wheat straw, bagasse which is squeezed from sugarcane, sugarcane tip or sugarcane leaf, most preferably bagasse It is.
  • a method for extracting lignin used in the present invention from the above-mentioned plants there are methods such as extraction with an organic solvent (ethanol, ethyl acetate, etc.), acid extraction, alkali extraction and the like, preferably alkali extraction method.
  • an organic solvent ethanol, ethyl acetate, etc.
  • acid extraction ethyl acetate, etc.
  • alkali extraction e.g., alkali extraction, etc.
  • alkaline hot water extraction is preferred.
  • the alkali compound used in the alkali extraction method is not particularly limited, and examples thereof include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, ammonia and the like, preferably sodium hydroxide and potassium hydroxide, and more preferably Is sodium hydroxide.
  • the conditions of the alkaline hot water extraction method are preferably pH 10 or more and 13.5 or less, temperature 80 ° C. or more and 120 ° C. or less for 0.5 hours or more, more preferably pH 10.5 or more 13.0 or less, temperature 90 ° C. or more and 120 ° C.
  • the reaction is preferably carried out for one hour or more.
  • the upper limit of the alkali concentration is not particularly limited as long as lignin used in the present invention can be obtained, but when the alkali concentration is too high relative to biomass, lignin lowers in molecular weight, so as an anti-caking agent for soil of the present invention
  • sodium hydroxide for example, 180 g per 1 kg dry weight of bagasse may cause problems such as the fact that an effective component can not be obtained and the amount of remaining salt becomes large and it takes time to separate salt and lignin. It is preferable to process below.
  • the alkaline hot water extraction method for example, by reacting a solution having a concentration of 50 g / L (dry weight) of bagasse with a 0.45 wt / wt sodium hydroxide aqueous solution for 2 hours at 90 ° C.
  • the lignin used in the present invention can be extracted.
  • the dry weight is the weight after drying the biomass at 105 ° C. until the weight becomes constant.
  • the lignin used in the present invention can be recovered on the solid side by extracting it from a plant by an alkaline hot water extraction method or the like, neutralizing it to pH 5 or less and performing solid-liquid separation.
  • the polymer lignin insolubilized under the condition of pH 5 can be redissolved in water by setting the pH to be more alkaline than pH 5, for example, 10 or more.
  • lignin used in the present invention is used in the state of solid content.
  • the diatomaceous earth used in the present invention is a deposit composed of fossil shells of diatoms which is a kind of algae.
  • the shells of diatoms are composed of silicon dioxide, and diatomaceous earth also has silicon dioxide as a main component.
  • diatomaceous earth calcined diatomaceous earth is preferable.
  • silicate clay is also called soft silica, and montmorillonite (chemical formula (Na, Ca) 0.33 (Al, Mg) 2 Si 4 O 10 (OH) It has a silicate mineral of 2 ⁇ nH 2 O) as a main component and is a substance different from diatomaceous earth used in the present invention.
  • the anti-caking agent of the soil of the present invention is less effective in preventing the caking of the soil if the amount of the anti-caking agent mixed in the soil is small, and if it is too large, the ability of the soil to have inherent fertility and retained microorganisms to plants The overall environmental balance such as effects is broken, and the improvement of plant growth ability is relatively weak.
  • the mixing ratio of lignin to soil used in the present invention is not particularly limited as long as the effect of preventing soil caking appears, but it is preferable to mix 2 to 20 parts by weight as dry weight of lignin to 100 parts by weight of soil. It is more preferable to mix up to 10 parts by weight.
  • the lignin used in the present invention can be preferably used in a dry state or in a water-containing state as long as it is in a solid state. In addition, in order to prevent clumping of the soil of the cultivated land, it is preferable to mix 8 to 80 tons of lignin by dry weight per 10 a cultivated land.
  • the mixing ratio of diatomaceous earth to soil is not particularly limited as long as the consolidation prevention effect of the soil appears, but it is preferable to mix 3 to 20 parts by weight of diatomaceous earth to 100 parts by weight of soil, and to mix 5 to 20 parts by weight Is more preferred.
  • the preferred ratio of lignin and diatomaceous earth used in the present invention is not particularly limited as long as the anti-caking effect of soil appears, but the weight ratio of diatomaceous earth to lignin weight ratio 1 as dry weight It is preferable to mix them in a ratio of 1 to 3.
  • the mixing ratio of the anti-caking agent of the present invention to the soil is not particularly limited as long as the anti-caking effect of the soil appears, but the dry weight of the total of lignin and diatomaceous earth used in the present invention with respect to 100 parts by weight of soil It is preferable to mix 25 parts by weight. In addition, in order to prevent the caking of the soil of the cultivated land, it is preferable to mix and mix 20 to 92 tons of the anti-caking agent of the present invention per 10 a of the cultivated land.
  • the dry weight of lignin, diatomaceous earth and soil used in the present invention is calculated as the weight after drying the object at 105 ° C. until the weight becomes constant, as in the above-mentioned method of calculating the dry weight of biomass. Do.
  • the dry weight ratio of soil is calculated, it is calculated as the weight of cultivated soil 30 cm from the ground surface.
  • it calculates as the weight of the soil in a planter.
  • the anti-caking agent of the soil of the present invention may contain an anti-caking agent of another soil in addition to lignin and diatomaceous earth used in the present invention, and the caking prevention effect of the soil can be obtained by combined use with other soil conditioners. It can also be improved.
  • Other soil improvers include peat, bark compost, humic acid material, charcoal, zeolite, vermiculite, perlite, bentonite, VA mycorrhizal material, polyethyleneimine material, polyvinyl alcohol material and the like.
  • the mixing ratio of the anti-caking agent of the present invention to the other soil conditioners is not particularly limited as long as the effect appears, but other soil improvement to the anti-caking agent 1 of the present invention as dry weight
  • the agents are mixed in a proportion of 1 to 3 by dry weight.
  • the method of mixing the soil anti-caking agent with the soil may be either mixing by an agricultural machine or manual mixing, as long as uniform mixing can be performed to such an extent that suppression of caking of the soil can be observed.
  • the lignin and diatomaceous earth used in the present invention may be mixed in advance and then mixed with the soil, or may be mixed separately.
