JP2012246386A - 肥効調節機能を有する土壌改質材 - Google Patents

Abstract

【課題】植物に必要な窒素以外の栄養分を多く含み、肥料成分の保持能力が高くて優れた肥効調節機能を有し、肥料成分を緩効的に供給して植物を安定的に生育させることができる安価な土壌改質材を提供する。
【解決手段】本発明の肥効調節機能を有する土壌改質材は、豚糞の焼却灰から成るものであり、豚糞を８５０℃前後の高温で焼却した焼却灰が好ましく用いられる。この土壌改質材を尿素肥料と併用して基質土壌に混合すると、肥効調節機能を発揮して尿素肥料を植物に緩効的に供給し、植物を安定的に生育させることができる。そして、余剰の尿素肥料を保持し、流亡を抑えることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、肥料成分を緩効的に供給して植物を安定的に生育させることができる、優れた肥効調節機能を有する土壌改質材に関するものである。

従来から、農業において植物に養分を安定的に供給するため、元肥を施したあと肥料を数回に分けて施用する「追肥」が行われている。しかし、追肥には多大な労力が必要であり、しかも、その効果が低いと言われている。

また、肥料そのものに徐放性を持たせるためのコーティング等の加工も行われているが、このようなコーティング等の加工は高価であり、一時的に肥料成分を徐放させることはできても、長期にわたって肥料成分の安定的供給ができるように土壌を改質することはできない。

これに対し、土壌中の塩類を物質表面でイオン交換することにより肥料成分の供給を安定させる資材が土壌改良資材として市販されている。この種の主な資材はゼラオライトであり、高いイオン交換能を示す。しかし、資材そのものに、ナトリウム等の植物が要求しない成分が多く含まれていたり、硝酸態窒素などの植物栄養成分を意図したほど保持しない資材がある。例えば、火力発電所から排出される石炭灰などがゼオライトとして販売されているが、このものは肥料成分を植物に緩効的に供給して安定的に生育させる肥効調節機能が低く、植物の生育に寄与する養分にも乏しいため、土壌を改良する効果は低い。

一方、鶏糞の焼却灰と焼酎粕を混合し、更に土壌微生物を添加して醗酵させた堆肥が提案されている（特許文献１）。また、鶏糞の焼却灰にアルカリ土類金属化合物を混合し、更に鉱酸を添加して反応させたリン酸加里複合肥料も提案されている（特許文献２）。けれども、これらは鶏糞の焼却灰に含まれるリンを肥料として有効利用できるように処理した資材であり、土壌改良を目的として利用するものではない。

特開２０１０−２０２４９３号公報 特開２００６−２９８７０６号公報

本発明は上記事情の下になされたもので、その解決しようとする課題は、植物に不要な塩類が少なく、植物に必要なリン酸やカリウム等の栄養分を多く含み、肥料成分の保持能力が高くて優れた肥効調節機能を有し、肥料成分を緩効的に供給して植物を安定的かつ旺盛に生育させることができる、安価な土壌改質材を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の肥効調節機能を有する土壌改質材は、豚糞の焼却灰から成ることを特徴とするものである。
本発明においては、上記焼却灰が豚糞を８５０℃前後の高温で焼却したものであることが好ましい。

本発明の土壌改質材のように豚糞の焼却灰から成るものは、豚糞を焼却するだけで安価に製造でき、植物に不要な塩類が少なく、リン酸やカリウム等の植物に必要な栄養分を多く含み、しかも、肥料成分の保持能力が高く、優れた肥効調節機能を有するため、後述のポット試験の成績によって裏付けられるように、窒素肥料を緩効的に供給して植物を安定的かつ旺盛に生育させることができる。そして、高い保持能力によって余剰の肥料成分の流亡を低減できるため、河川や湖沼の富栄養化を抑制することができ、また、焼却灰であるため、軽量で減容効果が大きく輸送性にも優れている。

特に、豚糞を８５０℃前後の高温で焼却して製造される土壌改質材は、焼却の過程で有害なダイオキシン等が発生しないため、環境を汚染する恐れが皆無に等しく、かつ、短時間で効率良く焼却処理されるので、製造コストも安価である。

