植物のミカタ

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く溶性苦土の水溶性化とは、土壌中の植物が吸収しにくい形の苦土(く溶性苦土)を、吸収しやすい形(水溶性苦土)に変えるプロセスです。このプロセスは、土壌の酸性度と密接に関係しています。土壌が酸性化すると、水素イオンが増加し、く溶性苦土と結合していたカルシウムやマグネシウムが土壌溶液中に溶け出す「交換反応」が起こります。これにより、く溶性苦土が水溶性化し、植物に吸収されやすくなるのです。

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「エッセンシャル土壌微生物学 作物生産のための基礎」は土作りに興味のある人にオススメ。土壌微生物の働きだけでなく、団粒構造における粘土鉱物の役割、酸化還元電位による肥料効果や水田老朽化への影響まで丁寧に解説。土壌中の電子の挙動(酸化還元)を理解することで、土壌消毒や稲作の中干しといった実践的な課題についても深く考察できる。関連する記事では、緑泥石、メタン発生、ポリフェノール鉄錯体、コウジカビ、ベントナイト、土壌消毒など多様な視点から土壌への理解を深めることができる。

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愛媛県で行われた調査で、冬期湛水有機栽培水田でトビイロウンカの被害が増加した。冬期湛水によりイネの草丈、茎数、葉色が乾田より増加し、窒素含有量が高まったことが被害増加の要因と推測される。冬期湛水は有機物の分解を促進し養分吸収効率を高めるが、土壌の物理性改善効果は無く、窒素吸収がミネラル吸収を上回る傾向にある。調査地は花崗岩帯のため、川の水からミネラル補給は期待できない。ケイ酸含有量は冬期湛水と乾田で差が小さかった。窒素過多でミネラル不足のイネはウンカに弱いため、ケイ酸苦土肥料などでミネラルバランスを整える必要がある。

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レンゲ米栽培の水田では、葉色が薄く地上部の茂りが少ない一方で茎は太く、背丈が揃っている。慣行栽培と比べ、中干し時に土壌のひび割れが発生しにくい。これはレンゲによる土壌改良で有機物が増え、クラスト（乾燥ひび割れ）が生じにくいため。クラストは露地栽培では生育障害を起こすが、水田では発根促進のためのガス交換の場となる。レンゲ米ではひび割れがないことで有害物質の排出が懸念されるが、レンゲが事前に有害物質を軽減している。一方、中干しは根の損傷やROLバリアの質低下といったデメリットも持つ。レンゲ米で中干しの効果が薄まるなら、元肥設計を見直す必要がある。肥料偽装問題で硫安が使用された事例は、土壌への影響を考えると深刻な問題と言える。

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イネの根腐れは、長雨による酸素不足ではなく、硫化水素の発生が原因である可能性が高い。硫化水素は、水田の嫌気環境下で、硫酸塩系肥料（硫安、キーゼライト、石膏、家畜糞堆肥など）が土壌微生物によって分解される際に発生する。生物は硫黄を再利用する進化を遂げているため、土壌に硫黄化合物が過剰に存在するのは不自然であり、肥料由来と考えられる。硫化水素は鉄と反応しやすく、イネの光合成や酸素運搬に必要な鉄の吸収を阻害する。水田は水漏れしにくいため、過去の肥料成分が蓄積しやすく、硫黄を抜く有効な手段がないため、田植え前の土壌管理が重要となる。ただし、長雨による日照不足や水位上昇も根への酸素供給を阻害する要因となりうる。

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免疫力向上に亜鉛が重要だが、現代の農業 practices が土壌の亜鉛欠乏を招き、人体への供給不足につながっている。慣行農法におけるリン酸過剰施肥、土壌への石灰散布などが亜鉛欠乏の要因となる。また、殺菌剤の過剰使用は菌根菌との共生を阻害し、植物の亜鉛吸収力を低下させる。コロナ感染症の肺炎、味覚障害といった症状も亜鉛欠乏と関連付けられるため、作物栽培における亜鉛供給の改善が急務である。

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海底風化は、海水や底生生物の作用で海底の岩石や堆積物が変化する現象です。この過程で、粘土鉱物は海水中からカリウムやマグネシウムを取り込み、硫酸イオンも貯め込みます。海底で形成された粘土が隆起すると、硫化鉄が反応して酸性を示すようになり、粘土層が土化した際にミネラルが少なくなる可能性があります。この情報は、粘土鉱物系の肥料の性質を理解する上で重要です。

