DE102006036821A1

DE102006036821A1 - Nitrifizierungsinhibitor sowie diesen enthaltendes Bodenverbesserungsmittel und den Nitrifizierungsinhibitor enthaltendes Düngemittel

Info

Publication number: DE102006036821A1
Application number: DE102006036821A
Authority: DE
Inventors: Guntur V. Tsukuba Subbarao; Kazuhiko Tsukuba Nakahara; Takayuki Ishikawa; Osamu Tsukuba Ito; Hiroshi Tsukuba Ono; Mayumi Kashiwa Kameyama; Mitsuru Tsukuba Yoshida; Marco Rondon; Idupulapati Madhusudana Rao; Carlos Lascano; Manabu Ishitani
Original assignee: CENTRO INTERNATIONAL DE AGRICULTURA TROPICAL; CT INTERNAT DE AGRICULTURA TRO; Japan Int Res Ct For Agricultural Sciences; Japan International Research Center for Agricultural Sciences JIRCAS
Current assignee: Japan International Research Center for Agricultural Sciences JIRCAS
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2007-02-15
Also published as: JP2007045887A; US7892312B2; US20070028659A1; JP5067520B2

Abstract

Ein Nitrifizierungsinhibitor und ein Bodenverbesserungsmittel sowie ein Düngemittel, welche dieselben enthält, werden ermöglicht, welche in einem weiten Bereich von einer tropischen bis zu einer gemäßigten Zone genutzt werden können und welche leicht aus Material natürlichen Ursprungs erhalten werden können. Es ist ein Nitrifizierungsinhibitor zur Hemmung der Bodennitrifizierung, welcher als einen Hauptbestandteil entweder Linolsäure, alpha-Linolensäure, gamma-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der Vorgenannten enthält. Durch die Einarbeitung dieses Nitrifizierungsinhibitors in ein Bodenverbesserungsmittel oder ein Düngemittel kann die Nitrifizierung des Bodens wirksam gehemmt werden.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nitrifizierungsinhibitor nach Anspruch 1, ein diesen enthaltendes Bodenverbesserungsmittel nach Anspruch 2 sowie ein den Nitrifizierungsinhibitor enthaltendes Düngemittel nach Anspruch 3. Mit dem Nitrifizierungsinhibitor wird die Nitrifizierung des Bodens gehemmt.

Hintergrund der Erfindung

Die Oxidationsreaktion von Ammoniak, insbesondere die Nitrifizierung, welche durch die Einwirkung von Bodenmikroorganismen verursacht wird, führt zu einer erheblichen Minderung von Stickstoffdüngemitteln, welche in der landwirtschaftlichen und Gartenbauproduktion eingesetzt werden, und zur Verunreinigung der Bodenumgebung. Um diese Bodennitrifizierung zu hemmen, wurden bisher hauptsächlich synthetische Chemikalien wie Nitrapyrin (2-Chlor-6-trichlormethylpyridin) und Dicyandiamid (vgl. z.B. Patentliteratur 1) eingesetzt.

Unter den synthetischen Chemikalien ist Nitrapyrin so stark flüchtig, dass es unter der Bedingung, wo die Erdtemperatur über 20° C liegt, beinahe keine Wirkung zeigt, und es weist demzufolge nur eine beschränkte Einsatzmöglichkeit in einem begrenzten Umfeld wie bei der Winterernte bzw. dem Wintergetreide in Nordamerika auf.

Andererseits ist Dicyandiamid bei höheren Temperaturen verglichen mit Nitrapyrin zwar wirksam, aber da seine Einsatzkonzentration und sein Preis hoch ist, wirkt es sich erheblich auf die Kosten der landwirtschaftlichen Produktion aus, wodurch der nutzbare Bereich begrenzt ist. Vor diesem Hintergrund wird die Entwicklung eines wirtschaftlichen Nitrifizierungsinhibitors erstrebt, welcher in dem weiten Bereich zwischen tropischer und gemäßigter Zone eingesetzt werden kann.

Die Nichtpatentliteratur 1 und 2 beschreiben das Phänomen, bei dem die Nitrifizierung im Boden dort gehemmt ist, wo ein tropisches Weidegras aus der Reisfamilie, das kriechende Signalgras (Brachiaria humidicola), wächst.

Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift H11-278973A (1999)
Nichtpatentliteratur 1: CIAT 1983 Jahresbericht, S. 224
Nichtpatentliteratur 2: CIAT 1985 Jahresbericht, S. 210–211
Nichtpatentliteratur 3: USFDA 21 CFR 573,640
Nichtpatentliteratur 4: Iizumi et al., Appl. Environment. Mcrobiol., Bd. 64, S. 3656–3662, 1998

Zusammenfassung der Erfindung

Obschon die genannten synthetischen Chemikalien bisher eingesetzt werden, um die Nitrifizierung von landwirtschaftlichem und Gartenbauboden zu hemmen, ergibt sich allerdings das Problem, dass jede synthetische Chemikalie einen eigenen Mangel zeigt und ihr nutzbarer Bereich und ihre Zielanbaupflanzen begrenzt sind.

Vor diesem Hintergrund ergibt sich das Problem, dass bislang kein wirtschaftlicher Nitrifizierungsinhibitor erhalten wurde, welcher in den weiten Bereichen zwischen tropischen und gemäßigten Zonen nutzbar ist.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in Bezug zu den oben erwähnten Problemen ein Nitrifizierungsinhibitor und ein Bodenverbesserungsmittel sowie einen Düngemittel, welches diese enthält, zu schaffen, welche in den weiten Bereichen zwischen tropischen und gemäßigten Zonen nutzbar sind und leicht aus Material natürlichen Ursprungs erhalten werden können.

Die vorliegenden Erfinder haben die vorliegende Erfindung, welche auf dem Phänomen basiert, dass Nitrifizierung im Boden dort gehemmt ist, wo ein tropisches Gras aus der Reisfamilie, das kriechende Signalgras (engl. "creeping signal gras"), wächst, durch das Erwarten der Anwesenheit der nitrifizierungshemmenden Substanz in dem Pflanzengewebe, das Isolieren und Gewinnen der nitrifizierungshemmenden Substanz als Ergebnis geeigneter Untersuchungen, das Herausfinden, dass das Wesentliche der nitrifizierungshemmenden Substanz in zwei Arten von ungesättigten Fettsäuren, Linolsäure und α-Linolensäure, liegt und ferner durch das Bestätigen der nitrifizierungshemmenden Wirkung der γ-Linolensäure und des Linolsäuremethylesters ausgeführt.

Um das oben erwähnte Ziel zu erreichen, ist der Nitrifizierungsinhibitor gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er entweder Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten als Hauptbestandteil enthält, um die Nitrifizierung des Bodens zu hemmen. Gemäß der oben erwähnten Zusammensetzung kann ein Nitrifizierungsinhibitor zur Vorbeugung der Nitrifizierung des Bodens durch das Einsetzen von Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure oder Linolsäuremethylester, welche durch den Abbau eines Neutralfetts, welches in verschiedenen pflanzlichen Ölen und Fetten enthalten ist, leicht hergestellt werden können, ermöglicht werden. Der Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung zeigt eine gleiche der bessere nitrifizierungshemmende Wirkung als die üblicherweise eingesetzten nitrifizierungshemmenden Substanzen.

Das Bodenverbesserungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Nitrifizierungsinhibitor enthält, welcher entweder Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten enthält. Gemäß der oben erwähnten Zusammensetzung kann ein Bodenverbesserungsmittel ermöglicht werden, welches einen preiswerten Nitrifizierungsinhibitor enthält, welcher Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure oder Linolsäuremethylester enthält, welche durch den Abbau eines Neutralfetts, welches in verschiedenen pflanzlichen Ölen und Fetten enthalten ist, leicht hergestellt werden könne. Da das Bodenverbesserungsmittel einen Nitrifizierungsinhibitor enthält, kann es Nitrifizierung von Stickstoffbestandteilen hemmen und der Verschlechterung der Bodenumgebung vorbeugen.

Das Düngemittel gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Nitrifizierungsinhibitor enthält, welcher entweder Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten enthält. Gemäß der oben erwähnten Zusammensetzung kann ein Düngemittel ermöglicht werden, welches einen preiswerten Nitrifizierungsinhibitor enthält, welcher Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure oder Linolsäuremethylester enthält, welche durch den Abbau eines Neutralfetts, welches in verschiedenen pflanzlichen Ölen und Fetten enthalten ist, leicht hergestellt werden können. Da das Düngemittel einen Nitrifizierungsinhibitor enthält, kann es Nitrifizierung von Stickstoffbestandteilen hemmen, die Menge des Düngemittels bewahren und der Verschlechterung der Bodenumgebung vorbeugen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Nitrifizierungsinhibitor, welcher geeignet ist, die wirksamen Stickstoffbestandteile im Boden zu erhalten und der Verschlechterung der Bodenumgebung vorzubeugen, und ein Düngemittel oder ein Bodenverbesserungsmittel, welche den Nitrifizierungsinhibitor enthält, erhalten werden.

