JP2000008037A

JP2000008037A - 腐植酸質土壌改良資材の製造方法

Info

Publication number: JP2000008037A
Application number: JP17756498A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ikumi; 芳夫井汲; Hiroo Otsuka; 紘雄大塚
Original assignee: KANSAI SOGO KANKYO CENTER KK; Kansai Environmental Engineering Center Co Ltd
Current assignee: KANSAI SOGO KANKYO CENTER KK; Kansai Environmental Engineering Center Co Ltd
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】石炭灰を使用してＡ型腐植酸を含む土壌改良
資材を製造し、また外部熱源を使用せずにＡ型腐植酸を
生成する土壌改良資材の製造方法を提供することであ
る。【解決手段】有機質炭素源と石炭灰とを混合すると共
に加水し、外部熱源からの熱供給または自然醗酵熱から
の熱供給による熱化学反応により腐植酸質土壌改良資材
の製造方法とする。または、有機質炭素源と火山灰とを
混合すると共に加水し、自然醗酵熱からの熱供給による
熱化学反応により６０〜８０℃でＡ型腐植酸を生成する
腐植酸質土壌改良資材の製造方法とする。有機質炭素源
としては、生ゴミコンポストまたは木材チップを含む有
機質炭素源を利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種の炭素源を
堆肥化して有効利用する腐植酸質土壌改良資材の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ゴミ（廃材、生ゴミなど）の処理
方法や大気中の二酸化炭素低減方策が求められている。
これらの方策として、各種の炭素源を堆肥化して再資源
化をはかり、かつ、長期間炭素を固定できる腐植酸を含
む堆肥の製造方法が提案されている。

【０００３】腐植酸は、通常、土壌または低石灰化度の
石灰質中に存するアルカリに可溶で酸に不溶の褐色ない
し黒色でフミン酸とも称される無定形の酸性有機物質で
あって、土壌中の有機質を形成しているものである。

【０００４】腐植酸（フミン酸）は、その元素組成がお
よそ炭素５０〜６５％、水素４〜６％、窒素分１．５〜
６％、残部の大部分は酸素であり、化学構造や分子量は
現在でも不明であるが、その本質は多価フェノール形の
芳香族化合物と含窒素化合物の縮合物であり、土壌中で
の形成には微生物が関与しているものである。

【０００５】このような腐植酸の特徴的な性質は、腐植
化の進行に伴って、順次に赤褐色、暗褐色、黒褐色、黒
色と色調が変化することであり、腐植酸は黒色調の増大
に比例して諸性質が規則的に変化する。

【０００６】腐植酸の一般的な分別方法としては、シモ
ン法、シモン変法、または熊田法があり、熊田法によれ
ば、単位量当たりの色の濃さを示すＲＦ値〔相対色度：
Ｋ₆₀ ₀／吸光度の測定に用いた腐植酸溶液３０ｍｌ当た
りの０．５ＭＫＭｎＯ₄消費量（ｍｌ）×１０００〕
とΔｌｏｇＫ値〔色調係数：ｌｏｇＫ₄₀₀−ｌｏｇＫ
₆₀₀，Ｋは波長４００または６００ｎｍにおける吸光係
数〕により図１に示されるようにＲp 、Ｐ、Ｂ、Ａの４
型に類別され、ＲＦ値が大きくΔｌｏｇＫ値が小さい
程、腐植化度が高い腐植酸である。

【０００７】因みに、わが国に広く分布する酸性土壌で
は、腐植の大部分は遊離型であってその腐植酸は腐植化
度の低いＲp 型またはＢ型であり、火山灰土壌では噴出
時期の古い土層でＡ型腐植酸が主体をなす腐植が広く集
積している。火山灰土壌以外の土壌では、石灰質土壌
（外国では広く分布し、代表的にはチェルノーゼムおよ
びレンジナ土壌）においてＡ型腐植酸の顕著な集積が見
られる。

【０００８】このようなＡ型腐植酸は、前述したように
炭素を多く含むものであって土壌微生物による分解には
長期間を要する長期土壌滞留型の有機物資材である。そ
のため、土壌改良効果は長期間持続し、他の有機物の農
地への施用量を削減することにも役立ち、農産物の生産
コストの低減、化学肥料による地下水などの水質汚染の
防止にも役立つほか、各種炭素源を土壌微生物が分解す
る際に発生する二酸化炭素量も少ないので、地球温暖化
の主な原因といわれる二酸化炭素の発生または大気中へ
の放出量の抑制にも資するものである。

