堆肥

ドイツの農村地域におけるコミュニティレベルの堆肥化

堆肥は、植物の肥料として、また土壌の物理的、化学的、生物学的特性を改善するために使用される成分の混合物です。一般的には、植物や食品廃棄物の分解、有機物のリサイクル、および堆肥によって作られます。得られた混合物は、植物栄養素と、細菌、原生動物、線虫、および真菌などの有益生物が豊富です。堆肥は、庭園、造園、園芸、都市農業、および有機農業において土壌の肥沃度を高め、市販の化学肥料への依存を減らします。[ 1 ]堆肥の利点には、肥料として作物に栄養を与えること、土壌改良剤として機能すること、土壌の腐植またはフミン酸含有量を増やすこと、および土壌中の病原菌を抑制して土壌伝染性疾患を減らすのに役立つ有益な微生物を導入することなどがあります。

最も単純なレベルでは、堆肥作りでは、緑色廃棄物（葉、草、食べ残しなどの窒素を豊富に含む物質）と茶色い廃棄物（茎、紙、木片などの炭素を豊富に含む木質物質）を混ぜて集める必要があります。[ 1 ]これらの物質は、数か月かかるプロセスで腐植に分解されます。[ 2 ]堆肥作りは、水、空気、炭素と窒素を豊富に含む物質の投入量を計測しながら、多段階かつ厳密に監視されたプロセスになります。分解プロセスは、植物質を細断し、水を加え、開いた山や風車を使って混合物を定期的に回転させて適切な通気を確保することで促進されます。[ 1 ] [ 3 ]菌類、ミミズ、その他の腐食動物は、有機物をさらに分解します。好気性細菌と菌類は、投入物を熱、二酸化炭素、アンモニウムイオンに変換することで化学プロセスを管理します。

中空の丸太で作られたコンポスター

堆肥化は廃棄物管理の重要な部分です。食品やその他の堆肥化可能な材料は、埋立地の廃棄物の約20％を占めており、嫌気性条件のため、これらの材料は埋立地で生分解するのにより長い時間がかかります。[ 4 ] [ 5 ]堆肥化は、嫌気性条件によるメタン排出を削減し、経済的および環境的相乗効果をもたらすため、埋め立てに有機材料を使用するよりも環境に優れた代替手段となります。[ 6 ] [ 7 ]例えば、堆肥は、土地や川の干拓、湿地の建設、埋立地の被覆にも使用できます。

基礎

家庭用堆肥樽
ワシントン州エバーグリーン州立大学の有機農場の堆肥箱
堆肥の山の材料
生ゴミ堆肥の山

堆肥化は、有機性固形廃棄物を好気的に分解する方法であり、[ 8 ]、有機物のリサイクルに利用できます。このプロセスでは、有機物を堆肥と呼ばれる腐植質のような物質に分解し、植物にとって優れた肥料となります。

堆肥化生物が効果的に働くためには、4つの同様に重要な成分が必要です。[ 3 ]

  • 炭素はエネルギー源として必要であり、微生物による炭素の酸化によって、堆肥化プロセスの他の部分に必要な熱が生成されます。[ 3 ]炭素含有量の高い物質は、茶色く乾燥している傾向があります。[ 1 ] [ 3 ]
  • 窒素は、炭素を酸化する生物の成長と繁殖に必要です。[ 3 ]窒素を多く含む物質は緑色で[ 1 ]湿っている傾向があります。[ 3 ]色とりどりの果物や野菜も含まれます。[ 1 ]
  • 酸素は炭素を酸化する分解プロセスに必要です。[ 3 ]好気性細菌は堆肥化に必要なプロセスを実行するために5％以上の酸素レベルを必要とします。[ 3 ]
  • 局所的に嫌気性状態を引き起こすことなく活動を維持するためには、適切な量の水が必要です。[ 1 ] [ 3 ]

これらの材料を特定の比率で配合することで、微生物が堆肥の山を加熱する速度で活動できるようになります。十分な酸素と適切な水分レベルを維持するためには、堆肥の山を積極的に管理すること（例えば、堆肥の山をひっくり返すこと）が必要です。材料が分解されるまで54～71℃（130～160°F）の高温を維持するには、空気と水のバランスが重要です。[ 9 ]

堆肥化は、炭素と窒素の比率が約25:1のときに最も効率的です。 [ 10 ]高温堆肥化は、熱を保持することで分解速度を高め、堆肥をより速く生成することに重点を置きます。炭素と窒素の比率が約30炭素単位以下であれば、急速堆肥化が促進されます。30を超えると、基質は窒素欠乏状態になります。15を下回ると、窒​​素の一部がアンモニアとして放出される可能性があります。[ 11 ]

