堆肥：土壌改良の究極ソリューション

堆肥とは、分解された有機物からなる微細で柔らかな物質です。主に植物栄養素と土壌改良材として作物の生育を促進するために使用されます。多くの人は堆肥生産を、スコップで手入れする小さな庭の堆肥山と結びつけますが、実際にはほとんどの堆肥が、大規模な市営、工業、農業施設で機械化設備を用いて生産されています。

背景

「土より古い」という表現はまさに堆肥に当てはまります。自然は地球上の生と死の循環の一環として、数百万年もの間堆肥を作り続けてきました。動物の糞という生の堆肥を人間が最初に利用したのは、紀元前3000年頃のエジプトで、直接畑に撒いて肥料としていました。後に糞を汚れた厩の藁や他のゴミと混ぜ、必要になるまで山積みにしました。雨が山を湿らせ分解を助け、豊かな堆肥を生み出しました。

ギリシャ人とローマ人は作物増産における堆肥の価値を知り、分解熱を利用して冬場に夏野菜を栽培することさえありました。ローマ帝国滅亡後、キリスト教修道院がヨーロッパで堆肥技術を継承し、1200年頃には再び多くの農家で利用されるようになりました。シェイクスピアも1600年代初頭の複数の戯曲で堆肥に言及しています。

アメリカでは、ジョージ・ワシントンとトーマス・ジェファーソンという二人の大統領が、1700年代後半から1800年代初頭にかけて著名な地主として、公務の合間に革新的な農法、様々な堆肥化方法と材料の実験に多くの時間を費やしました。東海岸で連作により土壌養分が枯渇すると、堆肥化の実践が広まりました。この傾向は1900年代初頭まで続き、当時アメリカで使用された肥料の90%が堆肥由来と推定されていました。

しかし1913年、ドイツ企業が合成窒素化合物、つまり化学肥料の生産を開始すると状況は一変しました。これらの新しい化学肥料は、手間のかかる動物糞堆肥より安価に生産できたため、農家の堆肥山は急速に過去のものとなりました。1950年には、アメリカの肥料のわずか1%しか堆肥由来ではなくなっていました。

この流れに抗った注目すべき例外が、1942年にJ.I.ロデールによって始められた有機農法の開拓です。ロデールは合成肥料依存の危険性と、天然由来堆肥の利点をいち早く認識した人物の一人でした。1960年代の環境意識の高まりで一時的に注目されましたが、本格的に大規模ビジネスとなったのは1980年代です。この急増は、堆肥のメリットへの再認識ではなく、ゴミの負の側面への懸念がきっかけでした。ゴミ処理の過程で大気を汚染し、河川を汚し、文字通り埋立地に自分たちを埋めてしまっていたのです。

埋立地へのゴミ投入を減らすため、1970年代初頭に複数の都市でリサイクルセンターが設置され、缶、瓶、新聞をゴミとして捨てずに持ち込めるようになりました。その後、路側回収リサイクルが導入され、家庭前で分別回収可能に。最終的に多くの都市で庭園廃棄物用の追加容器を設け、堆肥化を開始。1992年までに約1,500都市が庭園廃棄物堆肥化施設を持つに至りました。

同時に、厳しい新環境法により、産業界は廃棄物を周辺土地に捨てたり河川に流したりできなくなりました。これに対応して多くの産業が独自のリサイクルと堆肥化プログラムを開始。環境懸念は農家にも波及し、化学肥料と農薬が人と野生生物に及ぼす悪影響の責任を問われるようになると、多くの農家が化学薬品を減らし堆肥へ転換しました。

今日、ほとんどの堆肥は特定の原料タイプに対応するよう設計された大規模施設で処理されています。農業堆肥は通常、原料を出した同じ農場で生産・使用されます。工業堆肥は袋詰めして個人向けに販売されるか、原料が他の堆肥施設へ大量出荷されます。市営庭園廃棄物堆肥は、市やゴミ収集会社が運営する施設で生産され、地元の造園業者やガーデンセンターへ販売されます。

