土壌、堆肥の基礎知識

●土壌編

１．土壌の定義

２．土壌の物理性

３．土壌の水素イオン濃度（ｐＨ）

４．有機物の腐食と小動物・微生物

５．窒素の循環・固定

６．必須元素と肥料の三要素

７．マルチ栽培の効果

８．施肥方法

９．有機物の分解と炭素率(C/N比)

●堆肥編

１．堆肥化の目的

２．堆肥化の微生物変化

３．微生物活動の環境作り

●微生物編

１．土壌生物の分類

●土壌編

１．土壌の定義

　１）土の層

　　地質学的にみると土壌とは、岩石が雨、雪、風などの自然現象により
　　破砕され、風化したものが、地表を覆っている層ということができます。
　　農業的には、土壌は作物を生産する場でありますが、
　　作物以外の植物や生物にとっても重要な生態系を形成するものでもあります。

　　　また、土壌はいくつかの層に分かれていて、地上に近い部分から
　　Ａ層（表層）、Ｂ層（下層）、Ｃ層（底層）と名づけられています。
　　Ａ層には小動物や微生物が多く生息しており、植物の根も多く、
　　もっともやわらかい層となっています。
　　Ａ層は、Ｂ層の土が小動物や微生物の働きにより分解され、
　　団粒構造の土となり作物を育てるのにもっとも適した層になっています。

　２）作物が育つ土になるまで

　　岩石の破砕物に有機物が混じると、有機物を食べる小動物や微生物が
　　増えます。
　　小動物が小さくした有機物や小動物のふんを微生物が分解し、
　　作物が育つための　栄養分が土の中に含まれるようになります。
　　また、このときの微生物の分泌物などにより団粒構造となり、
　　通気性が良く、排水性と保水性も良い土となります。

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２．土壌の物理性

　１）粒子の大きさによる分類

　　土壌は大きさの違う粒子でできています。
　　粒子の大きい順に、
　　粗砂、細砂、シルト、粘土
　　に分類されます。

　２）土壌の三相

　　土壌は固体の部分以外に、土の粒子間の孔隙にある
　　水と空気でできています。
　　固体の部分と水と空気の割合は容積の割合で表され
　　それぞれを固相、液相、気相といいます。
　　作物が良く育つためには、固相が40%、液相と気相がそれぞれ30%程度が
　　適当であるといわれています。

　３）団粒構造と単粒構造

　　土の粒子のかたまりを団粒といい、さらに団粒と団粒がくっついて
　　集まっている状態を団粒構造といいます。
　　また、砂質の土のように粒子がバラバラになっている状態を
　　単粒構造といいます。

　　・団粒構造の発達
　　　ミミズのふんやミミズが食べて排泄した土の粒子は、良質な団粒となります。
　　　また、微生物が有機物を分解するときに粘り気のある分泌物が
　　　土の粒子を結合して団粒構造を発達させます。
　　　土中に残された作物の根は、土中の小動物や微生物のはたらきを
　　　促進する事によって団粒構造の発達に役立ちます。

　　・団粒構造の効果
　　　団粒と団粒の間にある孔隙は水や空気の通りをよくするので、
　　　排水性が良く酸素の補給もしやすくなります。
　　　また、団粒内部の小さな孔隙は水を保持するはたらきをします。
　　　そのため団粒構造が発達すると、作物の根が伸びやすく
　　　育てるのに好都合な土となります。

　　・団粒構造の破壊
　　　団粒構造は、雨や有機物が分解したりすると破壊されてしまいます。
　　　また、土が過乾燥や過湿の時に耕したりしても破壊されます。

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３．土壌の水素イオン濃度（ｐＨ）

　ｐＨは、土壌中の水素イオン濃度の大小を示す指標です。
　水素イオン濃度が高いほどｐＨの値は低く、5.0以下が強酸性、
　5.0〜5.5が酸性、5.5〜6.0が弱酸性、7.0が中性、7.0〜7.5が微アルカリ性、
　7.5〜8.0がアルカリ性、8.8以上が強アルカリ性です。
　作物ごとに最適なｐＨがありますが、
　日本では、雨が多い気候のためカルシウムなどの塩基類が洗い流され
　土壌が酸性に偏っている場合があります。

