植物のミカタ

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この記事では、光合成の明反応に関わる必須元素を解説しています。明反応は、水から電子を取り出しNADPHを生成する過程で、マンガンクラスターが水の分解にマンガンを必要とすることを説明しています。さらに、光化学系ⅠとⅡではクロロフィルが光エネルギーを吸収するためにマグネシウムが必須であることを述べています。加えて、高エネルギー反応に伴う活性酸素対策としてカロテノイドが存在し、βカロテンは炭素と水素のみで構成されていると補足しています。これらの元素の供給が光合成、ひいては植物の生育に不可欠であることを示唆しています。

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露地野菜の連作障害を防ぐため、輪作に水田稲作を取り入れる意義を解説。連作により特定養分の枯渇、病害虫の増殖、土壌物理性の悪化が生じる。水田化は、湛水による還元状態で土壌病害虫を抑制し、有機物の分解促進と養分バランスを整える。水稲の根は土壌物理性を改善し、後作の野菜生育を促進。さらに、水田転換畑の交付金制度を活用すれば、経済的メリットも得られる。水田稲作は連作障害回避の有効な手段であり、持続可能な農業経営に貢献する。

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植物の銅欠乏は、目に見えにくい問題です。銅はリグニンの合成に関わり、植物の防御力を高めます。また、腐植蓄積にも関与し、健全な発根を促進します。しかし銅の必要量は微量で、主要肥料にも含まれないため、土壌中の銅は不足しがちです。特に畑作では、鉱物由来の銅が供給されにくいため、欠乏が深刻化します。銅欠乏の初期症状は防御力の低下で、害虫の食害や、それに続く病原菌の侵入として現れます。つまり、害虫被害や病気の発生は、銅欠乏の指標となる可能性があります。

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ネギの連作障害について、施肥設計の見直しによる発根量の向上で土壌環境の改善を目指したが、極端な連作では効果が見られなかった。病原菌の増加以外に、収穫時の養分持ち出しに着目。NPKなどの主要要素以外に、マンガン(Mn)や銅(Cu)などの微量要素の不足が連作障害に関与している可能性を考察し、次編へ続く。

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植物は銅を利用して難分解性有機物リグニンを合成し、自らを害虫や病原菌から守る。キノコは銅を利用してリグニンを分解する。廃菌床はキノコ栽培後の培地で、キノコが生え終わった後もリグニン分解のポテンシャルが残っている。これを土壌に混ぜ込むことで、土壌はフカフカになり、植物の側根や毛細根の生育が促進される。さらに、廃菌床に残存する銅を作物が吸収することで、植物はより強くなり、病害虫への抵抗力が高まる。この一連の流れは、銅を介した植物とキノコのリグニンをめぐる攻防の延長線上にあると言える。ボルドー液のような銅製剤は、このメカニズムを応用した農薬である。

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亜鉛はI-W系列の元素であり、農薬に含まれることで植物の生育を促進します。I-W系列の元素は相互に関わり合いながら、酵素などの生体分子を構成しています。亜鉛を含む金属酵素には、炭酸無水化酵素、アルコール脱水素酵素、カルボキシペプチダーゼなどがあります。これらの酵素は、炭酸の除去、アルコールの酸化、タンパク質の分解などに重要な役割を果たします。さらに、亜鉛はジンクフィンガータンパク質にも含まれており、遺伝子発現の制御に関わっています。植物における亜鉛欠乏は、光合成の低下、成長阻害、花の減少などの症状を引き起こす可能性があります。

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蛇紋岩は苦土と鉄を豊富に含み、栽培に有益と思われがちだが、土壌専門家はpH上昇とニッケルの過剰を懸念している。ニッケルは尿素分解酵素の必須元素だが、過剰は有害となる。しかし、稲作や蛇紋岩を含む山の麓の畑では、pH上昇やニッケル過剰の影響が異なる可能性がある。専門家が局所的な観点から欠点と捉える特徴も、より広範な視点から見直す必要がある。

