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Vol.1
  発酵堆肥の
  利用目的とは

Vol.2

  実現可能な良質
  堆肥づくりとは

Vol.3
  C/N比からみた
  良質堆肥づくりの
  実際

Vol.4
  良質堆肥づくりの
  最終目的は
  リン酸の有効化
Vol.5
  微量ミネラルが
  作物と家畜を
  病気から守り
  生産性を上げる

Vol.6
  牧場成功の
  チャンスとなる
  堆肥づくり

Vol.7
 サイレージが
  ほんの少しでも
  良くなることが、
  牛たちには
  何よりもうれしい
  ことなのです

Vol.8
 良質でおいしい
  牛乳が増えれば
  消費はまだまだ
  伸びる



リン酸が効いてくると作物の品質が良くなることは農業者なら誰でも知っている。しかしそのための努力や投資をしている酪農家が非常に少ないのはなぜなのか?
飼料作物が良質化され、乳牛は健康になり、牧場の利益も増え、すなわちここに牧場の成功の鍵があるにもかかわらず!


 前回は堆肥発酵の決め手となるC/N比(炭素率)について、嫌気性発酵の現場での事例を組み合わせて見てきました。 今回は、良質作物づくりをさらに現実的なものにするために、作物に不可欠なリン酸の有効化について考察してみたいと思います。

 「燐は生物の生命現象に直接関連をもち、ほとんどあらゆる生理作用に関与している。なぜこのように生命と関係深いかを考えるには生命の起源から考察する必要がある。他の必要元素のように生物の進化の途上において必要性を獲得したのではなく、生命はスタートにおいて燐を構成要素として包括、発生したのではないかと著者は考えている。」
「現在、地球上に ―中略― 150万種といわれる生物が存在している。それこそさまざまの生物が存在しているが、いずれも燐を中心としてできたDNA(デオキシリボ核酸)を遺伝物質として保有する一系の地球型DNA生物であることは注目すべき事実である。」
 「“燐がなければ生命も無い”ということもできる。それくらい燐は生物にとって重要なものである。このように大切な燐の資源である燐鉱石について、産業として稼行し得るものはわが国には存在していない。そのため、燐酸肥料をはじめとする燐酸工業用の燐鉱石は全量輸入に頼っている。」(『燐と植物T』博友社より抜粋)

 このように研究者はリンの重要性を強調します。そしてそのリンの存在量は日本において非常に少なく、地球全体でも存在量の少ない資源です(表1参照)。そのため植物は、利用できる形態の燐酸が環境中できわめて乏しい状態に適応し、その獲得方法と、取り込んだリン酸を効率良く利用する代謝系を、長い時間をかけて作り上げてきたものといわれています。
 それらについて詳しくみていきましょう。 (以下リン及びリン酸をP、チッ素をN、カリをK、カルシウムをCa、マグネシウムをMg、イオウをSと表現する場合があります。)
表1 地殻の平均成分 (%)
成分名 SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5
含有量 60.18 15.61 3.14 3.88 3.56 5.17 3.91 3.19 1.06 0.30
文献 Clark,F.W.and H.S.Washington:The Data of Geochemistry(1924),The Composition of the Earth's Crust,U.S.Geol.Survey Profess.Paper(1924)
植物体中のリン酸の種類とその働き
 PはN、Kとともに植物の主要な元素ですが、通常の植物体のPの含有率は新鮮重当たりわずか0.04%、乾物重当たり0.3%程度しか含まれず、炭水化物を除く植物体構成成分のおよそ4%です(表2参照)。Pを1とすると、その他の元素N、K、Ca、Mg、Sは20:5:2.5:2.0:0.5になります。しかしこのわずかなPが、これからお話しする素晴らしい働きによって植物の生活に深く関わり、そして支えているのです。
表2 作物体(開花期)中の元素含有量(乾物%)
植物名 Ca K Mg N P
ヒマワリ 2.2 5.0 0.64 3.6 0.56
ソラマメ 2.1 4.0 0.59 3.6 0.55
小 麦 0.8 6.7 0.41 4.5 0.49
大 麦 1.9 6.9 0.54 4.7 0.52
エンドウ 1.6 5.3 0.50 4.5 0.19
トウモロコシ 0.5 3.9 0.40 2.9 0.39
文献 Miller,E.C.:Plant Physiology,284,286,Mc.Graw Hill(1938)
DNA(デオキシリボ核酸)  ― 遺伝情報伝達物質
 DNAは自らと同一の個体を再生産する自己複製のための遺伝情報源であり、Pを主要な構成成分とし、すべての生物体に含まれます。DNAは、例えると鉄道の線路を右側にねじったようなもので、線路は糖(デオキシリボース)とリン酸基から成り、枕木は4種の塩基成分(アデニン、グアニン、シトシン、チミン)から構成されています。この二重螺旋のDNAは細胞分裂の際、螺旋は1本ずつとなり、それぞれに同じ構造のものが複製されます。
RNA(リボ核酸)  ― タンパク質合成装置
 数種のRNAがあり、DNAの遺伝情報に基づいて役割を分担し、植物体の構造や機能に関わる種々のタンパク質を合成します。RNAもPを主要な構成成分とし、すべての生物体に含まれます。

