炭化温度による鶏ふんに含まれる肥料成分の濃度増減の特徴
要約
鶏ふんに含まれる肥料成分の濃度は炭化時の温度により濃度変化を示し、特に植物へ供給可能な形態は成分によって異なる特徴を有している。目的成分によって炭化温度を設定することで炭化物内の肥料成分の濃度調整が可能となる。
- キーワード:バイオ炭、多量要素、微量要素、成分濃縮、鶏ふん、土壌改良
- 担当:農村工学研究部門・農地基盤情報研究領域・農地整備グループ
- 代表連絡先:
- 分類:研究成果情報
背景・ねらい
脱炭素社会の実現に向けての動きが国際的に加速しており、炭素貯留の手法として農地へのバイオ炭施用に対する期待が高まっている。家畜ふん由来の炭化物には多様な肥料成分が含まれることから、従来検討されてきた多量要素のほか、土壌改良に利用される微量要素の供給源としての活用が考えられる。国際的な肥料価格の高騰への対策や有機農業の推進のためにも、これら家畜ふんの循環を促進することが求められている。家畜ふん利用の中で炭化物は、堆肥よりもハンドリングがしやすく、悪臭が軽減される、成分が濃縮されるなど利用面でのメリットが多い。
そこで、本研究では鶏ふん炭の肥料としての利用価値を高めるため、鶏ふんの炭化過程の温度に対する肥料成分濃度の変化を明らかにするとともに、各肥料成分の濃度が高くなる温度帯を示す。
成果の内容・特徴
- 鶏ふん炭は原料に乾燥した発酵鶏ふんを用い、炭化温度条件を300、400、500、600、700、800°Cに設定する。炭化にはマッフル炉を用い、炉内温度を1分あたり5°C上昇させ目標温度で2時間維持したのち自然冷却する。分析対象とする成分は多量要素のリン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウム、微量要素の銅、亜鉛、鉄、ホウ素、マンガン、有用元素であるナトリウムとする。各成分の分析は3つの形態について行い、即効性のある形態として水溶性濃度、植物へ供給可能な形態として可溶性濃度、炭化物に含まれる全量は実施した分解法から湿式全分解濃度または強酸全分解濃度で表す。リン酸については肥料等試験法に基づきク溶性濃度の測定も行う。
- 鶏ふん炭の収率は50～80 %程度で炭化温度の上昇とともに低くなる(図1(a))。成分の全量および可溶性濃度は炭化物に加工することでほとんどの場合、原料よりも高くなる。また、多量要素の全量濃度は炭化温度を高く設定することでより濃度が高くなる。
- 可溶性濃度は、成分によって濃度変化の特徴が異なる。リン酸、銅、亜鉛、ホウ素の濃度は低温で高く、高温で低くなり、特にリン酸、銅、ホウ素は高温で原料濃度を下回る(図1(b)、(c)、(d))。カリウム、カルシウム、鉄、ナトリウムの可溶性濃度は温度が高いほど高くなる。マグネシウムとマンガンの濃度はカリウム等と比べ緩やかに温度上昇とともに濃度が高くなる。
- 以上の結果を集約して、温度条件を分けた炭化物の分析結果をもとに可溶性成分の濃度変化を示す(図2)。成分によって可溶性濃度が最も高くなる温度帯および原料濃度よりも低下する温度帯が存在しており、目的とする成分に合わせて温度を制御することで濃度の増減が決定できる。
成果の活用面・留意点
- 本成果は、鶏ふんの炭化による肥料及び土壌改良資材の生産に活用することを想定している(図3)。炭化物の炭化温度を調整することで原料より単位重量当たりの成分含量が多くなり、肥料成分の利用効率を高めることができる。
- 現在鶏ふんの一部は焼却処分されているため、炭化物に加工し肥料や土壌改良資材として農地施用することで、現状の利用法以外にも使用方法の選択肢を増やし資材価値を高めるとともに炭素貯留量の増加が見込める。
- 温度に関わらず黒色になるため、融雪剤としての利用が可能である。
- 鶏ふん炭はカリウムおよびナトリウム含量が高いため、多量に使用するとカリウムやナトリウム過剰害などの影響がでることが考えられる。そのため、施用量や施用の間隔、利用方法(化成肥料との混合など)に留意する必要がある。
具体的データ
その他
- 予算区分:交付金、農林水産省(農林水産研究推進事業:農地土壌の炭素貯留能力を向上させるバイオ炭資材等の開発)
- 研究期間:2020～2021年度
- 研究担当者:久保田幸、亀山幸司、北川巌、岩田幸良
- 発表論文等:亀山ら、特願(2021年8月30日)