JP2023154919A

JP2023154919A - System for converting unavailable phosphate in the soil to available phosphate and use thereof

Info

Publication number: JP2023154919A
Application number: JP2022064563A
Authority: JP
Inventors: ナロントウ; Narong Touch
Original assignee: Tokyo University of Agriculture
Current assignee: Tokyo University of Agriculture
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2023-10-20

Abstract

To provide a technique that can efficiently use phosphorus resources as fertilizer.SOLUTION: A system for converting unavailable phosphate in the soil to available phosphate includes a controller, a positive electrode electrically connected to the controller, and a negative electrode that is electrically connected to the controller and brought into contact with the soil. The controller controls the electrode potential of the negative electrode to be -4.5 V or more and -3.0 V or less through the passing of an electrical current.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換するシステムに関する。 The present disclosure relates to a system for converting non-available phosphoric acid in soil to available phosphoric acid.

従来から、リンは、植物の生育に必須な成分の一つとして知られている。土壌に含まれるリンは、植物が直接的に利用することができない不可給態リン酸の形態が大部分を占める。その一方、植物が直接的に利用することができる可給態リン酸の形態は少ない。このため、農地土壌中において不足しやすい可給態リン酸は、肥料として補給されることが多い。しかしながら、日本では、肥料の原料となるリン鉱石が産出されず輸入に依存しているため、リン資源の再利用が望まれている。例えば、特許文献１には、リン酸イオンを含む有機性廃水に電流を流すことによって、リン酸マグネシウムアンモニウムの形態としてリンを回収する技術が開示されている。 Phosphorus has been known as one of the essential components for plant growth. Most of the phosphorus contained in soil is in the form of indispensable phosphorus, which cannot be directly used by plants. On the other hand, there are few forms of available phosphoric acid that can be directly utilized by plants. For this reason, available phosphoric acid, which tends to be insufficient in agricultural soil, is often supplied as fertilizer. However, in Japan, phosphorus rock, which is a raw material for fertilizer, is not produced and the country relies on imports, so there is a desire to reuse phosphorus resources. For example, Patent Document 1 discloses a technique for recovering phosphorus in the form of magnesium ammonium phosphate by passing an electric current through organic wastewater containing phosphate ions.

特開２０１２－０１１３７５号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-011375

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、回収したリンを肥料として用いる場合に、リンを再溶解させて肥料に適した形態にする必要があるため、リン資源を効率的に利用する観点において改善の余地があった。このため、リン資源を効率的に肥料として利用できる技術が求められていた。 However, with the technology described in Patent Document 1, when using the recovered phosphorus as fertilizer, it is necessary to redissolve the phosphorus into a form suitable for fertilizer, so it is an improvement in terms of efficient use of phosphorus resources. There was room for. For this reason, there has been a need for technology that can efficiently utilize phosphorus resources as fertilizer.

本発明は、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention can be realized as the following forms.

（１）本発明の一形態によれば、土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換するシステムが提供される。このシステムは、制御部と、前記制御部と電気的に接続された正電極と、前記制御部と電気的に接続され、前記土壌に接触させる負電極と、を備え、前記制御部は、電流を流すことによって、前記負電極の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する。この形態のシステムによれば、負電極の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御することにより、負電極の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換することができる。 (1) According to one embodiment of the present invention, a system is provided that converts indispensable phosphoric acid in soil to available phosphoric acid. This system includes a control unit, a positive electrode electrically connected to the control unit, and a negative electrode electrically connected to the control unit and brought into contact with the soil. The electrode potential of the negative electrode is controlled to be -4.5V or more and -3.0V or less. According to this type of system, by controlling the electrode potential of the negative electrode to -4.5V or more and -3.0V or less, the indispensable phosphoric acid in the soil existing around the negative electrode is converted into available phosphoric acid. can be converted to .

（２）上記（１）に記載のシステムであって、さらに、前記制御部と電気的に接続された参照電極を備え、前記制御部は、前記参照電極の電極電位に対する前記負電極の電極電位を制御してもよい。この形態のシステムによれば、負電極の電極電位を調整できる。この結果、負電極の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に安定的に変換することができる。 (2) The system according to (1) above, further comprising a reference electrode electrically connected to the control section, wherein the control section has an electrode potential of the negative electrode relative to an electrode potential of the reference electrode. may be controlled. According to this type of system, the electrode potential of the negative electrode can be adjusted. As a result, the indispensable phosphoric acid in the soil around the negative electrode can be stably converted into available phosphoric acid.

（３）上記（１）または上記（２）に記載のシステムであって、前記制御部は、ポテンショスタットを備えていてもよい。この形態のシステムによれば、ポテンショスタットを備えることにより、電極電位を容易に一定に保つことができるため、負電極における電極電位を一定に保つことができる。この結果、負電極の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を、可給態リン酸により安定的に変換することができる。 (3) In the system described in (1) or (2) above, the control section may include a potentiostat. According to this type of system, since the electrode potential can be easily kept constant by providing a potentiostat, the electrode potential at the negative electrode can be kept constant. As a result, the indispensable phosphoric acid in the soil existing around the negative electrode can be stably converted to the available phosphoric acid.

（４）上記（１）から上記（３）までのいずれか一項に記載のシステムであって、前記負電極は、カーボン繊維により形成されていてもよい。この形態のシステムによれば、負電極の比表面積を容易に大きくできるため、負電極の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を効率的に可給態リン酸に変換することができる。 (4) In the system according to any one of (1) to (3) above, the negative electrode may be formed of carbon fiber. According to this type of system, the specific surface area of the negative electrode can be easily increased, so that indispensable phosphoric acid in the soil around the negative electrode can be efficiently converted to available phosphoric acid.

（５）上記（１）から上記（４）までのいずれか一項に記載のシステムであって、前記制御部は、前記負電極の電極面積１ｍ^２あたり６００ｍＡ以上１０００ｍＡ以下の電流を流してもよい。この形態のシステムによれば、負電極の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に維持できるので、負電極の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換することができる。 (5) The system according to any one of (1) to (4) above, wherein the control unit is configured to allow a current of 600 mA or more and 1000 mA or less to flow per 1 m ² of electrode area of the negative electrode. good. According to this type of system, the electrode potential of the negative electrode can be maintained at -4.5 V or more and -3.0 V or less. can be converted.

（６）上記（１）から上記（５）までのいずれか一項に記載のシステムであって、前記制御部は、前記負電極の電極電位を－３．５Ｖ以上－３．１Ｖ以下に制御してもよい。この形態のシステムによれば、負電極の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸により効率的に変換することができる。 (6) The system according to any one of (1) to (5) above, wherein the control unit controls the electrode potential of the negative electrode to -3.5V or more and -3.1V or less. You may. According to this type of system, the indispensable phosphoric acid in the soil existing around the negative electrode can be efficiently converted to the available phosphoric acid.

