JP4324475B2 - 石炭系生物成長化合物 - Google Patents

Description

本発明は、粒子状石炭を主成分とする生分解性生物成長組成物に関する。

背景

本発明の植物成長組成物は、米国特許第４，５４１，８５７号（この記載内容は、参照してここに組み込まれる）に記載される配合物の改良である。

米国特許第４，５４１，８５７号には、放出可能な植物栄養素を含有する粒子状石炭と、植物栄養素を植物が利用可能な形態で放出する機能を果たすモリブデン酸ナトリウムと、硫酸第二鉄、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸亜鉛、塩化亜鉛、硫酸銅、硫黄、ホウ酸ナトリウム水和物、ブラント石灰石（ｂｒｕｎｔ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ）、および炭酸コバルトから選択される１種類以上の助剤との混合物を含む植物肥料組成物が記載されている。この石炭粒子は、最大メッシュサイズが約１００メッシュであり、組成物の全重量の約５０〜７５重量％を占め、モリブデン酸塩は組成物の０．００１〜０．１００重量％の範囲の量で存在し、助剤は組成物の残りの部分を占める。

発明の概要

前述したように、本発明は、米国特許第４，５４１，８５７号に記載される組成物のある種の改良を提供する。これらの改良は、先行特許に記載される組成物の有用な特徴を維持するが、後述するように、例えば、植物の成長および収穫の向上、ならびに組成物の適用範囲および用途の拡大などの利点もさらに得られる。

本発明が提供する米国特許第４，５４１，８５７号の組成物の重要な変更点は、線状アルコールアルコキシレート、例えば、ポリ（エチレンオキシド）エーテルとＣ_１２−Ｃ_１５線状第１級アルコールの線状アルコールアルコキシレートを使用することである。

本発明の組成物の別の重要な特徴としては、実質的な量の砂と少量の水とを使用することが挙げられる。また、さらなる特徴は、以下の本発明のより詳細な説明より明らかとなるであろう。

本発明の詳細な説明

本発明の植物成長組成物は、以下の成分：
（１）４０〜８０重量％、好ましくは７０〜８０重量％の粒子状石炭と、
（２）０．０１〜１重量％、好ましくは０．５〜１重量％のモリブデン酸ナトリウムと、
（３）０．２〜２重量％の水と、
（４）０．１〜１重量％の線状アルコールアルコキシレートと、
（５）０．００１〜４重量％の硫酸マグネシウムと、
（６）全体の組成物の残部、通常は約２０〜６０重量％の砂と、
から実質的になる。

したがって、本発明の組成物は、好ましい実施形態では石炭と砂とから主になるが、表示の範囲内のモリブデン酸塩、線状アルコールアルコキシレート、硫酸マグネシウム、および水も本発明の成功のためには不可欠である。

表示の成分の中で、石炭粒子は、前述の先行する特許第４，５４１，８５７号に記載されるように好都合となる。例えば、石炭粒子は無煙炭、瀝青炭、亜歴青炭、または褐炭などのあらゆる種類のものであってよく、約０．５〜３．０％の既知量の窒素を一般に含有するあらゆる品質で変動してもよい。本発明による石炭中に存在し植物が使用できるその他の植物栄養素としては、鉄、リン、カリウム、硫黄または硫酸塩、カルシウム、塩化物、ならびに少なくとも微量のマンガン、銅、ホウ素、コバルト、アルミナ、およびセレンが挙げられる。硫黄含有率の高い石炭が特に好都合であることが分かっている。

好都合には、石炭は１００メッシュまたはそれより小さい粒径であり、すなわち１００メッシュのタイラーふるいを通過するような粒径である。例えば−５０メッシュ〜約−３００メッシュの範囲のより大きいおよびより小さい粒径を有効に使用することができる。しかし、１００メッシュよりも大きい粒子は植物栄養素の放出がより遅くなる傾向にある。したがって、１００メッシュまたはより細かい粒径の石炭粒子、すなわち１００メッシュのタイラーふるいを通過する粒子を使用することが好ましい。