「DNAは遺伝、RNAは蛋白質合成という、言い換えれば生殖と生長という生物を形づくる二つの大きい作用を司るものであって、しかもDNA、RNAともに燐酸が軸となる主要な成分であることは生物にとって非常に重要なことである。」(『燐と植物T』博友社より抜粋)
リン脂質  ― 生体膜の構成成分
 リン脂質は、植物をはじめとする生体に広く分布する複合脂質の一種です。
 植物をはじめとする生物は、原形質膜、核膜、ミトコンドリア膜などの生体膜をもち、自らを外界から区分し、その内部では異なる性質や機能を保持しています。すなわち生体膜は異物の侵入を防ぐためのバリアーの働きをもつと共に、養分などの必要物質を摂取し、不要物質を排出するという物質の出入口の役割を果たし、細胞内の諸機能を円滑に働かせるための仕切りともなっています。
 生体膜は養分などを水溶性物質として取り込むためには親水性(水分子となじみやすい性質)であることが求められます。しかし生物は主に水のある環境に存在するので、バリアーとしては疎水性(水分子となじみにくい性質)であることが求められます。この相反する性質を両立させるために生体膜は複雑な機能を持っています。
 この生体膜の親水性、疎水性と膜透過性などの多様な機能を果たすために、Pが重要な役割を担っています。
ATP(アデノシン三燐酸)  ― 高エネルギーリン酸化合物
 ATPは各種動植物組織に存在します。そして植物が活動する際のエネルギーの授受、伝達、保蓄を支配しています。またATPは分解の際に多量の自由エネルギーを放出して、植物の活発な代謝に非常に重要な役割を果たします。
 植物体に存在するATPは、他のリン酸化合物より少ないのですが、その代謝回転率が非常に高いという特徴があります(表3参照)。たとえば活発に代謝しているトウモロコシの根の先端においては、少量のATPが細胞のエネルギー要求を積極的に満たすために、新鮮重1グラム当たり、1日で約5グラムのATPを合成します。
表3 ウキクサ属のリン酸化合物の代謝回転と合成率
(Marschner,1986)
リン酸化合物
(nモル/g新鮮重)
代謝回転
(分)
合成率
(ナノモルP/g新鮮重×分)
ATP 170 0.5 340
グルコース-6-リン酸 670 7 95
リン脂質 2,700 130 20
RNA 4,950 2,800 2
DNA 560 2,800 0.2
糖燐酸エステル  ― 低エネルギーリン酸化合物
 グルコース-6-燐酸やフラクトース-1.6-燐酸など植物体には多種多様の糖燐酸エステルが存在し、細胞のエネルギーの充足に貢献しています。
無機燐酸  ― 代謝調節機能とリンの貯蔵物質
 光合成とそれに続く炭素代謝の調節など、植物細胞で重要な代謝調節を担っています。さらに貯蔵物質としてのPの役目も担っています。
フィチン酸  ― 親から子への財産としてのリン
 穀類や種子にかなり多量に存在します。Pの供給が多くなるとすべての作物の登熟が進み、子実収量が増えるのはこのためです。そしてその大部分は発芽直後に分解され、主にリン脂質に取り込まれ、幼植物の生体膜の合成に使われます。
含燐補酵素  ― 酵素作用の発現に寄与する物質
 補酵素の中にはPを含むものが多く、Pを含む補酵素には生体における酸化還元、炭水素代謝、アミノ酸代謝などを触媒するものが多く、生体反応におけるPの重要性を示すものの一つです。
 主なものはコエンザイム類、フラビンモノヌクレオチド(FMN)、ピリドキサールP、チアミン2-燐酸などがあります。
 以上お話ししてきたように、Pは生命現象のあらゆる部分に深い関連を持っています。植物にとっては光合成で必須であり、植物細胞を構成する各種炭水化物、タンパク質、脂質をはじめとするほぼ全ての化合物の合成、代謝と細胞分裂において不可欠な役割を果たしています。
● リンの欠乏症状
   Pが欠乏する土壌における最初の生育障害は、初期生育の抑制です。この障害はすべての植物に共通しています。P欠乏が強度に進行すると、初期生育が強く抑制され、細胞分裂・肥大も停止され、最終的に枯死に至ります。P欠乏が強度でない場合は、葉の発生と展開の停滞、下位葉の枯死、また分けつの停滞などの生育抑制が起こりつつ、ゆるやかに生育します。
 根がある程度生育した後は根の伸長とともにPの吸収が次第に増加し、さらに下位葉から新葉へのPの移行が活発となり、生育は次第に回復します(図1参照)。
 生育中後期の生育障害としては、花芽分化の抑制と子実や果実形成が遅延し、登熟はすべての植物で遅れます。