　１）酸性の害

　　・養分の欠乏と過剰
　　　酸性に偏った土壌はカルシウム・カリウム・マグネシウムなどが
　　　洗い流されているので、これらが欠乏します。
　　　またマンガンなどは酸性で溶けやすくなり過剰の害がおこります。

　　・微生物の活動の低下
　　　微生物は種類によっては酸性条件下でははたらきにくいので、
　　　微生物の活動が低下し有機物の分解が減少します。

　２）酸性の改良法

　　酸性土壌を中和するためには石灰や苦土石灰を施用します。

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４．有機物の腐食と小動物・微生物

　１）有機物の腐食

　　　動植物の遺体や小動物の排泄物などの有機物は土壌中で
　　　微生物によって分解され、腐食となります。
　　　土の黒い色は腐食によるものです。
　　　腐植含量10%以上でおよそ黒色、5〜10%では黒褐色になります。

　２）腐食の効果

　　・土壌の緩衝作用が大きい。
　　　酸性やアルカリ性に多少偏っていても、肥料を少々施しすぎても
　　　障害を受けにくくなります。

　　・養分の供給
　　　腐植は窒素、リン酸、カリをはじめ微量要素を含んでいて、
　　　その効果はおだやかに長く効きます。

　　・土壌改良
　　　腐植は団粒構造を発達させて保水性や通気性を高めます。
　　　また微生物の活動が活発になり、有益な微生物の種類や数が増えます。

　３）小動物・微生物のはたらき

　　・1gの土の中には1億もの微生物が存在すると言われています。
　　　ミミズや団子虫などの小動物や糸状菌、放線菌、細菌などの
　　　微生物の多くは、有機物を食べて生活しています。
　　　有機物が分解されて無機物になったもののうちの大部分は
　　　水と二酸化炭素ですが、残りの窒素やリンなどは作物に
　　　養分として吸収されます。
　　　分解されなかった有機物は腐植として土壌中に残り、
　　　ふたたび他の種類の微生物に利用されます。
　　　また、小動物や微生物の中でも生きているものどうしの食物連鎖があります。

　　・ミミズをはじめとする小動物は土を耕し、土をやわらかくするのに
　　　役に立っています。
　　　また、土壌の表面近くには酸素のあるところにすむ微生物（好気性菌）、
　　　さらに深いところや水田には、酸素の少ないところで生活する
　　　微生物（嫌気性菌）がいます。
　　　微生物の多くは常温で生活し、ｐＨが5.0 〜 7.5　位を最も好みます。

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５．窒素の循環・固定

　１）窒素の循環

　　　微生物は有機物中のたんぱく質を分解して、アンモニア態窒素を
　　　土中に放出します。このことを有機態窒素の無機化と呼びます。
　　　また、硝酸化成菌によりアンモニア態窒素が硝酸態窒素となり、
　　　これが作物の肥料となります。

　２）窒素の固定

　　　大気の８０％を占める窒素ガスは大部分の生物には利用されませんが、
　　　細菌や藻類のなかには窒素ガスを窒素化合物に変えて
　　　固定できる種類があります。
　　　窒素ガスを固定できる細菌のなかで代表的なものは、
　　　マメ科植物に共生する根粒菌です。

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６．必須元素と肥料の三要素

　　植物は空気中の二酸化炭素と水から光をエネルギーとして
　　光合成によってでんぷんを作っています。
　　植物の体をつくるにはでんぷんだけでは足りず、無機の元素を
　　必要とします。

　１）多量元素

　　　多量元素は植物の必須元素のなかで植物の要求量の多いものをいいます。
　　　窒素(N)、リン(P)、カリウム(K)、カルシウム(Ca)、
　　　マグネシウム(Mg)、イオウ(S)

　２）微量元素

　　　微量元素は植物の必須元素のうちで要求量の少ないものをいいます。
　　　鉄(Fe)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、銅(Cu)、
　　　ホウ素(B)、モリブデン(Mo)、塩素(Cl)

