JP2006188395A - 複合肥料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
炭化汚泥を原料に含む複合肥料及びその製造方法の提供。さらにはリン酸成分を有効に利用できる複合肥料及びその製造方法の提供。
【解決手段】
リン酸成分を多く含む低温炭化汚泥を原料として用い、有機物及び/又はリン酸溶解微生物を加え、さらに植物の生育初期に有用な水溶性リン酸を加えることで炭化汚泥のリン酸を有効に利用できる複合肥料を製造した。
【選択図】 なし
Description
(1)炭化汚泥を含むことを特徴とする複合肥料。
(2)汚泥の炭化温度が400〜600℃である前記(1)に記載の複合肥料。
(3)汚泥が下水汚泥、屎尿汚泥又は畜産排水処理汚泥である前記(1)又は(2)に記載の複合肥料。
(4)窒素、リン酸、カリの少なくとも2つ以上の成分を含む前記(1)〜(3)のいずれかに記載の複合肥料。
(5)有機質成分を含む前記(1)〜(4)のいずれかに記載の複合肥料。
(6)リン酸溶解微生物を含む前記(1)〜(5)のいずれかに記載の複合肥料。
(7)リン酸溶解微生物がAspergillus属、Penicillium属、Bacillus属細菌又はPseudomonas属に属する微生物である前記(6)に記載の複合肥料。
(8)粒状、桃核状、ペレット状又はタブレット状である前記(1)〜(7)のいずれかに記載の複合肥料。
(9)炭化汚泥に含まれるリン酸成分を肥料のリン酸成分として用い、これに、窒素成分、カリ成分、リン酸成分、有機質成分及びリン酸溶解微生物からなる群より選択されるいずれか1つ以上の成分を加えて混合又は混練し、乾燥することを特徴とする前記(1)〜(7)のいずれかに記載の複合肥料の製造方法。
(10)炭化汚泥に含まれるリン酸成分を肥料のリン酸成分として用い、これに、窒素成分、カリ成分、リン酸成分、有機質成分及びリン酸溶解微生物からなる群より選択されるいずれか1つ以上の成分と、さらに造粒促進材を加えて混合又は混練し、成形乾燥することを特徴とする前記(8)に記載の複合肥料の製造方法。
(11)前記(1)〜(8)のいずれかに記載の複合肥料を、局在施用することを特徴とする、複合肥料の使用方法。
排水処理分野においては年々増加傾向にある汚泥の最終処分策が懸念されていたが、安定して継続的な再利用の方法が提案できると同時にこれまで焼却・溶融及びコンポスト化で発生した二酸化炭素の大気放出を大幅に削減することができる。
一般に回収された汚泥の農業利用においては、鉄系凝集剤とアルミニウム系凝集剤を用いた汚泥はリン酸の肥効が現れないという問題があった。しかし、本発明において、リン酸溶解微生物等を加えることにより、この問題を解決したため、いずれの凝集剤も利用できる。なかでも汚泥がコンパクトに回収できる鉄系凝集剤を用いるのが特に好ましい。
また、リン酸溶解微生物としては、有機酸やキレート物質の生産によって不溶性リン酸塩の溶解能力を有する微生物であればいずれの微生物でも用いることができるが、Aspergillus属、Penicilium属、Bacillus属、Pseudomonas属の微生物が好ましく、特にクエン酸生成能力が高いAspergillus nigerを用いることが好ましい。また、Penicillium 属としては、Penicillium bilaji、Penicillium citrinum等を、Bacillus属としては、Bacillus subtilis、Bacillus megaterium等を、さらにPseudomonas属としては、Pseudomonas putida、Pseudomonas fluorescens等を用いることができる。本発明の複合肥料の製造工程で80℃以上の加熱を行う場合にはBacillus属菌の耐熱性芽胞を用いることが好ましい。これらのリン酸溶解微生物は生存体でも利用できるが、品質保持等の目的から耐久生存体として用いることが好ましい。耐久生存体は微生物の生物活性を維持しているものであればいずれのものも用いることができるが、糸状菌の分生胞子、糸状菌の厚膜胞子、細菌の芽胞等をあげることができる。これらは本発明の複合肥料の原料重量の有機質は10〜20%、リン酸溶解微生物の耐久生存体としては本発明の複合肥料1g当たり1,000〜100,000個となるように加えることが好ましい。