（７）本発明の他の形態によれば、土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換する方法が提供される。この方法は、前記土壌に負電極を接触させた状態において、前記負電極の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する工程を含む。この形態の方法によれば、負電極の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する工程を含むことにより、負電極の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換することができる。 (7) According to another aspect of the present invention, a method is provided for converting indispensable phosphoric acid in soil to available phosphoric acid. This method includes the step of controlling the electrode potential of the negative electrode to -4.5V or more and -3.0V or less while the negative electrode is in contact with the soil. According to the method of this form, by including the step of controlling the electrode potential of the negative electrode to -4.5 V or more and -3.0 V or less, indispensable phosphoric acid in the soil existing around the negative electrode can be made available. It can be converted to phosphoric acid.

（８）本発明の他の形態によれば、土壌における不可給態リン酸から可給態リン酸を製造する製造方法が提供される。この製造方法は、前記土壌に負電極を接触させた状態において、前記負電極の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する工程を含む。この形態の製造方法によれば、負電極の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する工程を含むことにより、負電極の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換することができるので、可給態リン酸を製造できる。 (8) According to another aspect of the present invention, a method for producing available phosphoric acid from non-essential phosphoric acid in soil is provided. This manufacturing method includes the step of controlling the electrode potential of the negative electrode to -4.5V or more and -3.0V or less while the negative electrode is in contact with the soil. According to the manufacturing method of this form, by including the step of controlling the electrode potential of the negative electrode to -4.5 V or more and -3.0 V or less, indispensable phosphoric acid in the soil existing around the negative electrode can be reduced. Since it can be converted to free phosphoric acid, available phosphoric acid can be produced.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換する装置、可給態リン酸を含む土壌の製造方法等の形態で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various forms, such as an apparatus for converting non-available phosphoric acid in soil to available phosphoric acid, a method for producing soil containing available phosphoric acid, etc. This can be realized in the form of

システムの概略構成を模式的に示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the schematic configuration of the system. 不可給態リン酸を可給態リン酸に変換する方法の手順を示す工程図。FIG. 2 is a process diagram showing the steps of a method for converting non-available phosphoric acid to available phosphoric acid. 実施例におけるシステムの概略構成を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a system in an example. 電流密度と電極電位との関係を示す説明図。An explanatory diagram showing the relationship between current density and electrode potential. 土層の酸化還元状態の変化を示す説明図。An explanatory diagram showing changes in the redox state of a soil layer. 電流密度と間隙水中リン酸濃度との関係を示す説明図。Explanatory diagram showing the relationship between current density and phosphoric acid concentration in pore water. 電極電位と間隙水中リン酸濃度との関係を示す説明図。An explanatory diagram showing the relationship between electrode potential and phosphoric acid concentration in interstitial water. 電流密度とアンモニウム濃度との関係を示す説明図。An explanatory diagram showing the relationship between current density and ammonium concentration.

Ａ．実施形態
図１は、本発明の一実施形態としてのシステム１０の概略構成を模式的に示す説明図である。本実施形態のシステム１０は、後述する電子制御を行うことによって、土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換する。換言すると、本実施形態のシステム１０は、後述する電子制御を行うことによって、土壌における不可給態リン酸から可給態リン酸を製造する。土壌としては、特に限定されないが、例えば、農地土壌等が好適な対象となり得る。 A. Embodiment FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of a system 10 as an embodiment of the present invention. The system 10 of this embodiment converts indispensable phosphoric acid in soil to available phosphoric acid by performing electronic control to be described later. In other words, the system 10 of this embodiment produces available phosphoric acid from non-available phosphoric acid in soil by performing electronic control to be described later. Although the soil is not particularly limited, for example, agricultural soil can be a suitable target.

本明細書において、「可給態リン酸」とは、土壌中に存在するリン酸のうち、植物が吸収することができる形態のリン酸を意味する。可給態リン酸は、植物の生育に不可欠なものであり、可給態リン酸が不足すると核酸合成や蛋白質合成に影響を及ぼすため、生育が阻害されたり、開花成熟が遅延したりする。また、本明細書において、「不可給態リン酸」とは、土壌中に存在するリン酸のうち、植物が吸収することができない形態のリン酸を意味し、金属イオンと結合した形態のリン酸が相当する。 As used herein, "available phosphoric acid" refers to phosphoric acid present in soil that is in a form that can be absorbed by plants. Available phosphoric acid is essential for plant growth, and a lack of available phosphoric acid affects nucleic acid synthesis and protein synthesis, resulting in inhibited growth and delayed flowering and maturation. Furthermore, in this specification, "unavailable phosphoric acid" refers to a form of phosphoric acid that cannot be absorbed by plants among the phosphoric acids present in soil, and refers to phosphoric acid in a form that cannot be absorbed by plants. Acids correspond.

土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換するシステム１０（以下、単に「システム１０」とも呼ぶ）は、正電極２０と、負電極３０と、参照電極４０と、制御部５０と、を備える。正電極２０と、負電極３０と、参照電極４０とは、それぞれ制御部５０と電気的に接続されている。この接続には、例えば、チタン、銅、アルミニウム、またはこれらの合金等によって形成された導線を用いてもよい。 A system 10 (hereinafter also simply referred to as "system 10") for converting non-available phosphoric acid in soil to available phosphoric acid includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, a reference electrode 40, and a control unit 50. , is provided. The positive electrode 20, the negative electrode 30, and the reference electrode 40 are each electrically connected to the control unit 50. For this connection, for example, a conductive wire made of titanium, copper, aluminum, or an alloy thereof may be used.

正電極２０は、負電極３０と対となる電極に相当する。負電極３０は、正電極２０と対となる電極に相当する。負電極３０は、土壌に接触させて設置される。参照電極４０は、電位の基準点を与える電極に相当する。本実施形態において、正電極２０および参照電極４０は、負電極３０と同様、土壌に接触させて配置されているが、例えば水中等の他の任意の場所であって土壌と電子的につながっている場所に配置されていてもよい。 The positive electrode 20 corresponds to an electrode paired with the negative electrode 30. The negative electrode 30 corresponds to an electrode that is paired with the positive electrode 20. The negative electrode 30 is placed in contact with the soil. The reference electrode 40 corresponds to an electrode that provides a reference point for potential. In this embodiment, the positive electrode 20 and the reference electrode 40, like the negative electrode 30, are placed in contact with the soil, but are placed in any other arbitrary location, such as in water, and are electronically connected to the soil. It may be located wherever you are.

本実施形態において、正電極２０と負電極３０とは、いずれも、カーボン材料により形成されている。より具体的には、カーボン繊維によってブラシ状に形成されている。負電極３０がカーボン繊維により形成されていることにより、負電極３０の比表面積を増大させることができるため、負電極３０の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を、効率的に可給態リン酸に変換することができる。カーボン繊維電極は、例えば、任意の面積を有するカーボンクロスを、５００℃程度の温度条件で２時間程度燃焼させることにより作成してもよい。なお、参照電極４０として、例えば、市販のＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極を使用してもよい。 In this embodiment, both the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are made of carbon material. More specifically, it is formed into a brush shape of carbon fiber. Since the negative electrode 30 is made of carbon fiber, the specific surface area of the negative electrode 30 can be increased, so that the indispensable phosphoric acid in the soil around the negative electrode 30 can be efficiently supplied. It can be converted to phosphoric acid. The carbon fiber electrode may be created, for example, by burning carbon cloth having an arbitrary area at a temperature of about 500° C. for about 2 hours. Note that as the reference electrode 40, for example, a commercially available Ag/AgCl reference electrode may be used.

