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リグニンペルオキシダーゼは、白色腐朽菌がリグニンを分解する際に使う主要酵素。ヘムタンパク質で、過酸化水素を酸化剤としてリグニンの芳香族環を酸化的に開裂する。反応機構は、過酸化水素が酵素のヘム鉄に作用し、化合物Iと呼ばれる活性種を生成。これがリグニンから電子を奪い、ラジカルを形成。この不安定なラジカルが様々な反応経路を経て分解される。 リグニンペルオキシダーゼは非特異的な触媒作用を持ち、多様なリグニン構造を分解できる。この酵素によるリグニン分解は、自然界の炭素循環において重要な役割を果たし、バイオマス利用への応用も期待されている。
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バーク堆肥を入れた区画と入れない区画で、植物の生育に大きな差が出た。バークを入れた側は草が生い茂り、入れない側はまばらだった。耕起や施肥は同じ条件で行ったため、この差はバーク堆肥の影響と考えられる。このことから、植物が土壌環境を改善する作用を利用するには、まず植物が生えやすい環境を作るのが重要だと推測される。初期段階で腐植を大量投入すれば、植物の生育が促進され、理想的な土壌環境へ早く到達できる。また、土が柔らかくなることで作業効率も向上する。ただし、草抜きは増えるが、柔らかい土壌では容易に除去できる。
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バーク投入で土の保水力向上は、バーク自体の保水力に加え、土壌表面のひび割れ減少が要因。ひび割れ減少は、土同士の結合が弱まったためと考えられる。耕起後の土壌粒子は放置すると互いに結合し、塊を形成する。硬い塊ほど、塊の間に大きなひび割れが生じる。腐植を投入すると、土粒子間に腐植が入り込み、土同士の結合を阻害する。結果、乾燥時に形成される塊は小さく、ひび割れも発生しにくい。さらに、腐植混入土壌は空気に触れる表面積が広く、鉱物の酸化を促進。これにより土同士の結合はさらに弱まり、大きな塊の形成が抑制される。結果として団粒構造の形成へと繋がる。
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土壌の保肥力向上には、有機酸が重要である。米ぬか等の有機物を土壌微生物が分解することで有機酸が生成される。微生物自体もタンパク質で構成され、死骸や酵素も分解されてアミノ酸などの有機酸となる。この分解過程でPEON（リン酸緩衝液抽出有機態窒素）と呼ばれる準安定型のタンパク質断片が生じ、これが団粒構造の構成成分となる。つまり、食品残渣を投入し、微生物の活性を高めることで、土壌中の団粒構造が増加し、保肥力や緩衝性が向上する。
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団粒構造の保肥力は、風化で劣化した鉱物ではなく、腐植の有機酸に由来する。腐植の保肥力を高めるには、有機酸の末端にあるカルボキシル基を増やす必要がある。そのためには、デンプン、タンパク質、脂肪が分解されて生成される有機酸を増やすことが重要となる。米ぬかや魚粕などの食品残渣系資材は、これらの成分を豊富に含むため、土壌に投入することで有機酸の生成を促進し、保肥力を向上させる。つまり、団粒構造の形成には、劣化した鉱物だけでなく、食品残渣などの粗大な有機物も重要な材料となる。
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植物の分解物が土壌に混ざることで生成される腐植は、保水性と排水性を併せ持つ。分解された植物繊維が水を吸い込んで保水し、その間にできる空気層が排水性を確保する。ただし、保水性に優れる段階の腐植を入れる必要がある。早期段階の腐植は排水性のみ向上させ、逆に保水能力を低下させる可能性がある。
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腐植のマイナスの電荷は、有機酸のカルボキシル基から生じます。このマイナス電荷が保肥力を生み、肥料成分の保持につながります。保肥力は鉱物と腐植の両方によって決定されます。栽培時にこれらを適切に混ぜ込むことで、肥料コストを削減できます。さらに、鉱物が劣化しないように、く溶性成分も追加することが重要です。適した資材を選択することで、保肥力を高め、肥料コストを最適化できます。
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土壌のCEC（保肥力）は、マイナスの電気を帯びた箇所があり、プラスのイオンが吸着する。しかし、土壌のpHが酸性に傾くと、水素イオンがCECを埋めてしまい、プラスのイオンの吸着が悪くなる。そのため、栽培後には肥料や根酸によりpHが酸性に傾き、pH調整のために石灰を使用する文化が生まれたと考えられる。
