多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料とその製造法およびその使用法
【課題】環境に優しい緩効性および制御放出性肥料とその製造法と農業における使用法を提供する。
【解決手段】下記一般式を持つ、多数の栄養素を含むポリマー肥料。
（式中、ｎは５０〜２００、ｍは０〜５の範囲にあり、ＭはＫ、ＮＨ４、ＮＨＣＯＮＨ２、微量要素金属等からなる群より選択される。）本ポリマー肥料の制御された放出作用は土壌中で分解することを利用し、植物が吸収できる栄養素を緩効的に放出できるところにある。
【解決手段】下記一般式を持つ、多数の栄養素を含むポリマー肥料。
（式中、ｎは５０〜２００、ｍは０〜５の範囲にあり、ＭはＫ、ＮＨ４、ＮＨＣＯＮＨ２、微量要素金属等からなる群より選択される。）本ポリマー肥料の制御された放出作用は土壌中で分解することを利用し、植物が吸収できる栄養素を緩効的に放出できるところにある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料、特に、環境保全型の、多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性肥料に関する。本発明は更に、本肥料の製造法と農業における本肥料の使用法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術においては、窒素、リン、カリウムの３元素全てを含む肥料、例えば、カルバミド（尿素）とリン酸二水素カリウムとの組み合わせ、または尿素とリン酸カルシウムと硫酸カリウムとの混合物を得るには、複雑な混合法が用いられる。環境、特に水系（water bodies）への肥料の流出による汚染を抑えるため、緩効性（制御放出性）肥料の研究と応用が注目されるようになってきた。しかし現在使用できる緩効性および制御放出性肥料は、一般に被覆法を用いたもの、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂膜の層で覆った尿素であって、尿素−ホルムアルデヒド樹脂が分解するにつれて被膜が次第に損壊し、肥料がゆっくりと放出されるものである。国際公開第２００３／０８２００５号は、非常に良く分散した尿素−ホルムアルデヒドポリマー肥料緩効性放出剤の製造法を開示している。このポリマーは窒素肥料をゆっくりと放出することができ、炭酸カルシウム、プラスター、金属ケイ酸塩、タルカムパウダ、イオウ、活性炭、キレート化鉄、亜鉛、およびマンガンの混合物を造粒工程で加えたものである。しかしこの物質は、作物の生長に必要なリンとカリウムを物質分解後には供給することができない。米国特許出願公開第１９８１／０２８８４５６号は、尿素とホルムアルデヒドとアンモニアとの液状混合物を調製する工程と、混合物を加熱および酸性化してメチレン尿素の重合を開始する工程と、加熱してメチレン尿素の重合を終了する工程と、次に、得られた生成物を乾燥する工程とを含む、固体の尿素−ホルムアルデヒドポリマー緩効性肥料の製造法を開示しているが、この生成物は、作物の生長に必要なリンとカリウムを土壌中で分解した後には供給することができない。日本国特開平１０−２５９０８３号公報は、肥料を生分解性ポリマーの管に入れた後、特定の間隔で管に穴を開け、肥料をゆっくりと土壌に放出するものである。日本国特開平１０−２５９０８３号公報の製品を用いると、土壌に与える栄養素を管に詰める肥料の成分によって変えることができる。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００３／０８２００５号
【特許文献２】米国特許出願公開第１９８１／０２８８４５６号
【特許文献３】日本国特開平１０−２５９０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先行技術と異なり、本発明は、窒素、リン、カリウムの主要３元素を物理的に混合したり化学的に結合させるのではなく、一つのポリマーを生成するもので、これら３元素それぞれの割合を、様々な作物や土壌の要求に合うよう特定の範囲に調節することができ、これにより肥料の有効利用度は格段に向上する。一方、本発明は、被覆による緩効性放出ではなく、土壌中でポリマーが徐々に生分解および加水分解することを利用して、植物が吸収できる栄養素を放出するものである。このように、本発明の肥料の遅く、制御された放出のメカニズムは、通常の緩効性肥料のそれとは全く異なる。本発明の緩効性および制御放出性肥料は、ポリマー肥料自体の分解と加水分解により、栄養素を遅くかつ制御して放出するものであるが、通常の緩効性（または制御放出性）肥料は、ポリマー被膜の働きによって放出を遅くするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般に、本発明の態様の一つは、緩効性および制御放出性ポリマー肥料の提示である。前記緩効性および制御放出性ポリマー肥料は、次の一般式を持つ化合物である。
【化１】
（Ｉ）
式中、ｎは５０〜２００の範囲にあり、ｍは０〜５の範囲にあり、各繰り返し単位において、Ｍは同じまたは異なるものであって、Ｋ、ＮＨ４、ＮＨＣＯＮＨ２、等から成る群より独立して選ばれ、望ましくは、Ｍは更に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇなど、または作物に必要なその他の微量要素から成る群より選ばれる。
【０００６】
本発明の緩効性および制御放出性ポリマー肥料の望ましい実施の形態において、この肥料は、緩効性および制御放出性ポリマー肥料の総重量を基にして、ｍが０で、全てのＭがＫである場合、２７．９％のＫ２Ｏと、４２％のＰ２Ｏ５と、１６．６％のＮとを含み、ｍが３で、全てのＭがＫである場合、１２％のＫ２Ｏと、１８．２％のＰ２Ｏ５と、２８．７％のＮとを含み、ｍが５で、全てのＭがＫである場合、８．２％のＫ２Ｏと、１２．５％のＰ２Ｏ５と、２９．４％のＮとを含み、このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの量として計算する。
【０００７】
更に、本発明の緩効性および制御放出性ポリマー肥料は、緩効性および制御放出性ポリマー肥料の総重量を基にして、ｍが０で、全てのＭがＮＨ４である場合、４８．４％のＰ２Ｏ５と、２８．６％のＮとを含み、ｍが３で、全てのＭがＮＨ４である場合、１９．５％のＰ２Ｏ５と、３４．５％のＮとを含み、このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの量として計算する。
【０００８】
本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料では、窒素、リン、およびカリウムの含量を、作物および土壌の要求に応じて調節することができる。栄養素の調節可能な範囲は、窒素が１６〜３５重量％、Ｐ２Ｏ５（リン）が１３〜４８重量％、Ｋ２Ｏ（カリウム）が６〜２７重量％、各微量要素が０．１〜１重量％であり、このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの含量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの含量として計算する。
【０００９】
本発明のもう一つの態様は、一般式（Ｉ）を持つポリマー肥料の製造法の提示であって、この方法は次の工程を含む。
（１）反応物とリン酸とを反応器に加えて加熱し、二価リン酸塩を生成する工程。前記反応物は、塩化カリウム、炭酸カリウム、または水酸化カリウムなどである。反応物は更に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、または必要なその他の金属元素の酸化物または水酸化物から成る群より選ぶことができる。
（２）もう一つの反応器に尿素（カルバミド）とホルムアルデヒドとを加えてｐＨ値を調整し、適当な温度でメチレン尿素オリゴマーを生成する工程。
（３）もう一つの反応器に、工程（１）で得られた二価リン酸塩と、工程（２）の生成物、または必要な量の窒素となるに足る量の尿素（カルバミド）とを加え、加熱して重縮合反応を開始し、反応熱の作用により重縮合反応を継続させる工程。
（４）溶融した重縮合生成物を造粒する工程。
【００１０】
本発明のもう一つの態様は更に、一般式（Ｉ）を持つ緩効性および制御放出性ポリマー肥料の作物への使用法に関するものであって、前記肥料は単独で、または堆肥と組み合わせて施用する。作物は望ましくは実を結ぶ作物であり、より望ましくは作物はトウモロコシおよびジャガイモである。更に、本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料は、微量要素を含む特殊な肥料としても使用できる。
