(57)【要約】【課題】珪酸分を植物に吸収し易い形で水耕培養液や栽培用灌水に効率よく溶出でき、珪酸分の溶出量や溶出期間、ＰＨ等を適正に調整できる珪酸質肥料を提供する。【解決手段】モル％として、Ｐ２  Ｏ５  ３０〜６０％、Ｋ２  Ｏ１５〜３６％、ＣａＯ５〜２５％、Ｂ２  Ｏ３  ０〜２０％、ＳｉＯ２  ３〜２２％を含有するガラスからなる。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル％として、Ｐ２  Ｏ５  ３０〜６０％、Ｋ２  Ｏ１５〜３６％、ＣａＯ５〜２５％、Ｂ２  Ｏ３  ０〜２０％、ＳｉＯ２  ３〜２２％を含有するガラスからなる植物栽培用ガラス組成物。
【請求項２】
微量栄養素成分として、鉄、マンガン、マグネシウム、亜鉛、銅、モリブデンより選択される少なくとも一種を含有する請求項１に記載の植物栽培用ガラス組成物。
【請求項３】
微量の銀を含有する請求項１又は２のいずれかに記載の植物栽培用ガラス組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物の栽培土壌への灌水や水耕栽培液に加えることにより、植物の生育に有用な珪酸分を効率的に補給する植物栽培用ガラス組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全ての植物は、その生命維持及び生育のために、種々の元素を含む有機質及び無機質物質を必要としており、これらの中でも酸素、窒素、炭素、燐、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄等が古くから必須成分として重要であるとされている。ところが、地殻中に酸素に次いで多量に存在する珪素については、植物との相互作用が希薄であり、イネ科の植物での必要性が明らかにされている程度であった。例えば、水稲は、珪酸を好んで吸収する特異な作物であり、体内の珪酸が不足すると、倒伏したり病虫害を受けやすくなることが知られていた。
【０００３】
しかしながら、近年において、珪酸が全ての植物体の構成部であって、その生体中の含有率は０．０２〜０．１５％に相当し、植物の成長を促すと共に生体組織の機械的強さを増し、更に病虫害に対する耐性を向上させることが判り、珪酸質肥料が注目されている。そして、このような珪酸質肥料として、珪酸カルシウム肥料、珪酸カリウム肥料、溶成燐肥、コロイド状シリカ、珪酸白土等が使用されている。
【０００４】
珪酸カルシウム肥料は、一般的にケイカルと称され、高炉スラグを利用した鉱滓珪酸質肥料が広く用いられ、ロックウール等にも使用されている。珪酸カリウム肥料は、フライアッシュと水酸化カリウム及び水酸化マグネシウムを混合造粒し、約８６０℃で焼成して一部ガラス化し、枸溶性（クエン酸溶性）肥料としたものや、鉄鋼製造の脱珪処理で生成する溶融シリカにカリ原料を添加して製造される緩効性肥料等がある。
【０００５】
また、溶成燐肥は、燐鉱石と蛇紋岩とを１３５０〜１５００℃で溶融、急冷して作られるガラス状肥料であり、通常Ｐ２  Ｏ５  を１７〜２５重量％、ＣａＯを２５〜３５重量％、ＭｇＯを１４〜１９重量％、ＳｉＯ２  を１６〜２５重量％含有するものが多用されているが、前記原料に更にマンガン鉱石やコレマナイトを添加してＭｇＯ、Ｂ２  Ｏ３  の微量要素成分を補足したＢＭ溶リンと称される緩効性肥料も使用されている。
【０００６】
