JP2005278516A - 作物の生育促進材、それを用いた作物の生育促進方法、及びその作物 - Google Patents
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Abstract
【課題】 作物への重金属の吸収を抑制し、作物の生育を促進することができ、重金属で汚染された土壌をそのまま農地として利用し、作物を生産することが可能となる、作物の生育促進材、それを用いた作物の生育促進方法、及びその作物を提供すること。
【解決手段】 バテライト含有物質からなる作物の生育促進材、バテライト含有物質のＢＥＴ比表面積値が５m2/g以上である該作物の生育促進材、バテライト含有物質がカルシウムシリケート及び／又はカルシウムシリケート水和物の炭酸化処理物である該作物の生育促進材、該作物の生育促進材を土壌と混合する作物の生育促進方法、並びに、該作物の生育促進方法により生育された作物を構成とする。
【選択図】 なし
【解決手段】 バテライト含有物質からなる作物の生育促進材、バテライト含有物質のＢＥＴ比表面積値が５m2/g以上である該作物の生育促進材、バテライト含有物質がカルシウムシリケート及び／又はカルシウムシリケート水和物の炭酸化処理物である該作物の生育促進材、該作物の生育促進材を土壌と混合する作物の生育促進方法、並びに、該作物の生育促進方法により生育された作物を構成とする。
【選択図】 なし
Description
本発明は、カドミウム、水銀、及び鉛等の重金属で汚染された土壌での作物の生産に関し、特に、カドミウム、水銀、及び鉛等の重金属で汚染された土壌での作物の生育促進材、それを用いた作物の生育促進方法、及びその作物に関する。
カドミウム、水銀、及び鉛等の重金属、特に可溶性の重金属を含有する土壌の無害化処理方法として、セメントなどの水硬性物質を混合し固化する方法(特許文献１参照)、汚染土壌に電極を埋め込み通電分離する方法(特許文献２、特許文献３参照)、高温で焼結処理する方法(特許文献４参照)、陽イオン交換溶液で抽出分離する方法(特許文献５、特許文献６参照)、並びに、硫化物や硫酸鉄等の重金属不溶化剤を加え混合する方法(特許文献７、特許文献８参照)等が提案されている。
セメントなどの水硬性物質を混合し固化する方法は、環境への二次的な重金属汚染の影響をかなりの程度抑えることが可能である。
しかしながら、この方法では、土壌が固化してしまうため農地等としての利用は難しいという課題があった。
しかしながら、この方法では、土壌が固化してしまうため農地等としての利用は難しいという課題があった。
また、汚染土壌に電極を埋め込み通電分離する方法は、処理後の土壌の再利用が可能で、原位置での処理ができるという利点を持つが、重金属の通電分離という処理方法の特性上、処理に長時間を要し、それに伴い多大な電力コストがかかるという課題があった。
また、高温で焼結処理する方法は、焼結処理に要するエネルギーコストが多大であると共に、原位置での処理は困難であり、処理後の土壌中の重金属イオンは減少されるが、処理に伴いダストとして飛散する重金属の回収処理が必要となるという課題があった。
また、陽イオン交換溶液で抽出分離する方法は、原位置での処理は困難であり、また処理する土壌を充分に洗浄できる程度に高濃度の陽イオン交換溶液と混合されることから、処理後の土壌の利用価値はほとんどなくなってしまう。また、多量に排出される洗浄液中の重金属を改めて処理する必要があるという課題があった。
そして、硫化物や硫酸鉄等の重金属不溶化剤を加え混合する方法は、他の処理方法に比較し、原位置での処理ができ、資材を汚染土壌と混合するだけというシンプルな方法であるため処理費用は安価であり、広範囲の汚染にも対応できるという利点を持っているが、土壌に対する負荷の大きい薬品を、例えば、土壌１立方メートルあたり最低１kg、通常、10kg以上と比較的大量に用いるため、農耕地又は草地としての転用が困難であり、適正な添加量を選択しないと効果が安定しないという課題があった。
本発明者らは鋭意努力を重ね、特定の作物の生育促進材が、効果的に土壌中のカドミウム、鉛、銅、及び亜鉛等が作物へ吸収されることを抑制し、作物の生育を促進することを知見し本発明を完成するに至った。