【００１１】
本発明の緩効性および制御放出性肥料は、窒素、リン、カリウムの主要３元素を一つのポリマーに組み込んだポリマー化合物である。施肥後、土壌中の水と微生物の作用によって肥料は次第に分解および加水分解され、植物が吸収できる栄養素を生じる。分解および加水分解過程は次第に加速されるため、肥料からの栄養素の放出は、初期では遅く、中期で早く、後期では再び遅くなるが、これは植物の栄養要求サイクルにちょうど合致するため、肥料の利用度が高い。更に、主要３元素の窒素、リン、カリウム以外に本発明の緩効性および制御放出性肥料に含まれる元素は、炭素、水素、および酸素である。この肥料は土壌に有害な元素を全く含まず、その水溶液は中性、無害、無臭、非腐食性であるため、この肥料は環境に優しく、環境を汚染せず、また土壌の酸性化やアルカリ化を引き起こさない環境保全型の肥料である。
【００１２】
先行技術と比べて、本発明は例えば次のような注目すべき長所を持つ。
（１）窒素、リン、カリウム、鉄、銅、亜鉛、マンガンなどの栄養素全てを一つのポリマー中に含むため、より使用に便利な肥料である。
（２）肥料の合計養分含量（Ｎ％＋Ｐ２Ｏ５％＋Ｋ２Ｏ％）が５０〜８６重量％であるため、本肥料の施用量は同じ生産増に必要な現在入手可能な肥料の量の僅か１／３〜１／２である。
（３）必要に応じて肥料の持続時間を調整できる。
（４）肥料の水溶液のｐＨ値が６．５〜７．５であって、土壌や植物に対して害を与えない。
（５）分解および加水分解後、肥料から放出される栄養素は全て植物によって完全に吸収され、残分がないため、環境に優しい緩効性および制御放出性肥料である。
（６）原材料の一つである塩化カリウムは資源が豊富でコストが安い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施例における全ての部および百分率は重量で示す。
【実施例】
【００１４】
１．本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料の調製
塩化カリウムとリン酸の供給重量をカリウムの要求量に従って算出し、次に、撹拌機と塩化水素吸収装置とを備えた耐酸反応器にこれらの原材料を入れ、塩化水素が発生しなくなるまで加熱して反応溶液Ｉを得た。後に使用するため、反応溶液Ｉを約６０℃まで冷やした。
【００１５】
尿素（カルバミド）とホルムアルデヒドの供給重量を窒素の要求量に従って算出し、次に、撹拌機を備えたもう一つのステンレススチール製反応器にこれらの原材料を入れた。ｐＨ値を８〜９に調整し、系を８０℃に加熱後、１時間反応させて反応溶液ＩＩを得た。後に使用するため、反応溶液ＩＩを約６０℃まで冷やした。
【００１６】
強力な撹拌機を備えた反応器に溶液Ｉと溶液ＩＩとを移した。これらはすぐに反応して軟らかい固体の塊となった。この塊を直接造粒器に送って肥料をペレット化し、肥料粒を乾燥して、本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料を得た。
【００１７】
鉄、銅、マンガン、亜鉛などの微量要素の添加法は、初めにこれらの微量要素を二価リン酸塩に変え、後にこれらを重縮合反応に加えるものである。
【００１８】
＜実施例１＞
［ｍ＝５で、全てのＭがＫである特定の肥料の調製］
２．３ｋｇの８５％工業用リン酸を１０リットルのエナメル製反応器に入れ、次に、１．０５ｋｇの塩化カリウムを加えた。塩化水素が放出されなくなるまで系を加熱した。２ｋｇの水を加え、続いて０．３４ｋｇの水酸化カリウムを加えた。後に使用するため、系を８０℃に加熱した。
【００１９】
８．１ｋｇの３７％工業用ホルムアルデヒドを、撹拌機を備えた３０リットルのステンレススチール製反応器に加えた。ｐＨ値を８〜９に調整し、系を６０℃に加熱した。次に、バッチに７．２ｋｇの尿素（カルバミド）を加えた。反応温度を８０℃に上げて０．５時間反応させ、後に使用するための生成物を得た。
【００２０】
前述の２つの反応溶液を熱いうちに混ぜ合わせ、この混合物を造粒器でペレット化して乾燥させた。１１．４ｋｇの生成物が得られた。生成物中のＮの含量は２９．４％、Ｐ２Ｏ５は１２．５％、Ｋ２Ｏは８．２％である。
【００２１】
＜実施例２＞
［ｍ＝３で、全てのＭがＫである特定の肥料の調製］
実施例１と同じ方法を用いて、リン酸二水素カリウム溶液を調製した。４．９ｋｇの３７％工業用ホルムアルデヒドを、撹拌機を備えた３０リットルのステンレススチール製反応器に加えた。ｐＨ値を８〜９に調整し、系を６０℃に加熱後、バッチに４．８ｋｇの尿素を加えた。温度を８０℃に上げて０．５時間反応させ、後に使用するための生成物を得た。
【００２２】
前述の２つの反応溶液を熱いうちに混ぜ合わせ、この混合物を造粒器でペレット化して乾燥させた。７．８ｋｇの生成物が得られた。生成物中のＮの含量は２８．７％、Ｐ２Ｏ５は１８．２％、Ｋ２Ｏは１２％である。
【００２３】
＜実施例３＞
［ｍ＝０で、全てのＭがＫである特定の肥料の調製］
撹拌機と塩化水素吸収装置とを備えた３０リットルのエナメル製反応器に、６．９ｋｇの８５％工業用リン酸を加え、３．１５ｋｇの塩化カリウムを加えた。塩化水素が放出されなくなるまで系を加熱した。３ｋｇの水を加えた後、１ｋｇの水酸化カリウムを加えた。反応系が熱いうちに、長さ／直径比の大きい反応器に系を移した。次に、３．６ｋｇの尿素（カルバミド）を加えた。反応系を約６０℃まで熱すると、澄んで透明な溶液となった。適当な時間加熱し続けると、重縮合反応は発熱反応であるため、系は沸騰する。反応系が粘稠となったらヒーターを外し、得られた生成物が半固体状となるまで放冷後、生成物を造粒器でペレット化して乾燥させた。１０．１ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は１６．６％、Ｐ２Ｏ５は４２．０％、Ｋ２Ｏは２７．９％である。
【００２４】
＜実施例４＞
［ｍ＝０で、全てのＮがＮＨ４である特定の肥料の調製］
６．９ｋｇの８５％工業用リン酸を長さ／直径比の大きいステンレススチール製反応器に加えた後、撹拌しながらバッチに４．８ｋｇの重炭酸アンモニウムを加えた。ＣＯ２が発生しなくなるまで系を６０℃で加熱した後、３．６ｋｇの尿素（カルバミド）を加えた。反応溶液が沸騰状態になるまで温度を上げた。反応溶液が粘稠となったらヒーターを外し、反応溶液が半固体状になるまで放冷後、生成物を造粒器でペレット化して乾燥させた。８．８ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は２８．６％、Ｐ２Ｏ５は４８．４％である。
【００２５】
＜実施例５＞
［ｍ＝３で、全てのＭがＮＨ４である特定の肥料の調製］
４．６ｋｇの８５％工業用リン酸を１０リットルのステンレススチール製反応器に加え、撹拌しながらバッチに３．２ｋｇの工業用重炭酸アンモニウムを加えた。ＣＯ２が発生しなくなるまで系を６０℃で加熱し、後に使用するためこのまま保持した。
【００２６】
９．８ｋｇの３７％工業用ホルムアルデヒドを、撹拌機を備えたステンレススチール製反応器に加えた。ｐＨ値を８〜９に調整し、温度を６０℃に上げた。バッチに９．６ｋｇの尿素（カルバミド）を加えた後、温度を８０℃に上げて０．５時間反応させ、後に使用するための生成物を得た。
【００２７】
前述の２つの反応溶液を熱いうちに混ぜ合わせた後、この混合物を造粒器でペレット化して乾燥させた。１４．６ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は３４．５％、Ｐ２Ｏ５は１９．５％である。
【００２８】
＜実施例６＞
［トウモロコシ用肥料の調製］
３．５ｋｇの８５％工業用リン酸を４０リットルのエナメル製反応器に加えた後、１．６ｋｇの塩化カリウムを加えた。塩化水素が放出されなくなるまで系を加熱した。次に、０．７ｋｇの重炭酸アンモニウムをバッチに加え、ＣＯ２が発生しなくなるまで反応を続けた。５．４ｋｇの尿素（カルバミド）を加え、以降の操作を実施例４に従って行った。６．８ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は３５．７％、Ｐ２Ｏ５は３１．３％、Ｋ２Ｏは６．１％である。
【００２９】
＜実施例７＞
［ジャガイモ用肥料の調製］
５．８ｋｇの８５％工業用リン酸を４０リットルのエナメル製反応器に加えた後、２．６ｋｇの塩化カリウムを加えた。塩化水素が放出されなくなるまで系を加熱した。次に、８ｋｇの尿素（カルバミド）を加え、以降の操作を実施例４に従って行った。１２ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は２８％、Ｐ２Ｏ５は２９．６％、Ｋ２Ｏは９．８％である。