Kurzbeschreibung der Figuren

1 ist eine Tabelle, welche den nitrifizierungshemmenden Anteil von verschiedenen Fettsäuren und Fettsäureestern der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.

2 ist ein Diagramm, welches die Konzentrationsabhängigkeit des nitrifizierungshemmenden Anteils von den Nitrifizierungsinhibitoren der Beispiele zeigt.

3 ist eine Tabelle, welche die Meßergebnisse der Nitratkonzentration der Düngemittel der Beispiele 6–8 und des Vergleichsbeispiels 8 nach 30 und 60 Tagen zeigt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf die anliegenden Figuren eingehend erklärt.

Zuerst wird eine Erläuterung des Nitrifizierungsinhibitors der vorliegenden Erfindung gegeben.

Der Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung enthält als Hauptbestandteil entweder Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten und hat die Funktion, die Nitrifizierung, das heißt die oxidative Reaktion des Ammoniaks im Boden, zu hemmen.

Die chemische Strukturformeln der Linolsäure (C₁₇H₃₁COOH), der α-Linolensäure (C₁₇H₂₉COOH), der γ-Linolensäure (C₁₇H₂₈COOH) und des Linolsäuremethylester (C₁₇H₃₁COOH₃) werden unten in den chemischen Formeln (1)–(4) gezeigt.

Formel 1:

CH₃(CH₂)₄CH = CHCH₂CH = CH(CH₂)₇COOH

Formel 2:

CH₃CH₂CH = CHCH₂CH = CHCH₂CH = CH(CH₂)₇COOH

Formel 3:

CH₃(CH₂)₄CH = CHCH₂CH = CHCH₂CH = CH(CH₂)₄COOH

Formel 4:

CH₃(CH₂)₄CH = CHCH₂CH = CH(CH₂)₇COOCH₃

Die Nitrifizierungsinhibitoren sind alles Bestandteile, welche aus natürlichen Ölen und Fetten stammen, und können leicht mit den bekannten Methoden hergestellt werden, d.h. durch Abbau von Neutralfett, welches in verschiedenen pflanzlichen Ölen und Fetten enthalten ist. Linolsäure und α-Linolensäure als Nitrifizierungsinhibitoren gemäß der vorliegenden Erfindung können auch aus kriechendem Signalgras extrahiert werden.

Die Nitrifizierungsinhibitoren der vorliegenden Erfindung, Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure und Linolsäuremethylester, hemmen die Nitrifizierung sowohl in der Untersuchung, in der Nitrifizierungsbakterien (Nitrosomonas europaea) eingesetzt werden, als auch in Bodenuntersuchungen stark. Die nitrifizierungshemmende Funktion zeigt die Wirkung gleich oder besser als übliche nitrifizierungshemmende Substanzen.

Die Nitrifizierungsinhibitoren der vorliegenden Erfindung sind nicht flüchtig. Daher kann ihre nitrifizierungshemmende Funktion über einen langen Zeitraum im Boden aufrecht erhalten werden, wenn sie versprüht oder im Boden vermischt werden.

Da Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, welche als Nitrifizierungsinhibitoren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, als nährende Bestandteile in vielen Lebensmitteln enthalten sind, ist ihre Sicherheit recht hoch. Linolsäuremethylester ist für menschliche Körper innerhalb des üblichen Anwendungsbereichs ebenso unbedenklich (vgl. Nichtpatentliteratur 3), seine Sicherheit ist recht hoch.

Als nächstes wird eine Erläuterung des Bodenverbesserungsmittels, welches den Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung enthält, gegeben.

Ein Bodenverbesserungsmittel, welches den Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung enthält, ist so zusammengesetzt, dass sein Nitrifizierungsinhibitor entweder Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten enthält. Das Bodenverbesserungsmittel der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu dem Nitrifizierungsinhibitor solche anorganische Materialien wie Kalk und solche fruchtbare Erde wie schwarze Erde enthalten. Ferner kann als Bodenverbesserungsmittel für den Gartenbau eine Topferde, welche Düngemittel enthält, eingesetzt werden. Der bevorzugte Gehalt an Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung, der dem Bodenverbesserungsmittel hinzugefügt wird, liegt zwischen ungefähr 0,1–1 Gew.%. Als Gehalt an Nitrifizierungsinhibitor ist 1 Gew.% zum Inhibieren der Nitrifizierung ausreichend, so dass keine weitere Zugabe nötig ist. Im Gegensatz dazu ist die nitrifizierungshemmende Wirkung gering und daher nicht bevorzugt, wenn der Gehalt an Nitrifizierungsinhibitor 0,1 Gew.% oder weniger beträgt.

