JP6204136B2 - ケイ酸質肥料および水稲の育苗方法 - Google Patents

Description

本発明は、ケイ酸質肥料、および、該ケイ酸質肥料を用いた水稲の育苗方法に関する。

ケイ酸は、水稲の健全な生育（例えば、いもち病の予防）のために有用である。このため、各種のケイ酸質肥料が、水稲栽培に用いられている。中でも、軽量気泡コンクリートの廃材の粉砕物からなる肥料（軽量気泡コンクリート粉末肥料）は、廃棄物の有効利用の観点から、好ましく用いられている。なお、軽量気泡コンクリート粉末肥料は、多孔質ケイ酸カルシウムを主成分として含むものである。
しかし、軽量気泡コンクリート粉末肥料を、水稲育苗培土の肥料として単独で施用した場合、施用後の培土のｐＨが、水稲育苗の最適なｐＨである４．５〜５．５の範囲を超えてしまうという問題がある。
この問題を解消するために、軽量気泡コンクリート粉末肥料に酸性材料を加えることが知られている。

一例として、リン酸、硫酸等の無機酸や有機酸からなるｐＨ調整剤を、多孔質ケイ酸カルシウムに加えて、多孔質ケイ酸カルシウムのｐＨを３．５〜８．０に調整し、このｐＨ調整後の多孔質ケイ酸カルシウムを水稲育苗用の床土または覆土に施用する技術が、知られている（特許文献１）。
他の例として、ｐＨ（５％スラリー）が３．０〜８．０である粒状のシリカ（シリカゲルまたはシリカゾル）を、イネ科植物の苗床の土壌に混和する技術が、知られている（特許文献２）。

特開平１１−１３７０７４号公報 特開平１１−１５７９６７号公報

上述の特許文献１に記載された技術では、ｐＨの調整のためのリン酸、硫酸等の酸が、液状であるため、多孔質ケイ酸カルシウムの中に酸を均一に分布させることが困難である。また、酸が液状であるため、ｐＨ調整後の多孔質ケイ酸カルシウムを乾燥させる必要もある。さらに、酸として硫酸を用いる場合、多孔質ケイ酸カルシウムのケイ酸溶出能が低下するため、十分な量のケイ酸を供給するには、水稲育苗用の床土または覆土に、ｐＨ調整後の多孔質ケイ酸カルシウムを大量に施用しなければならない。

上述の特許文献２に記載された技術では、シリカゲルまたはシリカゾルを用いているため、コストが高いという問題がある。
本発明の目的は、容易にかつ低コストで製造することができ、また、成分組成にムラが少なく、均一性に優れており、さらに、少量の配合でも水稲等の作物の生育の健全化の効果が大きいケイ酸質肥料、および、該ケイ酸質肥料を用いた水稲の育苗方法を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ケイ酸カルシウム水和物を主成分として含む、多孔質でかつ粉粒状のケイ酸質材料と、粉粒状の酸性材料を混合してなるケイ酸質肥料によれば、容易にかつ低コストで製造することができ、また、水稲等の作物の生育の健全化の効果が大きいことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］ ケイ酸カルシウム水和物を主成分として含む、多孔質でかつ粉粒状のケイ酸質材料（例えば、軽量気泡コンクリートの廃材の粉砕物）と、粉粒状の酸性材料（例えば、硫酸第一鉄・１水和物の市販品）を混合してなることを特徴とするケイ酸質肥料。
［２］ 上記酸性材料が、硫酸塩、硝酸塩および塩化物から選ばれる一種以上からなる、上記［１］に記載のケイ酸質肥料。
［３］ 上記ケイ酸質材料が、軽量気泡コンクリートからなる、上記［１］または［２］に記載のケイ酸質肥料。
［４］ 上記ケイ酸質材料と上記酸性材料の合計量中の上記酸性材料の割合が、５〜７０質量％である、上記［１］〜［３］のいずれかに記載のケイ酸質肥料。
［５］ 上記［１］〜［４］のいずれかに記載のケイ酸質肥料を、水稲育苗培土に施用することを特徴とする水稲の育苗方法。
［６］ 上記ケイ酸質肥料の施用後の水稲育苗培土のｐＨが４．５〜５．５の範囲内となるように、上記ケイ酸質肥料を構成する上記ケイ酸質材料および上記酸性材料の質量比、および、上記ケイ酸質肥料の施用量を定める、上記［５］に記載の水稲の育苗方法。