ほぼすべての死んだ植物や動物の材料には、さまざまな量の炭素と窒素が含まれています。[ 12 ]新鮮な草の刈り取りでは平均約15:1の比率で、乾燥した秋の葉では種によって異なりますが約50:1です。[ 3 ]堆肥作りは継続的かつ動的なプロセスであり、継続的に新しい炭素と窒素源を追加し、積極的な管理を行うことが重要です。

生物

堆肥中の有機物は、水、酸素、炭素、窒素の適切な混合物が供給されれば分解することができます。[ 3 ]生物は大きく分けて2つのカテゴリーに分類されます。化学的分解者は有機廃棄物に化学反応を起こし、物理的分解者は粉砕、引き裂き、咀嚼、消化などの方法で廃棄物を細かく砕きます。[ 3 ]

化学分解者

  • 堆肥中に含まれる微生物の中で、細菌は最も豊富かつ重要な存在です。[ 3 ]細菌は炭素と窒素を処理し、窒素、リン、マグネシウムなどの植物が利用できる栄養素を排出します。[ 3 ]堆肥化の段階に応じて、中温細菌または好熱細菌が最も多く存在する場合があります。
    • 中温細菌は有機物を酸化することで堆肥を好熱性段階に導きます。[ 3 ]その後、堆肥を熟成させることで、植物にとってより利用しやすい新鮮な堆肥になります。[ 3 ] [ 13 ]
    • 好熱菌は-5～25℃（23～77℉）では繁殖も活性もありませんが[ 14 ] 、土壌中に広く存在します。中温菌が有機物を分解し、温度を最適範囲まで上昇させると、好熱菌は活性化します。[ 13 ]好熱菌は雨水を介して土壌に侵入することが確認されています。[13] 好熱菌が広範囲に生息しているのは、胞子が耐久性があることなど、多くの要因によるものです。[ 15 ]好熱菌は高温で繁殖し、一般的な混合物では40～60℃（104～140℉）に達します。ウィンドロウコンポストなどの大規模堆肥化作業ではこの温度を超える場合があり、有益な土壌微生物を死滅させるだけでなく、廃棄物を低温殺菌してしまう可能性があります。 [ 13 ]
    • 放線菌は、新聞紙や樹皮などの紙製品や、リグニンやセルロースなどの分解しにくい高分子を分解するために必要です。 [ 3 ]「堆肥の心地よい土っぽい香り」は放線菌によるものです。[ 3 ]放線菌は、植物が利用できる炭素、アンモニア、窒素の栄養素を作り出します。[ 3 ]
  • カビや酵母などの菌類は、細菌が分解できない物質、特に木質材料中のセルロースやリグニンを分解するのに役立ちます。[ 3 ]
  • 原生動物は有機物の分解に寄与し、不活性な細菌、真菌、微生物粒子を消費する。[ 16 ]

物理的分解者

  • アリは巣を作り、土壌の多孔質性を高め、堆肥のさまざまな部分に栄養分を運びます。[ 3 ]
  • 幼虫などの甲虫は腐った野菜を食べます。[ 3 ]
  • ミミズは部分的に堆肥化された物質を摂取し、ミミズの糞を排泄します。[ 3 ]これにより、窒素、カルシウム、リン、マグネシウムが植物に利用可能になります。[ 3 ]ミミズが堆肥の中を移動する際に作るトンネルは、通気性と排水性も向上させます。[ 3 ]
  • ハエはほぼすべての有機物を食べ、堆肥にバクテリアを送り込みます。[ 3 ]ハエの個体数はダニとハエの幼虫には適さない高温によって抑制されています。 [ 3 ]
  • ヤスデは植物質を分解する。[ 3 ]
  • ワムシは植物粒子を食べます。[ 3 ]
  • カタツムリやナメクジは、生きている植物や新鮮な植物を食べます。[ 3 ]植物や作物に害を及ぼす可能性があるため、堆肥を使用する前に取り除く必要があります。[ 3 ]
  • ナメクジは腐った木や腐った植物を食べます。[ 3 ]
  • トビムシは菌類、カビ、分解中の植物を食べます。[ 3 ]

堆肥化の段階

3年前の家庭用堆肥

理想的な条件下では、堆肥化は3つの主要な段階を経て進行します。[ 16 ] [ 17 ]