コロイド状シリカは、通常シリカゾルとして販売されているものであるが、酸性シリカゾルも市販されている。珪酸白土は、一般にソフトシリカと称される天然モンモリナイト粘土であり、ＳｉＯ２  を約７３重量％、Ａｌ２  Ｏ３  を約１０重量％、Ｎａ２  Ｏを約５重量％、Ｆｅ２  Ｏ３  を約５重量％、ＣａＯを約３重量％含む他、多くの微量要素成分を含有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の珪酸カルシウム肥料や珪酸カリウム肥料のように鉱滓を原料とした肥料は、珪酸が溶け出しにくく、大量に何度も施肥する必要があるため、農家の労力負担が大きく、特に水耕栽培には不向きであった。また、アルカリ金属珪酸塩の溶液である液体珪酸肥料は、ＰＨが高く、他の肥料成分との反応によって沈殿やゲル化を生じ易く安定性に欠けるため、長期貯蔵によって不溶物を析出したり、水耕培養液施肥用や灌水用のストレーナー、ノズルに目詰まりを生じる等の問題が多かった。更に、コロイド状シリカも、一般的にＰＨが９〜１１程度と高く、他の成分を添加した場合に沈殿やゲル化を生じ易いという難点があった。
【０００８】
一方、溶成燐肥は、高温焼成を経ているために珪酸分の溶出性が悪い上、アルカリ性であるために栽培土壌への灌水や水耕栽培液に用いるには不適である。また、珪酸白土は、吸着やイオン交換による水質の浄化作用はあるが、珪酸イオンとして溶出しにくい。更に、酸性シリカゾルは、安定しにくく、グルコン酸やカルボン酸等の酸やその塩からなる安定剤を加える必要があるため、コスト高になるという問題があった。
【０００９】
本発明者は、上述の情況に鑑み、珪酸分を植物に吸収し易い形で水耕培養液や栽培用灌水に効率よく溶出でき、且つ珪酸分の溶出量や溶出期間、ＰＨ等を適正に調整できる珪酸質肥料を提供すべく、鋭意検討を重ねる過程でガラス構造に着目した。すなわち、一般的にガラスは、共有的な結合で網目構造の骨格を構成する珪素、ホウ素、燐等の酸化物であるガラス形成酸化物と、イオン的な結合をするアルカリ金属やアルカリ土類金属等の酸化物である修飾酸化物とからできているが、ガラス形成酸化物に対する修飾酸化物の導入量を漸次増してゆくと、ガラス形成酸化物を中心とする酸素多面体における非架橋酸素数が増加し、これに伴ってガラス構造は共有結合の減少によって次第に開放的になり、網目構造が弛緩して環状構造になり、次いで環が切れた鎖状構造となり、更に鎖が切れた単純構造でイオン結合の多い所謂逆性ガラスと称される状態になる。
【００１０】
上記の鎖状構造から単純構造の範囲のガラスでは、ガラス形成酸化物は、非架橋酸素を持つ陰イオンとして修飾酸化物の陽イオンと結合した状態で存在し、水中に浸漬した際にイオンとして溶け出すことができる。例えば、Ｋ２  Ｏ−ＳｉＯ２  ガラスでは、Ｋ２  Ｏ比率の増大に伴ってガラス構造が開放的になり、次第に溶融粘度が低下し、遂には急冷してもガラス化しない限界に達するが、この状態に至る手前の逆性ガラスの段階においては珪酸分がイオンとして水中に溶出可能である。しかるに、Ｋ２  Ｏ−ＳｉＯ２  ガラスは、アルカリ分が多く高ＰＨであるために肥料として使用できない。
【００１１】
そこで、更に研究を重ねた結果、燐、カリウム、カルシウムの酸化物を主体とする特定のガラス組成に珪酸を加えることにより、珪酸がイオン形態でガラス構造中に取り込まれ、このガラスを水中に浸漬した際、中性域ないし弱酸性域で珪酸を植物に吸収され易い活性なオルト珪酸イオン（ＳｉＯ４ ４−  ）及びピロ珪酸イオン（Ｓｉ２  Ｏ６  ７−）として効率よく継続的に溶出でき、もって植物に珪酸分を付与する肥料として非常に有効であると共に、燐酸、カリウム、カルシウムも溶出して肥料成分として作用すること、更には上記組成に硼酸を加えることにより、製造時の溶融温度を低下できると共に、植物に吸収され易い珪酸分の溶出度合及び溶出期間を調整できることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の請求項１に係る植物栽培用ガラス組成物は、モル％として、Ｐ２  Ｏ５  ３０〜６０％、Ｋ２  Ｏ１５〜３６％、ＣａＯ５〜２５％、Ｂ２  Ｏ３  ０〜２０％、ＳｉＯ２  ３〜２２％を含有するガラスからなるものとしている。
【００１３】
