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スティックランド反応は、嫌気性微生物（特にクロストリジウム属）による特殊なアミノ酸発酵経路です。一方のアミノ酸（電子供与体）が酸化され、もう一方（電子受容体）が還元されることで進行します。この反応では、両アミノ酸からアンモニウム（NH4+）が外れ、最終的に有機酸（短鎖脂肪酸）が生成されます。家畜糞のメタン発酵後の消化液処理や堆肥作りなど、肥料の嫌気発酵において重要なプロセスです。
大阪府高槻市原地区で肥料教室を開いています
検索キーワード：「酸化還元電位」
肥料の発酵で重要となるスティックランド反応
キノンは還元されやすいか？
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田んぼの土壌は、酸素の供給によって酸化還元電位が変化します。酸素が多いと酸化状態になり、電子を受け取る力が強くなります。逆に酸素が少ないと還元状態になり、電子を放出する力が強くなります。
酸化状態の田んぼでは、窒素は硝酸イオンとして存在しやすく、水に溶けやすい性質から、流れ出て環境負荷を高める可能性があります。一方、還元状態の田んぼでは、窒素はアンモニウムイオンとして存在し、土壌に吸着しやすいため、流出が抑えられます。
田んぼの酸化還元電位を管理することで、窒素の流出を制御し、環境負荷を低減できる可能性があります。
水田の基肥の代替としての鶏糞の続き
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水田は、稲作に必要な水管理の容易さという利点がある一方、水没状態によりメタンガスが発生しやすいという側面もあります。乾田化は、このメタンガス発生を抑制する効果が期待できます。しかし、水田は水生生物の生息地としての役割も担っており、乾田化によって生態系への影響が懸念されます。また、乾田化には、排水設備の整備や新たな灌漑方法の導入など、コストや労力がかかるという課題も存在します。そのため、メタンガス削減と環境保全、コスト面などを総合的に考慮した上で、最適な方法を選択することが重要です。
愚者の金
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日本の土壌では、火山活動の影響で硫黄を含む黄鉄鉱が多く存在するため、硫黄欠乏は起こりにくいとされています。黄鉄鉱は金色の鉱物で、水田の秋落ち現象にも関わっています。土壌中に含まれる黄鉄鉱は、酸化により鉄と硫酸に分解され、植物に硫黄を供給します。そのため、頻繁な土壌交換を行わない限り、硫黄不足の心配はほとんどないと言えるでしょう。
メチルイソチオシアネートは土壌中でどのように変化するか？の続き
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硫安などの硫酸塩肥料を多用した土壌では、硫酸還元細菌が硫酸根から硫化水素を生成している可能性があります。そこに土壌消毒剤メチルイソチオシアネートを使用すると、硫化水素と反応して二硫化炭素が発生する可能性があります。二硫化炭素は土壌を酸化させるため、肥料成分の吸収を阻害する可能性も考えられます。硫酸塩肥料は多用されがちですが、土壌への影響も考慮する必要があるかもしれません。
メチルイソチオシアネートは土壌中でどのように変化するか？
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最近の肥料に記載される「酸化還元電位」は、土壌中の物質が電子をやり取りするしやすさを示します。電位が高いほど酸化状態になりやすく、低いほど還元状態になりやすいです。酸素呼吸をする植物の根は、土壌を還元状態にするため、酸化還元電位の調整は重要です。窒素肥料は、土壌中で硝酸化成を経て硝酸態窒素になる際に、土壌を酸化させるため、酸化還元電位に影響を与えます。適切な酸化還元電位の管理は、植物の生育にとって重要です。
銅から活性酸素が生成される仕組みを知りたいの続き
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酸素発生型光合成の誕生前は、酸素を発生しない光合成生物しかいませんでした。しかし、ある時、シアノバクテリアの祖先が、マンガンを含む酸素発生系を獲得しました。これは、水を分解して電子を取り出し、その際に副産物として酸素を発生させるシステムです。この酸素発生型光合成の誕生により、地球上に酸素が蓄積し始め、私たち人類を含む好気性生物の進化が可能になりました。
水田からメタン発生を気にして乾田にすることは良い手なのだろうか？
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水田を乾田にすることでメタン発生は抑えられますが、鉄の溶脱が減り、下流の生態系や生物ポンプへの影響が懸念されます。水田は腐植蓄積によってメタン抑制と減肥を両立できるため、安易な乾田化ではなく、水田の特性を活かした持続可能な農業が重要です。また、畑作における過剰な石灰施用も、土壌劣化や温室効果ガス排出増加につながるため、土壌分析に基づいた適切な施肥が求められます。
今年も観測していたレンゲ米栽培の田が無事に収穫を迎えたそうです2023
