(57)【要約】【課題】植物の生育を促進する堆肥の製造方法、及び当該方法により製造される堆肥を提供する。【解決手段】家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と、リン（P）とカリウム（K）の合計量と比較して窒素（N）の方が含有量が高い有機物を混合し原料混合物とする工程、及び該原料混合物を発酵させる工程を有する堆肥の製造方法、及び当該方法により製造される堆肥。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と、リン（P）とカリウム（K）の合計量と比較して窒素（N）の方が含有量が高い有機物を混合し原料混合物とする工程、及び該原料混合物を発酵させる工程を有する堆肥の製造方法。
【請求項２】
前記家畜糞尿が馬糞尿、牛糞尿及、豚糞尿、鶏糞尿、及び羊糞尿からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記植物性廃棄物がバーク、籾殻、おが屑、チップ、わら、落ち葉、及び刈り草からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記有機物のリン（P）とカリウム（K）の合計量に対する窒素（N）の重量比が１〜１０である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記有機物が、大豆カス、油カス、魚粉、タンパク質、ペプチド、及びアミノ酸からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
製造される堆肥の硝酸態窒素：水溶性リン酸：水溶性カリウムの重量比が、１：［１〜１０］：［１〜１０］であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法により製造される堆肥。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高品質堆肥の新規作製方法、当該方法により製造される堆肥に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学合成技術の発展により、戦後、化学肥料を用いた農法が広く行われてきた。しかし、消費者の安全・安心な農作物に対する要望の高まりや、持続可能な農業生産のため、有機農法や自然農法への転換が各地で進められている。
【０００３】
また、日本の食糧自給率の低下が懸念されて久しいが、食糧となる植物を育てるために必要な化学肥料の原料(石油、石炭、リン鉱石、カリ鉱石)も海外からの輸入に依存しているのが現状である。このような状態でたとえ食糧の増産に成功したとしても、本当の意味での食糧自給率の問題が解消したとは言えない。そのため、食糧自給率の問題の観点からも、国内で自給が可能な堆肥を使用する有機農法への転換が必要と考えられる。
【０００４】
堆肥中の肥料成分には、植物が直接吸収可能な形態（肥効が速効性である）、及び土壌微生物の分解作用によって植物が吸収可能となる形態（肥効が緩効性である）が存在する。植物に即効性を示す堆肥中の肥料成分は、硝酸態窒素、水溶性リン酸及び水溶性カリウムであり、緩効性の肥料成分は、アンモニア態窒素、可給態リン酸、有機態リン酸、交換性カリウム、固定カリウムである。このような緩効性の肥料成分が植物に吸収されるためには、土壌微生物による分解作用が不可欠である。
【０００５】
更に、従来の堆肥は経験的に作製されているため、植物肥料バランス（窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）の割合）が植物に適していない堆肥が含まれることから、堆肥を施用した有機農法は農作物収量が予測できないものであり、堆肥が広まらない一因となっていた。そして、農作物の至適生育あるいは生産量増大のために、堆肥に対しては化学肥料の併用が一般的に行われている。また、特に馬糞堆肥は、肥料バランスが良くないため、植物の生育を促進できず有効利用できないという問題があった。
【０００６】
このような問題に対して、特許文献１には、植物質含有有機肥料粒子と、難水溶性リン酸質肥料及び尿素−脂肪族アルデヒド縮合物を含有する粒子を混合して使用することによって、植物質含有肥料の無機化が促進されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１０４８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、植物の生育を促進する堆肥の製造方法、及び当該方法により製造される堆肥を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般的な農作物に対する肥料の成分は、窒素（N）：リン（P）：カリウム（K）=１：１：１が理想とされている。しかしながら、本発明者らの分析によると、従来の堆肥に含まれる窒素（Ｎ）含有量はリン（Ｐ）及びカリウム（Ｋ）含有量と比較して1/10〜1/100程度であるということが分かった。このため、経験的に作製された従来の堆肥は、窒素成分の含有量が顕著に低く、窒素（Ｎ）：リン（Ｐ）：カリウム（Ｋ）のバランスが悪くなっていた。従って、従来の堆肥のみを用いて植物生育に至適な肥料バランスを維持することは困難である。例えば、従来の堆肥を窒素の施肥基準相当量施肥した場合、リン（Ｐ）及びカリウム（Ｋ）の施肥量が過剰となる。
【００１０】
