福岡県農業総合試験場研究報告 2631（2007）

家畜ふん堆肥の成型が窒素無機化に及ぼす影響＊１）

荒木雅登 ・山本富三・小山太 ・満田幸恵
エクストルーダ方式で牛ふん堆肥と鶏ふん堆肥を成型した場合の窒素無機化に及ぼす影響について検討した。原料の牛ふん堆肥の腐熟度にかかわらず，成型牛ふん堆肥の窒素無機化は進行せず有機化の方が盛んであった。また，径の大きさ
別に 5,10,20 ㎜で検討したが，いずれも見かけの窒素無機化は進行しなかった。このことから，牛ふん堆肥単品を成型化すると窒素肥効は期待できないことが明らかとなった。成型鶏ふん堆肥については，未成型のものと比較して，窒素無機化量は半減するものの化学肥料に代替する有機質肥料として期待できる。
［キーワード：成型，窒素無機化，牛ふん堆肥，鶏ふん堆肥］
Influence of Livestock Feces Compost Molding on Nitrogen Mineralization
ARAKI Masato, Tomizou YAMAMOTO, Futoshi KOYAMA and Yukie MIZDA (Fukuoka Agricultural Research Center, Chikushino,Fukuoka 818-8549, Japan) Bull. Fukuoka Agric. Res. Cent. 26: 31-34 (2007)
We studied the influence of using the extruder method to mold cattle and poultry manure into pellets on nitrogen (N) mineralization.
The rate of N immobilization for the molded cattle manure was greater than that of N mineralization, irrespective of maturity.
Additionally, we found that the diameter of the molded cattle manure had little effect on the progress of apparent N mineralization.
This finding suggests that nitrogen fertilizer in the form of pellets, which are composed exclusively of molded cattle manure, cannot
be expected to be effective. The molded poultry manure is considered usable as organic fertilizer; however, it is clear that molding
reduces the amount of N mineralization by half.
[Keywords: cattle manure, molding into columned pellets, nitrogen mineralization, poultry manure]緒

言

家畜ふん堆肥は，地力の維持増進効果とともに化学肥料の代替効果も期待でき，化学肥料のみに頼らない低投入持続型農業を推進する上で不可欠な資材である２，13，14，16）。しかし，堆肥を圃場に施用するに当たっては，容積が大きい，重いなどハンドリングの悪さの問題があり，農家が堆肥の投入を行う上での障害の一つとなっている。
堆肥を使用する上で取扱い易くする手段の１つとして成型化が挙げられる。この成型に用いられる成型機のタイプとしては，低水分原料での成型に適したディスクペレッ
ター方式と高水分原料でも成型可能なエクストルーダ方式の２種類に大別される。原ら ６），小山 11，12） らは,原料となる堆肥の乾燥の負担の小さいエクストルーダ方式での成型化について検討しており，含水率 30～50％のモミガラ入り牛ふん堆肥，豚ぷん堆肥および鶏ふん堆肥であれば成型できると論じている。一方，ディスクペレッター方式については，豊島ら 18），薬師堂 20）が検討しており，含水率 20～30％の家畜ふん堆肥であれば成型できると報告している。
堆肥を化学肥料の代替肥料として期待する場合,特に窒素成分については，有機態窒素が無機化するにしたがって肥効が発現するため，各堆肥固有の窒素無機化特性を明らかにすることが重要である。このことから，堆肥の窒素無機化に関する研究は，数多く行われている３，８，17）。
しかし，ハンドリング改善のための成型化が堆肥の窒素無機化に及ぼす影響について検討された事例は少ない。
──────────────────────────
＊連絡責任者（土壌・環境部）
１）畜産環境部