あらゆる種類の石炭を使用できるが、好ましくは硫黄含有率の高い石炭である、米国特許第４，５４１，８５７号に具体的に例示されている石炭組成物は、本発明での使用に一般的であると言える。このような石炭は、乾燥状態を基準として、以下の最終的な分析値を有する：
炭素：７３．１９％
水素：５．０５％
窒素：１．３２％
塩素：０．０７％
硫黄：４．５０％
灰分：６．００％、および
酸素：９．８７％。

この組成は、燃焼物を基準にした無機物質分析によっても以下のように規定することができる：
五酸化リン：０．２６％
シリカ：３２．９５％
酸化第二鉄：３３．０９％
アルミナ：２２．１３％
チタニア：０．６８％
石灰：２．６６％
マンガン：０．５２％
サルファートリキソイド：３．２４％
酸化カリウム：１．４３％
酸化ナトリウム：０．５１％、および
未確定：２．５３％。

米国特許第４，５４１，８５７号で説明されているように、モリブデン酸ナトリウムは、石炭粒子を何らかの方法で消化し、植物がこれらの栄養素を効率的かつ好都合に利用できるように粒子から植物栄養素を放出させる機能を果たすと思われる。モリブデン酸塩の量は変動させることができ、場合によっては石炭粒子の性質および粒径に依存して前述の範囲外にあってもよいが、モリブデン酸塩含有率が全組成物の０．５〜１重量％の範囲にある場合に最良の結果が得られる。この好ましい量より多くの量を使用することもできるが、石炭の効率的な消化は指定の量のモリブデン酸塩を使用する場合に実現されると考えられる。

本発明の線状アルコールアルコキシレートは、好ましくは第１級線状Ｃ_１２〜Ｃ_１５アルコール、例えばドデシルアルコール、またはこれと他のＣ_１２〜Ｃ_１５アルコールとの混合物がエトキシル化されたものであり、すなわち第１級線状アルコール、好ましくは１２〜１５個の炭素の第１級アルコールのポリエチレンオキシドエーテルである。本発明での使用に好ましい線状アルコールアルコキシレートの１つは、「ベーシックＨ」（Ｂａｓｉｃ Ｈ）界面活性剤として市販されている。この材料、またはその同等物を本発明の目的に使用してよい。

前述したように、本発明の組成物は、少量の水、通常は約２重量％以下の水も含有する。この少量の水によって、アルコキシレートの作用が促進され、さらに石炭成分の植物成長要素の活性化も促進すると思われる。

あらゆる好都合な砂の供給源を使用してよい。使用される砂の量は変動させることができ、少なくともある程度は石炭成分の性質および組成、ならびに存在する他の材料の量に依存する。しかし、一般的に言えば、本発明の組成物中の砂の量は、本明細書で前述した範囲、すなわち２０〜６０重量％の範囲内となる。

少量、例えば０．００１〜０．０１重量％の硫酸マグネシウム、硫酸銅、およびその他の同様の微量金属硫酸塩を含有する砂を使用すると最良の結果が得られると思われる。

砂に含まれうる硫酸マグネシウム以外に、本発明の組成物の０．００１〜４重量％の量で硫酸マグネシウムが加えられると有用である。

本発明の組成物は、あらゆる好都合な方法で調製してよい。しかし好ましくは、石炭と砂とを互いに均一に混合した後に、モリブデン酸ナトリウムと、アルコキシレートと、硫酸マグネシウムとを水と混合したものを、均一にするために撹拌しながら石炭／砂混合物に噴霧する。その生成物を次に乾燥させ、続いて後に使用するために袋詰めしたり、使用する場所の土壌に直接適用したりすることができる。