Da das Bodenverbesserungsmittel den Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung enthält, kann es die Nitrifizierung der Stickstoffbestandteile hemmen und der Verschlechterung der Bodenumgebung vorbeugen. Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure und Linolsäuremethylester, welche als Nitrifizierungsinhibitoren eingesetzt werden, können durch den Abbau von Neutralfett, welches in verschiedenen pflanzlichen Ölen und Fetten enthalten ist, leicht hergestellt werden. Daher kann das Bodenverbesserungsmittel, welches den Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung enthält, mit niedrigen Kosten hergestellt werden.

Als nächstes wird eine Erläuterung des Düngemittels, welches den Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung enthält, gegeben.

Ein Düngemittel, welches den Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung enthält, ist so zusammengesetzt, dass sein Nitrifizierungsinhibitor entweder Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten enthält.

Hierbei können als Düngemittel anorganische oder organische Düngemittel aufgeführt werden, und ihre Gemische können ebenfalls eingesetzt werden. Als solche anorganischen Düngemittel können solche Stickstoffdüngemittel wie Harnstoff, Ammoniumsulfat und Ammoniumchlorid, solche Phosphatdüngemittel wie Calciumperphosphat und solche Kaliumdüngemittel wie Kaliumchlorid eingesetzt werden. Ebenso können als organische Düngemittel Knochenmehl oder Kompost eingesetzt werden. Der bevorzugte Gehalt an Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung, welcher einem Düngemittel zugesetzt wird, liegt bei ungefähr 0,1–1 Gew.%. Da 1 Gew.% als Gehalt an Nitrifizierungsinhibitor für die Hemmung der Nitrifizierung ausreichend ist, ist keine weitere Zugabe nötig. Im Gegensatz dazu ist die nitrifizierungshemmende Wirkung gering und daher nicht bevorzugt, wenn der Gehalt an Nitrifizierungsinhibitor 0,1 Gew.% oder weniger beträgt.

Da das Düngemittel den Nitrifizierungsinhibitor der vorliegenden Erfindung zusammen mit düngenden Bestandteilen enthält, kann es die Nitrifizierung der Stickstoffbestandteile hemmen, die Düngemittel bewahren und der Verschlechterung der Bodenumgebung vorbeugen.

