(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物が生育するのに不可欠であるミネラル分が不足している陸域に対して適用する材料であって、ＣａＯが６.０重量％以上、７０重量％以下、Ｔ−Ｆｅが３.１重量％以上、Ｐ2Ｏ5が０.３重量％以上、Ａｌ2Ｏ3が４.８重量％以下であるミネラル含有物質と、キレート作用促進材を含んだイオン交換物質である人工腐植土の混合物とする人工ミネラル供給材であり、前記人工腐植土は、バーク堆肥、ピートモス、腐葉土、もしくは未分解の草木、樹木のチップ、または、工場、事業所から排出される排水、下水道終末処理場における下水、し尿、家畜排泄物のばっ気処理、発酵処理によって得られる汚泥及びその処理物の少なくとも１種以上が含まれる有機質資材を酸性液体で養生し生成された腐植土を１種または２種以上混合して使用されていることを特徴とする人工ミネラル供給材。
【請求項２】
ミネラル含有物質とキレート作用促進材を含んだイオン交換物質である人工腐植土の混合物のｐＨが８．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の人工ミネラル供給材。
【請求項３】
ミネラル含有物質は、鉄鋼スラグが含まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の人工ミネラル供給材。
【請求項４】
ミネラル含有物質は、炭酸化処理された鉄鋼スラグが含まれていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の人工ミネラル供給材。
【請求項５】
ミネラル含有物質は、ミネラル補填材が含まれていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の人工ミネラル供給材。
【請求項６】
キレート作用促進材を含んだイオン交換物質である人工腐植土は、酸性を示す固体もしくは液体が含まれていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の人工ミネラル供給材。
【請求項７】
キレート作用促進材を含んだイオン交換物質である人工腐植土は、陽イオン交換容量が高い物質、もしくは陰イオン交換容量が高い物質を１種、または２種以上配合されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の人工ミネラル供給材。
【請求項８】
イオン交換物質は、Ｃ／Ｎ比で１０以上、有機物含有量が７０％以上、ｐＨが−１．１〜９．０、電気伝導度が２．０ｍＳ／ｃｍ以下の値のものが含まれていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の人工ミネラル供給材。
【請求項９】
ミネラル含有物質とキレート作用促進材を含んだイオン交換物質である人工腐植土の混合物を、ゲル化剤、安定剤、増粘剤・糊料を１種類以上を用いることによってゲル状にしたものを用い、該混合物からのミネラル分の溶出・抽出量を調整し保持することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の人工ミネラル供給材。
【請求項１０】
ミネラル含有物質とキレート作用促進材を含んだイオン交換物質である人工腐植土の混合物を、Ｃ４植物資源由来のプラスチックで成型したものを用い、該混合物からのミネラル分の溶出・抽出量を調整し保持することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の人工ミネラル供給材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミネラル含有物質とイオン交換物質が含まれている混合物を人工ミネラル供給材とし、ミネラル含有物質から溶出・抽出するミネラル分をイオン交換物質で吸着し植物に供給することで、効率的に緑化できる方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
公共工事や酸性雨等によって日本全土の土中には、植物に必要なミネラル分が不足している地域がある。従来、このようなミネラルが不足している地域においては、鉄鋼スラグを肥料として使用されているが、多量の鉄鋼スラグを使用すると、植物の成長を阻害させてしまう等の課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６５４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の課題を解決するべく、例えば特許文献１では、土が酸性を示す切土法面上に、鉄鋼スラグ等のアルカリ資材を敷設して客土を充填し植栽する方法を実現している。このように酸性を示す土において鉄鋼スラグで盛土することで、鉄鋼スラグから溶出されるアルカリ水は酸性を示す土と中和し、機能不全となっている土壌構造を改良することが可能である。しかしながら、多量に鉄鋼スラグを永年使用すると、アルカリ水による植物の成長を阻害する問題は解決されておらず、また、鉄鋼スラグから溶出されるミネラル分を植物へ供給するものは示されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った結果、ミネラル含有物質から溶出されるカルシウム、シリカ、リン、鉄等の植物の生育に必要なミネラル分を溶存態としてイオン交換物質に吸着させることで、植物へ供給されやすくなることを見出し、自然循環機能を促進させ中長期においてその機能が低下しない発明を完成した。
【０００６】