別の方法として、石炭と砂の混合物を使用する場所、例えば果樹の根本周辺に置き、その後モリブデン酸塩とアルコキシレートとの水性混合物を石炭／砂混合物上に噴霧してもよい。硫酸マグネシウムはアルコキシレートとモリブデン酸塩の水性噴霧液に混入させてもよいし、石炭／砂混合物に混入させてもよい。

典型的な調製では、１〜４オンスのモリブデン酸ナトリウムと、最高１ガロンのアルコキシレートとを、硫酸マグネシウムを使用または使用せずに、５０ガロン程度の水と混合して、噴霧混合物が得られる。この混合物を次に、石炭粒子と砂と硫酸マグネシウムとの乾燥混合物上に噴霧する。好都合には、モリブデン酸塩とアルコキシレートと水との混合物を、石炭と砂と硫酸マグネシウムとの乾燥混合物上に噴霧し、その後この乾燥混合物が植物の成長が望ましい畑または土壌に適用するが、前述したように、モリブデン酸塩とアルコキシレートとを含む全体の組成物は畑または土壌に適用する前に調製することができる。あらかじめ調製する場合でも、その場で調製する場合でも、モリブデン酸塩とアルコキシレートとを噴霧することによって、石炭中の栄養素または成長要素の活性化が促進されると思われる。

本発明の組成物は、全てではないがほとんどの土壌条件において全体的に有用である。後述する本発明の重要な利点の１つは、本発明の組成物は、農業的な目的に不十分な土壌を非常に有用な土壌に変化させることが可能なことである。大規模な試験では、本発明の生成物により一貫して、一般的に使用される市販のＮ−Ｐ−Ｋ肥料よりも１エーカー当たりの収穫量が５０〜１００％増加した。

本発明を以下の実施例により説明する。

７０ポンドの高硫黄含有率石炭を、−１００メッシュの粒径まで粉砕し、２５ポンドの砂および４ポンドの硫酸マグネシウムと混合した。得られた混合物を次に、春に西ペンシルバニアの粘土質土壌で耕さずに栽培した桃の木の根本の周辺に置いた。粘土質土壌および西ペンシルバニアの気候は一般には桃の栽培には適していない。これらの木々は８年間結実していなかった。

乾燥混合物を木の周囲にまいた（耕さなかった）後、この混合物に、５０ガロンの水と、１ガロンのベーシックＨタイプ（Ｃ_１２〜Ｃ_１５第１級アルコールのポリエチレンオキシドエーテル）と、４オンスのモリブデン酸ナトリウムとを含む液体組成物を噴霧した。農薬、除草剤、殺虫剤、および殺真菌剤は使用しなかった。結果として得られた桃は、非の打ち所がなく、優れた濃い色と優れた味を有した。栽培期間（約４か月）にわたる木一本当たりの収穫量があまりにも多かったので、果実収穫物の重量に対して木を支えるために木製の支柱を使用する必要があった。

今回の場合、本発明の組成物を、ペンシルバニアの粘土質土壌で最盛期を過ごし栽培されてきた樹齢３０年のリンゴの木に使用したことを除けば、実施例１を繰り返した。今回の場合、リンゴの木は以前にも結実していたが、その収穫量は少なかった。約１００ポンドの本発明の組成物を木の根本周囲に散布した後、実施例１に記載の液体混合物を噴霧した。本発明の組成物は、４月に木々の周囲に使用した。木々は５月に開花し、晩夏には結実した。得られたリンゴの収穫量は、過去数年間を大きく上回った。リンゴの品質も傑出していた。

収穫量、品質、および大きさの向上は、実施例２の実験同じペンシルバニアの粘土質土壌で栽培したストーンヘッドキャベツで繰り返しても実現された。予想される通常のキャベツの直径は約６インチであった。しかし、本発明の組成物を植え付け直後の春の土壌に適用すると、真夏までに直径１４インチのキャベツが絶えず得られた。農薬は使用しなかったが、昆虫による被害は実質的になかった。雑草を意図的に除去せず、したがって土壌栄養素をキャベツと競合していたにも関わらず、上記の結果が得られた。