Beispiel 1
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die Beispiele ausführlicher erläutert.
In Beispiel 1 wurde eine nitrifizierungshemmende Substanz aus kriechendem Signalgras extrahiert. Zuerst wurden 100 g des überirdischen Teils des gefriergetrockneten Pflanzenkörpers des kriechenden Signalgrases mit 200 cm³ 80%igem Methanol homogenisiert und für 3 Stunden bei Raumtemperatur eingeweicht, wobei ein Methanolextrakt erhalten wurde.
Als nächstes wurde der Methanolextrakt unter Verwendung eines Rotationsverdampfers aufkonzentriert. Dieses Konzentrat wurde durch Diethylether/Wasser-Gemisch (5/2) aufgetrennt. Die Aktivität wurde in der Diethyletherphase bzw. -schicht erfasst. Die Diethyletherphase wurde aufkonzentriert, in einer geringen Menge Methanol gelöst und mit einer Reversed-Phase-Säulenchromatographie (WAKO JUNYAKU KOGYO, Wakoge 140C18) fraktioniert, wobei eine aktive Fraktion erhalten wurde. Diese aktive Fraktion wurde mit Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitschromatographie an einer Säule (TOSO, TSKgel Super ODS) weiter fraktioniert. Am Ende wurden zwei aktive Substanzen aufgereinigt.
Die chemischen Strukturen dieser zwei Bestandteile, welche erhalten wurden, wurden mit Hilfe der Massenspektroskopie und der Protonen- und Kohlenstoffatom-NMR-Analyse bestimmt. Diese beiden Bestandteile zeigen zu jeweils der Linolsäure und der α-Linolensäure identische Spektren und wurden daher als Linolsäure und α-Linolensäure erkannt.
Beispiel 2
Als Nitrifizierungsinhibitor des Beispiels 2 wurde Linolsäure mit Hilfe der unten gezeigten Methode erhalten.
Eine geeignete Menge von 0,1 % Natriumhydroxid wurde zu 1 Liter (1000 cm³) Leinsamöl zugegeben, während es erhitzt wurde, um zu hydrolysieren. Anschließend wurde mit Salzsäure neutralisiert, wobei das Öl vom Wasser abgetrennt erhalten wurde. Dieses Öl wurde mit einer Silicagel-Säulenchromatographie und anderen aufgereinigt, wobei Linolsäure erhalten wurde.
Beispiel 3
Als Nitrifizierungsinhibitor des Beispiels 3 wurde α-Linolensäure mit Hilfe der unten gezeigten Methode erhalten.
Eine geeignete Menge von 0,1 % Natriumhydroxid wurde zu 1 Liter Leinsamöl zugegeben, während es erhitzt wurde, um zu hydrolysieren. Anschließend wurde mit Salzsäure neutralisiert, wobei das Öl vom Wasser abgetrennt erhalten wurde.
Dieses Öl wurde mit einer Silicagel-Säulenchromatographie und anderen aufgereinigt, wobei α-Linolensäure erhalten wurde.
Beispiel 4
Als Nitrifizierungsinhibitor des Beispiels 4 wurde γ-Linolensäure mit Hilfe der unten gezeigten Methode erhalten.
Eine geeignete Menge von 0,1 % Natriumhydroxid wurde zu 0,1 Liter des Öls, welches durch Auspressen von Primelsamen erhalten wurde, zugegeben, während es erhitzt wurde, um zu hydrolysieren. Anschließend wurde mit Salzsäure neutralisiert, wobei das Öl vom Wasser abgetrennt erhalten wurde. Dieses Öl wurde mit einer Silicagel-Säulenchromatographie und anderen aufgereinigt, wobei γ-Linolensäure erhalten wurde.
Beispiel 5
Als Nitrifizierungsinhibitor des Beispiels 5 wurde Linolsäuremethylester mit Hilfe der unten gezeigten Methode erhalten.
0,2 Liter Methanol wurden zu 1 Liter Leinsamöl zugegeben, in welches anschließend eine geeignete Menge von 0,1 % Natriumhydroxid gegeben wurde während es erhitzt wurde, um zu hydrolysieren. Anschließend wurde mit Salzsäure neutralisiert, wobei das Öl vom Wasser abgetrennt erhalten wurde. Dieses Öl wurde mit einer Silicagel-Säulenchromatographie und anderen aufgereinigt, wobei Linolsäuremethylester erhalten wurde.
Vergleichsbeispiele 1–7
Als Vergleichsbeispiele der Fettsäuren wurden handelsübliche Stearinsäure (Vergleichsbeispiel 1), Ölsäure (Vergleichsbeispiel 2), Vaccensäure (Vergleichsbeispiel 3) und Arachidonsäure (Vergleichsbeispiel 4) bereit gestellt.
Ebenso wurden als Methyl- oder Ethylester der Fettsäuren, alle handelsüblich, Ölsäuremethylester (Vergleichsbeispiel 5), α-Linolensäuremethylester (Vergleichsbeispiel 6) und Linolsäureethylester (Vergleichsbeispiel 7) bereitgestellt.
Als nächstes wird eine Erläuterung der nitrifizierungshemmenden Funktion der Fettsäuren und Fettsäureester der oben beschriebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele gegeben.