  1. 中温期：初期の中温期では、中温微生物によって中温下で分解が行われます。2～8日
  2. 好熱段階:温度が上昇すると、第 2 段階である好熱段階が始まり、さまざまな好熱細菌がより高い温度 (50 ～ 60 °C (122 ～ 140 °F)) で分解を実行します。
  3. 冷却期（中温期IIとも呼ばれる）
  4. 成熟段階:高エネルギー化合物の供給が減少するにつれて、温度が低下し始めます。

セミコンポスト化は、堆肥化に推奨される量よりも少ない量の有機廃棄物を処理する分解プロセスであり、したがって、中温微生物のみが有機物の分解を担うため、好熱段階は存在しない。[ 18 ] [ 19 ]

高温・低温堆肥化 - タイミングへの影響

堆肥化に必要な時間は、材料の量、投入物の粒径（例えば、木片は枝よりも早く分解する）、そして混合と通気の量に左右されます。[ 3 ]一般的に、堆肥の山が大きいほど温度が上昇し、数日から数週間は好熱性の状態が続きます。これは高温堆肥化と呼ばれ、大規模な自治体施設や農業事業で一般的に行われている方法です。

バークレー法では、18日間で堆肥が完成します。この方法では、最初に少なくとも1立方メートル（35立方フィート）の材料を用意し、最初の4日間の後は2日ごとにひっくり返す必要があります。[ 20 ]このような短期間のプロセスには、従来の方法にいくつかの変更が加えられています。例えば、投入材料の粒子サイズをより小さく均質化すること、炭素と窒素の比率（C:N）を30:1以下に制御すること、水分レベルを注意深く監視することなどです。

低温堆肥化は、完了までに最大1年かかることもある、よりゆっくりとしたプロセスです。[ 21 ]これは、少量の台所廃棄物や庭の廃棄物を長期間にわたって受け入れる多くの家庭の堆肥山など、小規模な堆肥山から生じます。1立方メートル（35立方フィート）未満の堆肥山では、高温に達しにくく、高温を維持しにくい傾向があります。[ 22 ]低温堆肥化では、堆肥山の一部が圧縮されたり水浸しになったりして嫌気性状態になるリスクはありますが、ひっくり返す必要はありません。

病原体の除去

堆肥化は、50℃（122℉）以上の温度に達することで、一部の病原菌や種子を死滅させることができます。 [ 23 ] 安定化堆肥（微生物が有機物の消化を終え、温度が50〜70℃（122〜158℉）に達した堆肥化物）を扱う場合、これらの温度で病原菌が死滅し、オーシストさえも生存不可能になるため、リスクはほとんどありません。[ 24 ]病原菌が死滅する温度は、病原菌、温度が維持される時間（数秒から数週間）、およびpHによって異なります。[ 25 ]

堆肥茶や堆肥抽出物などの堆肥製品は、作物病害を引き起こす可能性のある植物病原菌であるFusarium oxysporum、Rhizoctonia属、Pythium debaryanumに対して抑制効果があることがわかっています。[ 26 ]通気した堆肥茶は堆肥抽出物よりも効果的です。[ 26 ]堆肥抽出物に含まれる微生物叢と酵素も、真菌性植物病原菌に対して抑制効果があります。[ 27 ]堆肥は、植物病原菌と戦うB. subtilis、B. licheniformis 、 P. chrysogenumなどの生物的防除剤の優れた供給源です。 [ 26 ]堆肥、堆肥茶、堆肥抽出物を滅菌すると、病原菌抑制効果が低下します。[ 26 ]

堆肥を扱う際に感染する可能性のある病気

50℃（122℉）以上の温度に達する段階を経ていない堆肥をひっくり返すときは、堆肥の取り扱いによって感染する可能性のある以下の病気から身を守るために、口マスクと手袋を着用する必要があります。[ 28 ]

卵母細胞は50℃（122℉）を超える温度では生存不能となる。[ 24 ]

環境上の利点

堆肥は土壌に有機物を加え、土壌中の微生物の栄養含有量と生物多様性を高めます。[ 29 ]家庭で堆肥を作ることで、ゴミ捨て場や堆肥化施設に運搬される生ゴミの量を減らすことができます。トラックで回収される材料の量が減ることで、運搬回数が減り、結果として廃棄物処理車両からの排出量全体を削減できます。

堆肥化できる材料

堆肥化可能な材料、つまり原料の供給源としては、家庭、農業、商業廃棄物などが挙げられます。家庭から出る生ゴミや庭の廃棄物は、家庭で堆肥化することも[ 30 ]、大規模な自治体の堆肥化施設に収集して利用することもできます。地域によっては、地域や近隣の堆肥化プロジェクトに組み込むこともできます[ 31 ] [ 32 ] 。