本発明者らは、高濃度の窒素成分を有する有機物（大豆カス、油カス、魚粉、タンパク質、ペプチド、アミノ酸など）を窒素源として使用し、糞尿を含む有機物(馬糞など)と当該有機物を混合するだけではなく、更に発酵させることにより、植物の生育を促進させる高品質新規堆肥とすることができるという知見を得た。本発明は、これら知見に基づき、更に検討を重ねて完成されたものであり、次の製造方法及び堆肥を提供すものである。
【００１１】
項１．家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と、リン（P）とカリウム（K）の合計量と比較して窒素（N）の方が含有量が高い有機物を混合し原料混合物とする工程、及び該原料混合物を発酵させる工程を有する堆肥の製造方法。
【００１２】
項２．前記家畜糞尿が馬糞尿、牛糞尿及、豚糞尿、鶏糞尿、及び羊糞尿からなる群から選択される少なくとも１種である、項１に記載の方法。
【００１３】
項３．前記植物性廃棄物がバーク、籾殻、おが屑、チップ、わら、落ち葉、及び刈り草からなる群から選択される少なくとも１種である、項１又は２に記載の方法。
【００１４】
項４．前記有機物のリン（P）とカリウム（K）の合計量に対する窒素（N）の重量比が１〜１０である、項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【００１５】
項５．前記有機物が、大豆カス、油カス、魚粉、タンパク質、ペプチド、及びアミノ酸からなる群から選択される少なくとも１種である、項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【００１６】
項６．製造される堆肥の硝酸態窒素：水溶性リン酸：水溶性カリウムの重量比が、１：［１〜１０］：［１〜１０］であることを特徴とする、項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【００１７】
項７．項１〜６のいずれか一項に記載の方法により製造される堆肥。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の製造方法により、植物の生育を促進する堆肥を製造できる。特に、従来、馬糞堆肥は利用価値がないと考えられていたことから、馬糞尿を有効に利用することができる。
【００１９】
本発明により製造された堆肥は、従来の有機質堆肥と比べて窒素含有量が１０〜１００倍高濃度であり、尿素や硫安などの窒素化学肥料の施用量を削減することが可能となる。結果として、窒素化学肥料(硫安、尿素、硝安)の使用なしに堆肥のみを用いた農作物の生産が可能になる。
【００２０】
また、本発明の堆肥を使用した農法により、窒素化学肥料の施用量を削減できることから、安全・安心な農作物を提供することが可能になり、且つ真の食糧自給率の向上にもつながる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の堆肥の製造方法について詳細に説明する。
【００２２】
本発明の堆肥の製造方法は、家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と、リン（P）とカリウム（K）の合計量と比較して窒素（N）の方が含有量が高い有機物を混合し原料混合物とする工程、及び該原料混合物を発酵させる工程を有することを特徴とする。
【００２３】
原料
本発明の堆肥の製造方法では、原料として家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と、リン（P）とカリウム（K）の合計量と比較して窒素（N）の方が含有量が高い有機物を使用する。
【００２４】
・家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物
家畜糞尿としては、家畜由来の糞尿であれば特に限定されないが、例えば馬糞尿、牛糞尿、豚糞尿、鶏糞尿、羊糞尿などが挙げられ、１種類の動物由来の糞尿又は２種類以上の動物由来の糞尿を混合したもののいずれであってもよい。中でも従来、馬糞堆肥は利用価値がないと考えられていたことから、好適な一例として馬糞尿、特に好適な一例としてわらを含む馬糞尿が挙げられる。
【００２５】
植物性廃棄物としては、植物由来の廃棄物であれば特に限定されないが、例えばバーク、籾殻、おが屑、チップ(間伐材由来のチップなど)、わら、落ち葉、刈り草などが挙げられ、１種類の植物性廃棄物又は２種類以上の植物性廃棄物を混合したもののいずれであってもよい。
【００２６】
上記家畜糞尿と植物性廃棄物は、それぞれ単独で使用することができるが、家畜糞尿と植物性廃棄物を混合したものも使用でき、そのようなものとしては馬糞尿にわらや籾殻を混合したものを挙げることができる。
【００２７】
本発明者が、家畜糞尿や植物性廃棄物を原料とする堆肥の成分分析を行った結果、植物が直接吸収可能な肥料成分である水溶性リン酸、水溶性カリウム及び硝酸態窒素について、硝酸態窒素が他の２成分に比べて1/10〜1/100程度と非常に少ないことが分かった。ここで、一般的な農作物に対する肥料の成分は、硝酸態窒素：水溶性リン酸：水溶性カリウムの重量比(本明細書では、この比率のことを単に窒素(N)：リン(P)：カリウム(K)と記載することがある)が通常１：［１〜１０］：［１〜１０］、好ましくは１：［１〜５］：［１〜５］、最も好ましくは１：１：１が適していると考えられている。そのため、植物の生育に適した堆肥とするためには、この硝酸態窒素の含有量を高める必要がある。
【００２８】