以上の実施例に記載される試験を実施する場合、作物が成長する間、ミミズは土壌中に到達しそこにとどまる傾向にあったため、ミミズが土壌の富栄養化に寄与していた。

実施例１の成長組成物を市販のＮ−Ｐ−Ｋ肥料と、２４エーカーのトウモロコシ畑の試験で比較した。この畑は４０〜５０年間使用に適していないものであった。畑は山中にあり、１インチの土壌を取り除くと頁岩に到達し、現地試験条件の最悪の種類のものであった。この場所でトウモロコシを効率的に栽培するためには、１エーカー当たりで４０００ポンドの石灰石と、１２０ポンドの窒素と、１８０ポンドのリンが必要であると推定された。しかし、１エーカー当たりで本発明の組成物約２００ポンドのみを使用し、石灰は使用しないことに決定した。

定期的に写真を撮影した。４エーカーの区画で構成されるＮ−Ｐ−Ｋのトウモロコシ畑では、予想通り不作であった。４エーカーで収穫は全くなく、「収入源となる」トウモロコシの発育不良の穂がまばらに見られるだけであった。これは、従来の結果では典型的なものであった。

Ｎ−Ｐ−Ｋのトウモロコシ区画からわずか１２ヤード離れているだけの試験畑の隣接する部分は、実施例１による成長組成物を使用した２０エーカーの畑を含んだ。２０エーカー全てで、有用なトウモロコシが収穫され、その一部は高さが１０４インチとなった。作柄は完全に成功であり、２０エーカーの試験区画全てで１エーカー当たり１００ブッシェルの完全な形状の「収入源となる」トウモロコシが収穫され、一方、石灰およびＮ−Ｐ−Ｋ肥料を使用した従来の結果では総収穫量は、２４エーカーの畑全体でトウモロコシは５０ブッシェルであった。この実験では、農薬や除草剤は使用しなかったが、親株の損傷や変色の発生はなく、トウモロコシの穀粒は完全に配列していることがわかった。さらに、１エーカー当たりの収穫量が大きく増加しただけでなく、２０エーカーの区域で使用した本発明による成長組成物は、不作であった４エーカーのＮ−Ｐ−Ｋの畑よりもはるかに少なかった。

実施例４の結果は、本発明の成長組成物を、十分に使用されていない土地や、やせすぎていて他の方法では使用できないと見なされる農地でのトウモロコシの生産に使用することが可能なことを示している。このような生産は、例えばエタノールの製造などに非常に有益である。

土壌に使用される本発明の組成物の量は広範囲で変動させることができることは理解できるであろう。１エーカー当たり２００ポンドの本発明の組成物、例えば実施例１の組成物を使用すると、通常は所望の結果を得るために効果的となる。この量よりも増減させて使用することができるが、特定の状況における最適量は、使用量を変動させその結果を観察することによって容易に決定される。１エーカー当たり約１００〜３００ポンドまたはそれを超える量を使用すれば、所望の結果を得るためには一般に十分であり、１エーカー当たり２００ポンド前後の量が好ましい。

本発明が以上の実施例で、果実（リンゴおよび桃）、トウモロコシ、およびキャベツの収穫量を向上させることを示してきたが、本発明はこのような果実および野菜に限定されるものではない。同様の改善結果が、例えば、トマト、牧草、アルファルファなどでも得られた。本発明の別の応用例では、本発明の組成物は、炭鉱の露天採掘によって露出した地面を覆う有効な草を生長させるために使用されている。この特殊な状況において、州当局および連邦当局の要求するように地面を覆うことは従来は不可能であった。本発明の組成物を、草の種とともに水性スプレーとして地面に噴霧（放水撒播）すると、約２週間で地面が完全に覆われた。

