JP5753019B2 - 緩効性肥料およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水難溶性の肥料を含有したアルギン酸塩のゲルである肥料、その製造方法およびそれを含有する緩効性肥料に関する。

水難溶性の肥料は、水に対する溶解度が低いため、緩効性肥料の成分として優れている。しかし、通常これらの肥料は、粒状肥料として用いられ、造粒工程での歩留まりの悪さ（通常、４０〜６０％の歩留まり率）、貯蔵・運搬における粉化、また、使用方法においては緩効性が不十分という問題があった。

例えば、水難溶性の肥料であるオキサミドは、従来粉末として得られていたが、粉末の形態では、土壌中の分解菌により比較的早く分解されて無機化（植物が吸収できる形態にまで有機質肥料が分解されることをいう）し、無機化された成分は流亡、溶脱または脱窒、揮散などによる損失が起こり、緩効性の特徴が十分に生かされていなかった。そこで、オキサミドを粒状化し、分解菌との接触を制限することにより、オキサミドの肥効を長期間にわたり維持する技術が利用されてきたが（特許文献１〜３）、上記問題の解決が望まれていた。

特公平６−２６２８号公報 特公平６−２６２９号公報 特公平７−６４６６６号公報

したがって、本発明は、上記問題を解決し、また高い形状維持能力を有する、水難溶性の肥料を含有する緩効性肥料を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
１．１またはそれ以上の水難溶性の肥料を含有したアルギン酸塩のゲルである肥料。
２．水難溶性の肥料１００質量部に対して、アルギン酸塩の含量が１〜２００質量部である上記１．に記載の肥料。
３．アルギン酸塩がアルギン酸カルシウムである上記１．または２．に記載の肥料。
４．含有される水難溶性の肥料の１つがオキサミドである上記１．〜３．のいずれかに記載の肥料。
５．形状が粒状または棒状である上記１．〜４．のいずれかに記載の肥料。
６．（１）１またはそれ以上の水難溶性の肥料を、アルギン酸水溶液、アルギン酸アルカリ金属塩水溶液またはアルギン酸アンモニウム水溶液と混合して分散液を調製し、（２）得られた分散液を金属塩水溶液中に滴下するかまたは押出して、水難溶性の肥料を含有したアルギン酸塩のゲルを形成させることを含む、上記１．〜５．のいずれかに記載の肥料の製造方法。
７．上記１．〜５．のいずれかに記載の肥料を含有する緩効性肥料。

本発明によれば、肥効を長期間にわたって維持できる水難溶性の肥料を含有する緩効性に優れた肥料を提供することができる。本発明の肥料は、高い形状維持能力を有し、貯蔵・運搬において崩壊または粉化しにくく、取り扱いが容易である。
しかも本発明によれば、肥料の造粒および粒径制御が容易となり、歩留まりの悪さが改善される（約１００％の歩留まり率）。

実施例２で得られたゲル粒子の断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。

本発明において、アルギン酸塩のゲルは、１またはそれ以上の水難溶性の肥料を含有する。水難溶性の肥料としては、特に制限はないが、例えば、オキサミド、クロトニリデン二尿素（ＣＤＵ）、イソブチリデン二尿素（ＩＢ）、ウレアホルム、苦土隣安、熔燐、珪酸カリ等であり、好ましくはオキサミド、クロトニリデン二尿素（ＣＤＵ）、イソブチリデン二尿素（ＩＢ）、ウレアホルム、より好ましくはオキサミドである。

本発明において、水難溶性の肥料を含有したアルギン酸塩は、農業上使用可能な金属イオンによってゲル形成能を有するアルギン酸塩であれば特に制限はなく、好ましくはアルカリ土類金属、例えば、カルシウム塩、バリウム塩、マグネシウム塩、より好ましくはカルシウム塩である。

本発明において、水難溶性の肥料とアルギン酸塩の含量は、水難溶性の肥料１００質量部に対して、アルギン酸塩が１〜２００質量部、好ましくは２〜１００質量部、特に好ましくは５〜２５質量部である。

本発明において、水難溶性の肥料は、アルギン酸塩のゲルに均一に分散している（実施例２、図１）。
本発明において、アルギン酸塩のゲルの水分含量は、好ましくは０〜２０ｗｔ％、特に好ましくは０〜１５ｗｔ％である（１１０℃の熱風乾燥機内で４８時間乾燥させて重量の減少より測定）。

