JP2006219531A - 可給態リン酸軽減資材、その製造方法、および、その施用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 土壌中に過剰に蓄積している可給態リン酸を軽減、除去可能な可給態リン酸軽減資材と、その製造方法、および、その施用方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の可給態リン酸軽減資材は、土壌中に含まれる過剰な可給態リン酸を軽減するために、土壌に対して施用されるもので、浄水ケーキを主成分とする。主成分となる浄水ケーキは、リン酸吸収係数が２０００〜２６８７のものが好適である。この可給態リン酸軽減資材を土壌に添加、混合し、土壌の乾土１００ｇ当たりの可給態リン酸含量を、Ｐ₂Ｏ₅換算で１０〜１５０ｍｇとする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、過剰な可給態リン酸を軽減するために土壌に対して施用される可給態リン酸軽減資材と、その製造方法、および、その施用方法に関する。

浄水ケーキは、浄水場での水処理過程で発生する沈澱物を加圧・脱水、あるいは天日乾燥したもので、一般的には、産業廃棄物として処分されている。産業廃棄物として排出される浄水ケーキは年々増加の一途をたどり、埋め立て処分地等の確保も困難となっている現状にある。そのため、その資源化、利用法が望まれている。

本来、浄水ケーキは、粘土やシルトなどの鉱物を主要構成成分とし、原水中の菌体や藻体などの有機物を含むものであり、それらはリン酸イオンを固定する機能を有する。また、浄水ケーキには水処理過程で添加されたポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸アルミニウムもごく少量混在しており、それらも高いリン酸固定能を有する。

そこで、このような浄水ケーキのリン酸固定能を利用して、リン酸除去用の水質浄化資材を製造することが既に提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
特開平１０−５７８０４号公報

ところで、多量の施肥を繰り返した農耕地、特に施設栽培地や茶園には、施用された化学肥料や土壌改良材に含まれていた高濃度の肥料養分が過剰に蓄積しており、特に可給態リン酸が過剰蓄積している。わが国の農耕地ではリン酸肥沃度の低いところは少なく、むしろ過去に施用されたリン酸肥料やリンを含む土壌改良材の多量施用により、作物生産にとって必要とする以上にリン酸が過剰に蓄積しているところが多い。特に、その傾向は多肥条件下で繰り返して栽培することが多い果葉菜や花卉を栽培する施設栽培地においてみられる。他の植物必須養分と異なり、リン酸過剰では植物体に外観的異状症状を呈する可視障害が現れにくいとされているが、生育停滞や抑制、植物体のわい化、葉の肥厚化、および熟期の異常促進による減収などが生じる。さらに、そのような農耕地ではリン酸過剰に伴う鉄、亜鉛、および銅などの植物微量必須元素の欠乏が起こったり、アブラナ科野菜の根こぶ病やダイコンの葉枯れ病などの病害や生理障害が発生しやすいことが知られている。

過剰に蓄積した肥料成分を低減、除去するための方策としては、従来、湛水やかけ流し処理などの除塩処理、あるいは吸肥力の強い牧草などの植物を栽培して農耕地から肥料成分を取り除く植栽除去処理などが、一般的に行われてきた。また、塩類集積が進行した施設栽培地では、土壌養分のアンバランスに起因する微量要素欠乏や病害が多発することから、最終的には耕地の入れ替えを行わなければならない場合も多々あった。

しかし、上述の除塩処理は、肥料三成分のうち、水溶性の高い窒素やカリウムなどには有効であるが、水溶解度の低いリン酸に対してはあまり有効ではなく、肥料分を含む流出水による水系の二次的水質汚染の危惧もあった。また、高吸肥植物によるリン酸低減法は環境保全的であるが、施設地への換金作物の導入回数が減じるために経営上有益とは言えなかった。さらに、耕地の入れ替えを行うためには、多大な労力と経費が必要であるという問題があり、しかも、土とり場となる山林の環境破壊にもつながるという問題もあった。

以上のような諸情勢に鑑み、本件発明者は、農耕地に過剰に蓄積している可給態リン酸を軽減、除去するための新しい方策について鋭意検討した。その結果、浄水ケーキのリン酸固定能を利用して、土壌中の可給態リン酸を軽減、除去できることを見いだした。

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その目的は、土壌中に過剰に蓄積している可給態リン酸を軽減、除去可能な可給態リン酸軽減資材と、その製造方法、および、その施用方法を提供することにある。

以下、本発明において採用した特徴的構成について説明する。
本発明の可給態リン酸軽減資材は、土壌中に含まれる過剰な可給態リン酸を軽減するために、前記土壌に対して施用される可給態リン酸軽減資材であって、浄水ケーキを主成分とすることを特徴とする。