カラム試験において、石英砂のみ入れた円筒カラムと、石英砂と本発明の土壌改質材の混合物を入れた円筒カラムに、１ｍｍｏｌ／Ｌ−硝酸アンモニウム溶液をそれぞれ滴下したときの、該溶液の添加量（ｍＬ）と浸出液中の硝酸イオン濃度（ｍｇ／Ｌ）との関係を示すグラフ、及び、該溶液の添加量（ｍＬ）と浸出液中の累積硝酸イオン量（ｍｇ）との関係を示すグラフである。 カラム試験において、石英砂のみ入れた円筒カラムと、石英砂と本発明の土壌改質材の混合物を入れた円筒カラムに、１０ｍｍｏｌ／Ｌ−硝酸アンモニウム溶液をそれぞれ滴下したときの、該溶液の添加量（ｍＬ）と浸出液中の硝酸イオン濃度（ｍｇ／Ｌ）との関係を示すグラフ、及び、該溶液の添加量（ｍＬ）と浸出液中の累積硝酸イオン量（ｍｇ）との関係を示すグラフである。 ポット試験において、基質の砂壌土に尿素肥料のみを添加した尿素区で成長した供試植物の写真である。 ポット試験において、基質の砂壌土に本発明の土壌改質材と尿素肥料を添加した改質材標準区で成長した供試植物の写真である。

以下、本発明に係る土壌改質材の実施形態を説明する。

本発明の土壌改質材の原材料は、各地の養豚場から多量に排出される豚糞であり、この豚糞は予備乾燥された後、高温焼却炉に供給されて高温で焼却処理される。

豚糞の予備乾燥は、含水率が８０〜３０質量％程度、好ましくは４０質量％程度になるまで行うことが望ましく、予備乾燥された豚糞は粉状に粉砕される。予備乾燥された豚糞の組成は、与える飼料によって多少異なるが、含水率が３５．３質量％程度となるまで乾燥された豚糞の場合は、通常、灰分が１０．０質量％程度、炭素が１２質量％程度、水素が１．７質量％程度、窒素が１．４質量％程度、硫黄が０．４６質量％程度である。

予備乾燥された粉状の豚糞の焼却処理は、高温焼却炉内で８００℃より高い温度、好ましくは８５０℃前後の高温で行うことが望ましい。８００℃より高い温度で焼却すると、ダイオキシンなどの有害物質が生成されないので、環境汚染の心配がなく、焼却効率も向上することになる。焼却温度の上限は特に限定されないが、焼却温度があまり高すぎるとエネルギーコストが高くなるので、９００℃以下の温度で焼却することが望ましい。

高温焼却炉は、８００℃よりも高温で焼却でき、焼却灰を分離回収できるものであれば、全て使用可能であるが、その中でも流動床炉が好ましく使用される。
流動床炉で焼却する場合は、８００℃より高い温度、好ましくは８５０℃前後の高温に維持された珪砂などの無機粒子からなる炉内の流動床に、前記の予備乾燥した粉状の豚糞を投入し、炉の下部から空気を供給して滞留時間は２秒以上、好ましくは３秒で豚糞の燃焼を完結させ、その焼却灰（飛灰）を集塵設備で捕集して分離回収すればよい。

以上のような豚糞の焼却灰からなる土壌改質材は、窒素成分や不要な塩類等を殆ど含まないが、植物の栄養分であるカリウムやリン酸を多く含んでおり、しかも、肥料成分の保持能力が高く、優れた肥効調節機能を有するため、この土壌改質材を土壌に混合して窒素肥料を施肥すると、後述のポット試験の成績から裏付けられるように、窒素肥料を緩効的に供給して植物を安定的かつ旺盛に生育させることができる。そして、余剰の肥料成分の流亡を高い保持能力で最小限に食い止め、河川や湖沼の富栄養化を抑制することもできる。

次に、豚糞の焼却灰からなる本発明の土壌改質材の効能を確認するために行ったカラム試験とポット試験について説明する。

［カラム試験］
石英砂５ｇに豚糞の焼却灰（焼却温度８５０℃）からなる本発明の土壌改質材０．５ｇを混合したものを円筒カラムに入れ、濃度の異なる２種の抽出液（１ｍｍｏｌ／Ｌ−硝酸アンモニウム溶液と１０ｍｍｏｌ／Ｌ−硝酸アンモニウム溶液）を１００ｍＬ滴下し、フラクションコレクターにより、浸出液を経時的に１０ｍＬづつ回収した。そして、この回収した浸出液の硝酸イオン濃度をイオンクロマトグラフィー法で測定すると共に、アンモニウムイオン濃度をインドフェノール法で測定した。
比較のために、石英砂のみを円筒カラムに入れ、上記と同様にして浸出液の硝酸イオン濃度とアンモニウムイオン濃度を測定した。