有機固形廃棄物

大きな堆肥の山は好熱性微生物によって発生した熱で蒸気を上げています。

有機性固形廃棄物は、大きく分けて緑色廃棄物と茶色廃棄物の2種類に分類されます。緑色廃棄物は一般的に窒素源とみなされており、消費前後の食品廃棄物、刈り取った草、庭木の剪定枝、生葉などが含まれます。[ 1 ]動物の死骸、ロードキル、屠畜残渣も堆肥化することができ、窒素源とみなされます。[ 33 ]

褐色廃棄物は炭素源です。代表的な例としては、乾燥した植物や木質物（落ち葉、藁、ウッドチップ、枝、丸太、松葉、おがくず、木灰など）が挙げられますが、木炭灰は含まれません。[ 1 ] [ 34 ] 紙や段ボールなどの木材由来製品も炭素源とみなされます。[ 1 ]

動物の肥料と敷料

多くの農場では、堆肥の基本的な材料は、農場で発生する動物の排泄物を窒素源として、そして敷料を炭素源として利用しています。わらやおがくずは一般的な敷料です。新聞紙や細断した段ボールなど、従来とは異なる敷料も使用されます。[ 1 ]畜産農場で堆肥化される排泄物の量は、清掃スケジュール、土地の可用性、気象条件によって決まることが多いです。それぞれの排泄物には、独自の物理的、化学的、生物学的特性があります。牛や馬の排泄物は、敷料と混ぜると堆肥化に適しています。豚の排泄物は非常に水分が多く、通常は敷料と混ぜられませんが、わらなどの原料と混ぜる必要があります。鶏の排泄物は、高炭素・低窒素の資材と混ぜる必要があります。[ 35 ]

人間の排泄物

堆肥化の文脈では「ヒューマヌレ」と呼ばれることもある人間の排泄物[ 36 ] [ 37 ]は、栄養価の高い有機物であるため、堆肥化プロセスに投入することができます。重要な植物性アミノ酸の構成要素となる窒素は、固形の人間の排泄物に含まれています。[ 38 ] [ 39 ]植物が太陽光をATPの形でエネルギーに変換するのを助けるリンは、液状の人間の排泄物に含まれています。[ 40 ] [ 41 ]

固形の排泄物は、コンポストトイレで直接収集することも、下水処理場で処理された後、下水汚泥の形で間接的に収集することもできます。どちらのプロセスも、潜在的な健康リスクを管理する必要があるため、適切な設計が必要です。家庭でのコンポストの場合、排泄物には細菌、ウイルス、寄生虫など、さまざまな微生物が存在する可能性があり、不適切な処理は重大な健康リスクをもたらす可能性があります。[ 42 ] 家庭、商業、産業のさまざまな発生源から廃水を収集する大規模な下水処理施設の場合は、追加の考慮事項があります。バイオソリッドと呼ばれる堆肥化された下水汚泥は、さまざまな金属や医薬品化合物で汚染されている可能性があります。[ 43 ] [ 44 ]バイオソリッドの処理が不十分だと、土壌に施用したときに問題が発生することもあります。[ 45 ]

尿は堆肥の山に投入するか、直接肥料として使用することができます。[ 46 ]堆肥に尿を加えると温度が上昇するため、病原菌や不要な種子を破壊する能力が高まります。糞便とは異なり、尿は病気を媒介するハエ（イエバエやクロバエなど）を引き寄せませんし、寄生虫の卵のような最も頑強な病原菌も含まれていません。[ 47 ]

動物の遺体

動物の死骸は処分方法として堆肥化される可能性があり、このような物質は窒素を豊富に含んでいます。[ 48 ]

人間の体

人間の堆肥化（法規制では自然有機還元と呼ばれている[ 49 ] [ 50 ] ）は、微生物と有機物によって遺体を堆肥化する、遺体の最終処分プロセスである。21世紀初頭に、埋葬や火葬に代わる環境的に持続可能な代替手段として開発された人間の堆肥化は、米国のいくつかの州とスウェーデンで法的に認可されている。人間の堆肥化は、環境への影響、合法化、そして宗教的配慮について多くの議論を引き起こしてきた[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]

