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転炉スラグの農業利用技術の開発と普及

ミニ特集：転炉スラグによる土壌病害の被害軽減技術の開発と実用化

転炉スラグの農業利用技術の開発と普及
東京農業大学 名誉教授

後藤逸男と石灰岩が反応して生成する副産物が高炉スラグで，両は じ め に―転炉スラグとは―スラグを総称して鉄鋼スラグという。高炉スラグの主成分は非晶質のケイ酸カルシウムで，1955 年から「ケイ筆者が 2015 年 3 月に東京農大を定年退職するまでのカル（鉱さいケイ酸質肥料）」として主に水田に施用さ40 年間にわたって続けてきた研究テーマの一つが土壌れてきた。1968 年ころには年間 130 万 t 以上におよん酸性改良で，そのきっかけは 1976 年に日本鉄鋼連盟スだが，現在ではその 1/10 程度にとどまっている。一方，

ラグ資源化委員会から日本土壌協会に委託された「鉄鋼転炉スラグは 1952 年に制定された耕土培養法（1984 年スラグの農業利用に関する研究」（日本土壌協会・日本鉄鋼連盟，1982）であった。東京農大など 4 大学による高炉

転鉄鉱石・石灰石・コークス炉

生石灰・酸素ガス研究プロジェクトチームが結成され，筆者らは転炉スラグの農業利用を担当することになった。
製鉄所では高炉の中に鉄鉱石と石灰岩，それにコークスを加えて約 1,500℃に加熱し，鉄鉱石中の酸化鉄とコ鋼

銑鉄ークスから発生する一酸化炭素との還元反応により金属鉄（銑鉄）とする。高炉から取りだしたこの銑鉄には少量の炭素やリン，イオウ等が含まれるためもろく，これから鉄鋼製品を作ることはできない。そこで，溶けた銑
鉄を転炉と呼ばれる炉に入れ，そこに生石灰などの副材

高炉スラグ（ケイカル）

転炉スラグ

料を加えて酸素を吹きつけると，酸化反応により銑鉄中鉄鋼スラグの不純物が取り除かれ，純度の高い鋼となる（図―1）。
図− 1

こうしてできた鋼から自動車用鋼板やレール，鋼管等

鉄鋼スラグの種類と製法様々な鉄鋼製品が作られる。このような製鋼工程で銑鉄から取り除かれた鉄以外の副産物が転炉スラグで，その表− 1 転炉スラグの化学組成（事例）

成分はケイ酸カルシウムを主体として少量のフリーライ成分

ム（CaO）のほか，鉄・マンガン・マグネシウム・リン含有量酸・ホウ素等を含む。転炉スラグの化学組成事例は表―1ケイ素の通りで，土壌改良資材あるいは肥料として有効な成分

アルミニウム （Al2O3）を含有する。

鉄スラグとは「鉱さい」を意味する。そのイメージから，（SiO2）（Fe2O3）

14.0％

2.8 ％
24.1％

マグネシウム （MgO）

6.4 ％マンガン（MnO）

3.6 ％ても，転炉の中は約 1,600℃にも達するため，沸点が低カルシウム

（CaO）

41.4

いカドミウムやヒ素，水銀等の有害元素は揮散し，PCBナトリウム（Na2O）

0.1 ％やダイオキシン等はすべて熱分解してしまう。

カリウム

（K2O）

0.1 ％

リン酸（P2O5）

2.1 ％

有害な成分が含まれているのではないかとの懸念の声も聞かれるが，仮に原料中に有害成分が含まれていたとし

なお，高炉で銑鉄がつくられる際に鉄鉱石中のケイ酸％

ホウ素

B

85.0mg/kg

Development and Dissemination of Agriculture Utilization
Technologies of Converter Slag.
By Itsuo GOTO

銅Cu

13.0mg/kg（キーワード：転炉スラグ，土壌酸性改良，土壌病害被害軽減）

亜鉛

Zn

17.0mg/kg

―1―

210

植物

防第 70 巻疫

第 4 号 （2016 年）に廃止）で遊離酸化鉄含有量の少ない老朽化水田に対すは図―3 のような生育障害が認められた。苦土カルに微る鉄補給資材（含鉄物）として指定を受け，主に西日本