  • the anti-caking agent of each soil may be separately mixed with the soil, or caking prevention
  • the agent may be premixed and then mixed with the soil. When mixing separately, the order of mixing does not matter.
  • Soils that can prevent clumping of soil are soils that are hard to clump and clump, so that soil can not physically extend the roots, and due to clumping, air does not enter deep into the soil and oxygen becomes insufficient
  • soil specifically, soil having a clay content of 20% by weight or more in the particle size composition of the soil.
  • soils having a viscosity of 20 to 40% by weight can be mentioned as soils in which the anti-caking effect of the soil of the present invention can be expected.
  • the soil contains sand and silt in addition to viscosity.
  • clay is a generic name of detritus having a particle size of 2 ⁇ m or less
  • sand is a detritus having a particle size of 2 to 0.02 mm
  • silt is a particle size of 0.02 to 0.002 mm It is a generic term for the crush of
  • the rooting of the plant is improved by preventing the caking on the soil in which the root elongation is inhibited by caking of the soil.
  • the plant freshness improvement by increasing the above-ground fresh weight or below-ground dry weight of the plant as compared to the case where it is not used It can be evaluated.
  • both the above-ground part fresh weight and the below-ground dry weight are increased.
  • the above-ground part refers to a plant part appearing on the ground.
  • the underground part refers to a plant part existing underground, and the above-ground part and the underground part are divided at the ground surface.
  • fresh weight is the weight of the plant itself including the moisture in the plant body at the time of harvest.
  • Plants which can be expected to improve growth by using the soil anti-caking agent of the present invention are not particularly limited, but plants of gramineaceous plants, root vegetables, and Seriaceae are preferable.
  • a gramineous plant rice, wheat, barley, corn, sugar cane, sorghum and eranthus are preferable, and sugar cane is more preferable.
  • Root vegetables are potato, radish, burdock, carrot, turnip, and more preferably potato or radish.
  • As the potato, potato, sweet potato and tapioca are preferable, and more preferably tapioca.
  • As radish, radish is preferable.
  • a plant of the seriaceae family preferably, a cicada, celery, honeybee, carrot, coriander, seri and parsley are preferable, and coriander is more preferable.
  • Comparative Examples 1 to 10 and Examples 1 to 5 were simultaneously tested 5 times under each condition.
  • Each value of Table 1, Table 2, and Table 3 is an average value of 5 tests.
  • Comparative Example 2 Sugar cane pot test (Lignosulfonic acid) Lignosulfonic acid (Nanilex HW manufactured by Nippon Paper Chemicals Co., Ltd., neutralized to pH 7 with 10 N sodium hydroxide. The sulfur content analyzed in Reference Example 4 was 2.8%) as an anti-caking agent for soil.
  • the red soil of Comparative Example 1 (derived from Kanto loam layer, containing 25% of clay): 10 parts by weight with 100 parts by weight of soil mixed with 8: 2 river sand, Comparative Example 1 and It was the same. Table 1 shows the results of measurement of fresh weight above ground and dry weight below ground after 80 days.
  • Comparative Example 3 Sugar cane pot test (calcined diatomaceous earth)
  • the red soil of Comparative Example 1 (derived from the Kanto Loam layer, containing 25% clay): 10 parts by weight of soil mixed with 8: 2 of river sand in a weight ratio of 8: 2 as calcined diatomaceous earth as an anti-caking agent of soil
  • Comparative Example 1 shows the results of measurement of fresh weight above ground and dry weight below ground after 80 days.
  • the liquid containing lignin used in the present invention was subjected to solid-liquid separation using a filter press (YTO type manufactured by Shibata Machinery Co., Ltd.) to recover lignin solids used in the present invention.
  • the recovered lignin was dried at 40 ° C. to a moisture content of 20% by weight.
  • Lignin used in the present invention is mixed with 10 parts by weight (8 parts by weight as dry weight) with respect to 100 parts by weight of soil mixed with 8: 2 of red soil: river sand at 8: 2 as an anti-caking agent of soil Except that, it was the same as Comparative Example 1.
  • Table 1 shows the results of measurement of fresh weight above ground and dry weight below ground after 80 days.
  • the lignin solid content used in the present invention was dissolved in a solution of pH 12 or more with NaOH, and the molecular weight distribution was measured under the conditions of Reference Example 1. As shown in FIG. It had a number average molecular weight of 13,800. Further, when analyzed under the conditions of Reference Example 4, no sulfur content could be detected.
  • Comparative Example 5 Lignin having a molecular weight peak at a wavelength of 254 nm smaller than 10,000 in GPC molecular weight analysis.
  • a liquid fraction obtained by solid-liquid separation of the bagasse alkaline hot water extract prepared in Comparative Example 4 with a filter press is used as a reference example.
  • GPC molecular weight analysis under the conditions of 1 showed a peak at a molecular weight of 7,000 and a number average molecular weight of 4,000, as shown in FIG.
  • lignin having a peak at a value smaller than 10,000 molecular weight is liquid at the pH of the area where plants grow and can not be used as an anti-caking agent for soil.
  • Example 1 Sugar cane pot test (combination of lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth) Calcined diatomaceous earth was mixed at a ratio of 2 by dry weight ratio to lignin 1 used in the present invention prepared in Comparative Example 4 to prepare an anti-caking agent of soil in which lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth were mixed ( Moisture content 10%).
  • Comparative Example 1 10 parts by weight of the anti-caking agent of the mixed soil is mixed with 100 parts by weight of the red soil: river sand of Comparative Example 1 at a weight ratio of 8: 2 (when the weight ratio is converted to dry weight, 100 parts by weight) Comparative Example 1 was the same as Comparative Example 1 except that 3 parts by weight of lignin used in the present invention and 6 parts by weight of diatomaceous earth were used per part. Table 1 shows the results of measurement of fresh weight above ground and dry weight below ground after 80 days.
  • lignin used in the present invention has a molecular weight peak at a wavelength of 254 nm in the range of a molecular weight of 10,000 to 40,000 in GPC molecular weight analysis using a UV detector, and the lignin and diatomaceous earth in the soil It is thought that the soil consolidation was prevented by mixing with soil as an anti-caking agent, and the growth of the sugar cane above-ground part was improved by improving the root growth.