【００３０】
＜実施例８＞
［微量要素を含む特殊な肥料の調製］
４．６ｋｇの８５％工業用リン酸を４０リットルのステンレススチール製反応器に加えた後、６８ｇの酸化マグネシウムと４０ｇの酸化亜鉛とを加えた。これらが溶解したら、新たに調製した５０ｇの水酸化銅と５０ｇの水酸化鉄（ironic hydroxide）とを加えた。これら２成分の溶解後、２．７ｋｇの炭酸カリウムを加えた。ＣＯ２が発生しなくなるまで系を加熱した。３．６ｋｇの尿素（カルバミド）を加え、以降の操作を実施例４に従って行った。６．４ｋｇの僅かに緑色の生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は１６．０％、Ｐ２Ｏ５は４２．０％、Ｋ２Ｏは２７．０％であり、微量要素のマグネシウム、亜鉛、銅、および鉄はそれぞれ、０．６４％、０．５％、０．５％、および０．４８％である。
【００３１】
２．本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料の肥効試験
（１）トウモロコシでの圃場試験
１）材料および方法
試験用土壌：試験用土壌として、山西農業大学（Shanxi Agriculture University）の試験用播種苗圃のブランク地区（blank area）内の空土壌（empty soil）を選定した。ここは平坦で輸送および灌水に便利な条件を備え、管理および観察が容易であった。試験用土壌は中程度の地味（soil）と中程度の地力（fertility）を備えた炭酸塩質（carbonate type）の褐色土（brown earth）であった。その対象面積は約１，０００ｈｍ２であった。前作物はトウモロコシであり、耕地１ヘクタール当たり２２，５００ｋｇの牛厩肥と１，２００ｋｇのトウモロコシ用ＳＶ肥料を施用し、生産量は約９，９００ｋｇ／ｈｍ２であった。
【００３２】
供試肥料：トウモロコシ用の、本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料
試験作物：トウモロコシ（Jin Dan ４２）
試験スキームおよび方法：試験は４種類の配合で行った。
（I）配合１：供試肥料；０．０３ｋｇ／ｍ２（１．５ｋｇ／区画）
（II）配合２：供試肥料＋堆肥（牛厩肥）；供試肥料０．０３ｋｇ／ｍ２（１．５ｋｇ／区画）＋堆肥２．２５ｋｇ／ｍ２（１１２．５ｋｇ／区画）
（III）配合３：通常の施肥；トウモロコシ用ＳＶ肥料０．１２ｋｇ／ｍ２（６ｋｇ／区画）＋堆肥２．２５ｋｇ／ｍ２（１１２．５ｋｇ／区画）
（IV）配合４：対照；施肥せず
４種類の配合それぞれを４回繰り返した。
【００３３】
部分対照（partial control）法により試験圃場を４つの区域に分けた（４連）後、各区域を１０ｍ×５ｍ（区画面積５０ｍ２）の４つの区画に分割した（４種類の配合）。区域毎に区画をランダムに配置した。この試験での配置は以下のとおりであった。
【表１】
【００３４】
播種前に、５点サンプリング法で圃場から土壌試料を採取し、実験室で試験および分析した。
【００３５】
耕耘および播種は２００４年５月２０日に行った。所定量の肥料を施した後、耕起と播種を行い、木製の標識で境界線と区画を標した。種子の量は９０ｋｇ／ｈｍ２で、播種後に除草剤“ＥＴＨＯＸＡＬＡＭＩＮＥ”を施した。作物に、区画に応じた灌水法で６月２４日と７月３０日の２回灌水し、７月２６日に土寄せした。除草剤を施した圃場に雑草はほとんど無く、２００４年中に災害はなかった。１０月１３日に区画毎にトウモロコシを収穫し、その場で脱穀した。各区画の生産量を計量した。結果を表に示した。
【００３６】
２）結果および解析
（I）試験圃場の土壌試料の実験室における試験および分析の結果を表２に示した。
【表２】
【００３７】
（II）各区画の生産量の試験結果を表３に示した。
【表３】
【００３８】
（III）トウモロコシでの試験におけるヘクタール当たり収量を表４に示した。
【表４】
【００３９】
（IV）４種類の配合はトウモロコシの生物学的性質にあまり影響を与えなかった。地表より上の苗部の発芽時期、色、および生長、雄穂の出穂時期、一本当たりの雌穂の数、種子の配列と色などの様相に明らかな差は見られなかった。このように、４種類の配合はトウモロコシの生物学的性質にあまり影響を与えなかった。
【００４０】
（V）４種類の配合はトウモロコシの収量と生産量に著しい効果を与えた。表３および表４に示すように、肥料を与えた区画と与えなかった区画との収量の差は大きかった。トウモロコシの収量の増加は、供試肥料を用いた区画で１６．５６％、供試肥料＋堆肥を施した区画で５６．５１％、通常の施肥を用いた区画で４９．１１％であった。全てにおいて生産量の増大効果は非常に明白であった。
【００４１】
（VI）投入−生産比を見る場合、施した肥料が異なる以外、他の投入部材は同じであるため、配合２と配合３のみを比較した。
【００４２】
配合２では、１ヘクタール当たり３００ｋｇの供試肥料を施用し、そのコストは５元×３００＝１，５００元（肥料のコストが５元／ｋｇであるという事実に基づいて算出）である。２２，５００ｋｇの堆肥を施し、そのコストは０．０５元×２２,５００＝１，１２５元（堆肥のコストが０．０５元／ｋｇであるという事実に基づいて算出）であり、合計は２，６２５元である。生産物の価格は１元×１１，８２０＝１１，８２０元（この年のトウモロコシ価格１元／ｋｇより算出）である。投入−生産比は１：４．５０である。
【００４３】
配合３では、１，２００ｋｇのトウモロコシ用ＳＶ肥料を施用し、そのコストは１，４００×１．２＝１，６８０元であり、堆肥のコストは１，１２５元であるため、合計は２，８０５元である。生産物の価格は１元×１０，１００＝１０，１００元である。投入−産出比は１：３．５４である。
【００４４】
（VII）表３のデータの統計分析
【表５】
【００４５】
表中のデータを統計的に計算し、分散分析を行った。その結果を表６に示した。
【表６】
【００４６】
配合間（inter-arrangement）では、Ｆ＝１８７．０９＞＞Ｆ０．０１＝６．６９であるため、配合間の差は非常に明白であったが、繰り返し間（inter-repeat）では、Ｆ＝０．１３＜Ｆ０．０５＝３．８６であって、繰り返し間の差は明らかではなかった。
【００４７】
４種類の配合の差の有意性をＬＳＲ法で比較し、その結果を表７および表８に示した（ＳＥ＝１．１６０）。
【表７】
【表８】
【００４８】
表８に、４種類の配合間の差が全て明白であり、トウモロコシ用の本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料に堆肥を加えた混合物の肥効は、他の配合より明らかに高いことが示された。
【００４９】
（２）ジャガイモでの圃場試験
１）材料および方法
試験用土壌：試験用土壌として、Xinzhou県Wuzhai地方Lijiaping郡Qingyanglin村北部の土壌を選定した。この土壌は主にジャガイモを栽培し、平坦で、輸送、管理、および観察に便利であった。試験用土壌は中程度の地味と中程度の地力を備えた褐色の山土（mountain brown earth）であった。その対象面積は約１００ｈｍ２であった。前作物はジャガイモであり、耕地１ヘクタール当たり１５，０００ｋｇの堆肥と１，１２５ｋｇの尿素（カルバミド）と３７５ｋｇの過リン酸カルシウムとを施用し、生産量は約１４，２５０ｋｇ／ｈｍ２であった。
【００５０】
供試肥料：ジャガイモ用の、本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料
試験作物：ジャガイモ（DiXi-rui）
【００５１】
試験スキームおよび方法：試験は４種類の配合で行った。
（I）配合１’：供試肥料；０．０３ｋｇ／ｍ２（１．５ｋｇ／区画）
（II）配合２’：供試肥料＋堆肥；供試肥料０．０３ｋｇ／ｍ２（１．５ｋｇ／区画）＋堆肥１．５８ｋｇ／ｍ２（７９ｋｇ／区画）
（III）配合３’：通常の施肥；尿素（カルバミド）０．１１ｋｇ／ｍ２（５．５ｋｇ／区画）＋過リン酸カルシウム０．０４ｋｇ／ｍ２（２ｋｇ／区画）＋堆肥１．５８ｋｇ／ｍ２（７９ｋｇ／区画）
（IV）配合４’：対照；施肥せず
４種類の配合それぞれを４回繰り返した。
【００５２】
部分対照法により試験圃場を４つの区域に分けた（４連）後、各区域を１０ｍ×５ｍ（区画面積５０ｍ２）の４つの区画に分割した（４種類の配合）。区域毎に区画をランダムに配置した。この試験での配置は以下のとおりであった。
【表９】
【００５３】
播種前に、５点サンプリング法で圃場から土壌試料を採取し、実験室で試験および分析した。