１ｍｍｏｌ／Ｌ−硝酸アンモニウム溶液の添加量（ｍＬ）と測定された浸出液中の硝酸イオン濃度（ｍｇ／Ｌ）との関係を示すグラフ、及び、１ｍｍｏｌ／Ｌ−硝酸アンモニウム溶液の添加量（ｍＬ）と浸出液中の累積硝酸イオン量（ｍｇ）との関係を示すグラフを、それぞれ図１に掲げる。また、１０ｍｍｏｌ／Ｌ−硝酸アンモニウム溶液の添加量（ｍＬ）と測定された浸出液中の硝酸イオン濃度（ｍｇ／Ｌ）との関係を示すグラフ、及び、１０ｍｍｏｌ／Ｌ−硝酸アンモニウム溶液の添加量（ｍＬ）と浸出液中の累積硝酸イオン量（ｍｇ）との関係を示すグラフを、それぞれ図２に掲げる。
尚、図１，図２の上段の「資材なし」のグラフは、石英砂のみを円筒カラムに入れたものについてのグラフであり、図１，図２の下段の「資材あり」のグラフは、石英砂に本発明の土壌改質材を混合して円筒カラムに入れたものについてのグラフである。

図１に掲げた硝酸イオン濃度のグラフ及び累積硝酸イオン量のグラフから判るように、硝酸アンモニウム濃度が１ｍｍｏｌ／Ｌと低い抽出液を滴下した場合には、本発明の土壌改質材の添加の有無の影響は殆ど認められなかった。しかし、図２に掲げた硝酸イオン濃度のグラフ及び累積硝酸イオン量のグラフから判るように、硝酸アンモニウム濃度が１０ｍｍｏｌ／Ｌと高い抽出液を滴下した場合には、本発明の土壌改質材を添加したものの方が、未添加のものに比べて、浸出液中の硝酸イオン濃度も累積硝酸イオン量もかなり減少し、硝酸態窒素の排出が緩和されることが認められた。
このことから、豚糞の焼却灰よりなる本発明の土壌改質材は、肥料成分の保持能力が高く、優れた肥効調節機能を有し、肥料成分の流亡を緩和できるものであることが判明した。

［ポット試験］
１）供試植物： コマツナ（浜美２号）
２）試験方法
２ｍｍメッシュパスの砂壌土を基質として豚糞の焼却灰（焼却温度８５０℃）からなる土壌改質材を下記表１に示す添加量で添加すると共に、尿素肥料を窒素１０ｋｇ／１０ａの割合で添加して４種類の供試用土を調整し、底面に孔がない４個のノイバウエルポットに上記４種類の供試用土を４５０ｍＬずつ入れたものを、下記表１に示す改質材標準区（Ａ４）、改質材倍量区（Ａ５）、改質材３倍量区（Ａ６）、改質材４倍量区（Ａ７）とした。
そして、土壌改質材も尿素肥料も添加していない基質の砂壌土４５０ｍＬのみをノイバウエルポットに入れたものを、下記表１に示す対照区（Ａ１）とし、
基質の砂壌土にマイクロロングトータル４０型（ＭＬＴ４０）を窒素１０ｋｇ／１０ａの割合となるように下記表１に示す添加量で添加した供試用土４５０ｍＬをノイバウエルポットに入れたものを、下記表１に示す対照肥料区（Ａ２）とし、
基質の砂壌土に尿素肥料を窒素１０ｋｇ／１０ａの割合で添加した供試用土４５０ｍＬをノイバウエルポットに入れたものを、下記表１に示す尿素区（Ａ３）とし、
基質の砂壌土に上記豚糞の焼却灰からなる土壌改質材を下記表１に示す添加量で添加した、尿素肥料を含まない供試用土４５０ｍＬをノイバウエルポットに入れたものを、下記表１に示す改質材単独区（Ａ８）とした。
なお、マイクロロングトータル４０型（ＭＬＴ４０）は、高度化成肥料である燐硝安加里をポリエチレンでコーティングすることで肥効調節機能を持たせた市販肥料であり、ＪＡ（全国農業協同組合連合会）を通じて入手できるものである。