  • Comparative Examples 2 and 3 almost no increase was observed in either the fresh weight above the ground or the dry weight below the ground as compared with Comparative Example 1. Therefore, the lignosulfonic acid having a molecular weight peak higher than 40,000 could hardly confirm the anti-caking effect of the soil.
  • Comparative Example 3 using diatomaceous earth as Comparative anti-caking agent and Comparative example 4 using lignin used in the present invention both fresh weight above the ground and dry weight below the ground increase compared to Comparative Example 1. Although the result was obtained, its effect was lower than that of Example 1. From these results, when lignin and diatomaceous earth used in the present invention are used as an anti-caking agent for soil, the effect of increasing the fresh weight above ground and dry weight below ground is higher than when each is used alone. I understood it.
  • Comparative Example 6 Coriander pot test (without addition of anti-caking agent of soil) The same operation as in Comparative Example 1 was performed except that coriander seedlings were used instead of sugar cane seedlings in Comparative Example 1. The results of measuring the fresh weight of the above-ground part after 80 days are shown in Table 2.
  • Comparative Example 7 Coriander Pot Test (Lignosulfonic Acid) The same operation as in Comparative Example 2 was performed except that coriander seedlings were used instead of sugar cane seedlings in Comparative Example 2. The results of measuring the fresh weight on the ground after 80 days are shown in Table 2.
  • Comparative Example 8 Coriander Pot Test (Calcinated Diatomaceous Earth) The same operation as in Comparative Example 3 was performed except that coriander seedlings were used instead of sugar cane seedlings in Comparative Example 3. The results of measuring the fresh weight on the ground after 80 days are shown in Table 2.
  • Example 9 Coriander pot test (lignin used in the present invention) The same operation as in Example 1 was performed except that coriander seedlings were used instead of sugar cane seedlings in Comparative Example 4. The results of measuring the fresh weight on the ground after 80 days are shown in Table 2.
  • Example 2 coriander pot test (combination of lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth) The same operation as in Example 1 was performed except that coriander seedlings were used instead of sugar cane seedlings in Example 1. The results of measuring the fresh weight on the ground after 80 days are shown in Table 2.
  • Example 2 the fresh weight of the above-ground part was increased in Example 2 in which lignin and diatomaceous earth used in the present invention were used as an anti-caking agent for soil relative to coriander as compared with Comparative Examples 6-9.
  • Comparative Examples 7 and 8 almost no increase in fresh weight in the above-ground part was confirmed as compared with Comparative Example 5.
  • Example 3 Radish pot test (combination of lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth) Calcined diatomaceous earth was mixed at a ratio of 1 by dry weight ratio to lignin 1 used in the present invention prepared in Comparative Example 4 to prepare an anti-caking agent of soil in which lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth were mixed ( Moisture content 10%).
  • Comparative Example 10 10 parts by weight of the anti-caking agent of the mixed soil is mixed with 100 parts by weight of the red soil: river sand of Comparative Example 1 at a weight ratio of 8: 2 (when the weight ratio is converted to dry weight, 100 parts by weight) Comparative Example 10 was the same as Comparative Example 10 except that 4.5 parts by weight of lignin used in the present invention and 4.5 parts by weight of diatomaceous earth were used per part. Table 3 shows the results of measuring the fresh weight of the above-ground part 16 days after sowing.
  • Example 4 Radish pot test (combination of lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth) Calcined diatomaceous earth was mixed at a ratio of 2 by dry weight ratio to lignin 1 used in the present invention prepared in Comparative Example 4 to prepare an anti-caking agent of soil in which lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth were mixed ( Moisture content 10%).
  • Comparative Example 10 10 parts by weight of the anti-caking agent of the mixed soil is mixed with 100 parts by weight of the red soil: river sand of Comparative Example 1 at a weight ratio of 8: 2 (when the weight ratio is converted to dry weight, 100 parts by weight) Comparative Example 10 was the same as Comparative Example 10 except that 3 parts by weight of lignin used in the present invention and 6 parts by weight of diatomaceous earth were used per part. Table 3 shows the results of measuring the fresh weight of the above-ground part 16 days after sowing.
  • Example 5 Radish pot test (combination of lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth) Calcined diatomaceous earth was mixed at a ratio of 2 by dry weight ratio to lignin 1 used in the present invention prepared in Comparative Example 4 to prepare an anti-caking agent of soil in which lignin used in the present invention and calcined diatomaceous earth were mixed ( Moisture content 10%).
  • Comparative Example 10 10 parts by weight of the anti-caking agent of the mixed soil is mixed with 100 parts by weight of the red soil: river sand of Comparative Example 1 at a weight ratio of 8: 2 (when the weight ratio is converted to dry weight, 100 parts by weight) Comparative Example 10 was the same as Comparative Example 10 except that 2.25 parts by weight of lignin used in the present invention and 6.75 parts by weight of diatomaceous earth were used per part. Table 3 shows the results of measuring the fresh weight of the above-ground part 16 days after sowing.