量要素肥料（FTE）を混合した試験区では，図―4 のよを中心とする花崗岩風化土壌（まさ土）地帯の水田で利うに回復したため，既存石灰資材単独区での生育阻害が用されてきた。しかし，それ以外では，東北地方の草地微量要素欠乏に起因することが判明した。さらに，ポッにおいて既存の石灰資材の代替資材として利用されていト 栽 培 試 験 を 重 ね た 結 果，転 炉 ス ラ グ を 施 用 し てたに過ぎなかった。なお，現在転炉スラグとして市販さpH（H2O）を 7 程度に高めた土壌で栽培した作物中にはれている資材は図―2 のように粒径や組成の違いによりホウ素やマンガンが炭カル区より多く吸収されることが副産石灰肥料・混合石灰肥料・特殊肥料のいずれかとし。また，転炉スラグによる土壌明らかになった（図―5）て登録されている。

酸性改良には炭カルの 2 倍以上の施用を必要とするが，施用後 3 作連続したポット栽培試験では炭カル区に比べI 転炉スラグの土壌酸性改良資材としての特性
筆者らは転炉スラグのフリーライムに着目し，土壌酸性改良資材としての効果を確認することから研究をスタートさせた。その効果は，フリーライム含有量と粒径に依存したが，既存の炭カルに比べて 2 倍以上の施用を要することが明らかになった。しかし，コマツナを用いた転炉スラグ（粗粒） 苦土カル

ポット栽培試験により，土壌 pH（H2O）を 7 以上に高めても，生育に全く支障のないことを見いだした。同じ土pH 7.2

壌で同等の pH（H2O）に改良した苦土カルと消石灰区で

図− 3

pH7.2 でのコマツナの生育比較（1）転炉スラグ（粗粒）
副産石灰肥料（粒径が細かい）

特殊肥料（粒径が粗い）

苦土カル

図− 4

エダマメ茎葉pH7.2 でのコマツナの生育比較（2）

ソルゴー
70

転炉スラグ（A）5 t/10 a60
B（mg/kg）

転炉スラグ（B）5 t/10 a20Mn（mg/kg）

転炉スラグ（A）5 t/10 a30504030

転炉スラグ（B）5 t/10 a201010

炭カル 2.5 t/10 a

炭カル 2.5 t/10 a0056785678pH（H2O）

pH（H2O）

図− 5苦土カル（FTE）

pH 7.2

図− 2 粒径の異なる 2 種類の市販転炉スラグ

40

消石灰

転炉スラグのエダマメ茎葉へのホウ素（左）とソルゴーへのマンガン（右）
補給効果

―2―

211

転炉スラグの農業利用技術の開発と普及
7.5
転炉スラグ（A）5 t/10 a

転炉スラグ（B）5 t/10 a
6.5
pH（H2O）

炭カル 2.5 t/10 a

転炉スラグ（A）1 t/10 a

転炉スラグ（B）1 t/10 a5.5
炭カル 1 t/10 a

4.5
栽培前

エダマメ跡

ソルゴー跡

牧草跡

図− 6 転炉スラグの土壌酸性改良持続効果（ポット栽培試験）て顕著な pH（H2O）持続効果が認められた（図―6）。

島県・高知県のブロッコリー産地等でも同様の手法によ

以上のように，転炉スラグを土壌酸性改良資材としてる根こぶ病の抑制効果が得られた。しかし，それらの点利用すると，pH（H2O）を 7 程度以上まで高めても作物を面に拡げるには多くの時間を要した。我が国では，酸に微量要素欠乏をきたさず，既存の石灰資材に比べて，性土壌の改良上限を pH（H2O）6.5 としている（渡辺ら，酸性改良持続効果に優れることが明らかになった。ただ2012）ためである。特に，土壌肥料研究者や普及指導し，既存資材より多量施用を要する。

員・営農指導員からは直接・間接に「非常識」との批判を受け，「土づくり常識」の厚い壁に阻まれてしまった。

II 厚かった「土づくり常識」の壁

III 世界一肥沃な土壌チェルノーゼムでは，pH（H2O）が 8 以上筆者らが転炉スラグの研究を始めてしばらくしてから，カリフラワーとブロッコリーに根こぶ病がまん延していた東京都三鷹市の農家からその対策のための協力要

その後，筆者らは転炉スラグを活用した根こぶ病抑制請があった。筆者らは根っからの土壌肥料屋で，土壌病技術を皮切りに，ターサイ萎黄病・セルリー萎黄病・海害のことは門外漢であったが，アブラナ科野菜根こぶ病

老芋萎凋病，ウリ科野菜ホモプシス根腐病，ネギ黒腐菌

は酸性土壌で発生しやすく，pH を高めれば抑制可能という程度の知識は持ち合わせていた。そこで，農協青年部長の根こぶ病激発畑で現地試験を行った。畑の半分に転炉スラグを 5 t/10 a 施用して pH（H2O）を 5.7 から 7.5に高めてカリフラワーを栽培した。その結果，図―7 の慣 行pH（H2O）6.0

