花王株式会社（社長・澤田道隆）マテリアルサイエンス研究所は、粘土質土壌に低縮合リグニンを混ぜて土を適度な塊にし、空気を多く含む土壌に改良して大豆の収穫量を上げる技術を開発しました。大豆は栄養バランスがよい作物で、世界的な人口増加に伴う食糧問題解決への貢献につながるものと考えられます。

本研究内容は、日本作物学会第248回講演会（2019年9月25～26日、鳥取県）で発表しました。

図１ 低縮合リグニンによる土壌の空気相の増加

低縮合リグニンを混ぜた土壌では密度が低く空気を多く含む場所（黒い部分）が増えています。

背景

世界の人口は、2010年の68億人から2030年には83億人、2050年には90億人に達すると言われており、人口の増加とともに世界的な食糧難への懸念が指摘されています。一方で地球環境の保全も重要な課題であるため、農業分野では環境を保全しながら食糧を増産することが求められるようになってきました。

花王は、植物（葉や根の表面）と外部環境（土壌、水、空気など）の界面の物性を精密に制御する技術の開発を通じて、この問題への解決策を探索してきました。これまでに、葉の表面の性質を変えて農薬の濡れ性や浸透性を高め、農薬の効果の安定と使用量削減に貢献するアジュバント技術や、発根を促して収穫量を上げる生育促進技術などを開発し、実用化してきた実績があります。

低縮合リグニンで土壌を団粒化し、空気相を増やす技術を開発

今回の研究では、食糧供給の観点から主要作物である大豆に焦点を当て、単位面積あたりの収穫量を上げる技術を検討しました。現在、日本を含むアジアで稲作から転換して大豆栽培を行なっている場所が多く見られます。稲作から転換した土壌は一般に肥沃である一方、粘土質で排水性が悪く根に十分な空気が供給されないため、大豆の生育が悪いという課題がありました。

そこで、粘土質土壌の空気相を増やす方法として、土をある程度の塊にして（団粒化）、空気を含むすき間をつくることを考えました。粘土質土壌にこの性能をもたらす物質を探索した結果、植物バイオマス※の主成分であり、植物組織を結合して構造を強化する性質を持つリグニンに着目。一般的にバイオマスからリグニンを分離するときには前述の性質が損なわれる傾向がありますが、花王ではこの性質を維持したリグニン(低縮合リグニン)を分離することに成功しました。この低縮合リグニンを土壌に混ぜることで土が適度に塊になり、空気相が増えることを確認しました（図１）。

※植物バイオマス：植物から得られる枯渇の懸念の少ない資源。稲わら、間伐材など多様な形態がある。

低縮合リグニンによる大豆の増産効果

フクユタカという品種の大豆を用いてガラス温室（和歌山県）での試験を行なったところ、低縮合リグニンを加えた土壌はそうでない土壌に対して出芽率が上がりました。また、出芽後の大豆を育てたところ、低縮合リグニンを加えた土壌ではそうでない土壌よりも根の張りがよくなることが確認できました。

さらに、東北大学　微生物共生研究室　南澤究教授の研究グループと共同で、畑での試験（圃場試験、宮城県）を実施しました。エンレイという品種の大豆を用いた試験では、低縮合リグニンを加えた土壌はそうでない土壌に対して、種を播いてから収穫までの期間を通じて土壌中に空気を十分保っており、収穫量が30%以上増加するなど大幅に向上する傾向を確認しました（図2）。

図2　大豆（エンレイ）の、畑での栽培試験収量結果

今後も様々な粘土質土壌で実証実験を重ねて性能を検証し、食糧難の解決に貢献できる技術の実用化をめざしてまいります。