【００５４】
耕耘および播種は２００４年５月１６日に行った。所定量の肥料を施した後、耕起と播種を行い、木製の標識で境界線および区画を標した。種芋の量は８４０ｋｇ／ｈｍ２であった。耕地は乾燥地で灌水はできなかった。６月２５日と７月２２日の２回、圃場を除草し、８月９日に作物に土寄せした。２００４年中に災害はなかった。２００４年１０月１０日に区画毎にジャガイモを収穫し、区画毎に計量した。結果を表に示した。
【００５５】
２）結果および解析
（I）試験圃場の土壌試料の実験室における試験および分析の結果を表１０に示した。
【表１０】
【００５６】
（II）各区画の収穫量の試験結果を表１１に示した。
【表１１】
【００５７】
（III）ジャガイモでの試験におけるヘクタール当たり収量を表１２に示した。
【表１２】
【００５８】
（IV）４種類の配合はジャガイモの生物学的性質にあまり影響を与えなかった。地表より上の苗部の発芽時期、色、および生長、または開花時期に明らかな差は見られず、地下のジャガイモ塊茎の色、表面の滑らかさ、形にも明らかな差はなかった。このように、４種類の配合はジャガイモの生物学的性質にあまり影響を与えなかった。
【００５９】
（V）４種類の配合はジャガイモの収量と生産量に著しい効果を与えた。表１１および表１２に示すように、肥料を与えた区画と与えなかった区画との収量の差は大きかった。ジャガイモの収量の増加は、供試肥料を用いた区画で１５．８９％、供試肥料＋堆肥を施した区画で５３．２９％、通常の肥料を用いた区画で４６．７１％であった。全てにおいて収量の増大効果は非常に明白であった。
【００６０】
（VI）投入−生産比を見る場合、施した肥料が異なる以外、他の投入部材は同じであるため、配合２’と配合３’のみを比較した。
【００６１】
配合２’では、１ヘクタール当たり３００ｋｇの供試肥料を施用し、そのコストは５元×３００＝１，５００元（肥料のコストが５元／ｋｇであるという事実に基づいて算出）である。堆肥のコストは、０．０５元×１５，８００＝７９０元（堆肥のコストが０．０５元／ｋｇであるという事実に基づいて算出）であり、合計は２，２９０元である。生産物の価格は０．６元×１７，０００＝１０，２００元（この年のジャガイモ価格０．６元／ｋｇより算出）である。投入−生産比は１：４．４５である。
【００６２】
配合３’では、１ヘクタール当たり１，１００ｋｇの尿素を施用し、そのコストは１，５００×１．１＝１，６５０元であり、１ヘクタール当たりのリン肥料の量は４００ｋｇであって、そのコストは６００×０．４＝２４０元であり、堆肥のコストは７９０元であり、以上の合計は２，６８０元である。生産物の価格は０．６元×１４，９００＝８，９４０元である。投入−産出比は１：３．３４である。
【００６３】
（VII）表１３のデータの統計分析
【表１３】
【００６４】
表中のデータを統計的に計算し、その結果について分散分析を行った。結果を表１４に示した。
【表１４】
【００６５】
配合間では、Ｆ＝７９４．８６＞＞Ｆ０．０１＝６．６９であるため、配合間の差は非常に明白であったが、繰り返し間では、Ｆ＝２．４１＜Ｆ０．０５＝３．８６であって、繰り返し間の差は明らかではなかった。
【００６６】
４種類の配合の差の有意性をＬＳＲ法で比較し、その結果を表１５および表１６に示した（ＳＥ＝０．７６６）。
【表１５】
【表１６】
【００６７】
表１６に、４種類の配合間の差が全て明白であり、ジャガイモ用の本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料に堆肥を加えた混合物の肥効は、他の配合より明らかに高いことが示された。更に、それぞれ施用した肥料の効果は、肥料を施用しなかった対照に比べ明らかであった。
【００６８】
本発明の望ましい実施の形態を本明細書にいくつか開示したが、当業者には、これらの実施の形態は制限するものではなく、本発明に関する改良となるという理由で、本発明がいずれの特定の実施例または実施の形態によっても制限されるものではないことは理解されよう。当業者が、本発明の原理に基づく他の実施の形態を知り得ることは確実である。故に、本発明の範囲は、請求項の目的、意図、および範囲に含まれるとおりである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料、特に、環境保全型の、多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性肥料に関する。本発明は更に、本肥料の製造法と農業における本肥料の使用法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術においては、窒素、リン、カリウムの３元素全てを含む肥料、例えば、カルバミド（尿素）とリン酸二水素カリウムとの組み合わせ、または尿素とリン酸カルシウムと硫酸カリウムとの混合物を得るには、複雑な混合法が用いられる。環境、特に水系（water bodies）への肥料の流出による汚染を抑えるため、緩効性（制御放出性）肥料の研究と応用が注目されるようになってきた。しかし現在使用できる緩効性および制御放出性肥料は、一般に被覆法を用いたもの、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂膜の層で覆った尿素であって、尿素−ホルムアルデヒド樹脂が分解するにつれて被膜が次第に損壊し、肥料がゆっくりと放出されるものである。国際公開第２００３／０８２００５号は、非常に良く分散した尿素−ホルムアルデヒドポリマー肥料緩効性放出剤の製造法を開示している。このポリマーは窒素肥料をゆっくりと放出することができ、炭酸カルシウム、プラスター、金属ケイ酸塩、タルカムパウダ、イオウ、活性炭、キレート化鉄、亜鉛、およびマンガンの混合物を造粒工程で加えたものである。しかしこの物質は、作物の生長に必要なリンとカリウムを物質分解後には供給することができない。米国特許出願公開第１９８１／０２８８４５６号は、尿素とホルムアルデヒドとアンモニアとの液状混合物を調製する工程と、混合物を加熱および酸性化してメチレン尿素の重合を開始する工程と、加熱してメチレン尿素の重合を終了する工程と、次に、得られた生成物を乾燥する工程とを含む、固体の尿素−ホルムアルデヒドポリマー緩効性肥料の製造法を開示しているが、この生成物は、作物の生長に必要なリンとカリウムを土壌中で分解した後には供給することができない。日本国特開平１０−２５９０８３号公報は、肥料を生分解性ポリマーの管に入れた後、特定の間隔で管に穴を開け、肥料をゆっくりと土壌に放出するものである。日本国特開平１０−２５９０８３号公報の製品を用いると、土壌に与える栄養素を管に詰める肥料の成分によって変えることができる。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００３／０８２００５号
【特許文献２】米国特許出願公開第１９８１／０２８８４５６号
【特許文献３】日本国特開平１０−２５９０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先行技術と異なり、本発明は、窒素、リン、カリウムの主要３元素を物理的に混合したり化学的に結合させるのではなく、一つのポリマーを生成するもので、これら３元素それぞれの割合を、様々な作物や土壌の要求に合うよう特定の範囲に調節することができ、これにより肥料の有効利用度は格段に向上する。一方、本発明は、被覆による緩効性放出ではなく、土壌中でポリマーが徐々に生分解および加水分解することを利用して、植物が吸収できる栄養素を放出するものである。このように、本発明の肥料の遅く、制御された放出のメカニズムは、通常の緩効性肥料のそれとは全く異なる。本発明の緩効性および制御放出性肥料は、ポリマー肥料自体の分解と加水分解により、栄養素を遅くかつ制御して放出するものであるが、通常の緩効性（または制御放出性）肥料は、ポリマー被膜の働きによって放出を遅くするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般に、本発明の態様の一つは、緩効性および制御放出性ポリマー肥料の提示である。前記緩効性および制御放出性ポリマー肥料は、次の一般式を持つ化合物である。
【化１】
（Ｉ）
式中、ｎは５０〜２００の範囲にあり、ｍは０〜５の範囲にあり、各繰り返し単位において、Ｍは同じまたは異なるものであって、Ｋ、ＮＨ４、ＮＨＣＯＮＨ２、等から成る群より独立して選ばれ、望ましくは、Ｍは更に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇなど、または作物に必要なその他の微量要素から成る群より選ばれる。
【０００６】
