農業用鉱物（石パン肥料またはガソリン肥料とも呼ばれる）は、必須の植物栄養素を提供できるため、農業や園芸産業にとって重要な鉱物です。[1]一部の農業用鉱物は自然に発生するか、または代替肥料または土壌改良剤として使用するために加工されます。[1]農業用鉱物という用語は19世紀に作られ、現在では持続可能な農業の主要な研究テーマの1つです。これらの地質材料は、栄養素を補充し、土壌を改良するために使用されます。農業用鉱物は、趣味の園芸で最もよく見られる小規模な用途から始まりましたが、数百エーカーの土地を占める商業農業などのはるかに大規模なものに移行しています。この移行において、焦点は、主に3つの主要な植物栄養素である窒素（N）、リン（P）、およびカリウム（K）に移りました。[2] 3つの要素のうち2つは、カリと呼ばれる地質材料からのみ採取されます。[2]カリウムの供給量とコストが限られているため、代替資源の研究が進められている。[3]
農業用ミネラルの利用プロセスは、まず岩石を粉砕して「岩石粉末」にし、その粉末を用いて土壌の養分を補給することから始まります。[3]土壌中のミネラルレベルを補給するプロセスは、土壌再鉱化と呼ばれます。土壌の養分を補給する代替方法を研究する中で、農業用ミネラルは気候変動、水資源保全、土壌管理といった他の問題の緩和にも役立つことが分かってきました。[1]
歴史
農業鉱物の研究は農業地質学と呼ばれ、農業地質学者は持続不可能な農法によって農業鉱物が枯渇した地域で土壌の肥沃度を補充するような問題に取り組んでいます。現在の農法では、土壌の質が低くても作物の生産性が高くなることが期待されています。[1]この種の農法では時間が経つにつれて土壌の栄養分が枯渇し、化学肥料の使用が増えました。化学肥料は流出することがわかっており、地下水を汚染する可能性があり、第三世界の国々では経済的に実行可能ではありません。[1]化学肥料の主な供給源の1つはカリ鉱石です。[2]カリ鉱石に関するもう1つの懸念は、供給量が限られていて枯渇しつつあるため、価格が上昇していることです。[1]カリはカリウムとリンの主な供給源の1つであり、元祖の農業鉱物の1つです。[2]これらの農業鉱物の代替源を見つけることは、土壌修復に焦点を当て、低コストで生産性を向上させるために生み出された概念でした。 [1]
当初、アグロミネラルは、外来植物に適した土壌条件の再現に使用されていました。これらは、はるかに小規模で行われる単純な手法でした。例えば、土壌の通気性を高めるためにパーライトを使用し、蒸発を抑制するために軽石を使用し、水分を蓄えるためにバーミキュライトやゼオライトを使用するといった手法です。[1]この土壌改良がアグロミネラルの概念の始まりとなり、三大栄養素を摂取するための代替源の探求へと発展しました。[1]再鉱化とは、栄養源として岩石粉末を土壌に投入することを指す造語です。[3]このプロセスはより大規模な事業に導入され、ブラジル、ドイツ、ノルウェー、南アフリカ、スリランカ、ウガンダなどの国々で大きな成功を収めています。[3]
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出典
元々の農業用鉱物はカリで、今日では化学肥料がカリウムとリンの栄養素を得る方法です。[2]需要が非常に高いため、鉱石の供給は不足しており、市場価値が高まっています。[1]最大の制限要因はカリウムです。地殻で4番目に豊富な元素であるにもかかわらず、主要な供給源はカリしかありません。[2]化学肥料の使用を避けるための人気のある代替アイデアの1つは、栄養源として岩石粉末を畑に散布することです。[1]主要な研究分野の1つは、長石と長石類を観察し、どちらをより効率的に使用するかを判断することです。[2]ある研究では、長石類のネフェリンは溶解速度がはるかに速く、花崗岩などのカリウムがはるかに豊富な他の岩石よりも効率的なカリウム源であることが示されました。[2]
化学肥料は地下水汚染につながるとの指摘があり、化学肥料の使用をやめようという動きがあります。土壌に栄養分を加える新たな方法として、岩石を粉砕して粉末状にし、土壌に混ぜ込むという手法が注目され始めています。[3]岩石粉末の発想は、岩石が風化することで栄養分が土壌に元々加えられるという考え方に由来しています。つまり、土壌は風化した岩石なのです。[1]この概念に基づき、岩石には植物とそれを摂取する人間の両方にとって有毒となる可能性のある不要な元素が含まれている可能性があるため、岩石の供給源が非常に重要であると判断されました。[3]玄武岩やデイサイトなどの岩石について研究が行われており、それぞれの岩石には長所と短所があります。