栄養素の無機化と有機化

無機化と有機化は、有機態栄養素と無機態栄養素を相互に変換する微生物プロセスであり、ある時点において植物が利用できる栄養素プールの量を決定する。

Definition

無機化とは、有機物中に保持されている栄養素が、アンモニウムやリン酸などの可溶性無機態に微生物によって変換されることである。有機化とは、それらの無機態栄養素が微生物バイオマスに取り込まれ、一時的に利用可能なプールから除去されることである。

Scope

このトピックでは、有機態栄養素が植物が利用可能な無機態に変換される微生物プロセス（無機化）と、無機態栄養素が微生物バイオマスに同化される逆のプロセス（有機化）、残渣の炭素窒素比が果たす制御的役割、および窒素やその他の栄養素の正味放出について扱う。これは分解と栄養素供給を結びつけるものである。

Core questions

• 微生物はどのようにして有機態栄養素を植物が利用可能な形に変換するのか？
• 有機化とは何か、そしてそれはいつ優勢になるのか？
• 残渣の炭素窒素比は正味放出をどのように制御するのか？
• 無機化と有機化は栄養素のタイミングをどのように決定するのか？

Key concepts

• 窒素とリンの無機化
• 微生物バイオマスへの有機化
• 正味無機化と正味有機化
• 残渣の炭素窒素比
• 分解と栄養素放出
• 微生物バイオマスのターンオーバー

Key theories

無機化-有機化ターンオーバー

無機化と有機化は同時に発生し、栄養素が放出されるか拘束されるかの正味のバランスは、微生物が分解している基質のエネルギーと栄養素含有量に依存する。

炭素窒素比による制御

残渣の炭素窒素比が高い場合、微生物はバイオマスを構築するために土壌から無機態窒素を取り込む（正味有機化）。比率が低い場合、余剰の窒素が放出される（正味無機化）ため、残渣の質が栄養素のタイミングを決定する。

Mechanisms

微生物がエネルギーを得るために有機残渣を分解する際、栄養素を保持している結合を切断し、基質が微生物が必要とする以上の栄養素を含んでいる場合、余剰の窒素、リン、硫黄を無機イオンとして放出する。基質が炭素に富み、栄養素に乏しい場合、微生物は土壌溶液から無機栄養素をかき集めてバイオマスを構築し、一時的にそれらを有機化する。これらの栄養素は、微生物が死んで分解されると再び放出される。残渣の炭素窒素比が、どちらのプロセスが優勢になるかを決定する主要な制御因子である。

Clinical relevance

無機化と有機化は、藁のような高炭素残渣を土壌に投入すると一時的に作物の窒素が不足する理由を説明する一方で、低炭素残渣や堆肥は栄養素を迅速に放出する。残渣の質と投入時期の管理は、栄養素供給を作物の要求と同期させ、損失を減らす上で中心的である。

History

有機物の炭素窒素比によって制御される分解が、栄養素を放出することも拘束することもあるという認識は、20世紀を通じて土壌生化学が発展する中で、土壌肥沃度と栄養管理の基本的な原則となった。

Key figures

• Eldor A. Paul
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• paul2015
• brady2016

Frequently asked questions

なぜ土壌に藁を加えると一時的に作物の窒素が減少するのか？

藁は炭素窒素比が高いため、それを分解する微生物は藁が提供する以上の窒素を必要とし、土壌中の無機態窒素を自身のバイオマスに取り込む。この有機化は、微生物が死んで再び窒素を放出するまで、植物が利用できる窒素を一時的に低下させる。

無機化と有機化の違いは何ですか？

無機化は有機物中の栄養素を植物が利用可能な無機態に変換するのに対し、有機化は無機態栄養素を微生物バイオマスに閉じ込めることで逆の作用をする。両者は同時に起こり、その正味のバランスが栄養素が放出されるか保持されるかを決定する。