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田の酸化還元電位に関する記事は、土壌中の鉄分の状態から、田んぼの土が酸化的か還元的かを判断する方法を解説しています。
健康な土壌は還元状態ですが、酸化的になると稲の生育に悪影響が出ます。酸化的かどうかの指標として、土中の鉄分の状態を観察します。
還元状態の土壌では鉄分は水溶性の2価鉄として存在し、土の色は灰色や青灰色になります。一方、酸化的になると鉄分は水に溶けにくい3価鉄になり、土の色は赤褐色や黄色っぽくなります。
記事では、これらの色の変化を写真で比較し、土壌の状態を診断する方法を紹介しています。
水田に張られた水は魚にとっては過酷な環境であるらしい
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水田は、水温上昇や酸素不足により魚にとって過酷な環境です。ドジョウは、粘液による皮膚呼吸や腸呼吸でこの環境に適応しています。しかし、オタマジャクシも中干し無しの高温・低酸素状態の田で見られます。彼らは魚ほど酸素を必要としないのか、あるいは既に肺呼吸に移行しているのか、疑問が残ります。水田の生物の適応能力は、まだまだ未知の部分が多いようです。
中干し無しの田でジャンボタニシが減った気がする
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筆者は、中干しなし＋レンゲ栽培をしている田んぼでジャンボタニシが減った可能性を考察しています。 ポイントは、土壌中の鉄分の酸化還元です。
①レンゲにより土壌中の有機物が増加
②春に土壌表面が急速に褐色化したことから、鉄分が酸化
③その後、潅水により鉄分が還元され土壌中に蓄積
この還元された鉄をジャンボタニシが摂取することで、農薬と同様の効果が生まれたと推測しています。そして、タンニン鉄が有効なのではないかと結論付けています。
中干し無しの稲作から米の品質向上のヒントを得た
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中干し無しの稲作に取り組む農家の米が、品質検査で最高評価を得た事例を紹介しています。
この農家は、土壌改良、レンゲ栽培、中干し無しに加え、減肥にも取り組んでおり、収量が多いだけでなく、品質も高い米を生産しています。
記事では、この品質向上の要因として、
1. **初期生育段階での発根促進**
2. **猛暑日における水張りによる高温障害回避**
3. **川からのミネラル供給量の増加**
の3点を挙げ、土壌の物理性改善とガス交換能向上による重要性を指摘しています。
さらに、中干し無しの稲作は、水管理コストや農薬散布の削減、夏季の気温上昇抑制にも繋がり、環境にも優しい持続可能な農業を実現するとしています。
レンゲ米の田の土表面の褐色化が目立つ
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レンゲ米の田んぼの土表面でみられる褐色化は、鉄の酸化による可能性があります。もしそうであれば、土壌中の酸化鉄の増加により、窒素固定が促進され、稲の倒伏や温室効果ガス発生の可能性が高まるため、肥料を抑えた方が良いでしょう。食料安全保障の観点からも、肥料に頼らない稲作は重要であり、米の消費拡大も同時に考える必要があります。
西の仁多米、東の魚沼コシヒカリ
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仁多米の生産地である奥出雲町は、花崗岩が多く、特に鬼の舌振に見られる粗粒黒雲母花崗岩は風化しやすく、鉄分を多く含んでいます。この鉄分が川を赤く染め、水田にミネラルを供給している可能性があります。さらに、土壌中の黒雲母も風化によってバーミキュライトを生成し、稲作に良い影響を与えていると考えられます。これらの要素が、仁多米の高品質に寄与していると考えられ、他の地域での稲作のヒントになる可能性があります。
消化汚泥から得られる溶解性リン酸態リン
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リン鉱石の枯渇が懸念される中、下水処理場の消化汚泥からリンを回収する技術が注目されています。消化汚泥とは、下水を処理する過程で発生する有機物をメタン菌によって分解した後のアルカリ性の汚泥です。
この消化汚泥に硫酸やクエン酸などの酸を加えることで、リン酸を溶解させて回収します。しかし、強酸である硫酸は施設の腐食や重金属の溶出が懸念され、クエン酸は有機物負荷による水質汚染の可能性があります。
消化処理自体もメタン発生による温室効果の問題を抱えているため、リン回収だけでなく、汚泥肥料としての活用など、包括的な解決策が求められています。
畑作の輪作の稲作ではリン酸はどのようにして減っていくのか？
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畑作後に水田を作ると、リン酸が減少する理由は、水田の還元環境にあります。
通常、土壌中のリン酸は鉄と結合し、水に溶けにくいFePO₄の形で存在します。しかし、水田の酸素が少ない環境では、鉄が還元されFe²⁺となるため、リン酸との結合が弱まり、水に溶けやすい形に変化します。
また、カルシウムと結合したリン酸も比較的溶けやすく、水田環境では自然と減少します。これらの要素が重なり、畑作後の水田でリン酸が減少すると考えられています。
