本发明涉及抑制土壤水分渗透的层、构建有该层的绿化系统以及构建该绿化系统的方法。
背景技术：
通常，作为确保植物生长所需的土壤水分的方法，已提出了用膜或片材覆盖土壤表面的方法(专利文献1)、用具有保水性的覆盖材料(mulchingmaterial)覆盖土壤表面的方法(专利文献2)等。此外，还提出了将保水材料等埋入土壤中的方法(专利文献3和4)。
专利文献
专利文献1：jph8-172939a
专利文献2：jph11-243793a
专利文献3：jps56-11722a
专利文献4：jp2012-120485a
技术实现要素：
本发明要解决的问题
然而，通过覆盖土壤表面来确保土壤水分的上述方法能抑制土壤水分的蒸发，但对于沙质土壤等(例如旱地中的那些)，它不能抑制水分向土壤深处渗透，导致灌溉或雨水利用效率低的问题。此外，将保水材料等埋入土壤中的方法能抑制水分向土壤深处渗透，但存在例如环境负荷大、埋入困难和成本高等问题。
解决问题的方法
本发明的目的是提供一种抑制土壤水分渗透的层及其形成方法，该层的环境负荷低且易于构建。
通过深入研究，本发明人发现，通过将天然橡胶胶乳(naturalrubberlatex)的凝结剂喷洒到目标土壤上然后将天然橡胶胶乳喷洒到目标土壤上的步骤重复2次以上，可以便利地形成厚度稳定的由天然橡胶胶乳构成的渗透抑制层，完成本发明。
即，本发明涉及：
[1]一种形成抑制土壤水分渗透的层的方法，该方法包括如下步骤：将天然橡胶胶乳的凝结剂喷洒到目标土壤上，然后将天然橡胶胶乳喷洒到目标土壤上，重复该步骤2次以上；
[2]上述[1]所述的方法，其中，天然橡胶胶乳的使用量为300g/m2至2000g/m2；
[3]上述[1]或[2]所述的方法，其中，相对于天然橡胶胶乳的使用量，凝结剂的使用量(凝结剂的使用量/天然橡胶胶乳的使用量)为0.4至2.5；
[4]上述[1]至[3]中任一项所述的方法，其中，所述凝结剂为有机酸和/或低级醇；
[5]上述[1]至[4]中任一项所述的方法，其中，所述层的厚度为0.3mm至15.0mm；
[6]一种抑制土壤水分渗透的层，所述层通过上述[1]至[5]中任一项所述的方法形成；
[7]一种绿化系统，其中，上述[6]的层构建在土壤表面以下3cm至300cm的地下；以及
[8]一种构建绿化系统的方法，其中，所述方法包括用3cm至300cm的表层土壤覆盖通过上述[1]至[5]中任一项所述的方法形成的层的覆盖步骤。
发明的效果
根据本发明，可提供环境负荷低且易于构建的用于抑制土壤水分渗透的层、构建有该层的绿化系统以及构建该绿化系统的方法。构建有该层的绿化系统可有效地利用灌溉水或雨水来促进植物生长。
具体实施方式
<形成渗透抑制层的方法>
本发明的一个实施方式的抑制土壤水分渗透的层的特征在于，该层由凝结的天然橡胶胶乳构成且凝结的天然橡胶胶乳中包含土壤。此处，“包含土壤的层”指由天然橡胶胶乳和土壤构成的层，例如在天然橡胶胶乳渗入土壤缝隙并凝结的状态下的层或在海岛结构(其中由凝结的天然橡胶胶乳构成的海结构中存在土壤的岛状结构)的状态下的层。通过在土壤之间形成低渗透性的层(该层由此种天然橡胶胶乳构成)，可在土壤中维持适当的保水能力以使植物的根腐病不会发生。
天然橡胶胶乳的主要成分是疏水性的顺式-1,4-异戊二烯。因此，通过在土壤中形成天然橡胶胶乳的膜，可阻挡来源于雨水等的水从地面渗透，可将水储存在膜上方的土壤中。此外，当使用天然橡胶胶乳时，与将片材(例如氯乙烯)放置或埋入土壤中的情况不同，天然橡胶胶乳分解到土壤中，因此无需回收和处理天然橡胶胶乳，并因此可减轻环境负荷。
作为天然橡胶胶乳，可使用从产橡胶的植物收集的生胶乳(鲜胶乳)、通过已知浓缩方法(例如离心)除去蛋白质来浓缩鲜胶乳而获得的浓缩天然橡胶胶乳等。浓缩天然橡胶胶乳的实例包括：主要包含氨作为防腐剂的高氨天然橡胶胶乳；以及除氨之外还包含月桂酸或硼酸的低氨天然橡胶胶乳。其中，高氨天然橡胶胶乳是优选的，因为高氨天然橡胶胶乳并不昂贵且不包含任何化学物质。