本発明の緩効性および制御放出性ポリマー肥料の望ましい実施の形態において、この肥料は、緩効性および制御放出性ポリマー肥料の総重量を基にして、ｍが０で、全てのＭがＫである場合、２７．９％のＫ２Ｏと、４２％のＰ２Ｏ５と、１６．６％のＮとを含み、ｍが３で、全てのＭがＫである場合、１２％のＫ２Ｏと、１８．２％のＰ２Ｏ５と、２８．７％のＮとを含み、ｍが５で、全てのＭがＫである場合、８．２％のＫ２Ｏと、１２．５％のＰ２Ｏ５と、２９．４％のＮとを含み、このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの量として計算する。
【０００７】
更に、本発明の緩効性および制御放出性ポリマー肥料は、緩効性および制御放出性ポリマー肥料の総重量を基にして、ｍが０で、全てのＭがＮＨ４である場合、４８．４％のＰ２Ｏ５と、２８．６％のＮとを含み、ｍが３で、全てのＭがＮＨ４である場合、１９．５％のＰ２Ｏ５と、３４．５％のＮとを含み、このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの量として計算する。
【０００８】
本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料では、窒素、リン、およびカリウムの含量を、作物および土壌の要求に応じて調節することができる。栄養素の調節可能な範囲は、窒素が１６〜３５重量％、Ｐ２Ｏ５（リン）が１３〜４８重量％、Ｋ２Ｏ（カリウム）が６〜２７重量％、各微量要素が０．１〜１重量％であり、このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの含量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの含量として計算する。
【０００９】
本発明のもう一つの態様は、一般式（Ｉ）を持つポリマー肥料の製造法の提示であって、この方法は次の工程を含む。
（１）反応物とリン酸とを反応器に加えて加熱し、二価リン酸塩を生成する工程。前記反応物は、塩化カリウム、炭酸カリウム、または水酸化カリウムなどである。反応物は更に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、または必要なその他の金属元素の酸化物または水酸化物から成る群より選ぶことができる。
（２）もう一つの反応器に尿素（カルバミド）とホルムアルデヒドとを加えてｐＨ値を調整し、適当な温度でメチレン尿素オリゴマーを生成する工程。
（３）もう一つの反応器に、工程（１）で得られた二価リン酸塩と、工程（２）の生成物、または必要な量の窒素となるに足る量の尿素（カルバミド）とを加え、加熱して重縮合反応を開始し、反応熱の作用により重縮合反応を継続させる工程。
（４）溶融した重縮合生成物を造粒する工程。
【００１０】
本発明のもう一つの態様は更に、一般式（Ｉ）を持つ緩効性および制御放出性ポリマー肥料の作物への使用法に関するものであって、前記肥料は単独で、または堆肥と組み合わせて施用する。作物は望ましくは実を結ぶ作物であり、より望ましくは作物はトウモロコシおよびジャガイモである。更に、本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料は、微量要素を含む特殊な肥料としても使用できる。
【００１１】
本発明の緩効性および制御放出性肥料は、窒素、リン、カリウムの主要３元素を一つのポリマーに組み込んだポリマー化合物である。施肥後、土壌中の水と微生物の作用によって肥料は次第に分解および加水分解され、植物が吸収できる栄養素を生じる。分解および加水分解過程は次第に加速されるため、肥料からの栄養素の放出は、初期では遅く、中期で早く、後期では再び遅くなるが、これは植物の栄養要求サイクルにちょうど合致するため、肥料の利用度が高い。更に、主要３元素の窒素、リン、カリウム以外に本発明の緩効性および制御放出性肥料に含まれる元素は、炭素、水素、および酸素である。この肥料は土壌に有害な元素を全く含まず、その水溶液は中性、無害、無臭、非腐食性であるため、この肥料は環境に優しく、環境を汚染せず、また土壌の酸性化やアルカリ化を引き起こさない環境保全型の肥料である。
【００１２】
先行技術と比べて、本発明は例えば次のような注目すべき長所を持つ。
（１）窒素、リン、カリウム、鉄、銅、亜鉛、マンガンなどの栄養素全てを一つのポリマー中に含むため、より使用に便利な肥料である。
（２）肥料の合計養分含量（Ｎ％＋Ｐ２Ｏ５％＋Ｋ２Ｏ％）が５０〜８６重量％であるため、本肥料の施用量は同じ生産増に必要な現在入手可能な肥料の量の僅か１／３〜１／２である。
（３）必要に応じて肥料の持続時間を調整できる。
（４）肥料の水溶液のｐＨ値が６．５〜７．５であって、土壌や植物に対して害を与えない。
（５）分解および加水分解後、肥料から放出される栄養素は全て植物によって完全に吸収され、残分がないため、環境に優しい緩効性および制御放出性肥料である。
（６）原材料の一つである塩化カリウムは資源が豊富でコストが安い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施例における全ての部および百分率は重量で示す。
【実施例】
【００１４】
１．本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料の調製
塩化カリウムとリン酸の供給重量をカリウムの要求量に従って算出し、次に、撹拌機と塩化水素吸収装置とを備えた耐酸反応器にこれらの原材料を入れ、塩化水素が発生しなくなるまで加熱して反応溶液Ｉを得た。後に使用するため、反応溶液Ｉを約６０℃まで冷やした。
【００１５】
尿素（カルバミド）とホルムアルデヒドの供給重量を窒素の要求量に従って算出し、次に、撹拌機を備えたもう一つのステンレススチール製反応器にこれらの原材料を入れた。ｐＨ値を８〜９に調整し、系を８０℃に加熱後、１時間反応させて反応溶液ＩＩを得た。後に使用するため、反応溶液ＩＩを約６０℃まで冷やした。
【００１６】
強力な撹拌機を備えた反応器に溶液Ｉと溶液ＩＩとを移した。これらはすぐに反応して軟らかい固体の塊となった。この塊を直接造粒器に送って肥料をペレット化し、肥料粒を乾燥して、本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料を得た。
【００１７】
鉄、銅、マンガン、亜鉛などの微量要素の添加法は、初めにこれらの微量要素を二価リン酸塩に変え、後にこれらを重縮合反応に加えるものである。
【００１８】
＜実施例１＞
［ｍ＝５で、全てのＭがＫである特定の肥料の調製］
２．３ｋｇの８５％工業用リン酸を１０リットルのエナメル製反応器に入れ、次に、１．０５ｋｇの塩化カリウムを加えた。塩化水素が放出されなくなるまで系を加熱した。２ｋｇの水を加え、続いて０．３４ｋｇの水酸化カリウムを加えた。後に使用するため、系を８０℃に加熱した。
【００１９】
８．１ｋｇの３７％工業用ホルムアルデヒドを、撹拌機を備えた３０リットルのステンレススチール製反応器に加えた。ｐＨ値を８〜９に調整し、系を６０℃に加熱した。次に、バッチに７．２ｋｇの尿素（カルバミド）を加えた。反応温度を８０℃に上げて０．５時間反応させ、後に使用するための生成物を得た。
【００２０】
前述の２つの反応溶液を熱いうちに混ぜ合わせ、この混合物を造粒器でペレット化して乾燥させた。１１．４ｋｇの生成物が得られた。生成物中のＮの含量は２９．４％、Ｐ２Ｏ５は１２．５％、Ｋ２Ｏは８．２％である。
【００２１】
＜実施例２＞
［ｍ＝３で、全てのＭがＫである特定の肥料の調製］
実施例１と同じ方法を用いて、リン酸二水素カリウム溶液を調製した。４．９ｋｇの３７％工業用ホルムアルデヒドを、撹拌機を備えた３０リットルのステンレススチール製反応器に加えた。ｐＨ値を８〜９に調整し、系を６０℃に加熱後、バッチに４．８ｋｇの尿素を加えた。温度を８０℃に上げて０．５時間反応させ、後に使用するための生成物を得た。
【００２２】
前述の２つの反応溶液を熱いうちに混ぜ合わせ、この混合物を造粒器でペレット化して乾燥させた。７．８ｋｇの生成物が得られた。生成物中のＮの含量は２８．７％、Ｐ２Ｏ５は１８．２％、Ｋ２Ｏは１２％である。
【００２３】
＜実施例３＞
［ｍ＝０で、全てのＭがＫである特定の肥料の調製］