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マンゼブは亜鉛を含む農薬で、I-W系列に基づくと、亜鉛は強力な結合力を持ちます。この亜鉛がマンガンや鉄を利用する酵素タンパク質に結合すると、酵素の作用が阻害されます。I-W系列では、結合力が強い金属ほどリグニンなど強固な物質の合成に関与しますが、結合力が強すぎると生命活動に悪影響を及ぼします。銅は生理作用を維持できる範囲で結合力が強く、リグニン合成に必須ですが、アルミニウムは強すぎて毒性があります。亜鉛は銅に次ぐ結合力を持ち、生命活動に不可欠な微量要素でもあります。マンゼブが亜鉛を含んでいるため、病原菌の酵素を阻害する効果がありますが、植物は微量要素として亜鉛を利用するため、予防薬として用いることができます。

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イチゴの鮮やかな紅色はアントシアニンによるもので、品種に関わらず、シアニジン-3-モノグルコシド、ペラルゴニジン-3-モノガラクトシド、ペラルゴニジン-3-モノグルコシド、シアニジン、ペラルゴニジンの5種類が確認されている。これらのアントシアニンは、フェニルアラニンとマロニルCo-Aから合成される。フェニルアラニンは植物の防御機構にも関与するアミノ酸である。アントシアニンは抗酸化物質としての働きも知られている。

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イネのシリカ吸収は、倒伏防止、害虫忌避、病害耐性向上、リン酸吸収効率化、受光態勢改善など多くの利点をもたらす。ケイ酸はイネの組織を強化し、光合成を促進する。玄武岩質地質でも良質な米が収穫されることから、植物が吸収する「シリカ」は二酸化ケイ素ではなく、かんらん石等の可能性が示唆される。肥料としてシリカを与える場合は、グリーンタフ由来の粘土鉱物が有効。グリーンタフは火山灰が堆積したもので、モンモリロナイトなどの粘土鉱物を豊富に含む。

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スクロースは、グルコースとフルクトースがグリコシド結合した二糖類で、砂糖の主成分。植物では光合成産物として葉で合成され、師管を通って貯蔵器官や成長部位へ輸送される。ショ糖とも呼ばれる。非還元糖であり、変旋光を示さない。水への溶解度は高く、甘味料として広く利用される他、保湿剤や医薬品添加物としても使用される。加水分解によりグルコースとフルクトースになり、転化糖と呼ばれる。スクロースは、生物にとって重要なエネルギー源であり、植物の成長や代謝に不可欠な役割を果たす。

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アミノ酸はタンパク質の構成要素であるだけでなく、個々のアミノ酸自体が植物に様々な影響を与える。例えば、プロリンは乾燥ストレス時に細胞内に蓄積し、植物の耐性を高める。また、チロシンは植物ホルモンであるサリチル酸の前駆体であり、サリチル酸は植物の病害抵抗性や成長に関与する。このように、アミノ酸は単なる材料ではなく、植物の様々な生理機能に直接関わる重要な役割を担っている。

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生物は常に活性酸素を発生しており、これは呼吸によるエネルギー産生の副産物である。活性酸素は細胞を傷つけるため、老化や病気の原因となる。しかし、生物は活性酸素を完全に排除するのではなく、免疫や細胞の情報伝達などにも利用している。活性酸素の発生源や種類、細胞への影響、そして生物がどのように活性酸素を利用し、防御しているかを理解することは、健康維持や病気予防に繋がる。

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植物は乾燥や高塩ストレスといった水ストレスに晒されると、細胞内にプロリンを蓄積する。プロリンは適合溶質として働き、浸透圧を調整することで細胞内の水分を保持する役割を果たす。これは、高塩ストレス時に細胞外への水分の移動を防ぐのに役立つ。このメカニズムは、水ストレスに晒されやすい植物にとって重要な生存戦略と言える。一方、過剰な施肥による高塩ストレス状態は、栽培においても見られる問題であることが示唆されている。