本実施形態において、正電極２０と負電極３０とは、いずれも同じ材料により形成されているが、互いに異なる材料により形成されていてもよい。また、正電極２０と負電極３０とは、カーボン繊維に限らず、カーボンクロス等の任意のカーボン材料によって形成されていてもよい。また、正電極２０と負電極３０とは、カーボン材料に限らず、金属等、導電性を有する任意の材料によって形成されていてもよい。正電極２０と負電極３０とは、耐久性や導電性に優れる観点から、カーボン繊維やカーボンクロス等のカーボン材料によって形成されていることが好ましい。なお、カーボン材料は比較的安価であるため、電極作成に要するコストが増大することを抑制する観点からも望ましい。また、本実施形態において、正電極２０と負電極３０とは、いずれも、同じ電極面積を有するが、互いに異なる電極面積を有していてもよい。 In this embodiment, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are both formed of the same material, but may be formed of mutually different materials. Further, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are not limited to carbon fiber, and may be formed of any carbon material such as carbon cloth. Further, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are not limited to carbon materials, and may be formed of any conductive material such as metal. The positive electrode 20 and the negative electrode 30 are preferably formed of a carbon material such as carbon fiber or carbon cloth from the viewpoint of excellent durability and conductivity. Note that since carbon materials are relatively inexpensive, they are also desirable from the viewpoint of suppressing an increase in the cost required for electrode production. Further, in this embodiment, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 both have the same electrode area, but may have mutually different electrode areas.

制御部５０は、電流を流すことによって、負電極３０の電極電位を制御する機能を有する。より具体的には、制御部５０は、土壌に電子を流す、すなわち電流を流すことによって、負電極３０の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する。このような電子制御を行うことによって、負電極３０において還元反応を起こし、土壌内において負電極３０の周囲に存在する、金属イオンと結合したリン酸（以下の説明では「リン酸錯体」とも呼ぶ）を解離させることができる結果、土壌内の不可給態リン酸を可給態リン酸に変換することができる。 The control unit 50 has a function of controlling the electrode potential of the negative electrode 30 by passing a current. More specifically, the control unit 50 controls the electrode potential of the negative electrode 30 to be -4.5V or more and -3.0V or less by causing electrons to flow through the soil, that is, by causing a current to flow. By performing such electronic control, a reduction reaction occurs at the negative electrode 30, and phosphoric acid (also referred to as a "phosphoric acid complex" in the following explanation) bound to metal ions that exists around the negative electrode 30 in the soil ) can be dissociated, and as a result, indispensable phosphoric acid in the soil can be converted to available phosphoric acid.

本実施形態の制御部５０は、参照電極４０の電極電位に対する負電極３０の電極電位を制御する。このように制御することにより、負電極３０の電極電位を一定に保つことができる。この結果、負電極３０の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に安定的に変換することができる。すなわち、本実施形態のシステム１０は、参照電極４０を備えず正電極２０の電極電位に対する負電極３０の電極電位を制御するシステムと比較して、負電極３０の電極電位を調整できる。 The control unit 50 of this embodiment controls the electrode potential of the negative electrode 30 with respect to the electrode potential of the reference electrode 40. By controlling in this way, the electrode potential of the negative electrode 30 can be kept constant. As a result, the indispensable phosphoric acid in the soil existing around the negative electrode 30 can be stably converted into available phosphoric acid. That is, the system 10 of this embodiment can adjust the electrode potential of the negative electrode 30 compared to a system that does not include the reference electrode 40 and controls the electrode potential of the negative electrode 30 relative to the electrode potential of the positive electrode 20.

本実施形態の制御部５０は、ポテンショスタットを備える。ポテンショスタットを備えることにより、負電極３０の電極電位を容易に一定に保つことができる。この結果、負電極３０の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を、より安定的に可給態リン酸に変換することができる。なお、制御部５０は、ポテンショスタットに限らず、負電極３０の電極電位を制御可能な任意の装置を備えていてもよい。また、制御部５０は、例えば太陽電池等の電池を含んで構成されていてもよい。 The control unit 50 of this embodiment includes a potentiostat. By providing a potentiostat, the electrode potential of the negative electrode 30 can be easily kept constant. As a result, the indispensable phosphoric acid in the soil around the negative electrode 30 can be more stably converted into available phosphoric acid. Note that the control unit 50 is not limited to a potentiostat, and may include any device capable of controlling the electrode potential of the negative electrode 30. Further, the control unit 50 may be configured to include a battery such as a solar battery, for example.

上述のように、制御部５０は、負電極３０の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する。制御部５０は、土壌内のリン酸錯体の解離を促進して不可給態リン酸を効率的に可給態リン酸に変換する観点から、負電極３０の電極電位を、－３．１Ｖ以下に制御することが好ましい。また、制御部５０は、土壌内のリン酸錯体の解離を妨げないようにして不可給態リン酸を効率的に可給態リン酸に変換する観点から、負電極３０の電極電位を、－４．０Ｖ以上に制御することが好ましく、－３．５Ｖ以上に制御することがより好ましい。制御部５０が、例えば、負電極３０の電極電位を－３．５Ｖ以上－３．１Ｖ以下に制御することにより、負電極３０の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を、可給態リン酸により効率的に変換することができる。 As described above, the control unit 50 controls the electrode potential of the negative electrode 30 to be -4.5V or more and -3.0V or less. The control unit 50 sets the electrode potential of the negative electrode 30 to −3.1 V or less in order to promote the dissociation of phosphoric acid complexes in the soil and efficiently convert non-available phosphoric acid into available phosphoric acid. It is preferable to control. In addition, the control unit 50 adjusts the electrode potential of the negative electrode 30 to − It is preferable to control it to 4.0V or more, and more preferably to control it to -3.5V or more. For example, the control unit 50 controls the electrode potential of the negative electrode 30 to be -3.5V or more and -3.1V or less, thereby converting the non-available phosphoric acid in the soil around the negative electrode 30 into an available form. It can be efficiently converted with phosphoric acid.

後述する実施例に示されるように、制御部５０が流す電流の大きさと負電極３０の電極電位との間には、相関が認められる。制御部５０が流す電流の大きさは、負電極３０の電極面積１ｍ^２あたりに流れる電流の大きさで表すことができる。以下の説明では、これを電極密度（ｍＡ／ｍ^２）とも呼ぶ。制御部５０が流す電流が大きいほど、すなわち電流密度が増大するほど、負電極３０の電極電位をより低下させることができる。 As shown in the examples described later, there is a correlation between the magnitude of the current caused by the control unit 50 and the electrode potential of the negative electrode 30. The magnitude of the current flowing by the control unit 50 can be expressed as the magnitude of the current flowing per 1 m ² of electrode area of the negative electrode 30. In the following description, this is also referred to as electrode density (mA/m ² ). The larger the current that the control unit 50 sends, that is, the higher the current density, the more the electrode potential of the negative electrode 30 can be lowered.