Die Beobachtung wurde in-vitro unter Verwendung von Nitrifizierungsbakterien durchgeführt. Zuerst wird eine Erläuterung der Herstellung der Suspension der Nitrifizierungsbakterien gegeben, welche für die Beobachtung eingesetzt wurde.
Die Nitrifizierungsbakterien (Nitrosomonas europaea IF014298, vgl. Nichtpatentliteratur 4) mit einem Luciferase-Gen bakteriellen Ursprungs (luxAB), welches darin eingeführt ist, wurden aerob für 7–9 Tage bei 30° C in einem P-Kultur-Medium, welches 25 mg/1000 cm³ Kanamycin enthielt, kultiviert, und nach dem Waschen in frischem P-Kulturmedium suspendiert, wobei die Nitrifizierungsbakterien-Suspension erhalten wurde. Diese Nitrifizierungsbakterien-Suspension wurde vor dem Versuch 30 Minuten oder länger an einem dunklen Ort aufbewahrt.
Die Zusammensetzung des P-Kulturmediums besteht aus 2,5 g (NH₄)₂SO₄, 0,7 g KH₂PO₄, 13,5 g Na₂HPO₄, 0,5 g NaHCO₃, 100 mg MgSO₄·7H₂O, 5 mg CaCl₂·2H₂O, 1 mg Fe-EDTA und 1000 cm³ Wasser, und sein pH-Wert liegt bei 8,0.
Nachdem die wässrige Lösung der Nitrifizierungsbakterien-Suspension, welche aus 0,25 cm³ der Nitrifizierungsbakterien-Suspension und 0,2 cm³ Wasser besteht, mit 0,01 cm³ der Probenlösung von jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel, in-vitro vermischt wurde, wurde die Nitrifizierungsfunktion durch das Messen der biologischen Lumineszenz, welche die Nitrifizierungsreaktion begleitet, während der Kultivierung bei 15° C für 30 Minuten unter Verwendung eines Luminometers (Turner Designs, TD20/20) berechnet. Die biologische Lumineszenz, welche die Nitrifizierungsreaktion begleitet, fällt ab, wenn eine Probenlösung von jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel eine nitrifizierungshemmende Substanz aufweist. Dafür wird die Lumineszenz in dem Fall, in dem eine Probenlösung vom jeweiligen Beispiel und Vergleichsbeispiel der wässrigen Lösung der Nitrifizierungsbakterien- Suspension hinzugefügt wurde, geteilt durch die Lumineszenz im Fall der wässrigen Bakteriensuspension ohne Hinzufügung der Probenlösung des jeweiligen Beispiels und Vergleichsbeispiels als der nitrifizierungshemmende Anteil definiert.
1 ist eine Tabelle, welche den nitrifizierungshemmenden Anteil von verschiedenen Fettsäuren und Fettsäureestern der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt. Die Konzentration der Probenlösungen von jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel betrug in diesem Fall 20 ppm.
Wie aus der Figur ersichtlich, ist erkennbar, dass der nitrifizierungshemmende Anteil 95 % für Linolsäure der Beispiele 1 und 2, für α-Linolensäure der Beispiele 1 und 3 und γ-Linolensäure des Beispiels 4 als Fettsäuren ergab. Es ist ersichtlich, dass der nitrifizierungshemmende Anteil 95 % für Linolsäuremethylester des Beispiels 5 ergab.
Im Gegenteil zu den Beispielen ist es ersichtlich, dass die Nitrifizierungsreaktion bei Stearinsäure, Ölsäure, Vaccensäure und Arachidonsäure als Fettsäuren der Vergleichsbeispiele 1–4 und bei Ölsäuremethylester, α-Linolensäuremethylester und Linolsäureethylester als Fettsäureester der Vergleichsbeispiele 5–7 nicht gehemmt war.
Als nächstes wurde die Konzentrationsabhängigkeit des nitrifizierungshemmenden Anteils für Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure und Linolsäuremethylester der Beispiele 1–5 untersucht, welche sich als Nitrifizierungsinhibitoren herausgestellt hatten. Die Messung wurde wie oben erwähnt mit einer Konzentration der Probenlösungen von jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel in der wässrigen Nitrifizierungsbakterien-Suspension, welche zwischen 0 und 20 ppm variierte, durchgeführt.
2 stellt die Konzentrationsabhängigkeit der Nitrifizierung zu dem hemmenden Anteil der Nitrifizierungsinhibitoren der Beispiele dar. In 2 zeigt die Abszisse die Konzentration (ppm) der Probenlösung von jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel und die Ordinate zeigt den nitrifizierungshemmenden Anteil (%).
Wie aus der Figur ersichtlich, ist erkennbar, dass die nitrifizierungshemmenden Anteile für Linolsäure der Beispiele 1 und 2 jeweils 40, 65, 90 und 95 % ergaben, wenn die Linolsäurekonzentration zwischen 8, 12, 16 und 20 ppm variiert wurde.
Es ist deutlich, dass die nitrifizierungshemmenden Anteile für α-Linolensäure der Beispiele 1 und 3 jeweils 40, 80, 90 und 95 % ergaben, wenn die α-Linolensäurekonzentration zwischen 8, 12, 16 und 20 ppm variiert wurde.