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Abstract

本発明は、ＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析において、波長２５４ｎｍにおける分子量ピークを、分子量１０，０００～４０，０００の範囲に有するリグニンおよび珪藻土を有効成分とする、土壌の固結防止剤および当該土壌の固結合防止剤を用いた植物の改善方法である。本発明の土壌の固結防止剤は、土壌の固結を改善し、植物の成長不良を改善する効果を有する。

Description

土壌の固結防止剤
　本発明はリグニンを有効成分とする土壌の固結防止剤に関する。
　リグニンはフェニルプロパン単位からなる３次元網状構造の複雑な天然高分子である。また、リグニンは、植物に２０～３０％程度含有されることから、最も豊富に存在する天然の芳香族ポリマーとして知られ、再生可能な資源として注目されている。リグニンには、天然に存在するものの他に、パルプの製造工程などでも調製され、中でもリグノスルホン酸は、パルプの製造廃液から大量に得られることが知られている。リグノスルホン酸は、様々な用途への利用が検討されており、非特許文献１では、土壌改良剤としての用途が期待されている。
　土壌改良剤とは、土壌に施用し、土壌の物理的性質を変化させて農業生産に役に立たせる資材であり、土壌の膨軟化、保水性の改善、保肥力の改善、透水性の改善、団粒形成促進効果などを有する。一般的には、泥炭、バーク堆肥、腐植酸質資材、木炭、珪藻土、ゼオライト、バーミキュライト、パーライト、ベントナイト、ＶＡ菌根菌資材、ポリエチレンイミン系資材、ポリビニルアルコール系資材などが、土壌改良剤に用いられている。
　リグノスルホン酸は、親水基であるスルホン基を有しているため、土壌改良剤に用いた場合、土壌に結合しながらも、その高分子量の為に団粒を作る効果があり、有機分が少なく団粒性能が低い土壌に対して土壌改良効果を示す（非特許文献１）。一方で、粘土質土壌など、土壌が固結して植物の根の成長を阻害しているような土壌に対して、リグノスルホン酸が、土壌の固結防止効果を有する報告は無い。
Ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　Ｂｉｏｒｅｆｉｎｅｒｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　：　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｐ．８２　（Ｈｏｎｇｚｈａｎｇ　Ｃｈｅｎ）
　リグニンを有効成分とする土壌の固結防止剤を提供する。
　本発明者は、鋭意検討の結果、ＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析において、波長２５４ｎｍにおける分子量ピークを、分子量１０，０００～４０，０００の範囲に有するリグニンおよび珪藻土が、土壌の固結防止剤としての高い効果を有することを発見し、本発明を完成した。
　すなわち本発明は、以下の（１）～（５）の構成を有する。
（１）ＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析において、波長２５４ｎｍにおける分子量ピークを、分子量１０，０００～４０，０００の範囲に有するリグニンおよび珪藻土を有効成分とする、土壌の固結防止剤。
（２）前記リグニンがバガスのアルカリ抽出物である、（１）に記載の土壌の固結防止剤。
（３）乾燥重量比として、前記リグニン：前記珪藻土＝１：１～３である、（１）または（２）に記載の土壌の固結防止剤。
（４）（１）～（３）のいずれかに記載の土壌の固結防止剤を用いて、土壌の固結を防止する方法。
（５）（１）～（３）のいずれかに記載の土壌の固結防止剤を用いた、植物の成長改善方法。
　本発明の土壌の固結防止剤は、土壌の固結を改善し、植物の成長不良を改善する効果を有する。
本発明で用いるリグニンを含む場合のＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析の具体例 リグノスルホン酸を含む場合のＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析の具体例 バガスアルカリ熱水抽出物をフィルタープレスで固液分離した液体を含む場合のＧＰＣ分子量分析の具体例
　本発明を実施するための形態に関し、詳細に説明する。
　リグニンは植物由来の高分子フェノール性化合物である。リグニンは、複雑かつ多様な構造を有しているため、詳細な構造は明らかになっていない。また、バイオマスの種類、抽出方法、分析方法によって分子量が異なるが、報告されている一般的な数平均分子量は、２，４００～９，７００である（Ｂｉｏｆｕｅｌｓ　Ｂｉｏｐｒｏｄｕｃｔｓ　＆　Ｂｉｏｒｅｆｉｎｅｒｉｎｇ，　Ｖｏｌｕｍｅ８，　Ｉｓｓｕｅ６，　８３６－８５６（２０１４））。
　本発明の土壌の固結防止剤は、波長２５４ｎｍにおけるＧＰＣ分子量分析において、分子量１０，０００～４０，０００の範囲に分子量ピークを有するリグニンを有効成分とする。
　前記リグニンは、前記分子量範囲内であれば分子量ピークは複数あってもよく、また、本分子量範囲外に分子量ピークを有していてもよいが、その場合は、分子量ピークのうち、最大の高さを持つピークが、分子量１０，０００～４０，０００の範囲内であることが好ましい。本発明で用いるリグニンの、ＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析の具体例を図１に示す。ＧＰＣ分析において、最大の高さを持つ分子量ピークが分子量１０，０００より小さいリグニンは、植物が育つ土壌のｐＨ条件（ｐＨ＝５～８）では液体として存在することが多い。液状のリグニンは、土壌の固結防止効果が十分得られる前に土壌から流出してしまうので好ましくない。
　図２には、一般的な工業用リグニンであるリグノスルホン酸を含む場合のＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析の具体例を示す。一般的な工業用リグニンであるリグノスルホン酸は、亜硫酸法によるパルプ製造工程で副産物として木材中のリグニンから生成し、廃液である黒液に多量に含まれる物質で、ＣＡＳ登録番号は、８０６２－１５－５である。亜硫酸で処理することにより、リグニンにスルホン基が導入されリグノスルホン酸が生じる。図２からリグノスルホン酸は、波長２５４ｎｍにおける最大の高さを持つ分子量のピークが、４０，０００よりも高い値に位置しており、本発明で用いるリグニンは、一般的なリグノスルホン酸より分子量が小さい特徴がある。
