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エノコロ（ネコジャラシ）が繁茂した畑は、次作の生育が良いという師の教えの背景には、エノコロのアレロパシー作用と土壌改善効果があると考えられる。エノコロはアレロケミカルを放出し、土壌微生物叢に影響を与える。繁茂したエノコロを刈り込み鋤き込むことで、土壌に大量のアレロケミカルが混入し、土壌消毒効果を発揮する。さらに、エノコロの旺盛な発根力は土壌の物理性を改善し、排水性・保水性を向上させる。これらの相乗効果により、病原菌を抑え、有益な微生物が優位な環境が形成され、次作の生育が促進されると考えられる。稲わらから枯草菌が発見されたように、エノコロわらにも有益な細菌が存在する可能性がある。
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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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ソルガムは土壌改良に優れた緑肥で、強靭な根と高い背丈、C4型光合成によるCO2固定量の多さが特徴です。酸性土壌や残留肥料にも強く、劣化した土壌の改善に役立ちます。畑の周囲にソルガムを植えるのは、バンカープランツとして害虫を誘引し、天敵を呼び寄せる効果を狙っている可能性があります。鳥取砂丘では、風よけや肥料流出防止のためオオムギを周囲に植える慣習があります。ソルガムも同様に、強風や台風対策として風よけ、CO2固定、根による土壌安定化に有効かもしれません。これらの効果は、近年の気象変動への対策として期待されます。
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C4植物はCO2濃縮のためリンゴ酸を生成しますが、筆者はこのリンゴ酸が光合成以外にも利用される可能性について考察しています。C3植物のコムギが、土壌中のアルミニウム毒性に対抗するため、ブドウ糖代謝から生成したリンゴ酸を根から分泌し、アルミニウムをキレートする例を紹介。これを踏まえ、C4植物でCO2濃縮によってできたリンゴ酸を光合成に使わず、アルミニウム耐性のために根から分泌するケースがあるのか、その際の輸送コストなども加味して考察しています。光合成で得たNADPHの用途や、貯蔵細胞から根へのリンゴ酸輸送の効率性についても疑問を投げかけています。
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C4植物はCO2濃縮メカニズムにより高い光合成速度を達成する。CO2は葉肉細胞で炭酸脱水酵素(CA)の働きで炭酸水素イオンに変換され、リンゴ酸として貯蔵される。このCO2濃縮により、光合成の律速となるCO2不足を解消する。CAは亜鉛を含む金属酵素で、CO2と水の反応を促進する役割を持つ。C4植物のソルガムを緑肥として利用する場合、亜鉛の供給がC4回路の効率、ひいては植物の生育に影響を与える可能性がある。この亜鉛の重要性は、畑作の持続可能性を考える上で重要な要素となる。
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C4型光合成は、高温乾燥環境に適応した光合成の仕組みである。通常のC3型光合成では、高温時に気孔を閉じ二酸化炭素の取り込みが制限されるため光合成速度が低下する。しかしC4植物は、葉肉細胞で二酸化炭素を濃縮し、維管束鞘細胞でカルビン回路を行うことで、高温時でも効率的に光合成を行う。二酸化炭素濃縮にはエネルギーが必要となるため、低温・弱光下ではC3植物より効率が落ちる。トウモロコシやサトウキビなどがC4植物の代表例である。