堆肥化技術

裏庭のコンポスター

工業規模の堆肥化

容器内堆肥化

送風機とオーガーを使用して材料を通気し、混合する容器内コンポスター

容器内堆肥化とは、一般的に、建物、容器、または容器内に堆肥化材料を閉じ込める一連の方法を指します。 [ 54 ] 容器内堆肥化システムは、金属製またはプラスチック製のタンク、あるいはコンクリート製のバンカーで構成され、「バイオリアクター」の原理を用いて、空気の流れと温度を制御できます。一般的に、空気循環は、加圧された新鮮な空気を注入できる埋設管を介して計測され、排気はバイオフィルターを通して排出されます。最適な好気性分解条件を維持するために、容器内のプローブを使用して温度と湿度の状態が監視されます。多くの容器内堆肥化装置は、材料を攪拌するためにオーガーや回転も使用し、材料を継続的に均質化し、機械的に通気することで分解を促進します。[ 55 ]一般的な例としては、XACTのようなメーカーの回転式ドラム式コンポスター[ 56 ]や、Green Mountain TechnologiesのEarth Flow [ 57 ]やSorain CecchinniのBiomax Gのようなオーガー式容器内技術が挙げられます。[ 58 ]

容器内コンポストは、一般的に、下水バイオソリッド、食品廃棄物、または都市固形廃棄物の有機画分の最終処理を含む、腐敗しやすい都市規模の有機廃棄物処理に使用されます。容器内コンポストにより病原菌を殺菌できるため、廃棄物を土壌改良材として再利用でき、同時に臭気、流出、排出物などの環境への影響を最小限に抑えることができます。容器内コンポストは、建物内またはパイルを囲む取り外し可能なカバーの下で通気された静的パイルコンポストを指すこともあります。これは、タイの国立科学技術開発庁の支援を受けて、タイの農家グループで広く使用されているシステムです。[ 59 ]近年、小規模の容器内コンポストが進歩しています。これらの容器には、カスタムまたは一般的なロールオフ式廃棄物コンテナが使用されることが多いです。また、改造した輸送コンテナやカスタムドラムが使用されることもあります。

通気式静的堆肥化パイル

ハッチンソン市にある通気式スタティックパイル堆肥施設
上の画像のプッシュウォールの後ろにある送風機を示す画像

通気式静的堆肥化（ASP）とは、物理的操作なしに堆肥材料を好気状態に保つために強制通気を用いるシステムを指します。これは通常、混合原料を多孔管に置き、空気を押し上げる（正圧通気）、空気を吸い込む（負圧通気）、または空気を押し引きする（逆圧通気）ことで行われます。空気が材料を通過する場合（負圧通気および逆圧通気）、通常はバイオフィルターのようなスクラバーに通して臭気や排出物を除去します[ 60 ]。

ASPは通常、マスベッドまたはバンカー構造で屋外に建設されます（バンカー型ASPの例については画像をご覧ください）。また、側面が開放された建物、トンネルと呼ばれる密閉式バンカー、またはウィンドロウ内に建設することもできます。多くのASPは屋根によって雨や降水から保護されており、浸出水の発生を抑え、バイオドライイングによって貯留水を蒸発させることができます。

ウィンドロウ堆肥化

カナダのバイオソリッド堆肥化施設で熟成中の堆肥山に使用されるウィンドロウターナー。
容器内堆肥化施設で熟成中の堆肥列。

農業において、ウィンドロウ堆肥化とは、動物の肥料や作物の残渣などの有機物または生分解性廃棄物を長い列、つまりウィンドロウに積み上げて堆肥を作ることです。

このプロセスは好気性であるため、オープンウィンドロウコンポスト（OWC）またはオープンエアウィンドロウコンポスト（OAWC）としても知られています。[ 61 ]

家庭レベルのその他のシステム

ヒュゲル文化（盛り上がった花壇または塚）

ほぼ完成したヒュゲルカルチャーベッド。ベッドにはまだ土が入っていません。

腐った木を詰めた盛り土や塚を作る習慣は、ドイツ語でヒュゲルカルチャーとも呼ばれます。[ 62 ] [ 63 ]これは実際には土で覆われた育苗用の丸太を作ることです。

ヒュゲルカルチャーの庭床の利点には、保水性と土壌の保温性がある。[ 62 ] [ 64 ]埋められた木材は分解する際にスポンジのように働き、水を吸収して貯蔵し、後でその上に植えられた作物に利用することができる。[ 62 ] [ 65 ]

堆肥化トイレ

エルサレム郊外の山中で行われたアクティビズム・フェスティバル2010の堆肥化トイレ

コンポストトイレは、堆肥化と呼ばれる生物学的プロセスによって人間の排泄物を処理する乾式トイレの一種です。このプロセスにより有機物が分解され、人間の排泄物は堆肥のような物質に変化します。堆肥化は、制御された好気条件下で微生物（主に細菌と真菌）によって行われます。[ 66 ]ほとんどのコンポストトイレは洗浄に水を使用しないため、「乾式トイレ」と呼ばれています。