　リグニンは、分子量が大きいほど疎水性が高い傾向がある。疎水性が高いリグニンはリグニン同士で固まる力が強いため、土壌に団粒を作る効果はあるが、粘土の割合が高い固結しやすい土壌に対し有効な改良効果を有しない。本発明で用いるリグニンは、分子量１０，０００～４０，０００の範囲に分子量ピークを有するため、土壌と混合した際に、土壌に分散され土壌混合時に土壌粒子間の密着を防止する効果があると推測される。土壌粒子間の密着を防止することにより、土壌の固結が防止され、植物の根の通気性や透水性を高めることで根の伸長を回復させ、植物の成長を改善させる効果を有する。
　本発明で用いるリグニンが有する分子量ピークの好ましい分子量の範囲は、１０，２００～３７，０００であり、さらに好ましくは１１，０００～３５，０００である。
　また、リグニンの分子量は、数平均分子量でも判断することができる。本発明で用いるリグニンの好ましい平均分子量は、ＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析における数平均分子量として、４，０００～４０，０００が好ましく、さらに好ましくは８，０００～２０，０００である。
　ＧＰＣ分子量分析は、Ｇｅｌ　Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ　ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ（ゲル浸透クロマトグラフィー）の略であり、測定試料中の化合物を、分子サイズごとに分離することができる。また、分離したポリマーの相対量を検出器により検出することで、分子量も計算することができる。ＧＰＣ分子量分析では、標準ポリマーを用いて溶出時間と分子量との関係を予め求め、これに基づいて測定試料の分子量を換算する。本発明で用いるリグニンの分子量は、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイドを標準ポリマーとして用いて測定した値である。また、数平均分子量は、測定した分子量の値から以下の式（１）により算出する。式（１）中のＭｎは数平均分子量、Ｍは分子量、Ｎはポリマーの数、Ｃは試料濃度を示す。
　Ｍｎ＝Σ（Ｍｉ・Ｎｉ）／Σ（Ｎｉ）＝ΣＣｉ／Σ（Ｃｉ／Ｍｉ）・・・式（１）。
　ＧＰＣ分析の検出器はリグニンの吸収波長領域である２５０～３００ｎｍを検出できる検出器を利用する。ＧＰＣ分析に用いる波長としては、芳香族化合物の吸収を持つ範囲であれば測定可能であり、代表的な波長として２５４ｎｍ、２８０ｎｍ、３００ｎｍ等があるが、本発明では２５４ｎｍで分析した値を用いている。ＧＰＣ分析の検出器としては、株式会社島津製作所製の多波長紫外－可視吸収検出器（ＳＰＤ－Ｍ２０Ａ）で検出した値を用いる。
　ＧＰＣ分子量分析に用いるカラムとしては、特に制限はないが、本願発明の分子量はＴＳＫｇｅｌＧＭＰＷＸＬとＧ２５００ＰＷＸＬを使用して測定した値である。
　本発明で用いるリグニンは、スルホン基を含まないことが好ましい。スルホン基が含まれると、硫黄分子が土壌に過剰供給され、植物の成長を阻害する場合がある。また、スルホン基中の硫黄分子は、悪臭の原因にもなりやすいためである。
　本発明で用いるリグニンの原料となる植物としては、イネ科の植物が好ましく、さらに好ましくは、稲わら、麦わら、さとうきびの搾りかすであるバガス、さとうきび先端、さとうきびの葉であり、最も好ましくはバガスである。
　前記植物から本発明で用いるリグニンを抽出する方法としては、有機溶媒（エタノール、酢酸エチル等）による抽出、酸抽出、アルカリ抽出等の方法があり、好ましくはアルカリ抽出方法である。さらにアルカリ抽出のうち、アルカリ熱水抽出が好ましい。
　アルカリ抽出方法に用いるアルカリ化合物は特に制限されないが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、アンモニアなどが挙げられ、好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムであり、さらに好ましくは水酸化ナトリウムである。
　アルカリ熱水抽出方法の条件は、ｐＨ１０以上１３．５以下、温度８０℃以上１２０℃以下、０．５時間以上が好ましく、さらに好ましくはｐＨ１０．５以上１３．０以下、温度９０℃以上１２０℃以下、１時間以上反応させることが好ましい。アルカリ濃度の上限は、本発明で用いるリグニンを得られれば特に制限はないが、バイオマスに対してアルカリ濃度が高すぎる場合はリグニンが低分子化するため、本発明の土壌の固結防止剤として有効な成分が得られないことや、残存する塩が多量になり塩とリグニンとを分離するのに手間がかかるなどの問題が生じるため、例えば水酸化ナトリウムであればバガス乾燥重量１ｋｇに対し１８０ｇ以下で処理すること好ましい。
　アルカリ熱水抽出方法の具体例としては、例えばバガス５０ｇ／Ｌ（乾燥重量）濃度の溶液に対し、９０℃、０．４５（ｗｔ／ｗｔ）％の水酸化ナトリウム水溶液で２時間反応させることによって本発明で用いるリグニンを抽出することができる。本明細書中で乾燥重量とはバイオマスを１０５℃で重量が一定になるまで乾燥させた後の重量である。
　本発明で用いるリグニンは、アルカリ熱水抽出方法などで植物より抽出した後、ｐＨ５以下に中和して固液分離することで、固形分側に回収することができる。ｐＨ５の条件で不溶化した高分子リグニンはｐＨを再度ｐＨ５よりアルカリ側に、例えばｐＨ１０以上にすることで水に再溶解させることができる。本発明の土壌の固結防止剤には、本発明で用いるリグニンを固形分の状態で利用する。
　本発明で用いる珪藻土は、藻類の一種である珪藻の殻の化石よりなる堆積物である。珪藻の殻は、二酸化珪素で構成されており、珪藻土も二酸化珪素を主成分とする。珪藻土の種類としては焼成珪藻土が好ましい。
　なお、珪素を含む土壌改良材として珪酸塩白土があるが、珪酸塩白土はソフトシリカとも呼ばれ、モンモリロナイト（化学式（Ｎａ，Ｃａ）０．３３（Ａｌ，Ｍｇ）２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２・ｎＨ２Ｏ）というケイ酸塩鉱物を主成分としており、本発明で用いる珪藻土とは異なる物質である。
　本発明の土壌の固結防止剤は、土壌の固結防止剤の混合量が少ない場合は土壌の固結防止効果が少なく、多すぎる場合は土壌が本来持つ保肥力や保持微生物による植物への効果など全体的な環境バランスが崩れ、相対的に植物の成長力の向上は弱くなる。