また、このような植物栽培用ガラス組成物の好適態様として、請求項２の発明では微量栄養素成分として鉄、マンガン、マグネシウム、亜鉛、銅、モリブデンより選択される少なくとも一種を含有する構成を、請求項３の発明では微量の銀を含有する構成を、それぞれ採用している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の植物栽培用ガラス組成物は、既述のように、モル％として、Ｐ２  Ｏ５  ３０〜６０％、Ｋ２  Ｏ１５〜３６％、ＣａＯ５〜２５％、Ｂ２  Ｏ３  ０〜２０％、ＳｉＯ２  ３〜２２％を含有するガラスからなるものであり、ガラス網目構造が弛緩して前記の鎖状構造ないし単純構造を多く含む形態になっていることから、水中に浸漬した際に中性域ないし弱酸性域で珪酸を植物に吸収されやすいオルト珪酸イオン及びピロ珪酸イオンとして効率よく継続的に溶出できると共に、燐酸、カリウム、カルシウムも植物に吸収されやすい形で溶出して肥料成分として作用する。従って、この使用により、少ない施肥量及び施肥回数で植物の成育を促進すると共に葉や茎を丈夫にし、且つ病虫害を抑制して高収穫を得ることが可能になり、もって施肥労力及び環境負荷を軽減できる。
【００１５】
また、この植物栽培用ガラス組成物は、水中浸漬による溶出液の安定性がよく沈殿やゲル化を生じにくいため、該溶出液を長期貯留しても高品位を維持できると共に、耕培養液施肥用や灌水用のストレーナー、ノズルを介して溶出液を散布する場合に目詰まりを回避できる。
【００１６】
この植物栽培用ガラス組成物におけるＰ２  Ｏ５  は、ガラス形成酸化物であると共に溶出して肥料成分として作用するが、そのモル％が３０％未満であるとガラス化が困難になり、逆に６０％を越えるとガラス中に網目構造を生じて珪酸溶出率が低下することになる。また、Ｋ２  Ｏは、１５モル％未満であると珪酸溶出率の低下と原料混合物をガラス化する際の溶融温度の上昇を招き、逆に３６％を越えると溶出液のＰＨが高くなって好ましくない。なお、Ｐ２  Ｏ５  ／Ｋ２  Ｏのモル比は１．０〜２．７の範囲がよく、これによって溶出液を植物栽培上で好適なＰＨ３．２〜７．０程度の弱酸性〜中性域に設定できる。
【００１７】
ＣａＯについては、５モル％未満になると珪酸溶出率が低下し、２５モル％を越えると原料混合物をガラス化する際の溶融温度が上昇し、且つ相対的にＳｉＯ２  含有量の低下を招くので好ましくない。
【００１８】
Ｂ２  Ｏ３  は、原料混合物をガラス化する際の溶融温度を低下させてガラス成分の揮発を抑制し、またガラスの結晶化を抑えると共に、ガラスの溶解性を高める作用がある。しかして、本発明においては、Ｐ２  Ｏ５  、Ｋ２  Ｏ、ＣａＯ、ＳｉＯ２  の配合比率によって、これら成分のみで適度な溶融温度でガラスの結晶化を回避できる場合は、特に用いる必要はないが、ガラスの溶解性を高める上である程度のＢ２  Ｏ３  を加えることが望ましい。しかるに、Ｂ２  Ｏ３  のモル比が２０％を越える場合は、ガラスの溶解性が過多になり、制御不能となる。
【００１９】
ＳｉＯ２  は、溶出させるべき珪酸分の原料であり、３モル％未満では珪酸分の必要な溶出量が得られず、２２モル％を越えても前記溶融温度が高くなって得られるガラス組成物の珪酸溶出率の低下を招く。
【００２０】
本発明の植物栽培用ガラス組成物においては、上記の主要成分に加えて、微量栄養素成分として鉄、マンガン、マグネシウム、亜鉛、銅、モリブデンより選択される少なくとも一種を含有させてもよい。しかして、これらの微量栄養素成分も珪酸分と同様に水中に溶出するから、水耕培養液や栽培用灌水に利用することにより、植物に必要な微量栄養素を効率よく持続的に供給できる。
【００２１】
