JP4820201B2

JP4820201B2 - 植物成長促進方法並びに植物成長促進剤

Info

Publication number: JP4820201B2
Application number: JP2006109119A
Authority: JP
Inventors: 久下垣; 斉寺添
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-04-11
Also published as: JP2007275022A

Description

本発明は、植物成長促進方法並びに植物成長促進剤に関する。さらに詳述すると、本発明は、光合成を行う植物の成長促進に用いて好適な植物成長促進方法並びに植物成長促進剤に関する。

耕地単位面積当たりの収穫量を増加させる方法としては化学肥料を用いることが一般的である。しかしながら、化学肥料の使用は生産コストを上げ、化学肥料の多用は環境汚染を招く虞がある。そのため、自然界で常態において存在するものを活用する方法が望まれる。

そこで、近年、野菜や果物栽培等において、温室中の二酸化炭素濃度を上げることによって光合成を促進させ、野菜や果物等の収量及び糖度を向上させることが試みられている（特許文献１）。ここで、植物群生地の大気中二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度と植物葉の光合成速度との間には、図２に示すように、大気中二酸化炭素濃度が高まると光合成速度が増加する関係があることが知られている（非特許文献１）。具体的には、閉鎖系の人工気象室実験において大気中二酸化炭素濃度を３５０ｐｐｍから６５０ｐｐｍに上げることにより稲の収量が８〜１５％増加したという結果が得られている（非特許文献２）。また、野外開放系大気ＣＯ_２増加実験において、バックグラウンド大気よりも約２００ｐｐｍ高い二酸化炭素濃度条件下で稲の収量が最大１５％増加したという結果が得られている（非特許文献３）。なお、これらの実験においては、大気中二酸化炭素濃度を高めるため、例えば、放出口を備えたダクトが接続されたブロワーを用いてタンク等に貯蔵した液化二酸化炭素を気化させて大気中に放出するようにしている。

このような二酸化炭素の供給において、二酸化炭素ボンベから直接大気中にパージさせる方法では非効率であるとして、植物群生地の大気中二酸化炭素濃度を高めて植物の光合成速度を増加させる従来の光合成促進剤としては、例えば、重合体１００質量部に対し、二酸化炭素の当初含有率が２質量部〜７０質量部である重合体組成物であって、大気圧下、２５℃における二酸化炭素の放出継続時間が少なくとも１００時間であることを特徴とする光合成促進用二酸化炭素放出性重合体組成物からなる成形体が通気性包装体の中に包装されている光合成促進剤も提案されている（特許文献１）。

一方、地球温暖化を引き起こす温室効果ガスのうちメタン（ＣＨ_４）の年間総放出量は約６億トンであり、土壌中有機物の分解によるメタンガスの自然発生に基づく水田と湿地とからの大気中への放出は全放出量の約４０％を占めるといわれている（波多野隆介：農耕地からの亜酸化窒素、メタン放出のモニタリング，生物の科学遺伝別冊 No.１７地球温暖化−世界の動向から対策技術まで−，裳華房，２００３年）。また、一分子あたりの地球温暖化ポテンシャルではメタンは二酸化炭素の２０倍以上であって温室効果への寄与率は約２０％であり、わずかな濃度の上昇が温暖化に大きく作用するといわれている。このため、国連気候変動枠組条約第３回締約国会議いわゆるＣＯＰ３において採択された京都議定書では、基準年を１９９０年として二酸化炭素換算でのメタンの総排出量を少なくとも５ｗｔ％削減することが数値目標として定められ、工業、農林業など主要な排出源での対応策が求められている。

内島善兵衛：新地球温暖化とその影響，裳華房，p.１２７図７・４，２００５年諸隅・矢島・米村：ＣＯ２濃度上昇と温暖化が水稲の生育及び収量に及ぼす影響，日本作物学会紀事６５（２），pp.２２２−２２８，１９９６年小林和彦：ＦＡＣＥ（開放系大気ＣＯ２増加）実験，日本作物学会紀事７０（１），pp.１−１６，２００１年特開２００３−２４６８８０号

しかしながら、特許文献１の光合成促進剤は、温室などの閉ざされた空間内での使用を前提としたものであり、開放空間での使用を考えていない。さらに、全く新たに生成した二酸化炭素が大気中に放出され、地球温暖化防止に反する。

さらに、地球温暖化ポテンシャルでは二酸化炭素の２０倍以上であると共に全放出量に対する水田や湿地等の植物群生地を発生源とする放出量の割合が高いメタンについても大気中への放出を抑制することが望まれる。

