炭素率(たんそりつ)

炭素率
炭素率（C/N比）は、有機物に含まれる炭素と窒素の割合

炭素率とは

炭素率（たんそりつ）とは、有機物などに含まれる炭素（C）の量を窒素（N）の量で割った比率です。

C/N比（シーエヌひ）とも呼ばれ、堆肥や緑肥、作物残さ、土壌などの性質を評価する際に使われます。

炭素率は、微生物による有機物の分解や窒素の供給・取り込みを考えるための指標です。堆肥の製造では原料配合の検討に、農地への施用では窒素の肥料効果や一時的な不足の可能性を判断する際に利用されます。

ただし、炭素率だけで堆肥の品質、完熟度、肥料効果を判断することはできません。

原料の種類や分解されやすさ、土壌条件なども併せて評価します。

炭素率（C/N比）の計算方法

炭素率は、炭素と窒素の含有量から計算します。

炭素率（C/N比）＝炭素量（C）÷窒素量（N）

例えば、堆肥の分析結果が次の場合を考えます。

  • 全炭素（C）：40％
  • 全窒素（N）：2％

この場合、40÷2＝20となり、炭素率は20です。

C/N比は「20：1」と表記することもあり、一般には単位を付けない数値として扱います。

計算には、同じ試料について、同じ重量基準で示された炭素量と窒素量を使用します。堆肥の成分表示では乾物当たりの割合が用いられる場合があり、現物当たりの数値と混同しないよう注意します。

また、炭素率は炭素と窒素の割合を示すもので、含有量そのものではありません。

例えば、炭素40％・窒素2％の資材と、炭素20％・窒素1％の資材は、どちらもC/N比が20になります。

同じC/N比でも、窒素含有量や肥料効果が同じとは限りません。

炭素率が有機物の分解に与える影響

土壌中や堆肥化過程では、微生物が有機物を分解する際に炭素をエネルギー源などとして利用し、窒素を菌体の構成成分などに取り込みます。

そのため、炭素と窒素の供給バランスは微生物の活動に影響します。

炭素率が高い有機物

炭素率が高い資材は、窒素に対して炭素の割合が大きい状態です。

稲わら、麦わら、おがくず、樹皮などには、炭素率の高いものが多くあります。

こうした原料を分解する際、微生物が利用できる窒素が不足すると、分解が進みにくくなる場合があります。

ただし、炭素率の高い資材が必ず急激に分解されるわけではありません。

木質系資材にはリグニンなどの難分解性成分が多く、炭素率が高くても分解速度が遅いものがあります。

炭素率が低い有機物

炭素率が低い資材は、炭素に対する窒素の割合が相対的に大きい状態です。

窒素を比較的多く含む有機質資材では、微生物が有機物を分解する際に、余剰の窒素が無機態窒素として放出される場合があります。

一方、堆肥化の原料に窒素が過剰に含まれる場合には、pHや温度などの条件によってアンモニア揮散が増えることがあります。

ただし、炭素率が低いという理由だけで分解速度が速い、窒素供給量が多いと断定することはできません。

堆肥化に適した炭素率の考え方

堆肥を製造する際には、原料中の炭素と窒素のバランスを考慮します。

農林水産省が掲載する山梨県の施肥基準では、堆肥化に適した原料の炭素率として30～40が示されています。

ただし、これは堆肥化を始める際の原料配合を考えるための目安です。

完成した堆肥の炭素率を30～40にするという意味ではありません。

堆肥化の進行には、炭素率のほかにも次の条件が関係します。

  • 水分：微生物が活動するための水分が必要ですが、過湿では酸素が不足しやすくなります。
  • 通気性：好気的な分解を維持するため、適切な孔隙や酸素供給を確保します。
  • 温度：微生物による分解熱で上昇しますが、原料や堆積量、放熱条件などによって変わります。
  • 原料の分解性：糖類などの分解されやすい成分と、木質などの難分解性成分では分解速度が異なります。
  • 切り返し：堆積物の混合や酸素供給、温度・水分の偏りの改善に利用します。

