IRON-ION SUPPLY MATERIAL

　以下、本発明の実施形態について説明する。本発明に係る鉄イオン供給材料は、植物の生育に寄与する鉄イオンを供給する鉄イオンの供給源となる鉄イオン供給材料である。ここで、この鉄イオン供給材料は、８０質量％以上の鉄を含む鉄粉からなり、鉄粉全体の５０質量％以上が１００μｍ以上１０ｍｍ以下の粒径を有することが肝要である。

　発明者らは、特許文献１に記載された鉄イオン供給材料を用いて稲作を行った結果、イネに鉄イオンを効率的に供給できなかったことを受けて、まず、その原因について詳細に調査した。上述のように、特許文献１においては、鉄源としてスラグを用いることを前提としている。そして、スラグは酸化鉄、酸化カルシウム、および二酸化ケイ素を主成分とし、鉄の含有量は低いため、発明者らは、当初、この低い鉄の含有量が植物に鉄イオンを効率的に供給できなかった主因であると考えた。

　そこで、発明者らは、鉄源として鉄粉を使用し、この鉄粉に含まれる鉄の含有量とイネの収穫量との関係について詳細に調査した。その結果、鉄粉に含まれる鉄の含有量が８０％以上の場合にイネの収穫量が増加し、イネに対して鉄イオンをより効率的に供給できた。しかし、イネの収穫量は、供給した鉄粉の量を考慮すると当初の予想を下回るものであるため、発明者らは、この原因についてさらに調査した。その結果、イネに鉄イオンを供給する上で、鉄粉が必ずしも適切な位置に配されていないことが判明した。

　すなわち、供給した鉄粉は、水田の深さ方向に広く分布しており、粒径の小さな鉄粉は水田の表面近傍に多く存在する一方、粒径の大きな鉄粉は水田の深い位置に存在しており、イネが鉄イオンを吸収できる根の近傍に配されていない鉄粉が多いことが判明した。そこで、鉄粉を植物の根の近傍に配して、植物に鉄イオンを効率的に供給できる方途を鋭意検討した結果、鉄粉の粒径範囲を１００μｍ以上１０ｍｍ以下とすることが極めて有効であり、さらに鉄粉全体の５０質量％以上が上記粒径範囲にあればよいことを見出し、本発明を完成させるに到ったのである。以下、本発明に係る鉄イオン供給材料の各構成について説明する。

　まず、鉄粉に含まれる鉄の含有量は８０質量％以上とする。鉄粉に含まれる鉄の濃度は、植物に鉄イオンを供給する効率を左右する主因である。上述のように、特許文献１に記載された技術においては、スラグを用いることが前提となっており、これによって、イネに対して鉄イオンを効率的に供給することができなかった。この点、本発明においては、鉄粉に含まれる鉄の含有量を８０質量％以上とするため、植物に対して十分な濃度を以て鉄イオンを供給することができる。また、従来のスラグを用いた場合には、鉄イオンの含有量が少ないために鉄イオン以外の成分が多く、鉄イオン供給材料自体の体積が大きくなる問題があったが、本発明に係る鉄イオン供給材料においては、鉄以外の成分が少ないため、このような問題は存在しない。好ましくは、９９質量％、より好ましくは９９．５質量％である。

　また、鉄粉の粒径は、１００μｍ以上１０ｍｍ以下とする。上述のように、鉄粉の粒径は、鉄粉を植物の根の近傍に配して鉄イオンを植物に効率的に供給する上で極めて重要な因子である。鉄イオン供給材料は、田畑に撒いたり、あるいは田畑を耕した際に土に混ぜることにより植物に供給するが、粒径が１００μｍ未満の場合には、風で飛ばされたりして植物の根が鉄イオンを吸収できる領域（具体的には、田畑の表面から０（地表）ｃｍ以上１００ｃｍ以下の深さ領域までの領域）に定着しないおそれがあり、また、定着したとしても、植物の根から離れた田畑の表層域に定着してしまい、植物に鉄イオンを効率的に供給することができない。一方、粒径が１０ｍｍを超える場合には、植物の根の位置よりも深い位置に分布し、鉄粉が高い含有量で鉄を含んでいたとしても、鉄イオンを植物に効率的に供給することができなくなる。このような理由により、鉄粉の粒径を、１００μｍ以上１０ｍｍ以下とする。好ましくは１００μｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは１００μｍ以上１ｍｍ以下である。

　また、上記粒径範囲は、鉄粉全体の５０質量％が満たしていればよい。好ましくは７０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは１００質量％である。

　なお、本発明において、鉄粉の粒径は篩いにより調整する。すなわち、１００μｍ以上１０ｍｍ以下の粒径を有する鉄粉は、１０ｍｍの篩いを通過した鉄粉を１００μｍの篩いで篩い、篩いの上に残った鉄粉である。