以上の実施例で使用した本発明による組成物を、％固形分、揮発性固形分、全炭素（全Ｃ）、全窒素（全Ｎ）、有機窒素（有機Ｎ）、アンモニウム窒素（ＮＨ_４−Ｎ）、リン（Ｐ）、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、カドミウム（Ｃｄ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、およびホウ素（Ｂ）について分析すると、以下のような結果が得られた。

［主要成分（全ての値は質量％±標準偏差である）］
固形分 ９５．９±０．１４
揮発分 ３５．８±４．７
全Ｃ ２２．７±１．１
全Ｎ ４．９８±０．１６
有機Ｎ ３．１７±０．３５
ＮＨ_４−Ｎ １．８２±０．５０
Ｐ ２．１±０．３３
Ｋ ５．６±０．６９
Ｍｇ ２．１±０．１１
Ｃａ ６．６±０．３５
Ｎａ ０．２９±０．０２
Ｆｅ ０．６３±０．０２
Ａｌ ２．１±０．１６
Ｍｎ ０．３１±０．０２

［微量元素（全ての値はｍｇ／ｋｇまたはｐｐｍ±標準偏差である）］
Ｃｄ ０．４６±０．０２
Ｃｒ ４９．８５±４．５９
Ｃｕ ９．３５±０．３５
Ｐｂ ４２．１５±２．０５
Ｎｉ １．５±０．１４
Ｚｎ ３３．５±２．１９
Ｂ １８４±１３
Ｍｏ含有率は、この分析では求めなかった。

以上の分析に基づくと、本発明の組成物は組成物は、５−５−７（Ｎ−Ｐ−Ｋ）組成物として見ることができ、ここで、肥料分析で一般的であるように、Ｎは％Ｎとして表され、Ｐは％Ｐ_２Ｏ_５として表され、Ｋは％Ｋ_２Ｏとして表される。正確な配合は５−４．８−６．８である。したがって、１０乾燥トンのこの材料によって、１００ポンドの全Ｎが供給され、２．４乾燥トンのこの材料で１００ポンドのＰが供給される。全ての微量元素は、肥料としてこの材料を土地に使用する場合に問題が発生するような量では存在しなかった。Ｃｒ、Ｐｂ、およびＺｎの濃度は１０ｐｐｍを超えたが、これらの元素は岩石材料にも存在するので、これらの値は汚染されていない（原始状態の）土壌で測定される値を超えるものではない。有機物のＣおよびＮが高濃度であることは、本発明の材料を土壌に加えることで、その土壌の有機物含有量が増加し、その結果、同量の栄養素を単独で加える場合よりも、土壌品質が全体的に改善されることを示している。

以上のことから、本発明の組成物によって多数の重要な利点が得られることが分かる。一例を挙げると、本発明の組成物は、作物の収穫量を向上させ、最適の土壌条件よりも低い条件で機能すること以外に、土壌を消耗せずに直接富栄養化させる効果がある。よく知られているように、Ｎ−Ｐ−Ｋ肥料を使用すると反対の効果が得られる。世界全体の土壌は栄養素が非常に欠乏しており、数世紀にわたり、特に細菌の５０年間で殺虫剤、除草剤、農薬、および殺真菌剤を使用してきたことで汚染されている。Ｎ−Ｐ−Ｋ（窒素、リン酸塩、およびカリ）または人工肥料を過剰に、繰り返し、そして絶えず量を増やしながら使用することが、消耗した土壌から作物を収穫するために必要となっており、コストは増大し続け、現在もこれが持続しているが、トウモロコシ、トマト、スイカ、またはその他の野菜や果物などの作物の品質は低下している。本発明による試験は、１エーカー当たりでより少ない量の成長化合物が、市販の人工肥料混合物（Ｎ−Ｐ−Ｋ）で得られる作物収穫量以上の収穫を得るために必要であることを示している。さらに、本発明の組成物は、農薬、殺虫剤、除草剤、および殺真菌剤の必要性を最小限にする。このことは、トウモロコシからキャベツ、トマト、メロン、桃、リンゴ、豆類、およびその他の野菜までの試験した全ての作物について当てはまった。データを得るための全ての試験で、作物に農薬や除草剤は必要でなかったか、または使用しなかったかであった。負の副作用は観察されず、実際はその逆であり、結果として栄養素が土壌に付与され、そのため作物の収穫量が向上した。

