過リン酸石灰

過リン酸石灰は、1840年代に骨と硫酸を反応させて初めて合成された化学肥料です。その後、リン酸 糞石と硫酸を反応させることでこのプロセスは改善されました。その後、リン酸塩を豊富に含む他の鉱床、例えばリン灰石が発見され、利用されるようになりました。可溶性リン酸はすべての植物にとって必須の栄養素であり、過リン酸石灰の利用可能性は農業の生産性に革命をもたらしました。

最も初期のリン酸を多く含む肥料は、グアノ、動物の糞尿、または砕いた骨から作られました。^[1]産業革命の間、これらの資源は非常に貴重であったため、需要を満たすためにヨーロッパ中の墓地や地下墓地から人骨が略奪されました。^[1]

1842年、ジョン・スティーブンス・ヘンスロー牧師はイングランドのサフォーク南部の崖で恐竜の糞の化石であるコプロライトを発見した。彼は、ウィリアム・バックランドがドーセットで以前に行った研究で、コプロライトにはリン酸が豊富に含まれており、硫酸で溶解することで植物に利用できることを明らかにしていたことを知っていた。ハートフォードシャーで農業を営んでいたジョン・ベネット・ローズは、これらの発見を知り、ロザムステッド（後に農業研究ステーション）の農場で独自の研究を行い、その結果得られた産物を「石灰の過リン酸石灰」と名付けた。 ^[2]彼はこの発見の特許を取得し、1842年に恐竜の糞の化石から過リン酸石灰を工業規模で生産し始めた。これは世界で初めて生産された化学肥料であった。^[1]

エドワード・パッカードはローズの研究の重要性を認識し、イプスウィッチの工場を改造して、キルトン村で発掘された糞石からこの新しい肥料を生産するようにした。彼は1850年代に工場をブラムフォードに移し、ジョセフ・フィソンズが運営する同様の新しい工場の隣に移した。これらの事業はフィソンズ肥料会社の一部となる運命にあった。元の工場があった通りは今でもコプロライト・ストリートと呼ばれている。^[3]

すべての植物と動物は、正常な代謝を行うためにリン化合物を必要としますが、植物の場合、リン化合物は乾燥物質のわずか2％を占めることもあります。^[4]リンは、可溶性の無機リン酸またはリンを含む有機化合物の形態をとることができます。生体細胞では、エネルギーが消費されるときにはアデノシン三リン酸からアデノシン二リン酸への変換が含まれ、光合成のようにエネルギーが蓄積されるときにはその逆の複雑な生化学的プロセスを使用して、エネルギーが蓄積または消費されます。^[5]

過リン酸石灰は、他の利用可能なリン酸源と比較して比較的安価です^[6]。価格の低さは、特に農業投入コストが重要な考慮事項となる発展途上地域での普及に貢献しています^{[7] 。}

土壌中のリン酸の運命は複雑で、粘土、アルミニウム塩、鉄塩などの他の鉱物と容易に錯体を形成し、^{[4]風化や細菌および土壌}微生物の作用以外では、植物に利用できない可能性がある。^[4]過リン酸肥料の利点は、リン酸含有量のかなりの割合が可溶性であり、植物がすぐに利用できることである。したがって、植物の成長を非常に迅速に促進する。しかし、複雑な土壌動態により、リン酸は鉱物複合体または有機リガンドに固定化される傾向があり、植物への利用可能性が低下する。作物が収穫されたり、動物に食べられたり、その他の方法で地元のシステムから失われたりするときに、リン酸は土壌と植物環境に失われる。リン酸は、土壌中の細かい堆積物にしっかりと結合する傾向がある。^[8]土壌から堆積物が浸出すると、受水路のリン酸濃度が上昇する可能性がある。^[9]

リンを過リン酸石灰として添加すると、作物の収穫量を大幅に増やすことができます。^[4]土壌のリンは鉱物源から補給され、物理的および生物学的メカニズムによって土壌複合体から放出されますが、再溶解率は現代の農業生産性を支えるには低すぎます。植物や動物の物質に含まれる有機リンは、物質が微生物の作用によって分解されるため、はるかに容易に再溶解されます。^[4]