通常，将氨作为细菌增殖抑制剂添加到胶乳中，因为细菌会随时间而增殖和凝结。但是，通常将二硫化四甲基秋兰姆(tmtd)或氧化锌添加到低氨天然橡胶胶乳中作为氨的替代品。tmtd具有高毒性，例如对皮肤和眼睛有刺激性、对皮肤有过敏作用、对微生物有致突变性以及诱导哺乳动物细胞的染色体畸变；还已知氧化锌具有水生环境毒性。在本发明实施方式中，通过使用高氨天然橡胶胶乳，可防止上述有害物质向自然环境的流出，可减轻环境负荷。
根据本发明实施方式的渗透抑制层可以通过将天然橡胶胶乳的凝结剂喷洒到目标土壤上然后将天然橡胶胶乳喷洒到目标土壤上的步骤重复2次以上而形成。在以凝结剂和天然橡胶胶乳的顺序喷洒、在土壤表面形成天然橡胶胶乳的保水膜后，通过以凝结剂和天然橡胶胶乳的顺序进一步喷洒，可便利地形成厚度稳定的由天然橡胶胶乳构成的渗透抑制层。如此，根据本发明实施方式的形成抑制土壤水分渗透的层的方法，无论土壤性质如何，均可便利地形成厚度稳定的渗透抑制层，易于控制土壤的保水能力。
另一方面，在以天然橡胶胶乳和凝结剂的顺序喷洒时，首先喷洒的天然橡胶胶乳渗入土壤。然后，喷洒凝结剂，因此从首先喷洒的天然橡胶胶乳的地面侧开始凝结，凝结剂逐渐渗透，形成渗透抑制层。在这种情况下，由于天然橡胶胶乳的渗透速率根据土壤性质(例如土壤组成以及颗粒形状和大小)而不同，有必要根据土壤调整喷洒量和喷洒条件，从而引出层厚度的控制复杂的问题。
天然橡胶胶乳的使用总量根据待栽培植物的种类等适当调节，但优选为300g/m2以上，更优选为500g/m2以上，进一步优选为700g/m2以上，以确保要储存的水的量。此外，从保水和排水之间平衡的角度出发，天然橡胶胶乳的使用总量优选为2000g/m2以下，更优选为1800g/m2以下，进一步优选为1600g/m2以下。当天然橡胶胶乳的使用总量超过2000g/m2时，土壤中的水含量过多，可能导致植物的根腐病。
天然橡胶胶乳溶液是源自植物的代谢作用的天然产物，特别优选其中分散溶剂为水的天然橡胶/水基橡胶。天然橡胶胶乳溶液的浓度优选为10质量％以上，更优选为15质量％以上，进一步优选为20质量％以上。当浓度小于10质量％时，天然橡胶胶乳的凝结不会进行，可能不会形成包含土壤的层。天然橡胶胶乳溶液的浓度优选为50质量％以下，更优选为40质量％以下，进一步优选为30质量％以下。如果天然橡胶胶乳溶液的浓度超过50质量％，则成本变高，并且喷洒设备(例如喷洒器)容易堵塞。
凝结剂的实例包括无机酸，例如盐酸、硝酸、磷酸和硫酸；有机酸，例如甲酸、乙酸、乳酸、草酸、苹果酸、酒石酸、琥珀酸、富马酸、马来酸、柠檬酸、抗坏血酸、葡萄糖酸和葡萄糖醛酸；它们的钠盐、钾盐、镁盐、钙盐和铝盐；低级醇，例如甲醇、乙醇和异丙醇；以及凝结剂，例如阴离子聚合物凝结剂、阳离子聚合物凝结剂和非离子聚合物凝结剂。其中，从成本和易于使用的角度来看，适合使用有机酸和低级醇。凝结剂可通过溶解或悬浮于溶剂中来使用，此种溶剂的实例包括水等。
作为有机酸，适合使用水中溶解度高、可分解性良好、对使用者的健康危害低以及对环境负荷低的那些。此种有机酸的实例包括c3-c7羟基酸，例如乳酸、苹果酸、酒石酸和柠檬酸，其中，优选柠檬酸。此外，可通过来自高氨天然橡胶胶乳的氨与这些有机酸的中和作用来减轻环境负荷，并且由中和反应产生的这些有机酸的铵盐的危害也较小。
作为低级醇，鉴于在水中的溶解度，优选c1-c4醇；鉴于凝结速率、挥发性和环境负荷，更优选乙醇。
鉴于天然橡胶胶乳的凝结速率，凝结剂的总量优选为300g/m2以上，更优选为500g/m2以上，进一步优选为700g/m2以上。此外，鉴于成本和环境负荷，凝结剂的总量优选为2000g/m2以下，更优选为1800g/m2以下，进一步优选为1600g/m2以下。