植物の成長を改善しながらコストが軽減されること以外に、本発明の組成物によって他の多数の利点が得られる。例えば、本発明を、従来は使用できなかった土壌、例えば石炭の露天採掘および深部採掘が行われる土壌の開拓に使用することができる。試験として、実施例１〜４の本発明の組成物を、ペンシルバニアの石炭採掘作業で得られる「高温」または酸性の土壌表面に適用した。当局が必要とするように地面を覆うための従来の試みは失敗していた。しかし、本発明の組成物を適用してから約１０日後には、その領域の地面が効率的に覆われた。

以上から分かるように、本発明の組成物の利点としては、以下のことが挙げられる。本発明の組成物によって、費用のかかるＮ−Ｐ−Ｋ肥料およびその同等物の使用、ならびにそれらの肥料による欠点が回避される。本発明の組成物は、農薬、除草剤、および殺真菌剤の必要性を実質的に解消または軽減し、本発明の組成物は明らかにこれらの有害生物から自然に防護する傾向にある。本発明の組成物は、より均一な水の土壌への浸透を可能にしさらに促進し、それによって本発明の石炭から放出される栄養素が、従来の肥料で可能であったよりも短期間で植物が利用可能となる。さらに、本発明の組成物は、土壌のｐＨに対して悪影響がなく、そのため植物の葉の緑がより濃くなり、種の発芽を促進し、植物の収穫量を増加させ、土壌の富栄養化を促進するミミズの出現を促進し、より大きく、より背が高く、より太い植物、作物、および植物の茎を促進し、本発明の組成物は水を土壌中に維持することによって土壌浸食、水の蒸発、および水の流出を軽減することで、より効率的な水の利用を促進しながら、これとは別に水が過剰に蓄積した土壌領域の排水を促進し、乾燥した天候の間の水の保持を促進するが、逆に高温または乾燥した気候の土壌での水の透過を促進する。

以上に説明され特許請求の範囲で規定される本発明は、種々の変更が可能である。

Claims (8)

1. 石炭粒子と、モリブデン酸ナトリウムと、線状アルコールアルコキシレートと、硫酸マグネシウムと、砂と、水と、を含有する生分解性植物成長組成物。
2. ４０〜８０重量％の１００メッシュまたはそれより細かい石炭粒子と、０．０１〜１重量％のモリブデン酸ナトリウムと、０．２〜２重量％の水と、０．１〜１重量％の線状アルコールアルコキシレートと、０．０１〜４重量％の硫酸マグネシウムと、残分の砂と、を含有する、請求項１に記載の組成物。
3. 前記線状アルコールアルコキシレートが、ポリ（エチレンオキシド）エーテルとＣ _１２ −Ｃ _１５ 線状第１級アルコールの線状アルコールアルコキシレートである、請求項１又は２に記載の組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物を作物の土壌に適用することを含む、作物収穫量を向上させる方法。
5. 石炭の露天採掘又は深部採掘が行われる土壌を開拓する方法であって、
   前記土壌に、請求項１〜３のいずれか一項に記載の生分解性植物成長組成物を適用するステップを含む方法。
6. 農薬、除草剤、殺真菌剤、又は殺虫剤を使用せずに、植物を成長させることを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記組成物を果樹の周辺に適用し、結果として得られる果実の収穫量及び／又は品質を向上させる、請求項６に記載の方法。
8. 前記組成物を野菜又は果実を栽培する土壌に適用し、前記野菜又は前記果実の成長又は特徴を促進又は向上させる、請求項６に記載の方法。