　鉄粉としては、例えばミルスケール（酸化鉄）をコークス等（炭材）で還元した後、水素雰囲気で熱処理（還元処理）して製造される還元鉄粉や、溶鋼を高圧水で粉化して冷却した後、水素雰囲気で熱処理（還元処理）して製造されるアトマイズ鉄粉を使用することができる。また、アトマイズ鉄粉は、必ずしも純鉄粉とする必要は無く、合金鉄粉でもよい。還元鉄粉やアトマイズ鉄粉は、通常、９９質量％を超える鉄を含んでおり、二価の鉄イオンを植物に効率的に供給することができる。このうち、製造コストが低いことから、アトマイズ鉄粉を用いることが好ましい。

　このような本発明に係る鉄イオン供給材料を田畑に供給すると、根の周辺に存在する鉄イオン供給材料近傍の外部水に二価の鉄イオンが溶出する。鉄粉は、表面は薄い酸化鉄の層（内部は結晶粒）で構成される。表面が外部からの水によって濡れ、まず表面の酸化鉄層から二価の鉄イオンが溶出する。溶出が進み、酸化鉄の層が消失すると、水は鉄粉の内部の結晶粒界に浸透し、結晶粒が順次水と接触して鉄粉の表面から二価の鉄イオンが溶出する。水は鉄粉の内部に浸透し、更に二価の鉄イオンを溶出する。また、二価の鉄イオンが酸化されて三価の鉄イオンになった場合も、鉄粉中に存在する水素により還元される。このような原理により、二価の鉄イオンが長期にわたり供給される。アルカリ土壌の場合においては、一般に鉄が水に溶けにくい水酸化第２鉄Fe(OH)₃となり、植物は吸収が困難である。しかし、鉄粉中に存在する水素が三価の鉄イオンを二価の鉄イオンに還元するため、植物が吸収できるようになる。

　以上の本発明に係る鉄イオン供給材料において、酸素濃度が０．４質量％以上１．５質量％以下とすることが好ましい。鉄粉粒子が酸素を含むと、鉄と酸素が反応して四酸化三鉄（Fe₃O₄)の皮膜が形成され、この四酸化三鉄は二価の鉄イオンの供給源となる。ここで、酸素の濃度を０．４質量％以上とすることにより、二価の鉄イオンの供給源となる四酸化三鉄を効率的に形成できるようになる。一方、酸素濃度が高い場合、鉄粉の表面の酸素濃度が高い状態であり、具体的には鉄粉の表面の酸化鉄の層が厚く、鉄粉内の結晶粒界に水が浸透し、鉄粉を形成する結晶粒の周りから二価の鉄イオンが溶出する効果が得られにくい。しかし、１．５質量％以下とすることにより表面の酸化鉄の被覆率や酸化鉄厚みを最適化し、鉄粉内の結晶粒界に水が浸透するから長期にわたり二価の鉄イオンを供給することができる。より好ましくは、０．６質量％以上１．２質量％以下である。

　なお、本発明において、「鉄粉の酸素濃度」は鉄粉全体の平均の酸素濃度であり、酸溶解法により鉄粉を溶解して測定された酸素濃度を意味している。

　通常、アトマイズ鉄粉における酸素濃度は０．３質量％程度であるため、上記範囲の酸素濃度は、通常のアトマイズ鉄粉における酸素濃度よりも高い。上記範囲の酸素濃度を有する鉄粉は、例えば、アトマイズ鉄粉の製造工程において、最終還元工程を省略することにより、得ることができる。すなわち、アトマイズ鉄粉は、上述のように、溶鋼を高圧水で粉化して冷却した後、水素雰囲気で熱処理（還元処理）することにより得られるが、冷却過程において、温度の高い粒滴と水との間に形成された蒸気境膜や雰囲気ガス（空気）から酸化されて、鉄粉粒子の表面には四酸化三鉄（Fe₃O₄)の皮膜が形成され、上述のように、この四酸化三鉄は二価の鉄イオンの供給源となる。また、鉄粉粒子表面の四酸化三鉄が消失した後も、上述のように、純鉄から二価の鉄イオンが形成され続けるため、植物に二価の鉄イオンを供給し続けることができる。通常、この皮膜は、水素雰囲気における熱処理により還元され、鉄粉の酸素濃度は低下するが、水素雰囲気における熱処理（すなわち、還元工程）を省略することにより、上記した、０．４質量％以上１．５質量％以下の酸素を含む鉄粉を得ることができる。

　なお、アトマイズ鉄粉に含まれる酸素濃度を０．４質量％以上１．５質量％以下の範囲に調整するためには、具体的には、粉化および冷却過程における雰囲気ガス中の酸素濃度を調整すればよい。

　このように、本発明に係る鉄イオン供給材料により、高濃度の鉄を含む鉄イオン供給材料を植物の根の近傍に配することができるため、植物に対して二価の鉄イオンを効率的に供給することができる。