JP2005231950A

JP2005231950A - カドミウム化合物を不溶性にする機能を有する肥料

Info

Publication number: JP2005231950A
Application number: JP2004043443A
Authority: JP
Inventors: Takahide Kikuchi; 隆秀菊地
Original assignee: Yoshizawa Lime Industry Co Ltd
Current assignee: Yoshizawa Lime Industry Co Ltd
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】
とくに水田稲作に施用して有用な肥料であって、土壌中および水中に存在する有害なカドミウム化合物を不溶性にして、稲がカドミウムを吸収することを防止する機能を有する肥料を提供し、米がカドミウムで汚染されることを防止する。
【解決手段】
石灰質肥料、リン酸質肥料またはケイ酸質肥料のいずれかまたはそれらの混合物に対して、アルギン酸を多量に含有する海藻の乾燥粉末を配合し、配合物中にアルギン酸またはその塩が、アルギン酸として１〜１５重量％含有されるようにし、転動造粒などの方法で０．５〜１０mm、好ましくは１．５〜５mmの粒状肥料にしてなるもの。
【選択図】なし

Description

本発明は、水田や畑地に施用する肥料であって、土壌中および水中に存在する有害なカドミウム化合物を不溶性にして、農作物がカドミウムを吸収することを防止する機能を有する肥料に関する。

作物を栽培する土壌中や水中に重金属、とくにカドミウムが含まれていると、それが可溶性である限り農作物に吸収されるから、食物を通じて人間や動物がそれを摂取するおそれがある。この問題は、とくに水田による稲作に関して深刻である。稲は、カドミウムを吸収しやすい植物だからである。１９７０年の神通川「イタイイタイ病」を契機に農用地土壌汚染法が制定されて、玄米中のＣｄ含有量は１ppm未満であるべきことが定められ、とくに食用に供するものは、０．４ppm未満でなければならないとされている。近年の健康および食品に対する関心の高まりから、国際的にも厳しい汚染防止が求められるようになってきている。

米のカドミウム汚染を防止するには、湛水を長く続けた、いわゆる還元状態で稲を栽培すればよい、とされている。カドミウムは硫化物になって不溶化し、稲に吸収されにくくなるから、玄米に含まれるカドミウム含有量を低く抑えることができる、というのがその機構である。しかし、湛水を続けたまま稲を栽培すると、夏季には酸欠と根腐れを起こしやすくなるため、落水して根を大気にさらす「中干し」と呼ばれる作業が行なわれる。収穫期には、もちろん落水する。落水時はいわゆる酸化状態であって、カドミウムは稲に吸収されやすい状態にある。

別のカドミウム汚染防止策として、肥料や土壌改良材としてアルカリ性のものを使用し、ｐＨをアルカリ性に保つことによりカドミウムを水酸化物にして不溶化する、という方法がある。しかし、稲は元来弱酸性を好む植物であり、栽培中の土壌や水は、ｐＨが７以下であることが望ましい。熔製リン肥、ケイカル、炭酸苦土石灰などの肥料は弱アルカリ性であって、カドミウムのような重金属を不溶化させる作用があるものの、健全な栽培のために施用量を５０〜２００kg/haの範囲にしている。もし米の中のＣｄ量を減らす目的で大量に（２００kg/haを超えて）施肥すると、いわゆる「アルカリ障害」が生じて、米の収量が極端に落ちる。さらに、これらの無機質資材を多用することは、土壌中の将来的塩類蓄積につながり、環境問題に発展しかねない。

稲藁などの有機質を使用する施肥は、有機質物内のカチオン交換能を利用してカドミウムを固定する可能性があり、環境に対する負荷が小さいという利点があるが、有機質肥料だけでは稲が必要とする可溶性のケイ酸、リン酸その他の化学成分が不足しがちであり、収量に影響することが多い。

アルカリ障害を招かないで稲のカドミウム吸収を抑制する方法として、ケイ酸カルシウム水和物を主成分とする軽量気泡コンクリート（以下「ＡＬＣ」と略記）の粉末を施用する技術が開示された（特許文献１）。ＡＬＣは、粒径５mm以上の粒子を３０％以上含むものを一定量以上施用すべきことも開示されている（特許文献２）。さらに、ＡＬＣ粉末に炭酸カルシウムを併用して、そのカドミウム汚染防止効果を持続させるとともに、より一般的な資材を利用することも提案された（特許文献３）。保水性に乏しい砂質水田土壌を対象にした重金属吸収抑制方法として、ＡＬＣと炭酸カルシウムとを特定の割合で混合し、特定量以上施用する技術も開示されている（特許文献４）。
特開平０１−１３３９９２特開平１０−１３０１０９特開平１０−０９８９５５特開２０００−２１２５６２