以下、本発明の詳細を実施例等で説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
原料に用いる炭化汚泥及びその組成
複合肥料の製造にあたり、利用した下水汚泥、屎尿汚泥又は畜産廃水処理汚泥の炭化物に含まれる主要成分の分析を行った。それぞれの組成を表1に示した。
下水汚泥 試料A:群馬県(炭化温度500℃)、試料B:富山県(炭化温度400℃)
屎尿汚泥 試料C:岐阜県(炭化温度500℃)、試料D:岐阜県(炭化温度500℃)
畜産排水処理汚泥(群馬県)
試料E:凝集剤無し(炭化温度500℃)、試料F:石灰剤凝集(炭化温度500℃)、
試料G:鉄剤凝集(炭化温度500℃)
凝集剤は汚泥を沈降させるために処理水に予め添加し、得られた脱水ケーキを乾燥した後、所定の温度で炭化した。
炭化下水汚泥(表1試料A)、木質泥炭(造粒促進材)、塩化カリウム(カリ成分)、硫酸アンモニウム(窒素成分)、過燐酸石灰(水溶性リン酸成分)、リン酸アンモニウム(窒素成分、水溶性リン酸成分)、菜種油粕(有機質成分)、尿素(窒素成分)、縮合尿素(窒素成分)を原料として、表2に記載の使用量を用いて複合肥料1〜4を製造した。複合肥料2,3は有機質入り複合肥料であり、複合肥料4は、縮合尿素入り複合肥料であり、いずれも粒状(粒径3〜6mm)であった。使用した原料は化学肥料の原料として一般に流通している材料を用い、各原料を回転混合機で混合した後、皿型造粒機で加水造粒した後70℃で通風乾燥して製造した。
前記複合肥料1及び複合肥料1の原料組成から水溶性リン酸を除去した対照肥料1(炭化下水汚泥270重量部、木質泥炭435重量部、塩化カリウム88重量部、硫酸アンモニウム252重量部)を製造して、トマトの栽培に用いた。
トマト栽培は群馬県藤岡市日本肥糧株式会社研究所の畑土壌でスイートコーン栽培跡地の土壌を用いた。この土壌は有効態リン酸(トルオーグ法)を乾土100g当たり20mg含む土壌で、一般にはリン酸欠乏症状が現れない濃度である。石灰、苦土なども作物の生育には理想的な範囲の土壌であった。直径12センチメートルのビニールポットに土壌700mLを充填し、複合肥料1と対照肥料1はそれぞれ4.2gを施した。この土壌に発芽後7日目のトマトの幼苗を1本移植し、30日間ガラスハウスで栽培した。
リン酸の吸収が悪い場合に子葉に見られるアントシアン(紫色)の蓄積程度を1週間ごとに5段階評価で調査した結果を表3に示した(調査は20反復で行い、平均値で示した)。草丈と葉数の推移を図1に示した。更に栽培開始直後と終了時に土壌の有効態リン酸を測定した結果を表4に示した。
図1において、複合肥料1を用いたトマトの草丈は移植直後から順調に伸びているが、対照肥料1では3週目までは停滞気味であり、根量が増加する時期から復活していることが示された。一般に植物の草丈は窒素の量や土壌水分によって大きく異なるが、これらの条件が同一であることから、複合肥料1を用いた場合にリン酸の肥効が高くなることが示された。従って、土壌に有効態リン酸(希酸可溶性リン酸)が豊富に存在する場合でも作物の生育初期には水溶性リン酸の量が生育を律速することが分かり、水溶性リン酸を殆ど含有しない炭化汚泥を原料として複合肥料を製造する場合には若干の水溶性リン酸を含有させることが極めて有効であることが分かった。