　本発明で用いるリグニンの土壌に対する混合比は、土壌の固結防止効果が現れれば特に限定されないが、土壌１００重量部に対してリグニンの乾燥重量として２～２０重量部混合することが好ましく、３～１０重量部混合することがより好ましい。本発明で用いるリグニンは、固形分の状態であれば、乾燥した状態でも、水分を含んでいる状態でも好ましく用いることができる。また、耕作地の土壌の固結防止では、耕作地１０ａ当たり、リグニンを乾燥重量で８～８０トンを混合することが好ましい。
　珪藻土の土壌に対する混合比は、土壌の固結防止効果が現れれば特に限定されないが、土壌１００重量部に対して珪藻土を３～２０重量部混合することが好ましく、５～２０重量部混合することがより好ましい。また、耕作地の土壌の固結防止では、耕作地１０ａ当たり、珪藻土を乾燥重量で１２～８０トン混合することが好ましい。
　本発明で用いる固結防止剤において、本発明で用いるリグニンと珪藻土の好ましい割合は、土壌の固結防止効果が現れれば特に限定されないが、乾燥重量としてリグニン重量比１に対して珪藻土を重量比で１～３の割合で混合することが好ましい。
　本発明の固結防止剤の土壌に対する混合比は、土壌の固結防止効果が現れれば特に限定されないが、土壌１００重量部に対して本発明で用いるリグニンおよび珪藻土の総量の乾燥重量として５～２５重量部混合することが好ましい。また、耕作地の土壌の固結防止では、耕作地１０ａ当たり、本発明の固結防止剤を２０～９２トン散布して混合することが好ましい。
　ここで、本発明で用いるリグニン、珪藻土、土壌の乾燥重量は、前述のバイオマスの乾燥重量の算出方法と同様に、対象物を１０５℃で重量が一定になるまで乾燥させた後の重量として算出する。また、土壌の乾燥重量比を計算する場合には、地表から３０ｃｍの耕作土の重量として算出する。また、プランター等を利用して植物を栽培する場合には、プランター内の土壌の重量として算出する。
　本発明の土壌の固結防止剤は、本発明で用いるリグニンと珪藻土以外にも他の土壌の固結防止剤を含んでもよく、他の土壌改良剤との併用により土壌の固結防止効果を向上させることもできる。他の土壌改良剤としては、泥炭、バーク堆肥、腐植酸質資材、木炭、ゼオライト、バーミキュライト、パーライト、ベントナイト、ＶＡ菌根菌資材、ポリエチレンイミン系資材、ポリビニルアルコール系資材などが挙げられる。
　本発明の土壌の固結防止剤と他の土壌改良剤との混合比は効果が現れれば特に制限はないが、乾燥重量として本発明の土壌の固結防止剤１に対して他の土壌改良剤を乾燥重量比で１～３の割合で混合することが好ましい。
　土壌の固結防止剤を土壌と混合させる方法としては、農業用機械による混合、手動による混合のどちらでも良く、土壌の固結抑制が見られる程度に均一に混合できれば程度は問わない。
　本発明で用いるリグニンと珪藻土は、あらかじめ混合してから土壌と混合してもよいし、別々に混合してもよい。また、上記の本発明で用いるリグニンと珪藻土以外の、他の土壌の固結防止剤を用いる場合にも、各土壌の固結防止剤を別々に土壌と混合してもよいし、固結合防止剤をあらかじめ混合してから、土壌と混合してもよい。別々に混合する場合、混合の順序は問わない。
　土壌の固結防止効果が発揮される土壌としては、土が固まり易く固結することによって物理的に根が伸長できない土壌、また固結の為に空気が土壌深くに入っていかず酸素不足になるような土壌であり、具体的には、土壌の粒度組成において粘土が２０重量％以上の土壌が挙げられる。特に本発明の土壌の固結防止効果が期待できる土壌として粘度が２０～４０重量％の土壌が挙げられる。土壌には粘度の他に、砂やシルトなどが含まれる。本明細書中で粘土とは、粒径が２μｍ以下の砕屑物の総称であり、砂とは粒径が２～０．０２ｍｍの砕屑物、シルトとは粒径が０．０２～０．００２ｍｍの砕屑物の総称である。
　土壌の固結防止効果としては、土壌の固結によって根の伸長が阻害されている土壌に対し、固結を防止することで、植物の根の張りが改善される。根の伸長が改善されることにより、根からより多くの養分を吸収することができ、地上部の生育が改善される。具体的には、本発明の土壌の固結防止剤を利用した場合、利用しなかった場合に比べて、植物の地上部新鮮重量または地下部乾燥重量が増加することで、植物の生育改善を評価できる。好ましく地上部新鮮重量と、地下部乾燥重量の両方が増加していることが好ましい。本明細書で地上部とは地上に現れている植物体部分をさす。本明細書で地下部とは地下に存在する植物体部分をさし、地上部と地下部とは地表面を境に分けられる。また、新鮮重量とは収穫時の植物体内の水分を含んだ植物体そのものの重量である。
　本発明の土壌の固結防止剤を用いて、成長改善が期待できる植物は、特に限定はされないが、イネ科植物、根菜類、セリ科の植物が好ましい。イネ科の植物としてはイネ、コムギ、オオムギ、トウモロコシ、さとうきび、ソルガム、エリアンサスが好ましく、さらに好ましくはさとうきびである。根菜類としてはイモ、ダイコン、ゴボウ、ニンジン、カブであり、さらに好ましくはイモまたはダイコンである。イモとしては、ジャガイモ、サツマイモ、タピオカが好ましく、さらに好ましくはタピオカである。ダイコンとしては、ハツカダイコンが好ましい。セリ科の植物としては、アシタバ、セロリ、ミツバ、ニンジン、コリアンダー、セリ、パセリが好ましく、さらに好ましくはコリアンダーである。
　以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。比較例１～１０および実施例１～５は、それぞれの条件で５回同時に試験を行った。表１、表２、表３のそれぞれの値は、５回の試験の平均値である。
　（参考例１）ＧＰＣ分子量分布測定
　ＧＰＣ分子量分析は以下の条件で実施した。
検出器：多波長紫外－可視吸収検出器　ＵＶ（島津製作所製ＳＰＤ－Ｍ２０Ａ、波長２５４ｎｍ）
カラム：ＴＳＫｇｅｌＧＭＰＷＸＬ、Ｇ２５００ＰＷＸＬ直列に各１本（φ７．８ｍｍ×３０ｃｍ、東ソー）
溶媒：アンモニア緩衝液（ｐＨ１１）／メタノール（１／１＝ｖ／ｖ）
流速：０．７ｍＬ／ｍｉｎ
カラム温度：２３℃
注入量：０．２ｍＬ
標準試料：東ソー製、Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ製単分散ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール
数平均分子量は、式（１）により算出した。
　標準試料であらかじめ溶出時間と分子量の対数との関係を取得し、ＬｏｇＭ（Ｍは分子量）あたりの重量分率ｄＷ／ｄｌｏｇＭ（Ｗは重量）で変換し、横軸を分子量の対数、縦軸をピーク面積が１になるようにプロットして解析した。
