植物のミカタ

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本記事では、化学構造である「アミド」と「イミド」について解説しています。石灰窒素から生成されるシアナミドが「アミド型」、溶液中で平衡状態にあるカルボジイミドが「イミド型」と呼ばれる背景を深掘り。アミドは-CO-N-、イミドは-CO-NH-CO-結合を指しますが、シアナミドやカルボジイミドは酸素が欠けるものの便宜上その型として扱われます。特にカルボジイミドは不安定で極少量です。関連するアミンにも触れ、カルシウムシアナミドが水中で分解後、シアナミドは窒素肥料、カルボジイミドは農薬としての作用を持つ可能性を提示しています。

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本記事では、農薬としても利用される「シアナミド」の土壌中での作用メカニズムに迫ります。石灰窒素（カルシウムシアナミド）が水と反応して生成されるシアナミドは、殺虫・殺菌作用を持つことが知られています。このシアナミドには、安定したアミド型と、二重結合を持ち高い反応性が期待されるイミド型（カルボジイミド）の互変異性があることを解説。記事の後半では、この反応性の高いイミド型が土壌中でどのような化合物と反応し、効果を発揮するのかという問いを提示し、さらなる探求の糸口を示しています。

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石灰窒素（CaCN₂）の作用機序を解説。水に溶けると、強い殺菌・殺虫・除草作用を持つ「シアナミド」と、土壌pHを上げる「消石灰」に分解されます。シアナミドは土壌中で加水分解され尿素となり、さらに微生物の働きでアンモニウムイオン（植物の窒素源）と炭酸イオン（土壌pH上昇に寄与）に変化。この一連の作用により、石灰窒素は土壌のpHを上昇させ、カルシウム肥料および窒素肥料として機能することが明確になりました。シアナミドの農薬的な働きについては、次回以降で詳述します。

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稲作では収穫後の稲わらの土壌還元が地力向上に重要だが、腐熟促進に石灰窒素を使う方法に疑問が提示されている。石灰窒素はシアナミドを含み、土壌微生物への影響が懸念される。稲わら分解の主役は酸性環境を好む糸状菌だが、石灰窒素は土壌をアルカリ化させる。また、シアナミドの分解で生成されるアンモニアが稲わらを軟化させ、速効性肥料成分が増加し、作物に悪影響を与える可能性も指摘されている。さらに、カルシウム過剰による弊害も懸念材料である。これらの点から、稲わら腐熟への石灰窒素施用は再考すべきと提言している。

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生産緑地のシイの開花を確認後、林縁でマメ科の木を発見。エンジュかハリエンジュ(ニセアカシア)と思われる。ハリエンジュは窒素固定能とアレロパシーを持ち、急速に成長し周囲の植物を駆逐するため、駆除対象となる。貧栄養を好む植物の生育を阻害する可能性がある。将来的にはシイやクスノキに競争で負ける可能性もあるが、成長速度の差から短期的には生態系への影響が懸念される。識別のため、再訪して確認する予定。

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富山県農林水産総合技術センターは、大豆の増収と地力増強を両立する技術として、ヘアリーベッチとライ麦の混播に着目した。窒素を多く含むヘアリーベッチと炭素を多く含むライ麦を組み合わせることで、土壌への窒素供給と土壌有機物の増加を同時に実現する狙いだ。ヘアリーベッチ単播に比べ、大豆の収量は10a当たり約20kg増加し、土壌の炭素量も増加傾向が見られた。ただし、ヘアリーベッチの窒素含量が高すぎると大豆の生育初期に過剰な窒素供給となり、雑草の繁茂を招く可能性があるため、適切な窒素量のヘアリーベッチを選定することが重要である。この技術は、化学肥料や堆肥の使用量削減にも貢献し、環境負荷軽減にもつながる。

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高槻の原生協コミュニティルームで行われたレンゲ米栽培の報告会では、レンゲの土壌改良効果に焦点が当てられました。レンゲは窒素固定により土壌への窒素供給を助け、化学肥料の使用量削減に貢献します。また、土壌の物理性改善にも効果があり、透水性や保水性を向上させます。これは、今回の記事で問題視されている荒起こしによる土壌の弾力低下やガス交換能の低下といった問題への解決策となり得ます。さらに、レンゲは雑草抑制効果も持ち、無草化による土壌有機物減少を食い止める可能性も示唆されました。つまり、レンゲの活用は、化学肥料や家畜糞に頼らない持続可能な稲作への転換を促す鍵となる可能性を秘めていると言えるでしょう。

