植物のミカタ

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ゼオライトはSi/Al比が低いほどCECが高まりますが、Alからの脱アルミ化によりCECが高いゼオライトほど風化耐性が低いとされます。本記事では、この仮説に基づき、産業利用される硬質ゼオライトのモルデナイトと軟質ゼオライトのクリノプチロライトのCECを比較検証しました。文献調査の結果、モルデナイトのCECが117〜169、クリノプチロライトが118〜175と、軟質ゼオライトの方が全体的に高いという当初の予想に反し、両者に大きな差は見られませんでした。むしろ、ゼオライトの種類よりも採掘場所によるCECの変動が大きいことが示唆されました。

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「ゼオライトの風化」に関するブログ記事は、硬質モルデナイトと軟質クリノプチロライトに触れた前回の記事から、ゼオライトの風化耐性に着目しています。記事によると、ゼオライトの風化は主に「脱アルミ化」によって進行します。古い論文を引用し、アルミニウムが溶脱することでゼオライトのケイ素骨格が分断されるメカニズムを解説。さらに、分断された骨格からケイ酸が溶脱して構造が小さくなり、最終的には溶脱したアルミニウムとケイ酸が安定な粘土鉱物へと変質していく過程が説明されています。

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本記事は、天然ゼオライトの理解を深めるべく、軟質ゼオライト「クリノプチロライト」に焦点を当てています。ゼオライトには硬質のモルデナイトと軟質のクリノプチロライトが存在することが分かり、クリノプチロライトの化学組成とSi/Al比（3.5〜5）を紹介。硬質モルデナイトのSi/Al比（4.5〜5.5）と比較し、Si/Al比が低い、すなわちアルミニウム含有量が高いほどゼオライトが軟質になるのではないかという仮説を提示し、そのメカニズムや風化との関連について考察を深めています。また、クリノプチロライトの骨格コードは「HEU」であると述べています。

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ゼオライトは天然と人工があり、人工ゼオライトは高機能化が開発の主要因です。その機能は、ケイ素(Si)骨格にアルミニウム(Al)が入り込むことで負に荷電し、陽イオン交換能を持つことに起因します。この陽イオン交換能は肥料の保肥力（CEC）として土壌改良に貢献します。ゼオライトの機能は、骨格の形（骨格コードで分類）やSi/Al比によって異なり、例えばモルデナイトはMOR型に分類され、理想的なSi/Al比は5、実際は4.5〜5.5の範囲です。

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本記事では、「ゼオライトは何処にある？」という疑問に対し、その採掘方法に焦点を当てています。ゼオライトが粘土鉱物であるモンモリロナイトと同様の条件で形成されることから生じる採掘の疑問を解消するため、和名「沸石」を持つゼオライトが「沸石凝灰岩」に豊富に含まれることを解説。この沸石凝灰岩を選択的に採掘することで、天然ゼオライトの一種「モルデナイト」が得られることを説明し、その化学組成にも触れています。今後、さらにゼオライトについて深掘りしていくことを示唆する内容です。

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ゼオライト（沸石）は、ケイ酸を含む鉱物の一部ケイ素がアルミニウムに置換されたアルミノケイ酸塩で、負に帯電した骨格が土壌の保肥力（CEC）を高めます。その形成は、火山灰が堆積した凝灰岩中の火山ガラスが、地下の熱水や荷重により長期間変質することで起こります。この生成過程は2:1型粘土鉱物のモンモリロナイトと類似しており、実際にモンモリロナイトを含む肥料にはゼオライトが含有される場合があります。含有量は採掘地によって大きく異なり、ほとんど含まれないものから、ほぼゼオライトで構成されるものまで様々です。

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鶏糞のメタン発酵におけるアンモニア生成対策として、C/N比改善のため食品廃棄物、特に肥料的価値を期待して茶粕の混合を検討。しかしAIに尋ねたところ、茶粕中のタンニンがメタン発酵微生物に毒性を示し、タンパク質と結合して発酵を阻害するため「推奨できない」との結果が出ました。肥料として望ましい成分が発酵プロセスには阻害要因となる点が示唆され、この課題に対してはメタン発酵後の消化液に腐植酸肥料を後から混合する方法が代替案として提示されています。

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鶏糞のメタン発酵では、尿酸分解によるアンモニア発生がpH上昇の主要因であり、その除去が鍵となります。対策として嫌気性アンモニア酸化細菌「アナモックス菌」の活用が注目されています。アナモックス菌はアンモニアを窒素ガス化しますが、培養や自然界での稀少性が課題です。しかし、耕地での存在も示唆されており、畜産分野に限定しない幅広い視点での解決策模索が鍵となります。