　３）肥料の三要素

　　　必須元素のなかでもっとも要求量の大きい元素を肥料の三要素といいます。
　　　窒素(N)、リン(P)、カリウム(K)

　　・窒素質肥料
　　　有機態窒素は、植物油かすや堆肥などにタンパク態で含まれています。
　　　微生物によって分解されてから作物に吸収されます。

　　・リン酸質肥料
　　　肥料の成分の表し方は酸化物の形で、リン酸といいます。
　　　有機態リン酸を含むものには、堆肥、米ぬか、油かすなどがあります。
　　　これらは微生物によって分解されてから作物に吸収されます。

　　・カリウム質肥料
　　　すべて無機態で水に溶けやすく、速効性です。陽イオンになるので、
　　　土壌中に保持されやすく、溶脱されにくいのです。

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７．マルチ栽培の効果

　　土壌の表面を各種資材で覆って栽培する方法をマルチ栽培といいます。
　　被覆の材料は、稲わら類やプラスチックフィルムなどが使用されます。
　　マルチ栽培の効果は、地温の上昇、土壌水分の保持、土壌を膨軟に保つ、
　　肥料の流亡の防止などがあげられます。
　　さらにフィルムの種類により、光を遮断することによる雑草の防除、
　　病害虫の防除、地温上昇の抑制などの効果が期待できます。

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８．施肥方法

　１）全層施肥

　　　肥料を圃場全面に散布して耕起する施肥法をいいます。
　　　作物の種類によっては利用されない肥料が多くなるので
　　　利用効率が悪くなります。

　２）局所施肥

　　　作物の根が伸長して比較的多く分布していると思われる部分へ
　　　あらかじめ施肥しておく方法をいいます。
　　　全層施肥に比較して肥料の利用効率がよくなります。

　３）条施肥

　　　作物に近い部分へ肥料をすじ条に散布して肥料の利用効率を
　　　高める施肥法をいいます。
　　　施肥位置が作物に近すぎると濃度障害を起こすおそれがあります。

　４）溝施肥

　　　作物を播種や定植する前に溝を掘って、肥料を投入して土をかぶせます。
　　　局所施肥の一つで、堆肥もあわせて投入しておけば土壌改良にもなります。

　５）置き肥

　　　野菜や花の鉢物栽培などで肥料を株元へ置く施肥法をいいます。
　　　通常、固形肥料や有機質肥料を団子状に固めたものが用いられます。

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９．有機物の分解と炭素率(C/N比)

　　有機物が土中に施用されると微生物によって分解され、作物の養分に
　　なったり土壌の通気性、排水性、保水性などの物理性や微生物の繁殖などの
　　生物性の改善に役立ちます。

　１）炭素率(C/N比)

　　　炭素率とは資材中の全炭素量(C)を全窒素量(N)で
　　　除した値をいいます。
　　　有機物の種類によって分解のしかたが違いますが、
　　　同一の環境条件では炭素率が大きくなると分解しにくく、
　　　小さくなると分解しやすくなります。
　　　また、炭素率の大きい有機物を土壌に多量施用すると、
　　　炭素の量が多いので微生物が増えますが、増えた微生物が
　　　自分の体を作るために窒素を必要とするため
　　　土壌中の窒素を使ってしまいます。
　　　そのため、作物にとっては窒素不足となってしまいます。
　　　このことを窒素飢餓といいます。

　２）炭素率(C/N比)の調整

　　　炭素率の大きい有機物の分解を促進するには、窒素飢餓を
　　　回避するために窒素を加えて炭素率を小さくする必要があります。

　３）各種有機物の炭素率(C/N比)の調整

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●(堆肥編)

１．堆肥化の目的

　１）作物の生育障害の原因を取り除く

　　　有機物をそのまま畑に入れると、土壌中で易分解性物質が
　　　急激に分解されて有害なガスを発生したり、土壌中の酸素を
　　　消費したりするため、作物の生育障害や根腐れの原因となります。
　　　あらかじめ易分解性物質を微生物によって、分解させ
　　　安定化させるとともに、生育阻害物質を分解して
　　　作物にとって安全なものにすることであります。
　　　また、発酵温度により雑草の種子等を死滅させることができます。