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水田の水が濁ったままとなる原因を調査した結果、水溶性肥料の溶解が原因ではないことが判明した。 この水田は畑作から転換されており、連作による土壌の劣化が懸念される。劣化により締まりやすくなった土壌は、水溶性肥料の流出を防ぎ、細かな土壌粒子が浮遊し続ける可能性がある。 さらに、栄養塩が豊富な入水直後には藻類が急増することがあるが、今回のケースでは濁りが一過性のものではなかった。よって、藻類の増殖も濁りの原因ではないと推測される。 したがって、濁りの要因としては、沈殿しない浮遊物が考えられる。今後、その物質の特定と対策を検討することが必要である。

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使い捨てカイロ由来の鉄剤を肥料として水田に施用することで、冬場の水田土壌の老朽化を防ぎ、メタン発生を抑制する解決策が提案されている。 収穫後の水田に水を張り続ける慣行は、土壌の嫌気化を進め、メタン発生を増加させる。同時に土壌劣化も招き、翌年の稲作に悪影響を与える。 使い捨てカイロの内容物である酸化鉄を水田に投入することで、土壌中に酸素を供給し、嫌気状態を改善する。これによりメタン発生が抑制され、土壌の健全化も期待できる。 この方法は、廃棄物である使い捨てカイロの有効活用にも繋がり、環境負荷低減に貢献する。また、水田管理の省力化にも寄与し、持続可能な稲作に繋がる可能性を秘めている。

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長野県栄村小滝集落では、特別な農法により高品質な米が栽培され、台風による倒伏被害もほとんど見られなかった。倒伏した一部の水田と健全な水田の違いは、赤い粘土の客土の有無であった。イネの倒伏耐性向上に有効とされるシリカに着目すると、赤い粘土に含まれる頑火輝石やかんらん石などの鉱物がケイ酸供給源となる可能性がある。これらの鉱物は玄武岩質岩石に多く含まれ、二価鉄やマグネシウムも豊富に含むため、光合成促進にも寄与すると考えられる。赤い粘土に含まれる成分が、米の品質向上と倒伏耐性の鍵を握っていると考えられるため、イネとシリカの関係性について更なる調査が必要である。ただし、玄武岩質土壌はカリウムが少なく、鉄吸収が阻害されると秋落ちが発生しやすい点に注意が必要。

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緑肥を活用する意義は、土壌の改良にあります。栽培後に勝手に生える草では、土壌が未熟な段階では効果的な緑肥にはなりません。レンゲ米のように、意図的にマメ科植物を育ててすき込むことで、土壌に栄養を供給できます。勝手に生える草は、ロゼット状に地面を覆ってしまい、成長しても緑肥効果は低いです。ナズナやタネツケバナのように、小型で早く開花してしまう草も多いです。土壌生産性を向上させるには、冬に強い植物を選抜して緑肥として活用する方が効果的です。しかし、自然の生態系には未知の要素もあるため、勝手に生える草の群生にも何らかの意味がある可能性も考慮すべきです。

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土壌分析で高ECやリン酸過剰を示した場合、緑肥を栽培しすき込むことで改善が見込まれる。緑肥は土壌に高密度で根を張り巡らせ、リン酸などを吸収する。すき込み後は団粒構造の形成に寄与し、過剰分の悪影響を軽減する。しかし、炭酸石灰については、緑肥によって消費されるものの、植物体内でカルシウムは繊維質強化や酵素活性に利用され、最終的には土壌中に戻ってしまう。ミミズの働きで炭酸塩として再固定されるため、窒素やリン酸ほど顕著な減少は見られない。ただし、緑肥栽培による土壌物理性の向上、特に排水性向上により、過剰なカルシウムイオンが土壌深層へ移動する可能性がある。緑肥栽培は、硫酸石灰過多にも効果が期待できる。物理性の向上は、様々な土壌問題の解決に繋がる。

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土壌に過剰な養分が蓄積した場合、緑肥を栽培してその養分を吸収させ、その後すき込むことで土壌の状態が改善される現象について考察しています。過剰になりやすい養分として、カルシウム、リン酸、硝酸態窒素、硫酸塩を挙げ、緑肥によってこれらの成分、特に硝酸態窒素がどのように変化するのかを検証しようとしています。緑肥に吸収させた養分がすき込みによって土壌に還元されるにも関わらず、土壌の状態が改善される理由を探るという内容です。具体的には、まず硝酸態窒素の過剰状態に着目し、緑肥の活用による土壌改善メカニズムを解明していく予定です。