汚泥凝集時に凝集剤として塩化鉄を用いた炭化畜産排水汚泥の炭化物(表1試料G)に硫酸アンモニウムと木質泥炭を加え、複合肥料5を製造した。同様の汚泥炭化物(表1試料G)に硫酸アンモニウムと菜種油粕及び木質泥炭を加えた複合肥料6と、更に複合肥料6の製造時に土壌糸状菌Aspergillus niger(リン酸溶解能を有する)の分生胞子を複合肥料1g当たり5000個の分生胞子が含まれるように添加した複合肥料7を製造した。複合肥料7の製造において使用した土壌糸状菌Aspergillus niger は、本発明者によって群馬県藤岡市の畑土壌から分離され、一般的なAspergillus nigerの性状を示し、不溶性のリン酸鉄やリン酸アルミニウムを溶解する能力を有している菌株である。本菌株をジャガイモ煮汁寒天培地で培養し、培地表面に形成された分生胞子を集めて懸濁液を調整し、所定量の胞子が含まれるようにその他の原料に混合して造粒した。これらの複合肥料は有効と考えられる成分で窒素-リン酸-カリ成分比が5%−8%−4%となるように製造した。表5に原料として用いた畜産排水汚泥炭化物と菜種油粕の成分組成(%)を示し、表6にそれぞれの複合肥料の原料の割合を示した。畜産排水処理汚泥に含まれる窒素成分は無機化しないため有効成分には含めなかった。
前記複合肥料5〜7を用いて、コマツナの栽培を行った。ノイバウエルポット(内径11.3センチメートル、高さ6.5センチメートルのプラスチック製の有底鉢)に栽培履歴の無い淡色黒ボク土壌(群馬県赤城下層土壌)の乾土325gを詰め、複合肥料5〜7をそれぞれ2g添加し、コマツナ種子(品種:楽天、販売元:タキイ種苗)を1ポット当たり20粒播種した。栽培開始後25日間で栽培を終了し、ポットに残存している有効態リン酸と1ポット当りのコマツナへのリン酸吸収量を分析して、リン酸の肥効を調べた。有効態リン酸の分析は、土壌標準分析・測定法のトルオーグ法で行った。リン酸吸収量はポットに生育したコマツナの地上部を湿式灰化法で分解し、定量されたリン酸量からもとめた。リン酸量の分析はバナドモリブデン法で比色定量には分光光度計(島津製UV1200)を用いた。
栽培終了後の、1ポット中の土壌中の有効態リン酸量を図2aに、1ポットあたりの植物体へのリン酸吸収量を図2bに示した。複合肥料5と比較して、複合肥料6を用いた場合では、菜種油粕の効果によって土着のリン酸溶解微生物が活性化されリン酸の肥効が高まることが確認された。また複合肥料6にリン酸溶解微生物であるAspergillus nigerの分生胞子を添加した複合肥料7においてはリン酸の肥効をさらに高められることが示された。よって、リン酸溶解微生物を畜産汚泥炭化物と菜種油粕を原料とした複合肥料に担持させることで、畜産汚泥炭化物のリン酸の肥効を非常に高めることが示された。
炭化下水汚泥(表1試料A)270重量部、木質泥炭(造粒促進材)271重量部、塩化カリウム(カリ成分)88重量部、硫酸アンモニウム(窒素成分)252重量部及び過燐酸石灰(水溶性リン酸成分)164重量部を回転混合機で混合した後、皿型造粒機で加水造粒して粒径2〜4mm画分を70℃の通風乾燥機で5%水分まで乾燥して粒状の複合肥料を製造した。
一方、同様の原料組成で配合し回転混合機で混合しながら原料全重量の10%の加水を行い、混合原料をブリケットマシーンで成形し70℃の通風乾燥機で5%水分まで乾燥して1個当たり10gの桃核状の複合肥料を製造した。これらの複合肥料は肥料成分として、アンモニア性窒素5%、全リン酸5%、水溶性カリ5%を含有する複合肥料である。
実施例5で製造した粒状の複合肥料と桃核状の複合肥料をトマトの栽培に用いた。
トマト栽培は市販の粒状園芸培土(ニッピ園芸培土1号:日本肥糧株式会社製)にトマト(品種:ハウス桃太郎)を播種し、子葉展開時のトマトを直径12cmのビニールポットに鉢上げして第1果房の第1花が開花する時期(本圃定植適期)まで育苗栽培を行った。この時、鉢上げの用土には市販の粉粒状園芸培土(良菜培土SP:日本肥糧株式会社製)700mLを用いた。当該培土は培土1L当たり窒素成分を200mg含有し、リン酸、カリなどはバランス良く調整されているが、定植適期まで育苗を行うと窒素成分が不足する特徴がある。そこで、実施例5で製造した2種の複合肥料をポット当たり10g施用して栽培を行った。2−4mm粒径の粒状の複合肥料は培土全体に均一混合して充填し、10gの桃核状の複合肥料は鉢底に配置して培土を充填した。対照区として粉粒状園芸培土(良菜培土SP)だけで肥料を追加しない試験区を設置した。播種後8日目で鉢上げを行い、鉢上げ後47日間ガラスハウスで栽培した。