山田ら 21） はディスクペレッター方式であるツインダイ
ス方式成型機で直径５㎜に成型した牛ふん堆肥，豚ぷん堆肥，鶏ふん堆肥の窒素無機化について調査しており，原料の未成型堆肥と比較して，窒素無機化量が抑制されるとしている。しかし，窒素無機化についての調査方法が，培養した土壌と堆肥から随時，無機化した窒素を抽出し，その後も混合物の培養を継続する溶出法で行われているため，有機化を過小評価している可能性がある。
また，松元 15） は，同じディスクペレッター方式である
ローラー・ディスクダイ方式について検討しており，牛ふん堆肥，鶏ふん堆肥いずれも直径３㎜および５㎜で成型すると窒素無機化が大きく抑制されることはなく，同様の窒素肥効を発現すると推察している。一方，エクス
トルーダ方式で成型された堆肥の窒素無機化特性については原ら ５，７） が豚ぷん堆肥を原料とした場合，成型時の水分条件を変えたときの違いについて，直径を５㎜として検討している。しかし，その他の畜種については検討されておらず，また窒素無機化の調査が，降雨の影響により無機化した窒素が実験系から除外される圃場埋設試験および上記の溶出法といった有機化の影響を受けにくい方法で検討されている。
本報告では，検討事例の少ないエクストルーダ方式成型機での成型が堆肥の窒素無機化に及ぼす影響を，牛ふん堆肥と鶏ふん堆肥を用いて，有機化の影響を評価できる静置培養法で検討した結果について取りまとめた。

試験方法
１

家畜ふん堆肥と堆肥の成型化
県内の T 堆肥センターにおいて，副資材を粉砕モミガラとして堆肥化中の乳牛ふん堆肥を腐熟度別に採取した。

32

福岡県農業総合試験場研究報告 26２

窒素無機化試験
家畜ふん堆肥を 200ｇの土壌（砂壌土）と混合して，ノイバウェルポットに入れ，畑状態で 30℃，反復なしで静置培養した。土壌水分は最大容水量の 60％とした。１ポット当たりの家畜ふん堆肥の量は，全窒素量で未成型堆肥を 100mg，成型堆肥を 140mg とした。一定期間培養した土壌と堆肥の混合物を経時的に取り出し，10％塩化カリウム水溶液で抽出を行い，ろ過後のろ液をブレムナー
法 １） にて無機態窒素の定量を行った。窒素無機化率は，土壌と堆肥の混合物の窒素無機化量から土壌のみを培養した場合の窒素無機化量の差引量を堆肥の全窒素量で除し，100 を乗ずることにより算出した。

結機化に転じ，116 日後における窒素無機化率は 12％となった。完熟では，窒素無機化率は６％前後で停滞し，その後，89 日後から 116 日後にかけて上昇した。
これに対して成型した堆肥では，原料の牛ふん堆肥の腐熟度によらず，窒素無機化率は同様の推移を示した。
すなわち，培養開始 3 日後から 27 日後にかけて急激に低下し，さらにその後も漸減し，116 日後には約-10％となった。
２

成型完熟牛ふん堆肥の径の大きさが窒素無機化に及
ぼす影響
窒素無機化試験に用いた未成型および成型完熟牛ふん堆肥の３要素の成分含量について第２表に示した。また，成型の径の大きさ別に成型牛ふん堆肥の窒素無機化率の推移を第２図に示した。未成型の牛ふん堆肥の窒素無機化率は，培養期間を通じて上昇しており，培養 181 日後において 6.9％となった。これに対して，成型堆肥では，径の大きさ５mm，10mm，20mm で比較すると窒素無機化のパターンに大差はなく，いずれも培養後から漸減し，培養期間を通じて窒素無機化率はマイナスの値を示した。
培養 181 日後において，窒素無機化率は-4.6～-3.2％であった。
%

50-5-10-150果1）直径は 10mm。
2）乾物当たり。

15.514.8
16.1
15.916.4
16.212.812.5
14.0
14.2
17.7
18.1

22.1
22.9
25.3
26.3
34.2
34.5

90120

未成型
成型10mm

中熟1050-5-10-1503060
日数90120%
未成型
成型10mm15
窒素無機化率

67.2
11.3
50.2
14.5
43.6
17.8

60
日数

15

第１表 腐熟度別の成型 １）および未成型牛ふん堆肥の３要素含量 ２）
含水率
窒素リン酸
加里（%） （ g kg-1） （ g kg-1） （ g kg-1）30%