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長野県栄村小滝集落では、水田の土壌と米の生育の関係を調査。ある水田で秋落ちが発生し、原因が不明であった。周囲の水田と異なり、この水田のみ山の土での客土を行っていなかった。小滝集落では伝統的に、赤い粘土質の土を水田に入れ、土壌改良を行っていた。これは、土壌中の鉄分バランスを保つのに役立っていた可能性がある。客土していない水田は基盤調整で砂っぽくなっており、鉄分不足が秋落ちの原因と考えられる。水田に流入する水にも鉄分が多く含まれるため、現在では客土の必要性は低いと考えられるが、秋落ちした水田で客土を行い、効果を検証する予定。

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鉱物は植物の生育に必須の微量要素を含み、土壌の状態改善にも寄与する。土壌分析で不足する成分を特定し、適切な鉱物を施用することで、植物の生育を促進し、病害虫への抵抗力を高めることができる。例えば、ホウ素は細胞壁の形成に、ケイ素は病害虫への抵抗力向上に、カルシウムは根の発達に重要である。しかし、過剰施用は逆効果になるため、土壌の状態や植物の種類に合わせた適切な施用が重要である。鉱物の効果は土壌のpHや微生物相など様々な要因に影響されるため、経験に基づいた判断が必要となる。土壌の状態を理解し、鉱物を適切に利用することで、肥料や農薬の使用量を減らし、持続可能な農業を実現できる可能性がある。

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ベントナイト系肥料に含まれる鉄分がネギ栽培に十分かどうかを検証した結果、十分量以上であることがわかった。ベントナイトに含まれる黄鉄鉱の鉄含有量を0.2%と仮定し、200kg/反を施用すると400gの鉄が供給される。一方、ネギ1本(150g)あたりの鉄分含有量は1.8mgなので、50,000本植えた場合の持ち出し量は90gとなる。つまり、ベントナイト中の鉄分だけでネギの鉄分要求量を十分に満たせる。ただし、鉄分豊富な母岩地帯では、川の水から供給される鉄分も考慮し、過剰症に注意が必要となる。

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牛糞堆肥は土壌改良に有効とされるが、窒素過多による生育阻害、雑草種子混入、病害虫リスク、臭気問題などデメリットも多い。特に老朽化水田のような硫化鉄(II)を含む土壌では、牛糞堆肥の窒素により硫化水素が発生し、根腐れを引き起こす可能性がある。さらに、牛糞堆肥の分解過程で生成されるアンモニアは土壌pHを一時的に上昇させ、硫化水素発生を促進する。したがって、老朽化水田の改良には牛糞堆肥ではなく、腐植酸やミネラル豊富な堆肥を選択するべきである。

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奄美大島の大島紬の泥染めは、テーチ木のタンニン酸と泥田の鉄の反応を利用している。しかし、染色の過程で鉄分が消費されるため、ソテツの葉を泥田に浮かべて鉄分を補給するという伝統的な方法がある。ソテツは「蘇鉄」と書き、まさに鉄を蘇らせる役割を果たす。ソテツの根には藍藻類が共生し、窒素固定を行うため痩せ地でも生育できる。この窒素固定にも鉄が必要とされるため、ソテツは鉄を蓄積していると考えられる。同様の窒素固定を行うマメ科植物でも、ソテツのように鉄分補給が可能かどうかは興味深い点である。 関連する「新しく借りた水田が老朽化水田だった時は」では、老朽化水田の土壌が還元状態になりやすく、鉄や硫化水素による根腐れが発生しやすいことが解説されている。解決策として、土壌の酸化を進めるために、代かき時に石灰窒素を散布し、水持ちをよくするために堆肥を施すことが推奨されている。また、雑草の繁茂を抑えるために、田植え前に除草剤を使用することも有効である。

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雪解けの水田を見て、筆者は米どころの将来を危惧している。雪の重みと水は土壌を還元状態にし、過剰な肥料と相まって土壌劣化を招く可能性がある。特に肥料偽装問題の影響も受け、雪国の米作りは衰退の危機に瀕しているという。大規模農家への指導を含め、土壌の質を重視した対策が必要だと訴えている。