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鶏糞のメタン発酵が難しいのはC/N比の低さが理由とされていますが、その詳細を解説します。鶏糞に多く含まれる尿酸が窒素を豊富に含み、これがC/N比を低下させます。尿酸は微生物の働きで尿素に分解され、さらに尿素が分解されると水酸化物イオンが生成され、pHが上昇します。この高いpH環境がメタン生成菌の活動を阻害するため、鶏糞を用いたメタン発酵は困難となるのです。

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鶏糞のメメタン発酵は、かつて困難とされてきましたが、その背景には鶏の生理的な特徴がありました。牛糞と異なり、鶏の小便は尿酸（固体）として糞中に多く含まれます。この尿酸は有機態窒素であり、糞中のC/N比を低下させるだけでなく、分解過程で大量のアンモニアを発生させます。生成されたアンモニアは、メタン発酵に関わる微生物の活動を強く阻害するため、鶏糞から効率良くメタンを生成するには、このアンモニアの発生をいかに抑制・除去するかが重要な課題となっています。

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このブログ記事では、味噌の香り化合物の一つ「1-オクテン-3-オール」に焦点を当てています。これはマツタケの香りの主成分でもあり、筆者自身も過去記事で取り上げていたことを忘れていたというエピソードから話が展開。1-オクテン-3-オールは不飽和脂肪酸のリノール酸から合成されることから、筆者は「市販の味噌に脱脂大豆が多く使われていることで、リノール酸が減り、キノコのような風味が減少しているのではないか？」と考察。味噌汁にキノコを入れると、その風味が補われる可能性についてもユニークな視点で探求しています。味噌の香りの奥深さに迫る、興味深い内容です。

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本記事は、味噌の香り成分として注目される「フェニルエチルアルコール」について解説しています。この化合物はバラの香料としても知られており、その化学構造が示されています。生成経路は、芳香族アミノ酸のフェニルアラニンが脱炭酸と還元を経て変化するというもの。著者は、フェニルアラニンがこの香りに変わることで、大豆に豊富なフェニルアラニンが含まれている証拠となり、それが良い香りと認識されるのではないか、という独自の考察を提示しています。

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味噌の香り成分「メチオナール」について解説します。含硫アミノ酸のメチオニンがメイラード反応の一部を経て合成され、ポテトチップスなどの独特な香りの元としても知られます。さらに近年、メチオナールがグルタミン酸やイノシン酸といった旨味成分の増強に関与することが判明。味噌汁に魚やキノコを加えることで旨味が増す現象に、メチオナールが関係している可能性も示唆されています。

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米ぬか嫌気ボカシ肥が「味噌の香り」と評されたことから、その香りの正体を探るべく「グアヤコール」について調査。グアヤコールはベンゼン環とメトキシ基を持つフェノールで、ワインではオフフレーバーの原因となる一方、醤油では良い香りとして認識され、その印象は量に依存することが判明した。また、ポリフェノールであるフェルラ酸から酵母の働きを経て合成されることも明らかに。コーヒー粕を投入することで、グアヤコールの量が増える可能性も示唆された。

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米ぬか嫌気ボカシ肥を開封したところ、一般の認識と異なり「味噌の香り」がすると評されました。通常言われる甘い香りの段階は過ぎ、熟成が進んだ状態のようです。この独特の香りに着目し、生成AI（Gemini）を用いて味噌の香りの元となる化合物を調査。HEMFやグアヤコールなど複数の化合物が挙げられ、今後はこれらの化学的な探求を進めていく予定です。

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スコリアの赤色は、マグマ冷却時に含まれる磁鉄鉱などの鉄鉱物が、高温状態で空気と接触し酸化（高温酸化）して赤鉄鉱（Fe₂O₃）になるためです。酸素が少ない環境では黒くなります。この鉄分を含む赤色の粉は、稲作の鉄剤肥料としての活用も期待されます。

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玄武岩スコリアの特性検証のため、筆者は園芸用スコリアを購入し、その形状や性質を確認した。直径は最大3cm程度で、指では押し潰せないほどの硬さを持つ。しかし、強く押すと表面がポロポロと崩れて小さな粒が落ちる点が特筆され、「素晴らしい」と評価された。接写では適度な大きさの多孔質構造が鮮明に確認でき、また単一に見えて複数の造岩鉱物を含むことも明らかになった。具体的な要件は伏せられているものの、これらの観察結果から、このスコリアが提示された要件の大部分を満たしていると結論付けられた。