　（参考例２）地上部新鮮重量の測定方法
　地際で植物体を切断し、地上部を収穫し、重量を測定した。
　（参考例３）地下部乾燥重量の測定方法
　地際で植物体を切断し、ポットに残った地下部と土からなるべく根が切断されないように流水中で土を除去し、１０５℃で乾燥後に乾燥重量を測定した。
　（参考例４）硫黄分析
　リグニン中に含まれるスルホン基を測定するために、以下の方法で硫黄分析を行った。試料を秤量し、以下記載の装置、条件で分析装置の燃焼管内で燃焼させ、発生したガスを溶液に吸収後、吸収液の一部をイオンクロマトグラフィーにより分析した（繰り返し２回）。
　＜燃焼・吸収条件＞
システム：ＡＱＦ－１００、ＧＡ－１００（三菱化学製）
電気炉温度：Ｉｎｌｅｔ１０００℃　Ｏｕｔｌｅｔ１１００℃
ガス：Ａｉｒ／Ｏ２　２００ｍＬ／ｍｉｎ．
　　　　Ｏ２　　４００ｍＬ／ｍｉｎ．
吸収液：Ｈ２Ｏ２　０．１％、内標Ｂｒ　２μｇ／ｍＬ
吸収液量：１０ｍＬ
＜イオンクロマトグラフィー・アニオン分析条件＞
システム：ＩＣＳ１５００（ＤＩＯＮＥＸ製）
移動相：２．７ｍｍｏｌ／Ｌ　Ｎａ２ＣＯ３　／　０．３ｍｍｏｌ／Ｌ　ＮａＨＣＯ３
流速：１．５０ｍＬ／ｍｉｎ．
検出器：電気伝導度検出器
注入量：１００μＬ。
　（比較例１）さとうきびポット試験（土壌の固結防止剤添加なし）
　６号ポットに赤土（関東ローム層由来であり、粘土を２５重量％含む）：川砂を重量比８：２で混合したものを１ｋｇ入れ、さとうきび苗（沖縄産　茎高さ７～８ｃｍ）を定植した。元肥として化成肥料（窒素－リン－カリウム＝８－８－８）を窒素で５ｋｇ／１０ａ施肥し、１カ月後に追肥として更に２ｋｇ１０ａ施肥した。表層の土が乾いたら適宜ポットのそこから水が出るまで灌水した。８０日後に地上部新鮮重量、地下部乾燥重量を測定した結果を表１に示す。
　（比較例２）さとうきびポット試験（リグノスルホン酸）
　リグノスルホン酸（日本製紙ケミカル社製　バニレックスＨＷを１０Ｎ水酸化ナトリウムでｐＨ７に中和したもの。参考例４で分析した硫黄含量は２．８％であった）を土壌の固結防止剤として、比較例１の赤土（関東ローム層由来であり、粘土を２５％含む）：川砂を重量比８：２で混合した土１００重量部に対して１０重量部混合させること以外は、比較例１と同様とした。８０日後に地上部新鮮重量、地下部乾燥重量を測定した結果を表１に示す。
　（比較例３）さとうきびポット試験（焼成珪藻土）
　焼成珪藻土を土壌の固結防止剤として、比較例１の赤土（関東ローム層由来であり、粘土を２５％含む）：川砂を重量比８：２で混合した土１００重量部に対して１０重量部で混合させること以外は、比較例１と同様とした。８０日後に地上部新鮮重量、地下部乾燥重量を測定した結果を表１に示す。
　（比較例４）さとうきびポット試験（本発明で用いるリグニン）
　バガス１ｋｇ（台糖農産株式会社より購入、ベトナム製）を０．４５重量％水酸化ナトリウム水溶液に乾燥重量で５重量％添加・混合し、９０℃、２時間反応させ、リグニンをアルカリ熱水液に抽出した。アルカリ熱水液を、６Ｎ塩酸を用いてｐＨを５に調整し、本発明で用いるリグニンを沈殿物として発生させた。本発明で用いるリグニンを含む液を、フィルタープレス（薮田機械社製ＹＴＯ型）を用いて固液分離を行い、本発明で用いるリグニン固形分を回収した。回収したリグニンを４０℃で乾燥させ、含水率を重量比２０％とした。本発明で用いるリグニンを土壌の固結防止剤として、比較例１の赤土：川砂を８：２で混合した土１００重量部に対して、１０重量部（乾燥重量として８重量部）で混合させること以外は、比較例１と同様とした。８０日後に地上部新鮮重量、地下部乾燥重量を測定した結果を表１に示す。
　また、本発明で用いるリグニン固形分を、ＮａＯＨでｐＨ１２以上にした溶液に溶解させ、参考例１の条件で分子量分布を測定したところ、図１に示すように、分子量２１，０００に分子量ピークを有し、数平均分子量は１３，８００であった。また、参考例４の条件で分析したところ、硫黄含量は検出できなかった。
　（比較例５）ＧＰＣ分子量分析において、波長２５４ｎｍにおける分子量ピークが、分子量１０，０００より小さいリグニン
　比較例４で作製したバガスアルカリ熱水抽出物をフィルタープレスで固液分離した液体分画を参考例１の条件でＧＰＣ分子量分析したところ、図３に示すように、分子量７，０００にピークを有し、数平均分子量は４，０００であった。このように分子量１０，０００より小さい値にピークを有するリグニンは、植物が生育する領域のｐＨでは液体になっており、土壌の固結防止剤として使用することができないと判断した。
　（実施例１）さとうきびポット試験（本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土の併用）
　比較例４で作製した本発明で用いるリグニン１に対し、焼成珪藻土を乾燥重量比で２の割合で混合し、本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土が混合した土壌の固結防止剤を作製した（含水率１０％）。混合した土壌の固結防止剤を、比較例１の赤土：川砂を重量比８：２で混合した土１００重量部に対して、１０重量部混合（乾燥重量で重量比を換算すると土１００重量部に対して本発明で用いるリグニンが３重量部、珪藻土６重量部）させること以外は比較例１と同様とした。８０日後に地上部新鮮重量、地下部乾燥重量を測定した結果を表１に示す。
　表１の結果から、さとうきびに対し、本発明で用いるリグニンおよび珪藻土を土壌の固結防止剤として用いた実施例１では、比較例１～４に比べて、地上部新鮮重量と地下部乾燥重量の両方が増加した。特に地下部乾燥重量が増加したことから、根の伸長を改善することで地上部の生育も改善されたと考える。すなわち、本発明で用いられるリグニンは、ＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析において、波長２５４ｎｍにおける分子量ピークを、分子量１０，０００～４０，０００の範囲に有し、当該リグニンと珪藻土とを土壌の固結防止剤として土壌と混合させることにより土壌の固結を防止し、根の生育を改善することでさとうきび地上部の成長を改善させたと考える。一方で、比較例２，３では、比較例１と比べて地上部新鮮重量、地下部乾燥重量とも増加がほとんど確認できなかった。従って、分子量ピークが４０，０００よりも高い値を有するリグノスルホン酸には土壌の固結防止効果がほとんど確認できなかった。また、土壌の固結防止剤として、珪藻土を用いた比較例３および、本発明で用いるリグニンを用いた比較例４では、比較例１と比べて地上部新鮮重量、地下部乾燥重量ともに増加する結果となったが、実施例１に比べてその効果は低かった。これらの結果から、本発明で用いるリグニンおよび珪藻土を土壌の固結防止剤として用いた場合、それぞれ単独で用いる場合よりも、地上部新鮮重量、地下部乾燥重量の増加量が高くなる効果があることがわかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（比較例６）コリアンダーポット試験（土壌の固結防止剤添加なし）