この可給態リン酸軽減資材は、土壌に対して施用可能なものであれば、その具体的な形態は任意であるが、浄水場から排出される塊状または板状の浄水ケーキを乾燥、粉砕することにより、粉状ないし小粒状（具体的には、粒子径２ｍｍ以下程度）の浄水ケーキ粉砕物としておくと、土壌への混合が容易になる上に、リン酸固定反応についての反応性が高くなるので好ましい。浄水ケーキ粉砕物の粒子径が２ｍｍを上回る場合は、リン酸固定反応がより緩慢にしか進まなく傾向がある。このような粉状ないし小粒状の浄水ケーキ粉砕物は、塊状または板状の浄水ケーキを目的とする粒子径以下まで十分に粉砕したものであってもよいし、塊状または板状の浄水ケーキを適宜粉砕して目的とする粒子径以下の粒子のみ通過する篩にかけて、所期の粒子を篩い分けしたものであってもよい。

また、浄水ケーキのリン酸吸収能は、浄水場の違いその他によって、通常はいくらかばらつきがあるが、少ない施用量で高い効果を得るためには、浄水ケーキのリン酸吸収能は高いものほど望ましく、具体的には、リン酸吸収係数が２０００〜２６８７であると好ましい。リン酸吸収係数は、一般に、土壌等の対象物１００ｇが固定するリン酸の質量（単位はｍｇ）をＰ₂Ｏ₅換算で表した値であり、数値が大きいほどリン酸が固定されやすいことを示している。このリン酸吸収係数が２０００を下回ると、所期の効果を得るために大量の可給態リン酸軽減資材を土壌に投入しなければならなくなるので、取り扱いが不便になり、可給態リン酸軽減資材の保管、輸送にかかるコストも増大しやすくなる。また、リン酸吸収係数は最大値が２６８７となるので、この値を上回ることはない。

さらに、本発明の可給態リン酸軽減資材の土壌への施用量は、対象土壌の可給態リン酸含量や作付作物のリン要求性によっても変動するが、多くの場合、可給態リン酸軽減資材を土壌に添加、混合することにより、前記土壌の乾土１００ｇ当たりの可給態リン酸含量を、Ｐ₂Ｏ₅換算で１０〜１５０ｍｇとすると好適である。土壌の可給態リン酸含量が、１０ｍｇＰ₂Ｏ₅／１００ｇ乾土を下回るようでは、可給態リン酸の除去量が過剰気味であり、栽培作物にリン酸欠乏症を誘発する危惧がある。また、１５０ｍｇＰ₂Ｏ₅／１００ｇ乾土を上回るようでは、可給態リン酸の除去量が不足気味であり、既に説明したリン酸過剰に起因する各種弊害を招くおそれがある。中でも、より好ましい土壌改良目標値としては、例えば、普通作畑土壌では５〜１０ｍｇＰ₂Ｏ₅／１００ｇ乾土、野菜畑土壌では１０〜３０ｍｇＰ₂Ｏ₅／１００ｇ乾土、樹園地土壌では１０〜２０ｍｇＰ₂Ｏ₅／１００ｇ乾土、水田土壌では５〜１０ｍｇＰ₂Ｏ₅／１００ｇ乾土とすると好適である。

以上説明したような可給態リン酸軽減資材を、可給態リン酸が過剰に蓄積している土壌に対して施用すれば、可給態リン酸軽減資材に含まれるアルミニウム系や鉄系の凝集剤より、土壌の団粒化を促すことを通して土壌物理性の改善に働き、作付作物の生育を促す。さらに、下記反応式（１）〜（３）の反応により、土壌中に過剰蓄積した可給態リン酸の主体を占める水溶性および可溶性のオルトリン酸と結合し、作物の利用し難い難利用性の不可給態リン酸に変換する。

すなわち、アルミニウム塩の一つである硫酸アルミニウムの場合、下記反応式（１）により、作物にとって難利用性となる不溶性のリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄）を形成する。

また、アルミニウム塩の一つであるポリ塩化アルミニウムの場合、下記反応式（２）により、作物にとって難利用性となる不溶性のリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄）を形成する。

さらに、鉄塩の一つである塩化鉄の場合、下記反応式（３）により、作物にとって難利用性となる不溶性のリン酸鉄（ＦｅＰＯ₄）を形成する。

これらの反応を通して、土壌中の可給態リン酸が難溶性のリン酸アルミニウムないしリン酸鉄となり不可給態化する。その結果、土壌中の可給態リン酸は軽減、除去されることになり、土壌中に過剰蓄積した可給態リン酸の量を適正化することができる。

