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【発明の名称】 乾燥地植林のための土地改良方法
【発明者】 【氏名】山田 興一

【氏名】小島 紀徳

【氏名】安部 征雄
【要約】 【課題】乾燥地や半乾燥地における乏しい降雨を最大限に有効に利用し、土壌を植林に適したものへと改良する方法を提供する。

【解決手段】爆薬を用いてハードパンを破砕し、深さ５０ｃｍ以上で、横方向に０．５ｍｍ以上のクラックを５０本以上有する穴を形成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
爆薬を用いてハードパンを破砕し、深さ５０ｃｍ以上で、横方向に幅０．５ｍｍ以上のクラックを５０本以上有する穴を形成することを特徴とする乾燥地植林のための土地改良方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、乾燥地植林のための土地改良方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、乾燥地におけるハードパンを破砕し、植林に適した土壌を形成する土地改良方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、地球温暖化が深刻な問題となっている。地球規模での気温上昇は、海水の膨張や氷河の融解による海面上昇、気候メカニズムの変化による異常気象の頻発等を招く恐れがあり、生態系、生活環境、農業などへの影響が懸念されている。
【０００３】
温暖化の原因は、化石燃料の使用によるいわゆる温室効果ガスの蓄積にあり、これらの排出量の抑制については国際規模で様々な取り組みがなされている。しかし、二酸化炭素の排出量はなおも増加しているのが実情である。
【０００４】
文明の発展に伴い、農地、宅地、交通手段の拡充、あるいは木材の利用を目的として多くの森林が伐採されてきた。植物は、二酸化炭素を吸収し、光合成によりエネルギー源となる炭水化物を生成するとともに酸素を放出することから、地球温暖化への対策として、森林による二酸化炭素の吸収、固定化を積極的に利用することが提案されている。そこで、森林伐採の抑制と同時に、地球上の陸地の１／４〜１／３を占める乾燥地や半乾燥地の緑地化に向けた取り組みがなされている。
【０００５】
しかし、多くの乾燥地帯や半乾燥地帯では、地下の浅い場所に不透水層（ハードパン）（非特許文献１）が存在するため、降雨により供給される水が地中に浸透せずに土壌表面から蒸発してしまい、利用できる水量が極端に少ないという問題があった。また、ハードパンはシリカ、鉄、カルシウム等が水和硬化して形成された層であると考えられており（非特許文献２）、非常に硬いため、植林しても苗の根がそれを突破できず、地中深く根を張ることができないという問題もあった。そのため、乾燥地帯での植生は貧弱なものとなり、大きな二酸化炭素吸収、固定化効果が期待できなかったのが実情である。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｐａｔｅ， Ｊ．Ｓ．， Ｗ．Ｈ． Ｖｅｒｂｏｏｍ ａｎｄ Ｐ．Ｄ． Ｇａｌｌｏｗａｙ， Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｏｔａｎｙ， ４９， ５２９−５６０ （２００１）．
【非特許文献２】
Ｂｅｔｔｅｎａｙ， Ｅ． ａｎｄ Ｈ．Ｍ． Ｃｈｕｒｃｈｗａｒｄ， Ｊ． ｏｆ ｔｈｅ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｓｔｒａｌｉａ， ２１， Ｐｔ． １， ７３−８０ （１９７４）．
【非特許文献３】
Ｔａｈａｒａ， Ｋ．， Ｔ． Ｋｏｊｉｍａ ａｎｄ Ａ． Ｉｎａｂａ， Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ３８， ６１５−６２０ （１９９７）．
【０００７】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、乾燥地や半乾燥地における乏しい降雨を最大限に有効に利用し、土壌を植林に適したものへと改良する方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