Es ist deutlich, dass die nitrifizierungshemmenden Anteile für γ-Linolensäure des Beispiels 4 jeweils 30, 72, 90 und 95 % ergaben, wenn die γ-Linolensäurekonzentration zwischen 8, 12, 16 und 20 ppm variiert wurde.
Es ist verdeutlicht, dass die nitrifizierungshemmenden Anteile für Linolsäuremethylester des Beispiels 5 jeweils 80, 90, 92 und 95 % ergaben, wenn die Linolsäuremethylesterkonzentration zwischen 8, 12, 16 und 20 ppm variiert wurde.
Das obige Ergebnis verdeutlicht, dass die nitrifizierungshemmenden Anteile zunehmen, wenn die Konzentrationen an Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure und Linolsäuremethylester der Beispiele zunehmen. Die Konzentrationen, bei denen die nitrifizierungshemmenden Anteile der jeweiligen Substanzen bei 80 % lagen (im Nachstehenden wird es genauer als 80%-Hemmkonzentration bezeichnet), betrugen jeweils für Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure und Linolsäuremethylester 16, 12, 16 und 8 ppm. Daraus wird deutlich, dass die 80%-Hemmkonzentration in der Reihenfolge Linolsäure, γ-Linolensäure, α-Linolensäure und Linolsäuremethylester abnimmt und Linolsäuremethylester die niedrigste Konzentration aufweist.
Die 80%-Hemmkonzentration von üblichen Nitrifizierungsinhibitoren, welche mit synthetischen Chemikalien gebildet werden, beträgt 4 ppm für Nitrapyrin und 185 ppm für Dicyandiamid.
Dies macht deutlich, dass die 80%-Hemmkonzentration der Nitrifizierungsinhibitoren der Beispiele 1–5 der des Nitrapyrin gleichkommt, und eine hinreichende nitrifizierungshemmende Wirkung bei einer Konzentration weit niedriger als Dicyandiamid erhalten werden kann. Es ist ein neues Ergebnis, dass die Nitrifizierungsreaktion der Nitrifizierungsbakterien durch diese Fettsäuren und Fettsäureester der Beispiele gehemmt wird.
Beispiel 6
In Beispiel 6 wird ein Düngemittel geschaffen, welches aus Ammoniumsulfat als düngende Komponente, Linolsäuremethylester als Nitrifizierungsinhibitor und schwarzer Erde besteht.
Die schwarze Erde wurde in 0–15 cm Tiefe aus dem Oberflächenerdreich des Testbauernhofes des Japan International Research Center for Agricultural Sciences in Yawatadai, Tsukuba City, Ibaraki, Japan, entnommen, und war zusammengesetzt aus Ton (54,8 %), Kohlenschlamm (engl. silt", 26,3 %) und Sand (18,9 %), wobei der Gesamtkohlenstoffgehalt 30 g/kg und der Gesamtstickstoffgehalt 2,64 g/kg betrug. Diese schwarze Erde wurde luftgetrocknet und unter Verwendung eines Siebes von 2 mm homogenisiert, um trockene schwarze Erde zu erhalten (nachstehend als trockene Erde bezeichnet).
Das Düngemittel des Beispiels 6 wurde geschaffen durch homogenes Vermischen mit trockener Erde unter Verwendung eines Mörsers von Ammoniumsulfat mit 200 ppm an zugesetztem Stickstoff und Linolsäuremethylester mit 1000 ppm pro trockener Erde.
Beispiel 7
Das Düngemittel des Beispiels 7 wurde auf gleiche Weise hergestellt wie Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass α-Linolensäure anstelle des Linolsäuremethylesters als Nitrifizierungsinhibitor eingesetzt wurde.
Beispiel 8
Das Düngemittel des Beispiels 8 wurde auf gleiche Weise hergestellt wie Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass Linolsäure anstelle des Linolsäuremethylesters als Nitrifizierungsinhibitor eingesetzt wurde.
Vergleichsbeispiel 8
Das Düngemittel des Vergleichsbeispiels 8 wurde auf gleiche Weise hergestellt wie Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass kein Nitrifizierungsinhibitor zugesetzt wurde.
Als nächstes wurde die nitrifizierungshemmende Wirkung der Düngemittel für Beispiel 6–8 und Vergleichsbeispiel 8 gemessen.
Für die Messung wurden die Düngemittel der Beispiele 6–8 und des Vergleichsbeispiels 8 in Glasgefäße gefüllt, Deckel aus Harzfolie, z.B. aus Parafilm (Markenname), mit offenen Nadellöchern wurden aufgefügt bzw. aufgelegt und die Gefäße in einen Ofen gestellt, in welchem Temperatur und Feuchtigkeit geregelt wurden. Dieser Ofen war auf eine Temperatur von 20° C und auf eine Wassersättigung im Raum zwischen den Böden der Düngemittel von 60 % geregelt.