なお、浄水ケーキが、農耕地の客土として利用されたことは、過去にも例がある。しかし、この従来例は、浄水ケーキが可給態リン酸軽減資材として利用された事例ではない。より詳しくは、浄水ケーキを農耕地の客土として利用する場合、従来は、例えば、浄水ケーキと同時にリン酸肥料を十二分に施用したりするなど、何らかの対策を併用することで、土壌中のリン酸含量を低下させないようにするのが通例で、これにより、浄水ケーキの高いリン酸吸収固定能によって栽培作物にリン酸欠乏症を誘発するのを防止していた。こうした従来例は、本発明でいう可給態リン酸軽減資材相当の機能があえて発現しないようにした技術であるとも言える。これに対し、本発明は、土壌中のリン酸含量の低下を問題視する従来例とはまったく逆に、土壌中に過剰蓄積した可給態リン酸の存在を問題視し、その解決策として、浄水ケーキの可給態リン酸軽減資材としての有用性に初めて着目した技術である。したがって、上記のような従来例は、浄水ケーキが可給態リン酸軽減資材として利用された事例ではなく、本発明の特徴的構成を示唆する技術とはなり得ないのである。

次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。
（１）可給態リン酸軽減資材の製造方法
浄水場から排出された塊状または板状の浄水ケーキを風乾、粉砕し、その粉砕物を２ｍｍ目の篩で篩い分けすることにより、粒子径２ｍｍ以下の浄水ケーキ粉砕物を得た。

この浄水ケーキ粉砕物のリン酸吸収係数を、次の方法で測定した。
まず、風乾試料５０ｇを２００ｍｌの三角フラスコにとり、２．５％リン酸アンモニウム液１００ｍｌを加え、時々振盪しながら室温で２４時間放置したのち濾過する。濾液を２５０ｍｌの定容フラスコにとり、水を加えて定容する。その中から１０ｍｌを５０ｍｌ定容フラスコにとり、硫酸モリブデン法により、リン酸を比色定量する。用いたリン酸アンモニウム液中のリン酸量と濾液中のリン酸量との差を試料が吸収したリン酸量とし、乾物１００ｇ当たりに換算した質量（単位はｍｇ）で表示したものを、リン酸吸収係数とする。

上記測定方法でいくつかの浄水ケーキ粉砕物の試料を測定した後、リン酸吸収係数が２０００を上回った試料について、そのまま天日乾燥し、所期の可給態リン酸軽減資材を得た。

なお、以上説明した製造方法では、各試料を天日乾燥して、所期の可給態リン酸軽減資材を得たが、加熱乾燥を行ってもよいことはもちろんである。
（２）実験例
［実験例１］
リン酸肥沃度が適正域にある畑土壌（可給態リン酸含量：４８．０ｍｇＰ₂Ｏ₅／１００ｇ乾土）に対して、上記（１）で製造した可給態リン酸軽減資材を添加し、よく混和した。可給態リン酸軽減資材の配合量は、０〜１００％（Ｗ／Ｗ）の間で１０％単位で変化させた。その後、混和土壌の可給態リン酸含量（トルオーグリン酸：０．００１ｍｏｌ／Ｌ硫酸可溶）を、次の方法で測定した。

まず、試料１ｇを３００ｍｌ容三角フラスコに入れたのち、２００ｍｌの０．００１ｍｏｌ／Ｌ硫酸２００ｍｌを加える。フラスコの口をゴム栓で封じたのち、９０分間、室温で振盪抽出する。その後、濾過したのち濾液１０ｍｌを１００ｍｌ容の定容フラスコにとり、硫酸モリブデン酸法により発色させ、比色定量する。測定結果を表１に示す。

表１に示すように、土壌中の可給態リン酸含量は、可給態リン酸軽減資材の混和割合が高まるにつれて低下し、添加した可給態リン酸軽減資材によって土壌中の可給態リン酸が固定され、植物に対して不可給化することがうかがえた。しかも、その混和割合が高すぎると、作物にとってリン酸が不足ないし欠乏する程度までリン酸含量が低下することが認められた。可給態リン酸含量の適正域は植物種によって異なるが、一般に１００ｍｇ〜１５０ｍｇ／１００ｇ土壌が上限とされている。それ以上の場合、可視的障害は生じないけれども生育停滞や抑制、および病害や生理障害が生じやすい領域があり、さらに、それを超えると微量必須養分の欠乏に伴う可視障害やリン酸自体の過剰害を誘発する領域が存在する。このような観点から、この可給態リン酸軽減資材は、過剰集積した土壌中のリン酸を除去する土壌改質材として利用できるものと考えられる。

