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土に堆肥やきゅう肥を入れると作物がよくとれること、そしてそのような土には腐植がたくさん含まれていることは昔からよく知られていました。ですから２００年ほど前まで、植物は土の中の腐植などさまざまな土壌有機物を吸収して生長すると信じられていました。これを有機栄養説といいます。
この考え方は、ドイツ人科学者のリービッヒがとなえた無機栄養説によって完全に否定されました。植物が土の中から吸収しているのは、土壌有機物が分解してできた無機塩であることが証明されたのです。その後、工業的に製造・加工された安価で扱いやすい化学肥料が使われるようになって、食料の生産は飛躍的に増大しました。
食料を生産するときに農地からもっとも失われやすい栄養素は、窒素、リン酸、カリです。足りなくなった三大栄養素を肥料として土に補給する必要があります。とくに失われやすい窒素については、大気中の窒素ガスに水素ガスを反応させてアンモニアを合成する方法が19世紀初めにドイツで開発されました。それ以来、大量の窒素肥料が農地に投入されるようになりました。
ところで、植物が吸収・利用できるのは、農地に投入された窒素のせいぜい半分くらいと見積もられています。土の中に残ったアンモニウムイオンは、微生物の働きによって亜硝酸イオンから硝酸イオンへと姿を変えます（硝酸化成）。土の中の腐植や粘土はマイナスの荷電を持っているので、プラスに荷電したアンモニウムイオンを捕まえておくことはできますが、マイナスの硝酸イオンを保持しておくことはできません。そのため、硝酸イオンは硝酸塩となって水環境へ流れ出してしまいます。
硝酸塩は大気中の窒素ガスとは違って生物に対する反応性が高く、いろいろな問題を引き起こします。身近なところでは、井戸水の硝酸汚染、河川・湖沼の富栄養化などが問題になっており、その流出を防止する技術が研究されています。また、硝酸化成の途中や、酸素の少ない土の中で硝酸イオンが窒素ガスに姿を変えるとき、副産物として亜酸化窒素が生成します。亜酸化窒素が大気中に出ると、二酸化炭素より強力な温室効果ガスとして地球全体に影響を及ぼすため、その発生を抑える技術が研究されています。
（農業環境技術研究所 物質循環研究領域長 菅原和夫）
農業環境技術研究所は、一般読者向けの研究紹介記事「ふしぎを追って−研究室の扉を開く」を、２４回にわたって常陽新聞に連載しました。上の記事は、平成２０年１１月１２日に掲載されたものを、常陽新聞新社の許可を得て転載しています。
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