当凝结剂为固体时，优选在使用前将凝结剂溶解或悬浮于溶剂中。通过将凝结剂溶解或悬浮于溶剂中然后喷洒凝结剂，可将凝结剂均匀地喷洒在整个地面上，可使渗透抑制层的层厚均匀。尽管在此种情况下凝结剂的浓度根据凝结剂的类型而变化，但凝结剂的浓度通常优选为4.0质量％至30.0质量％。
例如，当使用有机酸(优选c3-c7羟基酸)作为凝结剂以将其用作水溶液时，有机酸水溶液的浓度优选为4.0质量％以上，更优选为5.0质量％以上，进一步优选为7.0质量％以上，特别优选为9.0质量％以上。当有机酸水溶液的浓度小于4.0质量％时，天然橡胶胶乳的凝结不会进行，可能不会形成包含土壤的层。另一方面，有机酸水溶液的浓度的上限无特别限定，但从成本和溶液制备的容易性的角度来看，优选为30.0质量％以下，更优选为20.0质量％以下，进一步优选为18.0质量％以下，特别优选为15.0质量％以下。
此外，当将低级醇(优选为c1-c4醇)用作凝结剂以将其用作水溶液时，醇水溶液的浓度优选为75质量％以上，更优选为90质量％以上，进一步优选为95质量％以上，特别优选为98质量％以上。当醇水溶液的浓度小于75质量％时，天然橡胶胶乳的凝结速率慢，天然橡胶胶乳易于渗入土壤，渗透抑制层的层厚度趋于根据土壤性质而变化。
尽管相对于天然橡胶胶乳的使用量的凝结剂的使用量(凝结剂的使用量/天然橡胶胶乳的使用量)根据凝结剂的类型而变化，但通常优选为0.4至2.5。
例如，当使用有机酸(优选c3-c7羟基酸)作为凝结剂时，相对于天然橡胶胶乳的使用量，凝结剂的使用量(凝结剂的使用量/天然橡胶胶乳的使用量)优选为0.4以上，更优选为0.6以上，进一步优选为0.8以上。当小于0.4时，天然橡胶胶乳的凝结速率慢，天然橡胶胶乳易于渗入土壤，渗透抑制层的层厚度趋于根据土壤性质而变化。另一方面，它优选为2.5以下，更优选为2.0以下，进一步优选为1.5以下。当超过2.5时，天然橡胶胶乳的量太少，这可能使得难以形成连续的渗透抑制层。
为了确保要储存的水的量，渗透抑制层的层厚度优选为0.3mm以上，更优选为1.0mm以上，进一步优选为2.0mm以上，特别优选为2.5mm以上。此外，从保水和排水之间平衡的角度出发，渗透抑制层的层厚度优选为15.0mm以下，更优选为10.0mm以下，进一步优选为8.0mm以下。为了将渗透抑制层的层厚度设定在上述范围内，喷洒凝结剂然后喷洒天然橡胶胶乳的步骤可重复2次以上至任意次数，优选2次至10次，更优选2次至5次。
尽管对凝结剂和天然橡胶胶乳之间的每个喷洒间隔没有特别限制，但优选为约1分钟。例如，当在高温环境下，先喷洒的凝结剂与天然橡胶胶乳之间的喷洒间隔增加且凝结剂为低级醇时，在喷洒天然橡胶胶乳之前低级醇会挥发，变得难以使天然橡胶胶乳凝结。此外，当凝结剂为有机酸水溶液时，在喷洒天然橡胶胶乳之前水分会蒸发，固体凝结剂留在地下，但天然橡胶胶乳的凝结速率变得比使用有机酸水溶液时更慢，因此难以使渗透抑制层的层厚均匀。
每次喷洒的凝结剂和天然橡胶胶乳的量可以相等或不相等，但优选每次逐渐增加喷洒量。在以先少量凝结剂然后天然橡胶胶乳的顺序喷洒以在土壤表面上形成天然橡胶胶乳的保水膜之后，通过逐渐增加喷洒的凝结剂和天然橡胶胶乳的量，可形成厚度稳定的渗透抑制层。当首先喷洒的凝结剂的量很大时，凝结剂会渗透到土壤深处，从而变得浪费。此外，由于靠近地面的凝结剂的量不足，此后喷洒的胶乳不能充分凝结，因此难以使渗透抑制层的层厚均匀。
<绿化系统>
根据本发明实施方式的绿化系统的特征在于，上述渗透抑制层被埋在地下。根据该绿化系统，由于该绿化系统在地下具有由天然橡胶胶乳构成的渗透抑制层，因此能抑制灌溉水或雨水向土壤深处的渗透，可确保土壤水分。因此，通过在渗透抑制层上种植植物，可确保植物生长所需的水分。特别地，在植物难以生长的区域，例如土壤为沙土的区域和降雨少的区域，可利用绿化系统来制备植物可以生长的环境。