撹拌機と塩化水素吸収装置とを備えた３０リットルのエナメル製反応器に、６．９ｋｇの８５％工業用リン酸を加え、３．１５ｋｇの塩化カリウムを加えた。塩化水素が放出されなくなるまで系を加熱した。３ｋｇの水を加えた後、１ｋｇの水酸化カリウムを加えた。反応系が熱いうちに、長さ／直径比の大きい反応器に系を移した。次に、３．６ｋｇの尿素（カルバミド）を加えた。反応系を約６０℃まで熱すると、澄んで透明な溶液となった。適当な時間加熱し続けると、重縮合反応は発熱反応であるため、系は沸騰する。反応系が粘稠となったらヒーターを外し、得られた生成物が半固体状となるまで放冷後、生成物を造粒器でペレット化して乾燥させた。１０．１ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は１６．６％、Ｐ２Ｏ５は４２．０％、Ｋ２Ｏは２７．９％である。
【００２４】
＜実施例４＞
［ｍ＝０で、全てのＮがＮＨ４である特定の肥料の調製］
６．９ｋｇの８５％工業用リン酸を長さ／直径比の大きいステンレススチール製反応器に加えた後、撹拌しながらバッチに４．８ｋｇの重炭酸アンモニウムを加えた。ＣＯ２が発生しなくなるまで系を６０℃で加熱した後、３．６ｋｇの尿素（カルバミド）を加えた。反応溶液が沸騰状態になるまで温度を上げた。反応溶液が粘稠となったらヒーターを外し、反応溶液が半固体状になるまで放冷後、生成物を造粒器でペレット化して乾燥させた。８．８ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は２８．６％、Ｐ２Ｏ５は４８．４％である。
【００２５】
＜実施例５＞
［ｍ＝３で、全てのＭがＮＨ４である特定の肥料の調製］
４．６ｋｇの８５％工業用リン酸を１０リットルのステンレススチール製反応器に加え、撹拌しながらバッチに３．２ｋｇの工業用重炭酸アンモニウムを加えた。ＣＯ２が発生しなくなるまで系を６０℃で加熱し、後に使用するためこのまま保持した。
【００２６】
９．８ｋｇの３７％工業用ホルムアルデヒドを、撹拌機を備えたステンレススチール製反応器に加えた。ｐＨ値を８〜９に調整し、温度を６０℃に上げた。バッチに９．６ｋｇの尿素（カルバミド）を加えた後、温度を８０℃に上げて０．５時間反応させ、後に使用するための生成物を得た。
【００２７】
前述の２つの反応溶液を熱いうちに混ぜ合わせた後、この混合物を造粒器でペレット化して乾燥させた。１４．６ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は３４．５％、Ｐ２Ｏ５は１９．５％である。
【００２８】
＜実施例６＞
［トウモロコシ用肥料の調製］
３．５ｋｇの８５％工業用リン酸を４０リットルのエナメル製反応器に加えた後、１．６ｋｇの塩化カリウムを加えた。塩化水素が放出されなくなるまで系を加熱した。次に、０．７ｋｇの重炭酸アンモニウムをバッチに加え、ＣＯ２が発生しなくなるまで反応を続けた。５．４ｋｇの尿素（カルバミド）を加え、以降の操作を実施例４に従って行った。６．８ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は３５．７％、Ｐ２Ｏ５は３１．３％、Ｋ２Ｏは６．１％である。
【００２９】
＜実施例７＞
［ジャガイモ用肥料の調製］
５．８ｋｇの８５％工業用リン酸を４０リットルのエナメル製反応器に加えた後、２．６ｋｇの塩化カリウムを加えた。塩化水素が放出されなくなるまで系を加熱した。次に、８ｋｇの尿素（カルバミド）を加え、以降の操作を実施例４に従って行った。１２ｋｇの生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は２８％、Ｐ２Ｏ５は２９．６％、Ｋ２Ｏは９．８％である。
【００３０】
＜実施例８＞
［微量要素を含む特殊な肥料の調製］
４．６ｋｇの８５％工業用リン酸を４０リットルのステンレススチール製反応器に加えた後、６８ｇの酸化マグネシウムと４０ｇの酸化亜鉛とを加えた。これらが溶解したら、新たに調製した５０ｇの水酸化銅と５０ｇの水酸化鉄（ironic hydroxide）とを加えた。これら２成分の溶解後、２．７ｋｇの炭酸カリウムを加えた。ＣＯ２が発生しなくなるまで系を加熱した。３．６ｋｇの尿素（カルバミド）を加え、以降の操作を実施例４に従って行った。６．４ｋｇの僅かに緑色の生成物が得られた。この生成物中のＮの含量は１６．０％、Ｐ２Ｏ５は４２．０％、Ｋ２Ｏは２７．０％であり、微量要素のマグネシウム、亜鉛、銅、および鉄はそれぞれ、０．６４％、０．５％、０．５％、および０．４８％である。
【００３１】
２．本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料の肥効試験
（１）トウモロコシでの圃場試験
１）材料および方法
試験用土壌：試験用土壌として、山西農業大学（Shanxi Agriculture University）の試験用播種苗圃のブランク地区（blank area）内の空土壌（empty soil）を選定した。ここは平坦で輸送および灌水に便利な条件を備え、管理および観察が容易であった。試験用土壌は中程度の地味（soil）と中程度の地力（fertility）を備えた炭酸塩質（carbonate type）の褐色土（brown earth）であった。その対象面積は約１，０００ｈｍ２であった。前作物はトウモロコシであり、耕地１ヘクタール当たり２２，５００ｋｇの牛厩肥と１，２００ｋｇのトウモロコシ用ＳＶ肥料を施用し、生産量は約９，９００ｋｇ／ｈｍ２であった。
【００３２】
供試肥料：トウモロコシ用の、本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料
試験作物：トウモロコシ（Jin Dan ４２）
試験スキームおよび方法：試験は４種類の配合で行った。
（I）配合１：供試肥料；０．０３ｋｇ／ｍ２（１．５ｋｇ／区画）
（II）配合２：供試肥料＋堆肥（牛厩肥）；供試肥料０．０３ｋｇ／ｍ２（１．５ｋｇ／区画）＋堆肥２．２５ｋｇ／ｍ２（１１２．５ｋｇ／区画）
（III）配合３：通常の施肥；トウモロコシ用ＳＶ肥料０．１２ｋｇ／ｍ２（６ｋｇ／区画）＋堆肥２．２５ｋｇ／ｍ２（１１２．５ｋｇ／区画）
（IV）配合４：対照；施肥せず
４種類の配合それぞれを４回繰り返した。
【００３３】
部分対照（partial control）法により試験圃場を４つの区域に分けた（４連）後、各区域を１０ｍ×５ｍ（区画面積５０ｍ２）の４つの区画に分割した（４種類の配合）。区域毎に区画をランダムに配置した。この試験での配置は以下のとおりであった。
【表１】
【００３４】
播種前に、５点サンプリング法で圃場から土壌試料を採取し、実験室で試験および分析した。
【００３５】
耕耘および播種は２００４年５月２０日に行った。所定量の肥料を施した後、耕起と播種を行い、木製の標識で境界線と区画を標した。種子の量は９０ｋｇ／ｈｍ２で、播種後に除草剤“ＥＴＨＯＸＡＬＡＭＩＮＥ”を施した。作物に、区画に応じた灌水法で６月２４日と７月３０日の２回灌水し、７月２６日に土寄せした。除草剤を施した圃場に雑草はほとんど無く、２００４年中に災害はなかった。１０月１３日に区画毎にトウモロコシを収穫し、その場で脱穀した。各区画の生産量を計量した。結果を表に示した。
【００３６】
２）結果および解析
（I）試験圃場の土壌試料の実験室における試験および分析の結果を表２に示した。
【表２】
【００３７】
（II）各区画の生産量の試験結果を表３に示した。
【表３】
【００３８】
（III）トウモロコシでの試験におけるヘクタール当たり収量を表４に示した。
【表４】
【００３９】
（IV）４種類の配合はトウモロコシの生物学的性質にあまり影響を与えなかった。地表より上の苗部の発芽時期、色、および生長、雄穂の出穂時期、一本当たりの雌穂の数、種子の配列と色などの様相に明らかな差は見られなかった。このように、４種類の配合はトウモロコシの生物学的性質にあまり影響を与えなかった。
【００４０】
（V）４種類の配合はトウモロコシの収量と生産量に著しい効果を与えた。表３および表４に示すように、肥料を与えた区画と与えなかった区画との収量の差は大きかった。トウモロコシの収量の増加は、供試肥料を用いた区画で１６．５６％、供試肥料＋堆肥を施した区画で５６．５１％、通常の施肥を用いた区画で４９．１１％であった。全てにおいて生産量の増大効果は非常に明白であった。
【００４１】
（VI）投入−生産比を見る場合、施した肥料が異なる以外、他の投入部材は同じであるため、配合２と配合３のみを比較した。
【００４２】
配合２では、１ヘクタール当たり３００ｋｇの供試肥料を施用し、そのコストは５元×３００＝１，５００元（肥料のコストが５元／ｋｇであるという事実に基づいて算出）である。２２，５００ｋｇの堆肥を施し、そのコストは０．０５元×２２,５００＝１，１２５元（堆肥のコストが０．０５元／ｋｇであるという事実に基づいて算出）であり、合計は２，６２５元である。生産物の価格は１元×１１，８２０＝１１，８２０元（この年のトウモロコシ価格１元／ｋｇより算出）である。投入−生産比は１：４．５０である。
【００４３】
