植物のミカタ

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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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ミミズと植物の根は共進化し、深い土壌を目指している。ミミズの糞に含まれる植物ホルモンが根の伸長を促進し、酸素供給を向上させる。一方で、根はミミズにとっての酸素源となり、より深い土壌への移動を促す。この相互作用により、両者は土壌を耕し、その物理性を改善している。菌耕の液体に含まれる物質が、菌の増殖ではなく、植物の根とミミズの相互作用に関与し、耕盤層を破壊する鍵となる可能性がある。

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菌耕による排水性向上は、ミミズの活動が鍵となる可能性がある。ミミズは土壌中を深く移動し、1メートルに達するミミズ孔を形成する。孔の壁にはミミズの糞塊が付着し、微生物が繁殖して硝酸態窒素などを利用、好気性細菌の活動によりガス交換も起こる。ミミズは水分、酸素、栄養塩を求めて移動し、植物の根から分泌される物質に誘引される。耕盤層に酸素と栄養塩が供給されれば、ミミズが孔を形成し排水性を向上させる可能性がある。地表への有機物供給もミミズの活動を促し、土壌改良に繋がる。良質な粘土鉱物の存在も重要となる。

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荒れ地に最初に進出するパイオニア植物であるハギは、痩せた土地でも生育できる窒素固定能力を持つ。マメ科植物特有の根粒菌との共生により、空気中の窒素を土壌に固定し、自身の成長だけでなく、他の植物の生育環境も改善する。ハギは、森林が成立するまでの遷移の初期段階を担う重要な役割を果たす。繁殖においても、種子散布だけでなく、地下茎による栄養繁殖も得意とするため、急速に群落を拡大できる。これらの特性により、荒れ地を緑化し、次の遷移段階への足掛かりを作る役割を担っている。

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イネは品種改良を通してサイトカイニン含量が増加し、収量向上に繋がった。サイトカイニンは分げつ伸長や養分転流に関与する重要な植物ホルモンだが、根の伸長は抑制する。高校生物で学ぶ「サイトカイニンは根で合成」は少し不正確で、実際は地上部で合成されたiP型サイトカイニンが根に運ばれ、tZ型に変換されて地上部へ送られ作用する。根の栄養塩が豊富だとtZ型への変換が促進され、サイトカイニン活性が高まる。

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アジサイは土壌のpHによって花の色が変わる。青い花は、アジサイが生合成するアントシアニン色素のデルフィニジンがアルミニウムと結合することで発色する。アルミニウムはナスの糠漬けの色止めにも使われ、ポリフェノールと結合して安定化する性質を持つ。しかし、多くの植物にとってアルミニウムは根の伸長を阻害する有害物質である。アジサイは、他の植物にとって有害なアルミニウムを吸収し、体の一番高い部分である花で利用している。その仕組みの解明は栽培への応用につながる可能性があり、既存の研究報告を探ることが今後の課題である。

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落葉は、葉柄と茎の間の離層形成で始まる。通常、葉で生成されるオーキシンが離層細胞の分離を抑えているが、秋になり気温が低下すると光合成量が減少し、オーキシン合成も減少する。同時に、光合成の「こぼれ電子」対策としてアントシアニン合成が盛んになる。アントシアニンの材料となるフェニルアラニンは、オーキシンの前駆体であるトリプトファンからも合成されるため、オーキシン合成は更に抑制される。結果として離層細胞が分離し、落葉に至る。つまり、植物は光合成の低下とアントシアニン合成増加によるオーキシン減少を落葉のシグナルとして利用している。

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乳酸菌が生成するL-β-フェニル乳酸は植物の発根を促進する。新潟大学農学部研究報告の論文によると、植物ホルモンのオーキシンは亜鉛との相互作用で発根を促進し、同様にサリチル酸も発根に関与する。これらは芳香族アミノ酸を基に合成される。さらに、スノーシード社の資料では、トリプトファン（オーキシンの前駆体）とフェニル乳酸の混合により、相乗的に不定根形成が促進されることが示された。つまり、トリプトファン、フェニル乳酸、亜鉛の組み合わせは発根促進に有効である。

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苦土（マグネシウム）は植物の生育に必須で、葉緑素の構成要素やリン酸吸収を助ける役割を持つ。土壌中の苦土は、粘土鉱物や腐植に吸着された交換性苦土として存在し、植物はこれを利用する。しかし、火山灰土壌では交換性苦土が少なく、リン酸過剰やカリウム過剰によって苦土欠乏症が発生しやすい。土壌分析で交換性苦土が1.5cmol/kg以下なら欠乏の注意が必要。対策として、苦土肥料の施用が有効だが、土壌pHや他の養分とのバランスも考慮する必要がある。特に、リン酸とカリウムは苦土の吸収を阻害するため、過剰施用は避けるべき。苦土欠乏は葉脈間が黄化するなどの症状で現れるため、早期発見と適切な対応が重要。

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酸性土壌で問題となるアルミニウム毒性に対し、植物は様々な耐性機構を持つ。岡山大学の研究では、コムギがリンゴ酸輸送体(ALMT)を用いてリンゴ酸を分泌し、アルミニウムをキレート化することで無毒化していることを示している。しかし、全ての植物が同じ機構を持つわけではない。Nature Geneticsに掲載された研究では、ソルガムがクエン酸排出輸送体(MATE)を用いてクエン酸を分泌し、アルミニウムを無毒化していることが明らかになった。このクエン酸によるアルミニウム無毒化は、ソルガムの酸性土壌への適応に大きく貢献していると考えられる。この知見は、酸性土壌での作物栽培に役立つ可能性がある。