窒素無機化率牛ふん堆肥の腐熟度と成型化
窒素無機化試験に用いた各腐熟度の未成型および成型
牛ふん堆肥の３要素の成分含量について第１表に示した。
また，牛ふん堆肥の未熟，中熟，完熟と腐熟度別に成型したものと未成型のものの窒素無機化率の推移を第１図に示した。
未成型堆肥の窒素無機化率は，腐熟度にかかわらず７～27 日後において停滞したが，27 日後以降は腐熟度によって異なった。すなわち未熟では，無機態窒素の有機化によって次第に窒素無機化率は低下した。中熟では，一旦，有機化が盛んになるものの，その後，見かけ上無未熟

10１

未熟牛ふん 未成型
成型
中熟牛ふん 未成型
成型
完熟牛ふん 未成型
成型

未成型
成型10mm15
窒素無機化率センターに持ち込まれた直後の牛ふんを未熟，23 日間の一次発酵終了後を中熟，一次発酵終了後さらに約５ヶ月間発酵槽で堆積されたものを完熟堆肥として用いた。
鶏ふん堆肥は，農業総合試験場内養鶏施設の鶏ふんをロータリー式撹拌施設で７～14 日間処理したものを用いた。
堆肥の成型化は，1998～2000 年に窒素無機化試験を実施する前に行った。堆肥の成型には，F 社製一軸混練式エクストルーダを用い，小山ら 11，12） の方法にしたがって成型，乾燥を行った。成型堆肥の直径は，牛ふん堆肥については，５㎜，10 ㎜および 20 ㎜とした。また，鶏ふん堆肥については，５㎜，10 ㎜とした。
未成型および成型堆肥について，含水率および窒素，リン酸，加里含量を測定した。窒素含量は，ケルダール分解後，セミミクロ蒸留法にて定量した。リン酸含量については，乾式灰化後，希塩酸に溶解，ろ過後，バナドモリブデン酸アンモニウム法にて，加里含量は，炎光光度法にて定量した。