配合３では、１，２００ｋｇのトウモロコシ用ＳＶ肥料を施用し、そのコストは１，４００×１．２＝１，６８０元であり、堆肥のコストは１，１２５元であるため、合計は２，８０５元である。生産物の価格は１元×１０，１００＝１０，１００元である。投入−産出比は１：３．５４である。
【００４４】
（VII）表３のデータの統計分析
【表５】
【００４５】
表中のデータを統計的に計算し、分散分析を行った。その結果を表６に示した。
【表６】
【００４６】
配合間（inter-arrangement）では、Ｆ＝１８７．０９＞＞Ｆ０．０１＝６．６９であるため、配合間の差は非常に明白であったが、繰り返し間（inter-repeat）では、Ｆ＝０．１３＜Ｆ０．０５＝３．８６であって、繰り返し間の差は明らかではなかった。
【００４７】
４種類の配合の差の有意性をＬＳＲ法で比較し、その結果を表７および表８に示した（ＳＥ＝１．１６０）。
【表７】
【表８】
【００４８】
表８に、４種類の配合間の差が全て明白であり、トウモロコシ用の本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料に堆肥を加えた混合物の肥効は、他の配合より明らかに高いことが示された。
【００４９】
（２）ジャガイモでの圃場試験
１）材料および方法
試験用土壌：試験用土壌として、Xinzhou県Wuzhai地方Lijiaping郡Qingyanglin村北部の土壌を選定した。この土壌は主にジャガイモを栽培し、平坦で、輸送、管理、および観察に便利であった。試験用土壌は中程度の地味と中程度の地力を備えた褐色の山土（mountain brown earth）であった。その対象面積は約１００ｈｍ２であった。前作物はジャガイモであり、耕地１ヘクタール当たり１５，０００ｋｇの堆肥と１，１２５ｋｇの尿素（カルバミド）と３７５ｋｇの過リン酸カルシウムとを施用し、生産量は約１４，２５０ｋｇ／ｈｍ２であった。
【００５０】
供試肥料：ジャガイモ用の、本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料
試験作物：ジャガイモ（DiXi-rui）
【００５１】
試験スキームおよび方法：試験は４種類の配合で行った。
（I）配合１’：供試肥料；０．０３ｋｇ／ｍ２（１．５ｋｇ／区画）
（II）配合２’：供試肥料＋堆肥；供試肥料０．０３ｋｇ／ｍ２（１．５ｋｇ／区画）＋堆肥１．５８ｋｇ／ｍ２（７９ｋｇ／区画）
（III）配合３’：通常の施肥；尿素（カルバミド）０．１１ｋｇ／ｍ２（５．５ｋｇ／区画）＋過リン酸カルシウム０．０４ｋｇ／ｍ２（２ｋｇ／区画）＋堆肥１．５８ｋｇ／ｍ２（７９ｋｇ／区画）
（IV）配合４’：対照；施肥せず
４種類の配合それぞれを４回繰り返した。
【００５２】
部分対照法により試験圃場を４つの区域に分けた（４連）後、各区域を１０ｍ×５ｍ（区画面積５０ｍ２）の４つの区画に分割した（４種類の配合）。区域毎に区画をランダムに配置した。この試験での配置は以下のとおりであった。
【表９】
【００５３】
播種前に、５点サンプリング法で圃場から土壌試料を採取し、実験室で試験および分析した。
【００５４】
耕耘および播種は２００４年５月１６日に行った。所定量の肥料を施した後、耕起と播種を行い、木製の標識で境界線および区画を標した。種芋の量は８４０ｋｇ／ｈｍ２であった。耕地は乾燥地で灌水はできなかった。６月２５日と７月２２日の２回、圃場を除草し、８月９日に作物に土寄せした。２００４年中に災害はなかった。２００４年１０月１０日に区画毎にジャガイモを収穫し、区画毎に計量した。結果を表に示した。
【００５５】
２）結果および解析
（I）試験圃場の土壌試料の実験室における試験および分析の結果を表１０に示した。
【表１０】
【００５６】
（II）各区画の収穫量の試験結果を表１１に示した。
【表１１】
【００５７】
（III）ジャガイモでの試験におけるヘクタール当たり収量を表１２に示した。
【表１２】
【００５８】
（IV）４種類の配合はジャガイモの生物学的性質にあまり影響を与えなかった。地表より上の苗部の発芽時期、色、および生長、または開花時期に明らかな差は見られず、地下のジャガイモ塊茎の色、表面の滑らかさ、形にも明らかな差はなかった。このように、４種類の配合はジャガイモの生物学的性質にあまり影響を与えなかった。
【００５９】
（V）４種類の配合はジャガイモの収量と生産量に著しい効果を与えた。表１１および表１２に示すように、肥料を与えた区画と与えなかった区画との収量の差は大きかった。ジャガイモの収量の増加は、供試肥料を用いた区画で１５．８９％、供試肥料＋堆肥を施した区画で５３．２９％、通常の肥料を用いた区画で４６．７１％であった。全てにおいて収量の増大効果は非常に明白であった。
【００６０】
（VI）投入−生産比を見る場合、施した肥料が異なる以外、他の投入部材は同じであるため、配合２’と配合３’のみを比較した。
【００６１】
配合２’では、１ヘクタール当たり３００ｋｇの供試肥料を施用し、そのコストは５元×３００＝１，５００元（肥料のコストが５元／ｋｇであるという事実に基づいて算出）である。堆肥のコストは、０．０５元×１５，８００＝７９０元（堆肥のコストが０．０５元／ｋｇであるという事実に基づいて算出）であり、合計は２，２９０元である。生産物の価格は０．６元×１７，０００＝１０，２００元（この年のジャガイモ価格０．６元／ｋｇより算出）である。投入−生産比は１：４．４５である。
【００６２】
配合３’では、１ヘクタール当たり１，１００ｋｇの尿素を施用し、そのコストは１，５００×１．１＝１，６５０元であり、１ヘクタール当たりのリン肥料の量は４００ｋｇであって、そのコストは６００×０．４＝２４０元であり、堆肥のコストは７９０元であり、以上の合計は２，６８０元である。生産物の価格は０．６元×１４，９００＝８，９４０元である。投入−産出比は１：３．３４である。
【００６３】
（VII）表１３のデータの統計分析
【表１３】
【００６４】
表中のデータを統計的に計算し、その結果について分散分析を行った。結果を表１４に示した。
【表１４】
【００６５】
配合間では、Ｆ＝７９４．８６＞＞Ｆ０．０１＝６．６９であるため、配合間の差は非常に明白であったが、繰り返し間では、Ｆ＝２．４１＜Ｆ０．０５＝３．８６であって、繰り返し間の差は明らかではなかった。
【００６６】
４種類の配合の差の有意性をＬＳＲ法で比較し、その結果を表１５および表１６に示した（ＳＥ＝０．７６６）。
【表１５】
【表１６】
【００６７】
表１６に、４種類の配合間の差が全て明白であり、ジャガイモ用の本発明の多数の栄養素を含む緩効性および制御放出性ポリマー肥料に堆肥を加えた混合物の肥効は、他の配合より明らかに高いことが示された。更に、それぞれ施用した肥料の効果は、肥料を施用しなかった対照に比べ明らかであった。
【００６８】
本発明の望ましい実施の形態を本明細書にいくつか開示したが、当業者には、これらの実施の形態は制限するものではなく、本発明に関する改良となるという理由で、本発明がいずれの特定の実施例または実施の形態によっても制限されるものではないことは理解されよう。当業者が、本発明の原理に基づく他の実施の形態を知り得ることは確実である。故に、本発明の範囲は、請求項の目的、意図、および範囲に含まれるとおりである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ｉ）の一般式を持ち、
【化１】
（Ｉ）
式中、ｎは５０〜２００の範囲にあり、ｍは０〜５の範囲にあり、各繰り返し単位において、Ｍは同じまたは異なるものであって、Ｋ、ＮＨ４、ＮＨＣＯＮＨ２、等から成る群より独立して選ばれることを特徴とする、緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項２】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料であって、
前記肥料は、前記緩効性および制御放出性ポリマー肥料の総重量を基にして、
ｍが０で、全てのＭがＫである場合、２７．９％のＫ２Ｏと、４２％のＰ２Ｏ５と、１６．６％のＮとを含み、
ｍが３で、全てのＭがＫである場合、１２％のＫ２Ｏと、１８．２％のＰ２Ｏ５と、２８．７％のＮとを含み、
ｍが５で、全てのＭがＫである場合、８．２％のＫ２Ｏと、１２．５％のＰ２Ｏ５と、２９．４％のＮとを含み、
このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの量として計算する、
ことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項３】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料であって、