多くのコンポストトイレでは、使用後、おがくず、ココナッツ繊維、ピートモスなどの炭素添加剤が投入されます。この方法により、排泄物に気泡が生じ、好気性分解が促進されます。また、炭素と窒素の比率が向上し、悪臭の発生も軽減されます。ほとんどのコンポストトイレシステムは中温性コンポスト化を採用しています。コンポストチャンバー内での滞留時間が長くなるため、病原菌の死滅も促進されます。最終製品は、通常は別のコンポスト工程である二次システムに移送することで、中温性コンポスト化にさらに時間をかけ、病原菌をさらに減少させることもできます。

コンポストトイレは、二次堆肥化工程と組み合わせることで、腐植質のような最終生成物を生み出し、地域の規制で許可されている場合は土壌を肥沃にするために使用できます。一部のコンポストトイレには、便器内に尿分流システムを備え、尿を分離して余分な水分を抑制します。ミミズ濾過式トイレは、洗浄水でミミズを利用して堆肥化を促進する コンポストトイレです。

  • ミミズ堆肥（ミミズ堆肥、ミミズ腐植、ミミズ肥料、ミミズの排泄物とも呼ばれる）は、ミミズによる有機物の分解の最終産物です。 [ 67 ]これらの堆肥には、ミミズ堆肥化前の有機物よりも汚染物質のレベルが低く、栄養素の飽和度が高いことが示されています。[ 68 ]
  • クロコウチュウ（Hermetia illucens）の幼虫は大量の有機物を急速に消費することができ、人間の排泄物の処理に利用できます。得られた堆肥は栄養素を含んでおり、バイオガス生産、あるいは従来の堆肥化やミミズ堆肥化に利用することができます[ 69 ] [ 70 ]
  • ボカシは分解プロセスではなく発酵プロセスであるため、原料のエネルギー、栄養素、炭素含有量が保持されます。発酵を完了するには十分な炭水化物が必要であるため、このプロセスは通常、堆肥化できないものも含め、食品廃棄物に適用されます。炭水化物は乳酸に変換され、乳酸は自然に分解して生物学的エネルギーキャリアである乳酸塩を形成します。そのため、保存されたボカシは土壌微生物によって容易に消費され、そこから土壌食物網全体に広がり、土壌有機炭素と撹乱が大幅に増加します。このプロセスは数週間で完了し、土壌の酸性度は正常に戻ります。
  • 共堆肥化は、脱水された糞便汚泥や下水汚泥などの他の投入材料と一緒に有機固形廃棄物を処理する技術である。[ 10 ]
  • 先進国では、埋立地に許容される有機物の量を制限する規制により、混合廃棄物の機械選別と嫌気性消化を組み合わせた処理がますます普及しています。生分解性廃棄物を埋立地に投入する前に処理することで、漏洩メタンによる地球温暖化を軽減できます。未処理の廃棄物は埋立地で嫌気性分解され、強力な温室効果ガスであるメタンを含む埋立地ガスが発生します。嫌気性消化槽で生成されたメタンはバイオガスとして利用できます。[ 71 ]
  • 小規模農家や有機農家では、窒素、炭素、中性物質を適切な割合で混ぜ合わせた堆肥を山に積み、温度計で温度をチェックし、1週間ごとに手でひっくり返す「回転堆肥」技術を使って、作物の苗床の準備に使える好気性堆肥を作ることもできる。[ 72 ] [ 73 ]

用途

農業と園芸

堆肥 - 詳細
肥料として使用される堆肥

小麦、トウモロコシ、大豆などの作物を露地で栽培する場合、スプレッダートラックやトラクターの後ろに牽引するスプレッダーを用いて、堆肥を土壌の表層に散布することができます。散布層は非常に薄く（約6mm（0.24インチ））、植え付け前に土壌に混ぜ込むことが想定されています。痩せた土壌の再生や浸食を抑制する場合、25mm（0.98インチ）以上の施肥は珍しくありません。[ 74 ]ドイツなどでは、堆肥の配布と散布が廃棄物処理料金の一部として一部補助されており、栄養分の「持続可能性」を前提として、露地での堆肥の使用頻度が高くなっています。[ 75 ]

プラスチック栽培では、イチゴ、トマト、ピーマン、メロンなどの果物や野菜をプラスチックの下で栽培し、温度調節、水分保持、雑草抑制を行います。堆肥は、条間に沿って帯状に施用し、苗代や植え付け前に土壌に混ぜ込むか、苗床を構築してプラスチックを敷設すると同時に施用するか、追肥として用いることができます。