本発明の第１は、人工ミネラル供給材において、植物が生育するのに不可欠であるミネラル分が不足している陸域に対して適用する材料であって、ＣａＯが６．０質量％以上７０質量％以下、Ｔ−Ｆeが３．１質量％以上、Ｐ２Ｏ５が０．３質量％以上、Ａｌ２Ｏ３が４．８質量％以下であるミネラル含有物質と、イオン交換物質の混合物であることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の第２は、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物のｐＨが８．５以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第３は、第１又は第２の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質は、鉄鋼スラグが含まれていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第４は、第１から第３までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物は、炭酸化処理された鉄鋼スラグが含まれていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第５は、第１から第４までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質は、ミネラル補填材が含まれていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第６は、第１から第５までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質は、キレート作用促進材が含まれていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第７は、第１から第６までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、キレート作用促進材は、酸性を示す固体もしくは液体が含まれていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第８は、第１から第７までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質は、人工腐植土、もしくは人工腐植土から溶出・抽出された液体が含まれ、イオン交換機能を有していることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第９は、第１から第８までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、人工腐植土は、バーク堆肥、ピートモス、腐葉土、もしくは未分解の草木、樹木のチップ、または、工場、事業所から排出される排水，下水道終末処理場における下水、し尿、家畜排泄物のばっ気処理、発酵処理によって得られる汚泥及びその処理物の少なくとも１種以上が含まれる有機質資材を酸性液体で養生し生成された腐植土を１種または２種以上混合して使用されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第１０は、第１から第９までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質は、陽イオン交換容量が高い物質、もしくは陰イオン交換容量が高い物質を１種、または２種以上配合されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第１１は、第１から第１０までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質は、Ｃ／Ｎ比で１０以上、有機物含有量が７０％以上、ｐＨが−１．１〜９．０、電気伝導度が２．０ｍＳ／ｃｍ以下の値のものが含まれていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第１２は、第１から第１１までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物を、ゲル化剤、増粘剤・糊料、安定剤を１種類以上使用することによってゲル状にしたものを用い、該混合物からのミネラル分の溶出・抽出量を調整し保持することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第１３は、第１から第１２までのいずれか１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物を、Ｃ４植物由来のプラスチックで成型したものを用い、該混合物からのミネラル分の溶出・抽出量を調整し保持する特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記の構成であるから、ミネラル含有物質の成分は、植物に供給できる栄養素の観点から、ミネラル含有物質のＣａＯが火成岩の平均５．１質量％よりも高い６．０質量％以上７０質量％以下、また、Ｔ−Ｆeが火成岩の平均の３．１質量％よりも高い３．１質量％以上、また、Ｐ２Ｏ５が火成岩の平均の０．３質量％よりも高い０．３質量％以上、さらに、Ａｌ２Ｏ３は堆積岩である砂岩平均の４．８質量％よりも低い４．８質量％以下になるような材料であれば良い。これらの成分を含むミネラル含有物質とイオン交換物質からなる人工ミネラル供給材は、ミネラル含有物質から溶出・抽出するミネラル分が植物に有用な成分を含んでおり、さらにイオン交換物質の存在でミネラル分が溶存態として保持でき、植物が吸収しやすい状態でミネラル分を吸収することが可能となる。
【００２０】