本発明のケイ酸質肥料は、ｐＨ調整用の材料として、粉粒状の酸性材料を含むので、リン酸等の液状の酸性材料を含む場合に比べて、容易に製造することができる。具体的には、ケイ酸質材料と酸性材料の混合に要するエネルギーおよび時間を削減することができる。
また、本発明のケイ酸質肥料は、２種の粉粒状の材料を含むので、例えば粉粒状の材料と液状の材料を用いる場合に比べて、成分組成にムラが少なく、均一性に優れている。このため、本発明のケイ酸質肥料を施用した場合における水稲等の作物の生育の健全化の効果を、作物全体に均等に与えることができる。

また、本発明のケイ酸質肥料は、ケイ酸カルシウム水和物を主成分として含む多孔質でかつ粉粒状のケイ酸質材料と、粉粒状の酸性材料を混合してなるので、少量の配合でも、水稲等の作物の生育の健全化の大きな効果を与えることができる。
さらに、本発明において、酸性材料として、硫酸第一鉄等を用いる場合、例えばシリカゲルからなる酸性材料を用いる場合に比べて、材料費が安価であり、低コストで本発明のケイ酸質肥料を製造することができる。

本発明のケイ酸質肥料は、ケイ酸カルシウム水和物を主成分として含む、多孔質でかつ粉粒状のケイ酸質材料と、粉粒状の酸性材料を混合してなるものである。
まず、本発明のケイ酸質肥料を構成する２つの必須材料の一方である、多孔質でかつ粉粒状のケイ酸質材料について説明する。
ケイ酸質材料の主成分であるケイ酸カルシウム水和物の例としては、トバモライト、ゾノトライト、ＣＳＨゲル、フォシャジャイト、ジャイロライト、ヒレブランダイト等が挙げられる。
このうち、トバモライトは、結晶性のケイ酸カルシウム水和物であり、Ｃａ₅・（Ｓｉ₆Ｏ₁₈Ｈ₂）・４Ｈ₂Ｏ（板状の形態）、Ｃａ₅・（Ｓｉ₆Ｏ₁₈Ｈ₂）（板状の形態）、Ｃａ₅・（Ｓｉ₆Ｏ₁₈Ｈ₂）・８Ｈ₂Ｏ（繊維状の形態）等の化学組成を有するものである。
ゾノトライトは、結晶性のケイ酸カルシウム水和物であり、Ｃａ₆・（Ｓｉ₆Ｏ₁₇）・（ＯＨ）₂（繊維状の形態）等の化学組成を有するものである。
ＣＳＨゲルは、αＣａＯ・βＳｉＯ₂・γＨ₂Ｏ（ただし、α／β＝０．７〜２．３、γ／β＝１．２〜２．７である。）、例えば、３ＣａＯ・２ＳｉＯ₂・３Ｈ₂Ｏの化学組成を有するケイ酸カルシウム水和物である。
中でも、トバモライトは、後述する軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）の主成分であり、ＡＬＣの廃材の利用の促進に関わる観点から、本発明において好ましく用いられる。

本発明で用いるケイ酸質材料は、空隙部分（多孔質である粉粒体の内部の空隙の部分）を除く固相１００体積％中、好ましくは５０体積％以上、より好ましくは６０体積％以上の割合で、ケイ酸カルシウム水和物を含む。該割合が５０体積％以上であると、ケイ酸による作物に対する有益な作用を、より高めることができる。
本発明で用いるケイ酸質材料の空隙率（多孔質である粉粒体の体積に占める、該粉粒体の内部の空隙の割合）は、肥料としての効果（ケイ酸供給能）の向上、および、肥料としての使い易さの観点から、好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上、特に好ましくは７０％以上である。
なお、本明細書中、空隙率とは、粒体（例えば、軽量気泡コンクリートからなる粒体）の体積全体中に占めるすべての空隙の体積の総和の割合をいう。ここで、空隙とは、粒体の外部の空間と連通する連続的な空隙と、粒体の外部の空間と連通せずに粒体の内部にのみ形成される非連続的な空隙の両方を意味する。

