土壌有機物の役割無機養分植物土壌土壌有機物の役割ａ．土壌の物理的性質の向上ｂ．土壌の化学的・生物的性質の向上ｃ．植物生育促進効果土壌微生物土壌有機物ａ．土壌有機物による土壌の物理的性質の向上糸状菌の菌糸多糖類腐植物質ｂ．土壌の化学的・生物的性質の向上土壌中の陽イオンや陰イオンの保持無機養分の移動・運搬有害な人工有機物との結合・不活性化汚染物質の影響を緩和プロトン（H+）の供与体生理活性物質栄養素のバランス良い供給多様な微生物群の栄養源病原菌との拮抗作用団粒形成の促進通気性や排水性の向上土壌侵食の緩和保水性の向上比熱の増大地温の上昇植物生育促進効果ｃ．植物生育促進効果冷害・異常気象下での作物生育への障害を軽減植物ホルモン作用冷害・異常気象下での障害軽減養分不足・過剰下での安定生産＋有機物収量発芽や発根の促進根や茎の生育促進養分元素と錯体を形成植物による養分吸収を促進ホルモンに類似した作用細胞膜の透過性を促進光合成、呼吸活性・各種酵素活性促進作物体タンパク含量抑制、糖含量増大不足適正条件有機物なし過剰 1 収穫残渣：稲わら・もみがら・麦わらオガクズ・バーク堆肥農耕地土壌における有機物施用家畜糞尿きゅう肥緑肥スラリー有機質肥料農業土壌製法・特性・効果産業排水汚泥処理物コンポスト人糞尿消化汚泥都市ごみ・生ごみ農地土壌に施用される有機物表２表 1 北海道と都府県における平成１１年度の家畜糞尿排泄量の比較飼養頭数糞尿排泄量飼料作地面飼料作地面（千ｔ）積 1 ha 当り積 1 ha 当り糞尿量（ｔ）窒素量（kg） 878,200 13,665 28.3 148.2 北海道乳用牛 413,500 3,823 肉用牛 937,800 16,367 116.1 614.6 都府県乳用牛 2,428,500 22,476 肉用牛志賀一一ら「酪農における家畜糞尿処理と地域利用 −循環型農業をめざして−」酪農総合研究所（2001）飼養頭数は農林水産省の畜産統計から引用北海道の土地への家畜糞尿負荷は、府県の約1/4。北海道の農耕地面積と家畜糞尿受け入れ可能量ヘクタール有機物施用量 N kg/ha t/ha 134,900 15 75 水田 289,000 20~30 100~150 一般畑作物 52,286 30~40 150~200 野菜 576,300 50~60 190~228 牧草 36,900 55 209 青刈りトウモロコシ 2,053 20~30 34~50 樹園地 1091,439 合計志賀一一著「農耕地の有機物受け入れ容量と畜産廃棄物酪農総合研究所（1994）のデータをもとに計算した。有機物受け入Ｎ受け入れれ可能総量可能総量 (total 106 t) (total 103 t) 2.02 10.1 7.23 36.1 1.83 9.15 31.7 120.4 2.03 7.71 0.05 0.09 44.9 183.6 −環境保全型酪農のために−」北海道の農耕地は４５００万トンの有機物を受け入れられる　(必要）。家畜糞尿発生量は乳・肉牛合計で１７５０万トンしかし環境容量の制限値に近づいている。家畜糞尿は貴重で不足がちな資源である。堆肥化の目的有機廃棄物の資源化 1．　作業者にとって取り扱いやすいもの嫌気家畜糞の好気的・嫌気的処理低分子脂肪酸炭素化合物メタン・水素にすること 2．　衛生面で安全なものとするとともに雑草の種子等を死滅させること 3．　作物にとって安全なものにすること好気 NH３ H2S, CH3SH 窒素化合物イオウ化合物 CO2 NH３ NO３－ SO４－悪臭有害物質 2 表1　病原菌および寄生虫の死滅温度種類チフス菌サルモネラ菌ヨーネ菌赤痢菌ブドウ球菌連鎖球菌結核菌ジフテリア菌ブルセラ菌条虫回虫温度（℃）５５～６０ 56 60 60 65 55 50 54 66 55 61 ５５～６０ 60 表2　堆肥埋設後の雑草種子の発芽率（％）時間(分) 30 60 15 ３０～６０ 5 60 10 10 １５～２０ 45 3 5 １５～２０５０℃未満メヒシバノビエカヤツリグサシロザオオイヌタデスベリヒユイヌビユエノキグサクワクサ６０℃２日間 96 72 56 26 8 85 68 7 26 0 0 0 0 0 0 0 0 0 堆肥化過程における温度変化と成分の分解過程堆肥の腐熟度判定法１．温度変化２．発芽試験３．硝酸態窒素の検出温度1 温度2 温度3 外気温工場温 100 90 80 温度　(℃) 70 切返し 60 ８月８日 50 切返し 40 30 切返し切返し８月２０日仕込み７月２６日９月１６日切返し９月２６日切返し８月２９日９月７日 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 仕込み後日数牛糞堆肥S の温度変化牛糞堆肥Sの温度変化　（７月下旬～９月下旬）切返し作業中の堆肥盤 3 100 温度　(℃) 60 切返し 40 ５月２日切返し切返し切返し６月２日５月２４日切返し５月１５日５月９日温度1 温度2 温度3 外気温４月２４日４月１０日仕込み 20 切返し切返し切返し４月１７日３月２８日 Tem perature ℃ 80 80 70 60 50 40 30 20 10 0 M oisture44% M oisture64% M oisture72% M oisture79% M oisture87% 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 5 10 15 D ays of piling 80 -20 切返し後日数 Fig. 