田の酸化還元電位の続き
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田んぼの土壌の物理性が改善すると、腐植やヤシャブシ由来のポリフェノールが増加し、硫酸よりも還元されやすい状態になるため、硫化水素の発生が抑制されると考えられます。
ポリフェノールは、重合するとタンニンや腐植物質を形成し、土壌中で分解される際にカテキンなどの還元力の高い物質を生成する可能性があります。
また、土壌の物理性改善は、稲の根の成長を促進し、鉄の酸化や硫酸の吸収を促す効果も期待できます。これらの要因が複合的に作用することで、土壌中の酸化還元電位が変化し、硫化水素の発生が抑制されると考えられています。
田の酸化還元電位
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水田では、酸素不足のため土壌が還元状態になりやすく、硫化水素が発生しやすくなります。土壌中の物質は、還元されやすい順に、硝酸イオン、マンガン、鉄、硫酸イオン、二酸化炭素と還元されます。
鉄は硫酸イオンより還元されやすいので、鉄が存在すれば硫化水素の発生は抑えられます。つまり、土壌に鉄を供給したり、鉄の酸化還元をコントロールすることが重要になります。
土壌の物理性を改善することで、硫化水素やメタンの発生を抑制できる可能性があり、そのメカニズムについて、今後の記事で解説していく予定です。
電圧について整理する
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この記事では、電圧を分かりやすく解説しています。電圧とは「電気を流そうとする力」であり、注射器の例えを用いて説明されています。注射器を押す力が強ければ、水(電流)の勢いも増すように、電圧が高ければ電流も強くなります。さらに、水車の例えを用いて、電圧が高いほど水(電流)の勢いが増し、歯車(電気機器)の動きが活発になることを示しています。電圧の理解を深めるために、抵抗についても次回以降解説される予定です。
電流について整理する
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## 最近の肥料でよく見かける酸化還元電位の内容要約（250字）
記事では、土壌中の酸化還元電位が植物の生育に大きく関わることを解説しています。酸化状態の高い土壌では、窒素が植物に吸収されにくい硝酸態窒素として存在し、逆に還元状態では吸収しやすいアンモニア態窒素が優勢になります。
従来の化学肥料は土壌を酸化させる傾向にありましたが、近年は酸化還元電位を適切に保つことが重要視され、還元状態を促進する資材を用いた肥料も登場しています。
記事では、酸化還元電位を測定する重要性や、測定値に基づいた適切な土壌管理の必要性を説いています。
最近の肥料でよく見かける酸化還元電位
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農薬や化学肥料の使用が土壌環境を悪化させるという意見に対して、反論を展開しています。
著者は、土壌中の微生物の量と多様性は有機物量に影響を受け、農薬や化学肥料の影響は限定的だと主張。また、連作障害の原因は特定の栄養素の過不足や病害虫の発生であり、農薬や化学肥料が直接の原因ではないと説明しています。
さらに、土壌pHの変化は施肥の影響を受けやすく、適切な土壌管理が必要だと指摘。結論として、農薬や化学肥料の使用と土壌環境悪化の因果関係は薄いと結論付けています。
稲作でカリウムの施肥を減らして、二酸化炭素の排出量の削減に貢献
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農研機構の研究報告によると、稲作でカリウム施肥を減らすと、イネが土壌鉱物を分解し難分解性炭素が土中に蓄積される。これにより土壌の物理・化学性が改善され、翌年の収量・品質向上が期待できる。同時に土壌がCO2を吸収・固定し、地球温暖化対策に貢献。中干し時の土のひび割れも抑制され、環境負荷が低減されるため、持続可能な稲作には「土作り」が重要となる。
土作りのステップアップとしてのエッセンシャル土壌微生物学を薦める
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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。
土壌消毒について見直す時期ではないだろうか？
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土壌消毒を見直すべき時期が来ている。深く耕すと病原菌が浮上する懸念があるが、土壌消毒剤は深部に届かない可能性がある。糖蜜やエタノールを用いた土壌還元消毒は深部の病原菌を減少させる効果がある。これは米ぬかによる土壌還元消毒と同じ原理で、嫌気環境下で有機物が分解される際に土壌の酸化還元電位が変化し、過酸化水素や二価鉄が生成され、ヒドロキシラジカルによる強力な滅菌作用が生じるためと考えられる。土壌改良材、米ぬか/糖蜜、酸素供給材を組み合わせ、マルチで覆うことで、病原菌の生育環境を改善できる可能性がある。連作を避け、ソルガムなどの緑肥を栽培すれば更に効果的。米ぬかは菌根菌増殖や食害軽減にも繋がる。