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有用な農業特性と廃棄物管理の可能性を示すミミズ堆肥細菌の微生物多様性①

ミミズコンポスト
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    今回は「Microbial diversity of vermicompost bacteria that exhibit useful agricultural traits and waste management potential」という論文から、ミミズコンポストの植物成長促進効果について詳しく述べています。以下に、論文の主要なポイントをまとめます。

    ミミズコンポストと通常コンポストとの違い

    ミミズコンポスト化は、高温を必要としない生物学的な分解プロセスです。

    この方法では、ミミズとそれに関連する微生物が協力して、食べ物の残りや植物のくずなどの有機物を肥料に変換します。

    ミミズの働きにより、有機物が断片化されることで、コンポスト内の通気性、排水性、保水性を改良し、微生物活動と生分解性促進します 。

    ミミズの腸管内のいくつかの酵素、腸粘液、抗生物質は、有機高分子の分解に重要な役割を果たしています。

    例えば、ミミズの腸内には、セルラーゼ、プロテアーゼ、キチナーゼ、酸性ホスファターゼなどの酵素が含まれています。これらの酵素は、有機物を分解して植物が利用できる形に変換します。

    セルラーゼはセルロース(植物の細胞壁の主成分)を分解し、グルコースに変換します。これにより、植物の残渣が効率的に分解されます。その結果、土壌中の有機物が迅速に分解され、微生物活動が促進されます。


    プロテアーゼはタンパク質をペプチドやアミノ酸に分解します。これにより、動物や植物の有機残渣の窒素成分が植物に利用可能な形に変わります。その結果、土壌中の窒素循環が促進され、植物の窒素供給が向上します​ 。


    キチナーゼはキチン(主に昆虫の外骨格や甲殻類に含まれる多糖)をグルコサミンに分解します。その活動により、土壌中のキチン質の分解が進み、有機物の循環が効率化されます。


    ホスファターゼは有機リン化合物を加水分解する働きがあります。 この酵素の活動により、土壌中のリン供給が改善され、植物のリン欠乏症が防がれます。

    ミミズコンポストは、分解プロセスを 2~5 倍加速するため、通常のコンポストに比べて迅速かつ、均質的に堆肥化されます。

    また、ミミズコンポストと通常のコンポストに見られる微生物群集には明確な違いがあるため、堆肥化において微生物分解プロセスの性質がかなり異なります 。

    堆肥化のプロセスは、2つの段階に分かれます。最初の段階は「好熱性段階」と呼ばれ、高温を好む細菌が有機物を強力に分解します。その後、「中温性成熟期」と呼ばれる段階が続きます。

    この段階では、温度が下がり、中温を好む細菌が堆肥の成熟を助けます。

    一方、ミミズコンポスト化は最初から最後まで「中温性プロセス」として行われます。このプロセスでは、中温を好む細菌と菌類が有機物を分解し、ミミズがその活動を助けます。

    ミミズコンポストの利用可能な実施例

    次のような有機物残渣において、ミミズ堆肥化することができます。

    ・加工したジャガイモからの園芸残渣

    ・キノコ廃棄物

    ・豚の廃棄物

    ・ビール工場の廃棄物

    ・養蚕廃棄物

    ・都市下水汚泥

    ・農業残渣

    ・牛糞

    ・紙くずなどの産業廃棄物

    ・製紙工場や乳製品工場からの汚泥

    ・家庭の台所廃棄物

    ・都市残留物や動物の排泄物

    化学分析により、ミミズコンポストは元肥と比較して pH、EC、有機炭素 (OC) 、C:N 比、窒素、カリウムが低く、総リンと微量栄養素の量が多いことが報告されています。

    従来の堆肥と比較してミミズ堆肥の pH 値がわずかに低いのは、窒素とリンの無機化、フルボ酸、フミン酸への分解 、および同時発生する CO2によるものと考えられます。

    ミミズ堆肥にはより多くのフミン酸物質が含まれています。腐植酸物質は、成熟した動物の排泄物、下水汚泥、製紙工場の汚泥に自然に含まれていますが、ミミズコンポスト化により、従来のコンポスト化に比べて、生成率と生成量が 40~60 パーセント大幅に増加します。

    腐植化プロセスの向上は、有機物の断片化とサイズの縮小、ミミズの腸内の微生物活動の増加、ミミズの摂食と運動による土壌の通気性によってもたらされます 。

    また牛糞のミミズ堆肥化では硝化が促進され、アンモニウム態窒素が硝酸態窒素に急速に変換されたという報告もある。

    ミミズ堆肥化では 17 週間後に硝酸態窒素の濃度が 28 倍に増加したが、従来の堆肥では 3 倍の増加にとどまった 。

    ミミズ堆肥化中の灰分濃度の増加は、ミネラル化の速度が速まることを示しています。

    ミネラル化とは、有機物が分解され、植物が吸収しやすい形になるプロセスです。

    灰分が増えることで、ミネラル化の速度が速まります。灰はアルカリ性物質であり、悪臭の原因となる硫化水素(H2S)の生成を抑え、酸素(O2)の利用可能性を高めることで、堆肥を無臭に保ちます。

    つまり、ミミズ堆肥化は灰分の増加をもたらし、植物が栄養素を利用しやすくするために重要なミネラル化の速度を加速します。

    ミミズ堆肥で観察された総リン (TP) の増加は、ミミズの腸管上皮内の微生物によるホスファターゼ活性の強化によるリンのミネラル化と可動化によるものと考えられます。

    ミミズ堆肥は、新鮮なヘドロと比べて、カルシウム(Ca²⁺)、マグネシウム(Mg²⁺)、カリウム(K⁺)の濃度が大幅に増加しています。これは、ミミズが有機物を食べて消化する過程で、栄養素が植物が利用しやすい形に変換されるためです。

    また、ミミズ堆肥は通常の堆肥よりも栄養分濃度が高いですが、塩分の問題が少ないのも利点です。

    さらに、ミミズ堆肥は微生物の数と多様性においても優れており、従来の堆肥よりも多くの微生物が含まれています。

    ミミズ堆肥を使った土壌では、無機肥料や牛糞を使った土壌よりも植物の成長が良くなります。


    結論

    ミミズ堆肥は、ミミズと微生物の相互作用によって、有機物が豊かな栄養価を持つ堆肥に変換される素晴らしいプロセスです。ミミズは土壌内で重要な役割を果たし、有機物を分解するだけでなく、土壌を通気し、調整し、豊かな微生物生息地を作り出します。特に、ミミズの腸内には数多くの酵素があり、有機物を効率的に分解する役割を果たしています。これにより、ミミズ堆肥はさまざまな残渣や廃棄物を分解し、堆肥化プロセスを促進します。

    さらに、ミミズ堆肥は塩分を発生しにくく、微生物の多様性も豊かです。これにより、土壌の健康を促進し、植物の成長を促進します。また、ミミズ堆肥は環境にやさしい方法で廃棄物を処理することができます。さまざまな有機廃棄物を分解する能力と、微生物の働きによって、ミミズ堆肥は土壌の品質向上や植物の健康に貢献します。

    したがって、ミミズ堆肥は持続可能な農業や庭園管理の重要な手段であり、地球環境へのプラスの影響をもたらすことが期待されます。ミミズの素晴らしい働きを活かしたこの方法は、より健康な土壌と持続可能な農業を実現するための鍵となります。

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