1. Ferm entation tem perature of cow m anure depending on different m oisture contents 堆肥R の温度変化 (Shintoku E xperim ent S tation o f A nim al H usbandry, 1 998) ３月後半から６月にかけての堆肥温度変化堆肥化中の堆肥温度の変化切返し ℃ 堆肥中有機成分の分解速度切返し 80 ヘミセルロース・セルロース 60 リグニン低分子炭水化物・アミノ酸 40 20 0 10 20 30 40 堆積日数易分解性炭水化物・アミノ酸 CO2 高温菌 H2O 微生物バイオマス NH3 中温菌放線菌腐植物質セルロース・ヘミセルロース糸状菌・担子菌（カビおよびキノコ）リグニン堆肥化に伴う有機物組成の変化堆肥化における微生物相の遷移 4 温度の変化 N H 3-N evaporation (m g/300g cow -com post) NH4+, NH3 NO3- 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 堆肥製造中のアンモニア発生と過リン酸石灰による抑制 C P P 0% C P P 2.5% C P P 5% 0 5 10 15 20 25 D ays of piling Fig. 2. S uppression of the evaporation of A m m onia N from cow m anure by m ixing calcium perphosphate(C P P ) (Shintoku Experim ent S tation of A nim al H usbandry, 1998). 堆肥pHの変化高温（好熱性）段階 •  最初の上昇はアンモニアの生成による。 •  続く減少は硝酸、炭酸、腐植物質の生成による。 60℃ 完熟 8 7 6 ポリ袋法陽イオン交換容量（CEC)の増加 •  未熟な堆肥をポリ袋に入れて、口を閉じるとふくらんでくる。それは二酸化炭素が発生しているため。 •  CECの増大：イナワラ、木材、バーク、下水汚泥、都市ごみなどの堆肥で顕著 OH COOH HOOC 未熟 CO2 膨らむ COOH COOH OH 5 高C/N比の有機物が微生物に食べられる際に土壌中の無機態窒素も消費される。 C/N 比 •  最初のC/N 比が30 以上で、それが15 – 20に低下すれば、完熟のめやすとなる。しかし最初からC/Nが低かった場合（家畜ふんなど）には適用できない。炭素土壌微生物有機態窒素無機態窒素ミミズ法 •  カップに堆肥をとり、２，３匹のミミズを入れ、. 黒い布でカップをおおう。 •  もしミミズが堆肥の中にもぐれば完熟 •  ミミズがもぐらなければ未熟発芽試験法 •  コマツナ(Brassica campestris), クレス ( L e p i d i u m s a t i v u m) , ハツカダイコン (Raphanus sativus) などを使用。 •  発芽しやすく、植物に有害な物質に対して敏感。 •  堆肥の水抽出液と蒸留水を比較。作物に窒素飢餓をもたらす。堆肥がおいしくなければミミズは逃げ出す。コマツナ発芽試験（生ごみ堆肥への応用）（１：１０水抽出液、播種５日後50粒中発芽数）データ対照区 47 46 46 46 49 平均標準偏差 46.8 1.30 生ごみ堆肥下水堆肥 47 47 47 45 46 48 46 45 48 49 46.8 0.84 46.8 1.79 有意差なし 6 茎が10m m 以上に伸びた種子の数（５０粒中） 50 40 30 平均平均 + σ 平均 - σ 20 10 0 対照区生ごみ堆肥下水堆肥幼植物試験法 •  堆肥 (150 g) と土壌 (350 g) を混合しノイバウエルポットに入れる。 •  対照区は土壌のみ (500 g)。 •  N, P2O5, と K2O 35mg ずつを化学肥料により施肥。 •  水分は最大容水量の60%。 •  コマツナ種子20粒を播種。発芽率と生育を記録。コマツナ発芽試験(生ごみ堆肥への応用）幼植物試験法 2 •  堆肥 (窒素 100, 200, 300, 400 mg 相当量) を土壌 (500 g) と混合しノイバウエルポットに入れる。 •  対照区は土壌のみ (500 g)。 •  N, P2O5, K2O 25 mg を施肥。 •  水分は最大容水量の60%。 •  コマツナ種子20粒を播種。 •  発芽率と生育を記録。土壌のみ (対照区）原料下水汚泥切返し１回切返し５回土壌との混合下でのコマツナ栽培試験土壌500mLにN400mg相当の堆肥を施用（播種１週間後）下水汚泥堆肥化の効果 7 堆肥の施用効果２　（山根，1981）堆肥の施用効果１（山根，1981）堆肥の働き養分として働きの詳細三要素肥料微量要素肥料緩効性肥料植物ホルモン造成地畑水田腐植少腐植少腐植多腐植少腐植多 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × × ○ ○ ○ ○ ○ ○ × × × × 畑水田造成地腐植少腐植少腐植多腐植少腐植多安定腐植物理性改善 ○ ○ × ○ × として陽イオン保持 ○ ○ × ○ × 有害物阻止 ○ ○ × ○ × 微量要素溶解 ○ ○ × ○ × 緩衝物質 ○ ○ × ○ × 生物（微生物・土壌動物）の給源 ○ × × × × 堆肥の働き働きの詳細 8