多くの作物は、圃場に直接播種されるのではなく、温室の播種トレイで育てられます。苗が一定の成長段階に達すると、圃場に移植されます。苗を育てる際に堆肥が混ぜられることもありますが、通常は唯一の培養基として使用されることはありません。作物の種類や種子の栄養素、塩分などに対する感受性によって、混合比率は決まります。また、酸素欠乏や残留植物毒素を防ぐために、成熟度も重要です。[ 76 ]

堆肥は、土壌、ココヤシ繊維、またはピートに耕作改良剤として加えられ、腐植と栄養分を供給する。[ 77 ]堆肥は吸収性物質として豊かな生育培地を提供する。この物質は水分と可溶性ミネラルを含み、支持と栄養分を供給する。堆肥が単独で使用されることはめったにないが、砂、砂利、樹皮チップ、バーミキュライト、パーライト、粘土粒などの他の添加剤と堆肥を混ぜてロームを生成する混合土壌から植物が繁茂することができる。堆肥は、有機物のレベルと土壌の全体的な肥沃度を高めるために、土壌または生育培地に直接耕すことができる。添加剤としてすぐに使用できる堆肥は、濃い茶色または黒色で、土の匂いがする。[ 1 ] [ 77 ]

一般的に、堆肥への直接播種は、乾燥が早いこと、未熟な堆肥には発芽を阻害する可能性のある植物毒素が含まれている可能性があること、 [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]、不完全に分解されたリグニンによって窒素が固定される可能性があることなどの理由で推奨されません。[ 81 ]苗の移植には、20～30％の堆肥の混合物が使用されるのが一般的です。

堆肥は植物の病気や害虫に対する免疫力を高めるために使用することができます。[ 82 ]

堆肥茶

堆肥茶は、堆肥化された材料から浸出した発酵水の抽出物から作られています。[ 77 ] [ 83 ]堆肥は、発酵プロセスに応じて、通気されたものと通気されていないものがあります。[ 84 ]堆肥茶は通常、堆肥と水を1:4～1:10の比率で加え、時々かき混ぜて微生物を放出させることで作られます。[ 84 ]

混合物を通気することの利点については議論がある。[ 83 ]非通気堆肥茶は安価で労働集約的ではないが、植物毒性とヒト病原体の再増殖のリスクに関しては相反する研究がある。[ 84 ]通気堆肥茶は発酵が速く、より多くの微生物を生成するが、特に混合物に栄養素を追加した場合、ヒト病原体の再増殖の可能性がある。[ 84 ]

圃場研究では、堆肥茶を作物に加えると、有機物の投入、栄養素の利用度の向上、微生物の活性の向上などのメリットがあることが示されています。[ 77 ] [ 83 ]また、植物病原体[ 85 ]や土壌伝染病に対する抑制効果があることも示されています。 [ 84 ]その効能は、準備プロセス、供給源の種類、醸造プロセスの条件、作物の環境など、いくつかの要因によって左右されます。[ 84 ]堆肥茶に栄養素を加えると病気の抑制に効果的ですが、大腸菌やサルモネラ菌などのヒト病原体の再増殖を引き起こす可能性があります。[ 84 ]

堆肥抽出物

堆肥抽出物は、浸出した堆肥の内容物を任意の溶媒に溶解した、発酵または醸造されていない抽出物である。[ 84 ]

商業販売

堆肥は園芸用品店などで袋入りの培養土として販売されています。[ 86 ] [ 77 ]これには、堆肥化された肥料（例えば、馬糞や泥炭など）が含まれますが、ローム、肥料、砂、砂利なども含まれることがあります。栽培のほとんどの用途に対応する多目的堆肥、ジョン・イネス社製の配合、[ 86 ]トマトなどの作物を直接植えられるように設計された栽培袋などがあります。また、野菜、蘭、観葉植物、ハンギングバスケット、バラ、ツツジ科植物、苗、鉢植え用など、専門分野に特化した堆肥も販売されています。[ 87 ] [ 88 ]

他の

堆肥は土地や河川の再生、湿地の造成、埋立地の被覆にも利用することができます。[ 89 ]

堆肥によって発生する熱は、温室の外縁などに設置することで、温室の暖房に利用することができます。 [ 90 ]

規則

キッチンのコンポスト容器は、堆肥化可能なアイテムを屋外のコンポスト容器に運ぶために使用されます。

ヨーロッパでは、1980年代初頭（ドイツ、オランダ、スイス）からプロセスおよび製品に関するガイドラインが制定されており、英国と米国では比較的最近になって制定されました。これらの国では、業界内の民間団体が緩い基準を設けており、これは独立した政府機関が消費者に優しいより厳しい基準を制定するのを阻止するための、一時的な措置だと考える人もいます。[ 91 ]堆肥はカナダ[ 92 ]とオーストラリア[ 93 ]でも規制されています。