本発明で用いるケイ酸質材料の粒度は、ケイ酸溶出能を高める等の観点から、好ましくは４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。
本発明で用いるケイ酸質材料の粒度分布は、ケイ酸溶出能を高める等の観点から、好ましくは、３ｍｍ以下の粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものであり、より好ましくは、１〜２ｍｍの粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものである。
本明細書中、粒度の値は、篩の目開き寸法に対応する値である。
また、本明細書中、「粉粒状」とは、粉状の材料（０．１ｍｍ未満の粒度を有するもの；粉体）の集合体、粒状の材料（０．１ｍｍ以上の粒度を有するもの；粒体）の集合体、または、粉状の材料および粒状の材料を含む集合体の形態を有することを意味する。また、「粉粒体」とは、粉体の集合体、粒体の集合体、または、粉体および粒体を含む集合体を意味する。

本発明で用いるケイ酸質材料の好ましい一例として、建築資材の廃材の再利用、および、肥料の施用の目的であるケイ酸の供給作用を有することの観点から、軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）の廃材を粉砕してなる粉粒状の材料が挙げられる。ここで、廃材とは、製品の廃材、製品の製造過程で生じる端材、工場内の試製品等を広く含むものである。
軽量気泡コンクリートの廃材を粉砕した後、必要に応じて、篩等の分級手段を用いて分級することによって、所望の粒度を有する多孔質でかつ粉粒状のケイ酸質材料を得ることができる。
軽量気泡コンクリートは、Ｃａ₅・（Ｓｉ₆Ｏ₁₈Ｈ₂）・４Ｈ₂Ｏの化学式で表されるトバモライト、および、未反応の珪石からなるものであり、８０体積％程度の空隙率を有する。
軽量気泡コンクリート中のトバモライトの割合は、コンクリートの内部の空隙部分を除く固相の全体を１００体積％として、６５〜８０体積％程度である。

次に、本発明のケイ酸質肥料を構成する２つの必須材料の残りの一方である、酸性材料について説明する。
酸性材料を構成する材料の例としては、塩化カリウム、塩化鉄、塩化アンモニウムなどの塩化物や、硝酸カリウム、硝酸アンモニウムなどの硝酸塩や、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アンモニウム、硫酸鉄などの硫酸塩などが挙げられる。
作物の生育に悪影響を与えないために肥料中の塩化物の含量に制限があること、および、硝酸イオン中の窒素は肥料の三要素の中の一つであり、培土に施用する肥料の量に影響を与えることから、酸性材料の中でも、硫酸塩が好ましい。
硫酸塩の中でも、アンモニウムイオン中の窒素は肥料の三要素の中の一つであり、培土に施用する肥料の量に影響を与えることから、硫酸鉄、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウムが好ましい。
硫酸鉄としては、特に限定されるものではなく、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４）無水和物、硫酸第一鉄１水和物、硫酸第一鉄７水和物、硫酸第二鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）無水和物、硫酸第二鉄９水和物などが挙げられる。
硫酸カルシウムとしては、特に限定されるものではなく、硫酸カルシウム無水和物、硫酸カルシウム半水和物、硫酸カルシウム２水和物などが挙げられる。
硫酸マグネシウムとしては、特に限定されるものではなく、硫酸マグネシウム無水和物、硫酸マグネシウム１水和物、硫酸マグネシウム７水和物などが挙げられる。
本発明で用いる酸性材料の例である硫酸鉄、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウムなどは、入手容易な市販品を使用することができる。
本発明で用いる酸性材料の粒度は、ケイ酸溶出能を高める等の観点から、好ましくは４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。
本発明で用いる酸性材料の粒度分布は、ケイ酸溶出能を高める等の観点から、好ましくは、３ｍｍ以下の粒度を有する粒体を８０質量％以上の割合で含むものであり、より好ましくは、２ｍｍ以下の粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものであり、特に好ましくは、１〜２ｍｍの粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものである。