形状と施肥位置が根張り状態や生育及びリン酸の肥効に及ぼす影響を調査した。栽培期間中の草丈と葉数の推移を図3に示した。
生育状況を観察したところ、対照区は、初期は何らの生育障害も認められず順調に生育したが、後期には窒素不足が起こり、葉色も褪せてきた。一方、粒状の複合肥料を追加施肥した場合には窒素成分が複合肥料により500mg追加され、培土が元々含有している140mgと併せて640mgとなったため土壌の電気伝導度(EC)が培土全体で高くなった。これにより根が肥やけの状態となったため初期生育が極端に遅れ、結果的に対照区よりも生育が劣った。桃核状の複合肥料を鉢底に配置した場合には、定植適期まで肥料不足を起こすことなく充実した苗が生産できた。
桃核状の複合肥料を鉢底に配置した場合と、粒状の肥料で追加施肥した場合では、ポット全体では同量の肥料成分が施されているが、桃核状の複合肥料を鉢底に配置した場合では、複合肥料が局所に配置されたため培土全体の肥料濃度を高めることなく、適量の部分と過剰な部分が偏在する形となったため、一部では根が生育阻害を受けるものの影響を受けない部分では根が良く育ち肥料を十分に吸収することで地上部の生育も旺盛となったことによる。
また、根鉢を観察したところ、対照区は全体に均一な分布をしており、粒状の複合肥料追加区は初期から後期まで全体に根が少なく褐変しているものが多かった。一方、桃核状で追加した区は初期には桃核状の複合肥料の周りを避けて根が全体に分布したが、後期には根が桃核の複合肥料を取り囲み貫入しているものも観察された。
以上の結果より、これらの複合肥料の利用にあたり、培土全体の肥料濃度を高めることなく、適量の部分と過剰な部分が偏在するように、施肥することが望ましいことが示された。
栽培残土のpHとECを表7に示し、栽培終了時のトマトの重量及びをトマトの栄養状態を(地上部乾物重当たりの成分含有率:%)を表8及び表9に示した。
Claims (11)
- 炭化汚泥を含むことを特徴とする複合肥料。
- 汚泥の炭化温度が400〜600℃である請求項1に記載の複合肥料。
- 汚泥が下水汚泥、屎尿汚泥又は畜産排水処理汚泥である請求項1又は2に記載の複合肥料。
- 窒素、リン酸、カリの少なくとも2つ以上の成分を含む請求項1〜3のいずれかに記載の複合肥料。
- 有機質成分を含む請求項1〜4のいずれかに記載の複合肥料。
- リン酸溶解微生物を含む請求項1〜5のいずれかに記載の複合肥料。
- リン酸溶解微生物がAspergillus属、Penicillium属、Bacillus属又はPseudomonas属に属する微生物である請求項6に記載の複合肥料。
- 粒状、桃核状、ペレット状又はタブレット状である請求項1〜7のいずれかに記載の複合肥料。
- 炭化汚泥に含まれるリン酸成分を肥料のリン酸成分として用い、これに、窒素成分、カリ成分、リン酸成分、有機質成分及びリン酸溶解微生物からなる群より選択されるいずれか1つ以上の成分を加えて混合又は混練し、乾燥することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の複合肥料の製造方法。
- 炭化汚泥に含まれるリン酸成分を肥料のリン酸成分として用い、これに、窒素成分、カリ成分、リン酸成分、有機質成分及びリン酸溶解微生物からなる群より選択されるいずれか1つ以上の成分と、さらに造粒促進材を加えて混合又は混練し、成形乾燥することを特徴とする、請求項8に記載の複合肥料の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の複合肥料を、局在施用することを特徴とする、複合肥料の使用方法。
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