植物のミカタ

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EFポリマーにラーメンのスープを吸収させる実験を行った。水に比べ吸収速度は遅く、30分後ではあまり変化が見られなかったが、3時間後にはスープを吸収し膨張していた。ラーメンのスープに含まれるタンパク質、脂質、ビタミン、ミネラル等の成分を吸収したEFポリマーは、他の食品残渣と混ぜ、堆肥化の難しい有機物の発酵促進に活用できる可能性がある。廃液処理に使用されるアクリル酸系ポリマーは分解されにくいため土壌混入は避けたいが、同様の機能を持つEFポリマーは土壌利用においても有用性が高い。

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吸水済みのEFポリマーの再利用について検証した。吸水ポリマーを植物性有機物と混ぜると、有機物を吸着し塊になる。これは粘土質土壌への施用時と似た状態だが、吸水前のポリマーほどの細かさにはならないため、土壌への直接施用は効果が薄い。しかし、事前に高カロリー化合物や微量要素を吸水させたポリマーを有機物と混ぜることで、養分を供給し堆肥化を促進する効果は期待できる。つまり、吸水ポリマーは土壌改良材としてではなく、堆肥化促進剤として活用できる可能性がある。

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EFポリマーは、食品残渣の堆肥化を促進する可能性がある。食品残渣に含まれる余剰水分を吸収し、腐敗を抑制する効果が期待される。実験では、濃度の濃い紅茶溶液にEFポリマーを添加した結果、溶液が吸収されることが確認された。このことから、EFポリマーは濃度の高い溶液にも有効であることが示唆された。ラーメンの残ったスープのような高カロリーの廃液も、EFポリマーで吸収し、油分を堆肥化の際の微生物のカロリー源として活用できる可能性がある。これにより、下水への負担軽減にも繋がる可能性がある。費用対効果については更なる検討が必要である。

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EFポリマーは食品残渣由来の土壌改良材で、高い保水性を持ち、砂地や塩類集積土壌に有効。吸水すると粒状になり、堆肥と混ぜると保水性を高める。更に、重粘土質の土壌に添加すると団粒構造を形成し、通気性・通水性を向上させる効果も確認された。植物繊維が主原料のため、土壌微生物により分解されるが、腐植と併用することで団粒構造への取り込みが期待される。緑肥播種前の施肥も有効。二酸化炭素埋没効果も期待できる、画期的な土壌改良材。

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アカメガシワは落葉高木だが、観察によると緑色のまま葉を落とすことがある。これは木が葉から養分を回収せず落葉させるためと考えられる。落ち葉にはマグネシウムやマンガン等の養分が残っており、土壌の保肥力向上に繋がる。アカメガシワは先駆植物として、春に旺盛な吸水力で養分を吸収できるため、古い葉からの養分回収は必須ではないようだ。この特性は里山再生に役立つ可能性があり、土壌改良の観点からも有望な樹種と言える。

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土壌の保水性向上に関し、植物繊維セルロースの分子間架橋に着目。人工的な架橋剤ではなく、自然環境下で架橋を形成する物質について調査した。綿織物への有機酸処理で伸長回復性が変化する事例から、クエン酸などの多価カルボン酸がセルロースとエステル架橋を形成する可能性が示唆された。多価カルボン酸は複数のカルボキシ基を持ち、セルロースの水酸基とエステル化反応を起こす。この反応は土壌中でも起こりうるため、保水性向上に寄与している可能性がある。

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土壌の保水性向上について、セルロースの活用に着目し、高吸水性樹脂開発のヒントを探る。セルロース繊維は水素結合で繋がり、隙間に保水されるが、その隙間は狭く保水性は低い。高吸水性樹脂開発では、カルボキシメチル化とチレングリコールジグリシジルエーテルの付与による分子間架橋で繊維間の隙間を広げ、保水性を高めている。自然環境下で同様の反応を起こせる物質が存在すれば、植物繊維の保水性を大幅に向上できる可能性がある。

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ケヤキは、国産広葉樹の中でも特に優れた木材として知られています。その理由は、木材中に「チロース」と呼ばれる物質が詰まっているためです。チロースは、木の導管に蓄積し、水を通しにくくする役割を持つため、ケヤキ材は狂いが少なく湿気に強いという特徴があります。 しかし、重硬な材となるため、加工には鉄器の発達が必要不可欠でした。そのため、建築資材として本格的に利用されるようになったのは、12世紀頃からと考えられています。 美しい木目と優れた強度を持つケヤキ材は、最優良材として、現在も様々な用途に利用されています。