（2007）

完熟

1050-5-10-150

第１図3060
日数90120

腐熟度別の成型および未成型牛ふん堆肥の窒素無機化率の推移

33

家畜ふん堆肥の成型が窒素無機化に及ぼす影響
第２表

成型および未成型完熟牛ふん堆肥の３要素含量 １）

成型および未成型鶏ふん堆肥の３要素含量 １）

第３表

含水率
窒素リン酸
加里（%） （ g kg-1） （ g kg-1） （ g kg-1）
牛ふん

未成型
成型 5mm
成型10mm
成型20mm

43.9
17.7
18.3
20.0

16.8
16.3
17.1
17.0

18.9
18.6
18.4
18.5

32.8
29.3
31.5
31.1

含水率
窒素リン酸
加里
（%） （ g kg-1） （ g kg-1） （ g kg-1）
発酵鶏ふん 未成型
成型 5mm
成型10mm

20.5
13.6
16.1

33.1
30.3
31.2

81.8
78.8
79.5

20.0
21.2
21.0１）乾物当たり。

１）乾物当たり。
未成型
成型5mm
成型10mm
成型20mm

1050

未成型
成型5mm
成型10mm3020100-5-100

第２図%40
窒素無機化率

窒素無機化率%306090日数120150180

成型完熟牛ふん堆肥の径の大きさ別の窒素無機化率の推移

３

成型鶏ふん堆肥の径の大きさが窒素無機化に及ぼす影響
未成型および成型鶏ふん堆肥の３要素の成分含量について第３表に示した。また，成型の径の大きさ別に成型鶏ふん堆肥の窒素無機化率の推移を第３図に示した。未成型の鶏ふん堆肥の窒素無機化率は，培養開始 30 日以降徐々に上昇し，181 日後に 36％に達した。これに対して，成型した鶏ふん堆肥の窒素無機化率の上昇は，未成型堆肥に対してやや遅れたものの，緩やかに上昇した。径の大きさ５mm と 10mm で比較すると著しい差は認められなかったものの，５mm の方が 10mm に比べて，窒素無機化率はわずかに高く推移した。培養開始 181 日後において，窒素無機化率は５mm で 17％，10mm で 16％と未成型鶏ふん堆肥の半分に満たなかった。しかし，牛ふん堆肥とは異なり，窒素無機化率がマイナス値に転じることはなかった。

考察

腐熟度の異なる牛ふん堆肥をエクストルーダ方式成型機で成型したところ，各腐熟度の成型堆肥とも，窒素無機化は進行せず，有機化が盛んになり徐々に窒素無機化率は低下し，約120日間の培養で窒素無機化率は約-10％となった。この現象は，山田ら 21）が指摘しているように，成型堆肥の形状の崩壊が少なく，長期間維持されることから，成型堆肥内部が嫌気的状態となりやすいことと高アンモニア濃度となることによる pH 上昇のために硝酸化成が抑制されること ７） に起因するものと考えられる。
完熟牛ふん堆肥を原料として，径の大きさを５mm から20mmの範囲で変えた成型堆肥の窒素無機化率も径の大きさにかかわらず，マイナスに転じた。このことから，この大きさの範囲で成型した牛ふん堆肥からの窒素肥効は期待できないことが明らかとなった。松元 15）は成型牛ふん堆肥は未成型堆肥と比較して，窒素無機化の面で遜色なか0第３図306090日数120150180

成型鶏ふん堆肥の径の大きさ別の窒素無機化率の推移ったと論じているが，これは検討した径の大きさが 3 mmまたは 5 mm と小さかったことから，原ら ７） の指摘したような状態に比較的なりにくかったためと考えられた。
一方で，径の大きさが同じ 5 mm でも，本試験の結果が松元の報告と異なっていたが，これはディスクペレッター方式の成型機を用いていることから，この成型機のタイプの違いによって，成型過程での熱の加わり方や，製品の乾燥処理の違いなどによって影響を受けていると考えられた。また，原ら ５） は水分の異なる家畜ふん堆肥を原料として，エクストルーダ方式で成型された成型堆肥を８～12 週間埋設したときの堆肥の窒素分解率は，原料堆肥の水分が低いほど高い，すなわち見かけ上窒素無機化が進行すると論じている。このことから，原料の適性水分がディスクペレッター方式とエクストルーダ方式で異なることも松元の報告と合致しない要因として考えられた。これらのことから，牛ふん堆肥のみを原料としてエクストルーダ方式成型機で成型した堆肥を化学肥料の代替肥料として用いることは，窒素無機化特性の面で実用性が低いと考えられた。一方，径の大きさが 5～10mm の成型鶏ふん堆肥については，培養６ヶ月の間に，見かけ上無機化する窒素は未成型堆肥に比べて半減するものの，全体として有機化に転じることはなく，化学肥料に代替する肥効発現の緩やかな有機質肥料として期待できると考えられた。しかし，窒素無機化率が低いことから，作物を生産する上で投入する必要量が多くなり，リン酸，加里の過剰施用を招くという問題もある。
本試験においては，鶏ふん堆肥と窒素肥効発現が緩やかな牛ふん堆肥の各単品を原料として成型した堆肥を調査したが，原 ４） が指摘しているように成型にかかるコストが今後，成型技術の普及の妨げとなることが想定される。このことから，加納ら 10） ら，原 ４），井手ら ９），土屋ら 19），山田ら 21），王ら 22） が検討しているように堆肥に高付加価値を付与するために，異畜種ふん堆肥や菜種油

34

福岡県農業総合試験場研究報告 26

粕などの有機質肥料を混合して，肥料成分バランスや窒素無機化特性を調整することが必要であると考えられる。

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