本発明は、作物の生産に関し、特に、カドミウム、水銀、及び鉛等の重金属で汚染された土壌で、作物への重金属の吸収を低減し、作物の生育を促進する方法を提供するものである。
本発明は、バテライト含有物質からなる作物の生育促進材であり、バテライト含有物質のＢＥＴ比表面積値が５m2/g以上である該作物の生育促進材であり、バテライト含有物質がカルシウムシリケート及び／又はカルシウムシリケート水和物の炭酸化処理物である該作物の生育促進材であり、該作物の生育促進材を土壌と混合する作物の生育促進方法であり、該作物の生育促進方法により生育された作物である。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
本発明で使用するバテライトとは、一般式CaCO3で表される炭酸カルシウムの一種である。
炭酸カルシウムには、六方晶系のカルサイト形、斜方晶系のアラゴナイト形、及び擬六方晶系のバテライト形の３つが存在する。これらは全く異なる結晶構造をもち、密度も異なるなど、物理的性質は大きく相違している。このうち、カルサイト形は安定相であるのに対し、アラゴナイト形やバテライト形は準安定相であり、特にバテライト形はカルサイト形やアラゴナイト形に相転移しやすいという特徴がある。
本発明では、バテライトとともにカルサイトやアラゴナイトが不純物として共存する場合があるが、これらの不純物の存在は本発明の効果を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。
バテライトの合成方法は特に限定されるものではなく、塩化カルシウムと炭酸成分とを反応させても良いし、水酸化カルシウムと炭酸成分とを反応させることも可能である。
また、カルシウムシリケートやカルシウムシリケート水和物を炭酸成分と反応させることも可能である。
これらのうち、作物の生育を促進する面からは、カルシウムシリケートやカルシウムシリケート水和物を炭酸成分と反応させて合成したものがより好ましい。
バテライトの粒度は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積値５m2/g以上が好ましい。
炭酸カルシウムには、六方晶系のカルサイト形、斜方晶系のアラゴナイト形、及び擬六方晶系のバテライト形の３つが存在する。これらは全く異なる結晶構造をもち、密度も異なるなど、物理的性質は大きく相違している。このうち、カルサイト形は安定相であるのに対し、アラゴナイト形やバテライト形は準安定相であり、特にバテライト形はカルサイト形やアラゴナイト形に相転移しやすいという特徴がある。
本発明では、バテライトとともにカルサイトやアラゴナイトが不純物として共存する場合があるが、これらの不純物の存在は本発明の効果を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。
バテライトの合成方法は特に限定されるものではなく、塩化カルシウムと炭酸成分とを反応させても良いし、水酸化カルシウムと炭酸成分とを反応させることも可能である。
また、カルシウムシリケートやカルシウムシリケート水和物を炭酸成分と反応させることも可能である。
これらのうち、作物の生育を促進する面からは、カルシウムシリケートやカルシウムシリケート水和物を炭酸成分と反応させて合成したものがより好ましい。
バテライトの粒度は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積値５m2/g以上が好ましい。
本発明で使用するカルシウムシリケートとは、CaOとSiO2を主成分とする化合物を総称するものであり特に限定されるものではない。その具体例としては、例えば、ワラストナイトCaO・SiO2、ランキナイト3CaO・2SiO2、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2、及びトライカルシウムシリケート3CaO・SiO2(以下、C3Sという)が挙げられる。
ワラストナイトCaO・SiO2(以下、CSという)にはα型(以下、α-CSという)とβ型が存在し、本発明では、炭酸化活性の面からα-CSが好ましい。