制御部５０による電子制御における電流密度の大きさは、負電極３０の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御できる大きさであれば、特に限定されない。電流密度の大きさは、土壌内のリン酸錯体の解離を促進して不可給態リン酸を効率的に可給態リン酸に変換する観点から、負電極３０の電極面積１ｍ^２あたり３００ｍＡ以上であることが好ましく、４００ｍＡ以上であることがより好ましく、６００ｍＡ以上であることがさらに好ましく、７００ｍＡ以上であることが特に好ましい。電流密度を上記下限値以上とすることにより、リン酸錯体が解離できる電位に到達するまでの時間が過度に長くなることを抑制できる。また、電流密度の大きさは、土壌内のリン酸錯体の解離を妨げないようにして不可給態リン酸を効率的に可給態リン酸に変換する観点から、負電極３０の電極面積１ｍ^２あたり、１２００ｍＡ以下であることが好ましく、１０００ｍＡ以下であることがより好ましく、９００ｍＡ以下であることがさらに好ましく、８００ｍＡであることが特に好ましい。制御部５０が、例えば、負電極３０の電極面積１ｍ^２あたり、４００ｍＡ以上１０００ｍＡ以下、好ましくは６００ｍＡ以上１０００ｍＡ以下の電流を流すことにより、負電極３０の周囲に存在する土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に効率的に変換することができる。 The magnitude of the current density in the electronic control by the control unit 50 is not particularly limited as long as it can control the electrode potential of the negative electrode 30 to -4.5V or more and -3.0V or less. The magnitude of the current density is 300 mA or more per 1 m ² of the electrode area of the negative electrode 30 from the viewpoint of promoting the dissociation of phosphoric acid complexes in the soil and efficiently converting non-available phosphoric acid to available phosphoric acid. The current is preferably 400 mA or more, more preferably 600 mA or more, and particularly preferably 700 mA or more. By setting the current density to the above lower limit value or more, it is possible to prevent the time required for the phosphoric acid complex to reach a potential at which it can be dissociated from becoming excessively long. In addition, the magnitude of the current density is determined from the viewpoint of efficiently converting indispensable phosphoric acid into available phosphoric acid without disturbing the dissociation of phosphoric acid complexes in the soil, and the electrode area of the negative electrode 30 is 1 m. ² , it is preferably 1200 mA or less, more preferably 1000 mA or less, even more preferably 900 mA or less, and particularly preferably 800 mA. For example, the control unit 50 causes a current of 400 mA or more and 1000 mA or less, preferably 600 mA or more and 1000 mA or less, to flow per 1 m ² of electrode area of the negative electrode 30, thereby reducing indispensable phosphoric acid in the soil existing around the negative electrode 30. can be efficiently converted to available phosphoric acid.

後述する実施例に示されるように、制御部５０が電子制御を行うことにより、負電極３０の周囲に存在する土壌において、リン酸濃度とともにアンモニウム濃度も上昇する。制御部５０は、土壌内の不可給態リン酸を可給態リン酸に変換しつつ、土壌内のアンモニウムの生成を促進する観点から、負電極３０の電極電位を、－３．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御することが好ましく、－３．２Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御することがより好ましく、－３．１Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御することがさらに好ましい。負電極３０の電極電位を、上記下限値以上に制御することによって、負電極３０の周辺における脱窒の進行を抑制できるので、土壌内のアンモニウム生成量が低下することを抑制できる。 As shown in the examples described later, the ammonium concentration as well as the phosphoric acid concentration increases in the soil around the negative electrode 30 by electronic control performed by the control unit 50. The control unit 50 sets the electrode potential of the negative electrode 30 to -3.5 V or more - from the viewpoint of converting non-available phosphoric acid in the soil to available phosphoric acid and promoting the production of ammonium in the soil. It is preferable to control it to 3.0V or less, more preferably to control it to -3.2V or more and -3.0V or less, and even more preferably to control it to -3.1V or more and -3.0V or less. By controlling the electrode potential of the negative electrode 30 to be equal to or higher than the above-mentioned lower limit value, progress of denitrification in the vicinity of the negative electrode 30 can be suppressed, thereby suppressing a decrease in the amount of ammonium produced in the soil.

後述する実施例に示されるように、制御部５０が電子制御を行うことにより、負電極３０の周囲に存在する土壌において、ＯＲＰが低下するとともにｐＨが上昇する。この理由としては、土壌内の還元反応によって、水素イオンが消費されたことが挙げられる。したがって、上記の電子制御によれば、土壌が過度に酸化状態となることを抑制でき、この結果として、土壌の酸性化を抑制できる。 As shown in the examples described later, when the control unit 50 performs electronic control, the ORP decreases and the pH increases in the soil around the negative electrode 30. The reason for this is that hydrogen ions were consumed by reduction reactions within the soil. Therefore, according to the electronic control described above, it is possible to prevent the soil from becoming excessively oxidized, and as a result, acidification of the soil can be suppressed.

制御部５０が電子制御を行う期間は、特に限定されないが、負電極３０の電極電位を安定させる観点から、１日以上であることが好ましく、３日以上であることがより好ましく、１週間以上であることがさらに好ましい。制御部５０が電子制御を行う期間内において、負電極３０の電極電位は、－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下の任意の値に固定されてもよく、－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下の範囲内において変動してもよい。 The period during which the control unit 50 performs electronic control is not particularly limited, but from the viewpoint of stabilizing the electrode potential of the negative electrode 30, it is preferably one day or more, more preferably three days or more, and one week or more. It is more preferable that During the period in which the control unit 50 performs electronic control, the electrode potential of the negative electrode 30 may be fixed at any value between -4.5V and -3.0V, and between -4.5V and -3.0V. It may vary within the following range.

図２は、土壌における不可給態リン酸を可給態リン酸に変換する方法（以下、単に「可給態リン酸の変換方法」とも呼ぶ）の手順を示す工程図である。可給態リン酸の変換方法は、土壌における不可給態リン酸から可給態リン酸を製造する方法（以下、単に「可給態リン酸の製造方法」とも呼ぶ）と同様の手順によって実現される。すなわち、図２は、土壌における不可給態リン酸から可給態リン酸を製造する方法の手順を示す工程図であるともいえる。可給態リン酸の変換方法および可給態リン酸の製造方法は、上記システム１０によって実現される。 FIG. 2 is a process diagram showing the procedure of a method for converting non-available phosphoric acid in soil to available phosphoric acid (hereinafter also simply referred to as "available phosphoric acid conversion method"). The method for converting available phosphoric acid is realized by the same procedure as the method for producing available phosphoric acid from non-available phosphoric acid in soil (hereinafter also simply referred to as "method for producing available phosphoric acid"). be done. That is, FIG. 2 can be said to be a process diagram showing the procedure of a method for producing available phosphoric acid from non-available phosphoric acid in soil. The method for converting available phosphoric acid and the method for producing available phosphoric acid are realized by the system 10 described above.