上記の各試験区（Ａ１）〜（Ａ８）にコマツナの種子を２５粒づつシート播種し、以下の栽培管理を行った。すなわち、２５℃の恒温室内で４５時間ラップ被覆し、その後、重量測定しながら電動スプレー灌水を行い、照明は６時から１８時まで蛍光灯の直下、２３ｃｍの距離を保って行い、間引きは７日目に９株行った。
そして、３日、５日、７日後に各試験区の発芽状況を観察し、７日、１４日、２１日後に株径を測定し、２１日後に最大葉長、葉色、地上部の新鮮重、同乾物重を測定して、供試植物の生育状況を調査した。
その調査結果を下記表２、下記表３に示す。

また、基質の砂壌土に尿素肥料のみを添加した尿素区（Ａ３）で成長した２１日後の供試植物の写真を図３に掲載すると共に、基質の砂壌土に本発明の土壌改質材と尿素肥料を添加した改質材標準区（Ａ４）で成長した２１日後の供試植物の写真を図４に掲載する。

３）考察
ａ）表２に示すように、３日、５日、７日後の発芽率は全ての試験区（Ａ１）〜（Ａ８）において１００％であり、なんの障害も見られなかった。このことから、本発明の土壌改質材は発芽に悪影響を与えるものでないことが確認できた。
ｂ）また、表２，表３に示すように、７日後（１週目）、１４日後（２週目）、２１日後（３週目）の株径、及び、２１日後（３週目）の最大葉長、葉色、地上部の新鮮重、同乾物重は、本発明の土壌改質材の添加量がそれぞれ異なる改質材標準区（Ａ４）、改質材倍量区（Ａ５）、改質材３倍量区（Ａ６）、改質材４倍量区（Ａ７）において大差なく、ＭＬＴ４０を添加した生育が旺盛な対照肥料区（Ａ２）のそれらに近い生育状況であった。このことから、本発明の土壌改質材は、最も少ない改質材標準区（Ａ４）の添加量（２．５ｍｇ／ポット）で十分足りることが判った。
ｃ）また、表２，表３に示すように、尿素肥料を添加しないで本発明の土壌改質材のみを添加した改質材単独区（Ａ８）の生育が悪く、土壌改質材も尿素肥料も添加しない対照区（Ａ１）と同等の生育にとどまったことから、本発明の土壌改質材は窒素肥料の併用が必要であることが判った。
ｄ）また、表２，表３に示すように、尿素肥料のみを添加した尿素区（Ａ３）の生育が順調でなく、本発明の土壌改質材と尿素肥料を添加した試験区（Ａ４）〜（Ａ７）の生育が尿素区（Ａ３）の生育に比べて遥かに順調であったことから、本発明の豚糞の焼却灰からなる土壌改質材は、高い保持能力により尿素肥料を緩効的に植物に供給して植物を安定的に生育させることができる優れた肥効調節機能を有する土壌改質材であり、かつ、窒素以外の肥料成分（リン酸やカリウムなど）の供給源にもなる土壌改質材であることが判った。
ちなみに、尿素肥料のみを添加した尿素区（Ａ３）で生育した供試植物の写真（図３）と、本発明の土壌改質材と尿素肥料を添加した改質材標準区（Ａ４）で生育した供試植物の写真（図４）を対比すれば、本発明の土壌改質材が優れた肥効調節機能を発揮して植物を安定的且つ旺盛に生育させ得るものであることが、一目瞭然である。

全国の畜産廃棄物のうち、豚由来のものは年間２３００万トン程度を占めており、その豚糞を焼却した焼却灰からなる本発明の土壌改質材は、畜産廃棄物を環境に優しくリサイクルする観点から有望な土壌改質材と言え、しかも、優れた肥効調節機能によって植物を安定的かつ旺盛に生育させることができる有用な土壌改質材であるから、農園芸用の土壌の改質に極めて好適に利用することが可能である。

これに対し、土壌中の塩類を物質表面でイオン交換することにより肥料成分の供給を安定させる資材が土壌改良資材として市販されている。この種の主な資材はゼオライトであり、高いイオン交換能を示す。しかし、資材そのものに、ナトリウム等の植物が要求しない成分が多く含まれていたり、硝酸態窒素などの植物栄養成分を意図したほど保持しない資材がある。例えば、火力発電所から排出される石炭灰などがゼオライトとして販売されているが、このものは肥料成分を植物に緩効的に供給して安定的に生育させる肥効調節機能が低く、植物の生育に寄与する養分にも乏しいため、土壌を改良する効果は低い。

Claims (2)

1. 豚糞の焼却灰から成ることを特徴とする、肥効調節機能を有する土壌改質材。
2. 前記焼却灰が豚糞を８５０℃前後の高温で焼却したものであることを特徴とする、請求項１に記載の土壌改質材。

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