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スズメバチは翅の付け根に糖原性アミノ酸であるプロリンを蓄え、長距離飛行を可能にしている。プロリンはカロリー貯蔵として利用でき、グルタミンを二回還元することで合成される。グルタミンは光合成の窒素同化で生成されるため、プロリンも植物の葉に多く含まれる可能性がある。このプロリンの特性が、スズメバチ以外の昆虫にも応用されているか、そして植物における役割について、次回考察される。

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ベントナイトは、火山灰が変化してできた粘土鉱物で、農業分野での活用が注目されています。その多様な効果は、保水性と排水性の改善、土壌構造の向上、肥料保持能力の向上、病害虫抑制など、多岐に渡ります。ベントナイトは高い吸水性を持つため、土壌の保水性を高め、乾燥を防ぎます。同時に、膨潤と収縮を繰り返すことで土壌に隙間を作り、排水性も向上させます。これらの作用により、植物の根の健全な生育を促進します。さらに、ベントナイトは肥料成分を吸着し、植物が必要な時にゆっくりと放出するため、肥料の効果を高め、流亡を防ぎます。また、特定の病害虫に対する抑制効果も報告されており、農薬の使用量削減にも貢献する可能性があります。このように、ベントナイトは持続可能な農業に役立つ多機能な資材として期待されています。

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葉面散布は、肥料成分を葉から吸収させる方法。尿素は、葉面散布でよく使われる速効性窒素肥料。化粧水にも使われ、皮膚表面を変成させて成分浸透を助けるように、植物の葉にも同様の効果があると考えられる。尿素は浸透・拡散性が高く、窒素供給だけでなく他の成分の吸収も高める。葉面散布は、微量要素の追肥から始まり、主要要素にも利用が広がっている。

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硝酸態窒素は植物にとって主要な窒素源だが、過剰に吸収されると酸化ストレスを引き起こす。植物は硝酸態窒素をアンモニア態窒素に変換して利用するが、この過程で活性酸素種が発生する。通常、植物は抗酸化物質で活性酸素種を除去するが、硝酸態窒素過剰だと抗酸化システムの能力を超え、酸化ストレスが生じる。これは細胞損傷、生育阻害、さらには果実の品質低下につながる可能性がある。ナスにおいても、硝酸態窒素過剰は果実の色素であるナスニンの分解を促進し、変色などの品質劣化を引き起こす可能性がある。

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ベントナイト系肥料に含まれる鉄分がネギ栽培に十分かどうかを検証した結果、十分量以上であることがわかった。ベントナイトに含まれる黄鉄鉱の鉄含有量を0.2%と仮定し、200kg/反を施用すると400gの鉄が供給される。一方、ネギ1本(150g)あたりの鉄分含有量は1.8mgなので、50,000本植えた場合の持ち出し量は90gとなる。つまり、ベントナイト中の鉄分だけでネギの鉄分要求量を十分に満たせる。ただし、鉄分豊富な母岩地帯では、川の水から供給される鉄分も考慮し、過剰症に注意が必要となる。

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奄美大島の大島紬の泥染めは、テーチ木のタンニン酸と泥田の鉄の反応を利用している。しかし、染色の過程で鉄分が消費されるため、ソテツの葉を泥田に浮かべて鉄分を補給するという伝統的な方法がある。ソテツは「蘇鉄」と書き、まさに鉄を蘇らせる役割を果たす。ソテツの根には藍藻類が共生し、窒素固定を行うため痩せ地でも生育できる。この窒素固定にも鉄が必要とされるため、ソテツは鉄を蓄積していると考えられる。同様の窒素固定を行うマメ科植物でも、ソテツのように鉄分補給が可能かどうかは興味深い点である。関連する「新しく借りた水田が老朽化水田だった時は」では、老朽化水田の土壌が還元状態になりやすく、鉄や硫化水素による根腐れが発生しやすいことが解説されている。解決策として、土壌の酸化を進めるために、代かき時に石灰窒素を散布し、水持ちをよくするために堆肥を施すことが推奨されている。また、雑草の繁茂を抑えるために、田植え前に除草剤を使用することも有効である。

