エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDXRF)を用いて,多様なマトリックスを有する家畜ふん堆肥中の肥料成分および微量元素を迅速,かつ簡便に定量する方法を開発した.福島県内の家畜ふん堆肥試料122点(牛75点,鶏23点,豚24点)を用い,ナトリウム,マグネシウム,アルミニウム,リン,カリウム,カルシウム,チタン,バナジウム,クロム,マンガン,鉄,コバルト,ニッケル,銅,亜鉛,ヒ素,ルビジウム,ストロンチウム,ジルコニウム,モリブデン,バリウム,鉛,セリウム,カドミウムの24元素について検量線作成を試みた.蛍光X線分析には乾燥・微粉砕した家畜ふん堆肥試料を加圧成型したブリケットを用いた.クロム,コバルト,ニッケル,ジルコニウムをのぞく20元素について正確度の高い検量線を得た.蛍光X線分析による定量値は,ICP-AES,ICP-MSによるそれと概ね一致した.リン,カリウム,カルシウム,銅,亜鉛の5元素を測定するのに必要な時間は1試料あたり30分である.

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We estimated the quantities of fresh and composted livestock excreta, food refuse, and sewage sludge on a national and prefectural scale in Japan in 2005. The total amount of livestock excreta produced was__Tg fresh weight (FW), which contained 680Gg N and 116Gg P. The amount of compost produced from it was 11.9Tg FW, which contained 184Gg N; that is, composting reduced the N content to less than one-third. The total amount of food refuse produced was 22 Tg FW, which contained 185Gg N and 26Gg P. The amount of compost produced from it was 5.8Tg FW, which contained 79Gg N; that is, composting reduced the N content to less than half. The total amount of sewage sludge produced was 75Tg FW, which contained 106Gg N and 20Gg P. The amount of compost produced from it was 2.0Tg FW (1/40), which contained 40Gg N; that is, composting reduced the N content to 2/5. Thus, composting is effective at reducing the amount of refuse. Japanese farmland has the capacity to receive 40Tg FW of composted cattle manure: at 0 to 5.62Mg FW ha^<-1> to paddy fields (depending on the prefecture), 10Mg FW ha^<-1> to upland fields, 7.5Mg FW ha^<-1> to orchards, and 20Mg FW ha^<-1> to forage fields. The quantities of composted livestock manure, food refuse, and sewage sludge equated to 17, 15, and 5Tg cattle manure. Therefore, Japanese farmland has the capacity to receive all composted wastes produced nationally. However, the amounts produced and the capacities to use them vary widely among prefectures. By our estimation, 6 prefectures out of 47 cannot use all the composted manure produced within them, and 14 can receive composts from outside. Our estimation did not take into account any limitations on nutrients in excess of needs or the heavy metal load. Therefore, nutrient imbalances might occur. The amount of compost made from organic wastes and the capacity of farmland to use it could be used to decide the fate of the wastes.

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高塩類堆肥を有機質肥料として利用することを考慮し,本研究では,土壌溶液の組成および陽イオンバランスの経時変化に注目し,高塩類堆肥を用いたコマツナ連作栽培について調査した.最初のポット実験では,コマツナを化成肥料,普通堆肥,高塩類堆肥を用いて,褐色低地土(NA)および黒ボク土(NBL)で4連作した.普通堆肥区と高塩類堆肥区の地上部乾物重を比較すると,NA,NBLともに1〜3作目は高塩類堆肥区の方が多い傾向にあった.しかし,4作目で高塩類堆肥区の地上部乾物重が大幅に減少し,普通堆肥区と同じ施用量の高塩類堆肥区(20Mg ha^<-1>)と比較すると,地上部乾物重が普通堆肥区よりも少なくなった.高塩類堆肥区では施用量が増加するにつれ,コマツナの地上部乾物中のカルシウムとマグネシウム濃度は減少する傾向にあった.高塩類堆肥連用による土壌への影響として土壌ECを検討した結果,高塩類堆肥区は施用量および施用回数の増加に伴い,EC値が高くなっていた.高塩類堆肥施用により土壌溶液濃度は上昇していたが,土壌溶液の陽イオンバランスを評価する指標として用いたAR^<K+Na>は3作目以降で値が安定する傾向にあった.高塩類堆肥施用によってコマツナ乾物収量が減少したのは,土壌溶液濃度の増加だけでなく,土壌溶液中のカルシウムとマグネシウムがコマツナに吸収されにくくなるような土壌溶液組成にも原因があると考えられた.黒ボク土に高塩類堆肥を10,20Mg ha^<-1>施用した後,苦土石灰を5Mg ha^<-1>施用したポット実験では,苦土石灰の併用によって高塩類堆肥施用区のAR^<K+Na>値は直ちに改善され,それに従い,コマツナ乾物収量も高くなった.

