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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、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つとなっています。これらの地質材料は、栄養素を補給し、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、焦点は地表の栄養素、主に3つの主要な植物栄養素である窒素（N）、リン（P）、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には限りがあるため、代替源の研究が進められている。[3]
農業用ミネラルの使用プロセスは、まず岩石を砕いて「岩石粉末」にし、その粉末を使って土壌の栄養分を補給するところから始まります。[3]土壌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。土壌の栄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、水資源の保全、土壌管理などの他の問題の緩和にも役立つことが分かりました。[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の土壌肥沃度の補充などの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収穫量が多い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加しました。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、元々の農業鉱物の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高めるために考案された概念でした。 [1]
当初、農業用ミネラルは、外来植物に適した土壌条件を再現するため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方法でした。これには、土壌の通気性を高めるためにパーライトを使用すること、蒸発を制御するために軽石を使用すること、水分を蓄えるためにバーミキュライトとゼオライトを使用することが含まれます。 [1]この土壌改良が農業用ミネラルの概念の始まりであり、3つの主要な栄養素を得るための代替源を探すことに発展しました。[1]再鉱化とは、栄養源として岩石粉末を土壌に導入するために作られた用語です。[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、ウガンダなどの場所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あり、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、鉱石の供給は少なくなっており、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、カリウムの主な供給源はカリだけです。[2]化学肥料の使用を避けるための人気のある代替案の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、長石と長石類を調べ、どちらを使用するのがより効率的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ことから、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しい方法として、岩石を粉砕して粉末状にし、地面に混ぜるという方法に注目が集まっています。 [3]岩石粉末の背後にあるアイデアは、岩石が風化し、それがもともと土壌に栄養分を注入する方法であるという考えに由来しています。土壌は風化した岩石です。[1]この概念では、岩石には植物とそれを摂取する人間の両方に有毒となる可能性のある不要な要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ています。 [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きましたが、それぞれの岩石には長所と短所がありました。[3]岩石粉末の成功は作物のサイクルによって影響を受ける可能性があります。たとえば、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1〜5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ための最大の貢献は、鉱物学と化学組成です。[1]適切な要素と有効性を持つ岩石源が見つかると、岩石粉末の制限はそれをどのように粉砕するかになります。オリビンなどの鉱物を地中で効果的な粒子サイズ（1μm）に粉砕するには、岩石1トンあたり約1.5ギガジュールかかります。 [3]岩石粉末が植物の栄養素を補充するための持続可能な解決策となるためには、より効率的に岩石を粉砕する方法を見つけるための研究が必要になるでしょう。
再石灰化
農業用ミネラルは、作物によって枯渇した長い歴史を持つ土壌に栄養分を加えることを可能にします。[1]農業は、自然の補充率と比較して、土壌と地中の養分の耕作地層での損失率が高いことに悩まされています。[3]再ミネラル化は、地中の栄養分を補充する方法として、岩石粉末を採取して土壌に混ぜるプロセスを検討します。[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、使用されないミネラルは使用されるまで結晶化したままになります。[3]化学肥料は溶解性塩を使用して植物に栄養分を供給しますが、吸収されなかったものはすべて最も近い地下水に流れ出ます。[1]
岩石は多くの産業で安価な副産物となっているため、安価で大量の実用的な岩石を供給できる可能性があります。[3]岩石粉末を使用した再鉱化により、土壌に最大 5 年分の栄養素を提供できます。[3]有機肥料と組み合わせて使用すると、岩石粉末は化学肥料と同等の効果があることが証明されており、コストははるかに低くなっています。[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]岩石粉末を使用すると、植物がより健康に見える傾向があり、粉末が水分含有量の保持に役立つことがわかりました。[3]再鉱化プロセスの有効性は、岩石粉末の鉱物学と化学、および土壌の特性によって異なります。[1]
岩石粉末の課題は、岩石粉末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理解されていないため、これは主要な研究分野です。[1]大きな課題の 1 つは、現場の状況を研究室で再現することです。多くの場合、研究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、これらにも重元素と放射性元素が含まれているという問題があります。[1]
再鉱化における岩石粉末の使用は、地球温暖化の緩和に役立つ可能性があります。[1]特定の粉末からの栄養素が吸収されると、土壌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、炭素循環の炭素シンクとして機能します。[1]この発見により、農業側と地球規模の気候変動側の両方からの持続可能性の可能性により、岩石粉末を使用した再鉱化をさらに調査する動きが高まっています。[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) .「植物の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。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使用の可能性：概要」. Geoscience Frontiers . 13 : 101185. doi : 10.1016/j.gsf.2021.101185 . hdl : 11323/8357 . ISSN 1674-9871. S2CID 233699192.