原材料

技術的に言えば、堆肥はあらゆる有機物から作れます。つまり、炭素を含む動植物のあらゆる部分が原料になります。堆肥にはまた、窒素源、酸素、水、そして有機物に通常含まれるリン、銅、カリウム、カルシウムなどの微量元素が必要です。

有機物が他の物質と結合して分解・堆肥化するには、いくつかの生物と微生物が必要です。これらには、物質を消化しバクテリアを運ぶワラジムシ、トンネルを掘って通気性を高めるミミズ、分解しにくいセルロースを消化する様々な菌類、生の植物組織を分解する放線菌と呼ばれるカビ状のバクテリアなどが含まれます。

堆肥製造に最も一般的に使用される原料は、草刈り屑、落ち葉、雑草、庭木の小枝剪定屑などの庭園廃棄物です。ほとんどの家庭菜園の堆肥山と市営堆肥施設は、大量に入手できるため庭園廃棄物のみを使用しています。

工業堆肥施設は、特定の工場や地域で発生する廃棄物を利用する傾向があります。例えば、製糖工場がある地域ではテンサイパルプを他の材料と混合して堆肥化。醸造所から出る廃ホップと穀物も優良な堆肥原料です。その他、製材所のおが屑と木片、缶詰工場の魚介類廃棄物、屠殺場の乾燥血と粉砕動物骨などがあります。

農業堆肥施設では、近隣農場で入手しやすい材料を使用します。動物糞、使用済み厩藁、規格外果実野菜、圃場残渣、ブドウ園・果樹園の剪定枝、腐敗干草、その他農業廃棄物などです。

より珍しい原料として、海藻、鶏羽毛、ピーナッツ殻、髪の毛屑なども堆肥化に利用されます。

製造工程

堆肥生産は機械的プロセスと生物学的プロセスの両面を持ちます。原料はまず機械的に分別、収集、粉砕されてから生物学的分解プロセスが始まります。場合によっては、分解プロセス自体も機械的な攪拌や通気によって促進されます。分解後、完成した堆肥は機械的にふるい分けられ、袋詰めされて流通します。

大規模堆肥生産にはいくつかの方法があります。メタン消化法は、原料を大型密閉容器に入れ酸素を遮断します。この嫌気性分解では堆肥に加えメタンガスも生成され、調理や暖房に利用できます。強制通気堆積法は、穴あきパイプで空気を循環させた堆積山や溝に原料を投入します。好気性分解で大量の熱が発生し、有害菌の多くを死滅させます。ウィンドロウ法は、原料を長い列（ウィンドロウ）に積み、数週間から数ヶ月かけて自然分解させます。最も低コストな方法です。ここでは、市営庭園廃棄物をウィンドロウ法で堆肥化する典型的な工程を紹介します。

分別

• 1 家庭で庭園廃棄物を専用容器に分別し、通常のゴミ収集日に路側に出します。回収対象は草刈り屑、落ち葉、雑草、庭木の小枝剪定屑のみ。直径約6インチ（15cm）までの短い樹木枝も可。石、芝、動物糞、過剰な土、ヤシの葉（棘が分解されず毒性がある）、生ゴミ、果物、野菜はネズミ誘引、不要種子混入、悪臭の原因となるため不可。
• 2 専用収集車で回収し、処理センターへ搬入して積み上げます。目視検査で不適切・過大物を手作業で除去。

粉砕

• 3 ホイールローダーで山から材料を掬い、タブグラインダーへ投入。固定外筒と回転内筒の間で材料を粉砕・混合し、スクリーンで大物を選別。粉砕物はコンベアで保管山へ。
• 4 選別された大物はマルチング用として造園業者へ販売。残りをダンプトラックで堆肥エリアへ運び、長い列（ウィンドロウ）に積み上げます。各列は高さ6〜10フィート（2〜3m）、長さ数百フィート、三角形断面。列間に約10フィート（3m）の平坦スペースを確保し、車両が移動できるようにします。

