JP4616087B2 - 施肥材料及び施肥方法 - Google Patents

Description

本発明は、水域特に海域に生育する藻類や微生物等の生物に対して栄養成分を供給するための施肥材料及び施肥方法に関するものである。

近年において、海岸及び海底に生息する海藻類等を始めとした海洋生物の育成力の低下が問題視されている。

このため、かかる問題点を解決すべく、海洋生物が繁殖しやすい多孔質の構造物を海底や海岸に敷設する技術が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、当該構造物に水中生物胞子を付着させることにより、海藻の繁殖力を増進させる技術も提案されており、さらに海洋生物の繁殖用構造体として、ゴム状弾性材料に海洋生物育成のための肥料や鉄化合物を練り込み、これに加えて多孔質または気泡の内壁面に海洋生物の胞子や種子を保持させた構造体も提案されている（例えば特許文献２参照。）。また、人工漁礁につき、海洋生物が必要とする鉄等の金属成分を、例えば陸上、海洋の植物の焼却灰を加えたセラミック材料から製造する方法も提案されている。

また、農林水産業廃棄物の有効利用を念頭におきつつ、海岸や海底等の自然環境の改善、並びに建築廃材として放出されるコンクリート廃材の有効利用を目的とした海洋生成物の繁殖用人工礁も案出されている（例えば、特許文献３参照。）。

この繁殖用人工礁は、少なくとも最終製品としての人工礁の容積に対して２０〜３０容量％の有機鉄を含む農林水産廃棄物及び腐植土層を含むコンクリート製の硬化性組成物を、前記農林水産廃棄物が発酵し、かつ前記硬化性組成物が硬化する条件で養生して得られた多孔質及び／又は連続気泡体で構成される。この繁殖用人工礁では、農林水産廃棄物を発酵させ、ガスを生成させて硬化中のコンクリートを多孔質化させる。また、この繁殖用人工礁は、可溶性の有機鉄イオンを含む腐植土層を有機鉄イオン（フルボ酸鉄等）の供給源とすることもできる。

これにより、この特許文献３に示す開示技術では、農林水産廃棄物を減少させることが可能となることに加え、海洋、海岸の海洋生物に対して、より改善された環境を作り出すことが可能となる。しかしながら、これら農林水産廃棄物は、ガスのみを有効利用し、物体は固化の過程で封じ込めてしまう。このため、農林水産廃棄物の処理方法としては有用である一方、有機系肥料の水域供給は困難となる。即ち、農林水産廃棄物の溶解物は、コンクリートをゾルからゲル化する過程で封じ込められるため、これに含まれていた有機系肥料は水域に供給されず、水域に供給されるのは、コンクリート固化体の表面近傍に存在する腐植土類から溶出する有機鉄イオンのみとなることから、海洋生物に供給される栄養成分のバランスが悪くなるという問題点が生じる。

これと同様に、二価鉄含有物質と腐植含有物質から有機酸（フルボ酸鉄）を人工的に簡易に生成し、天然の腐食土壌を用いるよりも効率的に水域へ供給することを目的として案出されている水域環境保全材料（例えば、特許文献４参照）も、腐植を含有する木質系物質が主体の堆肥は一般に窒素含有量が少ないため、海洋生物に供給される栄養成分のバランスが悪くなってしまう。

これに対し、海洋生物の育成に必要な鉄、その他栄養成分を経時的に供給することが可能な海藻類育成用人工礁も提案されている（例えば、特許文献５参照）。

この特許文献５に開示されている技術では、多孔質の成形体に、海藻類育成に必要な栄養剤を充填、埋設或いは含浸した人工礁を用いることで、海藻類の育成に必要な鉄その他の栄養成分を経時的に供給する。この栄養剤としては、予め窒素、リン、ケイ素、亜鉛、銅、コバルト、マンガンから選択された一種又は複数の元素に、エチレンジアミン四酢酸と鉄を結合させたＥＤＴＡ−Ｆｅを加えて、寒天等の水溶性の凝固剤中に混入して円柱状に凝固させて製作する。この海藻類育成用人工礁では、多孔質の成形体を完熟堆肥（フルボ酸を含む土壌有機物）や液体有機肥料の中に浸漬して肥料分を吸着、含浸させることも可能となる。