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連日の猛暑と、稲作への水不足・中干しによる悪影響への懸念が募る中、筆者は土が少なく水も少ない過酷な環境下でもたくましく繁茂するアカメガシワに注目する。この落葉樹の葉はポリフェノールを豊富に含み、良質な腐葉土となる。その腐葉土は土壌の炭素を埋没させ、周辺植物の成長と光合成を促進し、単位面積あたりの二酸化炭素吸収量を高める効果が期待される。筆者は、アカメガシワが地球温暖化緩和に貢献する可能性を感じ、その生命力に感銘を受けている。

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家畜糞メタン発酵消化液の稲作における藁腐熟への活用が検討されている。その際、藁の腐熟を担う微生物（例：枯草菌）が、豪雪地帯の冬の田のような嫌気環境で活動できるか、また無機窒素を利用できるかという二点が疑問視された。一般に好気性と思われがちな枯草菌だが、PubMedの論文「Anaerobic growth of a "strict aerobe" (Bacillus subtilis)」によると、枯草菌は硝酸呼吸を行うことで嫌気的環境下でも増殖可能であることが示されている。この硝酸呼吸は無機窒素（硝酸）を利用するため、上記の二点の疑問を解消する。これにより、消化液を利用した藁の腐熟促進に期待が持てる。

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家畜糞のメタン発酵で得られる消化液は、大規模稲作の課題解決に貢献する可能性があります。この消化液はアンモニア態窒素が豊富で、土壌改良材として期待され、特に稲わらの腐熟促進に有効と考えられます。従来の石灰窒素と異なり殺菌作用がないため、微生物の活動を阻害せず、微量要素（鉄や亜鉛など）の補給源としても有望です。これにより、区画整備された水稲の弱点を補強できる可能性があります。しかし、豪雪地域での大規模稲作では、雪の下で微生物（特に枯草菌）が活動し、無機窒素を利用して稲わらの腐熟を進められるかどうかが懸念点として挙げられます。

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家畜糞のメタン発酵消化液は亜鉛や銅などの微量要素、腐植酸様物質、カリウムが豊富で、リン酸は少なめです。アンモニア態窒素が多く高pHなのが難点ですが、汚泥混合がなければ重金属は許容範囲。水稲の収穫後のお礼肥として有効で、冬を挟むことでアンモニアの影響を軽減し、藁の腐熟促進や有機物・微量要素の補給に役立つと考察されています。

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家畜排泄物のメタン発酵消化液中のリン酸が少ないことから、リン酸カルシウムとして沈殿したと推測されていた。しかし生成AI（Gemini）は、腐植質化合物とカルシウムが結合してコロイド状の複合体を形成し、沈殿を防ぐ可能性を指摘した。このことから、通常沈殿しやすいカルシウムなどの金属も、コロイド化によって消化液中に残り得ることが示唆される。消化液中の成分挙動において、腐植質によるコロイド形成が重要な役割を果たす可能性が浮上した。

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家畜排泄物と食品残渣のメタン発酵により生成される消化液は、タンパク質分解で生じるアンモニウムイオン（NH4+）を豊富に含む。リン酸については、家畜糞中の貯蔵性リン酸であるフィチン酸が発酵過程でオルトリン酸に変化し、消化液へ移行する。オルトリン酸は微生物に利用されるが、最終的には水溶性のリン酸アンモニウム（リン安）として消化液中に存在する。これは即効性のリン酸源となる。消化液中にカルシウムイオンが存在すると、難溶性のリン酸カルシウムとして沈殿する可能性もあるが、主要なリン酸の形態はリン酸アンモニウムである。

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スティックランド反応は、嫌気性微生物（特にクロストリジウム属）による特殊なアミノ酸発酵経路です。一方のアミノ酸（電子供与体）が酸化され、もう一方（電子受容体）が還元されることで進行します。この反応では、両アミノ酸からアンモニウム（NH4+）が外れ、最終的に有機酸（短鎖脂肪酸）が生成されます。家畜糞のメタン発酵後の消化液処理や堆肥作りなど、肥料の嫌気発酵において重要なプロセスです。

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家畜排泄物のメタン発酵では、水溶性食物繊維のペクチンに注目。ペクチンは嫌気発酵でガラクツロン酸から酪酸等の短鎖脂肪酸、酢酸へと分解され、最終的にメタン・水素・二酸化炭素に変化する。この過程で生成される有機酸によりpHが低下し、炭酸石灰やリン酸石灰のイオン化を促進。ペクチンは大半が有機酸やガスに変化すると考えられる。