前記肥料は、前記緩効性および制御放出性ポリマー肥料の総重量を基にして、
ｍが０で、全てのＭがＮＨ４である場合、４８．４％のＰ２Ｏ５と、２８．６％のＮとを含み、
ｍが３で、全てのＭがＮＨ４である場合、１９．５％のＰ２Ｏ５と、３４．５％のＮとを含み、
このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの量として計算する、
ことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項４】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料であって、
栄養素Ｋ、Ｐ、およびＮの含量はそれぞれ、作物および土壌の要求に応じて製造工程において調節され、
栄養素の含量の調節可能な範囲はそれぞれ、窒素が１６〜３５重量％、リンが１３〜４８重量％、カリウムが６〜２７重量％である、
ことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項５】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料であって、
Ｍは更に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、および作物および土壌に必要なその他の微量要素から成る群より選ばれ、
各微量要素の含量は０．１〜１重量％の範囲にある、
ことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項６】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料の製造法であって、
前記製造法は、
（１）反応物とリン酸とを反応器に加えて加熱し、二価リン酸塩を生成する工程であって、前記反応物は、カリウムの塩化物、水酸化物、または炭酸塩であり、
（２）もう一つの反応器にカルバミド（尿素）とホルムアルデヒドとを加えてｐＨ値を調整し、適当な温度でメチレン尿素（methylene urea）オリゴマーを生成する工程と、
（３）もう一つの反応器に、工程（１）で得られた二価リン酸塩と、工程（２）の生成物、または十分な量の窒素となるに足る量の尿素とを加え、加熱して重縮合反応を開始し、反応熱の作用により重縮合反応を継続させる工程と、
（４）溶融した重縮合生成物を造粒する工程と、
を含むことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料の製造法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造法であって、前記反応物は更に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、および必要なその他の金属元素の酸化物または水酸化物から成る群より選ばれることを特徴とする製造法。
【請求項８】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料の使用法であって、前記肥料は単独で、または堆肥と組み合わせて施用することを特徴とする使用法。
【請求項１】
（Ｉ）の一般式を持ち、
【化１】
（Ｉ）
式中、ｎは５０〜２００の範囲にあり、ｍは０〜５の範囲にあり、各繰り返し単位において、Ｍは同じまたは異なるものであって、Ｋ、ＮＨ４、ＮＨＣＯＮＨ２、等から成る群より独立して選ばれることを特徴とする、緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項２】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料であって、
前記肥料は、前記緩効性および制御放出性ポリマー肥料の総重量を基にして、
ｍが０で、全てのＭがＫである場合、２７．９％のＫ２Ｏと、４２％のＰ２Ｏ５と、１６．６％のＮとを含み、
ｍが３で、全てのＭがＫである場合、１２％のＫ２Ｏと、１８．２％のＰ２Ｏ５と、２８．７％のＮとを含み、
ｍが５で、全てのＭがＫである場合、８．２％のＫ２Ｏと、１２．５％のＰ２Ｏ５と、２９．４％のＮとを含み、
このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの量として計算する、
ことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項３】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料であって、
前記肥料は、前記緩効性および制御放出性ポリマー肥料の総重量を基にして、
ｍが０で、全てのＭがＮＨ４である場合、４８．４％のＰ２Ｏ５と、２８．６％のＮとを含み、
ｍが３で、全てのＭがＮＨ４である場合、１９．５％のＰ２Ｏ５と、３４．５％のＮとを含み、
このとき、Ｋ、Ｐ、およびＮの量はそれぞれ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、およびＮの量として計算する、
ことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項４】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料であって、
栄養素Ｋ、Ｐ、およびＮの含量はそれぞれ、作物および土壌の要求に応じて製造工程において調節され、
栄養素の含量の調節可能な範囲はそれぞれ、窒素が１６〜３５重量％、リンが１３〜４８重量％、カリウムが６〜２７重量％である、
ことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項５】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料であって、
Ｍは更に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、および作物および土壌に必要なその他の微量要素から成る群より選ばれ、
各微量要素の含量は０．１〜１重量％の範囲にある、
ことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料。
【請求項６】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料の製造法であって、
前記製造法は、
（１）反応物とリン酸とを反応器に加えて加熱し、二価リン酸塩を生成する工程であって、前記反応物は、カリウムの塩化物、水酸化物、または炭酸塩であり、
（２）もう一つの反応器にカルバミド（尿素）とホルムアルデヒドとを加えてｐＨ値を調整し、適当な温度でメチレン尿素（methylene urea）オリゴマーを生成する工程と、
（３）もう一つの反応器に、工程（１）で得られた二価リン酸塩と、工程（２）の生成物、または十分な量の窒素となるに足る量の尿素とを加え、加熱して重縮合反応を開始し、反応熱の作用により重縮合反応を継続させる工程と、
（４）溶融した重縮合生成物を造粒する工程と、
を含むことを特徴とする緩効性および制御放出性ポリマー肥料の製造法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造法であって、前記反応物は更に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇ、および必要なその他の金属元素の酸化物または水酸化物から成る群より選ばれることを特徴とする製造法。
【請求項８】
請求項１に記載の緩効性および制御放出性ポリマー肥料の使用法であって、前記肥料は単独で、または堆肥と組み合わせて施用することを特徴とする使用法。
【公開番号】特開２００６−２９０７３５（Ｐ２００６−２９０７３５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−１０５８６４（Ｐ２００６−１０５８６４）
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（５０６１２０２８６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０５８６４（Ｐ２００６−１０５８６４）
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（５０６１２０２８６）
【Ｆターム（参考）】
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