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収穫後の水田が緑の草で覆われている。早朝に撮影された写真には、水滴を帯びた葉が鮮やかに写り、まるで緑の絨毯のようだ。この水田は耕起後、急速に草が生育した様子。冬を迎えるにあたり、草の被覆は極端な環境変化から土壌を守る役割を果たす。 この水田では、土壌改良のため「寒起こし」も行われていた。これは先代から受け継がれた知恵であり、長年米作りを続けるための工夫の一つ。継続的な米作りには、このような地道な努力が必要であることが伺える。

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耕作放棄地問題について、ひこばえが獣害を深刻化させている側面が指摘されています。収穫後の水田に生えるひこばえは、シカやイノシシにとって栄養価の高い食料となり、冬を越すための貴重なカロリー源となっています。1反あたり1俵ものひこばえが実ることもあり、獣にとっては安全な楽園となっています。 農家にとっては、収穫後のひこばえ処理は手間とコストがかかる作業であり、米の低い収益性を考えると負担となります。大規模化が進む現状では、この負担はさらに大きくなっています。獣害対策の補助金は設置者負担を軽減するものの、経営的にはマイナスです。 補助金は税金から賄われており、都市部から地方への資金流入の一因となっています。ひこばえ問題は、農家の負担、獣害の深刻化、そして税金の投入という複雑な問題であり、日本社会の根深い問題として捉える必要があるでしょう。

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老朽化水田の問題は、特定の肥料成分、特に硫酸石灰の残留と嫌気環境下でのガス化に起因する。硫酸イオンのガス化により土壌中の鉄が作物に吸収できない形に変換され、生育に悪影響を与える。大規模稲作では収穫後、水田に水を張ったまま放置することが多く、この嫌気状態がガス化を促進する。解決策として、収穫後に水を抜き、荒起こしを行い、土壌を酸素に触れさせることが重要。さらに、緑肥を栽培することで過剰な硫酸イオンを消費させ、土壌環境を改善できる。エンバクなどの耐寒性緑肥や、伝統的に利用されてきたレンゲも有効。これらの対策は、水田の持続的な利用に繋がる。

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老朽化水田対策の要は、冬場湛水による土壌の還元化を防ぐこと。湛水すると硫酸還元菌が活性化し、硫化水素が発生、土壌中の鉄が反応し稲が吸収できない形になる。さらに硫化水素は稲の根に悪影響を与える。対策として、冬場は水を抜き酸素を供給することで硫酸還元菌の活動を抑制する。可能であれば、客土や堆肥で土壌改良を行う。さらに、老朽化の原因となる過剰な肥料成分を流出させるため、中干しを徹底する。日頃から土壌分析を行い、適切な肥料管理を行うことで老朽化の予防に繋がる。

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「肥料の原料編 第2巻」では、野菜栽培者向けに発酵鶏糞の製造過程、牛糞堆肥の問題点、廃菌床の活用法を解説。全47記事、約300ページで、鶏糞中の有機態リン酸やフィチン酸の活用、土壌分析の落とし穴、EC値、塩類集積、臭気対策、粘土鉱物など、土壌改良に関する幅広い知識を提供。 特に、発酵鶏糞、牛糞堆肥、きのこの廃菌床を肥料として活用する際のメリット・デメリットを詳細に説明。土壌の化学的性質や成分分析、臭気対策といった実践的な内容に加え、粘土鉱物のような関連知識も網羅。第1巻と合わせて、より深く肥料原料を理解するための必読書。

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鉄は作物のアミノ酸合成や抵抗性向上に重要だが、過剰症は銅やマンガンの欠乏を引き起こすため、施肥には注意が必要。鉄過剰症は、過度な炭素循環農法や老朽水田で発生しやすい。鉄欠乏対策として、土壌に鉄吸収ストラテジーⅠ型かⅡ型で吸収可能な鉄を混ぜ込む方法が有効と考えられる。鉄は銅やマンガンと拮抗作用があるため、バランスが重要であり、無理やり吸収させるのは危険。

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アミノレブリン酸(ALA)は、植物の葉緑素や赤血球成分など重要な物質の前駆体。ALA合成には硝酸還元に必要なシロヘムの生成に鉄が必要で、ALA周辺分子が不足すると硝酸利用効率が低下する。光合成不足では硝酸態窒素が活用されない点と合致する。鉄は二価鉄である必要があり、有機物由来の電子で三価鉄が還元されるため、糖の潤沢な供給が重要。ALA肥料は鉄、マグネシウムとの併用で効果を発揮するが、高濃度では除草剤となるため注意が必要。ALAは多くの生物が必要とするため元肥効果は限定的だが、特定状況下では大きな効果が期待できる。