堆肥化（発酵）

• 5 堆肥エリアは数エーカー（ヘクタール）に及びます。ウィンドロウ形成後、タンクローリーが列に沿って移動しながら散水。水分補給で堆肥化を促進し、風飛散粉塵を抑制。
• 6 数週間ごとに特殊機械が各ウィンドロウを跨ぎ、長手方向に移動しながら転返・攪拌。材料をさらに微細化し、酸素に触れさせて分解を促進。転返後再度散水。このプロセスを2〜3ヶ月継続。乾燥期は散水頻度を増やします。分解中、山の内部温度は130°F（54℃）に達し、雑草種子の多くを死滅させます。

熟成

• 7 生堆肥をホイールローダーで掬い上げ、大きな円錐形の山に移して数週間さらに分解を完了させます。この熟成工程で、堆肥中の炭素と窒素が最終的なレベルに調整されます。

ふるい分け

• 8 熟成後、堆肥をホイールローダーでロータリースクリーンのホッパーへ投入。わずかに傾斜した軸で回転する大型円筒スクリーンで、開口径約0.5インチ（1cm）。コンベアでスクリーン高い側へ供給され、回転しながら下降する間に微細物が落下しコンベアで貯蔵山へ。スクリーンを通過できない大物は筒の下端から排出され、再堆肥化またはウッドチップとして販売されます。 庭園廃棄物の商業的堆肥化工程を示す図。

出荷

• 9 完成堆肥の大半はダンプトラックで積み込み、造園業者、自治体、苗木業者など法人向けに大量販売。一部は40ポンド（18kg）のプラスチック袋に密封し、一般家庭向け小売販売。ウィンドロウ法で、典型的な郊外の庭園廃棄物処理施設では年間10万トン（9.1万メトリックトン）もの堆肥を生産可能です。

品質管理

堆肥化企業は定期的に完成堆肥を検査し、有害物質がなく適切な植物栄養素を含むことを確認します。検査項目は粒子サイズ、水分レベル、ミネラル含有量、炭素窒素比、酸度、栄養素含有量、雑草種子発芽率など多岐にわたります。例えば、粒子径は0.5〜2インチ（1.2〜5cm）が望ましく、堆肥内の酸素循環を促します。水分は40%以上必要で、40%未満ではプロセスが遅延し自然発火リスクが生じます。理想的な炭素窒素比は重量比で炭素30対窒素1。このバランスが健全な微生物叢を維持し、分解を促進、悪臭を最小化します。

有害物質

落ち葉や草刈り屑などの庭園廃棄物由来の堆肥には、有害物質が含まれることは稀です。しかし、不完全分別された一般廃棄物、特定の産業廃棄物、下水汚泥から作る場合、有害な重金属、化学物質、病原菌が許容基準を超えて混入する恐れがあります。

国民を守るため、連邦環境保護庁（EPA）が堆肥中に含まれうる数千の物質について許容基準を設定。各州も独自基準を持つ場合があります。一般廃棄物の場合、家庭で庭園廃棄物を他のゴミと混ぜず専用容器に分別する「発生源分別」が、清潔で安全な堆肥を生産する最も効果的な方法とされています。

将来展望

家庭の庭園廃棄物を分別堆肥化することで、自治体は埋立地行きゴミを約20%削減できると推定されています。これは大きな削減ですが、将来的にはさらに多くのゴミを埋立地から転換する必要があるでしょう。汚れた食品包装、使い捨ておむつパッド、生ゴミ、天然繊維雑巾、木片、その他有機物もすべて堆肥化可能です。これには、堆肥化可能物質と有害物質（廃バッテリー、廃油、アスベスト、家庭用化学薬品など）を分離する都市固形廃棄物（MSW）処理施設の整備が必要となります。

将来的には、堆肥化が有害物質の処理と無害化の手段にもなるかもしれません。例えば、古い軍需工場や弾薬庫跡地では土壌がトリニトロトルエン（TNT）で汚染されています。研究者たちは、野菜廃棄物と水牛糞を特別に配合した堆肥混合物を用い、シンプルな生物学的堆肥化プロセスでTNTの爆発性有機成分を無害な化合物へ変換し、土壌を浄化する実験を行っています。