可給態リン酸の変換方法は、土壌に負電極３０を接触させた状態において、負電極３０の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する工程（工程Ｐ１１０）を含む。同様に、可給態リン酸の製造方法は、土壌に負電極３０を接触させた状態において、負電極３０の電極電位を－４．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御する工程（工程Ｐ１１０）を含む。工程Ｐ１１０によって、負電極３０の周囲に存在する土壌内におけるリン酸錯体の解離が進行する。この結果、土壌内の不可給態リン酸を可給態リン酸に変換することができる。すなわち、工程Ｐ１１０によって、土壌内の不可給態リン酸から可給態リン酸を製造することができる。 The method for converting available phosphoric acid includes a step (step P110) of controlling the electrode potential of the negative electrode 30 to −4.5 V or more and −3.0 V or less while the negative electrode 30 is in contact with soil. Similarly, the method for producing available phosphoric acid includes the step of controlling the electrode potential of the negative electrode 30 to -4.5V or more and -3.0V or less while the negative electrode 30 is in contact with soil (step P110). including. In step P110, dissociation of the phosphoric acid complex in the soil existing around the negative electrode 30 progresses. As a result, non-available phosphoric acid in the soil can be converted to available phosphoric acid. That is, by step P110, available phosphoric acid can be produced from non-essential phosphoric acid in the soil.

以上説明した第１実施形態におけるシステム１０によれば、土壌内の不可給態リンを可給態リンに変換することができる。換言すると、土壌内の不可給態リンから可給態リンを製造することができる。このため、土壌内に存在する不可給態リンをリン酸の供給源とすることができるので、土壌へのリン肥料の施用量を低減できる。また、土壌内に存在する不可給態リンを直接的に可給態リンに変換することができるので、土壌からリンを回収したり、回収したリンを肥料に適した形態にするために再溶解したりする工程を省略できる。したがって、土壌内のリン資源を効率的に利用することができる。 According to the system 10 in the first embodiment described above, non-available phosphorus in the soil can be converted to available phosphorus. In other words, available phosphorus can be produced from non-available phosphorus in the soil. Therefore, the indispensable phosphorus present in the soil can be used as a source of phosphoric acid, so the amount of phosphorus fertilizer applied to the soil can be reduced. In addition, it is possible to directly convert the non-available phosphorus present in the soil into available phosphorus, so it is possible to recover phosphorus from the soil or redissolve the recovered phosphorus into a form suitable for fertilizer. You can omit the process of Therefore, phosphorus resources in the soil can be used efficiently.

また、本実施形態のシステム１０によれば、簡易な構造を有する装置を用いて土壌内の不可給態リンを可給態リンに変換することができるので、システム１０の製造コストが上昇することを抑制できる。また、本実施形態のシステム１０によれば、簡易な操作によって土壌内の不可給態リンを可給態リンに変換することができるので、可給態リンへの変換工程が複雑化することを抑制できる。また、本実施形態のシステム１０によれば、負電極３０の還元反応によって土壌内の不可給態リンを可給態リンに変換することができるとともに、正電極２０の酸化反応によって堆肥化や汚水処理にも応用することができる。 Furthermore, according to the system 10 of the present embodiment, non-available phosphorus in the soil can be converted to available phosphorus using a device having a simple structure, so that the manufacturing cost of the system 10 does not increase. can be suppressed. Furthermore, according to the system 10 of the present embodiment, non-available phosphorus in the soil can be converted to available phosphorus with a simple operation, so that the process of converting to available phosphorus is not complicated. It can be suppressed. Further, according to the system 10 of the present embodiment, non-fertile phosphorus in the soil can be converted to available phosphorus by the reduction reaction of the negative electrode 30, and composting and sewage can be done by the oxidation reaction of the positive electrode 20. It can also be applied to processing.

Ｃ．実施例
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 C. Examples Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

（１）実験方法
図３は、実施例におけるシステムの概略構成を示す説明図である。図３では、図示の便宜上、紙面左側に、負電極が配置された容器を拡大して示している。まず、直径１２ｃｍ、高さ１５ｃｍの容器に、農地から採収した土壌を投入し、高さ３ｃｍの土層を形成した。土層上に還元反応用電極（以降の説明では「負電極」とも呼ぶ）を設置し、負電極の上に２ｃｍの土層を形成した。電極として、１０ｃｍ×１０ｃｍのカーボンクロス（ＮｅｗｓＣｏｍｐａｎｙ製、製品名：ＰＬ２００Ｅ）を５００℃で２時間燃焼することにより作成したカーボン繊維電極を用いた。制御回路の導線として、チタン線（ニラコ製、製品名：ＴＩ－４５１４６５）を用いた。 (1) Experimental method FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a system in an example. In FIG. 3, for convenience of illustration, the container in which the negative electrode is arranged is shown in an enlarged manner on the left side of the paper. First, soil collected from farmland was placed in a container with a diameter of 12 cm and a height of 15 cm to form a soil layer with a height of 3 cm. A reduction reaction electrode (also referred to as a "negative electrode" in the following explanation) was placed on the soil layer, and a 2 cm soil layer was formed on the negative electrode. As an electrode, a carbon fiber electrode created by burning a 10 cm x 10 cm carbon cloth (manufactured by News Company, product name: PL200E) at 500° C. for 2 hours was used. A titanium wire (manufactured by Nilaco, product name: TI-451465) was used as a conductor for the control circuit.

次に、土層と電極とが設置された容器を水道水で満たし、水道水で満たされたプラスチックコンテナ（幅３６ｃｍ、高さ３０ｃｍ、長さ５１ｃｍ）内に、その容器を静置した。電子を土層に流し込む（以降の説明では「電子制御を行う」とも呼ぶ）ために、酸化反応用電極（以降の説明では「正電極」とも呼ぶ）を水面付近に設置した。なお、正電極の面積は、負電極の面積と同じとした。本実施例では、土壌からのリン溶出を明確にするために水道水を用いたが、水道水に代えて土壌を使用してもよい。 Next, the container in which the soil layer and electrodes were installed was filled with tap water, and the container was left still in a plastic container (width 36 cm, height 30 cm, length 51 cm) filled with tap water. In order to flow electrons into the soil layer (also referred to as ``electronically controlled'' in the following explanation), an oxidation reaction electrode (also referred to as a ``positive electrode'' in the following explanation) was installed near the water surface. Note that the area of the positive electrode was the same as the area of the negative electrode. In this example, tap water was used to clarify phosphorus elution from soil, but soil may be used instead of tap water.