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秋の荒起こしは稲わらの分解促進や乾土効果が期待されますが、その管理が不適切だと稲の秀品率に悪影響を及ぼす可能性があります。稲わらの分解が不十分なまま田植え時期を迎えると、土壌の酸素が消費され、幼苗の生育不良や有毒な硫化水素発生のリスクが高まります。レンゲ米栽培の事例を挙げ、有機物分解に伴う土壌の酸素消費が初期生育を遅らせる可能性を指摘。良質な米作りのためには、荒起こしによる土壌改良と、有機物分解に伴う酸素バランスの適切な管理が鍵となることを示唆しています。

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ニセアカシアはアレロパシー物質としてカテキンを分泌する。土壌中の有機物や粘土鉱物に吸着され活性を失うが、これはコウジカビがフミン酸を合成し土壌中のアルミニウムと結合する話と関連するのではないか、という考察。ニセアカシアのカテキンは土壌改良に繋がる可能性があり、コウジカビにとっても養分獲得に有利になるかもしれない。加えて、ニセアカシアはシアナミドも分泌する。

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シアナミドは石灰窒素の主成分で、土壌消毒効果が期待される。酵母のような真核生物だけでなく、細菌にも効果があることが示唆されている。石灰窒素は酸化還元酵素や脱水素酵素を阻害することで、幅広い微生物に影響を与える。ヘアリーベッチはシアナミドを分泌するとされているが、根粒菌との共生など、根圏微生物への影響は限定的であると考えられる。つまり、シアナミド分泌は選択的に行われている可能性があり、そのメカニズムの解明が今後の課題となる。

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石灰窒素の成分シアナミドは生物にアセトアルデヒドを蓄積させ、毒性を示す。酵母はこの毒性に対し、①NADPHを用いたオレイン酸増加、②グルタチオンによるアセトアルデヒド回収、という二つの防御策を持つ。①は糖からのエネルギー産生を抑制し、代わりにNADPH合成経路を活性化、オレイン酸を増やすことで耐性を得る。②はグルタチオンがアセトアルデヒドと結合し無毒化する。アセトアルデヒドはタンパク質とも結合し、重要な生理機能を阻害、死滅に至る可能性もある。

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ヘアリーベッチの土壌消毒効果のメカニズムを探るため、その根から分泌されるシアナミドの作用機序に着目。シアナミドは石灰窒素の有効成分で、人体ではアルデヒドデヒドロゲナーゼを阻害し、アセトアルデヒドの蓄積による悪酔いを引き起こす。アセトアルデヒドはDNAと結合し、タンパク質合成を阻害することで毒性を発揮する。この作用は菌類にも影響を及ぼし、土壌消毒効果につながると考えられる。

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ヘアリーベッチは、窒素固定に加え、アレロパシー作用で雑草を抑制する緑肥です。根から分泌されるシアナミドが雑草種子の休眠を打破し、時期外れの発芽を促して枯死させる効果があります。シアナミドは石灰窒素の成分であり、土壌消毒にも利用されます。裏作でヘアリーベッチを栽培すれば、土壌消毒と土壌改良を同時に行え、後作の秀品率向上に繋がると考えられます。さらに、ヘアリーベッチは木質資材の分解促進効果も期待できるため、播種前に安価な木質資材をすき込むことで、土壌改良効果とシアナミド分泌量の増加が期待できます。この手法は従来の太陽光と石灰窒素による土壌消毒より効果的かもしれません。今後の課題は、シアナミドの作用点と、効果のない土壌微生物の特定です。

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連作障害の原因の一つに、作物自身が出すアレロパシー物質の蓄積がある。アレロパシーとは、植物が他の植物の生育を阻害する物質（アレロケミカル）を放出する作用のこと。例として、ヘアリーベッチはシアナミドを放出し雑草の生育を抑制するが、高濃度では自身の生育にも悪影響を与える。シアナミドは石灰窒素にも含まれる成分で、雑草やセンチュウへの抑制効果がある。コムギやソバなどもアレロパシー物質を出し、連作障害を引き起こす一因となる。

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石灰窒素(CaCN₂)は、土壌消毒と肥料効果を兼ね備えた資材。水と二酸化炭素と反応し、土壌pH調整効果のある炭酸カルシウムと、センチュウなどへの毒性を持つシアナミド(CN₂H₂)を生成する。シアナミドは植物に有害だが、やがて尿素、アンモニア、硝酸と変化し、無害な速効性肥料となる。つまり、石灰窒素は一時的な土壌消毒効果と、その後の肥料効果を持つ。このシアナミドの性質は、連作障害対策において重要な役割を果たす。