【０００９】自然状態でのＡ型腐植酸の生成には、２０
０年という長い年月を要し、Ａ型腐植酸を含む堆肥の実
用的な製造は困難であった。

【００１０】また、Ａ型腐植酸を実験レベルの規模で比
較的短期間に生成する方法として、ススキなどの植物遺
体に新鮮な火山灰を添加し、９０℃で約２００日間培養
する方法が知られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した方法
では、必須の製造原料として比較的新鮮な火山灰を必要
とし、新鮮な火山灰は容易に入手できる地域が限られて
いる。また、火山灰に代替使用できるＡ型腐植酸製造原
料は知られていなかった。

【００１２】ところで、Ａ型腐植酸を比較的短期間に生
成するには、有機物を高温度で効率よく分解する必要が
あるが、このような高温度で長期間培養するためにはボ
イラーなどの外部熱源にからの熱供給が必要である。し
かし、このような熱源を長期間使用すると、土壌改良資
料の製造コストが高くなり、実用性を失することにもな
る。

【００１３】そこで、本願の発明における第１の課題は
上記した問題点を解決して、比較的容易に入手できる火
山灰以外の材料を使用できるＡ型腐植酸を含む土壌改良
資材の製造方法を提供することである。

【００１４】また、本願の発明の第２の課題は、Ａ型腐
植酸を含む土壌改良資材を比較的短期間に生成する際
に、外部熱源を使用せずに効率よく製造する方法を提供
することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の第１の課題を解決
するために、本願の発明では、有機質炭素源と石炭灰と
を混合すると共に加水し、外部熱源からの熱供給または
自然醗酵熱からの熱供給による熱化学反応によりＡ型腐
植酸を生成することからなる腐植酸質土壌改良資材の製
造方法としたのである。

【００１６】また、上記製造方法おける有機質炭素源と
して、生ゴミコンポストまたは木材チップを含む有機質
炭素源を採用することができる。

【００１７】また、上記の第２の課題を解決するため
に、本願の発明では、有機質炭素源と火山灰とを混合す
ると共に加水し、自然醗酵熱からの熱供給による熱化学
反応により６０〜８０℃でＡ型腐植酸を生成することか
らなる腐植酸質土壌改良資材の製造方法としたのであ
る。前記製造方法おける有機質炭素源としては、生ゴミ
コンポストまたは木材チップを含む有機質炭素源を採用
することができる。

【００１８】または、生ゴミコンポストおよび木材チッ
プを含む有機質炭素源と新鮮火山灰とを混合し、加水し
ながら外部熱源により９０℃に加熱して腐植酸を生成す
ることからなる腐植酸質土壌改良資材の製造方法とした
のである。

【００１９】この発明の腐植酸質土壌改良資材の製造方
法は、生ゴミコンポストまたは木材チップなどの有機質
炭素源と石炭灰とを混合し、外部からの加熱または非加
熱の条件で大気中で自然醗酵させることにより、比較的
短期間でＡ型腐植酸を含有する土壌改良資材を製造する
ことができる。

【００２０】また、火山灰もしくは石炭灰または両者併
用した混合物と前記有機質炭素源とを混合した材料を使
用する土壌改良剤の製造方法では、大気中での自然醗酵
による醗酵熱６０〜８０℃の非加熱条件を採用した方法
であり、醗酵熱の利用により外部加熱の必要はなく、し
かも所定の温度範囲で比較的短期間でＡ型腐植酸を含有
する土壌改良資材を製造することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明に用いる有機質炭素源
は、樹皮、籾殻、稲わら、笹、伐採された樹木の枝葉、
落ち葉、廃材、チップ材、おが屑、ススキ等の雑草その
他の植物質、または牛、馬、豚、鶏などの家畜の糞など
の動物質などの生物由来の有機質であって、通常は堆肥
原料として使用可能なものを採用し、例えば都市の生ゴ
ミのコンポストを利用することもできる。

【００２２】また、この発明に用いる石炭灰は、石炭の
灰分、すなわち石炭の熱分解または酸化生成物をいい、
通常、石炭を燃焼させた後に残る灰分である。多量の石
炭灰は、火力発電所からの石炭灰廃棄物として産出する
ので、資源の有効利用を図り、かつ安定した品質の土壌
改良資材を提供するためにこれを利用することが好まし
い。

【００２３】参考のため、石炭灰の成分（％）の例を以
下に示す。〔常磐神ノ山特粉灰〕ＳｉＯ₂４２．８３％、Ａｌ₂
Ｏ₃ ２９．３２％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ２．６８％、ＣａＯ
１４．８３％、ＭｇＯ１．５７％、Ｎａ₂Ｏ３．
４９％、Ｋ₂Ｏ０．５８％、〔吉隅沈殿粉灰〕ＳｉＯ₂５７．２０％、Ａｌ₂Ｏ₃
２９．３１％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ５．２９％、ＣａＯ
４．０６％、ＭｇＯ０．９９％、ＳＯ₃１．３７、Ｎ
ａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ１．６１％、なお、石炭灰は強アルカ
リ性であり、使用する前にｐＨ処理する必要がある。通
常は、石炭灰に対して硫酸等の酸を混合して中和し、ｐ
Ｈは約５程度にして用いることが好ましい。