また、本発明は、ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物のｐＨが８．５以下であることを特徴とする。ミネラル含有物質とイオン交換物質からなる人工ミネラル供給材は、ｐＨ＝８．５以下の場合において、カルシウム、マグネシウム、ケイ素、リン、鉄等のミネラル分がイオン交換物質で保持され、溶存態として多く存在させることが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上記第１の発明に係る人工ミネラル供給材にあっては、植物が生育するのに不可欠であるミネラル分が不足している陸域に対して適用する材料であって，ＣａＯが６．０質量％以上７０質量％以下、Ｔ−Ｆeが３．１質量％以上、Ｐ２Ｏ５が０．３質量％以上、Ａｌ２Ｏ３が４．８質量％以下であるミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物であることを特徴とする。ミネラル含有物質の成分は、植物に供給できる栄養素の観点から、ミネラル含有物質のＣａＯが火成岩の平均５．１質量％（京都大学学術出版会：土とは何だろうか？）よりも高い６．０質量％以上７０質量％以下、また、Ｔ−Ｆeが火成岩の平均の３．１質量％（京都大学学術出版会：土とは何だろうか？）よりも高い３．１質量％以上、また、Ｐ２Ｏ５が火成岩の平均の０．３質量％（京都大学学術出版会：土とは何だろうか？）よりも高い０．３質量％以上、さらに、Ａｌ２Ｏ３は堆積岩である砂岩平均の４．８質量％（京都大学学術出版会：土とは何だろうか？）よりも低い４．８質量％以下になる様な材料であれば良い。これらの成分を含むミネラル含有物質とイオン交換物質からなる人工ミネラル供給材は、ミネラル含有物質から溶出・抽出するミネラル分が植物に有用な成分を含んでおり、さらにイオン交換物質の存在でミネラル分が溶存態として保持でき、植物が吸収しやすい状態でミネラル分を吸収することが可能となる。
【００２２】
本発明の第２にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物のｐＨが８．５以下であることを特徴とする。ミネラル含有物質とイオン交換物質からなる人工ミネラル供給材は、ｐＨ＝８．５以下の場合において、カルシウム、マグネシウム、ケイ素、リン、鉄等のミネラル分がイオン交換物質で保持され、溶存態として多く存在させることが可能である。ｐＨ＝８．５を超えるとミネラル分は、析出してしまいイオン交換物質で溶存態として保持されにくくなり、急激に植物の成長を阻害してしまうため好ましくない。
【００２３】
本発明の第３にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質は、鉄鋼スラグが含まれているものである。鉄鋼スラグとは、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等の高炉から出滓された高炉スラグ、溶銑予備処理スラグ（脱硫スラグ、脱珪スラグ、脱リンスラグ）、転炉スラグ、電気炉スラグ、ステンレススラグ等の溶鋼を溶製するために利用するあらゆる精錬容器で形成されたスラグである。
【００２４】
本発明の第４にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質は、炭酸化処理された鉄鋼スラグが含まれているものである。鉄鋼スラグは植物の栄養源となるカルシウム分を多く溶出・抽出させることが可能であるが、鉄鋼スラグ中の未滓化カルシウムを二酸化炭素含有ガスと接触させ炭酸化反応を行い、炭酸カルシウムにさせた炭酸化処理後の鉄鋼スラグをミネラル含有物質として使用することで、カルシウム以外にマグネシウム、ケイ素、リン、鉄等のミネラル分を効率良く溶出・抽出させることが可能となる。
【００２５】
本発明の第５にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル補填材が含まれている特徴を持つ。ミネラル補填材は、ミネラル含有物質中に含まれることで、ミネラル分を選択的に多く溶出・抽出させることを可能とする。ミネラル補填材として、例えば、鉄鋼ダスト、貝殻、石灰等のカルシウムを含む無機物、有機物、また、鉄鉱石、鋼、鉄粉等の鉄分を含んだ物質、また、リンを含む無機物、有機物が挙げられるがこれらに限定されない。
【００２６】
本発明の第６にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質は、キレート作用促進材が含まれているものである。キレート作用促進材を人工ミネラル供給材へ含有させることで、ミネラル含有物質から溶出するミネラル分をイオン交換物質で吸着させる効果を促進させる。
【００２７】
本発明の第７にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、キレート作用促進材は、酸性を示す固体、もしくは液体であればよく、例えば、人工腐植土、バーク堆肥、腐葉土、赤土等のような酸性を示す土でもよく、木酢液、竹酢液等の酢液、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸等の無機酸、酢酸、クエン酸等のカルボン酸基を有する化合物、リン酸、ホスホン酸等の有機リン化合物、スルホン酸基を有する化合物のような酸性を示す液体などが挙げられ、これらに限定されない。
【００２８】
本発明の第８にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質は、人工腐植土、もしくは人工腐植土から抽出された液体が含まれ、イオン交換機能を有していることを特徴とする。
【００２９】
本発明の第９にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質の一例として使用する人工腐植土は、バーク堆肥、ピートモス、腐葉土、もしくは未分解の草木、樹木のチップ、または、工場、事業所から排出される排水，下水道終末処理場における下水、し尿、家畜排泄物のばっ気処理、発酵処理によって得られる汚泥及びその処理物の少なくとも１種以上が含まれる有機質資材を酸性液体で養生し生成された腐植土を１種または２種以上混合して使用することが好ましい。人工腐植土を製造するために必要な酸性液体は、酸性を有する液体であれば良く、例えば木酢液、竹酢液等の酢液、塩酸、硫酸、硝酸、等の無機酸、酢酸、クエン酸等のカルボン酸基を有する化合物、リン酸、ホスホン酸等の有機リン化合物、スルホン酸基を有する化合物等が挙げられ、これらに有機質資材を浸すことで短時間で腐植物含有量を高めることが可能である。