しかしながら、この特許文献５の開示技術では、鉄や他の栄養分をバランスよく水域へ供給できるものの、人工礁の作製にはかなりの労力と費用が必要であるという欠点があった。
特開平１０−８４３５号公報 特開平８−１５４５１１号公報 特開２００１−６１３６８号公報 特開２００５−３４１４０号公報 特開２００２−５８３８２号公報

藻類や海藻等の海洋生物の生長・増殖には二酸化炭素・水・光の他、生体を構成するのに必要なタンパク質やＡＴＰなどを生合成するための窒素とリン（海水中では硝酸塩とリン酸塩）が必須である。さらに、海洋生物が硝酸塩を取り込むには、これを還元するための鉄が不可欠である。

しかし、鉄のうち、海洋生物が摂取可能な鉄イオン（以下、二価鉄という）は極めて不安定であり、短時間で酸化してしまい生物が摂取不可能な粒状体となる。ところがこの二価鉄は、自然界において森林の腐植土壌中において生成されるフルボ酸と結合し、安定なフルボ酸鉄となり、生物に対して供給可能な状態となる。

このようなメカニズムに着目し、水域に対してフルボ酸、若しくはフルボ酸鉄を供給し、海藻の付着、育成を促す施肥技術が従来において提案されてきた。

しかしながら、かかる従来の施肥技術では、腐植土壌を常に調達していかなければならないため、労力とコストの負担が増大してしまうという問題点があった。

このため、腐植土壌を用いることなく、しかも少ない種類の原料でフルボ酸鉄のような安定的な状態とした二価鉄を海洋生物に供給するとともに、同時に他の有機栄養分をについてもバランスよく海洋生物に供給することができる技術が近年において特に望まれていた。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、海洋生物に対して安定的に鉄分を供給するとともに、リンや窒素といった栄養分をも同時に供給することが可能な施肥材料及び施肥方法を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、鉄鋼スラグと、アンモニア化成する窒素化合物を含有する物質からなる施肥材料を発明した。

第１の発明に係る施肥材料は、鉄鋼スラグと、アンモニア化成する窒素化合物を含有する物質とからなる海域用施肥材料であって、鉄鋼スラグから供給される二価鉄（Fe ²⁺ ）とアンモニア化成する窒素化合物から供給されるアンモニア(NH ₃ )との間でつくられる可溶性の錯イオン[Fe(NH ₃ ) ₆ ] ²⁺ からなる鉄系肥料分と、窒素化合物中のリン、窒素からなる有機系肥料分を同時に生物に供給することを特徴とする。

第２の発明に係る施肥材料は、第１の発明において、上記窒素化合物は、農林水産副産物であることを特徴とする。

第３の発明に係る施肥材料は、第１の発明において、上記窒素化合物は、魚粉であることを特徴とする。

第４の発明に係る施肥材料は、第１〜第３の何れかに記載の施肥材料を透水性の袋体および／または容器に充填し、これを海中、海岸の地盤上、海岸の地中の何れかに設置することを特徴とする。

第５の発明に係る施肥材料は、第１〜第３の何れかに記載の施肥材料を海底または海岸の地中に埋設することを特徴とする施肥方法。

第６の発明は、鉄鋼スラグと、アンモニア化成する窒素化合物を含有する物質のうちの一方を透水性の袋体及び／又は容器に充填し、これを海中、海岸の地盤上、海岸の地中の何れかに設置し、他方をその近傍に設置することを特徴とする施肥方法。

本発明では、鉄鋼スラグと、アンモニア化成する窒素化合物を含有する物質から施肥材料を構成する。これにより、鉄鋼スラグから二価鉄を溶出させることができ、またこの二価鉄と、窒素化合物から分解されたアンモニアとの間で錯体イオンを作り出すことができ、海洋生物にとって必須の栄養成分といえる二価鉄を安定した状態で供給することが可能となる。また、本発明を適用した施肥材料は、さらにリン、窒素からなる有機系肥料分を溶出させることが可能となることから、鉄系肥料分と有機系肥料分とをバランスよく海洋生物に供給することができ、海岸及び海底に生息する海藻類等を始めとした海洋生物の育成力そのものを大幅に向上させることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、海水中に生育する海藻類や微生物等の海洋生物に対して栄養成分を供給するための施肥材料について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した施肥材料１が適用される環境につき示している。