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黒ボク土は養分が少ない、アルミニウムが溶脱しやすいという理由で栽培しにくい土壌とされてきた。しかし、黒ボク土地域でも根菜類が栽培されていることから、アルミニウム障害が常に発生しているとは考えにくい。 筆者は、リービッヒの無機栄養説以降、強い生理的酸性肥料の使用頻度が上がり、土壌pHが酸性に傾き、アルミニウムの溶脱が顕著になったのではないかと推測する。つまり、産業化を目指した肥料の過剰使用が黒ボク土での栽培を困難にした可能性があるという仮説を提示し、産地とその歴史を検証する必要性を述べている。

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ボーキサイトは、酸化アルミニウムを主成分とする鉱物で、ラテライトという土壌が岩化したものである。ギブス石など複数の鉱物の混合物であり、水酸化アルミニウムを含むため、土壌pHによっては水に溶け出す。溶出したアルミニウムは植物の生育に悪影響を与えるが、土壌中の珪酸と結合し白色粘土となる。ヤンゴンの赤い土に白いものが多く見られたのは、ボーキサイト由来のアルミニウムと珪酸の反応による可能性がある。ボーキサイトの多い花崗岩地帯は宝石の産地となる一方、アルミニウム溶脱の影響で農業には適さない可能性がある。

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関東中心に牛糞堆肥が良いとされる理由を、土壌の特性から考察した記事です。関東に多い黒ボク土は、アルミニウムイオンが溶脱しやすく根の伸長を阻害する一方、アロフェンによるAECで硝酸イオンなどを吸着します。牛糞堆肥はリン酸がアルミニウムを無害化し、硝酸塩もAECが吸着するため、黒ボク土の欠点を補う効果があります。また、牛糞堆肥の腐植はアロフェンと結合し土壌に残ります。つまり、黒ボク土と牛糞堆肥は互いの短所を打ち消し、長所を引き立て合う関係です。この相乗効果は北海道東部、東北東部、関東一帯、九州中南部といった黒ボク土地域で有効ですが、他の地域では牛糞堆肥の負の側面が目立ち、特にハウス栽培で顕著になります。加えて、牛糞堆肥は窒素肥料代替として減肥率向上にも貢献します。

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関西圏では、火山活動が少なく、黒ボク土は主に2:1型粘土鉱物が主体で、アロフェン質の黒ボク土に比べてアルミニウム障害が発生しにくい特徴があります。 一方、アロフェン質黒ボク土は火山灰の影響を強く受け、アルミニウム障害のリスクが高いです。 関西圏では、歴史的に黒ボク土での栽培が比較的容易であったため、「黒ボク土は良い土」というイメージが広まったと考えられます。 しかし、黒ボク土の性質は地域によって異なり、一概に「良い土」とは言えません。

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無肥料栽培の野菜は、土壌中のアルミニウム溶出量の増加とミネラル減少により、体に悪い可能性がある。肥料を加えないことで土壌の酸性化が進み、アルミニウムが溶出しやすくなる。また、養分の持ち出しにより土壌中のミネラルも減少し、野菜の生育に悪影響を与える。落葉や食品残渣を肥料として用いる場合もあるが、これらは堆肥に分類され、真の無肥料栽培とは言えない。結果として、無肥料栽培の野菜は栄養価が低く、アルミニウム中毒の危険性もあるため、健康への影響が懸念される。「無肥料栽培」を謳うメリットはなく、むしろデメリットが多い。

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天候不順による日照不足と過湿は野菜の生育に悪影響を与える。特に、過湿による土壌の酸素不足は根の伸長を阻害し、ミネラル吸収量の減少、ひいては野菜の不味さにつながる。排水性の良い畑では、このような悪影響を軽減できる。 慣行農業における除草剤の使用は、土壌を固くし、水はけを悪くする要因となる。一方、オーガニック農法では除草剤を使用しないため、土壌に根が張りやすく、排水性が良くなる。結果として、根の伸長が促進され、ミネラル吸収量が増加し、美味しい野菜が育つ可能性が高まる。つまり、除草剤の使用有無が野菜の品質、ひいては収量に影響を与えるため、オーガニック野菜は天候不順時にも比較的安定した収穫と美味しさを維持できる可能性がある。

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バーク投入で土の保水力向上は、バーク自体の保水力に加え、土壌表面のひび割れ減少が要因。ひび割れ減少は、土同士の結合が弱まったためと考えられる。耕起後の土壌粒子は放置すると互いに結合し、塊を形成する。硬い塊ほど、塊の間に大きなひび割れが生じる。腐植を投入すると、土粒子間に腐植が入り込み、土同士の結合を阻害する。結果、乾燥時に形成される塊は小さく、ひび割れも発生しにくい。さらに、腐植混入土壌は空気に触れる表面積が広く、鉱物の酸化を促進。これにより土同士の結合はさらに弱まり、大きな塊の形成が抑制される。結果として団粒構造の形成へと繋がる。

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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。