転炉スラグ
pH（H2O）7.5

ように明瞭な発病抑制効果が認められて，この技術が瞬く間に三鷹市内に拡がり，最初の試験から約 5 年後には市 内 の 畑 か ら 根 こ ぶ 病 が 一 掃 さ れ た（村 上・後 藤，2004 ; 2010）。ただし，根こぶ病撲滅には転炉スラグによる土壌酸性改良だけではなく，土壌物理性改善のためのサブソイラーによる耕盤破砕，土壌診断に基づく施肥削減，それに三鷹市の転炉スラグ購入費に対する補助制度等の総合防除対策が功を奏した。
その後，京都市のスグキナ産地（村上ら，2004）や徳―3―

図− 7 カリフラワー根こぶ病に対する転炉スラグの施用効果（東京都三鷹市）

212

植物

防第 70 巻疫

第 4 号 （2016 年）

核病等糸状菌を病原菌とする土壌病害対策に着手した。

を活用した根こぶ病対策が注目され始め，2006 年にはいずれも，深刻な被害を受けた農家グループから東京農宮城県からの要請により，普及センターと共同で現地ブ

大土壌学研究室への協力要請であった。現地での土壌診ロッコリー栽培試験を行った。三重県，大分県，熊本県，

断調査・対策試験，学内でのポット栽培試験等を行い，千葉県，青森県等では公的機関での現地試験が行われる

転炉スラグによる土壌高 pH 化が被害軽減に有効であるようになった。

ことが明らかになった（大島・後藤，2015）。

その後，2010 年から開始された農水省の大型研究プ既存の常識から逸脱した新しい農業技術を普及させる

ロジェクト「被害リスクに応じたウリ科ホモプシス根腐には，研究者や技術者ばかりでなく農家に納得させるこ病の総合防除技術の確立」では，転炉スラグを活用したとが最も重要である。2003 年に世界で最も肥沃な土壌ホモプシス根腐病防除マニュアルが作成された（岩舘，チェルノーゼムが分布するウクライナに行く機会に恵ま2013）。また，それに基づき岩手県などでは夏秋キュウれた。そこで採取したチェルノーゼムと転炉スラグを施

リのホモプシス根腐病対策資材として普及が進んでいる

用した静岡県浜松市のセルリーハウスの土壌診断図を（岩舘，2014）。2012 年からは，「転炉スラグによる土壌図―8 に示す。地力増進法の畑土壌改善目標値に基づいpH 矯正を核としたフザリウム性土壌病害の耕種的防除て作成したレーダーチャートでは，セルリーハウスの技術の開発」が行われ，多くの有効な知見が得られていpH（H2O）が上限値を大きく超過しているが，チェルノる。転炉スラグ利用技術は着実に点から面に拡大されつーゼムでは，pH（H2O）がさらに高く 8.1 であった。こつある。のチェルノーゼムの土壌診断図が農家の不安を解消する

2

マルチ効果が期待できる転炉スラグにはたいへん有効で，転炉スラグの多量施用に同意して転炉スラグは水田での含鉄資材，畑での土壌酸性改良もらえた。静岡県浜松市のセルリー産地では，地元 JA資材だけにとどまる資材ではない。転炉スラグには 1 〜のサポートもあり，萎黄病の発病抑制対策資材としての2％のリン酸が含有されている。年間発生量が 1,300 万 t

転炉スラグ施用が 2005 年ころから定着した。

（鐵鋼スラグ協会，2015）に達するため，そのリン酸量は約 21.3 万 t で，何とリン鉱石の年間輸入量中のリンIV 転炉スラグの普及に向けて1酸に匹敵する（後藤，2010）。転炉スラグは有望な国産点から面に拡がり始めた転炉スラグ利用技術