本発明の目的は、農作物のカドミウム汚染の防止を、肥料を通じて実現することにある。すなわち、水田や畑地に施用する肥料であって、土壌中および水中に存在する有害なカドミウム化合物を不溶性にして、植物がカドミウムを吸収することを防止する機能を有する肥料を提供することにある。そのような肥料を使用して農作物を栽培する方法を提供することも、本発明の目的に含まれる。

本発明のカドミウム化合物を不溶性にする機能を有する肥料組成物は、少なくとも１種の肥料に対し、アルギン酸またはその塩を主成分とする材料を配合し、配合物中にアルギン酸またはその塩が、アルギン酸として１〜１５重量％含有されるようにしてなるものである。

本発明の農作物の栽培方法は、上記の肥料組成物を施用することによりカドミウム化合物を不溶性にして、植物がカドミウムを吸収することを防いだ条件下に施肥の効果を得て農作物を成長させることからなる。

本発明の肥料組成物を使用して農作物を栽培すれば、アルギン酸またはその塩に含まれるアルギン酸がカドミウムなどの重金属を固定し、不溶性にする。これは、アルギン酸のもつイオン交換能により、土壌や水中のカドミウムなどの重金属イオンと配意結合して難溶性の塩を形成するという機構にもとづくものと考えられる。このようにして、植物がカドミウムを吸収することを防止した条件下で、アルカリ障害が原理的に生じない状態で稲をはじめとする植物の栽培を続けることができるから、収穫物がカドミウムで汚染されるおそれがない。アルギン酸の適用は、施肥と同時に行なうことができ、カドミウム汚染対策として特別の作業をする必要がない。

アルギン酸またはその塩は、種々の海藻から抽出したもの、またはそれに加工を施したものなど、さまざまな形態の原料があり、いずれも好都合に使用できるが、もっとも簡単でコスト的にも有利な使用法は、アルギン酸を多量に含有する海藻類の乾燥粉末を、原料として直接使用することである。海藻に含まれるアルギン酸以外の有機成分は、いうまでもなく有機肥料として有用であるから、海藻は完全に利用されることになる。アルギン酸としての含有量が１重量％以上ないと、カドミウムを固定して不溶化する効果が低い。一方、１５重量％を超えてアルギン酸を存在させても、カドミウム不溶化の効果が飽和するし、肥料成分の割合が低下する上に、全体のコストが上昇して経済的に不利になる。

アルギン酸の水溶液は、アルカリ性の条件下では架橋反応を起こして高分子化し、粘度が高まる。そこで、肥料にアルカリ性のカルシウム化合物を添加するか、または肥料としてそれ自体がアルカリ性のカルシウム化合物を含有するものを使用し、水を加えて造粒すれば、この肥料組成物は容易に粒状肥料となる。それ自体がアルカリ性のカルシウム化合物を含有する肥料としては、石灰質肥料、リン酸質肥料、ケイ酸質肥料があり、そのいずれかを使用すれば、おのずから造粒に好適な条件が与えられる。肥料がそれ自体アルカリ性のカルシウム化合物を含有していない場合は、消石灰などを適量添加すればよいことはいうまでもない。

造粒には、上記したアルカリ性条件下でアルギン酸水溶液の粘度が高まるという現象を利用するほか、適宜のバインダーを使用して行なうこともできる。そのためのバインダーとしては、有機質の水性バインダーが適切である。具体的な例は、イースト菌発酵廃液、アミノ酸発酵廃液、パルプ廃液、カラメル製造廃液、乳酸発酵廃液、アルコール発酵廃液、リグニン化合物溶液およびデンプン糊が挙げられる。

造粒は、上述のアルギン酸水溶液の粘度上昇を利用する場合も、有機質の水性バインダーを使用する場合も、転動造粒が適切であるが、そのほかの造粒手段も採用可能である。具体的には、２本のロールで圧縮して板状の固結体をつくり、その板を砕いて分級することや、多数の圧縮型を備えたロールで成形して一定の形状および寸法の成形品を得ることである。本発明の肥料を粒状にする場合、その粒度は０．５〜１０mmの範囲が、自動施肥機による撒布に好都合であって、適切である。好ましい範囲は、１．５〜５mmであろう。

［実施例１］
下記の原料配合物１００部（重量部）に、外数で１５重量％の水を加え、転動造粒により１．５〜５mmの粒状肥料（「試作品Ａ」とする）を製造した。
熔製リン肥：３０部
ケイカル肥料：３０部
炭酸苦土石灰：３０部
海藻粉末：１０部