更に、本発明の植物栽培用ガラス組成物においては、上述した成分以外に、微量の銀を含有させてもよい。この銀を含有するガラス組成物の使用により、銀が溶出して抗菌作用を発揮するから、植物の病気の原因となる細菌やカビの発生を抑えることができ、もって培土、水耕培養液、栽培施設等が清浄に保たれ、それだけ農薬の散布、消毒等の作業回数を減らして労力を軽減することができる。なお、前記微量栄養素成分としての銅にも抗菌作用があるから、この銅を配合する場合には敢えて抗菌目的の銀を加える必要はない。
【００２２】
なお、前記の微量栄養素成分や銀等の任意に配合可能な微量成分は、これら成分の合量として前記主要成分（Ｐ２  Ｏ５  、Ｋ２  Ｏ、ＣａＯ、Ｂ２  Ｏ３  、ＳｉＯ２  ）に対して５重量％以下とすることが望ましく、多過ぎてはガラス組成物の製造時に結晶化を生じ易くなる。
【００２３】
このような植物栽培用ガラス組成物は、前記主要成分を付与する原料を、要すれば微量栄養素成分の原料及び／又は銀を加えて混合し、この混合物を坩堝やタンク窯等に入れ、都市ガスや電気等を熱源として加熱溶融させ、溶融物を冷却することによって製造されるが、このときの原料の配合比率と溶融温度条件とを適宜選択することにより、生成物がガラス状態となるように設定する。
【００２４】
しかして、前記主要成分を付与する原料としては、鉱滓系のものは珪酸が溶け出しにくくなるために不適であり、単体の化合物や、鉱物でも単成分系のものを用いることが望ましい。例えば、Ｐ２  Ｏ５  源としてはリン酸アンモニウム、Ｋ２  Ｏ源としてはリン酸カリウム、ＣａＯ源としてはリン酸カルシウム、Ｂ２  Ｏ３  源としては硼酸及び酸化ホウ素、ＳｉＯ２  源としては珪砂等が好適である。
【００２５】
上記の溶融温度としては、１０００〜１２５０℃の範囲が好ましい。この溶融温度が高過ぎると、Ｐ２  Ｏ５  やＢ２  Ｏ３  等のガラス成分の揮発が多くなり、目的のガラス組成を維持できなくなり、また遷移金属酸化物を含む場合には還元され易くなり、冷却時に結晶を生じて溶解性が低下する。一方、前記の冷却手段としては、溶融物を多量の水中に浸漬する方法や、流し出した溶融物に水を吹き付ける方法等があり、これらの方法で急冷させた場合には砂状ないし粒状のガラス粒子が得られるが、必要に応じて適当な手段で粉末状、球状、繊維状、フレーク状等として用途に応じた肥料形態とすることが可能である。
【００２６】
しかして、砂状ないし粒状のガラス粒子の場合、ナイロン等のメッシュ袋に収容し、水耕栽培用培養液タンク中に吊るして浸漬させ、珪酸分を含む成分を溶出させるのに利用できる。また、栽培土壌への灌水に使用する場合は、これら種々の形態のガラス組成物を灌水パイプの中間に設けたカラムに入れて珪酸分を含む成分を溶出させるようにすればよい。
【００２７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。
【００２８】
実施例１〜５，比較例１〜３
ガラス原料として、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、硼酸及び珪砂を使用し、これらを後記表１記載の成分割合となるように秤量して混合し、この混合物を坩堝に入れて同表１に記載の温度で加熱溶融させたのち、この溶融物を水中に流し出して急冷し、生成物を取り出して乾燥することにより、粒状の組成物を得た。そして、得られた組成物について、組織を調べると共に、２０℃のイオン交換水２０００ｍｌ中に浸漬して溶解試験を行い、重量減から溶解速度を算出し、また試験後の溶出液のＰＨを測定した。これらの結果を後記表１に示す。
【００２９】
【表１】
2004250299.tif 000002
【００３０】