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海岸の松は、潮風に強いという特徴があります。潮風は植物の葉に塩分を付着させ、過剰な蒸散を促し、水不足を引き起こします。しかし、松は細長い葉の形によって、潮風の影響を最小限に抑えています。この形状は風を避け、葉の浸透圧上昇を防ぎ、水分の損失を抑えます。さらに、松の葉は風の力を弱め、根元に砂を落とすことで、砂丘の安定化にも貢献しています。このように、松は厳しい海岸環境に適応し、独自の生存戦略を持つ植物です。

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平安時代以前に成立した日本書紀に、健康効果を期待してナシの栽培が推奨されたという記述がある。現代の研究でも、ナシに含まれるソルビトールという糖アルコールが便の軟化作用を持ち、独特の食感を持つ石細胞と共に便通改善効果があることが分かっている。ナシは古くから日本で栽培され、健康効果が期待されていたことがうかがえる。

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この地域で稲作にごま葉枯病が多発している原因は、土壌劣化によるカリウム、ケイ酸、マグネシウム、鉄などの要素の欠乏が考えられます。特に鉄欠乏は土壌の物理性悪化による根の酸素不足が原因となり、硫化水素発生による根腐れも懸念されます。慣行農法では土壌改善が行われないため、根本的な解決には土壌の物理性向上と、それに合わせた適切な施肥管理が必須です。経験的な対処法や欠乏症の穴埋め的な施肥では効果が期待できません。

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イネはシリカを吸収すると、葉が硬くなり倒伏しにくくなるだけでなく、病気や害虫への抵抗力も高まります。これは、シリカが細胞壁に沈着することで物理的な強度が増すとともに、植物の防御機構を活性化する働きがあるためです。 具体的には、シリカはイネの葉に多く蓄積され、表皮細胞の細胞壁を強化することで、害虫の侵入や病気の感染を抑制します。また、シリカはイネの免疫システムを刺激し、病原菌に対する抵抗力を高める効果もあります。 さらに、シリカはイネの光合成を促進し、収量増加にも貢献します。これは、シリカが葉の表面に薄い層を作り、光を効率よく吸収できるようになるためです。

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ヤシャブシの葉は、水田の肥料として古くから利用されてきた。その肥効は、葉に含まれる養分だけでなく、鉄分供給による窒素固定促進の可能性がある。水田土壌には鉄還元細菌が存在し、鉄を利用して窒素ガスをアンモニアに変換する。ヤシャブシの葉に含まれるタンニンは鉄とキレートを形成し、鉄還元細菌の働きを助ける。さらに、キレート鉄はイネにも吸収されやすく、光合成を活性化し、養分吸収を高める。結果として、窒素固定の促進と養分吸収の向上という相乗効果で、イネの生育が促進されると考えられる。この仮説は、ヤシャブシの葉の伝統的な利用方法を科学的に説明する可能性を秘めている。

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植物の気孔開閉は、根で合成されるアブシジン酸だけでなく、葉でも合成されることがわかった。葉でのアブシジン酸合成は、光ストレスによる活性酸素の発生を抑えるためと考えられる。合成経路は、カロテノイドの一種であるゼアキサンチンから数段階の酵素反応を経て行われる。このゼアキサンチンは、過剰な光エネルギーの吸収を防ぐキサントフィルサイクルにも関わっている。乾燥していない環境下でも、過剰な日光によって葉でアブシジン酸が合成され気孔が閉じると、光合成の効率が低下し生産性のロスにつながる可能性がある。

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高温ストレス下では、植物は葉のイオン濃度を高めることで根からの吸水力を高め、蒸散による葉温低下と光合成促進を図る。この生理現象は土壌水分の枯渇を早める一方、降雨後の急速な吸水と成長を促す。つまり、高温ストレスと降雨の繰り返しは植物の成長に良い影響を与える可能性がある。このメカニズムの理解は、例えば稲作における中干しの最適な時期の判断に役立つと考えられる。

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トマト果実の割れ防止対策として、葉の気孔に着目。気孔はCO2吸収と蒸散のバランスを保つため開閉し、孔辺細胞のカリウムイオン濃度変化と膨圧が関与する。日中はCO2獲得と水損失のバランス調整が重要。気孔開閉機構の詳細は不明だが、カリウムイオンが孔辺細胞に出入りすることで水の移動が起こり、気孔が開閉する。トマト栽培ではカリウム不足が懸念され、これが気孔開閉に影響し、微量要素吸収阻害など品質低下につながる可能性が考えられる。