 「少なすぎまた多すぎるリンの植物生育への影響はチッ素やカリの場合より顕著ではない。過剰が熟期を早めるので、大ていの養分より成熟期を促がすと考えられる。リンの欠乏は根と地上部に同じように影響し、萎縮した植物に特徴がある。多くの土壌は動物の栄養要求の立場からリンに欠乏した飼料を産しており、飼料中のリン含量を増やすために十分にリンを施肥するとこの場合の飼料の品質が改良される。」(土壌・肥料学の基礎.養賢堂より抜粋)
図1 低リン土壌で生育する各種作物における生育日数の経過にともなう+P区に対する−P区の全乾物重の推移
  (但野・田中,1980)
図1
リン酸の有効な利用方法
 以上見てきたように、Pは植物を含むすべての生物のあらゆる活動に重要な役割をもつ成分です。
 しかしこのPは、土壌中には非常に少ない物質であることは先にお話ししました。さらに重要な問題は、土壌に施用したPが作物に利用されにくいP(不可給態)になってしまうということです。それは、土壌のpHが下がると(酸性化)土壌中に多く存在する鉄やアルミナ、さらにカルシウム等と結合し、作物が吸収しづらい状態のPになるからです。特に日本は雨が多く火山灰土が多いため、土壌pHは低い傾向にあります。さらに化学肥料の多くは土壌を酸性化します。
 その対策として多くの化学肥料は、山型肥料といわれるようにNやKよりPを高くしているのです。
  しかしその化学肥料に含まれるP成分の内、作物が利用できるPはわずか10〜15%程度です。残りの85〜90%のPは不可給態となり、土壌中に固定されます。“土壌分析ではPは十分すぎるくらいあると診断されるので、Pは要らない”と言う方がいるのですが、問題はそう単純ではないのです。
 この対策として熔リンと炭カルの施用による草地更新における土壌改良が一般的ですが、現場を見る限りその効果の永続性には疑問が残ります。