電子制御を行うために、ポテンショスタット（北斗電工製、製品名：ＨＡ－１５１Ｂ）を用いて電流を一定の値に固定し、電子を土層へ流し込んだ。ポテンショスタットは、図３に示すように、作用電極（ＷＥ：ＷｏｒｋｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｄｅ）の端子を負電極に接続し、対電極（ＣＥ：ＣｏｕｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｄｅ）の端子を正電極に接続し、参照極（ＲＥ：ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅ）の端子を参照電極に接続した。互いに異なる電流密度（２５０、４００、６００、８００、１０００ｍＡ／ｍ^２）で土層内に電子を送り込み、負電極において還元反応を起こした。電流密度は、ポテンショスタットの固定電流を電極面積（０．０１ｍ^２）で割った値である。電流密度が２５０ｍＡ／ｍ^２の条件における実験期間は２週間とし、それ以外の電流密度条件における実験期間は１週間とした。実験期間中に、参照電極と負電極とを電圧計（三和電気計器製、製品名：ＰＣ７１０）に接続し、負電極の電位を経時的に測定した。 In order to perform electronic control, a potentiostat (manufactured by Hokuto Denko, product name: HA-151B) was used to fix the current to a constant value, and electrons were poured into the soil layer. As shown in FIG. 3, the potentiostat has a working electrode (WE) terminal connected to a negative electrode, a counter electrode (CE) terminal connected to a positive electrode, and a reference electrode (RE: The terminal of the Reference Electrode was connected to the reference electrode. Electrons were sent into the soil layer at different current densities (250, 400, 600, 800, 1000 mA/m ² ) to cause a reduction reaction at the negative electrode. The current density is the fixed current of the potentiostat divided by the electrode area (0.01 m ² ). The experimental period under the current density condition of 250 mA/ ^m2 was 2 weeks, and the experimental period under other current density conditions was 1 week. During the experiment period, the reference electrode and the negative electrode were connected to a voltmeter (manufactured by Sanwa Denki Keiki, product name: PC710), and the potential of the negative electrode was measured over time.

実験期間経過後、負電極を土層から取り出し、手動で土層を掻き混ぜた。その後、土層のｐＨと酸化還元電位（ＯＲＰ）とを、ｐＨ／ＯＲＰメーター（堀場製作所製、製品名：Ｄ－７３）を用いて測定した。次に、容器から土壌を取り出し、遠心分離機（アズワン製、製品名：ＣＮ２０６０）を用いて土壌の間隙水を抽出した。その後、間隙水中に含まれるリン酸とアンモニウム濃度とを測定した。リン酸濃度の測定には、パックテスト（共立理化学研究所製、製品名：ＤＰＭ２－ＰＯ４－ＤおよびＷＡＫ－ＰＯ４（Ｄ））を用いた。アンモニウム濃度の測定には、パックテスト（共立理化学研究所製、製品名：ＤＰＭ２－ＮＨ４およびＫＲ－ＮＨ４－４）を用いた。 After the experimental period, the negative electrode was removed from the soil layer and the soil layer was manually stirred. Thereafter, the pH and oxidation-reduction potential (ORP) of the soil layer were measured using a pH/ORP meter (manufactured by Horiba, product name: D-73). Next, the soil was taken out from the container, and the pore water of the soil was extracted using a centrifuge (manufactured by As One, product name: CN2060). Thereafter, the phosphoric acid and ammonium concentrations contained in the pore water were measured. To measure the phosphoric acid concentration, Pack Test (manufactured by Kyoritsu Rikagaku Kenkyusho, product names: DPM2-PO4-D and WAK-PO4 (D)) was used. Packtest (manufactured by Kyoritsu Physical and Chemical Research Institute, product names: DPM2-NH4 and KR-NH4-4) was used to measure the ammonium concentration.

（２）電子制御に伴う電極電位の変化
図４は、電子制御における電流密度と電極電位との関係を示す説明図である。図４において、横軸は電子制御における電流密度（ｍＡ／ｍ^２）を示し、縦軸は安定電極電位（Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）を示している。電子を土層内へ流し込むと、負電極において還元反応が生じるため電極電位が経時的に低下するが、最終的に電極電位は安定する。この安定した電極電位を「安定電極電位」とも呼ぶ。図４に示すように、電流密度と電極電位との関係には、高い相関（相関係数：－０．９３）が認められた。電流密度を２５０ｍＡ／ｍ^２から１０００ｍＡ／ｍ^２まで増大させることにより、電極電位を－２．０Ｖから－４．５Ｖまで低下させることができた。以上の結果から、より多く電子を土層内へと流し込むことによって、負電極における還元反応がより進行し、電極電位をより低下できることがわかった。また、還元反応が進行することで、負電極周辺の土層では還元化の影響を受けるため、土層の還元化が進行すること、すなわち還元物質が増大することが予想された。 (2) Changes in electrode potential associated with electronic control FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between current density and electrode potential in electronic control. In FIG. 4, the horizontal axis shows the current density (mA/m ² ) under electronic control, and the vertical axis shows the stable electrode potential (V vs. Ag/AgCl). When electrons flow into the soil layer, a reduction reaction occurs at the negative electrode, so the electrode potential decreases over time, but eventually becomes stable. This stable electrode potential is also called "stable electrode potential." As shown in FIG. 4, a high correlation (correlation coefficient: -0.93) was observed between the current density and the electrode potential. By increasing the current density from 250 mA/ ^m2 to 1000 mA/ ^m2 , the electrode potential could be reduced from -2.0V to -4.5V. From the above results, it was found that by allowing more electrons to flow into the soil layer, the reduction reaction at the negative electrode progresses more, and the electrode potential can be further lowered. Further, as the reduction reaction progresses, the soil layer around the negative electrode is affected by reduction, so it was expected that the reduction of the soil layer would progress, that is, the amount of reducing substances would increase.

（３）電子制御に伴う土層の酸化還元状態の変化
負電極で還元反応が進行することによって、土層の酸化還元状態が変化することが予想される。この予想に基づいて、各電流密度において電子制御を行った場合における、土層のｐＨと酸化還元電位（以下、ＯＲＰとも呼ぶ）の変化を調べた。 (3) Changes in the redox state of the soil layer due to electronic control It is expected that the redox state of the soil layer will change as the reduction reaction progresses at the negative electrode. Based on this prediction, changes in pH and oxidation-reduction potential (hereinafter also referred to as ORP) of the soil layer were investigated when electronic control was performed at each current density.

図５は、土層の酸化還元状態の変化を示す説明図である。図４において、横軸はｐＨを示し、縦軸は土層の酸化還元電位（Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）を示している。電子制御を行わなかった土層（電流密度：Ｉ＝０ｍＡ／ｍ^２）における酸化還元電位は、０．３３Ｖであり、酸化状態だった。これに対し、電子制御を行った土層（電流密度：Ｉ＝２５０～１０００ｍＡ／ｍ^２）におけるＯＲＰは、全ての電流密度において約－０．５５Ｖまで低下した。すなわち、土層のＯＲＰは、電流密度に依存せず、最終的に安定な電位で維持されることがわかった。また、電子制御を行わなかった土層（電流密度：Ｉ＝０ｍＡ／ｍ^２）におけるｐＨが５．７２であったのに対し、電子制御によって土層のｐＨが７．２８以上に上昇した。このことから、電子制御によって土層の酸性化が緩和されたことがわかった。この理由としては、土層内で還元反応が生じ、水素イオンが消費されたことが考えられる。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing changes in the redox state of the soil layer. In FIG. 4, the horizontal axis shows pH, and the vertical axis shows the oxidation-reduction potential (V vs. Ag/AgCl) of the soil layer. The oxidation-reduction potential in the soil layer (current density: I=0 mA/m ² ) that was not subjected to electronic control was 0.33 V, which was in an oxidized state. On the other hand, the ORP in the electronically controlled soil layer (current density: I = 250 to 1000 mA/m ² ) decreased to about -0.55 V at all current densities. That is, it was found that the ORP of the soil layer does not depend on the current density and is ultimately maintained at a stable potential. Further, while the pH in the soil layer that was not subjected to electronic control (current density: I = 0 mA/m ² ) was 5.72, the pH of the soil layer was increased to 7.28 or higher by electronic control. This indicates that the acidification of the soil layer was alleviated through electronic control. The reason for this is thought to be that a reduction reaction occurred within the soil layer and hydrogen ions were consumed.