したがって、この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、爆薬を用いてハードパンを破砕し、深さ５０ｃｍ以上で、横方向に幅０．５ｍｍ以上のクラックを５０本以上有する穴を形成することを特徴とする乾燥地植林のための土地改良方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明者らは、これまでに乾燥地に植林し、緑地化するためのさまざまな検討を進めてきた。
【００１０】
【表１】


【００１１】
【表２】


【００１２】
この出願の発明の土地改良方法は、それらの検討をとおして見出されたものであり、乾燥地を緑地化する上で重要な最初のステップであるといえる。すなわち、前記のとおり、少ない降雨量を最大限に生かし、乾燥地を植林に適した土地とすることを目的としている。なお、以下、本明細書においては、「乾燥地」とは砂漠化した乾燥地や年間降雨量が３００ ｍｍ未満の半乾燥地を意味するものとする。
【００１３】
乾燥地への植林において、まず問題となるのは、地下浅くに存在する不透水層、いわゆるハードパン（非特許文献１）である。ハードパンは地下浅く、すなわち地表近くに存在し、ケイ素、鉄、カルシウム等が水和硬化して形成された硬い層であるため（非特許文献２）、苗を植え付ける穴を掘削することが困難である。また、耕作機械等を用いて適当な穴を形成できても、その穴に植林された苗は根を張ることが出来ず、成長できない。
【００１４】
そこで、この出願の発明の乾燥地植林のための土地改良方法では、まず、ハードパンを爆破して破砕する。ハードパンの爆破では、苗を植え付けるための穴が形成されると同時に、ハードパンに多くの亀裂（割れ目、クラック）が生じる。この亀裂は、降雨時に水分を地下深くに浸透させる上で重要な透水路となるだけでなく、苗の根がハードパン内やその下層まで縦横に成長するためのいわゆる突破口となる。したがって、根の十分な成長を促し、樹木が大きく育成されるようになる。
【００１５】
また、ハードパンは、層状に割れやすい構造となっているため、ハードパンの爆破により水平方向に多数の亀裂が形成される。降雨期にはこの亀裂に水が貯留され、その水は亀裂中へ伸張する木根への水供給源となる。また、亀裂中に貯留された水の乾燥速度は割れ目上下に存在する不透水性のハードパン層より抑制される。
【００１６】
このとき、ハードパンに形成される穴は、苗を植えるのに適した大きさであればよいが、十分な大きさの苗木を植え付けるためには、５０ｃｍ以上の深さを有するものとすることが望ましい。また、このような穴には幅０．５ｍｍ以上の割れ目（クラック）が５０本以上形成されていることが望ましい。さらに、このようなクラックは、例えば２０ｃｍ以下の間隔で形成されるものとすることができる。
【００１７】
本願の発明者らは、乾燥地植林のための土地改良において、
（ａ）降雨時における土壌への水の浸透を促進し、
（ｂ）土壌中の水分の蒸発を抑制し、
（ｃ）土壌の含水量を増大させ、
（ｄ）根の伸張による水分獲得と倒木防止を実現する
ことを目標として鋭意研究を進めた結果、ハードパンの爆破により、前記のとおり、直径５０ｃｍ以上で横方向に幅０．５ｍｍ以上のクラックを５０本以上有する穴が形成された場合にこれらの目標が達成されることを見出した。また、本願の発明者らは、穴の直径が５０ｃｍ未満の場合には、降雨により穴の底の土壌水分が飽和に達しても、その後に乾燥期間（無降雨期間）が２〜３ヶ月続くと土壌中の水分量が樹木しおれ点以下まで減少し、樹木が枯死し易くなることを確認している。さらに、クラックの数が５０本未満の場合には、土壌の含水絶対量が少なくなる上、クラック内に伸張する根の本数が少なくなるために、乾燥時に根を通して供給される水の量が不足し、枯死し易くなったり、樹木を支える強度が不足し、強風（毎秒１５ｍ以上）による倒木が起こりやすくなったりすることも確認している。なお、クラックの幅については、より小さいことが望ましいと考えられるが、０．５ｍｍ未満の幅のクラックを形成するためには多大な爆破エネルギーが必要な上、根の太さは通常０．５ｍｍ以上で、それ未満ではクラックへの根の伸張が見られなくなることから、クラック幅は０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００１８】