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強酸性肥料や有機酸の分泌により、栽培中に土壌pHが低下する可能性がある。特にトマトなどの長期栽培では収穫後期にカルシウム吸収が低下し、しり腐れ病が発生しやすい。これを防ぐため、く溶性石灰を施すことで土壌のpHを維持する。このく溶性の石灰が土壌のpH変化を抑える特性を「緩衝性」と呼ぶ。緩衝性のある土壌では、pHの低下による作物への影響を軽減できる。
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く溶性は、クエン酸溶液に溶ける肥料や資材の性質を指し、2%クエン酸溶液で溶解する成分を表す。炭酸石灰は水にほとんど溶けないため、く溶性に対応しない。ただし、水に溶けない特性はさまざまな用途に役立つ。
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舞鶴の土壌は、花崗岩が風化してできた酸性土壌が基本です。特に海岸沿いは砂質土壌でpHが低く、リン酸欠乏が課題となります。内陸は粘土質土壌で保水性が高く、養分保持力もある一方、排水不良になりやすい性質も持ちます。舞鶴市は全体的に酸性土壌が多いため、石灰資材の施用が推奨されています。しかし、「石灰」はカルシウム資材の総称であり、pH調整効果は種類によって大きく異なるため、土壌分析に基づいた適切な資材選択が重要です。
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消石灰（水酸化カルシウム）と炭酸石灰（炭酸カルシウム）はどちらもpH調整に使えるが、水への溶解度が大きく異なる。水酸化カルシウムは0.17g/100cm³、炭酸カルシウムは0.0015g/100cm³と、水酸化カルシウムの方がはるかに溶けやすい。そのため、水酸化カルシウムの方がpH調整効果が速く現れる。しかし、溶けにくい炭酸カルシウムにも農業で利用できる優れた特徴があり、それは次回解説される。
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石灰はpH調整に用いられるが、炭酸カルシウムだけでなく、炭酸マグネシウムなど他の物質でもpH調整は可能である。炭酸マグネシウムも水素イオンと反応し、二酸化炭素と水を生じ、pHを上昇させる。農業では「石灰＝pH調整」という固定観念があるが、必ずしも石灰である必要はなく、他の物質も利用できる。石灰の使用に固執することで、障害が発生するケースもあるため、他の調整方法も検討する価値がある。
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炭酸石灰(CaCO₃)はpH調整に使われ、鉱物の方解石と同じ成分である。京都の鞍馬山には石灰岩という炭酸石灰の塊があり、これが風化して川を流れ土壌に供給される。つまり、鉱物は肥料成分だけでなくpH調整機能も持ち、鉱物由来の土壌は重要である。
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石灰は土壌pH調整に使われ、主な資材は消石灰（水酸化カルシウム）と炭酸石灰（炭酸カルシウム）です。有機石灰は成分的には炭酸石灰です。消石灰は水素イオン(H⁺)と反応し、水になりpHを上げます。炭酸石灰もH⁺と反応し、水と二酸化炭素になりpHを上げます。石灰の使用はpH調整だけでなく、カルシウムの追肥にもなるため注意が必要です。他の石灰資材ではpH調整効果は期待できません。pH調整の必要性、適切なpH、土壌酸性化の原因など、関連する詳細情報は別記事で解説されています。
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砂状と粒状の苦土石灰は成分が同じでも価格が異なる場合がある。これは製造コストの違いと考えられ、品質は同等と言える。重要なのは肥効速度の違いだ。砂状は粒状より速く溶け、即効性があるため、土壌pHの迅速な改善に適している。一方、粒状はゆっくり溶けるため、土壌改良などの長期的な肥効が期待できる。つまり、目的によって使い分けるのが良い。粒状は風に飛ばされにくいという利点もある。
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ホウ素欠乏は、教科書上ではまれとされるが、現実では頻繁に発生する。これは、土作りを完璧にしても、ホウ素を多く必要とするアブラナ科野菜が、元来日本のようなホウ素濃度が低い環境では栽培に適していないため。ホウ素欠乏を補うためには、日本にほとんど存在しない硼砂（ホウシャ）や小藤石、高価なダイズ油粕などの輸入資材に頼らざるを得ず、海外資源への依存度が高くなる。そのため、キャベツやカブ栽培における収益性は、海外資源の価格に左右されることを認識しておくことが重要である。