そこで、本発明は、地球温暖化防止と植物成長の促進とを両立することができる植物成長促進方法並びに植物成長促進剤を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明者は、植物の成長を促進させると共に、地球温暖化防止対策に貢献するために植物群生地を発生源とするメタンの大気中への放出を抑制するという大局的な見地から検討を行い、メタンを二酸化炭素に変換して植物に吸収させて光合成作用を活発化させるという全く新しい着想に基づいて本発明を完成させるに至った。すなわち請求項１記載の植物成長促進方法は、メタン酸化菌を付着させた担体を植物群生地の土壌に散布若しくは鋤込み、メタン酸化菌により土壌中のメタン或いは土壌から放出されるメタンを酸化分解して二酸化炭素に変換し、植物群生地の大気中二酸化炭素濃度を周囲よりも高めるようにしている。

したがって、この植物成長促進方法によると、メタン酸化菌を付着させた担体を植物群生地の土壌に散布若しくは鋤込むようにしているので、メタン酸化菌により土壌中のメタン或いは土壌から放出されるメタンが酸化分解されて二酸化炭素に変換され、植物群生地の大気中二酸化炭素濃度が高まる。

なお、本発明において、メタン酸化菌とは、メタンを酸化分解する能力を有する細菌群を意味するものとして用いる。また、メタンを酸化分解するとは、メタンを二酸化炭素と水に分解することを意味する。

また、請求項２記載の植物成長促進方法は、メタン酸化菌を付着させる担体として有機物の炭化物を用いるようにしている。この場合には、有機物であるために担体は土壌中で分解される。また、炭化物であるために担体が多孔質となる。

また、請求項３記載の植物成長促進剤は、担体にメタン酸化菌を保持するようにしている。

したがって、この植物成長促進剤によると、担体にメタン酸化菌を保持するようにしているので、この担体を植物群生地の土壌に例えば散布若しくは鋤込むことにより、メタン酸化菌により土壌中のメタン或いは土壌から放出されるメタンが酸化分解されて二酸化炭素に変換され、植物群生地の大気中二酸化炭素濃度が高まる。

また、請求項４記載の植物成長促進剤は、メタン酸化菌を付着させる担体として有機物の炭化物を用いるようにしている。この場合には、有機物であるために担体は土壌中で分解される。また、炭化物である担体は多孔質であるため、メタン酸化菌の生息に適した環境でありメタン酸化菌の付着量が多くなる。

請求項１並びに３記載の植物成長促進方法並びに植物成長促進剤によれば、土壌中のメタン或いは土壌から放出されるメタンが酸化分解されて二酸化炭素に変換されるので、地球温暖化ポテンシャルの高いメタンをそれよりも地球温暖化ポテンシャルの低い二酸化炭素に変換し、この二酸化炭素によって植物群生地の大気中二酸化炭素濃度を高めて、植物の光合成作用を活発にして成長の促進を図ることができる。さらに、メタンを酸化分解して二酸化炭素に変換することにより、二酸化炭素と比べて温室効果の高いメタンの大気中への放出を抑制することができる。すなわち、メタンを二酸化炭素に変換すると共に変換した二酸化炭素を植物に吸収させて酸素を放出させるというサイクルを構築することにより、メタン及び二酸化炭素を積極的に利用して大気への放出量を削減し地球温暖化防止対策に貢献すること及び植物の成長を促進することを同時に達成することができる。

さらに、自然界に生息しているメタン酸化菌を用いているので、化学肥料を用いる場合のように環境汚染の虞がなく、自然環境に悪影響を与えることなく植物の成長の促進を図ることができる。

請求項２並びに４記載の植物成長促進方法並びに植物成長促進剤によれば、担体が土壌中で分解されるので、自然環境に悪影響を与えることなく植物の成長の促進を図ることができる。また、多孔質担体を用いることにより、メタン酸化菌の繁殖を促進することができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

本発明の植物成長促進剤は、担体にメタン酸化菌を保持するものであり、この植物成長促進剤を用いる本発明の植物成長促進方法は、メタン酸化菌を付着させた担体を植物群生地の土壌に散布若しくは鋤込み、メタン酸化菌により土壌中のメタン或いは土壌から放出されるメタンを酸化分解して二酸化炭素に変換し、植物群生地の大気中二酸化炭素濃度を周囲よりも高めるようにしている。