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ホウ素は植物の生育に必須の微量要素だが、過剰でも欠乏でも生育に悪影響を与える。欠乏すると、先端部の壊死、根の生育不良、維管束の褐変などが起こる。サツマイモでは生育障害に加え、内部組織の褐変やコルク化を引き起こし、品質を低下させる。一方、過剰も生育阻害や葉の黄化などを招くため、土壌診断に基づいた適切な施肥が重要となる。ホウ素は土壌pHや水分量の影響を受けやすいため、特に砂質土壌では欠乏症に注意が必要である。適切な土壌管理と施肥でホウ素欠乏を防ぎ、健全な生育と品質向上を目指すべきである。

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京都市内の畑で、肥料過多と土壌pHの低下により野菜が育たない問題が発生。土壌分析の結果、リン酸過剰とpH4.5という強酸性が判明。施肥設計書に基づき堆肥と石灰を投入してきたことが原因で、土壌中のリン酸が鉄やアルミニウムと結合し、植物が利用できない状態になっていた。さらに、石灰過剰によりカルシウム濃度が異常に高く、マグネシウム欠乏も引き起こしていた。解決策として、有機物を投入し微生物の活性化を図り、リン酸を可給化することが提案された。この事例は、過剰な肥料投入とpH調整が土壌劣化につながることを示す重要な教訓となる。

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リービッヒは、植物の栄養源は無機物であるとする無機栄養説と、植物の成長は最も少ない栄養素によって制限される最小律を提唱した。これは現代農業でも有用だが、欠点もある。例えば、カルシウム欠乏は土壌中のカルシウム不足だけでなく過剰によっても発生する。リービッヒの最小律だけを適用すると、カルシウム欠乏にカルシウムを追肥し続け、症状を悪化させるという誤った対応につながる可能性がある。

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ニンジンを揚げたり焼いたりすると甘くなるのは、水分が抜けてショ糖の濃度が高まるから、というのは確かに一理あります。しかし、それだけではありません。加熱によってニンジンの細胞壁が壊れ、ショ糖がより溶け出しやすくなります。また、ニンジンに含まれるデンプンの一部が糖に分解されることも甘味を増す要因です。さらに、加熱によりニンジン特有の香りが生成され、この香りが甘味をより強く感じさせる効果があります。つまり、甘味の増加は単純な濃縮だけでなく、加熱による細胞壁の破壊、デンプンの分解、香りの生成など、複数の要因が複雑に絡み合って起こる現象です。

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カボチャの果実内発芽は、土壌の深刻な風化を示唆する指標となる。果実内発芽は、種子の休眠を誘導するアブシジン酸の不足によって引き起こされ、その原因として土壌中の硝酸態窒素過多またはカリウム不足が挙げられる。硝酸態窒素は施肥で調整可能だが、カリウムは土壌の一次鉱物の風化によって供給されるため、連作により枯渇しやすい。果実内発芽が発生した場合、土壌の風化が進みカリウム供給源が不足している可能性が高いため、単純な作物変更や休耕では改善が難しい。土壌の根本的な改善策として、一次鉱物を含む資材の投入や、カリウムを保持する腐植を増やす緑肥の導入などが有効と考えられる。

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ヒルガオ科の植物は非常に強い。蔓で他の植物に巻き付いて成長し、アサガオは品種改良にも利用された。中でもサツマイモは荒れ地でも育つほどで、不定根と脇芽の発生が旺盛なため挿し木で簡単に増やせる。しかし、遺伝的多様性が低いため病気に弱い欠点も持つ。さらに、根などに共生する窒素固定細菌のおかげで、空気中の窒素を利用できるため、肥料分の少ない土地でも生育できる。ヒルガオ科の植物は、繁殖力と環境適応力の高さで、その強さを示している。