　比較例１でさとうきび苗の代わりにコリアンダー苗を用いること以外は比較例１と同様の操作を行った。８０日後に地上部新鮮重量を測定した結果を表２に示す。
　（比較例７）コリアンダーポット試験（リグノスルホン酸）
　比較例２でさとうきび苗の代わりにコリアンダー苗を用いること以外は比較例２と同様の操作を行った。８０日後の地上部新鮮重量を測定した結果を表２に示す。
　（比較例８）コリアンダーポット試験（焼成珪藻土）
　比較例３でさとうきび苗の代わりにコリアンダー苗を用いること以外は比較例３と同様の操作を行った。８０日後の地上部新鮮重量を測定した結果を表２に示す。
　（比較例９）コリアンダーポット試験（本発明で用いるリグニン）
　比較例４でさとうきび苗の代わりにコリアンダー苗を用いること以外は実施例１と同様の操作を行った。８０日後の地上部新鮮重量を測定した結果を表２に示す。
　（実施例２）コリアンダーポット試験（本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土の併用）
　実施例１でさとうきび苗の代わりにコリアンダー苗を用いること以外は実施例１と同様の操作を行った。８０日後の地上部新鮮重量を測定した結果を表２に示す。
　表２の結果から、コリアンダーに対し、本発明で用いるリグニンおよび珪藻土を土壌の固結防止剤として用いた実施例２では、比較例６～９に比べて、地上部新鮮重量が増加した。一方で、比較例７、８では、比較例５と比べて地上部新鮮重量の増加がほとんど確認できなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（比較例１０）ハツカダイコンポット試験（土壌の固結防止剤添加なし）
　６号ポットに赤土（関東ローム層由来であり、粘土を２５重量％含む）：川砂を重量比８：２で混合したものを１ｋｇ入れ、ハツカダイコン（サカタのタネ　スピーディーベジタブル）の種を播種し、発芽後、間引きにより１ポットあたり３株とした。元肥として化成肥料（窒素－リン－カリウム＝８－８－８）を窒素で５ｋｇ／１０ａ施肥した。表層の土が乾いたら適宜ポットの底から水が出るまで灌水した。播種から１６日後の地上部新鮮重量を測定した結果を表３に示す。
　（実施例３）ハツカダイコンポット試験（本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土の併用）
　比較例４で作製した本発明で用いるリグニン１に対し、焼成珪藻土を乾燥重量比で１の割合で混合し、本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土が混合した土壌の固結防止剤を作製した（含水率１０％）。混合した土壌の固結防止剤を、比較例１の赤土：川砂を重量比８：２で混合した土１００重量部に対して、１０重量部混合（乾燥重量で重量比を換算すると土１００重量部に対して本発明で用いるリグニンが４．５重量部、珪藻土４．５重量部）させること以外は比較例１０と同様とした。播種から１６日後の地上部新鮮重量を測定した結果を表３に示す。
　（実施例４）ハツカダイコンポット試験（本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土の併用）
　比較例４で作製した本発明で用いるリグニン１に対し、焼成珪藻土を乾燥重量比で２の割合で混合し、本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土が混合した土壌の固結防止剤を作製した（含水率１０％）。混合した土壌の固結防止剤を、比較例１の赤土：川砂を重量比８：２で混合した土１００重量部に対して、１０重量部混合（乾燥重量で重量比を換算すると土１００重量部に対して本発明で用いるリグニンが３重量部、珪藻土６重量部）させること以外は比較例１０と同様とした。播種から１６日後の地上部新鮮重量を測定した結果を表３に示す。
　（実施例５）ハツカダイコンポット試験（本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土の併用）
　比較例４で作製した本発明で用いるリグニン１に対し、焼成珪藻土を乾燥重量比で２の割合で混合し、本発明で用いるリグニンと焼成珪藻土が混合した土壌の固結防止剤を作製した（含水率１０％）。混合した土壌の固結防止剤を、比較例１の赤土：川砂を重量比８：２で混合した土１００重量部に対して、１０重量部混合（乾燥重量で重量比を換算すると土１００重量部に対して本発明で用いるリグニンが２．２５重量部、珪藻土６．７５重量部）させること以外は比較例１０と同様とした。播種から１６日後の地上部新鮮重量を測定した結果を表３に示す。
　比較例１０と実施例３～５の結果より、本発明で用いるリグニンと珪藻土を乾燥重量比で１：１～１：３で混合し、土壌の固結防止剤として用いた場合、土壌の固結防止剤を添加しない場合と比べて、ハツカダイコンの地上部新鮮重量が増加すること効果が確認できた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  

Claims (5)

  1. 　ＵＶ検出器を用いたＧＰＣ分子量分析において、波長２５４ｎｍにおける分子量ピークを、分子量１０，０００～４０，０００の範囲に有するリグニンおよび珪藻土を有効成分とする、土壌の固結防止剤。
  2. 　前記リグニンがバガスのアルカリ抽出物である、請求項１に記載の土壌の固結防止剤。
  3. 　乾燥重量比として前記リグニン：前記珪藻土＝１：１～３である、請求項１または２に記載の土壌の固結防止剤。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載の土壌の固結防止剤を用いて、土壌の固結を防止する方法。
  5. 　請求項１～３のいずれかに記載の土壌の固結防止剤を用いた、植物の成長改善方法。
     
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