Evaluation of Phosphogypsum and Pore Volume Water Rates for Reclaiming Saline-Sodic Cambisols of Metehara Sugar Estate, Central Rift Valley of Ethiopia

メテハラ砂糖工場の塩類・ナトリウム含有土壌の改良に関する実験により、リン石膏を石膏要求量の 100% 以上（13 トン/ha 以上）施用し、3〜4 倍の隙間体積の灌漑水を適用することが、作物生育に適した塩分・ナトリウム濃度まで土壌を改善する最も効果的な組み合わせであることが示された。

要約

🌍 舞台：塩漬けになった「毒土」

まず、実験の舞台であるエチオピアのメテハラは、砂糖キビの農場がある地域ですが、長年の灌漑（かんがい）や乾燥した気候の影響で、土が**「塩漬け」**になっていました。

• 塩分（Salinity）： 土に塩が多すぎて、植物が水を吸い上げられず、枯れてしまいます。
• ナトリウム（Sodicity）： 土の中に「ナトリウム」という悪い成分が大量にあり、土の粒子がバラバラになって、水が通らなくなる（コンクリートのように固まってしまう）状態です。

この状態の土は、まるで**「塩で固められた、水も通さないコンクリート」**のようになっており、どんなに水をあげても植物は育ちません。

💊 治療法：「石膏（せっこう）」と「リン酸石膏（リンサンせっこう）」

土を治すには、土の中の悪いナトリウムを、良いカルシウムに置き換える必要があります。そのために使われるのが「改良材」です。

1. 天然石膏（Natural Gypsum）： 昔から使われている、鉱山から採れる普通の石膏。
2. リン酸石膏（Phosphogypsum/PG）： 肥料を作る過程で出る**「副産物（廃棄物）」**です。実は、天然石膏よりも水に溶けやすく、カルシウムが豊富に含まれています。

今回の研究の目的は、「この廃棄物であるリン酸石膏（PG）を使えば、天然石膏よりも安く、もっと効果的に土を治せるのではないか？」ということを、実験室で確かめることでした。

🧪 実験：土の「お風呂」

研究者たちは、実験室で以下の実験を行いました。

• 土の入れ物： 40cm ほどのプラスチックの筒（土の柱）を用意しました。
• 治療の組み合わせ：
  • 薬の量： リン酸石膏を、土の量に対して「50%」「75%」「100%」「150%」「200%」という異なる量混ぜました。また、天然石膏も混ぜて比較しました。
  • お風呂（洗い流し）： 土に水を流し込み、塩分を洗い流す「淋溶（りんよう）」という作業を行いました。水を「土の隙間（ポア）の何倍分」流したか（1 倍、2 倍、3 倍...）を変えてみました。

これを、**「毒された土を、適切な量の薬を混ぜて、どれくらいの水で洗えばきれいにできるか」**を探す実験だと考えてください。

🔍 発見：「リン酸石膏」が勝者だった！

実験の結果、いくつかの素晴らしい発見がありました。

1. 「量」が重要：100% 以上の量がベスト

少量のリン酸石膏（50% など）だけでは、土はあまり良くなりませんでした。しかし、**「必要な量の 100% 以上（1 倍量以上）」**のリン酸石膏を混ぜると、劇的に土が改善されました。

• 比喩： 傷ついた土を治すには、少量の薬では足りず、**「しっかりとした治療量」**が必要だったのです。

2. 「天然石膏」より「リン酸石膏」が優秀

同じ量を使っても、リン酸石膏（PG）の方が天然石膏よりも土を早く、きれいにしました。

• 理由： リン酸石膏は天然石膏よりも水に溶けやすいため、土の中で素早くカルシウムを放出し、悪いナトリウムを追い出すことができます。まるで**「即効性のある薬」**と「ゆっくり効く薬」の違いのようです。

3. 「水」の量も重要：3〜4 回分の水で OK

土をきれいにするには、大量の水で洗い流す必要がありますが、リン酸石膏を使えば、**「土の隙間の体積の 3 倍から 4 倍の水」**を流すだけで、安全なレベル（ECe < 4、ESP < 10）まで塩分とナトリウムを減らすことができました。

• 比喩： 泥だらけの服を洗うとき、石鹸（リン酸石膏）を多めにつければ、少ない水でよく落ちるのと同じです。

📊 具体的な成果

• 塩分除去率： リン酸石膏を 200% 量使った場合、塩分を**81%**も取り除くことができました。
• ナトリウム除去率： 悪いナトリウムを**75%**も取り除くことができました。
• コストメリット： 天然石膏はエチオピアで採掘が難しく高価ですが、リン酸石膏は肥料工場の廃棄物として大量にあり、安価です。これをリサイクルして土を治せるのは、**「ゴミを宝に変える」**ような素晴らしいアイデアです。

💡 結論：未来への希望

この研究は、**「リン酸石膏（PG）と適切な量の水を使えば、塩害に苦しむエチオピアの土壌を、再び豊かで作物が育つ土に戻せる」**ことを証明しました。

• 推奨される方法： 1 ヘクタールあたり13 トン以上のリン酸石膏を散布し、その後、3〜4 回分の水で洗い流すこと。
• 次のステップ： 今回は実験室での実験でしたが、実際の畑（フィールド）でも同じ結果が得られるか、さらに検証が必要です。

まとめると：
この論文は、**「廃棄物（リン酸石膏）をうまく使えば、塩で死にかけている土を、少ない水で復活させ、農業を救えるかもしれない」**という、非常に希望に満ちたメッセージを伝えています。