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鉄過剰症になるとマンガン欠乏が発生しやすく、植物の生育に深刻な影響を与える。マンガンは鉄と同様に酸化還元反応に関与するが、鉄より配位力が小さく、より重要な働きを担う。例えば、光合成における水の酸化分解、活性酸素の生成、ビタミンCの合成などに関わっている。鉄は活性酸素の抑制に働くのに対し、マンガンは活性酸素の生成に関与するなど、鉄より強力な作用を持つ。そのため、鉄過剰でマンガンが欠乏すると、これらの必須機能が阻害され、植物の生育に悪影響が出る。

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鉄イオンは電子を放出しやすく受け取りやすい性質から、生物の様々な反応に関与する。例えば、植物は鉄イオンを利用して硝酸イオンを還元し、窒素を同化する。また、生物は活性酸素を用いて菌を殺菌するが、活性酸素は自身の細胞も傷つけるため、スーパーオキシドディスムターゼ（SOD）とペルオキシダーゼを用いて活性酸素を鎮める。これらの酵素は鉄（もしくはマンガン）から電子を受け取り、活性酸素を無害化する。つまり、鉄は活性酸素の生成と消去の両方に重要な役割を果たしている。このように、鉄とうまく付き合うことで、生物は様々な代謝をスムーズに行うことができる。

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タンパク質は、アミノ酸がペプチド結合によって鎖状に連結したものです。ペプチド結合は、一つのアミノ酸のカルボキシル基と次のアミノ酸のアミノ基が脱水縮合することで形成されます。この結合は、C-N結合と部分的な二重結合性を持ち、平面構造で回転が制限されます。多数のアミノ酸がペプチド結合でつながり、ポリペプチド鎖を形成します。この鎖が折りたたまれ、特定の立体構造を持つことでタンパク質としての機能を発揮します。様々なアミノ酸の配列と鎖の長さ、そして立体構造によって、多様なタンパク質が作られ、生命活動において重要な役割を担っています。

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葉が黄色くなる原因はマグネシウム不足だけではない。クロロフィルはマグネシウムを中心とした構造だが、ヘモグロビンと似たヘムというタンパク質部分も必要となる。つまり、窒素不足でもクロロフィルは生成されず、葉は黄色くなる。マグネシウム肥料を与えても改善しない場合は、窒素不足も疑うべきである。葉が黄色い時に、ヘム（窒素）の不足も考慮すべきだ。

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苦土（マグネシウム）は植物の必須要素に次ぐ重要な要素で、欠乏すると様々な問題が起こる。マグネシウムは苦いため、苦土と呼ばれるようになったと言われている。マグネシウム欠乏の症状は、下葉から黄化が始まり、葉脈は緑のまま葉脈間が黄色くなるのが特徴。これは、マグネシウムが光合成を担うクロロフィルの構成要素であり、欠乏するとクロロフィルが形成できず、光合成量が減るため。マグネシウム欠乏は植物の生育に大きな影響を与えるため、注意が必要。

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大豆に含まれるイソフラボンは女性ホルモンのエストロゲンに類似し、体内でアグリコンに変換されて根粒菌を誘引する。著者は、人間がエストロゲンを合成できなかった場合に備え、大豆にその機能を託したのではないかと推測する。イソフラボンの過剰摂取で拮抗作用が現れるのは、必要量以上の摂取を抑制する機構と考え、味噌や醤油が海外で人気なのも、この生存戦略に関係があるかもしれないと考察。最後に、大豆油粕を発酵させた土で根粒菌が増える可能性に言及している。