また、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2(以下、C2Sという)にも、α型、αプライム型、β型(以下、β-C2Sという)、及びγ型(以下、γ-C2Sという)が存在し、いずれも利用可能であるが、そのうち、γ-C2Sが好ましい。
カルシウムシリケートの粒度は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積値５m2/g以上が好ましい。
ワラストナイトCaO・SiO2(以下、CSという)にはα型(以下、α-CSという)とβ型が存在し、本発明では、炭酸化活性の面からα-CSが好ましい。
また、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2(以下、C2Sという)にも、α型、αプライム型、β型(以下、β-C2Sという)、及びγ型(以下、γ-C2Sという)が存在し、いずれも利用可能であるが、そのうち、γ-C2Sが好ましい。
カルシウムシリケートの粒度は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積値５m2/g以上が好ましい。
本発明で使用するカルシウムシリケート水和物とは、CaO、SiO2、及びH2Oを主成分とする化合物を総称するものであり特に限定されるものではない。その具体例としては、例えば、トバモライトやゾノトライトなどの結晶性のカルシウムシリケート水和物のほか、C-S-Hゲルと呼ばれる非晶質のカルシウムシリケート水和物が挙げられる。
カルシウムシリケート水和物の粒度は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積値５m2/g以上が好ましい。
カルシウムシリケート水和物の粒度は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積値５m2/g以上が好ましい。
本発明では、CaO/SiO2モル比が２以下のカルシウムシリケート及び／又はカルシウムシリケート水和物(以下、ＣＳ類という)を選定することが、有害物質低減効果や作物の生育を促進する面から好ましい。CaO/SiO2モル比が2.0を超えると、ＣＳ類を炭酸化した炭酸化物中のカルサイトの生成が増し、有害重金属を含有する土壌における作物の生育促進効果も小さくなる傾向にある。
炭酸成分とは、CO2成分、CO3 2-成分、及びHCO3 -成分等を供給可能な物質を総称するものであり特に限定されるものではない。その具体例としては、例えば、炭酸ガス、超臨界二酸化炭素、ドライアイス、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び炭酸鉄等の炭酸塩、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、及び重炭酸鉄等の重炭酸塩、並びに、炭酸水等が挙げられる。
バテライト含有物質の粒度は、ＢＥＴ比表面積値で５m2/g以上が好ましく、10m2/g以上がより好ましい。５m2/g未満では、カドミウム、水銀、及び鉛等の重金属で汚染された土壌での作物の生育促進効果が不充分となる場合がある。
本発明では、バテライトの他に、高炉徐冷スラグ微粉末、酸化カルシウムや水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムやハイドロタルサイト類等のマグネシウム化合物、活性炭等の炭素物質、モンモリロナイトやカオリナイトなどに代表される層状粘土化合物である、いわゆるベントナイト類、ゼオライト類、セピオライト、アパタイト、リン酸ジルコニウムなどのリン酸塩、三酸化アンチモンや五酸化アンチモンなどのアンチモン化合物、多硫化物、硫化物、チオ硫酸塩、及び亜硫酸塩等のイオウ化合物、チオ尿素、還元鉄粉、アマルガム、セルロース類、ポリビニルアルコール、及びキトサンなどの水溶性高分子類、ジアルキルジカルバミン酸類、キノリン化合物類、ポリアミン類、並びに、糖類等の添加材料のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用可能である。