本発明で用いる酸性材料の一例である硫酸第一鉄の市販品は、１〜２ｍｍの粒度を有するものや、２〜４ｍｍの粒度を有するものや、１ｍｍ未満の粒度を有するもの等が挙げられる。また、本発明で用いる酸性材料の一例である硫酸カルシウムの市販品は、３ｍｍ以下の粒度を有するものや、１ｍｍ以下の粒度を有するもの等が挙げられる。

本発明において、ケイ酸質材料と酸性材料の合計量中の酸性材料の割合は、ケイ酸質材料の種類や、酸性材料の種類や、本発明のケイ酸質肥料のｐＨ（目標として定めた値）等によっても異なり、特に限定されないが、好ましくは５〜７０質量％、より好ましくは１０〜６０質量％、さらに好ましくは２０〜５０質量％である。該割合が５質量％以上であると、本発明のケイ酸質肥料のｐＨを所望の値（例えば、水稲育苗の最適なｐＨである４．５〜５．５）に調整することが容易となる。該割合が７０質量％以下であると、ケイ酸質材料の配合割合が大きくなるので、本発明のケイ酸質肥料の単位質量当たりのケイ酸の供給量を増大させることができる。

本発明のケイ酸質肥料は、例えば、水稲育苗培土に施用するための肥料として用いることができる。
この場合、ケイ酸質肥料の施用後の水稲育苗培土のｐＨが４．５〜５．５の範囲内となるように、ケイ酸質肥料を構成するケイ酸質材料および酸性材料の質量比、および、ケイ酸質肥料の施用量を定めればよい。
例えば、ケイ酸質材料（例えば、軽量気泡コンクリートの廃材を粉砕してなる粉粒状の材料）と酸性材料（例えば、１〜２ｍｍの粒度を有する硫酸第一鉄の水和物の市販品であって、硫酸第一鉄の水和物の含有率が８０質量％以上のもの）を、質量比が３：１となるように混合して、ケイ酸質肥料を得た後、このケイ酸質肥料を、水稲育苗培土１００質量部当たり２質量部の量で施用することによって、水稲育苗培土のｐＨを４．５〜５．５の範囲内に調整することができる。

［実験例１］
水稲育苗培土１００質量部に対して、軽量気泡コンクリートの廃材を粉砕してなる粉粒状の材料（以下、ＡＬＣ粉粒体という。）を１．５質量部の添加量で添加して混合し、均一な組成を有するｐＨ調整前の混合物を得た。この混合物のｐＨは、５．７であった。
なお、ＡＬＣ粉粒体としては、１〜２ｍｍの粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものを用いた。
［実験例２］
ＡＬＣ粉粒体（実験例１と同じもの）と硫酸第一鉄・１水和物の市販品（粒度：１〜２ｍｍ、商品名：硫酸鉄・１水塩（Ｄタイプ）、製造元：富士チタン工業株式会社）を、質量比が８６：１４となるように混合して、ケイ酸質肥料を得た後、このケイ酸質肥料を、水稲育苗培土１００質量部当たり１．７５質量部の添加量で添加して混合し、均一な組成を有するｐＨ調整後の混合物を得た。この混合物のｐＨは、５．６であった。

［実験例３］
ＡＬＣ粉粒体と硫酸第一鉄・１水和物の市販品（以上、実験例１〜２と同じもの）を、質量比が７５：２５となるように混合して、ケイ酸質肥料を得た後、このケイ酸質肥料を、水稲育苗培土１００質量部当たり２質量部の添加量で添加して混合し、均一な組成を有するｐＨ調整後の混合物を得た。この混合物のｐＨは、５．４であった。
［実験例４］
ＡＬＣ粉粒体と硫酸第一鉄・１水和物の市販品（以上、実験例１〜２と同じもの）を、質量比が６０：４０となるように混合して、ケイ酸質肥料を得た後、このケイ酸質肥料を、水稲育苗培土１００質量部当たり２．５質量部の添加量で添加して混合し、均一な組成を有するｐＨ調整後の混合物を得た。この混合物のｐＨは、５．０であった。
以上から、ＡＬＣ粉粒体と硫酸第一鉄・１水和物の市販品の合計量中の硫酸第一鉄・１水和物の市販品の量の割合が２５〜４０重量％となるように混合したケイ酸質肥料を、水稲育苗培土１００質量部当たり２〜２．５質量部の添加量で添加した場合、添加後の混合物のｐＨは、水稲育苗の最適なｐＨである４．５〜５．５の数値範囲内に収まることがわかる。