この出願の発明の乾燥地植林のための土地改良方法において、以上のとおりの穴を形成するために使用される爆薬の種類や量は、対象となる土地の広さ、目的とする穴の大きさ、ハードパンの深さや厚さ等に応じて適宜変更でき、とくに限定されない。例えば、厚さ６ｍのハードパンに直径７ｃｍ、深さ３ｍの穴をドリルで作り、そこに硝酸アンモニウム１０ｋｇ、軽油０．６ｋｇを入れ、その穴を土石で塞ぎ、爆破すれば、直径３ｍ、深さ４ｍの円錐形の穴が得られる。また、本願の発明者らは、このような方法により形成された穴の周囲のハードパンに、３〜１０ｍｍの空間を有する亀裂が１００本以上、層状に形成されることも確認している。
【００１９】
この出願の発明の土地改良方法は、以上のとおりにハードパンを爆破して破砕、亀裂形成することを特徴とするものであるが、このような破砕工程以外にも、耕耘、灌漑、土壌への吸水剤、保水剤等の混合、肥料の追加等の手法を併用してもよい。
【００２０】
とくに、乾燥地植林のための土地改良では、水の供給源を確保することが重要であり、地下水の利用や降雨の集水を検討することが望ましい。さらに、海水や湖水から逆浸透法または蒸発法によって純水を製造し、利用するプロセスも適用できるが、これらの方法は植林によって吸収が期待できる量よりも多くのＣＯ２を放出するため、ＣＯ２の吸収、固定を目的とする場合にはあまり好ましくない。したがって、降雨時の水の流出を阻止し、植林領域に集水できるような集水設備を設けることが望ましい。
【００２１】
以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２２】
【実施例】
＜実施例１＞
（１）方法
〔対象領域〕
西オーストラリアの州都パースから東北東６００ ｋｍ、レオノーラ（Ｌｅｏｎｏｒａ）スタート・メドウズ（Ｓｔｕｒｔ Ｍｅａｄｏｗｓ）５０ ｋｍｘ５０ ｋｍの地域を、実証用サイトとして使用した。
【００２３】
この地域での年間平均降雨量は２２２ ｍｍであるが、季節による変動があり、とくに夏期の降雨量は非常に少ない。
【００２４】
また、この地域の平均勾配は２ ％未満であるが、降雨の半分は前記の５０ ｋｍｘ５０ ｋｍ地域の南部に位置する塩湖に流れ込み蒸発してしまう。さらに、この地域のほとんどはハードパンに覆われているため、大雨（２０ ｍｍ以上）の場合には流出水が発生しやすい。したがって、この地域には、浅いハードパンではむき出しの土または多少の草が見られるだけで植生はほとんど認められず、深いハードパンではＡｃａｃｉａ ａｎｅｕｒａ（アカシア）の疎林が形成されているに過ぎなかった。また、Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓ（ユーカリ）の群生林も若干は存在したが、それらは表層が厚く、豊富な地下水のある場所に限定されていた。
【００２５】
中でも測候所の北約１０ ｋｍのところにある領域（サイトＣ）では、数メートルもの厚いハードパンの上に数センチの表層土があるだけで、植生はほとんど認められなかった。このサイトＣを土地改良および植林の対象領域とした。
〔準備〕
図１にサイトＣの鳥瞰写真を、図２にサイトＣの構成を表す概略模式図を示した。幅約４００ ｍ、長さ約６００ ｍの集水地域を取り囲むように外周に集水堤防（バンク）（１）を構築し、その集水領域の中に、幅５０ ｍ、長さ４０ ｍの植林地域を有する堤（ポンド）（２）を１２個（２−１〜２−１２）設けた。
【００２６】
ポンドバンク（３）はブルドーザーを用いて形成し、その高さは１ ｍとした。上流からの流出水の一部が、集水バンクのＶ字部分（４）に集水され、流量計を備えた入り口（６１）から貯水地域に流れ込むようにした。
【００２７】
また、乾季に水を供給できるように、井戸（５）を掘削した。
【００２８】
さらに、サイトＣにおける降雨量を測定するために自動記録装置を設置した。
【００２９】
なお、灌漑水の月間合計は、
月間灌漑水量＝樹木の数×各樹木に対する平均給水量×給水時間
として計算した。さらに、月間灌漑水量を貯水地域の面積で割ることにより月間降雨量と比較（単位：ｍｍ）した。
〔土地改良と植林〕
それぞれの植林領域の中と集水領域の下流側でハードパンを破砕した。まず、直径７ ｃｍ、深さ３ ｍの穴をドリルで作り、そこに硝酸アンモニウム１０ ｋｇ、軽油０．６ ｋｇを入れ、その穴を土石で塞ぎ爆破した。この方法により５０ ｍｘ４０ ｍのポンド（２）に直径３ ｍ、深さ５ ｍの穴をそれぞれ４９個設けた。なお、第５ポンド（２−５）だけは破砕を行わず、対照とした。
【００３０】
自生のものも含め各種の樹木の苗木を各穴の中心に１本ずつ植え、羊の厩肥を４．６ ｋｇずつ加え、肥料とした。
（２）結果
〔集水状況〕