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10年間毎日投稿を続けた筆者が、節目を振り返ります。この10年で最も印象深かったのは「緑色片岩」との出会いです。全国各地を巡り、土の始まりである母岩の理解を深める中で、それが農業生産性、特に稲作の品質と密接に関わることを発見しました。また、緑色の岩石には興味深い地域の伝承や日本の歴史との繋がりがあることも知りました。得られた知見を協力者の田で実践し、米の品質・収量を地域トップクラスに向上させ、講演の機会も得ました。今後は知見を共有し、学びの「限りなき旅路」を続けると結んでいます。

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家畜排泄物と食品残渣を嫌気性発酵させメタンガスを抽出する際に残る液が「消化液」です。この消化液に土壌改良効果があるかという質問に対し、記事では効果の可能性を指摘しています。理由として、難消化性で水溶性のポリフェノール「タンニン」が消化液に移行し、土壌改良に寄与すると考えられるためです。一方で、土壌改良に不向きなリン酸などの成分が消化液に残る懸念もありますが、発酵後の固液分離でリン酸が固形分に除去されれば、消化液の土壌改良剤としての価値は高まると考えられます。今後は、メタン発酵による有機物の変化を詳細に分析する必要があります。

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水田でアゾラが繁茂し赤くなっているのは、リン酸欠乏の可能性がある。特に鉄不足の地域では、リン酸が有効に利用されず、イネの発根不良を招き、硫化水素ガスや除草剤の影響を受けやすくなる。多収品種はリン酸要求量が多く、影響を受けやすい可能性がある。アゾラ対策の除草剤がイネに悪影響を及ぼすことも考えられ、注意が必要だ。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作りで米ぬか中のポリフェノールは、酸素不足で縮合せず、腸内細菌と同様に分解されると考えられる。フェルラ酸は分解され、最終的に酢酸等の短鎖脂肪酸になる。これらがアルコールとエステル化し、良い香りに変化する。木質チップを混ぜたボカシ肥で香りが強くなるのは、木材のフェノール性化合物の開裂が原因かも。次はオガクズを加えて、木質成分の分解を試みたい。

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米ぬか嫌気ボカシ肥の土壌改良効果について考察。土壌改良に重要なのは縮合型タンニンであり、米ぬかに含まれるフェルラ酸がその候補となる。しかし、フェルラ酸が縮合型タンニンに変化するには酸化が必要だが、ボカシ肥は嫌気環境である点が課題。今後の展開に期待。

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今年の梅雨明けは記録的に早く、今後の異常気象が心配。特に農業用水不足が懸念される。対策として、畑作での浸水対策が重要。EFポリマーは保水性向上と土壌の多孔質化に役立つが、基肥と同時施肥が基本。緊急対策として、水没した畝間にEFポリマーを散布すると、粘土と集積し、保水性と通気性の高い土壌層を形成し、草抑え効果も期待できるかもしれない。

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稲作土壌分析でまず見るべきはpH。pH5.5以下は鉄の溶脱を招き秋落ちの原因に。土壌pH低下は2:1型粘土鉱物（モンモリロナイト等）の減少が原因の可能性があり、これらは風化でpHを上げる働きを持つ。相談者の土壌ではpH改善傾向が見られ、CEC向上も確認。2:1型粘土鉱物の施肥が効果を発揮していると考えられる。土壌劣化は2:1型粘土鉱物の消耗と捉えられ、ケイ酸供給不足にも繋がるため、猛暑対策としても重要。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作りでは、酸素と水分量の調整が重要。特に、米ぬかのデンプンが有機酸に変化し、pHを下げ炭酸石灰と反応、水が発生する点に注意。水分量を減らす必要がある。生成される有機酸石灰は即効性があり使いやすい。硫酸石灰は硫化水素ガス発生のリスクがあるため注意。

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米ぬか嫌気ボカシ肥の発酵中、表面に白い箇所が出現後、一部が赤色に変化。生成AIによると、カロテノイドを合成する酵母やフザリウム属の菌が原因の可能性。ボカシ肥の良し悪しは香りで判断できるが、確認時の酸素流入を避けるため、現時点では臭いを確認しない。

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米ぬか嫌気ボカシ肥の表面に白い箇所が発生。酵母か放線菌の可能性があり、酵母なら膜状、放線菌なら粉状になる。写真から粉っぽく見えるため放線菌かもしれないが、表面は酸素が残りやすく酵母の可能性も否定できない。今後の変化を観察する。