また、本発明において、アルギン酸塩のゲルは、高い形状維持能力を有する。本発明におけるアルギン酸塩のゲルに加圧した場合、１０ｋｇまで荷重をかけても、例えば、円盤状に変形するだけで割れたり粉化することはない。一方、比較例１に示されるような従来の肥料は、同様の測定において２.８ｋｇ〜４.０ｋｇの加圧で破砕される。

本発明において、ゲルの形状および大きさに特に制限はない。ゲルの形状としては、球状、角状、円柱状、円盤状、楕円状などの粒状または棒状とすることができる。また、大きさは、短径１〜４ｍｍ、長径２〜１０ｍｍのものが好ましい。球状に近いものがより好ましく、１〜１０ｍｍの範囲内の粒子径を有するものが好ましい。特に粒子径が１.５〜５.５ｍｍの範囲内にある球状のものは、施肥の際の飛散を軽減できるなど作業性が良好であり、特に好ましい。

本発明の肥料は、（１）水難溶性の肥料を、アルギン酸水溶液、アルギン酸アルカリ金属塩水溶液またはアルギン酸アンモニウム水溶液と混合して分散液を調製し、（２）得られた分散液を金属塩水溶液中に滴下するかまたは押出して、水難溶性の肥料を含有したアルギン酸塩のゲルを形成させることにより製造することができる。

本発明においてアルギン酸水溶液、アルギン酸アルカリ金属塩水溶液またはアルギン酸
アンモニウム水溶液は、水に溶解するがゲルを形成しないアルギン酸またはアルギン酸の塩の水溶液であり、アルギン酸アルカリ金属塩としては、例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム等が挙げられる。アルギン酸水溶液、アルギン酸アルカリ金属塩水溶液またはアルギン酸アンモニウム水溶液の濃度は、特に制限はなく、金属イオンと結合してゲルが形成できる濃度であればよい。濃度が高すぎると水溶液の粘度が高くなり、均一な量での滴下または押出しが困難となることがある。このアルギン酸水溶液、アルギン酸アルカリ金属塩水溶液またはアルギン酸アンモニウム水溶液に１またはそれ以上の水難溶性の肥料を添加し、分散液を調製する。

本発明において金属塩水溶液とは、アルギン酸をゲル化させる農業上使用可能な金属イオンの塩の水溶液であれば特に制限されず、好ましくはアルカリ土類金属塩の水溶液、例えば塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、塩化バリウム水溶液が挙げられる。アルギン酸アルカリ金属塩水溶液としてアルギン酸ナトリウムを使用する場合、金属塩水溶液としてはカルシウム塩水溶液が好適であり、塩化カルシウム、硫酸カルシウムなどの無機塩又は有機塩水溶液を用いることができる。一般に、金属イオン濃度が高い程、ゲル化速度も早く、強いゲルが得られ、低い濃度だと、ゲル化が遅くなる。

上記（２）のステップにおいて、分散液をシリンジ等により金属塩水溶液に滴下した場合、粒状のゲルを得ることができ、また、分散液を金属塩水溶液中にシリンジ等の先端より押出した場合、棒状のゲルが得られる。得られるゲルの形状（球状、角状、円柱状、円盤状、楕円状、棒状など）およびサイズは、使用するアルギン酸水溶液、アルギン酸アルカリ金属塩水溶液またはアルギン酸アンモニウム水溶液の濃度にも関係するが、主にシリンジ等の先端の形状、径、滴下速度および滴下量、ならびに金属塩水溶液の撹拌速度を変えることにより自由に設定することができる。

これらの反応は室温（ここで室温とは、５〜４０℃を意味する）で行うことができるが、ゲルの乾燥は２０〜１３０℃で行うことができる。

一例として、オキサミドを含有したアルギン酸カルシウムのゲル（以下、「ゲルコートオキサミド」ともいう）を製造する場合、室温にて、アルギン酸ナトリウム１〜５質量部に対してイオン交換水７０〜９８質量部を加え、攪拌下で完全に溶解させる。得られたアルギン酸ナトリウム水溶液にオキサミド１〜２５質量部、好ましくは８〜１８質量部を加え、オキサミドを均一に分散させる。得られたオキサミド分散液を１〜１０ｗｔ％塩化カルシウム水溶液に添加し、ゲルを生成させる。生成したゲルは、塩化カルシウム水溶液に浸したまま２４時間静置した後、ろ過し、２０〜１３０℃で５分〜４８時間程度乾燥させる。