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師管は光合成産物などの有機物を植物体全体に輸送する組織である。圧流説は、師管内の物質輸送メカニズムを説明する有力な仮説である。 ソース細胞（葉肉細胞など）で光合成産物が合成されると、スクロースが能動輸送により師管の伴細胞に取り込まれる。これにより師管の浸透圧が上昇し、水が周囲から師管内に流入する。その結果、師管内は高い圧力状態となる。 一方、シンク細胞（根や果実など）では、スクロースが師管から取り出され利用される。これによりシンク細胞側の師管の浸透圧は低下し、水が師管外へ流出する。結果として、ソース細胞側からシンク細胞側へと圧力勾配が生じ、溶液が師管内を流れる。これが圧流説のメカニズムである。

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兵庫の進学校の高校生に肥料の話をした著者は、窒素肥料を減らして炭素資材を増やす土作りを提案した。生徒は土壌中の炭素の役割を理解し、微生物の餌となり土壌構造を改善することを説明できた。しかし、窒素肥料を減らすことによる収量減を懸念し、慣行農法との比較で収量が減らない具体的な方法を質問した。著者は、土壌の炭素貯留で肥料コストが下がり収量が上がる海外の事例を挙げ、炭素資材の種類や施用量、土壌微生物の活性化、適切な窒素肥料量の見極めなど、具体的な方法を説明する必要性を認識した。生徒の疑問は、慣行農法に慣れた農家にも共通するもので、新たな土作りを広めるには、具体的な成功事例と収量への影響に関するデータが重要であることを示唆している。

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イネは吸収した窒素をアミノ酸やタンパク質合成に利用し、成長を促進する。窒素の吸収形態はアンモニウムイオンと硝酸イオンで、吸収後の利用経路は異なる。アンモニウムイオンは根で直接アミノ酸に変換される一方、硝酸イオンは根や葉で還元されてからアミノ酸に変換される。窒素過剰はタンパク質合成の亢進や葉緑素の増加をもたらし、葉色が濃くなる。しかし、過剰な窒素は倒伏や病害虫発生のリスクを高めるため、適切な窒素管理が重要となる。イネの窒素利用効率を高める研究も進められており、環境負荷軽減と安定生産に貢献が期待される。

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ブナ科樹木の種子/果実の大きさは、生育戦略と関連している。大きな種子/果実は、発芽・初期成長に必要な栄養を豊富に含み、親木の樹冠下のような暗い環境でも成長できる。一方、小さな種子/果実は栄養が少ないため、明るい場所に散布され、速やかに成長する必要がある。この戦略の違いは、常緑樹と落葉樹の成長速度にも反映される。常緑樹は成長が遅く緻密な木材を持つ一方、落葉樹は成長が速く、幹の締まり具合が緩いため水分を吸収しやすい。シイタケ栽培では、この水分吸収のしやすさが原木との相性に影響する可能性がある。

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ミャンマーのヤンゴンで、現地の長粒米を食べた体験記。炊き上がった米はパラパラとして粘り気がなく、日本の短粒米とは全く異なる食感。タイ米のような香りも無く、あっさりとした味わい。おかずと一緒に食べるのが一般的で、様々な種類のカレーや炒め物とよく合う。日本米に慣れた舌には物足りなさを感じるものの、現地の食文化に触れる良い機会となった。長粒米特有のパサパサとした食感は、汁気の多いおかずと組み合わせることで調和し、新たな食の発見につながった。

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ボカシ肥にトレハロースを添加する例から、植物におけるトレハロースの役割を考察している。トレニアの組織培養で、培地のスクロースをトレハロースに置き換えると生存期間が延長した事例を紹介。これは植物が根からトレハロースを吸収し、環境ストレス耐性を向上させている可能性を示唆する。トレハロースは植物体内で増加すると乾燥耐性を高めることが知られており、吸水力向上による肥料吸収の増加、ひいては様々なストレス耐性の向上に繋がる可能性がある。このメカニズムとキノコとの関連性については次回議論される。