[3]岩石粉末の成功は作物のサイクルによって左右される可能性があります。例えば、玄武岩は長期作物には効果的でしたが、短期作物には化学肥料ほど効果的ではありませんでした。[3]岩石粉末によっては、結果が出るまでに1年から5年かかるものもあります。[3]岩石が効果的な岩石粉末となる最大の要因は、鉱物学と化学組成です。[1]適切な元素と有効性を持つ岩石源が見つかれば、岩石粉末の限界は粉砕方法になります。オリビンのような鉱物を地中で有効な粒子サイズ（1μm）まで粉砕するには、岩石1トンあたり約1.5ギガジュールのエネルギーが必要です。 [3]植物の栄養分補給のための持続可能な解決策として岩石粉末を製造するには、より効率的な粉砕方法を見つけるための研究が必要です。
再石灰化
農業用ミネラルは、長い歴史の中で作物によって枯渇させられてきた土壌に栄養分を補給することを可能にする。[1]農業は、自然の補充率と比較して、土壌の耕作地層と地盤の栄養分損失率が高いことに悩まされている。[3]再ミネラル化は、地中の栄養分を補充する方法として、岩石粉末を土壌に混ぜるプロセスを検討する。[1]岩石粉末を使用すると、植物は必要なものだけを吸収し、使われなかったミネラルは使用されるまで結晶化したままになる。[3]化学肥料は溶解性塩を使って植物に栄養分を届けるが、吸収されなかったものは近くの地下水に流れ出る。[1]
岩石は多くの産業で安価な副産物となっているため、安価で大量の使用可能な岩石を供給できる可能性があります。[3]岩粉を使用した再石化は、土壌に最大5年分の栄養分を供給することができます。[3]有機肥料と組み合わせて使用すると、岩粉ははるかに低いコストで化学肥料と同等の効果があることが証明されています。[3]長期的な作物の収穫量も増加することが示されています。[3]岩粉を使用すると、植物はより健康に見える傾向があり、粉末が水分含有量を保持するのに役立つことがわかりました。[3]再石化プロセスの有効性は、岩粉の鉱物学と化学、および土壌の特性に依存します。[1]
岩石粉末に関する課題は、その溶解速度を理解することです。[2]溶解速度は、有機物、pHレベル、二次粘土沈殿などの要因に依存します。[3]溶解速度論が完全には解明されていないため、これは主要な研究分野です。[1]大きな課題の1つは、実験室で現場の状況を再現することです。多くの場合、実験室の溶解速度は現場よりも2～5桁高くなります。[1]岩石の鉱物学と化学成分を完全に理解することが重要です。火山岩は岩石粉末の良い供給源であると考えられていましたが、毒性元素も含まれていることが判明しました。[3]リン酸塩岩の研究が行われてきましたが、これも重元素と放射性元素を含むという問題があります。[1]
岩石粉末の再鉱化利用は、地球温暖化の緩和に寄与する可能性があります。[1]特定の粉末に含まれる栄養素が吸収されると、土壌中に陽イオンが放出され、二酸化炭素と反応して炭酸塩鉱物が生成されます。炭酸塩鉱物は、炭素循環における炭素吸収源として機能します。[1]この発見により、農業面と地球規模の気候変動面の両方から持続可能性の可能性を秘めていることから、岩石粉末を使用した再鉱化のさらなる研究が進められています。[1]
参照
参考文献
- ^ abcdefghijklmnopqrstu vw Zhang, Guanru; Kang, Jinting; Wang, Tianxing; Zhu, Chen (2017). 「農業と気候変動緩和における農業鉱物研究のレビューと展望」 .土壌研究. 56 (2): 113– 122. doi :10.1071/SR17157. ISSN 1838-6768.
- ^ abcdefghi Manning, David AC (2010). 「植物栄養 のためのカリウムのミネラル源。レビュー」持続可能な開発のための農学。30 (2): 281– 294. Bibcode :2010AgSD...30..281M. doi :10.1051/agro/2009023. ISSN 1773-0155. S2CID 25963588.
- ^ abcdefghijklmnopqrs Ramos, Claudete Gindri; Hower, James C.; Blanco, Erika; Oliveira, Marcos Leandro Silva; Theodoro, Suzi Huff (2021). 「ケイ酸塩岩石粉末の利用可能性：概要」. Geoscience Frontiers . 13 101185. doi : 10.1016/j.gsf.2021.101185 . hdl : 11323/8357 . ISSN 1674-9871. S2CID 233699192.