 “熔リンと炭カルの使用は原野等を開拓した時の一回のみにすべきである。”という、ある研究者の発表を読んだことがあります。なぜなら熔リンのPと炭カルのCaが経時的に結合して不可給態になるなどの理由によるものでした。実際に“土壌分析の結果で出てきたリン酸吸収係数で、石灰の施用量が示されるが、これだけ畑に散布したら草も生えなくなるだろうし、土が硬くなって家畜の足も折れてしまうほどだ。違うところに相談しても同じ答えしか返ってこない。どうしたら良いだろう。”という相談を何度か受けたことがあります。そういう農場は決まってチッ素肥料を多量に施用し、堆肥づくりを十分にしていない傾向があります。
 今までの土壌改良はあくまでも化学的かつ物理的な方法によるものが中心になっているように思います。その評価においても、収量性の改善に重点が置かれているのではないでしょうか。
 これからは生物学的手法も取り入れた、年々改善効果が上がっていくような持続性のある土づくりが必要になっていくべきででしょう。そしてその評価も量のみならず、質の改善にも着目して評価するべきではないでしょうか。
 それらの観点から、私たちが現在まで20年以上に渡って進めている今回のテーマである、リン酸の有効化について次に提案します。
※1 当社取り扱いの土壌改良資材有機質リン酸カルシウム肥料(特殊肥料)製品名の略
※2 当社取り扱いの嫌気性菌主体による堆肥用微生物資材製品名の略
提案 1 微生物と相性の良いリン酸カルシウム資材を生堆肥、液肥に投入して一緒に発酵させる
Pのエネルギーで微生物が活性化され、堆肥発酵も進みます。
P成分は微生物内に保持され(菌体のP)、圃場に投入してからのPの金属類との結合も減少します。有効態のPが大幅に増加し、作物に吸収されやすくなります。
通常Pの移動は大変少ないのですが、菌体Pの移動は大きくなり作物根に引きよせられ、さらに吸収量が増えます。
堆肥、液肥に入れるリン酸カルシウム資材を10年程前に多種比較検討し、以来リン酸質グアノ「S/G※1」の利用を提案しています。理由は生き物全体が含まれているため微量ミネラルが多く、多孔質で微生物との相性も良いからです。(微生物に住処を与え、余分なアンモニア等を吸着するので脱臭効果も高い) さらにCaは動物性の珊瑚Caなので作物への吸収が違います。窒素グアノ、バットグアノと比較して、NとKがほとんど無いので牛糞尿の成分に合わせやすいのが特徴です。発酵されたグアノのP成分は、50〜60%作物に利用されるPになります。
提案 2 土壌改良効果の高い堆肥づくり(3月号参照)に努め、土をやわらかくし(団粒の形成)、根の張りの良い作物づくりをする
土づくりがうまくいくと土がやわらかくなります。それは団粒が形成され気相が増えるからです。
そうなると作物の根の張りも良くなります。Pの多くは細根の先や根毛の先端から吸収されるので、白根が増えるとPの吸収も活発となります。
敷料が少なかったり、液肥等でC/N比が低い土壌改良効果が期待できない堆肥の場合、あるいは、なんらかの理由で好気性発酵がうまくいってない場合、R/M※2を使用して嫌気性発酵(2月号参照)に挑戦してみてほしいものです。1月号でお話ししたホルモン(エチレン)の働きで根の張りが改善されます。
 以上の提案を実行しPが有効化され作物に十分な量のPが吸収されると、以下のような改善がみられます。
作物の糖度が上がり、乾物が増える。
硝酸態チッ素が下がる。
トウモロコシの熟度が進み、子実割合が増える。
倒伏、病気の発生が減少する。
乾きやすい嗜好性の良い牧草ができる。
サイレージの発酵品質が改善される。
 世界の四代文明として知られているメソポタミア、エジプト、インダス、黄河はいずれも農業文化を基礎としていました。そしてどの文明も近くに燐鉱床が点在しており、今でも採掘が続いている所もあります。さらにシルクロードは燐鉱床の上をたどっているそうです。いずれも興味深い話しです。
 最後に、グアノについて書いてある書籍の一部を抜粋して、今回は終わりたいと思います。
次回は、動植物に重要な働きをするトレースミネラルについて見ていきます。
 「リンは地殻に広く分布しており全元素の重量比で0.1%に相当する。われわれが利用するリン酸塩の大部分は糞化石(グアノ)とその末端産物やサンゴあるいは生物的な作用と物理化学的な作用により生成した海底の堆積物に依存している。」
 「いずれにせよ、リン酸塩の堆積物の生成にとって重要なことは、生物が外界からリン酸塩を摂取する能力によっており、その結果、生物体内のリン酸の濃度は1000倍あるいはそれ以上に濃縮される。グアノを例にとると、リン酸塩は長い食物連鎖の過程(海産微生物→甲殻類→魚類→海鳥)を経て濃縮される。」(『植物栄養・肥料の事典』朝倉書店より抜粋)
 「1843年から約20年間、ドイツの化学者リービッヒと、イギリスの化学者ジョン・ローズ(ロザムステッド農事試験場の初代場長)との間に、有名な論争が行われました。当時、ゲセッツ・デス・ミニスムス(最小養分律)を説いたリービッヒと、ローズが共に最も重要視していたのは、いかにして収穫を増大させるかということでした。ローズは特定の植物栄養素を与えたときに収穫が増大すれば、それが一番よい肥料だと考え、それをアンモニアだとしました。一方リービッヒは欠乏しているものに目をつけましたが、要するに肥料のよし悪しをすべて収穫量をもって計ったのです。結局この論争ではリービッヒが負けて、ローズが勝ちました。その当時のアンモニアといえば、アンチョビ(小さな鰯)を食べるグアノ鳥がつくり出した堆積物でグアノと呼ばれる動物性の、生き物全体が含まれている有機質肥料でした。ところが時代がすすみ、化学の発展にともなって、空中の窒素を固定する方法が発明され、グアノのような総合的な有機質肥料にかわって無機質の硫酸アンモニア肥料が合成されて使われるようになりました。ヨーロッパもアメリカも、土壌pHは中性から微アルカリ性であり、硫酸アンモニアの効果は大いに上がりました。」(『土といのち』地湧社より抜粋)
● 補足
 グアノを当社で取り上げる際、リン酸について教えていただくために、専門家であるK博士を訪ねたことがあります。そこでK博士より「グアノは良いものだけど、この業界は怪しいものが多いので気を付けるように」とのアドバイスをいただきました。実際グアノの普及活動をはじめてみると、本当に怪しい業者が多いのです。肥糧検定協会へ多くのグアノ製品の分析依頼をしましたが、彼らが主張している成分とは程遠い成分内容の製品が多く、ひどい業者は当社取り扱いのS/Gの分析表をコピーし、製品名だけを書き換えて販売活動に使っていたこともありました。
 せっかく良質飼料をつくるために使用しているものが、まがい物では困ります。注意したいものです。もし不信なものがあれば、お知らせ下さい。当社負担で(財)日本肥糧検定協会に分析を依頼します。
《つづく》
 
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