技術概要

論文要約：エチオピア中央リフトバレーのメテハラ砂糖工場の塩類・ナトリウム土壌改良におけるリン石膏と間隙水体積の役割評価

1. 背景と課題

エチオピアの中央リフトバレー、特にメテハラ砂糖工場の地域では、灌漑農業の発展に伴い土壌の塩類化（Salinity）とナトリウム化（Sodicity）が深刻な問題となっています。この地域は乾燥・半乾燥気候であり、降雨による塩分の自然な洗い流しが期待できないため、土壌の生産性が低下し、農業用水の安全性が脅かされています。
従来の改良材として天然石膏（Gypsum）が用いられていますが、この地域では天然石膏の入手が困難であり、コスト面でも課題があります。一方、リン酸肥料製造の副産物である**リン石膏（Phosphogypsum: PG）**は、世界中で安価かつ大量に利用可能であり、その有効性はインドやロシア、モロッコなどの他の国々で実証されています。しかし、エチオピアの土壌条件におけるリン石膏の有効性、特に最適な施用量と必要な浸出水量（Leaching water）に関するデータは存在しませんでした。

2. 研究方法

本研究は、メテハラ砂糖工場の塩類・ナトリウム混在土壌（Saline-Sodic soil）を対象とした**柱状実験（Column experiment）**です。

• 実験場所・土壌: エチオピア、メテハラ砂糖工場（標高約 1,100m、半乾燥気候）。土壌は砂質ロームで、初期の交換性ナトリウム率（ESP）は 30.51%、飽和ペースト電気伝導度（ECe）は 5.8 dS/m でした。
• 実験デザイン: 完全無作為配置（CRD）、3 反復。
• 処理条件:
  • リン石膏（PG）施用率: 石膏必要量（Gypsum Requirement: GR）の 50%、75%、100%、150%、200%。
  • 比較対照: 天然石膏（GR 100%）、無処理（コントロール）。
  • 浸出水（Leaching water）: 土壌間隙水体積（Pore Volume: PV）の 1〜5 倍を、間欠的な湛水（Intermittent ponding）モードで適用。
• 測定項目: 浸出液および土壌サンプルの pH、ECe、ESP、可溶性イオン（Ca, Mg, Na, K）、SAR（ナトリウム吸着率）などを分析。
• 評価指標: 脱塩（Desalinization）および脱ナトリウム化（Desodification）の効率、経験的定数（K 値）を用いた水需要量の推定。

3. 主要な結果

3.1 土壌化学性質への影響

• pH と ECe の低下: リン石膏の施用量を増やすほど、土壌の pH と ECe は有意に低下しました。特にGR 100% 以上のリン石膏を施用し、3〜4 PV 以上の浸出水を適用した場合、ECe は 4 dS/m 未満（多くの作物にとって安全なレベル）にまで低下しました。
• ESP（交換性ナトリウム率）の改善: 無処理区では ESP が 31.9% でしたが、GR 100% 以上のリン石膏を施用し、5 PV の浸出水を適用した区では ESP が 10% 未満（安全基準）まで低下しました。
  • GR 200% のリン石膏施用では、可溶性塩の除去効率が 81%、ナトリウム除去効率が 75% に達しました。
  • 天然石膏（GR 100%）と比較して、リン石膏の方が同等またはそれ以上の効果を示し、特にナトリウム除去において優位でした。

3.2 浸出液分析

• 可溶性イオン: リン石膏の施用により、浸出液中のカルシウム（Ca2+）濃度が大幅に増加し、ナトリウム（Na+）濃度が減少しました。これは、リン石膏中のカルシウムが土壌コロイド上のナトリウムを置換し、浸出水中に洗い流されたことを示しています。
• SAR（ナトリウム吸着率）: 高濃度のリン石膏（200% GR）と多量の浸出水（5 PV）を組み合わせることで、SAR は安全基準（13 未満）を大幅に下回るレベルまで低下しました。

3.3 脱塩・脱ナトリウム化曲線と水需要量

• 実験データは「べき乗モデル（Power series model）」で最もよく説明されました。
• 水需要量の削減: 高濃度のリン石膏（150% GR 以上）を施用した場合、塩分を安全レベルまで低下させるために必要な浸出水の深さは、低濃度の施用や天然石膏に比べて大幅に少なくて済みました。
• 経験的定数（K 値）: 脱塩・脱ナトリウム化の効率を示す K 値は、リン石膏施用量が多いほど小さくなりました（例：200% GR 区では脱塩 K=0.29、脱ナトリウム化 K=0.22）。これは、リン石膏施用により土壌構造が改善され、水の浸透性が向上し、少ない水量で効率的に塩分を除去できることを意味します。

4. 結論と提言

• 最適な改良条件: メテハラの塩類・ナトリウム土壌を効果的に改良するには、石膏必要量（GR）の 100% 以上（約 13 トン/ヘクタール以上）のリン石膏を施用し、3〜4 間隙水体積（PV）の浸出水を適用することが最も効果的であることが判明しました。
• リン石膏の優位性: 天然石膏と比較して、リン石膏はより少ない水量で同程度以上の脱塩・脱ナトリウム化効果を示し、土壌構造の改善にも寄与します。
• 今後の課題: 本研究は実験室レベルの柱状実験であり、実際の圃場条件（気象、微生物活動、作物生育など）での検証が必要です。今後は温室および圃場実験を行い、実用化可能な施用基準の確立が求められます。

5. 意義

本研究は、エチオピアという天然石膏が不足している地域において、安価で豊富な副産物であるリン石膏を有効活用する道筋を示しました。リン石膏の適切な施用と浸出管理により、塩類化で放棄されつつある農地を再生し、食料安全保障の向上に貢献する可能性を科学的に裏付けました。また、リン石膏を「廃棄物」から「貴重な資源」として再評価する視点を提供し、サステナブルな農業への転換を促す重要な知見となりました。