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飼料用水稲栽培における牛糞堆肥の窒素肥料的効果に対する腐熟度と施用時期の影響を把握するため,腐熟度が異なる牛糞堆肥を代かきの0〜4週前に窒素50g m^<-2>相当量施用し,飼料用水稲を栽培した.その結果,堆肥の腐熟度が高いほど,また施用が早いほど作土の土壌溶液の窒素濃度は低く,水稲の吸収窒素量も低くなった.1次発酵途中の堆肥を代かき直前に施用すると活着が少々遅延したが,それ以外の生育障害は起きず,収量は吸収窒素量に応じて高くなった.子実を収穫する食用水稲と異なり,飼料用水稲では茎葉も含む地上部全体を収穫するので,堆肥施用によって活着遅延や窒素供給の一時的な過不足が生じても,収量が低下しにくいと考えられた.なお,下層土への窒素溶脱は,堆肥の腐熟度が低く施用が遅いほど少なかった.以上から,飼料用水稲の栽培では,1次発酵後の牛糞堆肥を代かき間近に施用すると,窒素肥料として効果的に利用できると考えられた.

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福島県内に流通する家畜ふん堆肥122点(牛75点,鶏23点,豚24点)を収集し,堆肥中の微量元素濃度の実態を明らかにした.主要な結果は以下の通りである.1)家畜ふん堆肥中に含有される微量元素は,ナトリウム,鉄,アルミニウム(全畜種の中央値;4,194〜4,985mg Kg^<-1>)>チタン,マンガン,亜鉛(222〜578mg Kg^<-1>)>銅,ルビジウム,ストロンチウム,バリウム(29〜87mg Kg^<-1>)>リチウム,バナジウム,クロム,ニッケル,ガリウム,ヒ素,イットリウム,ジルコニウム,モリブデン,カドミウム,鉛,ランタン,セリウム,ネオジム(0.32〜7.53mg Kg^<-1>)であった.2)牛ふん堆肥は,リチウム,アルミニウム,チタン,バナジウム,鉄,ガリウム,ヒ素,ジルコニウム,バリウムといった元素濃度が高く,これらの元素は相互に高い相関を示した.これらは土壌に多く含有される元素である.一方,鶏ふん堆肥は,窒素,マグネシウム,リン酸,カルシウム,ニッケル,銅,亜鉛,ストロンチウム,モリブデンが多く含有されていた.豚ぷん堆肥は,一部の例外をのぞき,これら堆肥の両方の化学的性質を備えていた.3)家畜ふん堆肥中のカドミウム,ヒ素,鉛濃度は一般的に低かった.亜鉛,銅,カドミウム,鉛,ヒ素の5元素間で全ての畜種に共通した高い相関関係は見いだせなかった.4)銅,亜鉛濃度は鶏ふん堆肥,豚ぷん堆肥で高かった.それらの堆肥を施用するときは土壌汚染に注意する必要がある.

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牛ふん堆肥の熱処理による養分の収支および養分溶解性の変化を,乾熱器を用いた80〜180℃2時間の熱処理,または炭化釜を用いた200〜900℃2時間の炭化処理により調べた.(1)牛ふん堆肥を200〜900℃で炭化すると,温度が上がるに従い重量が21.9〜66.9%減少した.リン,カリウム,カルシウムおよびマグネシウムはほぼ炭化物中に残留したが,窒素は炭化温度が上がるに従い17.7〜88.4%が揮散した(2)熱処理に伴う窒素溶解性の変化を小田島らの逐次抽出法により検討したところ,80〜180度の範囲で温度が上がるに従い,堆肥中のアンモニア態窒素が6〜72.4%減少した.1M酢酸,リン酸緩衝液可溶窒素もそれぞれ34.5〜71.7,12.8〜46%減少した.400度以上の炭化により何れの溶媒にも窒素はほとんど溶出しなくなり,炭化物に含まれるほぼ全ての窒素が植物に利用されにくい形態と考えられた.(3)炭化に伴うリン,カリウム,カルシウムおよびマグネシウムの溶解性を水溶性,水不溶ク溶性およびクエン酸不溶性に類別し評価した.リンは水溶性リンが低下し多くは水不溶ク溶性であった.カリウムは水溶性カリは炭化による変化が少なく,炭化温度が上がるにつれ水不溶ク溶性およびクエン酸不溶のカリウムが増加した.カルシウムおよびマグネシウムは多くが水不溶ク溶性で炭化温度が上がるにつれ増加した.

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