しかし、過リン酸石灰を非常に魅力的なものにした重要な特性であるリン酸の溶解性は、可溶性リン塩と微細堆積物に結合したリン酸が畑から川や小川に溶出し、農業では失われる代わりに、望ましくない富栄養化を促進するため、この製品に対する継続的な需要も生み出しました。 [ ^{10 ]}

過リン酸石灰は、ヨーロッパ、中国、米国を含む世界のすべての主要工業地帯で製造されています。^[11] 2021年には、約689,916トンの過リン酸石灰が生産され、その半分以上がポーランドで、かなりの量がインドネシア、バングラデシュ、中国、日本で生産されました。^[12]

過リン酸石灰のすべての配合には、可溶性リン酸イオンと利用可能なリン酸イオンがかなりの割合で含まれており、これが現代の農業に不可欠な重要な性質となっています。^[7]

単一過リン酸石灰は、硫酸でリン酸岩を抽出する伝統的な方法を使用して生成され、 Ca(H ₂ PO ₄ ) ₂とCaSO ₄の約1:1の混合物です。^[13]

「二重過リン酸石灰」という用語は、リン酸と硫酸の混合物でリン鉱石を抽出して得られる三重過リン酸石灰と一重過リン酸石灰の混合物を指します。^[13]

リン酸三リン酸は、多くの市販肥料の成分です。主成分はリン酸一カルシウム、Ca(H ₂ PO ₄ ) _{2 です}。リン酸でリン鉱石を処理することで得られます。多くの市販肥料は、硫酸アンモニウムと塩化カリウムを混合するなどして、リン酸三リン酸から作られています。一般的な肥料グレードのリン酸三リン酸には45% P ₂ O ₅ eqが含まれ、リン酸一リン酸には20% P ₂ O ₅ eqが含まれます。^[13]

過リン酸石灰を継続的に使用すると、特に緩衝作用の弱い土壌では土壌の酸性化が起こり、pHレベルが変化し、栄養素の利用可能性が制限される可能性があります。^[14]そのため、長期的な土壌劣化を防ぐためには、土壌pHを注意深く監視し管理する必要があります。^[15]

生産と輸送では大量のCO2が排出され_、ある推計によると過リン酸塩の製造では1.2kg/kg、輸送では238g/kgに達する。^[16]他の情報源によると、硫酸の硫黄がすべて石油とガスの脱硫から回収され、^[17]過リン酸塩を生成する反応は発熱反応であるため、発生した熱が完全に再利用されると仮定すると、サイクル全体では生産のみでマイナス518g/kgという低い炭素フットプリントになる可能性がある。^[16]

過リン酸石灰は土壌にリンを豊富に含みますが、過剰または不均衡な施用は栄養比率を乱し、植物の欠乏症や毒性を引き起こします。高濃度の施用は、 Phytophthora cinnamomiによる致命的な感染症と関連している可能性があるという証拠が出てきています。^[18]土壌検査や対象を絞った施用を含む持続可能な施肥方法は、このリスクを軽減するために不可欠です。^[19]

適切なリン酸を豊富に含む岩石の入手可能性は限られており、「ピークリン」の推定値は2022年から30年後、^[20]または2051年から2092年の間と変動しています。 ^[21]人口が増加し、食糧需要が増加すると、将来的に過リン酸肥料の入手可能性は不安定になる可能性があり、リン酸の代替源を開発する必要があることを示唆しています。^[10]

ゴンドワナ大陸で進化した植物の多くは、過剰なリンに対して敏感であり^{[18] 、}アーバスキュラー菌根との共生から必要なものをすべて得ています。過リン酸石灰の施用に耐えられない植物の例としては、ハケア・プロストラタやグレビレア・クリトミフォリアなどがあります。菌根との共生に依存する多くの陸生ランは、リン酸値の上昇に対して同様に敏感である可能性があり^[22]、過リン酸石灰を含む肥料の施用によって個体数が抑制される可能性があります。^[23]

河川、湖沼、海の富栄養化は、リン酸塩濃度の上昇と非常によく関連していることが文書化されている。しかし、過リン酸塩の使用がこの問題にどの程度寄与しているかを解明することは、人間と動物の排泄物の両方にリン化合物のさまざまな発生源があるため困難である。ワイ川の最近の問題は、鶏糞の管理が不十分な鶏の糞尿から生じた過剰なリン酸塩による集中的な養鶏にまでさかのぼることができる。^{[24] [25]}