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鉄は植物の生育に必須だが、アルミニウムは毒性を示す。土壌中の鉄は主に三価鉄(Fe3+)として存在し、植物はそれを二価鉄(Fe2+)に変換して吸収する。この変換には、根から分泌されるムシゲニンや、土壌中の微生物が関与する。ムシゲニンは鉄とキレート錯体を形成し、吸収を促進する。一方、アルミニウムもムシゲニンと錯体を形成するが、植物はアルミニウムを吸収せず、錯体のまま土壌中に放出することで無毒化する。レンゲなどの緑肥は土壌微生物を増やし、ムシゲニン分泌も促進するため、鉄吸収の向上とアルミニウム無毒化に貢献する。結果として、健全な植物生育が促される。
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レンゲ米は窒素固定による肥料効果以上に、土壌微生物叢や土壌物理性の向上、連作障害回避といった効果を通じて美味しさを向上させると推測される。レンゲ栽培は土壌への窒素供給量自体は少ないが、発根量が多いほど効果が高いため、生育環境の整備が重要となる。また、美味しい米作りには水に含まれるミネラルやシリカの吸収も重要であり、レンゲ栽培はこれらの吸収も促進すると考えられる。油かすや魚粉といった有機肥料も有効だが、高評価の米産地ではこれらを使用していない例もあり、美味しさの要因は複雑である。
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高槻市清水地区のレンゲ米水田では、冬季にレンゲを栽培することで土壌改良が行われている。レンゲを鋤き込んだ後の水田は土が柔らかく、トラクターの跡が残らないほど軽い。これはレンゲにより土壌中の有機物が分解され、土の粒子同士の結合が弱まったためと考えられる。一方、レンゲを栽培していない隣の田んぼは土が固く、大きな塊が目立つ。レンゲ栽培は土壌の物理性を改善し、イネの根の生育を促進、肥料吸収の向上に繋がる。この水田ではベントナイトも使用されているため、レンゲ単独の効果の検証ではないが、レンゲ栽培は根圏微生物叢の向上、ひいては土壌への有機物馴染みの促進に貢献する。窒素固定も微生物叢向上に繋がる重要な要素である。
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マルチムギは、劣化した土壌の改善に効果的な緑肥です。土壌被覆による雑草抑制、線虫抑制効果、高い窒素固定能力を持ち、土壌微生物のエサとなる有機物を供給することで土壌構造を改善します。さらに、アレロパシー効果で雑草の発芽を抑え、土壌病害も抑制。線虫の増殖を抑制する働きも確認されています。他作物と比べて栽培管理の手間が少なく、痩せた土地でも生育可能なため、土壌改良に有効な選択肢となります。特に、連作障害対策や有機栽培への活用が期待されています。
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老朽化水田の問題は、特定の肥料成分、特に硫酸石灰の残留と嫌気環境下でのガス化に起因する。硫酸イオンのガス化により土壌中の鉄が作物に吸収できない形に変換され、生育に悪影響を与える。大規模稲作では収穫後、水田に水を張ったまま放置することが多く、この嫌気状態がガス化を促進する。解決策として、収穫後に水を抜き、荒起こしを行い、土壌を酸素に触れさせることが重要。さらに、緑肥を栽培することで過剰な硫酸イオンを消費させ、土壌環境を改善できる。エンバクなどの耐寒性緑肥や、伝統的に利用されてきたレンゲも有効。これらの対策は、水田の持続的な利用に繋がる。