Nach einer bestimmten Zeit wurden 2 g des Düngemittels herausgenommen, 20 cm³ an 2 M (Mol) Kaliumchlorid wurden hinzugefügt, es wurde 2 Stunden geschüttelt, Nitrat aus dem Düngemittel wurde extrahiert und abfiltriert. Das Nitrat-Ion, welches in diesem Filtrat enthalten war, wurde quantitativ unter Verwendung des automatischen Ionenanalysen-Apparats (Brant + Luebbe, Typnummer AAII) bestimmt.
3 ist eine Tabelle, welche die Meßergebnisse der Nitratkonzentration nach 30 Tagen und nach 60 Tagen für die Düngemittel der Beispiele 6–8 und des Vergleichsbeispiels 8 zeigt.
Wie aus der Figur ersichtlich, betragen die Nitratkonzentrationen nach 30 Tagen und nach 60 Tagen für das Düngemittel, welches 1000 ppm Linolsäuremethylester aus Beispiel 6 enthält, beide 10 ppmN, welches der Stickstoffgehalt im Boden ist.
Die Nitratkonzentrationen nach 30 Tagen und nach 60 Tagen für das Düngemittel, welches 1000 ppm α-Linolensäure aus Beispiel 7 enthält, betragen jeweils 18 ppmN und 16 ppmN.
Die Nitratkonzentrationen nach 30 Tagen und nach 60 Tagen für das Düngemittel, welches 1000 ppm Linolsäure aus Beispiel 8 enthält, betragen jeweils 19 ppmN und 62 ppmN.
Andererseits betrugen die Nitratkonzentrationen in dem Fall, wo das Düngemittel aus Vergleichsbeispiel 8, welchem kein Nitrifizierungsinhibitor hinzugefügt wurde, nach 30 Tagen und nach 60 Tagen jeweils 101 und 209 ppmN. Diese Nitratkonzentration nach 30 Tagen des Vergleichsbeispiels 8 ist bis zum 10-fachen höher als die Nitratkonzentrationen der Düngemittel, welche die Nitrifizierungsinhibitoren der Beispiele 6–8 enthalten. Ferner war die Nitratkonzentration des Vergleichsbeispiels nach 60 Tagen doppelt so hoch wie nach 30 Tagen, welche entsprechend den Aufbewahrungstagen zunahm.
Als nächstes wurde die 50 %ige wirksame Konzentration untersucht, das heißt die Konzentration eines Nitrifizierungsinhibitors, bei welcher eine Hemmung von 50 der Nitrifizierung beobachtet wurde. Konkret wurden als die Düngemittel der Beispiele 6–8, diejenigen mit den Nitrifizierungsinhibitoren in verschiedenen Konzentrationen hergestellt und 30 Tage lang in einem Ofen, in dem Temperatur und Feuchtigkeit geregelt waren, aufbewahrt. Die 50 %igen wirksamen Konzentrationen von den jeweiligen Nitrifizierungsinhibitoren der Beispiele 6–8 ergaben nach 30 Tagen Aufbewahrung jeweils 330, 200 und 330 ppm.
Es erschien aus diesem, dass die nitrifizierungshemmende Wirkung für die Düngemittel der Beispiele 6–8 auffallend war, und insbesondere Linolsäuremethylester die Nitrifizierung auch im Boden wirksam hemmt.
Wie aus den oben erwähnten Beispielen deutlich hervorgeht, haben die Nitrifizierungsinhibitoren der Beispiele eine nitrifizierungshemmende Wirkung gleichwertig zu Nitrapyrin als einem Nitrifizierungsinhibitor der älteren synthetischen Chemikalien. Ebenso waren die Düngemittel, welche die Nitrifizierungsinhibitoren der Beispiele enthielten, offensichtlich zur wirksamen Hemmung der Nitrifizierung geeignet.
Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise nur auf die oben erwähnten Ausführungsformen begrenzt, auch sachgerechte Abweichungen sind innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung möglich, und es ist unnötig zu sagen, dass diese ebenfalls vom Bereich der vorliegenden Erfindung umfasst sind. Z.B können die Zusammensetzungen der Bodenverbesserungsmittel und Düngemittel, welche die Nitrifizierungsinhibitoren der vorliegenden Erfindung enthalten, entsprechend der landwirtschaftlichen Produkte und Blumen, die angebaut werden sollen, regelrecht angepaßt bzw. variiert werden, und es unnötig zu sagen, dass es nicht auf die oben erwähnten Beispiele begrenzt ist.

Claims

Nitrifizierungsinhibitor, dadurch gekennzeichnet, daß entweder Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder ein Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten einen Hauptbestandteil bildet, um die Nitrifizierung des Bodens zu hemmen.
Bodenverbesserungsmittel, enthaltend einen Nitrifizierungsinhibitor, dadurch gekennzeichnet, daß der enthaltene Nitrifizierungsinhibitor entweder aus Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder einem Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten besteht.
Düngemittel, enthaltend einen Nitrifizierungsinhibitor, dadurch gekennzeichnet, daß der enthaltene Nitrifizierungsinhibitor entweder aus Linolsäure, α-Linolensäure, γ-Linolensäure, Linolsäuremethylester oder einem Gemisch aus zwei oder mehr der vorgenannten besteht.