表１の結果から、本発明に係る組成物（実施例１〜５）は、ガラス形態で適度な溶解性を具備し、溶出液が中性から弱酸性域に納まり、持続的に有効成分を溶出する肥料として有用であることが判る。これに対し、組成物が結晶化したもの（比較例１，３）では溶出性に乏しく、またガラス形態でもモル比が本発明の規定から外れる組成（比較例２）の場合は溶出性が不充分となることが明らかである。なお、Ｂ２  Ｏ３  については、無添加（実施例２）よりも、添加した方（実施例１，３〜５）が溶解性を高め得ることが示唆される。
【００３１】
〔ガラス成分溶出試験〕
実施例１のガラス組成物について、含有する各成分の溶出持続性を調べたところ、後記表２に示す結果が得られた。なお、試験は、ビーカーに入ったイオン交換水２０００ｍｌ中に、ガラス組成物２ｇを収容したナイロン製メッシュ袋を浸漬し、液温を２５℃に保持しながら、所定時間毎に液をサンプリングし、各成分の溶出量を測定した。しかして、Ｐ２  Ｏ５  ，ＣａＯ，Ｂ２  Ｏ３  ，ＳｉＯ２  は高周波プラズマ発光分光分析法により、Ｋ２  Ｏは原子吸光光度法により、それぞれ測定した。
【００３２】
【表２】
2004250299.tif 000003
【００３３】
表２の結果から明らかなように、各成分は、経時的に溶出量を若干減じながら、ほぼ同じ傾向で継続的に溶出している。
【００３４】
実施例６
Ｐ２  Ｏ５  ，Ｋ２  Ｏ，ＣａＯ，Ｂ２  Ｏ３  ，ＳｉＯ２  のモル比が実施例１と同じ割合になる配合のガラス原料１００重量部に対し、微量栄養素成分原料として酸化鉄、二酸化マンガン、炭酸マグネシウム、酸化銅、モリブデン酸アンモニウムを、Ｆｅ２  Ｏ３  として２．０重量部、ＭｎＯ２  として１．０重量部、ＭｇＯとして１．０重量部、ＣｕＯとして０．５重量部、ＭｏＯ２  として０．５重量部となる割合で添加して混合し、この混合物を実施例１と同様にして加熱溶融させ、急冷、乾燥を行って粒状の組成物を得た。
【００３５】
〔栽培試験〕
実施例１，３，６のガラス組成物を用い、ミニトマト、茄子及びミニバラの栽培試験を行った。その結果を、これらガラス組成物を使用しない対照区における栽培試験の結果と共に、栽培条件を含めて後記表３及び表４に示す。なお、試験では、ガラス組成物を収容したナイロン網袋を養液槽に浸漬して溶出させ、この養液を給水に用いて栽培し、うどん粉病の状況、収穫状況、成育状況を調べたが、ミニバラについては既にうどん粉病が発生している養液土耕栽培施設において試験を行った。
【００３６】
【表３】
2004250299.tif 000004
【００３７】
【表４】
2004250299.tif 000005
【００３８】
表３及び表４に示す結果から、本発明の植物栽培用ガラス組成物を用いることにより、栽培植物の葉や茎が丈夫になり、且つうどん粉病を防止でき、しかも収量が増加すると共に、品位も向上することが判る。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、植物栽培用ガラス組成物として、ＳｉＯ２  と共に特定の成分を特定モル比で含有することから、珪酸分を植物に吸収し易い形で水耕培養液や栽培用灌水に効率よく持続的に溶出でき、その溶出成分によって植物の成育を促して葉や茎を丈夫にすると共に病害虫に対する耐性を強め、もって収量の増大及び品位の向上を図ることができ、しかも珪酸分の溶出量や溶出期間、ＰＨ等を適正に調整できる上、溶出液の安定性がよく、沈殿やゲル化を生じにくいため、該溶出液を長期貯留しても高品位を維持できると共に、耕培養液施肥用や灌水用のストレーナー、ノズルを介して溶出液を散布する場合に目詰まりを回避できるものが提供される。
【００４０】
請求項２の発明によれば、上記の植物栽培用ガラス組成物に微量栄養素成分を加えることから、植物の成育をより促進できるという利点かある。
【００４１】
請求項３の発明によれば、上記の植物栽培用ガラス組成物に微量の銀を加えることから、溶出液が抗菌作用を示し、この抗菌作用によって植物の病害の予防及び緩和、治療等の効果を発揮できるという利点がある。