この施肥材料１は、例えば図１(a)に示されるように、魚介類や海藻類等が生育可能な海中において利用される。

このとき、施肥材料１は、例えば箇所Ａに示されるように、海底において埋設される場合がある。この箇所Ａに埋設された設置材料１は、後述するメカニズムに基づいて生成される鉄系肥料分と有機系肥料分を海底面２の土砂を介して海中へ溶出させる。

また施肥材料１は、海底面２内に埋設する場合以外に、例えば箇所Ｂに示されるように海底面２上に載置するようにしてもよい。この海底面２上に載置された施肥材料１からも同様にして生成される鉄系肥料分と有機系肥料分が海中へ溶出されることになる。

ちなみに、この施肥材料１は、例えば図１(b)に示すように、透水性の袋体３や容器５に充填された状態で設置されるようにしてもよい。また、透水性の容器に施肥材料または袋体に充填した施肥材料を投入することにより、施肥材料の補充を容易にするとともに、袋体の保護も可能とすることができる。この透水性の袋体３としては、布製の袋等を用いてもよいが、植物性繊維等の環境に優しい材料が好ましい。この袋体３に充填された施肥材料１は、海底面２内に埋設される場合であっても、また海底面２上に載置される場合であっても同様に鉄系肥料分と有機系肥料分とを海中へ溶出させることができる。この透水性の袋体３内に充填して設置することにより、粉状の施肥材料１が土中、海中に拡散することを防止することが可能となるとともに、運搬作業や設置作業の便宜を図ることも可能となる。

また、図２(a)は、本発明を適用した施肥材料１を地盤４上に設置する例を示している。この施肥材料１はあくまで海洋生物に対して栄養成分を供給することを目的としているため、水中や海底に設置するケースが主として考えられるが、このように地盤４上に設置することで、降雨時における雨水により施肥材料１から鉄系肥料分や有機系肥料分を溶出させることができ、この溶出させた鉄系肥料分や有機系肥料分は雨水とともに海中へ流れていくことになる。

この図２の例で示されるように施肥材料１を地盤４上に設置する場合においても、施肥材料１をそのまま露出させた状態で載置する場合に加え、図２(b)に示すように袋体３に充填してこれを地盤４上に載置するようにしてもよい。袋体３内に施肥材料１を充填させた場合であっても、降雨時において雨水は袋体３を浸透して内部へと入り込み、施肥材料１から鉄系肥料分や有機系肥料分を溶出させることが可能となる。

次に、本発明を適用した施肥材料１の構成につき説明をする。

施肥材料１は、鉄鋼スラグと、アンモニア化成する窒素化合物を含有する物質とから構成される。図３は、この施肥材料１における反応プロセスを示す図である。

ここで鉄鋼スラグとは、高炉にて、鉄鉱石をコークスで還元し、溶融し、銑鉄を造る際に、比重差により銑鉄から分離された高炉スラグ、および高炉で製造された硬くて脆い銑鉄から、不要な成分を除去し、靭性・加工性のある鋼にする製鋼過程で生じる石灰分を主体とした粉粒状の副産物を意味している。この鉄鋼スラグは、高炉スラグ（高炉除冷スラグ、高炉水砕スラグ）、製鋼スラグ（転炉スラグ、予備処理スラグ、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、電気炉還元スラグ、電気炉酸化スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグ）のうち１種または２種以上を混合したものとして定義できる。

また、アンモニア化成する窒素化合物を含有する物質とは、分解するに際してアンモニアを生成する材料であって、例えば、タンパク質、アミノ酸、尿素、尿酸等を含む材料として構成される。ちなみに、この窒素化合物を含有する物質は、農林水産副産物であってもよい。この農林水産副産物としては、例えば家畜の糞尿、水産物の加工残渣、またはこれらの廃棄物を１種または２種以上が混合したものとして定義してもよい。