ここで、硝酸態窒素とは、土壌及び堆肥中の酸化窒素である硝酸イオンを意味する。水溶性リン酸とは、土壌及び堆肥中に存在する水抽出処理によって遊離するリン酸を意味する。水溶性カリウムとは、土壌及び堆肥中に存在する水抽出処理によって遊離するカリウムを意味する。
【００２９】
硝酸態窒素量はブルシン・スルファニル酸法により測定できる。水溶性リン酸量はモリブデンブルー法、高速液体クロマトグラフィーにより測定できる。水溶性カリウム量は原子吸光光度法、ICP-MSにより測定することができる。
【００３０】
・リン（P）とカリウム（K）の合計量と比較して窒素（N）の方が含有量が高い有機物
本発明において使用する有機物は、リン（P）とカリウム（K）の合計量と比較して窒素（N）の方が含有量が高いことを特徴とする。このような、窒素成分の含有量が多い有機物を使用することで、製造される堆肥の窒素(N)：リン(P)：カリウム(K)の比率を植物の生育に適したものとすることが可能になる。
【００３１】
ここでの窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）は、それぞれ全窒素、全リン酸、全カリウムのことである。そして、この場合の比較は、含有重量の比較により行う。上記有機物に含まれるリン（P）とカリウム（K）の合計量に対する窒素（N）の重量比は、好ましくは１〜１０であり、より好ましくは５〜１０である。
【００３２】
本明細書において、全窒素とは土壌及び堆肥中の無機態及び有機体窒素の総和を意味する。全リン酸とは土壌及び堆肥中の無機態および有機体リン酸の総和を意味する。この全窒素はケルダール法で定量することができ、全リンは過塩素酸分解法によって抽出後、モリブデン青法で定量することができる。
【００３３】
本明細書において、全カリウムとは土壌及び堆肥中の無機態及び固定カリウムの総和を意味する。また、全カリウムは過塩素酸分解法によって抽出後、原子吸光光度計により分析することができる。
【００３４】
このような有機物としては、上記の条件を満たすものであれば特に限定はされないが、例えば大豆カス、油カス、魚粉、タンパク質、ペプチド、アミノ酸などが挙げられ、これらを１種単独で使用しても良いし、２種以上を混合して使用しても良い。
【００３５】
以下、本発明の製造方法の各工程について説明する。
【００３６】
混合工程
本発明の製造方法の混合工程では、家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と、リン（P）とカリウム（K）の合計量と比較して窒素（N）の方が含有量が高い有機物を混合し原料混合物とする。
【００３７】
家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物に対する上記有機物の混合比は、使用する家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物の窒素成分の不足分を補うのに必要な上記有機物の量を考慮して決定する。当該混合比は、使用する家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と上記有機物の種類により異なってくるので、使用する家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と上記有機物の成分を毎回測定するか、又は予め決定した成分に基づいて混合比を適宜決定することができる。
【００３８】
上記家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物に対して上記有機物を混合する量は、例えば家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物１００に対して上記有機物を１〜３０重量部、好ましくは５〜２０重量部添加することが挙げられる。特に馬糞尿を使用する場合は、馬糞尿１００に対して、大豆カス、油カス、魚粉、タンパク質、ペプチド、又はアミノ酸を１〜３０重量部、好ましくは５〜２０重量部添加することが挙げられる。
【００３９】
混合する物は家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と上記有機物だけではなく、必要に応じて他の物、例えば、各種ビタミン類、微量金属等の微生物を活性化する栄養成分等を添加しても良い。混合する方法については、公知の方法により、混合した物が均一に混ざるようにして行えば良い。
【００４０】
発酵工程
本発明の製造方法の発酵工程では、上記原料混合物の発酵を行う。
【００４１】
上記の混合工程で家畜糞尿及び／又は植物性廃棄物と上記有機物を混合しただけでは、窒素(N)：リン(P)：カリウム(K)の比率が植物の生育に適したものとはなっておらず、植物が直接吸収可能な硝酸態窒素、水溶性リン酸及び水溶性カリウムを微生物による分解作用により生産させる必要がある。
【００４２】
発酵は公知の方法により行うことができる。例えば、堆積し、発酵と切返しを繰り返して行う。
【００４３】
発酵工程における発酵温度は、５０℃以上、特に８０〜１００℃であることが望ましい。また、原料混合物のpHは、５〜９、好ましくは６〜８に調整することが望ましい。このような温度やpHとすることで、微生物による発酵が活発に行われることが可能になる。また、発酵に適した原料混合物の水分量は、好ましくは５０〜８０重量%、より好ましくは６０〜７０重量%であり、このような適切な水分量とするために、適宜水の添加又は水の吸収により水分量の調節を行うことが望ましい。