【００２４】有機質炭素源と石炭灰とを混合すると共に
加水し、外部熱源からの熱供給する場合の温度は、熱化
学反応を速やかに進行させることができる温度範囲であ
ればよく、自然醗酵熱からの熱供給による熱化学反応さ
せる場合の好ましい温度条件は、６０〜８０℃である。
なぜなら、６０℃未満の低温では醗酵反応が遅くなり、
８０℃を越えるように加熱すると、微生物の成育が困難
となって醗酵が進まなくなるからである。

【００２５】この発明でいう自然醗酵熱とは、大気中や
有機質炭素源などに付着して存在している微生物によっ
て、原料の有機物が分解されて代謝物が蓄積される過程
で発生する熱をいう。ここでいう微生物としては、一般
に堆肥化に関与する好気性の微生物が主要なものであ
る。

【００２６】すなわち、有機物の腐熟過程初期の糖分解
期には、タンパク質、アミノ酸、糖質などの比較的分解
され易い物質が分解されるが、この時期には好気性の糸
状菌や細菌が作用する。次いで、セルロース分解期に
は、ヘミセルロースを分解するテルモアクチノミセス等
の高温性好気性の放線菌やセルロース分解菌が増殖し、
醗酵熱により６０〜８０℃程度にまで発熱する。その時
期を過ぎると温度は低下し、担子菌等によりリグニンが
分解される。

【００２７】この発明に用いる火山灰は、火山から噴出
した溶岩や砕セツ物であって、ケイ酸質火山灰、苦鉄質
火山灰などの弱酸性で新鮮な火山灰であれば化学組成上
の制約なく使用可能なものである。なお、この発明には
新鮮な火山灰を用いることが好ましく、新鮮な火山灰と
は火山から噴出した後、１０年以内、好ましくは５〜６
年以内程度の火山灰をいい、粒径０．００２〜４ｍｍ程
度の火山灰を使用して好ましい結果を得ている。

【００２８】このような火山灰もしくは石炭灰または両
者併用した混合物と有機質炭素源とを混合すると共に加
水し、これを自然醗酵させる場合の温度条件は、６０〜
８０℃であり、加熱せずにＡ型腐植酸を生成することが
できる。醗酵熱による温度条件が６０〜８０℃である理
由は、前述した通りである。

【００２９】適度の自然醗酵状態を維持してＡ型腐植酸
を生成するには、炭素／窒素の比率（炭素率：Ｃ／Ｎ
比）の管理も重要である。例えば生ゴミコンポストは、
窒素含量が多くこれを腐熟させるためには、炭素分を添
加する必要がある。また、木材チップは、炭素含量が多
く、これを腐熟するためには、窒素分を添加する必要が
ある。

【００３０】上述したような有機質炭素源と火山灰もし
くは石炭灰または両者併用した場合の好ましい混合割合
は、熱化学反応の温度条件により異なるが、自然醗酵熱
を利用した熱化学反応では、有機質炭素源：灰分が４：
１から１０：１の範囲（重量比）であり、外部熱源から
の熱供給を受けた場合の熱化学反応では、有機質炭素
源：灰分が５：１から１：５の範囲（重量比）である。

【００３１】

【実施例と比較例】〔実施例１〕新鮮火山灰（桜島産
出）と植物炭素源（ススキ、ササ、カシワの葉の粉砕
物）を４：１の重量比で混合した材料（混合物）を外部
から９０℃に加熱する温度条件に加熱すると共に加水し
た。加水する水分量は混合物とほぼ同重量を毎日添加す
ればよく、一日で完全に蒸発するように軽く蓋をした。
生成される腐植酸の形態分析については、熊田法により
腐植酸の単位量当たりの色の濃さを示すＲＦ値（相対色
度）とΔｌｏｇＫ値（腐植酸の吸収スペクトルの波長軸
に対する傾きの近似値）を調べ、結果を図１に示した。

【００３２】〔実施例２〕培養温度を７５℃としたこと
以外は、実施例１と全く同様にして培養し、腐植酸の形
態分析については実施例１と全く同様に行い、結果を図
１中に併記した。

【００３３】〔比較例１〕火山灰を使用せず植物炭素源
のみを９０℃の条件下で培養した。水分は混合物と同重
量を毎日添加し、一日で完全に蒸発するように軽く蓋を
した。腐植酸の形態分析については実施例１と全く同様
に行い、結果を図１中に併記した。

【００３４】〔比較例２〕新鮮火山灰（桜島産出）と植
物炭素源（ススキ、ササ、カシワの葉の粉砕物）を４：
１の重量比で混合した材料（混合物）を９０℃の条件下
で水分を添加せずに培養した。腐植酸の形態分析につい
ては実施例１と全く同様に行い、結果を図１中に併記し
た。