米国のEPAクラスAおよびBガイドライン[ 94 ]は、米国EPAによる海洋投棄の禁止を受けて、現在ではバイオソリッドとも呼ばれる汚泥の処理と有益な再利用を管理するためだけに策定されました。現在、約26のアメリカの州では、病原体および媒介生物の制御のために、これらの連邦プロトコルに従って堆肥を処理することを義務付けていますが、汚泥以外の物質への適用は科学的に検証されていません。例えば、緑の廃棄物堆肥は、汚泥堆肥が想定されていたよりもはるかに高い割合で使用されています。[ 95 ]英国のガイドラインも堆肥の品質に関して存在し、[ 96 ]カナダ、[ 97 ]オーストラリア、[ 98 ]およびヨーロッパのさまざまな州でもガイドラインが存在します。[ 99 ]

米国では、一部の堆肥製造業者が、民間のロビー団体である米国コンポスト協議会（USCC）が提供する試験プログラムに参加しています。USCCは、1991年にプロクター・アンド・ギャンブル社によって設立されました。これは、州が紙おむつの埋立地への投棄を禁止する命令を出したことで全国的な騒動が起きたことを受けてのことでした。最終的に、紙おむつの堆肥化というアイデアは、科学的に実現可能であることが証明されなかったこと、そしてそもそもマーケティング戦略として考案されたことが主な理由で、断念されました。その後、堆肥化の重点は、以前は埋立地に捨てられていた有機廃棄物のリサイクルへと戻りました。米国には正式な品質基準はありませんが、USCCは「試験保証シール」（Seal of Testing Assurance）[ 100 ]（別名「STA」）と呼ばれるシールを販売しています。申請者は、かなりの費用を支払うことで、製品にUSCCのロゴを表示することができ、栄養素、呼吸速度、塩分含有量、pH、その他の限られた指標などのパラメータを含む最新の実験室分析結果を顧客に提供することに同意します。[ 101 ]

ウェールズ[ 102 ] [ 103 ]などの多くの国や、シアトルやサンフランシスコなどの一部の都市では、堆肥化のために食品廃棄物と庭の廃棄物を分別することが義務付けられています（サンフランシスコ強制リサイクルおよび堆肥化条例）。[ 104 ] [ 105 ]

アメリカは西側諸国の中で唯一、汚泥由来堆肥と緑化堆肥を区別していない国であり、米国の州の50%は、1984年に汚泥製品向けに公布された連邦EPA503規則に堆肥が何らかの形で準拠することを期待している。[ 106 ]

下水スレッジ由来のバイオソリッドから得られる堆肥中のPFAS（「永遠の化学物質」）濃度には健康リスクの懸念があり、 EPAはこれに関する健康リスク基準を設定していません。シエラクラブは、PFAS濃度が高い可能性があるため、家庭菜園では下水汚泥由来の肥料や堆肥の使用を避けるよう推奨しています。[ 107 ] EPAのPFAS戦略ロードマップは2021年から2024年にかけて実施され、下水汚泥中のPFASの健康リスクを含む、PFASのライフサイクル全体を検討します。[ 108 ]

歴史

堆肥バスケット

堆肥化の歴史は少なくともローマ帝国初期に遡り、紀元前160年に大カトーが著した『農業文化論』にも言及されています。[ 109 ]伝統的に、堆肥化とは、有機物を次の植え付け時期まで積み上げ、その頃には土壌で利用できる程度に分解させることでした。有機堆肥化の方法は、世界中の 伝統的な農業システムの一部でした。

堆肥作りは、1920年代にヨーロッパで有機農業のツールとしてやや近代化され始めた。[ 110 ]都市の有機物を堆肥に変える最初の産業施設は、1921年にオーストリアのヴェルスに設立された。 [ 111 ]農業における堆肥作りの初期の提唱者には、バイオダイナミック農法の創始者であるルドルフ・シュタイナーや、メキシコ政府を代表して任命され、1950～1958年に浸食と土壌劣化との戦いで大規模な腐植組織を設立する国を支援したアニー・フランセ・ハラールがいる。[ 112 ]インドで持続可能な慣行について広範囲に取り組んだサー・アルバート・ハワード[ 110 ]やレディー・イヴ・バルフォアも堆肥作りの主要な提唱者だった。近代的な科学的堆肥化は、ロデール社のオーガニックガーデニングの創設者であるJIロデールや、その他の有機農業運動に関わった人々によってアメリカに持ち込まれました。 [ 110 ]

参照

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