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有機無農薬栽培では、カリウムやホウ素などの鉱物由来の肥料成分の補充が難しい。これらの肥料が適切に施肥されないことで、土壌中のミネラルが欠乏する。土作りで腐植を入れるだけではこの問題を解決できない。むしろ、腐植が過剰になると、作物の生育に見えても、収穫した野菜が内部に空洞や変色を持つ可能性がある。これは、ミネラル分の欠乏が原因となっている。
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土壌のpHが適正かどうかを判断するには、植物が効率的に吸収できるpH範囲を考慮する必要がある。最適な吸収ができるのは、窒素、リン、カリウムが最大吸収となるpH 6.5～7.5である。カルシウム、マグネシウム、鉄も考慮すると、pH 6.6～6.8が適している。つまり、肥料のパフォーマンスを最大化するために、土壌のpHを6.6～6.8に調整することが望ましい。このpH範囲から外れると、植物への栄養素供給が阻害される可能性がある。
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土壌のpHは、肥料の吸いやすさに大きく影響します。通常、微酸性のpH6.5～7.0では、ほとんどの肥料が効率的に吸収できます。pHが5.0以下になるとカリウムの吸収が低下し、8.5以上になると鉄の吸収が困難になります。この範囲内で最も理想的なpHは7.0で、すべての肥料が十分に吸収できます。ただし、モリブデンはpH6.5でも吸収率が低くなりますが、鉄の吸収が悪化するpH7.0よりは、影響が軽微です。そのため、土壌のpHを微酸性に保つことが、植物の成長にとって重要です。
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粘土鉱物を含む土壌は、粒子間のつながりによって保水性と保肥力を保つ。しかし、土壌が酸性化するとこのつながりが弱まり、保水・保肥力が失われる。例として、元水田の粘土質土壌が、酸の影響で乾燥しやすく保水・保肥力のない状態になる場合がある。これは施肥効率の低下につながるだけでなく、さらに深刻な問題を引き起こす可能性がある。
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畑作では、灌水による川からの養分補給がほとんどないため、鉱物由来のミネラルが減少する可能性がある。硫安などの酸性肥料の使用は、土壌鉱物の構造を壊し、ミネラルの溶出を促進する。畑作では、この酸性肥料の継続的な使用により、土壌の鉱物劣化が進むと考えられる。腐植の投入だけでは、鉱物劣化による根本的な問題を解決できない可能性がある。水田から畑作に転換する際には、酸性肥料の使用や鉱物劣化の影響を考慮することが重要になる。
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粘土鉱物は土壌の保水性と保肥力を高めますが、悪化した土壌に混入すると、圧縮が促進され、根の伸長を阻害します。土壌粒子が強く凝固し、水分や空気が浸透しにくくなり、排水が悪化します。その結果、作物は必要な水分や養分を十分に吸収できず、成長が抑制されます。粘土鉱物がすでに締まった土壌に混入されると、その悪影響はさらに顕著になります。
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粘土鉱物モンモリロナイトは土壌に潤沢にあると、水分と肥料分を保持し、作物の成長に役立つ。しかし、過多になると根付きにくくなる。
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京都農販のブログ記事は、マルチ栽培における酸素剤の効果について解説しています。酸素剤（過酸化カルシウム）は水と反応し、水酸化カルシウムと過酸化水素を生成します。過酸化水素は分解して酸素を放出するため、土壌への酸素供給が可能になります。これにより、根の発育が促進され、健全な生育につながります。特に雨が多い時期には、土壌中の酸素が不足しがちになるため、酸素剤の使用は有効な対策となります。酸素供給に加えて、カルシウム補給や土壌pHの調整といった効果も期待できます。マルチ栽培と組み合わせることで、生育環境を改善し、より良い作物の収穫を目指せます。
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腐植とは、植物の枯死体などが微生物によって分解され土に還元される過程の有機物のこと。落ち葉や木の枝などがこれにあたる。牛糞なども植物の未消化分を含んでいるため腐植とみなせる場合もあるが、基本的には植物由来のものを指す。腐植は土壌の保肥力や緩衝性を高め、作物の根張りを良くする効果がある。土砂に腐植が豊富に含まれていることは、植物の生育にとって良い影響を与えると言える。