以上の結果から、上記の電子制御によれば、土層のＯＲＰを低下させるとともに、土層のｐＨを上昇できることが明らかとなった。ここで、土壌中の不可給態リン酸は、リン酸と金属イオンとが結合した錯体であり、錯体の安定度は、土壌のｐＨとＯＲＰとに依存すると考えられる。また、土壌の還元化は、リン酸の溶出を促進させることにつながる。また、リンの形態は、ｐＨに依存すると考えられる。したがって、上記電子制御によって土層のｐＨおよびＯＲＰの値を変えることは、土壌中の不可給態リン酸を可給態リン酸に変換するために有用であると考えられる。 From the above results, it has become clear that the above electronic control can lower the ORP of the soil layer and increase the pH of the soil layer. Here, the indispensable phosphoric acid in soil is a complex in which phosphoric acid and metal ions are bonded, and the stability of the complex is considered to depend on the pH and ORP of the soil. In addition, soil reduction leads to promotion of phosphoric acid elution. It is also believed that the form of phosphorus depends on pH. Therefore, it is considered that changing the pH and ORP values of the soil layer by the electronic control described above is useful for converting indispensable phosphoric acid in the soil to available phosphoric acid.

（４）電子制御に伴うリン酸の溶出
リン酸の錯体、すなわち不可給態リン酸の解離が起こることにより、間隙水中のリン酸濃度は増加すると予想される。この予想に基づいて、電流密度と間隙水中リン酸濃度との関係と、電極電位と間隙水中リン酸濃度との関係とを調べた。 (4) Elution of phosphoric acid due to electronic control It is expected that the phosphoric acid concentration in the pore water will increase due to the dissociation of phosphoric acid complexes, that is, the indispensable phosphoric acid. Based on this prediction, we investigated the relationship between current density and phosphoric acid concentration in pore water, and the relationship between electrode potential and phosphoric acid concentration in pore water.

図６は、電流密度と間隙水中リン酸濃度との関係を示す説明図である。図６において、横軸は電子制御における電流密度（ｍＡ／ｍ^２）を示し、縦軸は間隙水中のリン酸濃度（ｍｇ／Ｌ）を示している。図６に示すように、電子制御を行わなかった土層（電流密度０ｍＡ／ｍ^２）における間隙水中リン酸濃度と、２５０ｍＡ／ｍ^２の電流密度で２週間電子制御を行った土層における間隙水中リン酸濃度とは、同程度であった。なお、２５０ｍＡ／ｍ^２の電流密度で２週間電子制御を行った場合における電荷量は、８４０００ｍＡｈ／ｍ^２であった。これらと比較して、４００ｍＡ／ｍ^２の電流密度で１週間電子制御を行った土層における間隙水中リン酸濃度は、上昇した。なお、４００ｍＡ／ｍ^２の電流密度で１週間電子制御を行った場合における電荷量は、６７２００ｍＡｈ／ｍ^２であった。この結果から、リン酸の溶出、すなわちリン酸錯体の解離は、電極電位に依存することがわかった。このことは、リン酸錯体が解離できる電位に到達しない限り、土層に電子を流し込んでも錯体の解離が起こらないことを意味している。また、電流密度の条件が４００ｍＡ／ｍ^２から１０００ｍＡ／ｍ^２までのいずれにおいても、電子制御を行わなかった土層と比較して、間隙水中リン酸濃度が上昇した。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between current density and phosphoric acid concentration in pore water. In FIG. 6, the horizontal axis represents the current density (mA/m ² ) under electronic control, and the vertical axis represents the phosphoric acid concentration (mg/L) in the pore water. As shown in Figure 6, the phosphoric acid concentration in the pore water in the soil layer that was not subjected to electronic control (current density 0 mA/m ² ) and the pore water concentration in the soil layer that was electronically controlled for 2 weeks at a current density of 250 mA/m ² The concentration of phosphoric acid in water was about the same. Note that the amount of charge when electronic control was performed for two weeks at a current density of 250 mA/m ² was 84000 mAh/m ² . Compared to these, the phosphoric acid concentration in the pore water in the soil layer subjected to electronic control for one week at a current density of 400 mA/ ^m2 increased. Note that the amount of charge when electronic control was performed for one week at a current density of 400 mA/m ² was 67200 mAh/m ² . From this result, it was found that the elution of phosphoric acid, that is, the dissociation of the phosphoric acid complex, depended on the electrode potential. This means that even if electrons are poured into the soil layer, dissociation of the phosphoric acid complex will not occur unless a potential at which the phosphoric acid complex can dissociate is reached. Furthermore, under any current density conditions from 400 mA/m ² to 1000 mA/m ² , the phosphoric acid concentration in pore water increased compared to the soil layer in which electronic control was not performed.

図７は、電極電位と間隙水中リン酸濃度との関係を示す説明図である。図７において、横軸は安定電極電位（Ｖｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）を示し、縦軸は間隙水中のリン酸濃度（ｍｇ／Ｌ）を示している。図７に示すように、リン酸濃度は、電極電位の低下に伴って増加し、電極電位が－３．３Ｖの条件において最大となった。また、電極電位が－４．５Ｖの条件におけるリン酸濃度は、電極電位が－３．３Ｖの条件におけるリン酸濃度よりも低下した．この理由としては、電極電位が－４．５Ｖの条件では、リン酸錯体だけでなく他の金属錯体の解離が生じ、リン酸錯体の解離を妨げる可能性があると考えられる。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between electrode potential and phosphoric acid concentration in interstitial water. In FIG. 7, the horizontal axis shows the stable electrode potential (V vs. Ag/AgCl), and the vertical axis shows the phosphoric acid concentration (mg/L) in the pore water. As shown in FIG. 7, the phosphoric acid concentration increased as the electrode potential decreased, and reached its maximum when the electrode potential was -3.3V. Furthermore, the phosphoric acid concentration under the condition where the electrode potential was -4.5V was lower than the phosphoric acid concentration under the condition where the electrode potential was -3.3V. The reason for this is considered to be that under the condition of an electrode potential of -4.5V, not only the phosphoric acid complex but also other metal complexes are dissociated, which may hinder the dissociation of the phosphoric acid complex.

図６および図７に示す結果から、以下のことがわかった。すなわち、負電極の電極電位を－４．０Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御することにより、土壌中のリン酸錯体を解離させて、不可給態リン酸を可給態リン酸に変換できることがわかった。また、負電極の電極電位を－３．５Ｖ以上－３．０Ｖ以下に制御することにより、土壌中のリン酸錯体をより効率的に解離できることがわかった。 From the results shown in FIGS. 6 and 7, the following was found. That is, by controlling the electrode potential of the negative electrode to -4.0V or more and -3.0V or less, it is possible to dissociate the phosphoric acid complex in the soil and convert the non-available phosphoric acid to the available phosphoric acid. Understood. Furthermore, it has been found that by controlling the electrode potential of the negative electrode to -3.5V or more and -3.0V or less, the phosphoric acid complex in the soil can be more efficiently dissociated.