本発明の肥料は、他の肥料と組み合わせても緩効性肥料として好適に使用することができる。

以下、本発明を実施例および比較例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
以下の手順により、ゲルコートオキサミド（オキサミド：アルギン酸Ｎａ＝８：２）を調製し、緩効性肥料としての性能を測定した。
（１）２００ｍＬのビーカーにアルギン酸ナトリウム（２ｇ、Ｍｗ．：１９８、１０.１ｍｍｏｌ）とイオン交換水９０ｇを加えて、２４時間以上、攪拌下で完全に溶解させた。（２）オキサミド（８ｇ）を（１）で調製したアルギン酸ナトリウム水溶液に入れ、約３
０分攪拌させながらオキサミドを均一に分散させた。
（３）５００ｍＬのビーカー（内径９０ｍｍ）に塩化カルシウム２水和物（３１.８ｇ、Ｍｗ．：１４７、２１.６３ｍｍｏｌ）とイオン交換水（４４８.２ｇ）を加えて５ｗｔ％塩化カルシウム水溶液４８０ｇを調製した。
（４）（２）で調製したオキサミド分散液を５ｍＬのシリンジ（先端径２.２ｍｍ）で吸取り、（３）で調整した塩化カルシウム水溶液（４００ｒｐｍ攪拌下）の液面から４０ｃｍ上部より、渦中心に垂直に滴下してゲルを生成させた。
（５）生成したゲルは、塩化カルシウム水溶液に浸したまま２４時間静置した後、粒子をろ過し、２日間乾燥させたところ、オキサミドが均一に分散したアルギン酸カルシウムのゲル粒子を得ることができた。このとき１個当りのゲル粒子の平均質量は１３.０ｍｇ、平均ｆｅｒｅｔ径は２.９ｍｍで、含有窒素は２０.３ｗｔ％、水分含量は１１.０％であった。
（６）（５）で得られたゲル粒子について、緩効性肥料としての性能を評価するため、下記緩効性評価法により無機化率の経時変化を測定した。結果を表１に示す。

（実施例２）
以下の手順により、ゲルコートオキサミド（オキサミド：アルギン酸Ｎａ＝１６：２）を調製し、緩効性肥料としての性能を評価した。結果を表１に示す。
（１）２００ｍＬのビーカーにアルギン酸ナトリウム（２ｇ、Ｍｗ．：１９８、１０.１ｍｍｏｌ）とイオン交換水８２ｇを加えて、２４時間以上、攪拌下で完全に溶解させた。（２）オキサミド（１６ｇ）を（１）で調製したアルギン酸ナトリウム水溶液に入れ、約３０分攪拌させながらオキサミドを均一に分散させた。
その他の手順は実施例１と同様である。このとき１個当りのゲル粒子の平均質量は２４.０ｍｇ、平均ｆｅｒｅｔ径は３.３ｍｍで、含有窒素は２３.７ｗｔ％、水分含量は８.１％であった。
得られた粒子の断面を走査型電子顕微鏡観察（５００倍）したところ、オキサミド粒子が均一に分散していることが分かった（図１）。

（実施例３）
以下の手順により、ゲルコートオキサミド（オキサミド：アルギン酸Ｎａ＝１２：１）を調製し、緩効性肥料としての性能を評価した。結果を表１に示す。
（１）２００ｍＬのビーカーにアルギン酸ナトリウム（１ｇ、Ｍｗ．：１９８、５.１ｍｍｏｌ）とイオン交換水８７ｇを加えて、２４時間以上、攪拌下で完全に溶解させた。
（２）オキサミド（１２ｇ）を（１）で調製したアルギン酸ナトリウム水溶液に入れ、約３０分攪拌させながらオキサミドを均一に分散させた。
その他の手順は実施例１と同様である。このとき１個当りのゲル粒子の平均質量は１４.１ｍｇ、平均ｆｅｒｅｔ径は３.２ｍｍで、含有窒素は２１.８ｗｔ％、水分含量は１４.６％であった。