【００３５】〔比較例３〕火山灰を使用せず植物炭素源
のみを７５℃の条件下で培養した。水分は混合物と同重
量を毎日添加し、一日で完全に蒸発するように軽く蓋を
した。腐植酸の形態分析については実施例１と全く同様
に行い、結果を図１中に併記した。

【００３６】〔比較例４〕新鮮火山灰（桜島産出）と植
物炭素源（ススキ、ササ、カシワの葉の粉砕物）を４：
１の重量比で混合した材料（混合物）を７５℃の条件下
で水分を添加せずに培養した。腐植酸の形態分析につい
ては実施例１と全く同様に行い、結果を図１中に併記し
た。

【００３７】図１の結果からも明らかなように、火山灰
を配合していない比較例１と比較例３では、Ｒｐ型腐植
酸またはＢ型腐植酸の生成までに止まった。

【００３８】これに対して、火山灰・植物炭素源・水添
加区である実施例１または実施例２では、Ｒｐ型、Ｂ型
の腐植酸を経てＡ型腐植酸が生成されたことが確認され
た。

【００３９】〔参考例〕各種有機資材（ススキ、生ゴミ
コンポスト、木材チップ）と桜島新鮮火山灰を１：４
（重量比）となるように添加し、１日１回２０〜３０ｍ
ｌの水を加えた。この水は１日で完全に蒸発するように
容器にアルミホイルで軽く蓋をし、９０℃で０，１０，
２５，５０，７５日間培養した。対照として、新鮮火山
灰を添加しない試験区も準備した。培養後、熊田法に準
じて腐植の形態分析を行った。

【００４０】その結果、各試験区とも時間の経過と共に
相対色度（ＲＦ）の増加が見られたが、０日目における
各種有機資材の腐植酸型には違いが見られた。つまり、
ススキはＲｐであったが、生ゴミコンポストおよび木材
チップはＰ型であった。しかしながら、５０日から７５
日後には各試験区とも色調係数（ΔｌｏｇＫ）が０．７
付近、ＲＦは４０付近でＢ型へと移行した。ＲＦの増加
は、ススキ区が最も早く、７５日で６８であった。この
ことから、有機資材の違いにより、腐植化過程の初期段
階において生成される腐植酸の質およびその生成過程が
異なることが示唆された。また、新鮮火山灰を添加した
試料の方が添加しない試料に比べて腐植化度の進行が速
かった。

【００４１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、有機
質炭素源と石炭灰とを混合し、加水しながら外部熱源ま
たは自然醗酵熱からの熱供給による熱化学反応によりＡ
型腐植酸を生成する腐植酸質土壌改良資材の製造方法と
したので、比較的容易に入手できる石炭灰を使用してＡ
型腐植酸を含有する腐植酸質土壌改良資材を製造できる
という利点がある。

【００４２】また、火山灰と有機質炭素源とを混合して
自然醗酵熱からの熱供給による熱化学反応によりＡ型腐
植酸を生成する腐植酸質土壌改良資材の製造方法に係る
発明では、Ａ型腐植酸を含有する腐植酸質土壌改良資材
を外部熱源を使用せずに比較的短期間に製造でき、生産
コストの低減が可能な実用性の高い製造方法であるとい
う利点がある。

【００４３】また、上記いずれの製造方法でも、有機質
炭素源として、生ゴミコンポストまたは木材チップを使
用でき、廃材を利用して再資源化が可能になるという利
点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例および比較例の試験日数毎のＲＦ値とΔ
log Ｋ値の関係を示す図表

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機質炭素源と石炭灰とを混合すると共
に加水し、外部熱源からの熱供給または自然醗酵熱から
の熱供給による熱化学反応によりＡ型腐植酸を生成する
ことからなる腐植酸質土壌改良資材の製造方法。
【請求項２】有機質炭素源が、生ゴミコンポストまた
は木材チップを含む有機質炭素源である請求項１記載の
腐植酸質土壌改良資材の製造方法。
【請求項３】有機質炭素源と火山灰とを混合すると共
に加水し、自然醗酵熱からの熱供給による熱化学反応に
より６０〜８０℃でＡ型腐植酸を生成することからなる
腐植酸質土壌改良資材の製造方法。
【請求項４】有機質炭素源が、生ゴミコンポストまた
は木材チップを含む有機質炭素源である請求項３記載の
腐植酸質土壌改良資材の製造方法。
【請求項５】生ゴミコンポストおよび木材チップを含
む有機質炭素源と新鮮火山灰とを混合し、加水しながら
外部熱源により９０℃に加熱して腐植酸を生成すること
からなる腐植酸質土壌改良資材の製造方法。