リン酸資源でもある。また，転炉スラグは水稲へのケイ2006 年に「おもしろ生態とかしこい防ぎ方 根こぶ病」

酸補給，水田作土への鉄補給による老朽化防止のほか（後藤・村上，2006）を出版したころから，転炉スラグに，鉄とマンガン補給により水田からのメタンガス発生

チェルノーゼム
pH（H2O）
8.1
電気伝導率（EC）
0.06 mS/cm

転炉スラグ施用土壌
：適正範囲

pH
（H2O）
7.6
電気伝導率（EC）
0.31 mS/cm

交換性カルシウム
615 mg/100 g：適正範囲

交換性カルシウム
318 mg/100 g

可給態
リン酸

交換性
マグネシウム

可給態
リン酸

交換性
マグネシウム27.4
mg/100 g

74.3
mg/100 g

268
mg/100 g

67.0
mg/100 g

塩基飽和度106％：測定値

塩基飽和度114％

交換性カリウム36.2 mg/100 g：下限（内枠）：測定値：上限（外枠）交換性カリウム60.9 mg/100 g：下限（内枠）

図− 8 チェルノーゼム（左）と転炉スラグ多量施用土壌（右）の土壌診断図―4―：上限（外枠）

転炉スラグの農業利用技術の開発と普及抑制にも有効であることが犬伏（1998）により明らかに

213

既存資材である苦土カルを慣行的に毎作 100 kg/10 a
すると，それに要する資材費は 2,000 円程度で済む。一されている。
さらに，土壌を高 pH 化すれば農作物へのカドミウム方，転炉スラグを仮に 1 t/10 a 施用するとすれば，どの吸収が抑制されるので，転炉スラグを利用すれば，作物程度の経費を要するか試算してみよう。転炉スラグの市生育に悪影響を及ぼすことなく，カドミウムの吸収を抑

販価格は地域や購入量などにより変動するが，粉状品制することもできる。

20 kg 袋であれば，一袋当たり 700 円前後である。した2011 年 3 月 11 日の東日本大震災に伴う大津波で被災がって，1 t/10 a（50 袋）では 35,000 円前後となり，何した福島県相馬市では，2012 年から 4 年間に約 650 haと慣行の 20 倍近くにも達する。また，品代だけでなく，の水田で営農が再開されたが，その間に約 4,000 t の転20 kg 詰めの袋を破袋してライムソワーのポッパーに詰

炉スラグが除塩促進・土壌酸性改良資材として活用されめるための作業が容易ではない。そこで，20 kg 袋詰めた（後藤・稲垣，2015）。

を 200 kg のフレコンに代えると作業効率がよくなるばこのように，転炉スラグはすばらしい威力と魅力に溢

かりでなく，品代が 25,000 円前後まで軽減される。

れる農業資材であるにもかかわらず，国内での農業利用

次に，転炉スラグに含まれる副成分の経済価値を見積

量はわずか 10 万 t 程度で，全生産量の 1％にも満たない。

もってみよう。転炉スラグには 2％前後のリン酸が含まより積極的な農業利用のための普及拡大を図るべきである。

れている。転炉スラグ中のリン酸は水には溶けないク溶性リン酸で，その効果は熔成リン肥（熔リン）100 kg，お わ り に―転炉スラグ利用上の注意点―
1

金額にして約 7,500 円に匹敵する。そのため，転炉スラ
グを 1 t/10 a 施用すれば，リン酸肥料を施す必要がない。

施用量と初期投資には覚悟が必要

さらに，転炉スラグにはマンガンやホウ素などの微量要

これまでの石灰資材といえば，毎年 100 kg/10 a 前後素が含まれているので，微量要素肥料の施用も不要とな施用する資材というイメージが強い。しかし，転炉スラる。転炉スラグに含まれる微量要素と類似の成分を含む

グを畑やハウスでの土壌病害対策資材として使う場合に微量要素肥料を標準量施用すると約 1,000 円を要する。

は，覚悟を決めて一度に多量施用する。施用量は施用す

苦土カル 100 kg/10 a 施用であれば，2,000 円程度でる土壌の性質や pH，それに利用する転炉スラグの種類

済むが，土壌 pH（H2O）を 6.5 程度まで高めるには，転によっても異なるので，面倒ではあるが緩衝能曲線から炉スラグ施用量の 1/3 〜 1/2 程度必要となるので，仮決定する。その方法は基本的に従来と同じであるが，必に 300 kg/10 a 施用するとすれば，苦土カル 6,000 円程ず施用する転炉スラグを使う。なお，緩衝能曲線から転度 と な る。さ ら に，リ ン 酸 肥 料（熔 リ ン と し て 100

炉スラグ施用量を決定する具体的な方法については，下kg/10 a）や微量要素肥料（4 kg/10 a）を施用すれば，記アドレスからダウンロードした資料を参照いただきたい。