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舞鶴でのグローバック栽培に関する勉強会をきっかけに、地域の土壌と水質について考察。グローバック栽培は初期費用が安く土壌病害のリスクも低い一方、水耕栽培のため原水のpH調整が重要となる。舞鶴のある施設では原水pHが7.5と高く、周辺の地質が斑れい岩であることを確認。斑れい岩は塩基性火成岩で、pHを高める鉱物を多く含むため、水質も高pHになると推測。さらに、塩基性火成岩はカリウム含有鉱物が少なく、土壌分析の結果もカリウム不足を示唆。カリウムは根の吸水に重要で、舞鶴の栽培ではカリウム肥料の施用が必須。土壌だけでなく、散水に使う川の水のミネラル組成も考慮する必要がある。

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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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米の美味しさの鍵は、炊飯時の糊化、特にデンプンの断片化にあります。 白米の浸水時に胚乳にクラック（ひび割れ）が生じ、そこから水が浸入し糊化が始まります。クラックが多いほど糊化が進み、甘みが増すと考えられます。 美味しさはクラックの発生しやすさだけでなく、クラック後にアミラーゼがどれだけ活発に働くか、つまり胚乳内に含まれるアミラーゼの量に依存します。アミラーゼはタンパク質なので、胚乳形成時にどれだけアミノ酸が分配されたかが重要です。アミノ酸の種類によっては吸水力に影響し、クラックの発生や炊き上がり後のご飯粒が立つ現象にも関与している可能性があります。 ultimately、光合成を促進しアミノ酸合成を活発にする健全な栽培が美味しい米作りに繋がります。

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果実の熟成における活性酸素の役割は、着色と種子の休眠という二つの側面を持つ。アントシアニン色素の蓄積は、光合成過程で発生する過剰な活性酸素を抑制する反応として起こる。一方、果実内の種子の休眠には、適切な量の活性酸素が必要となる。活性酸素の不足は、果実内発芽を引き起こす。メロンの場合、硝酸態窒素過多やカリウム不足が活性酸素の発生量を低下させ、果実内発芽につながる。イチゴも同様のメカニズムを持つと仮定すると、高品質な果実生産には、生育段階に応じた適切な施肥管理と、熟成期の環境制御が重要となる。

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蛇紋岩地帯は、マグネシウムと鉄が多く、窒素、リン酸、カリウムが少ない特殊な土壌環境です。蛇紋岩はかんらん岩が水と反応して生成され、この過程で磁鉄鉱と水素も発生します。このため、蛇紋岩の山は磁性を帯びています。 土壌はpHが高く、蛇紋石は粘土鉱物であるものの、腐植蓄積は少ないと予想されます。一般的な植物はマグネシウム過多とカリウム欠乏で吸水障害を起こしますが、一部の植物は適応し「蛇紋岩地植物群」を形成します。水田には利点がある一方、畑作では対策が必要です。また、高pHのため土壌中の鉄が溶脱しにくく、鉄欠乏も起こりやすい環境です。

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京都舞鶴の大江山麓の土壌は、超苦鉄質のかんらん岩や蛇紋岩の影響で高pH（約8）かつマグネシウム過剰、カリウム不足という特徴を持つ。実際に大江山麓で畑を借りた農家は、強い酸性肥料を用いても土壌pHは下がらず、カリウム不足も解消されずに栽培を断念した。これは、超苦鉄質岩にカリウムを含む鉱物が少なく、高pH土壌ではカリウムが吸収されにくいことが原因と考えられる。そのため、この地域ではカリ肥料の適切な施用が重要となる。また、土壌は鉄過剰により赤色を呈すると予想される。

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イスラエル製サンホープのスプリンクラーは、噴霧状の散水で周囲の湿度を上げることで秀品率向上に貢献する。高温・低湿度下では植物は蒸散を抑えるため光合成速度が低下するが、噴霧散水は気温を下げ湿度を高め、光合成を促進する。また、モジュール式の設計で組立・解体・移動が容易で、先端部分の交換も簡単なので、パフォーマンスを維持しやすい。散水の様子は動画で確認でき、京都農販のスプリンクラー特設ページで詳細な情報が得られる。

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シリカゲルの吸水速度を検証するため、水をかけてみたところ、破裂音がして球体が割れた。急激な吸水と膨張が原因と考えられる。吸水量の指標となる青色の変色も見られず、飽和後も吸水を続けるシリカゲルの特性が示された。通常使用では水浸しにならない限りこのような事態は起こらないが、徐々に劣化していく可能性が示唆された。