［応用実験例１］
水稲育苗培土のみからなる培土を用いて、水稲を育苗したところ、苗１本当たりの地上部の乾物質量は、８．４ｍｇであった。また、苗の地上部のケイ酸の含有率は、３．４質量％であった。
［応用実験例２］
水稲育苗培土のみからなる培土に代えて、水稲育苗培土１００質量部に対して、ＡＬＣ粉粒体（実験例１と同じもの）を１．５質量部の添加量で添加し、かつ、硫酸第一鉄・１水和物の市販品（実験例２と同じもの）を０．５質量部の添加量で添加してなる培地を用いた以外は、応用実験例１と同様にして実験した。
その結果、苗１本当たりの地上部の乾物質量は、９．４ｍｇであった。また、苗の地上部のケイ酸の含有率は、６．２質量％であった。

［応用実験例３］
水稲育苗培土のみからなる培土に代えて、水稲育苗培土１００質量部に対して、ＡＬＣ粉粒体（実験例１と同じもの）を１．５質量部の添加量で添加し、かつ、硫酸カルシウムの市販品（主成分：硫酸カルシウム無水和物、粒度：３ｍｍ以下）を２．０質量部の添加量で添加してなる培土を用いた以外は、応用実験例１と同様にして育苗した。
その結果、苗１本当たりの地上部の乾物質量は、９．０ｍｇであった。また、苗の地上部のケイ酸の含有率は、６．１質量％であった。

［応用実験例４］
水稲育苗培土のみからなる培土に代えて、水稲育苗培土１００質量部に対して、シリカゲル（可溶性ケイ酸：９０％）を２．５質量部の添加量で添加してなる培地を用いた以外は、応用実験例１と同様にして実験した。
その結果、苗１本当たりの地上部の乾物質量は、９．３ｍｇであった。また、苗の地上部のケイ酸の含有率は、６．０質量％であった。

以上から、本発明のケイ酸質肥料を用いた場合（応用実験例２〜３）には、ケイ酸質肥料を用いない場合（応用実験例１）に比べて、苗１本当たりの地上部の乾物質量、および、苗の地上部のケイ酸の含有率が、大きいことがわかる。
また、本発明のケイ酸質肥料を用いた場合（応用実験例２〜３）には、ケイ酸質肥料としてコストが高いシリカゲルを用いた場合（応用実験例４）に比べて、苗１本当たりの地上部の乾物質量、および、苗の地上部のケイ酸の含有率がほぼ同等であることがわかる。

Claims (6)

1. ケイ酸カルシウム水和物を主成分として含む、多孔質でかつ粉粒状のケイ酸質材料と、粉粒状の酸性材料を混合してなり、かつ、液状の材料を含まないケイ酸質肥料であって、
   上記ケイ酸質材料は、軽量気泡コンクリートであって、３ｍｍ以下の粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものであり、
   上記酸性材料は、硫酸第一鉄であって、２ｍｍ以下の粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものであることを特徴とするケイ酸質肥料。
2. 上記ケイ酸質材料は、１〜２ｍｍの粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものであり、かつ、上記酸性材料は、１〜２ｍｍの粒度を有する粒体を７０質量％以上の割合で含むものである請求項１に記載のケイ酸質肥料。
3. 上記ケイ酸質材料と上記酸性材料の合計量中の上記酸性材料の割合が、２０〜５０質量％である請求項１又は２に記載のケイ酸質肥料。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のケイ酸質肥料を製造するための方法であって、
   上記ケイ酸質材料と上記酸性材料を、液状の材料を加えずに混合することのみによって、上記ケイ酸質肥料を得ることを特徴とするケイ酸質肥料の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のケイ酸質肥料を、水稲育苗培土に施用することを特徴とする水稲の育苗方法。
6. 上記ケイ酸質肥料の施用後の水稲育苗培土のｐＨが４．５〜５．５の範囲内となるように、上記ケイ酸質肥料を構成する上記ケイ酸質材料および上記酸性材料の質量比、および、上記ケイ酸質肥料の施用量を定める請求項５に記載の水稲の育苗方法。