メタン資化菌とも呼ばれるメタン酸化菌（Ｍｅｔｈａｎｏｔｒｏｐｈ）は微生物である。本発明に用いられるメタン酸化菌は、メタンを炭素源として用い、メタンを最終的に二酸化炭素と水に分解し得る細菌であれば特に限定されない。このような微生物は、既に公知であり（Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，Ｖｏｌ．６５（１１），ｐｐ．４８８７−４８９７，１９９９年）、例えばＭｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｐｓｐｈａｅｒａ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｃｙｓｔｉｓ属及びＭｅｔｈａｎｏｔｒｏｐｈｉｃ属の細菌が挙げられ、本発明に用いられるメタン酸化菌としては好ましくはＨｙｐｈｏｍｉｃｒｏｂｒｉｕｍｍｅｔｈｙｌｏｖｏｒｕｍ、Ｈｙｐｈｏｍｉｃｒｏｂｒｉｕｍｆａｃｉｌｉｓ、これらと同じクラスターに属するＨｙｐｈｏｍｉｃｒｏｂｒｉｕｍｓｐ．Ｓ４として単離された菌株、タイプＩＩメタン酸化細菌と分類されるＴ２-０６株、Ｔ２-０７株、Ｔ２-１７株及びこれらと系統的に近縁である菌株からなり、且つメタンを酸化分解する能力（以下、メタン酸化分解能と呼ぶ）を有する細菌である。

これらのメタン酸化菌は、湿地、湖沼や河川、水田、畑地、牧草地、広葉樹の森林の土壌や水中に広く生息していることが知られており、陸域に比べて種類は少ないものの海水や海底の泥土中でも生息していることが確認されている。

メタン酸化菌は、メタン発生量の多い水田、湖沼の湿地、農業用水路の河岸湿地などから土壌を採取し、メタンを唯一の炭素源として培養することにより得られる。本発明に用いられるメタン酸化菌としては、メタン酸化分解能がより高いメタン酸化菌が選択されることが好ましい。

メタン酸化菌はメタンを二酸化炭素と水に分解することから、メタン酸化菌の選択はメタンの消費と二酸化炭素の発生を指標として行うことができる。また、メタン酸化菌の培養は、八木ら（国立環境研究所特別研究報告ＳＲ−３１−２０００，２０００年）によるクロロエチレン及びクロロエタン分解菌の分離方法に準じて行うことができる。

具体的には、次のように実施することができる。まず、ガスバイアルビンにメタン酸化菌の培養に適する無機塩液体培地を入れ、さらに土壌を添加し、バイアルビンで密閉する。次いで、ガスバイアルビンのヘッドスペースの空気を一部引き抜いた後、炭素源としてメタンを添加する。これを３０℃の定温恒温器内で振とう培養する。一定期間培養した後、ヘッドスペースから空気を採取し、メタン濃度をガスクロマトグラフで測定する。メタン濃度の減少が認められたものについて、その液体培地を液体培地を含むガスバイアルビンに添加して、２回目の振とう培養を行う。この培養において、メタン濃度の減少が大きいメタン酸化菌を選び、さらに新しい液体培地に植え継いで３回目の集積培養を行い、メタン濃度の減少が大きいメタン酸化菌を選ぶ。

本発明の植物成長促進剤は、担体にメタン酸化菌が保持されたものである。本発明では、担体材料として、メタン酸化菌を保持即ちメタン酸化菌を付着させ繁殖させ得る材料が用いられる。そして、メタン酸化菌の繁殖を促進するために多孔質材料が用いられることが好ましい。具体的には例えば、木炭、活性炭、籾殻燻炭が好ましい。

例えば、木炭が用いられる場合には、木材が粒経１〜１００ｍｍ、好ましくは粒径５〜１０ｍｍ程度にチップ化され、通常３００〜１０００℃、好ましくは４００℃以上で炭化されることにより多孔質担体が得られる。

また、廃棄物を簡易な処理により有効活用することができることから、担体として燻炭処理した籾殻が用いられることが好ましい。また、籾殻は土壌中で分解されるので土壌汚染につながる虞がないことからも担体材料として籾殻が用いられることが好ましい。また、土壌に有機物が供給されて植物成長のための肥料となることからも担体材料として籾殻が用いられることが好ましい。さらに、担体材料として籾殻が用いられることにより籾殻に含まれていた珪酸が土壌に供給されることとなり、それを水稲が吸収し、水稲の体力増強等の珪酸効果が得られることからも担体材料として籾殻が用いられることが好ましい。

メタン酸化菌を付着・繁殖させた担体即ち本発明の植物成長促進剤を製造する際には、コストなどの実用化の観点から、できるだけ少量のメタン酸化菌を効率的に担体全体に付着させ繁殖させることが好ましい。そこで、担体の上部にメタン酸化菌を含む養液を加え、メタンを含む空気を循環させることで、担体への付着と繁殖を促進させる。具体的には例えば以下のような方法が考えられる。