また、この窒素化合物を含有する物質としての農林水産副産物として、魚粉を用いるようにしてもよい。この魚粉には、ニシン、いわし、雑魚等の生魚を煮沸した後、圧搾して水分及び脂肪の大部分を除去した魚かすを乾燥粉砕、若しくは干した魚を砕いたものである。ちなみに、この魚粉は、生魚の煮沸前、或いは煮沸後に発酵分解させた発酵魚かすもある。ここで魚かすとは肉質の多い身かすを指し、可食部を除去した後の骨の多いものは荒かすと呼ばれる。この魚粉は、窒素やリン酸を含み、有機肥料として用いられる。以下の説明では、この窒素化合物を含有する物質として魚粉を利用する場合を例にとり説明をする。

このような鉄鋼スラグからは、図３に示すように二価鉄（Fe²⁺）が溶出する。また、この魚粉としての窒素化合物は、分解する過程でアンモニア化成を起こし、アンモニアを生成するとともに、リンと窒素とを溶出させる。

鉄鋼スラグ中に存在する遊離したＣａＯは、（１）式のように水酸化カルシウムとして溶出することが知られている。
CaO+H₂O→Ca(OH)₂・・・・・・・・・（１）

海水中に施肥する場合には、窒素化合物を含有する物質から供給されるアンモニアが海水中の塩素にNH₄Clとして固定されるが、このCa(OH)₂が以下の（２）式に基づいてアンモニアを分離する。

2NH₄Cl+Ca(OH)₂→2NH₄OH(=2(NH₃+H₂O))+CaCl₂・・・・・・・・・（２）

これにより、淡水、海水を問わず、（３）式のように、窒素化合物を含有する物質がアンモニア化成することにより供給されるアンモニアと、鉄（二価鉄）との間で錯イオンが形成される。

Fe²⁺＋6（NH₃）→[Fe（NH₃）₆] ²⁺・・・・・・・・・（３）

即ち、鉄鋼スラグを導入することにより、生物の必須元素である鉄分のうち、生物自身が容易に吸収可能な二価鉄を溶出させることができるが、これは自然界において極めて不安定であり、二価鉄自身が酸化して海洋生物が摂取不可能な状態となりやすい。しかし、本発明においては、この二価鉄とアンモニアとの錯イオンを作り出すことができ、二価鉄を安定化させた状態で維持することが可能となる。この錯イオンは、可溶性であり、また酸化せずに浮遊することになり、フルボ酸鉄と同様に酸化しにくい安定的な状態の二価鉄を作り出すことができる。

ちなみに、この錯イオンは、金属イオンに対して配位子と呼ばれる分子やイオンが結合したものをいい、金属イオンとして二価鉄イオンが、配位子としてアンモニアの如き中性分子が配位することになる。

このようにして、この施肥材料１からは、安定的な錯イオンからなる鉄系肥料分と、リン、窒素からなる有機系肥料分を溶出させることが可能となる。この鉄系肥料分は海洋生物にとって必須の栄養成分であり、またリン、窒素からなる有機系肥料分も海洋生物が十分に生育するために必要な栄養成分といえる。この施肥材料１では、この鉄系肥料分と有機系肥料分とをバランスよく海洋生物に供給することができることから、海岸及び海底に生息する海藻類等を始めとした海洋生物の育成力そのものを大幅に向上させることが可能となる。

特に、この鉄鋼スラグは、製鉄の過程で得られる副産物であるため、大量に調達することができ、またこれらを廃棄することなく資源として有効に活用できる途を切り開くことができる点において有用となる。

以下、本発明を適用した施肥材料１における効果を従来例と比較検討すべく実海域実験を行った結果につき、図４を用いて説明をする。

先ず、本発明を適用した施肥材料１のサンプルＡとして、鉄鋼スラグとして製鋼スラグを利用し、また窒素化合物を含有する物質として魚かすを利用した施肥材料１を調製する。また、比較検討用の従来例のサンプルとして、魚かすのみからなるサンプルＢ１と、製鋼スラグのみからなるサンプルＢ２と、製鋼スラグと腐植物質とを含むサンプルＢ３とを調製した。ちなみに、サンプルＡ、サンプルＢ３については、製鋼スラグと他の材料とを容積比で１：１となるように混ぜ合わせた。

これら調製した各サンプルＡ、Ｂ１〜Ｂ３は、５ｔづつ、海岸部に埋設した。この埋設する海岸部は、北海道日本海側にある一の海岸を利用し、波打ち際の１．５ｍの深さに穴を掘り、そこで各サンプルＡ、Ｂ１〜Ｂ３をそれぞれ埋設する。ちなみに、この埋設する各サンプルＡ、Ｂ１〜Ｂ３に加え、さらに何ら肥料を埋設しない無施肥サンプルＣも測定対象として加えた。

