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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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コーヒー抽出残渣の施肥が1年目は植物の生育を抑制し、2年目は促進するのは、土壌微生物がカフェインを分解するためと考えられる。このカフェインは、植物の成長に抑制効果を及ぼす可能性がある。
カフェインの障害には、細胞内のカルシウム濃度調整の異常と細胞分裂の阻害が含まれる。
土壌消毒は、カフェインを分解する土壌微生物を減少させ、地力窒素の減少につながる可能性がある。したがって、土壌消毒を行う場合は、地力窒素の損失を考慮する必要がある。
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リン酸過剰な土壌に腐植酸を施用すると、土壌中の炭酸石灰とリン酸石灰を溶解し、植物が利用しやすい形に変えます。また、腐植酸はアルミニウムイオンと結合し、土壌中に留まりながらリン酸を可溶化します。さらに、腐植酸は団粒構造を促進し糸状菌を活性化、糸状菌が分泌するシュウ酸もリン酸の可溶化を助けます。そのため、腐植酸の施肥はリン酸過剰な土壌の改善に有効と考えられます。
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酸性土壌では、アルミニウムイオンが溶け出し、植物に有害となる。しかし、ある種の植物は、このアルミニウムを体内に取り込み無毒化したり、土壌中の有機酸とアルミニウムが結合することで無毒化する戦略を持つ。具体的には、クエン酸やリンゴ酸などの有機酸を根から分泌し、アルミニウムとキレート錯体を形成するか、アルミニウムイオンと腐植が結合し、植物への吸収を抑制する。これらのメカニズムにより、植物はアルミニウム毒性から身を守り、酸性土壌でも生育することが可能となる。
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酸素供給剤（過酸化水素水）と水溶性カルシウム剤の混用について、硫酸カルシウムとの反応を中心に解説している。過酸化水素は活性酸素で、触媒があると水と酸素に分解する。しかし、鉄イオンなど電子を受け渡ししやすい物質と反応すると、より強力な活性酸素が発生する。硫酸カルシウムは水溶液中でカルシウムイオンと硫酸イオンに解離する。硫酸と過酸化水素は反応して過硫酸という強力な酸化剤になる。これはピラニア溶液と呼ばれ、有機物を除去する作用がある。肥料として使う場合は濃度が薄いため、過度の心配は無用だが、塩化カルシウムとの反応については次回解説する。硫酸マグネシウムも同様の反応を示す。
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高槻樫田温泉が2018年の台風21号の被害により休館。温泉自体は無事だったが、木質バイオマス燃料「ペレット」を生産するための周辺林が被災し、運営継続が困難になった。環境に配慮した運営を行っていた同施設の閉鎖は、大型化する台風被害への対策の必要性と、自然と調和した持続可能な社会の重要性を改めて示すものとなった。温泉成分や周辺地質への言及を通し、筆者は環境問題への関心の高さを示している。樫田温泉周辺は植物観察にも適した場所で、筆者にとって思い入れのある場所であったことが伺える。
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植物は細胞壁の強化にカルシウムを利用するが、イネ科植物はカルシウム含量が低い。これは、ケイ素を利用して強度を確保しているためと考えられる。細胞壁はセルロース、ヘミセルロース、ペクチン、リグニンで構成され、ペクチン中のホモガラクツロナンはカルシウムイオンと結合しゲル化することで、繊維同士を繋ぎ強度を高める。しかし、イネ科植物はケイ素を吸収し、細胞壁に沈着させることで強度を高めているため、カルシウムへの依存度が低い。この特性は、カルシウム過剰土壌で緑肥として利用する際に有利となる。
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米の美味しさは、デンプンの量よりデンプン分解酵素アミラーゼの効率性に依存する。アミラーゼはタンパク質と補酵素（カルシウムイオン）から成るが、カルシウムは土壌に豊富なので、米の美味しさへの直接的影響は少ないと考えられる。 米は炊飯時に糊化（アルファ化）し、デンプンの水素結合が切れ、酵素が分解しやすくなる。 糊化が進むほど、唾液中の酵素で糖に分解されやすくなり、甘みが増す。 記事では、米の美味しさの鍵となるアミラーゼの効率性、関連する酵素、タンパク質、アミノ酸、補酵素について解説し、糊化に関する論文を紹介している。
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座布団の上で見つかったカタツムリの殻の模様の生成メカニズムに興味を持った筆者は、殻の主成分である炭酸カルシウムと、カタツムリ飼育時にカルシウム源として卵の殻を与えることを関連付けて考察している。卵の殻の炭酸カルシウムがカタツムリの体内でイオン化され、再結合して殻を形成する過程は理解できるものの、殻の複雑な模様を作り出すメカニズムは不明である。筆者は、炭酸カルシウムを規則的に配置する酵素の存在を仮定し、その酵素の動作原理に思いを馳せているが、解明には至っていない。
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無機肥料は、水に溶けてイオン化することで植物に吸収される。有機肥料のように微生物分解は必要ない。例えば硫酸カルシウム(CaSO₄)は、水に溶けるとカルシウムイオン(Ca²⁺)と硫酸イオン(SO₄²⁻)に分かれる。植物は主にカルシウムイオンを吸収する。肥料の効果は、いかに水に溶けやすいか、つまりイオン化しやすいかで決まる。溶けやすいほどイオンが土壌中に放出され、植物に吸収されやすくなる。
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土壌中のカルシウム測定法は、酢酸アンモニウムで交換性石灰を抽出し、OCPC試薬で発色させ、吸光度を測定する。これは主に炭酸石灰やリン酸石灰由来のカルシウムを捉える。しかし、土壌劣化の原因となる硫酸カルシウムは難溶性のため、この方法では測定できない。農学的に「水溶性」とされるカルシウム塩も、化学的には難溶性であるため、土壌中の全カルシウム量を把握するには不十分。つまり、土壌分析の数値だけで判断せず、土壌の状態をよく観察することが重要である。石灰資材の過剰施用は土壌硬化や養分バランスの崩壊を招くため、注意が必要。
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塩（えん）とは、酸由来の陰イオンと塩基由来の陽イオンがイオン結合した物質である。例えば、塩酸(HCl)と水酸化ナトリウム(NaOH)が反応すると、水(H₂O)と塩化ナトリウム(NaCl)が生成される。ここで、塩酸由来の陰イオンCl⁻と水酸化ナトリウム由来の陽イオンNa⁺が結合した塩化ナトリウムが「塩（えん）」に該当する。同様に、硫酸アンモニウムと水酸化カルシウムから生成される硫酸カルシウム(CaSO₄)も塩（えん）である。硫酸アンモニウム由来の硫酸イオン(SO₄²⁻)と水酸化カルシウム由来のカルシウムイオン(Ca²⁺)が結合しているためだ。有機無機に関わらず、農業において塩は重要な役割を果たす。
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水溶性肥料の多用は土壌水分のイオン濃度を高め、塩類集積を引き起こす。肥料の陰イオン（硫酸イオンなど）は土壌に残留し、過剰な石灰（カルシウムイオン）と結合して硫酸カルシウムを形成する。硫酸カルシウムは若干の水溶性だが、蓄積すると土壌の浸透圧が上昇し、植物の吸水を阻害する。結果、ひび割れや枯死が発生する。塩類集積は、肥料成分の偏りによるイオン濃度の上昇と、カルシウム過剰による他の要素の欠乏症を同時に引き起こす深刻な農業問題である。