（１）担体に無機塩類培地を噴霧し、含水率８０％程度まで十分に湿らせる。
（２）密閉可能な容器に（１）の担体を入れ、上部からメタン酸化菌を含む培養液を添加する。
（３）真空ポンプで内部の空気を抜き、メタンと空気の割合が１：９の混合ガスを注入する。
（４）ファン等を稼動させ、メタンを含む空気を循環させる。
（５）容器内の温度を３０℃程度に維持して静置する。

なお、メタン酸化菌の繁殖においては、初期メタン濃度が５〜４５ｖｏｌ％、雰囲気温度が２０〜４０℃の範囲、酸素濃度が少なくとも５ｖｏｌ％望ましくは８ｖｏｌ％以上に維持される環境が適している。

（１）〜（５）の操作終了後、内部のメタン濃度と二酸化炭素濃度を経時的に測定し、メタン濃度が検出限界以下まで低下した時点で空気の循環を停止する。これにより、担体にメタン酸化菌が付着・繁殖した植物成長促進剤が得られる。

そして、本発明の植物成長促進方法は、図１に示すように、上述の方法により得られたメタン酸化菌１ａを担体１ｂに保持させた植物成長促進剤１を例えば水田即ち水稲群生地等の植物群生地の土壌２に散布又は鋤込む。散布又は鋤込む植物成長促進剤１の量は植物群生地の土壌２中のメタン濃度やメタン酸化菌１ａのメタン酸化分解能によって異なる。具体的には例えば、担体１ｂとして燻炭処理した籾殻を用いた場合には、１ｍ^２あたり１００ｇ〜５０ｋｇ、好ましくは２ｋｇ〜２５ｋｇ程度である。また、メタン酸化能が時間の経過に伴って低下した場合には植物成長促進剤１の追加散布を適宜行う。

なお、水田土壌２中に植物成長促進剤１を鋤込む場合には、土壌２の表層即ち酸化層に散布若しくは鋤込むことが好ましい。これにより、酸化層の下側の還元層においてメタン生成菌の作用により有機物から発生するメタンを大気中に放出される前に酸化層において二酸化炭素に酸化分解することができる。なお、メタン生成菌とは、メタンを生成する能力を有する細菌をいう。

上述の植物成長促進剤１を植物群生地の土壌２に散布若しくは鋤込むことにより、土壌２中の有機物から発生するメタンを酸化分解して二酸化炭素に変換し、土壌２から二酸化炭素を放出させて植物群生地の大気中二酸化炭素濃度を周囲の大気中二酸化炭素濃度よりも高めることができる。そして、植物群生地の大気中二酸化炭素濃度の上昇により植物の光合成速度を増加させて成長を促進させることができる。なお、例えば、２０ｇＣＨ_４／ｍ^２／月の定常的メタンフラックスが水田から発生する（農業環境技術研究所：タイにおける水田からのメタン発生，平成７年度農業環境研究成果情報（第１２集），１９９６年）と共に発生したメタンが全て二酸化炭素に酸化分解され、且つ、群生している植物自体が壁としての役割を果たすことによって活発な換気が抑制された状態（具体的には０．５回／時間）であるとした場合には３２ｐｐｍの大気中二酸化炭素濃度の増加が見込まれる。さらに、既存の実験データによると大気中二酸化炭素濃度が３００ｐｐｍ増加することにより水稲収量（穂数・籾数）が１５％程度増加している（非特許文献２）。これらのことから、３２ｐｐｍの大気中二酸化炭素濃度の増加によって１．５％程度の水稲収量の増加が見込まれる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

本発明の植物成長促進方法の概要並びに植物成長促進剤の概略構造を示す図である。植物群生地の大気中二酸化炭素濃度と植物葉の光合成速度との間の関係を説明する図である。

符号の説明

１植物成長促進剤
１ａメタン酸化菌
１ｂ担体
２土壌

Claims

メタン酸化菌を付着させた担体を植物群生地の土壌に散布若しくは鋤込み、前記メタン酸化菌により前記土壌中のメタン或いは前記土壌から放出されるメタンを酸化分解して二酸化炭素に変換し、前記植物群生地の大気中二酸化炭素濃度を周囲よりも高めることを特徴とする植物成長促進方法。
前記担体は有機物の炭化物であることを特徴とする請求項１記載の植物成長促進方法。
担体にメタン酸化菌を保持するものである植物成長促進剤。
前記担体は有機物の炭化物であることを特徴とする請求項３記載の植物成長促進剤。