［実験例２］
適正なリン酸含量領域にある化学肥料施用土壌、牛ふん厩肥を過剰施用したために可給態リン酸が過剰に蓄積した土壌、および、食品排出汚泥コンポストを過剰施用したために可給態リン酸が過剰に蓄積した土壌、以上３種の土壌それぞれに５０％（Ｗ／Ｗ）の可給態リン酸軽減資材（上記（１）で製造したもの）を添加、混和した土壌を作成した。その混和土壌に圃場容水量の約６０％の水を加えた後、３０℃、４週間、インキュベーションした。インキュベーション期間中の土壌中の可給態リン酸の推移を、図１に示す。

可給態リン酸軽減資材の添加は、適正な可給態リン酸含量域にある土壌のみならず、リン酸が過剰蓄積した土壌においても可給態リン酸含量を低下させる働きを示し、その効果は添加直後から発現することが明らかとなった。このことから、上記可給態リン酸軽減資材は、リン酸が過剰に蓄積したために作物栽培しがたい圃場の土壌改質材として有効に機能することが実証された。

［実験例３］
リン酸過剰蓄積土壌は、厩肥やコンポストなどの有機質資材を多用した土壌だけでなく、リン酸質化学肥料を多量に長期間施した土壌でも生じる。そのような土壌にさらに過リン酸石灰を施用して作成したリン酸過剰蓄積土壌をポット（５００ｍｌ容）に詰め、オクラを３週間栽培したときの生育状況を表２に示す。

植物体の生育はリン酸施用量の増加に伴って低下傾向を示し、リン酸の過剰害が見られた。しかし、過剰に施用した処理区（No.6）における植物体の葉緑部の黄化と草丈のわい化以外、いずれの植物体ともリン酸過剰の可視害は認められなかった。また、栽培後の跡地土壌の可給態リン酸含量はリン酸施用量に対応して高くなり、いずれも適正域以上の値を示していた。これらの結果から、上記のオクラで見られた生育抑制は土壌中の可給態リン酸の過剰に伴うリン酸の不可視障害であるとみなされる。

［実験例４］
上記実験例２の３種の土壌それぞれに５０％（Ｗ／Ｗ）の可給態リン酸軽減資材（上記（１）で製造したもの）を添加、混和した混和土５００ｍｌをポリポットに充填し、ダイコン種子２０粒を播種した。３週間栽培し、可給態リン酸軽減資材を添加しない対照区土壌の生育と比較した。結果を表３に示す。

表３に示すように、可給態リン酸軽減資材混和土壌区におけるダイコンの生育量は、いずれの土壌とも対照区のものに比べて増加し、土壌中に過剰に蓄積する可給態リン酸による生育抑制が、可給態リン酸軽減資材によるリン酸固定によって回避されていた。なお、供試土壌によってダイコンの生育量に大きな差異がみられたが、その原因はリン酸以外の土壌養分肥沃度の違いに基づくものである。

以上説明した通り、上記（１）で例示した方法で製造した可給態リン酸軽減資材を、可給態リン酸が過剰に蓄積している土壌に対して施用すれば、土壌中に過剰蓄積した可給態リン酸を、作物の利用し難い難利用性の不可給態リン酸に変換して、リン酸の過剰害を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。

土壌中の可給態リン酸の推移を示すグラフである。

Claims (5)

1. 土壌中に含まれる過剰な可給態リン酸を軽減するために、前記土壌に対して施用される可給態リン酸軽減資材であって、
   浄水ケーキを主成分とする
   ことを特徴とする可給態リン酸軽減資材。
2. リン酸吸収係数が、２０００〜２６８７である
   ことを特徴とする請求項１に記載の可給態リン酸軽減資材。
3. 前記浄水ケーキは、塊状または板状の浄水ケーキを乾燥、粉砕してなる粒子径２ｍｍ以下の浄水ケーキ粉砕物である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可給態リン酸軽減資材。
4. 浄水ケーキを乾燥、粉砕することにより、粒子径２ｍｍ以下の浄水ケーキ粉砕物からなる可給態リン酸軽減資材を製造する
   ことを特徴とする可給態リン酸軽減資材の製造方法。
5. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の可給態リン酸軽減資材を土壌に添加、混合することにより、前記土壌の乾土１００ｇ当たりの可給態リン酸含量を、Ｐ₂Ｏ₅換算で１０〜１５０ｍｇとする
   ことを特徴とする可給態リン酸軽減資材の施用方法。