資材費は 14,500 円程度となる。ただし，苦土カルを用

https://www.naro.affrc.go.jp/publicity_report/publication/files/tenro-slag.pdf

いて pH（H2O）6.5 程度の酸性改良では十分な土壌病害被害軽減効果は期待できないので，薬剤による土壌消毒

土壌病害被害軽減対策には改良目標 pH（H2O）を 7.5を行えば，さらに経費が嵩む。一方，転炉スラグによりとするが，大まかな施用量は数 t/10 a 以上となる。特に，pH（H2O）を 7.5 程度まで高めると，少なくとも 5 年程緩衝能が強い黒ボク土では 5 〜 10 t/10 a に達すること度の持続効果が期待できる。初期投資にはそれなりの覚も珍しくない。東京都三鷹市で行った実証試験では，悟を要するが，長い目で見れば経済的にも十分採算が合う。

pH（H2O）5.8 の黒ボク土の畑に転炉スラグを 5 t/10 a となお，転炉スラグそのものは鉄鋼業の副産物である

水酸化マグネシウム 250 kg/10 a を施用した。施用後にが，その破砕・粒度調整・防散処理などに経費を要す

は 7.9 にまで上昇し，ブロッコリー根こぶ病を完全に抑る。また，運賃が転炉スラグ経費の多くを占める。転炉えることができた。その後，少なくとも 10 年間にわたスラグを原料とする肥料メーカーは北海道から九州までり 7 程度以上を維持した。この間転炉スラグは施用しな各地に点在するので，ユーザーにとってはできる限り近かった。

距離にあるメーカー品を選び，しかも数量をまとめて発

この事例のように，従来の常識から大きく逸脱した大注することが得策である。

量の転炉スラグを施用するには，それなりの初期投資が2必要で，それが転炉スラグ利用技術の普及を遅らせてき市販されている転炉スラグには粉状品と造粒品があた要因の一つであった。

粉状転炉スラグをライムソワーでる。造粒品は散布しやすいが，転炉スラグの性質（セメ―5―

214

植物

防疫

第 70 巻

第 4 号 （2016 年）

7.5

粒状品

苦土石灰（粉）粉状品

6.5pH（H2O）

転炉スラグ（粉）苦土石灰（粒）5.5
転炉スラグ（粒）4.50123資材施用量 g/ 土壌 100 g
図− 9 転炉スラグと苦土カルの形状の違いが酸性改良効果に及ぼす影響ント効果）で土壌崩壊性が極めて悪いため，図―9 のよが助長される。転炉スラグに限らず石灰資材を施用してうに土壌酸性改良効果が著しく低下する。そのため，必土壌 pH を高めることは容易だが，pH を元に戻すことず粉状品を使う。ただし，粉状品は散布時に飛散しやすは至難の業であるので十分注意する必要がある。

いので，風のない日にライムソワーで散布することが最

また，転炉スラグを施用して土壌 pH を高めるとアル善である。最近では，防散処理を施した粉状品も市販さ

カリ効果により可給態窒素が増加して，キャベツやスイれるようになった。

カ，メロンの玉割れ，水稲では倒伏するおそれがあるの

粉状転炉スラグにも粒径が細かい副産石灰登録品（1.7mm 全通，0.6 mm 以下が 85％以上）と粗い特殊肥料登で，転炉スラグ施用後最初の作付け時には窒素施肥量を削減あるいは無窒素とすることが望ましい。

録品（3.35 mm 全通）がある。前者の細粒品は初期の肥料資源をはじめ天然資源に恵まれない我が国にとっpH 上昇効果，後者の粗粒品は pH 改良持続効果が高く，て，国内の製鉄所で大量に生産される転炉スラグは貴重

両者一長一短で優劣はつけがたい。両者を混ぜて施用すな国産資源で，今後の「健康な土づくり」に役立つ農業ることが最善である。

資材である。
引

転炉スラグの欠点は苦土カルより苦土含有率が低いことである。そのため，転炉スラグ施用時に 10％程度の水酸化マグネシウムを併用することが望ましい。また，
転炉スラグ施用後の土壌 pH は維持できても交換性マグネシウムが溶脱しやすいので，定期的に土壌診断を行い，不足分を水酸化マグネシウムで補給する。なお，転炉スラグに酸化マグネシウムを混合した混合石灰肥料登録品も市販されている。
3

転炉スラグ施用直後には窒素施肥量削減を

転炉スラグを施用して土壌 pH（H2O）を 7.5 に上げる
ことで被害軽減が確認されている土壌病害は根こぶ病，ウリ科ホモプシス根腐病，フザリウム病，ネギ黒腐菌核病，ニンニク紅色根腐病，それにトマト青枯病であり，逆に放線菌を病原菌とするジャガイモそうか病では発病

用文献

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―6―