ポンドバンク（３）を構築し、樹木を植えた後で、雨量２０ ｍｍ以上の降雨が数回あった。その際発生した北東方面からの流出水は、集水バンクのＶ字部分（４）に効果的に誘導され、二つの流れ（４１、４２）に分かれて、１２のポンド（２−１〜２−１２）に分配された。ハードパンの破砕を行わなかった第５ポンド（２−５）では、分配された水が土壌に浸透しないために長期に渡り湛水していたが、それ以外のポンド（２−１〜２−４、２−６〜２−１２）では、水が土壌の深層にまで浸透していった。
【００３１】
灌漑水量は、前記の計算式により相当する月間降雨量に換算し、実際の降雨データと合わせて図３に示した。
【００３２】
気温が高く、降雨量の少ない時期には灌漑の頻度が増えたが豪雨の時期には灌漑は行わなかった。
〔樹木の生育〕
半年ごとに高さ、測定者の胸の高さ（約１３０ ｃｍ）での直径、および樹冠の幅を測定して樹木の成長を観測した。各種別の樹木の平均高さを図４に示した。
【００３３】
第５ポンド（２−５）では、ハードパンの破砕を行わなかったため表土が薄く、高さが１ ｍ未満の小さな苗木しか植えることができなかった。また、Ｃａｓｕａｒｉｎａ ｏｂｅｓａ（モクマオウ）は、１ ｍ以上の苗木しか入手できなかったために、第５ポンド（２−５）には植えることができなかった。
【００３４】
第５ポンド（２−５）を除くすべてのポンド（２−１〜２−４、２−６〜２−１２）における、単位面積当たりの平均生物量（ｂｉｏｍａｓｓ）、平均成長速度、および平均生存率を表３に示した。
【００３５】
樹木の乾燥量（ｄｒｙ ｍａｓｓ）は、この調査地域に自生している多くの種を伐採サンプリングして調べて得られた高さと乾燥量の関係式を用いて算出した。
【００３６】
平均成長速度は、任意の期間中に各ポンドにおいて増加した樹木の乾燥量をポンドの面積（５０ ｍｘ４０ ｍ）で割って求めた。
【００３７】
【表３】


【００３８】
各ポンド（２−１〜１２）の間では、樹木の成長速度に大きな違いは認められなかった。一方、第５ポンド（２−５）では、樹木の高さ、生物量、成長速度のいずれについても低い値しか得られなかった。その原因としては、１ ｍ未満の小さな苗木しか植えられなかったことが挙げられる。また、根が成長できなかったことも影響していると考えられる。
【００３９】
樹木の種別では、Ｃ． ＯｂｅｓａとＥ． ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓの成長が特に早かった。一方、Ａ． ａｎｅｕｒａの成長速度は前記の２種類に比較すると低く、他のＥｕｃａｌｙｐｔｕｓ種と同程度であった。また、Ａ． ａｎｅｕｒａ樹木の成長速度は、第５ポンド（２−５）とそれ以外のポンド（２−１〜１２）との間でも、大きな差が見られなかった。このような結果の要因としては、Ａ． ａｎｅｕｒａが浅い表層土において水平方向に根を伸ばす点が挙げられる。
〔根の伸張〕
それぞれの樹木の片側の土壌とハードパンの塊を破壊し、根を切断しないように水圧を用いて除去した。露出した根の様子を撮影し、直径を測定して全量を推定した後、根の根元における直径と根の全量との間の関係を得た。なお、調査後は、根を再び土壌で覆い、水を与えた。
【００４０】
植え付けから１年後のＥ． ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓの根の伸張を図５に示した。根の多くが下向きに２．５ ｍ（調査用の穴の最大深さ）以上に伸張しており、ハードパンの破砕によって形成された空隙にまで達しており、また、水平に伸びているものも見られた。さらに、根の一部は細いクラックの中にも伸びていた。
【００４１】
さらに、植え付けから２年経過後に根の伸張を測定したが、図５に示されるものより、太くなっており、根の先端の最も深い位置は確認できないほどに伸張していた。これより、樹木の成長に伴い、根が伸張し、地下水を吸い上げられるようになることが期待できる。
【００４２】
また、植え付けから２年後のＣ． ｏｂｅｓａの根の様子を図６に示した。Ｅ． ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓに比較すると、細い根が多く、根の伸張方向はもっと広く、もっと均一であった。これらの根は、ハードパンの破砕により生じた小さなクラックにも入り込み、２ ｍ以上も奥にまで達していた。これより、破砕によって形成されたクラックにより根の水平および垂直方向の伸張が促進されたことが示された。
【００４３】
したがって、植林を目的とした乾燥地の土地改良では、土壌への水の供給とともに、ハードパンへのクラック形成の重要性が示された。