【００３０】
本発明の第１０にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質は、バーク堆肥、腐葉土、赤土、ピートモス、ゼオライト、パーライト、バーミキュライト等の陽イオン交換容量が高い物質、もしくは陰イオン交換容量が高い物質を１種、または２種以上配合されているものであり、これらをミネラル含有物質に配合させることで、人工ミネラル供給材から溶出されるミネラル分を溶存態として保持させることが可能となる。
【００３１】
本発明の第１１にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、イオン交換物質は、土壌中の全炭素に対する全窒素の含有比率つまりＣ／Ｎ比が１０以上、有機物含有量が７０％以上、ｐＨ（Ｈ２Ｏ）が−１．１〜９．０、土壌中の硝酸態窒素、塩素等の濃度を示す電気伝導度が２．０ｍＳ／ｃｍ以下の値のものを用いる。
【００３２】
本発明の第１２にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物を、ゲル化剤、増粘剤・糊料、安定剤によってゲル状にしたものを用い、添加量で重量比１〜５０％混合することで該混合物からのミネラル分の溶出・抽出量を調整し保持することを特徴とする。
ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物をゲル化することで、人工ミネラル供給材から溶出・抽出されるミネラル分を調整することが可能であり、さらに長期的に動植物へミネラル分の供給させることが可能である。
ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物をゲル化させる方法としては、アルギン酸エステル等のアルギン酸塩、ゼラチン、寒天、カラギーナン、ペクチン等の動植物性由来の粘液質、デンプン、セルロース、グリコーゲン等の増粘剤・糊料、ペンナイト，ガム等の安定剤を用いることで可能となる。
【００３３】
本発明の第１３にあっては、第１の発明に係る人工ミネラル供給材において、ミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物を、光合成でより効率的にＣＯ２を固定するトウモロコシ、サトウキビ、ソルガム、ススキ、キビ、シコクビエ、ギニアグラス、ローズグラス、ニクキビ等のＣ４植物資源由来のプラスチックで成型したものを用いることで微生物による分解スピードを調節でき、該混合物からのミネラル分の溶出・抽出量を調整し保持することを特徴とする。天然植物資源由来のプラスチックは、最終的に水と二酸化炭素に完全に分解するため、通常のプラスチックに比べて自然環境への負担が少ない。
【実施例】
【００３４】
ミネラル含有物質として脱リンスラグと炭酸化処理された脱リンスラグ（以下、「炭酸化スラグ」と称する。）を採用した。各々の物性値を[表１]に示す。また、イオン交換物質として人工腐植土を選択した。人工腐植土は樹木のチップを木酢液に浸漬させた人工的な腐植土壌である。
【表１】
0006012127.tif 000002
【００３５】
さらに、本発明による効果を検証するために、配合条件を変えた人工ミネラル供給材を土壌に施肥した後、植物の種を播種し、成長量とクロロフィル蛍光反応を比較した。
【実施例１】
【００３６】
ミネラル供給物質として脱リンスラグ、イオン交換物質として人工腐植土を選択し、各々の配合比を変えた人工ミネラル供給材を作成し、ｐＨを測定した。また、その人工ミネラル供給材を施肥した土壌に、トールフェスクを播種し、５ヶ月後の成長量と植物の活力度の一つの指標であるクロロフィル蛍光反応を測定した。クロロフィル蛍光反応は植物に与えた光エネルギーに対して、どれだけの光を光合成に活用したかを表す比率である。
その条件及び結果を[表２]に示す。
比較例１に対し、実施例１−１〜３の全ての植物において、成長量とクロロフィル蛍光反応の増加が確認できた。また、実施例１−４では、クロロフィル蛍光反応の増加が確認できた。
【００３７】
【表２】
0006012127.tif 000003
【実施例２】
【００３８】
ミネラル供給物質として炭酸化スラグ゛、イオン交換物質として人工腐植土を選択し、各々の配合比を変えた人工ミネラル供給材を作成し、ｐＨを測定した。また、その人工ミネラル供給材を施肥した土壌に、トールフェスクを播種し、１ヶ月後の成長量を測定した。
その条件及び結果を[表３]に示す。比較例２に対し、実施例２−２〜４では、成長量とクロロフィル蛍光反応の増加が確認された。また、実施例２−１では、クロロフィル蛍光反応の増加が確認できた。
【００３９】
【表３】
0006012127.tif 000004
【実施例３】
【００４０】
本発明による人工ミネラル供給材からミネラル溶出がなされていることを確認するために溶出試験を実施した。
【００４１】
以上述べた脱リンスラグ、炭酸化スラグ、人工腐植土を、それぞれ配合して試料を作成した。その試料を[表４]に示す。
溶出試験は、作成した試料４０gを透水性のある布に詰め、純水４００gに浸漬し、撹拌機を用いて６０rpmで２４時間以上撹拌を行った。溶出試験終了後、その溶媒の溶出成分の分析を行った。Ｐ、ＳｉはＩＣＰ−ＡＥＳ、Ｃａ2+、Ｍg2+はイオンクロマトグラフィ、Ｆe2+は吸光光度法で分析を行った。その結果を[表４]に示す。人工ミネラル供給材よりＰ、Ｓi、Ｃa2+、Ｍg2+、Ｆe2+ が溶出していることを確認できた。
【００４２】
【表４】
0006012127.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によって、公共工事や酸性雨等によって植物に必要なミネラル分が不足している地域において、減少・消失した自然循環機能を効率良く回復させることができる。