根据要栽培的植物等，可适当地调节距离土壤表面(其上构建有渗透抑制层)的深度，该深度优选为3cm至300cm，更优选为5cm至200cm，进一步优选为10cm至100cm。当深度小于3cm时，几乎没有土壤可以确保水含量，这不足以促进植物生长。当深度超过300cm时，构建趋于变得困难。此外，利用上述绿化系统栽培的植物没有特别限制。
栽培植物的方法也没有特别限制，可通过常规方法栽培植物。此外，除渗透抑制层之外，上述绿化系统还可包括通常的绿化系统中包括的设备，例如灌溉设备。
<构建绿化系统的方法>
通过使用常用的农药喷洒器，在暴露的地下土壤上喷洒凝结剂和天然橡胶胶乳的溶液，可在短时间内容易地形成根据本发明实施方式的渗透抑制层。因此，不同于拉紧重物(例如片材)的情况，根据本发明实施方式的绿化系统不需要使用专用设备或重型设备，因此即使在偏远地区(例如旱地)也可容易地构建该绿化系统。
构建渗透抑制层的方法包括构建绿化系统的方法，该方法包括：去除待构建的目标地点的表层土壤并暴露地下土壤的暴露步骤；形成抑制土壤水分渗透的层的步骤，其特征在于，包括向暴露的土壤表面喷洒天然橡胶胶乳的凝结剂然后喷洒天然橡胶胶乳的步骤，重复该步骤2次以上；以及用去除的表层土壤覆盖所形成的层的步骤。
上述暴露步骤为如下步骤：将目标地点的表层土壤去除至保水膜构建的深度，暴露地下土壤。去除表层土壤的方法没有特别限制，可根据深度和面积采用常规方法。
形成渗透抑制层的上述步骤可采用上述方法。
上述覆盖步骤为用去除的表层土壤覆盖渗透抑制层的步骤。覆盖方法没有特别限制，可根据表层土壤的量和面积采用常规方法。当进行覆盖步骤时，对渗透抑制层的凝结状态没有特别限制，可在凝结期间进行覆盖步骤。
实施例
将基于实施例描述本发明，但本发明不限于这些实施例。
在下文中，将共同显示实施例和比较例中使用的各种材料。
柠檬酸水溶液：使用通过将无水柠檬酸(米山药品工业株式会社制造)溶解在超纯水(milli-q水)中而得到的预定浓度的柠檬酸水溶液。
乙醇：使用99.5％乙醇(上野制药株式会社制造)。
天然橡胶胶乳：使用通过用超纯水(milli-q水)将高氨水天然橡胶胶乳hytex-ha(野村贸易株式会社制造)稀释至预定浓度，然后用尼龙网(200目)过滤而得到的天然橡胶胶乳。
砂1：使用由toyourakeisekikogyoco.,ltd.制造的toyoura标准砂(平均粒径：约0.2mm)。
砂2：使用通过从鸟取大学干旱地研究中心的田间的砂中除去有机物质而得到的砂(平均粒径：约0.4mm)。
实施例和比较例
将砂填充到垂直长度为200mm、横向长度为250mm、深度为500mm的桶中，用表面长度为300mm、宽度为30mm、厚度为1mm的金属板使砂平滑。然后，按照表1和表2所示的喷洒量和顺序，通过koshinltd.制造的肩式手动喷洒器ss-5p喷洒凝结剂和天然橡胶胶乳。在形成保水膜之后，将桶在80℃的电炉中干燥12小时。此外，在表1和表2的喷洒方法中，柠檬酸水溶液和乙醇被称为“凝结剂”，天然橡胶胶乳被称为“乳胶”。
<测量渗透抑制层的层厚度>
从桶上剥离所形成的渗透抑制层，将该层的中央部分切成50mm正方形。使用基恩士公司制造的显微镜vhx-5000，测量每个正方形的中央部分的厚度，将测得厚度的平均值视为渗透抑制层的层厚度。
由表1和表2的结果可以发现，无论土壤性质如何，根据本发明的形成抑制土壤水分渗透的层的方法，可便利地形成厚度稳定的渗透抑制层。
工业适用性
本发明的抑制土壤水分渗透的层由凝结的天然橡胶胶乳构成，保水能力良好，环境负荷小，可以容易地构建，因此在偏远地区(例如干旱地)构建绿化系统特别有用。