＜実施例２＞
（１）方法
実施例１の植林領域に、実施例１と同様の方法により直径７０ ｃｍ、深さ６０ ｃｍで幅１ ｍｍ以上のクラックを８０本有する穴を形成し、Ｅ． ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓの苗（約４０ ｃｍの樹高）を植え付けた。
（２）結果
２年後に苗の成長を確認したところ、２．５ ｍまで成長していた。
＜比較例１＞
（１）方法
実施例２と同様の方法により、直径３０ ｃｍ、深さ３０ ｃｍで幅１ ｍｍ以上のクラックを３０本有する穴を形成し、同様にＥ． ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓの苗（約４０ ｃｍの樹高）を植え付けた。
（２）結果
苗は１年後に枯死した。
＜実施例３＞ 二酸化炭素のライフサイクル評価
この出願の発明の土地改良方法と植林のプロセスから放出されるＣＯ２のライフサイクルを評価した。
【００４４】
実施例１で使用された材料、設備および燃焼により直接排出されるＣＯ２の量は、ＮＩＲＥ−ＬＣＡ ソフトウェア（ｖｅｒ． ２）（非特許文献３）により計算した。なお、ＣＯ２排出の単位は日本において採用されているものである。ダイナマイトの爆発によるＣＯ２の直接排出は無視した。
【００４５】
苗木を７００本植え付けるために要するハードパンの破砕によって排出されるＣＯ２の総量は、９．６ ｔ ＣＯ２または２．６ ｔ Ｃａｒｂｏｎと計算された。バンクやフェンスを建設するために要する他のエネルギーを加算しても、排出量は３３ｔ ＣＯ２または９ ｔ Ｃａｒｂｏｎであり、これは樹木１本あたり１３ ｋｇ Ｃａｒｂｏｎに相当する。しかし１本の樹木が成長すれば、５００ ｋｇ Ｃａｒｂｏｎを固定すると考えられていることから、本願発明の方法により排出されるＣＯ２量は、吸収、固定化できるＣＯ２量に比較すれば、無視できる程度の量であるといえる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この発明によって、乾燥地への植林が可能となるように土地を改良する有効な方法が提供される。この発明の方法では、ハードパンを爆破により破砕することにより、根の伸張と樹木の成長が劇的に加速される。また、この発明の方法において排出されるＣＯ２の量は、植林された樹木が成長した際に吸収できるＣＯ２の１／４０に過ぎず、地球温暖化問題への対策として有用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の実施例において、土地改良および植林を行った領域（サイトＣ）の鳥瞰写真に変わる図面である。
【図２】この出願の発明の実施例において、土地改良および植林を行った領域（サイトＣ）の構成を示した概略模式図である。
【図３】この出願の発明の実施例において、土地改良および植林を行った領域（サイトＣ）での降水量と灌漑水量を示した図である。
【図４】この出願の発明の実施例において、土地改良および植林を行った領域（サイトＣ）に植林された樹木の各種別の成長度を示した図である。
【図５】この出願の発明の実施例において、苗木の植え付けから１年後のＥ． ｃａｍａｌｄｕｌｅｎｓｉｓの根の様子を表す写真に変わる図である。
【図６】この出願の発明の実施例において、苗木の植え付けから２年後のＣ． ｏｂｅｓａの根の様子を表す写真に変わる図である。
【符号の説明】
１ 集水堤防
２ 堤（ポンド）
２−１ 第１ポンド
２−２ 第２ポンド
２−３ 第３ポンド
２−４ 第４ポンド
２−５ 第５ポンド
２−６ 第６ポンド
２−７ 第７ポンド
２−８ 第８ポンド
２−９ 第９ポンド
２−１０ 第１０ポンド
２−１１ 第１１ポンド
２−１２ 第１２ポンド
３ ポンドバンク
４ 集水バンクのＶ字部分
４１ 流路（流れ）１
４２ 流路（流れ）２
５ 井戸、灌漑手段
６１ 入り口
６２ 出口
【出願人】 【識別番号】５０３３６０１１５
【氏名又は名称】独立行政法人 科学技術振興機構
【出願日】 平成１５年４月７日（２００３．４．７）
【代理人】 【識別番号】１０００９３２３０
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 利夫
【公開番号】 特開２００４−３０５０９８（Ｐ２００４−３０５０９８Ａ）
【公開日】 平成１６年１１月４日（２００４．１１．４）
【出願番号】 特願２００３−１０３３４５（Ｐ２００３−１０３３４５）