本発明の作物の生育促進材中の不純物は特に限定されるものではないが、具体的には、Na2O、K2O、Al2O3、MgO、TiO2、Fe2O3、及びSなどが挙げられる。これらの不純物は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。
本発明の作物の生育促進材の土壌への混合量は特に限定されるものではないが、目安としては、バテライトとしての添加量が土壌１立方メートル当たり、1.2kg程度になるように添加することが好ましい。
本発明によれば、バテライト含有物質からなる作物の生育促進材を、重金属で汚染した土壌に添加混合することにより、作物への重金属の吸収を抑制し、作物の生育を促進することができ、重金属で汚染した土壌をそのまま農地として利用し、作物を生産することが可能となる。
プランターに土壌を充填し、土壌中にカドミウムが50mg/kg含まれるよう塩化カドミウムを添加した。この土壌の水分量を最大容水量の60％に調整し、表１に示す土壌添加材を混和して、こまつな種子を４つ播種した。こまつなの草丈が22cm以上になるまで生育させた後に収穫し、作物１kgあたりのカドミウム吸収量を測定した。結果を表１に併記する。
＜使用材料＞
土壌添加材Ａ：0.3mol/lの塩化カルシウム溶液50mlと、0.12mol/lの炭酸ナトリウム溶液450mlを20℃条件下で混合し、10分間反応させて合成、粉末Ｘ線回折(以下、ＸＲＤという)でカルサイトやアラゴナイトの存在がないバテライトであることを確認、密度2.54g/cm3、ＢＥＴ比表面積値4.8m2/g
土壌添加材Ｂ：1.0mol/lの塩化カルシウム溶液50mlと、0.33mol/lの炭酸ナトリウム溶液450mlを20℃条件下で混合し、10分間反応させて合成、ＸＲＤでカルサイトやアラゴナイトの存在がないバテライトであることを確認、密度2.53g/cm3、ＢＥＴ比表面積値10.2m2/g
土壌添加材Ｃ：3.6mol/lの塩化カルシウム溶液50mlと、1.2mol/lの炭酸ナトリウム溶液450mlを20℃条件下で混合し、10分間反応させて合成、ＸＲＤでカルサイトやアラゴナイトの存在がないバテライトであることを確認、密度2.52g/cm3、ＢＥＴ比表面積値14.2m2/g
土壌添加材Ｄ：水酸化カルシウムを炭酸化させて合成、ＸＲＤでカルサイトであることを確認。密度2.71g/cm3、ＢＥＴ比表面積値２m2/g
土壌添加材Ｅ：天然の石灰石の粉砕品、密度2.71g/cm3、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)4,000cm2/g
土壌添加材Ｆ：α-CS、CaCO3とSiO2を１対１モルで混合した後、1,500℃で２時間焼成して合成、ブレーン値4,000cm2/g
土壌添加材Ｇ：γ-C2S、CaCO3とSiO2を２対１モルで混合した後、1500℃で2時間焼成して合成、ブレーン値4,000cm2/g
土壌添加材Ｈ：β-C2S、γ-C2Sにアルミナを３％とホウ酸を0.5％加えて1,500℃で２時間焼成して合成、ブレーン値4,000cm2/g
土壌添加材Ｉ：C3S、CaCO3とSiO2を３対１モルで混合した後、1,500℃で３時間焼成する工程を２回繰り返して合成、ブレーン値4,000cm2/g
土壌添加材Ｊ：β-C2Sを50℃で完全水和させたもの、ＸＲＤの同定結果では、水酸化カルシウムの存在がわずかに確認されたほかは明瞭なピークは認められない、C-S-Hゲルを主体とすると考えられる、ＢＥＴ比表面積値15m2/g
土壌添加材Ｋ：C3Sを50℃で完全水和させたもの、ＸＲＤの同定結果では、水酸化カルシウムの存在が明瞭に確認された、水酸化カルシウムとC-S-Hゲルを主体とすると考えられる、ＢＥＴ比表面積値10m2/g
土壌添加材Ｌ：α-CSを水中で炭酸ガスを吹き込みながら攪拌して完全に炭酸化させたもの、ＸＲＤの同定結果ではバテライトを主成分とする、ＢＥＴ比表面積値10m2/g
土壌添加材Ｍ：γ-C2Sを水中で炭酸ガスを吹き込みながら攪拌して完全に炭酸化させたもの、ＸＲＤの同定結果ではバテライトを主成分とする、ＢＥＴ比表面積値15m2/g