（５）電子制御に伴うアンモニウムの溶出
土壌内における電子制御に伴う他の影響として、電流密度と間隙水中アンモニウム濃度との関係を調べた。 (5) Ammonium elution due to electronic control As another effect of electronic control in soil, we investigated the relationship between current density and ammonium concentration in pore water.

図８は、電流密度とアンモニウム濃度との関係を示す説明図である。図８において、横軸は電子制御における電流密度（ｍＡ／ｍ^２）を示し、縦軸は間隙水中のアンモニウム濃度（ｍｇ／Ｌ）を示している。図８に示すように、リン酸の溶出に関する結果と同様に、電子制御を行わなかった土層（電流密度０ｍＡ／ｍ^２）における間隙水中アンモニウム濃度と、２５０ｍＡ／ｍ^２の電流密度で２週間電子制御を行った土層における間隙水中アンモニウム濃度とは、同程度であった。これらと比較して、４００ｍＡ／ｍ^２の電流密度で１週間電子制御を行った土層における間隙水中アンモニウム濃度は、上昇した。なお、４００ｍＡ／ｍ^２の電流密度における電極電位は、－３．０Vであった。また、電流密度の条件が４００ｍＡ／ｍ^２から１０００ｍＡ／ｍ^２までのいずれにおいても、電子制御を行わなかった土層と比較して、間隙水中アンモニウム濃度が上昇した。以上の結果から、電流密度を４００ｍＡ／ｍ^２～１０００ｍＡ／ｍ^２に固定して土層に電子を流し込むことによって、負極の電極電位が－３．０～－４．５Ｖに維持される結果、土壌中のアンモニウム濃度が上昇することがわかった。なお、図８に示すように、電流密度が４００ｍＡ／ｍ^２を超える場合、すなわち電極電位が－３．０Ｖ未満の場合には、電流密度が４００ｍＡ／ｍ^２の場合、すなわち電極電位が－３．０Ｖである場合と比較して、アンモニウム濃度の減少が認められた。この理由としては、電極電位が－３．０Ｖ未満の場合には、負電極の周辺において脱窒作用が進行するためと考えられる。したがって、本発明の電子制御を用いて、土壌中のリン酸濃度を上昇させつつ、アンモニウム濃度を上昇させる場合には、電極電位を－３．０Ｖ付近に維持することが望ましいことがわかった。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between current density and ammonium concentration. In FIG. 8, the horizontal axis represents the current density (mA/m ² ) under electronic control, and the vertical axis represents the ammonium concentration (mg/L) in the pore water. As shown in Figure 8, similar to the results regarding the elution of phosphoric acid, the ammonium concentration in pore water in a soil layer without electronic control (current density 0 mA/m ² ) and for 2 weeks at a current density of 250 mA/m ² The ammonium concentration in pore water in the electronically controlled soil layer was about the same. In comparison, the ammonium concentration in pore water in the soil layer electronically controlled for one week at a current density of 400 mA/ ^m2 increased. Note that the electrode potential at a current density of 400 mA/m ² was -3.0V. Furthermore, under any current density conditions from 400 mA/m ² to 1000 mA/m ² , the ammonium concentration in pore water increased compared to the soil layer in which electronic control was not performed. From the above results, by fixing the current density at 400 mA/m ² to 1000 mA/m ² and pouring electrons into the soil layer, the negative electrode potential is maintained at -3.0 to -4.5 V. It was found that ammonium concentration in the soil increased. As shown in FIG. 8, when the current density exceeds 400 mA/ ^m2 , that is, when the electrode potential is less than -3.0V, when the current density is 400 mA/ ^m2 , that is, when the electrode potential is -3. A decrease in ammonium concentration was observed compared to the case where the voltage was .0V. The reason for this is thought to be that denitrification progresses around the negative electrode when the electrode potential is less than -3.0V. Therefore, when using the electronic control of the present invention to increase ammonium concentration while increasing phosphoric acid concentration in soil, it was found that it is desirable to maintain the electrode potential at around -3.0V.

上記実験結果によれば、本発明の電子制御を畑土壌に適用することによって、土壌内における肥料成分を増加できることがわかった。このため、特にリン資源を効率的に肥料として利用できるため、施肥量を低減できることが示唆された。また、本発明の電子制御を畑土壌に適用することによって、土壌の酸性化を緩和できるため、効率的な栽培が可能になることが示唆された。 According to the above experimental results, it was found that fertilizer components in soil can be increased by applying the electronic control of the present invention to field soil. For this reason, it was suggested that the amount of fertilizer applied could be reduced, especially since phosphorus resources could be used efficiently as fertilizer. Furthermore, it has been suggested that by applying the electronic control of the present invention to field soil, it is possible to alleviate soil acidification, thereby enabling efficient cultivation.

Ｄ．他の実施形態
上記各実施形態におけるシステム１０の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、システム１０は、参照電極４０が省略された態様であってもよい。 D. Other Embodiments The configuration of the system 10 in each of the embodiments described above is merely an example, and can be modified in various ways. For example, the system 10 may be configured such that the reference electrode 40 is omitted.

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be realized in various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments and examples that correspond to the technical features in each form described in the summary column of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or to solve the above-mentioned problems. In order to achieve some or all of the effects, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, unless the technical feature is described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.

１０…システム、２０…正電極、３０…負電極、４０…参照電極、５０…制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... System, 20... Positive electrode, 30... Negative electrode, 40... Reference electrode, 50... Control part

Claims

A system for converting non-available phosphoric acid in soil to available phosphoric acid, the system comprising:
a control unit;
a positive electrode electrically connected to the control unit;
a negative electrode electrically connected to the control unit and brought into contact with the soil;
Equipped with
The control unit controls the electrode potential of the negative electrode to -4.5V or more and -3.0V or less by flowing a current.
system.

The system of claim 1, further comprising:
comprising a reference electrode electrically connected to the control unit,
The control unit controls the electrode potential of the negative electrode relative to the electrode potential of the reference electrode.
system.

The system according to claim 1 or claim 2,
The control unit includes a potentiostat.
system.

The system according to claim 1 or claim 2,
The negative electrode is formed of carbon fiber.
system.

The system according to claim 1 or claim 2,
The control unit causes a current of 600 mA or more and 1000 mA or less to flow per 1 m ² of electrode area of the negative electrode.
system.

The system according to claim 1 or claim 2,
The control unit controls the electrode potential of the negative electrode to -3.5V or more and -3.1V or less,
system.

A method for converting non-available phosphoric acid in soil to available phosphoric acid, the method comprising:
Controlling the electrode potential of the negative electrode to -4.5V or more and -3.0V or less in a state where the negative electrode is in contact with the soil,
Method.

A production method for producing available phosphoric acid from unavailable phosphoric acid in soil, comprising:
Controlling the electrode potential of the negative electrode to -4.5V or more and -3.0V or less in a state where the negative electrode is in contact with the soil,
Production method.