実際の測定は、各サンプルＡ、Ｂ１〜Ｂ３を埋設した埋設箇所及び無施肥サンプルＣの対象位置の海側前方３０ｍまでを１０ｍ毎に３地点に亘って測定した。実際の測定では、ホソメ昆布質重量（ｇ／ｍ^２）、ホソメ昆布本数（Ｎ／ｍ^２）、アンモニア態窒素（ｍｏｌ／ｌ）、リン酸態リン（ｍｏｌ／ｌ）を測定した。

その結果、サンプルＡは、無施肥サンプルＣと比較して、ホソメ昆布質重量並びにホソメ昆布本数は、１０倍以上になることが分かった。また魚かすのみで構成したサンプルＢ１、製鋼スラグのみから構成したサンプルＢ２と比較しても、ホソメ昆布質重量は大きく、またホソメ昆布本数は多くなることがわかった。サンプルＢ１から鉄系肥料分は溶出し、またサンプルＢ２から有機系肥料分も溶出するが、本発明では、鉄系肥料分と有機系肥料分の双方がバランスよく溶出させることができることから、これらの相乗効果と考えられる高い施肥効果が得られ、ホソメ昆布を始めとした各海洋生物の育成をより促進させることが可能となる。

また、本発明を適用したサンプルＡは、従来例としての製鋼スラグと腐植含有物質とからなるサンプルＣとの比較においても、ホソメ昆布の育成がより促されていることが示されている。このサンプルＣとして具体化される従来例では、腐植土壌を常に調達していかなければならないため、労力とコストの負担が増大していたが、本発明を適用した施肥材料１では、腐植土壌を用いることなく、魚かすを始めとした農林水産副産物を利用すれば足りるため、材料のコストそのものを低減させることができることに加え、ホソメ昆布の育成をより促進させることができる。

なお、上述した施肥材料１の原料として、鉄鋼スラグを用いる場合を例にとり説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、例えば二価鉄を含有する物質であれば、これをいかなる原料に代替してもよい。また、上述した利用例において、鉄鋼スラグ、又は窒素化合物を含有する物質のいずれか一方のみを袋体３に充填するようにしてもよいことは勿論である。

本発明を適用した施肥材料１が適用される環境につき説明するための図である。 本発明を適用した施肥材料１が適用される環境につき説明するための他の図である。 本発明を適用した施肥材料の生成プロセスを示す図である。 本発明を適用した施肥材料における効果を従来例と比較検討すべく実海域実験を行った結果につき示す図である。

符号の説明

１ 施肥材料
２ 海底面
３ 袋体
４ 地盤
５ 容器

Claims (6)

1. 鉄鋼スラグと、アンモニア化成する窒素化合物を含有する物質とからなる海域用施肥材料であって、
   鉄鋼スラグから供給される二価鉄（Fe ²⁺ ）とアンモニア化成する窒素化合物から供給されるアンモニア(NH ₃ )との間でつくられる可溶性の錯イオン[Fe(NH ₃ ) ₆ ] ²⁺ からなる鉄系肥料分と、窒素化合物中のリン、窒素からなる有機系肥料分を同時に生物に供給することを特徴とする施肥材料。
2. 上記窒素化合物は、農林水産副産物であることを特徴とする請求項１に記載の施肥材料。
3. 上記窒素化合物は、魚粉であることを特徴とする請求項１に記載の施肥材料。
4. 上記請求項１〜３のいずれかに記載の施肥材料を透水性の袋体および／または容器に充填し、これを海中、海岸の地盤上、海岸の地中の何れかに設置することを特徴とする施肥方法。
5. 上記請求項１〜３のいずれかに記載の施肥材料を海底または海岸の地中に埋設することを特徴とする施肥方法。
6. 鉄鋼スラグと、アンモニア化成する窒素化合物を含有する物質のうちの一方を透水性の袋体及び／又は容器に充填し、これを海中、海岸の地盤上、海岸の地中の何れかに設置し、他方をその近傍に設置することを特徴とする施肥方法。

Images