土壌添加材Ｎ：β-C2Sを水中で炭酸ガスを吹き込みながら攪拌して完全に炭酸化させたもの、ＸＲＤの同定結果ではバテライトを主成分とし、一部カルサイトの存在も認められるもの、ＢＥＴ比表面積値10m2/g
土壌添加材Ｏ：C3Sを水中で炭酸ガスを吹き込みながら攪拌して完全に炭酸化させたもの、ＸＲＤの同定結果ではカルサイトを主成分とし、一部バテライトの存在も認められるもの、ＢＥＴ比表面積値５m2/g
カドミウムの標準溶液：試薬特級。
水 ：水道水
土壌添加材Ａ：0.3mol/lの塩化カルシウム溶液50mlと、0.12mol/lの炭酸ナトリウム溶液450mlを20℃条件下で混合し、10分間反応させて合成、粉末Ｘ線回折(以下、ＸＲＤという)でカルサイトやアラゴナイトの存在がないバテライトであることを確認、密度2.54g/cm3、ＢＥＴ比表面積値4.8m2/g
土壌添加材Ｂ：1.0mol/lの塩化カルシウム溶液50mlと、0.33mol/lの炭酸ナトリウム溶液450mlを20℃条件下で混合し、10分間反応させて合成、ＸＲＤでカルサイトやアラゴナイトの存在がないバテライトであることを確認、密度2.53g/cm3、ＢＥＴ比表面積値10.2m2/g
土壌添加材Ｃ：3.6mol/lの塩化カルシウム溶液50mlと、1.2mol/lの炭酸ナトリウム溶液450mlを20℃条件下で混合し、10分間反応させて合成、ＸＲＤでカルサイトやアラゴナイトの存在がないバテライトであることを確認、密度2.52g/cm3、ＢＥＴ比表面積値14.2m2/g
土壌添加材Ｄ：水酸化カルシウムを炭酸化させて合成、ＸＲＤでカルサイトであることを確認。密度2.71g/cm3、ＢＥＴ比表面積値２m2/g
土壌添加材Ｅ：天然の石灰石の粉砕品、密度2.71g/cm3、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)4,000cm2/g
土壌添加材Ｆ：α-CS、CaCO3とSiO2を１対１モルで混合した後、1,500℃で２時間焼成して合成、ブレーン値4,000cm2/g
土壌添加材Ｇ：γ-C2S、CaCO3とSiO2を２対１モルで混合した後、1500℃で2時間焼成して合成、ブレーン値4,000cm2/g
土壌添加材Ｈ：β-C2S、γ-C2Sにアルミナを３％とホウ酸を0.5％加えて1,500℃で２時間焼成して合成、ブレーン値4,000cm2/g
土壌添加材Ｉ：C3S、CaCO3とSiO2を３対１モルで混合した後、1,500℃で３時間焼成する工程を２回繰り返して合成、ブレーン値4,000cm2/g
土壌添加材Ｊ：β-C2Sを50℃で完全水和させたもの、ＸＲＤの同定結果では、水酸化カルシウムの存在がわずかに確認されたほかは明瞭なピークは認められない、C-S-Hゲルを主体とすると考えられる、ＢＥＴ比表面積値15m2/g
土壌添加材Ｋ：C3Sを50℃で完全水和させたもの、ＸＲＤの同定結果では、水酸化カルシウムの存在が明瞭に確認された、水酸化カルシウムとC-S-Hゲルを主体とすると考えられる、ＢＥＴ比表面積値10m2/g
土壌添加材Ｌ：α-CSを水中で炭酸ガスを吹き込みながら攪拌して完全に炭酸化させたもの、ＸＲＤの同定結果ではバテライトを主成分とする、ＢＥＴ比表面積値10m2/g
土壌添加材Ｍ：γ-C2Sを水中で炭酸ガスを吹き込みながら攪拌して完全に炭酸化させたもの、ＸＲＤの同定結果ではバテライトを主成分とする、ＢＥＴ比表面積値15m2/g
土壌添加材Ｎ：β-C2Sを水中で炭酸ガスを吹き込みながら攪拌して完全に炭酸化させたもの、ＸＲＤの同定結果ではバテライトを主成分とし、一部カルサイトの存在も認められるもの、ＢＥＴ比表面積値10m2/g
土壌添加材Ｏ：C3Sを水中で炭酸ガスを吹き込みながら攪拌して完全に炭酸化させたもの、ＸＲＤの同定結果ではカルサイトを主成分とし、一部バテライトの存在も認められるもの、ＢＥＴ比表面積値５m2/g
カドミウムの標準溶液：試薬特級。
水 ：水道水
＜測定方法＞
カドミウム吸収量：栽培されたこまつな200gと純水1,000mlをジューサーを用いて液状にした。この液を５Ａのろ紙を用いてろ過し、ろ液をＩＣＰ発光分光分析法で測定した。