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京都市内の畑で、肥料過多と土壌pHの低下により野菜が育たない問題が発生。土壌分析の結果、リン酸過剰とpH4.5という強酸性が判明。施肥設計書に基づき堆肥と石灰を投入してきたことが原因で、土壌中のリン酸が鉄やアルミニウムと結合し、植物が利用できない状態になっていた。さらに、石灰過剰によりカルシウム濃度が異常に高く、マグネシウム欠乏も引き起こしていた。解決策として、有機物を投入し微生物の活性化を図り、リン酸を可給化することが提案された。この事例は、過剰な肥料投入とpH調整が土壌劣化につながることを示す重要な教訓となる。

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アサガオの種は翌年以降も発芽する。これは種が生きているのではなく、生命活動を停止した状態で、発芽の条件が揃うと蘇生する仕組みを持つためだ。乾燥により酵素の働きを止め、DNAも分解された状態にすることで長期保存が可能となる。吸水すると修復酵素がDNAを復元し、発芽に至る。種は時限装置付きの仮死状態と言える。しかし、土中の水分に触れても発芽時期まで吸水を抑制する仕組みや、種子孔が開くメカニズムなど、未解明な点も多い。

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葉の裏にある気孔は、ガス交換だけでなく、蒸散による葉内浸透圧の上昇を通じて土壌からの吸水を促す重要な役割を担う。葉の水分量が多い時は気孔から蒸散し浸透圧を高め、少ない時は気孔を閉じて蒸散を防ぐ。しかし、葉周辺の湿度が高いと蒸散が抑制され、光合成に必要なミネラルを土壌から吸収できなくなる。つまり、光合成能力は十分でも、材料不足に陥る可能性がある。この問題に対処するには、単なる水やりや追肥だけでなく、蒸散を促進する工夫が必要となる。湿度が低すぎても蒸散過多で気孔が閉じるため、適切な湿度管理が施肥効果を高め、秀品率向上に繋がる。

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この記事では、植物の葉の裏に存在する気孔の役割について考察しています。光合成に必要な二酸化炭素は気孔から吸収されますが、それでは水が根に溜まり続け、茎や葉まで届かないという矛盾が生じます。 植物は浸透圧の差を利用して根から吸水しますが、根より上の部分の浸透圧は考慮されていません。このままでは根に水が溜まる一方です。 そこで、気孔には二酸化炭素の吸収以外にも重要な役割があると考えられます。記事は続くことを示唆しており、その役割については次回以降に説明されるようです。 関連記事として「あそこの畑がカリ不足」が挙げられていますが、本文中にはカリウムに関する直接的な記述はありません。ただし、浸透圧の調整にはカリウムが重要な役割を果たすことが一般的に知られています。

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牛糞堆肥による土作りは、塩類集積を引き起こし、作物の生育を阻害する可能性があるため、見直すべきである。例として、ミズナ栽培のハウス畑で塩類集積が確認された事例が挙げられている。土作りにおいては、肥料成分よりも腐植が重要である。牛糞堆肥にも腐植は含まれるが、純粋な腐植堆肥と比べて含有量が少なく、土壌に悪影響を与える成分が含まれるリスクがある。牛糞堆肥の使用は、資材費だけでなく人件費も増加させ、秀品率も低下させる非効率的な方法である。農業経営の悪化の一因にもなっており、窒素肥料の減肥率よりも、土壌の状態に目を向けるべきである。堆肥施用の真の価値は、秀品率の向上と農薬散布量の削減にある。

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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。

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カリウムは植物の根の健康に不可欠な元素で、吸水に利用される。そのため、カリウムが不足すると、植物は水や他の養分を吸収できなくなり、さまざまな問題につながる可能性がある。特に、劣化した土壌では、カリウムの不足により生理障害が発生しやすくなる。そのため、カリウムを十分に補充することが、植物の健康な生育を確保するために重要となる。

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酸性土壌では、鉱物中のアルミニウムが溶出して根の伸長障害を引き起こす。この障害により吸水・肥料吸収力が低下し、生育に悪影響を及ぼす。スギナは酸性土壌に強く、アルミニウムに耐性があるため、酸性の指標植物として利用できる。畑やその周辺にスギナが繁茂している場合、土壌の酸性化が疑われ、改善が必要と考えられる。酸性土壌は保水性や保肥力も低下しているため、栽培を開始する前に土壌の改善を行うことが望ましい。