得られた試作品Ａの不溶化性能を、下記３種の市販されている土壌改良材のそれと比較した。
１．ＢＭ熔製リン肥
２．有機肥料（骨粉乾燥品）
３．粒状炭酸苦土
試験法は、下記のとおりである。１００ml試験管に各サンプル５ｇを入れ、濃度２０ppmに調整したＣｄ標準液（硝酸カドミウム水溶液）を３０ml加え、シェーカーで１時間混合し、２４時間放置した。これに１／２００Ｍ−ＣａＣｌ₂水溶液を３０ml加え、再度シェーカーで１時間混合して、遠心分離機にかけた。上澄み液のＣｄ濃度を誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ）で測定した。結果を、上澄み液のｐＨとともに、表１に示す。

表１
上澄み液Ｃｄ指数（ブランク上澄み液
濃度（ppm）を1000とした）ｐＨ
ブランク４．９５１０００３．３
ＢＭ熔製リン肥０．７５１５６７．６
有機肥料０．５５１１１７．１
粒状炭酸苦土１．９５３９４７．５
試作品Ａ０．２１４２６．６

本発明の肥料である試作品Ａは、上澄み液中のＣｄ濃度が他の肥料を使用した場合に比べて顕著に低く、Ｃｄの不溶化効果が高いことが確認できた。上澄み液のｐＨ上昇の度合いも低い。

［実施例２］
下記の原料配合物１００部（重量部）に、実施例１と同様に外数で１５重量％の水を加え、転動造粒により１．５〜５mmの粒状肥料（「試作品Ｂ」とする）を製造した。
熔製リン肥：３５部
ケイカル肥料：３５部
炭酸苦土石灰：２５部
海藻粉末：５部

栃木県の農場において下記の条件で試作品Ｂを使用し、収穫した米のＣｄ含有量を測定した。
試験土壌：黒色火山灰土壌
水稲品種：コシヒカリ
試験区の設定：３区（試作品Ｂ区、ケイカル区、熔製リン肥区）
施用量は、いずれも１５０kg/10a。
肥料：耕起前に各試験区に各資材を同量（１５０kg/10a）ずつ施し、ＮＰＫ肥料を
次のように使用した。（施用量はいずれもkg/10a）
元肥塩化リン安Ｎ６Ｐ９Ｋ７
追肥ＮＫ化成肥料Ｎ２Ｋ２．４

収穫期に各区１００株ずつ刈り集めて収量を推算し、平均的な３株について籾の数と１０００粒当たりの重量を調査した。つぎに、風乾した籾から玄米を取り出し、含有されているＣｄ量を測定した。それらの結果を、表２にまとめて示す。

表２
収量籾数千粒重玄米中のＣｄ
（kg/10a）（個/穂）（ｇ）濃度（ppm）
試作品Ｂ区５５２６３．１２１．２０．０８
ケイカル区５４５６２．２２１．００．３５
熔製リン肥区５３３６１．１２０．５０．３２

本発明の肥料「試作品Ｂ」を施した区は、単位面積当たりの収量、１本の穂についた籾の数、１０００粒の重さのいずれについても、最もすぐれた値を示し、玄米に含有されるＣｄ量も、効果的に低い値であった。

本発明の肥料を、主たる用途である水田稲作の例について説明したが、容易に理解されるように、この肥料は水田に限らず、陸稲や、そのほかの畑地における穀物、根菜および葉菜、果実などさまざまな農作物の肥料として使用して、土壌に含まれるＣｄが植物により吸収され、食品中に混入してくることを効果的に防止することが可能になる。

Claims

少なくとも1種の肥料に対し、アルギン酸またはその塩を主成分とする材料を配合し、配合物中にアルギン酸またはその塩がアルギン酸として１〜１５重量％含有されるようにしてなる、カドミウム化合物を不溶性にする機能を有する肥料組成物。
アルギン酸またはその塩を主成分とする材料として、アルギン酸を多量に含有する海藻の乾燥粉末を使用した請求項１の肥料組成物。
肥料にアルカリ性のカルシウム化合物を添加するか、または肥料としてそれ自体がアルカリ性のカルシウム化合物を含有するものを使用し、水を加えて造粒してなる請求項１の肥料組成物。
それ自体がアルカリ性のカルシウム化合物を含有する肥料として、石灰質肥料、リン酸質肥料またはケイ酸質肥料のいずれかを使用した請求項３の肥料組成物。
肥料に有機質の水性バインダーを添加し、造粒してなる請求項１の肥料組成物。
有機質の水性バインダーとして、イースト菌発酵廃液、アミノ酸発酵廃液、パルプ廃液、カラメル製造廃液、乳酸発酵廃液、アルコール発酵廃液、リグニン化合物溶液、およびデンプン糊のいずれかを使用した請求項５の肥料組成物。
請求項１ないし６のいずれかに記載した肥料組成物を施用することによりカドミウム化合物を不溶性にして、植物がカドミウムを吸収することを防いで成長させることからなる農作物の栽培方法。