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著者は節分に大豆を食べたことをきっかけに、大豆とホウ素の関係について考察している。大豆にはイソフラボンが含まれ、女性の体調を整えるだけでなく、根粒菌の窒素固定にも関わっている。大豆はホウ素要求量が多い作物であり、日本ではホウ素を含む鉱物が少ないため、土壌中のホウ素が枯渇しやすい。しかし、大豆は古くから栽培されており、ホウ素欠乏で栽培不能になったことはない。これは、大豆作でホウ素を保持する仕組みがある可能性を示唆する。そして、過去にマメ科緑肥の効果が薄かったのは、土壌のホウ素欠乏が原因だったのではないかと推測している。ホウ素は鉱物由来で、日本には少ないため、現場をよく知る人は欠乏を懸念する一方、教科書だけの知識では欠乏しないと考える傾向がある。

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もらったジャガイモを切ったら、中心部が褐色に変色していた。これは「褐色心腐」という生理障害で、ジャガイモの肥大期に高温乾燥状態におかれると発生する。つまり、夏から秋にかけて雨が少なく灌水しない、または土壌の保水性が低い場合に起こりやすい。ジャガイモ栽培では堆肥をあまり使わないため、乾燥しやすい。しかし、土を草で覆うことで乾燥を防げる。過去にジャガイモ畝にヘアリーベッチを植えると秀品率が向上するという結果を見たが、今回の褐色心腐の発生抑制にも効果があるかもしれない。 (ただし、写真の症状が褐色心腐ではない可能性もある。)

知人が微生物の勉強をしたいということで、微生物のきほんが分かる本を探していたところ、誠文堂新光社から出ていた図解でよくわかる土壌微生物のきほんという本に出会った。これはとても良い本で、農業という業界でしょっちゅう見かける胡散臭い微生物農法から脱却するための一手となる本だった。微生物農法を実践している方と出会うと、どう考えても良い土の目標とは異なる微生物例えば、低pH、嫌気で活発になる細菌の活躍によって土壌を良くしようと奮闘する。少し

石灰はpHを調整する為に使うものから散々石灰のことを記載してきたが、石灰だからといってpHを調整できるわけではないで記載した通り、石灰はpH調整の資材ではなく単純にカルシウムという意味なだけだから！ということを忘れてはならない。pHを調整する以外でも、そもそもカルシウムは植物が生育する上で大事な成分であって、カルシウム自体を肥料として与えることが多い。さらに言うと、カルシウムを与えるつもりでなくて、pHを調節するつもりでもなく、肥料にカルシウムが含まれることが多く、いつの間にかカルシ

く溶性のくはクエン酸のくで2%クエン酸溶液に溶ける肥料(石灰)があると記載した。なぜ、クエン酸で溶けるのが大事なのか？と言うと、コムギ幼植物の分泌物による難溶性リン酸塩の溶解　日本土壌肥料學雜誌 72(1), 63-68, 2001-02-05の概要に下記の様な記載があった。根圏土壌抽出液中の有機酸を分析したところ，シュウ酸，クエン酸，リンゴ酸およびフマル酸が検出され，特にリンゴ酸が多量に確認された。つまりは、く溶性とは、根が肥料(石灰)の近くに到達し、根

学術機関にいる人はこう言う。ホウ素欠乏なんてほとんど発生しないよと。元JAに勤めていた人や肥料関係の仕事をしている人はこう言う。ホウ素欠乏なんて頻繁に起こりますよと。教科書レベル、つまりは数値のレベルではほとんど発生しないと言われていても、現実では良くあることなんてたくさんある。その一つがホウ素欠乏だろう。元JAの職員が上の写真をホウ素欠乏の可能性があるという。これはアブラナ科のカブの断面で、根の方が黒ずんでいる。酷い症状だと、断面が真っ黒

良いと言われたことでも度が過ぎるとねぇで記載したカリウムやホウ素と言った鉱物由来の肥料成分を潤沢に補充できる資材がないということ。成分を見ると、含まれている肥料はあるんだけど、それを採用しないで栽培するということが多い。カリウムが含まれている肥料は多いんだけど、ホウ素はほとんどない。その割にみんなが育てたがっているキャベツやダイコンでホウ素をたくさん使う。なんてことは置いといて、土作りといっても偏った資材投入でいつの間にか陥ってしまうカリウム欠乏。カリウムはたくさ