農集と生物田の組み合わせ その③ -生物田-
藻化池の次は生物田です。
ここは、ミジンコをはじめとする動物プランクトンを生産する場所になります。
水田には、意図しなくても多くの動物プランクトンが自然発生します。これは、浅い水深や、土壌といった条件が培養に適しているためです。
水田土壌には、動物プランクトンの餌となる微生物が生息しています。
水田の断面図を下に示します。
水田の断面は、5～10cm程度の表層水と土壌からなり、土壌は5～10mm程度の表面酸化層とその下の還元層からなります。
表面酸化層は、酸素が含まれており、好気性細菌や原生動物、微細藻類がいます。
還元層は酸素がなく、メタン酸化菌のような嫌気性細菌がいます。
これらの土壌中の微生物は、動物プランクトンの増殖に必要な栄養素を作り出しています。
動物プランクトンの必須栄養素は、アミノ酸や脂肪酸、ビタミン類など多種ありますが、その中で重要なものにビタミンB12とメチオニンがあります。
これらは、DNAのメチル化に関わるため、世代交代速度が速く、環境に合わせて表現型を変えるプランクトンにとっては、特に重要になるのです。
水田土壌には、これらを生産するメタン生成菌、メタン酸化菌、光合成細菌が生息しています。これが、水田で動物プランクトンが多く発生する原因ではないでしょうか。
また、表面酸化層には各種の植物プランクトンがいます。これらが持つ必須脂肪酸も、動物プランクトンの増殖には必要となります。
土壌表面中の植物プランクトンは、土中より、窒素リンや可溶性性の鉄分等の肥料成分と、ＣＯ２や酢酸などの炭素源の補給を豊富に受け、有利な条件で増殖することができます。
以上のように、水田土壌には、動物プランクトンの餌になる微生物が多く育つ環境が整っています。
また、ばっ気無しで動物プランクトンを培養する場合は、水深が浅いほど有利になることが知られており、この条件からも、水深の浅い水田は有利になります。
通常の水田に、藻化池から通水するだけでも、動物プランクトンの生産は十分可能だと思われますが、改良を加えることで、さらに効率を高めて生産性を上げることができると思われます。
その改良点は、
② その水路に水流を作る
③ 出口管の高さを任意に設定できるようにし、水位と滞留時間と間引き量のコントロールをする
上の①と②は、水田内に一定の水流を作り出すことを目的としたもので、餌生物が育つ表面酸化層を厚くすることと、水の攪拌によるDO供給の増進を狙ったものです。
水田の表面水は静置されており,、動きはないと思われがちですが、蒸発による滞留が生じていることが以下に示されています。
水田における物理環境計測の進歩と溶存酸素、ｐＨ、酸化還元電位の動態解明および湛水層における対流の発見：臼井靖浩、生物と気象13：25-32，2013
これにより、自然拡散よりはるかに速い物質移動が可能になっていますが、大量の動物プランクトンの呼吸、摂食速度を満たすには、これをさらに増加させる必要があります。
水田内に人工的な水流を生じさせることは、動物プランクトンの生産性を大幅に高めると期待されます。
下に、段階的に改造を加えた生物田の図を示します。
図の一番上は、無改造の水田に藻化池から通水したものです。放流管は水位の調整が可能なもので、これにより水深と滞留時間がコントロールできます。
図の真ん中は、水田に仕切りシートを設置して、水の流れがまんべんなく一様になるようにしたものです。これにより短絡流を防ぎ、滞留時間が一定になるようにすることができます。
図の一番下は、これに撹拌機を加えて、水田に一定の水流を生じさせるものです。これにより、水田土壌の表面酸化層の厚みを増加させ、土壌へのDOの供給、メタン酸化の促進、餌生物やベントス量の増などが期待できます。
分離メッシュは、網の径が0.3mm程度のプランクトンネットで、タマミジンコであれば通り抜けることができません。生物量のコントロールに使います。有っても無くてもよいです。
上の3つのうち、動物プランクトンの生産性に最も効果があるのは、一番下のものと思われますが、現実的には真ん中のもので十分だと思われます。
以上のように、通常の水田に少し改造を加えるだけで生物田にすることができます。また、藻化池の水を連続して常時通水する必要もなく、断続的な通水でもＯＫです。
例えば、中干で一時水田の水を抜いてしまっても、また藻化水を入れれば、すぐに動物プランクトンは湧いてきますから。
このように、生物田による動物プランクトンの生産は、稲作と共存することが可能かと思われます。また、稲作から見ても、藻化池の水による施肥効果が期待できます。
生物田は、ある水田に固定するのではなく、任意の水田に藻化池の送水先を変えることで柔軟的な運用が可能です。
また、汚水処理施設→藻化池→生物田 の水の送り方は、連続ではなく回分的に行われます。各工程は“間引き”運転が基本になるでしょう。
滞留時間は、藻化池が4日程度、生物田はミジンコのメッシュ分離をした場合には0.5～1日程度で、しない場合には3日程度になるでしょう。
全ては、やってみないとわかりませんが・・・私は農集も水田も持っていないので、実験することができません。
（2020/2/11）