カドミウム吸収量：栽培されたこまつな200gと純水1,000mlをジューサーを用いて液状にした。この液を５Ａのろ紙を用いてろ過し、ろ液をＩＣＰ発光分光分析法で測定した。
プランターに土壌を充填し、土壌中にカドミウムが50mg/kg含まれるよう塩化カドミウムを添加した。
この土壌の水分量を最大容水量の60％に調整し、表２に示す物質を混和して、こまつな種子を４つ播種した。種まきから30日間経過後のこまつなの収量を測定し、土壌添加材なしのこまつな収量を100とした時の相対収率(％)を求めた。結果を表２に併記する。
この土壌の水分量を最大容水量の60％に調整し、表２に示す物質を混和して、こまつな種子を４つ播種した。種まきから30日間経過後のこまつなの収量を測定し、土壌添加材なしのこまつな収量を100とした時の相対収率(％)を求めた。結果を表２に併記する。
本発明の土壌添加材は、有害重金属で汚染されて農地における農産物の栽培を可能とし、栽培された作物に含まれる有害重金属の含有量も少ない。
よって、農産物の安全安心を高めることに極めて有効と考えられる。
よって、農産物の安全安心を高めることに極めて有効と考えられる。
Claims (5)
- バテライト含有物質からなる作物の生育促進材。
- バテライト含有物質のＢＥＴ比表面積値が５m2/g以上であることを特徴とする請求項１に記載の作物の生育促進材。
- バテライト含有物質がカルシウムシリケート及び／又はカルシウムシリケート水和物の炭酸化処理物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の作物の生育促進材。
- 請求項１〜３のうちの１項に記載の作物の生育促進材を土壌と混合することを特徴とする作物の生育促進方法。
- 請求項４に記載の作物の生育促進方法により生育された作物。
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| JP2004097759A JP2005278516A (ja) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | 作物の生育促進材、それを用いた作物の生育促進方法、及びその作物 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016540062A (ja) * | 2013-10-04 | 2016-12-22 | オムヤ インターナショナル アーゲー | 土壌のｐＨを調節するための微粉化アルカリ土類炭酸塩含有材料 |
| JP7128495B1 (ja) | 2021-03-18 | 2022-08-31 | 株式会社アステック | 土壌改良剤 |
| CN117136969A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-12-01 | 华中农业大学 | 一种具有耐酸促生作用的种子包衣剂及其应用 |
-
2004
- 2004-03-30 JP JP2004097759A patent/JP2005278516A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2016540062A (ja) * | 2013-10-04 | 2016-12-22 | オムヤ インターナショナル アーゲー | 土壌のｐＨを調節するための微粉化アルカリ土類炭酸塩含有材料 |
| JP7128495B1 (ja) | 2021-03-18 | 2022-08-31 | 株式会社アステック | 土壌改良剤 |
| JP2022143843A (ja) * | 2021-03-18 | 2022-10-03 | 株式会社アステック | 土壌改良剤 |
| CN117136969A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-12-01 | 华中农业大学 | 一种具有耐酸促生作用的种子包衣剂及其应用 |
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