（実施例４）
以下の手順により、ゲルコートオキサミド（オキサミド：アルギン酸Ｎａ＝１６：１）を調製し、緩効性肥料としての性能を評価した。結果を表１に示す。
（１）２００ｍＬのビーカーにアルギン酸ナトリウム（１ｇ、Ｍｗ．：１９８、５.１ｍｍｏｌ）とイオン交換水８３ｇを加えて、２４時間以上、攪拌下で完全に溶解させた。
（２）オキサミド（１６ｇ）を（１）で調製したアルギン酸ナトリウム水溶液に入れ、約３０分攪拌させながらオキサミドを均一に分散させた。
その他の手順は実施例１と同様である。このとき１個当りのゲル粒子の平均質量は２２.３ｍｇ、平均ｆｅｒｅｔ径は４.０ｍｍで、含有窒素は２４.０ｗｔ％、水分含量は１０.１％でであった。

（実施例５）
以下の手順により、ゲルコートオキサミド（オキサミド：アルギン酸Ｎａ＝１８：１）を調製し、緩効性肥料としての性能を評価した。結果を表１に示す。
（１）２００ｍＬのビーカーにアルギン酸ナトリウム（１ｇ、Ｍｗ．：１９８、５.１ｍｍｏｌ）とイオン交換水８１ｇを加えて、２４時間以上、攪拌下で完全に溶解させた。
（２）オキサミド（１８ｇ）を（１）で調製したアルギン酸ナトリウム水溶液に入れ、約３０分攪拌させながらオキサミドを均一に分散させた。
その他の手順は実施例１と同様である。このとき１個当りのゲル粒子の平均質量は２３.３ｍｇ、平均ｆｅｒｅｔ径は３.９ｍｍで、含有窒素は２３.３ｗｔ％、水分含量は１０.７％でであった。

（比較例１）
粉末オキサミド８８.５質量部に硫酸第一鉄２.０質量部、燐酸液１５.５質量部を二軸ローター型混合機で５分間混合した後、水を添加して約５分間混練操作を継続した。上記操作にて得られた混合物を回転カッター及び高速転動造粒機を使用して造粒した。得られた粒状品の粒径２.８５〜３.３５ｍｍを無機化試験に供した。

（緩効性評価）
緩効性評価法は以下の通りである。
（１）供試土壌：
頓原土壌（火山灰土）、１ｍｍ通過土壌、ｐＨ（１：５Ｈ₂Ｏ）６.３０、最大容水量（ＭＷＣ）＝１０３
（２）１００ｍＬ三角フラスコに供試土壌（乾土４０ｇ）と調製したゲルコートオキサミド（窒素として１５ｍｇ相当）を混合充填し、供試土壌の最大容水量（ＭＷＣ）の５５％（畑条件）となるようにイオン交換水を補水した。
（３）三角フラスコ上部をポリエチレンフィルムで蓋をして、２５℃定温庫内で所定時間インキュベートした。
（４）所定の期日に残存したゲルコートオキサミド粒を回収して、（ケルダール法による）全窒素を分析した。
（５）ゲルコートオキサミド粒を回収した後の土壌については、７０℃のイオン交換水で溶解物質を抽出してＨＰＬＣでオキサミド含量を測定し、含有窒素量を求めて（４）の残存粒の窒素量との合計から無機化率（％）を算出した。（無機化率＝オキサミド転化率）
なお、これらの試験は２系列を平行で実施し、平均をとった。

（硬度評価）
実施例１〜５のゲルコートオキサミドの硬度を測定した。測定は、木屋式硬度計（(株)
藤原製作所製）により行った。
結果は以下のとおりである。

実施例１〜５のゲルコートオキサミドに加圧した場合、ゲルは、１.５ｋｇまでは弾性変形し、２ｋｇ付近で塑性変形を開始し、２ｋｇ付近で塑性変形を開始するが、１０ｋｇまで荷重をかけても円盤状に変形するだけで、割れたり粉化することはなかった。一方、比較例１の粒状品は、同様の測定において２.８ｋｇ〜４.０ｋｇの加圧で破砕された。

Claims (5)

1. オキサミドを含有したアルギン酸塩のゲルである肥料であって、オキサミド１００質量部に対して、アルギン酸塩の含量が５〜２５質量部である肥料。
2. アルギン酸塩がアルギン酸カルシウムである請求項１に記載の肥料。
3. 形状が粒状または棒状である請求項１または２に記載の肥料。
4. （１）オキサミドを、アルギン酸水溶液、アルギン酸アルカリ金属塩水溶液またはアルギン酸アンモニウム水溶液と混合して分散液を調製し、
   （２）得られた分散液を金属塩水溶液中に滴下するかまたは押出して、水難溶性の肥料を含有したアルギン酸塩のゲルを形成させることを含む、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の肥料の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の肥料を含有する緩効性肥料。

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