　２）取り扱いしやすくする

　　　微生物活動によって発生する発酵熱を利用して水分を蒸発させ、
　　　臭気なども分解させて取り扱いしやすくすることができます。

　３）衛生面の改善

　　　微生物の発酵熱により病原菌や寄生虫の卵などを死滅させて
　　　衛生面の改善をすることができます。

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２．堆肥化の微生物変化

　　堆肥化は、微生物の活動により有機物を分解することであり、
　　分解は糖分解期、繊維分解期、リグニン分解期の三段階に分かれます。

　１）糖分解期

　　　堆肥化の初期は、堆肥の原料である新鮮有機物に含まれる糖や
　　　アミノ酸などの易分解性物質が分解されます。
　　　分解は好気的に行われ、生育の早い糸状菌や好気細菌が主として活動し、
　　　この過程で活発に増殖する微生物の呼吸熱によって発熱が起こります。

　２）繊維分解期

　　　温度が高まるとセルロースやヘミセルロースが分解される
　　　繊維分解期となります。
　　　セルロースは、リグニンやへミセルロースで保護されており、
　　　なかでもへミセルロースは、セルロースとリグニンの結合組織的役割を
　　　もっているため、これを効率よく分解する必要があります。
　　　この時期は、堆肥の温度が60℃以上になり、他の一般の微生物は
　　　活動できず、ごく限られた種類の高温菌が働きます。
　　　高温性好気性の放線菌（サーモアクチノミセテス等）によって
　　　へミセルロースを分解し、セルロースをむきだしにします。
　　　このとき酸素を盛んに消費するため周囲が酸素不足となり、
　　　そこに嫌気性のセルロース分解菌（クロストリジウム等）の
　　　働く場ができます。
　　　このようにして好気性菌と嫌気性菌の役割分担が成り立ち、
　　　繊維質の分解が進みます。

　３）リグニン分解期

　　　堆肥の温度がゆっくりと下がってきます。
　　　このころからリグニンの分解が始まります。
　　　リグニン分解は主としてキノコ（担子菌）の仕事ですが、
　　　この時期は繊維成分の中間分解物があり、堆肥の品温も低下して
　　　他の微生物も生育しやすい環境となっているため、
　　　多種類の微生物が活動します。
　　　さらに、微生物が多くなると、それを食べる小動物が現われ、
　　　トビムシやミミズも見られるようになります。

　　　このように、易分解性物質から始まり、ヘミセルロース、セルロース、
　　　リグニンと順次分解されて、それに関与する微生物もそれぞれに
　　　適合したものに変化していきます。
　　　すなわち、微生物は単一種ではなく、多くの種類の微生物によって
　　　堆肥が作られます。
　　　そして、その菌は自然界に広く分布しているため、
　　　どんな堆肥でも似たような微生物変化が起こるのです。

（参考資料）
藤原俊六郎著　「セミナー生産技術 良い堆肥生産のポイント（１）〜（４）」
http://jlia.lin.go.jp/cali/manage/121/s-semina/121ss2.htm　他

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３．微生物活動の環境作り

　　堆肥を作る最大のコツは、これらの微生物が発育しやすい条件を作る
　　ことです。そのために、炭素率や含水率、空気の流通を適切に設定し、
　　適度な規模で堆積し、発酵に応じた切返しをすることです。
　　これだけでじゅうぶんに微生物の働く場ができて、
　　自然界に存在する微生物が働いてくれるわけです。
　　しかし、これをより活性化させる資材もあります。

　１）微生物資材の利用

　　　有用微生物による有機物分解を促進し、堆肥化を容易にするための
　　　微生物資材が販売されています。
　　　しかし、微生物資材の効果については賛否両論があり、
　　　この効果は明確ではありません。

　２）自然界の微生物の活用

　　　自然界では、有機物に多くの微生物が存在しています。
　　　とりわけ家畜ふんには多種類の微生物が含まれているため、
　　　それらが積極的に働く場を作ることがたいせつで、
　　　いくら良い微生物を利用しても、環境作りに手を抜いては意味がありません。