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蕎麦殻に含まれるジスルフィド結合切断後のシステイン分解に着目し、有効資材探索の手がかりを探っている。システイン分解過程ではピルビン酸が生成され、同時に硫化水素やアンモニアといった臭気成分も発生する。このことから、硫黄含有量の高いタンパク質は分解時に臭気を発しやすいと推測される。現状では蕎麦殻に有効な資材は不明だが、システイン分解経路の理解が今後の探索に繋がる可能性を示唆している。

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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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酸は水素イオン(H+)を放出し、金属と反応する。金属の電子を奪う水素イオンは酸化剤として働き、電子を失った金属は酸化されてイオン化する。例えば、鉄と塩酸の反応では、鉄は電子を奪われ鉄イオン(Fe2+)になり、水素イオンは電子を受け取って水素ガス(H2)となる。鉄イオンは塩酸中の塩化物イオン(Cl-)と結合し、塩化鉄(FeCl2)を生成する。 この反応は、硫化水素(H2S)と鉄の反応にも見られる。硫化水素も酸性を示し、鉄から電子を奪い硫化鉄を生成する。肥料のpHは土壌への影響を及ぼすため、NPKだけでなく酸性度にも注意が必要である。生理的酸性肥料や肥料成分偽装の問題も、土壌の酸性化に繋がる可能性があるため、理解しておくことが重要。

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硫安は速効性肥料だが、土壌に硫酸根を残し、塩類集積や老朽化の原因となる。一方、尿素も速効性があり、分解後は二酸化炭素となるため土壌残留物がなく、硫安のような問題を引き起こさない。多少肥効が遅くても、速効性が求められる場合は尿素が推奨される。尿素の肥効は微生物の働きに依存するため、土壌に糖分を施すと効果が現れやすくなる。

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土壌の老朽化で発生する硫化水素は、硫酸塩還元細菌が有機物を酸化し、硫酸塩を還元することで生じる。生物は電子を必要とするのに、なぜ電子を硫酸塩に渡すのかは不明。 微生物は有機物分解の際、細胞外に酵素を放出し、分解された産物を吸収する。しかし、この過程は非効率で、産物の一部は回収漏れを起こす。この漏れ出た産物が他の生物の栄養源となり、生態系を支えている。さらに、放出された酵素（土壌酵素）は土壌中で活動を続け、新たな物質の分解にも関与する。酵素のタンパク断片は土壌の化学性を高める。このように、微生物の非効率な分解活動が生態系の循環に重要な役割を果たしている。

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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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肥料のNPK値を見るだけでは不十分で、窒素の形状まで考慮すべき。硫安は硫酸根を残し、塩類集積や土壌のゾル化につながる。硝安は窒素成分が植物に吸収されやすく土壌残留が少ないが、過剰施肥は塩類集積を招く。重炭酸安は窒素成分以外が水と二酸化炭素に分解されるため、塩類集積の心配がない。つまり、同じ窒素含有量でも、肥料の種類によって土壌への影響が大きく異なるため、形状を意識した施肥計画が必要となる。

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老朽化水田では、硫酸石灰の還元により硫化水素が発生し、悪臭と土壌への悪影響を引き起こす。微生物は二価鉄(Fe²⁺)と硫化水素を反応させ硫化鉄(FeS)として無毒化するが、この過程で土壌中の鉄が不足する。鉄不足は作物への悪影響だけでなく、土壌の弾力性を失わせ、作業性と収量を低下させる。結果として、耕作放棄に至る可能性がある。解決策は提示されていないが、土壌改良が必要であることが示唆されている。

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水田から硫化水素による腐卵臭がするのは、老朽化水田と呼ばれる現象です。硫酸カルシウムが土壌に蓄積し、水が滞留する環境で硫酸還元細菌が活動することで発生します。通常、露地では降水で硫酸カルシウムは流出しますが、水田は水を溜めるため、特に水の入れ替えが少ないと土壌に残りやすいです。硫酸還元細菌は有機物から電子を取り出し、硫酸カルシウムと反応させて硫化水素を生成します。この現象は近年増加傾向にあり、様々な問題を引き起こしています。