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水田の水が濁る原因として、土壌中の植物性有機物（特にタンニン）の量が関係している可能性がある。タンニンは粘土鉱物中のアルミニウムや鉄と結合し、粘土鉱物を凝集させる。その結果、粘土はコロイド化し難くなり、田の水が澄みやすくなると考えられる。また、タンニンと粘土鉱物の結合は土壌の物理性を長期的に向上させる可能性がある。

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田植え後の水田の濁りが気になる。秀品率の低い田で濁りが続く原因として、過剰な代掻きや未分解有機物の存在が考えられる。ベテラン農家の指導による管理方法の差は少ないため、土壌の状態が影響している可能性が高い。畑作から転換した田で濁りが続く場合、土壌鉱物の劣化による腐植や金属系養分の保持能力の低下、リン酸やカルシウムの過剰蓄積が考えられる。特に粘土鉱物が関与する土壌鉱物の劣化は、コロイド化により濁りが解消されにくい。

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米ぬか嫌気ボカシ肥にEFポリマーを加えることで、EFポリマー由来のペクチンからメタノールが生成される可能性がある。このメタノールが酪酸とエステル化し、リンゴやパイナップルの香りの酪酸メチルが合成される可能性がある。酪酸メチルを合成する菌として酵母が考えられる。メタノールは大量摂取で失明の危険性があるが、ボカシ肥作りでは揮発するため過度な心配は不要。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作りに、高吸水性樹脂EFポリマー（主成分:ペクチン）を新たに加えました。嫌気環境下でペクチンが分解される際、クロストリジウム属の細菌が関与する可能性があり、その過程でメタノールが生成されることがあります。このメタノールが、カルボン酸と反応して香り化合物を生成するのではないかと考察しています。

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米ぬか嫌気ボカシ肥の発酵が進むと褐色化するのはメイラード反応による。米ぬかのデンプンとタンパク質が分解され、グルコースとアミノ酸が生成。これらが結合しシッフ塩基を経てアマドリ化合物となり、最終的に褐色のメラノイジンが生成される。この反応は腐植酸の形成にも重要である。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作りにおけるメイラード反応について解説。米ぬかの褐変化はメイラード反応によるもので、還元糖（グルコース）とアミノ酸が重要となる。グルコースはアルデヒド基を持ち還元性を示す。アミノ酸はアミノ基を持ち、これらが反応して褐色物質メラノイジンを生成する。今回はここまでで、次回はメイラード反応の詳細を解説する。

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米ぬか嫌気ボカシ肥の失敗サイン、今回はアンモニア。米ぬかのタンパク質が嫌気環境でアミノ酸に分解され、水分が多いと脱アミノ反応でアンモニアが発生。酵母がアンモニアを利用できれば問題ないが、水分管理が悪いと腐敗菌が活発になりアンモニアが蓄積。ただし、この反応で水分は消費される。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作り失敗時の悪臭は、アンモニア、硫化水素、酪酸などが原因。特に酪酸は、通常酵母と結合して良い香りの酪酸エチルになるが、水分過多で酪酸菌が優勢になると酪酸が過剰に生成され悪臭となる。水分量の調整が、酪酸菌の活性を抑え、失敗を防ぐ鍵となる。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作りは、酵母・乳酸菌・酪酸菌の働きを利用します。成功のサインは、酪酸エチルによる甘い香り。これは、酵母が生成したエタノールと乳酸菌・酪酸菌が生成した酪酸が、酵母のエステル合成酵素によって結合した際に生まれます。この反応では水も生成され、酪酸菌は嫌気性のため密封が重要です。

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フザリウムは植物寄生性を持つ糸状菌で、有機質肥料も利用するため注意が必要です。有機物の競合相手としてコウジカビ（アスペルギルス属）が挙げられますが、コウジカビにも植物に病原性を示す種が存在します。これらの菌の生息環境を理解することは有機質肥料への理解を深めることに繋がるため、まずは文献が多いコウジカビから調べていきます。

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浄水ケーキとは、浄水場で発生する上水汚泥を脱水して乾燥させた粘土質の土。大石物産はこれを園芸用培土に利用し、トリコデルマ菌の住処として活用。川砂客土と同様に、粘土鉱物の供給や微量要素の補給により、土壌中の菌を活性化させる効果を期待している。

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パーライトは、真珠岩や黒曜石を高温で焼成発泡させたもので、多孔質な構造を持つ。真珠岩は流紋岩質マグマから形成されるガラス質の火成岩で、水分を含み、同心円状の割れ目が特徴。パーライトの原石が風化するとアロフェンという粘土鉱物になり、土壌改良に役立つ可能性がある。