【００４４】
発酵を行う微生物については、原料混合物に元から存在する微生物により発酵を行っても良いが、原料混合物に有用微生物を添加することにより発酵を行っても良い。このような有用微生物としては、窒素、リン、及び／又はカリウムの循環活性を有する微生物、例えば、アンモニア酸化細菌等が挙げられる。
【００４５】
発酵期間は、発酵温度や微生物の活性などにより変わってくるが、通常３０〜１８０日程度である。本工程で、原料混合物を発酵させることにより、植物が直接吸収可能な硝酸態窒素、水溶性リン酸及び水溶性カリウムを植物生育に適した割合で含む堆肥とすることができる。
【００４６】
堆肥
本発明の堆肥は、上記製造方法により製造されることを特徴とする。
【００４７】
本発明の堆肥は、窒素(N)：リン(P)：カリウム(K)の比が植物生育に適した割合となっており、具体的には窒素(N)：リン(P)：カリウム(K)比が、好ましくは１：［１〜１０］：［１〜１０］、より好ましくは１：１：１の範囲にある。従来の堆肥を施用した有機農法では、農作物の至適生育あるいは生産量増大のために化学肥料の添加が必要であったが、本発明の堆肥は、窒素含有量が従来の有機質堆肥の１０〜１００倍高濃度であり、植物生育に適した窒素(N)：リン(P)：カリウム(K)比となっている。そのため、本発明の堆肥のみで農作物の至適生育が可能になるので、尿素や硫安などの窒素化学肥料の施用量を削減できる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明を更に詳しく説明するため実施例を挙げる。しかし、本発明はこれら実施例等になんら限定されるものではない。
【００４９】
試験例１
各種有機質堆肥（馬糞堆肥、牛糞堆肥、鶏糞堆肥、バーク堆肥、及びモミガラ堆肥）の窒素(N)、リン(P)、カリウム(K)、及び、全炭素について常法に従い成分分析を行った。総微生物数について環境DNA法に基づいて計測し、環境DNA（eDNA）についてはAoshimaらの方法（H. Aoshima H, Kimura A, Shibutani A, Okada C, MatsumiyaY, Kubo M (2006) Evaluation of soil bacterial biomass using environmental DNA extracted by slow-stirring method. Applied Microbiology and Biotechnology 71: 875-880）に従って行った。結果を表１に示す。
表１の結果から、従来の堆肥に含まれる硝酸態窒素は水溶性リン酸及び水溶性カリウムと比較して1/10〜1/100程度であるということが分かった。
【００５０】
・環境DNA（environmental DNA、eDNA）解析
滅菌したチューブに供試土壌1.0 g、DNA抽出緩衝液（100 mM Tris-HCl (pH 8.0)、100 mM 2Na・EDTA、100 mM NaH2PO4、1.5 M NaCl、1% (w/v) Hexadecyltrimethylammonium Bromide）を8.0 ml、20 % (w/v)ドデシル硫酸ナトリウム溶液1.0 mlを加え、攪拌機（簡易型微生物DNA抽出前処理装置1004、井元製作所）で攪拌（1,500 rpm、室温、20分間）した。攪拌した溶液1.5 mlを遠心分離（8,000 rpm、室温、10分間）に供し、水層700μlを新たなチューブに分取し、クロロホルム・イソアミルアルコール（24:1 (v/v)）700μlを添加し、緩やかに転倒混和後、遠心分離（14,000 rpm、室温、10分間）した。水層500μlを新たなチューブに分取し、2-プロパノール300μlを添加し、緩やかに転倒混和後、遠心分離（14,000 rpm、室温、20分間）した。水層を除去後、70 %(v/v)エタノール1.0 mlを添加し、遠心分離（14,000 rpm、室温、5分間）した。水層を除去後、アスピレーターで減圧乾燥し、環境DNA（eDNA）を得た。このeDNAをTE 緩衝液に溶解し、1％（w/v）のアガロースゲル電気泳動に供した。マーカーとしてsmart ladder（NIPPON  GENE、富山）を使用した。アガロースゲル上のDNA量はKODAK 1D Image Analysis software（KODAK、東京を用いて解析した。eDNA量は以下の式（A）から算出した。
eDNA量＝ゲル中のDNA量（ng）×［TE緩衝液量（μl）／eDNA溶液量（μl）］×［全溶液量（μl）／分取した水槽量（μl）］×10-3    ・・・（A）
さらに、eDNA-総細菌数の検量線（R2 = 0.94）から算出した以下の式（B）に従って総細菌数を算出した。
総細菌数（cells/g-sample）＝eDNA量（μg/ g-sample）×1.70×108     ・・・（B）
【表１】
2011184267.tif 000002
【００５１】
実施例１
稲ワラ馬糞100重量部に大豆カス5部を混合し原料混合物とする。そして、当該原料混合物を発酵温度70℃で50日間以上発酵させて堆肥を得る。得られた堆肥は、窒素（N）：リン（P）：カリウム（K）の割合が極めて良好であり、当該堆肥を使用して植物を良好に生育させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の方法により製造された堆肥は、有機栽培農作物の栽培・生産に利用できる。