　　　また、有用菌を購入しなくても、有用菌を投入する方法があります。
　　　その一つは、落葉や米ヌカを堆肥の積込み時に混合することです。
　　　分解しかかっている落葉の表面には、糸状菌、放線菌、担子菌、
　　　その他の細菌などが多く存在しています。
　　　これらを堆肥に混合することにより、堆肥化に適した微生物を
　　　増殖させることができます。
　　　また、落葉を混合すると脱臭効果もあります。
　　　米ヌカには、微生物の生育に必要な多くの養分が含まれており、
　　　堆肥化を促進する役割もありますが、
　　　家畜ふんのみではあまり効果が期待できません。

　　　他の一つは、堆肥原料にほぼ等量の完成した堆肥を混合する方法です。
　　　これは戻し堆肥混合法とか連続堆肥化法と呼ばれますが、
　　　堆肥化過程で優先的に増殖した菌を原料に混合することになるとともに、
　　　乾燥した戻し堆肥を使用すると水分調節材の役割もあり、
　　　極めてよい方法と言えます。

　　　このような方法でも有用菌の積極的な投入が可能なわけです。
　　　堆肥化過程で働く微生物は単一ではなく、原料や環境条件が異なれば
　　　微生物の種類が異なってきます。
　　　堆肥化とは、それらの微生物の働く環境を上手に作ることにすぎないことを、
　　　じゅうぶん認識しておく必要があります。

　３）微生物資材利用の注意

　　　微生物資材の利用にあたっては限界があると考えられますが、
　　　使用上の注意をあげれば、次のとおりです。

　　　・資材を利用しても悪影響はないので、積極的に利用してよいでしょう。
　　　　しかし、米ヌカや堆肥を積極的に使用すれば、
　　　　同等の効果が発揮できると考えられます。

　　　・堆肥化における有機物分解促進のための微生物資材は、
　　　　発酵槽を使用する方法では効果が高いが、
　　　　切戻し品を種菌として利用するとより高い効果を
　　　　発揮する場合があります。

　　　・発酵槽を用いないで野積みによる堆積発酵を行う場合は、
　　　　微生物資材の投入による効果はより小さいと考えられ、
　　　　発酵初期の分解促進程度しか意味がないと考えられます。

(参考資料)
藤原俊六郎著　「セミナー生産技術 良い堆肥生産のポイント（１）〜（４）
http://jlia.lin.go.jp/cali/manage/121/s-semina/121ss2.htm　他

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●微生物編

１．土壌生物の分類

　　土壌中には数多くの生物が生息していますが、これらの生物は土壌動物と
　　土壌微生物とに分けられます。

　１）土壌動物

　　　大型土壌動物 ミミズ、ムカデ、ヤスデ、ワラジムシ、シロアリ、ゴミムシなど
　　　中型土壌動物 トビムシ、ササラダニ、クモ、センチュウ、ワムシなど

　　　ミミズ・ムカデなどこれらの動物の大部分は、腐植層に住んでいて
　　　有機物などをえさにしています。
　　　一方、肉食性のものは、ダニ、クモ・ムカデなどです。

　２）土壌微生物

　　　土壌中での土壌微生物の主な役割は有機物を無機化に分解することですが
　　　自分の遺体もまたほかの微生物のエサとなっています。
　　　また、土壌微生物は土壌の浄化、土壌肥沃度の向上、
　　　作物養分の供給など有益なこともあるのですが、
　　　土壌病害など有害な作用をすることもあります。

　　　土壌微生物は細菌（バクテリア）、菌類（カビ）、藻類、原生動物に
　　　分類されます。

　　　細菌（含放線菌）　　独立栄養細菌、従属栄養細菌、放線菌
　　　糸状菌（菌類）　　　土壌生息型糸状菌、植物根生息型糸状菌
　　　藻類　　　　　　　　緑藻類、藍藻類、珪藻類
　　　原生動物　　　　　　鞭毛虫類、アメーバなど

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