例えば、炭素率を30前後に調整しても、水分が過剰で通気が悪ければ、十分な好気的分解は期待できません。

反対に、窒素が十分でも、分解されにくい木質原料が多ければ、堆肥化には時間を要します。

炭素率と堆肥の完熟度の関係

堆肥化が進むと、有機物に含まれる炭素の一部は微生物の呼吸によって二酸化炭素として放出されます。

そのため、炭素率は堆肥化の進行に伴って低下する場合があります。

ただし、窒素の揮散や原料の混合などによっても数値は変化するため、炭素率が必ず一定の速度で低下するわけではありません。

また、炭素率が低いことと、作物に生育障害を起こさない状態まで腐熟していることは別です。

農研機構に掲載された堆肥化研究では、C/N比が14～15程度まで低下した後も、植物への発芽阻害が残っていた事例が報告されています。

炭素率を完熟度の唯一の判定基準にしてはいけません。

堆肥の熟度を評価する際には、原料、温度変化、アンモニアの状態、発芽試験や幼植物試験など、複数の情報を組み合わせます。

炭素率と窒素飢餓の関係

炭素率の高い有機物を土壌へ施用すると、微生物による分解の過程で、土壌中の無機態窒素が一時的に微生物の菌体へ取り込まれる場合があります。

この働きを窒素の有機化（固定化・immobilization）と呼びます。

作物が利用できる無機態窒素が不足すると、葉色の低下や生育停滞などの窒素欠乏症状につながることがあります。

このような現象は窒素飢餓と呼ばれます。

窒素飢餓が起こりやすい条件

窒素飢餓の発生には、主に次の条件が関係します。

  • 炭素率が高く、分解されやすい有機物を多量にすき込んだ場合
  • 有機物の分解に対して、土壌中の無機態窒素が不足している場合
  • 作物の窒素要求量が大きい時期に、微生物による窒素の取り込みが重なる場合

ただし、炭素率が20以上、あるいは30以上という数値だけで、窒素飢餓が発生すると判断することはできません。

特に、適切に堆肥化されたバーク堆肥などは難分解性有機物が多く、炭素率が比較的高くても、急激な窒素の取り込みが生じにくい場合があります。

反対に、分解されやすい作物残さを大量にすき込んだ場合は、土壌条件や作付け時期によって影響が大きくなることがあります。

窒素飢餓が疑われる場合の判断

作物の葉色が薄い、生育が遅いといった症状だけでは、窒素飢餓を断定できません。

まず、有機物の種類、施用量、すき込み時期、土壌中の無機態窒素、施肥履歴などを確認します。

また、根傷み、過湿、低温、塩類障害などでも似た症状が現れます。

炭素率の高い資材を施用したという理由だけで、窒素肥料を増やすことは避けます。

必要な場合は土壌診断と作物の生育状況に基づいて、窒素の補給量や施用時期を調整します。

炭素率と窒素の無機化・有機化

土壌中の窒素は、微生物の働きによって形態が変化します。

窒素の無機化：
有機態窒素が微生物によって分解され、アンモニウム態などの無機態窒素へ変化することです。

窒素の有機化：
微生物が土壌中の無機態窒素を取り込み、菌体などの有機態窒素へ変えることです。

実際の土壌では、これらの反応が同時に進行しています。

炭素率は、窒素が正味で放出されやすいか、微生物へ取り込まれやすいかを考える手掛かりになります。

しかし、最終的な窒素供給量は、原料中の窒素量、分解されやすい成分の割合、土壌温度、水分、施用量などにも左右されます。

農研機構の研究では、炭素率が低くても、窒素の無機化に関係する成分が少ない有機質資材が確認されています。

堆肥・緑肥・作物残さの炭素率

堆肥の炭素率

堆肥は、原料や副資材の配合によって炭素率が異なります。

牛ふん堆肥、鶏ふん堆肥、バーク堆肥などを比較する場合でも、製品ごとの分析値を確認する必要があります。

また、堆肥の肥料効果を評価する際には、全窒素量、無機態窒素量、窒素の無機化特性なども考慮します。

緑肥の炭素率

緑肥は、作物の種類や生育段階によって炭素率が変化します。

一般に、生育が進んで茎が硬くなり、繊維質が増えた植物体は、若い植物体よりも炭素率が高くなる場合があります。

ただし、マメ科とイネ科の違いだけで、すき込み後の窒素供給量を判断することはできません。

緑肥の種類、生育量、すき込み時期、後作の作付け時期などを確認します。

稲わらなどの作物残さ

稲わらや麦わらなどは、炭素率が高い有機物の代表例です。

すき込み後は土壌中で微生物による分解が進みますが、分解速度や窒素の動きは土壌条件によって異なります。

特に後作までの期間が短い場合は、有機物の分解と作物の窒素要求時期が重なる可能性があるため、施肥計画や作付け時期を調整します。

施設園芸で炭素率を利用する際の注意

施設栽培では、堆肥や緑肥などの有機質資材を継続して投入する場合があります。

これらの資材を評価する際、炭素率だけを基準にして施肥量を決めると、養分不足や過剰施肥につながるおそれがあります。

特に、前作までの肥料成分が土壌に蓄積している圃場では、炭素率から判断した窒素の追加が適切とは限りません。

土壌診断では、pH、EC、硝酸態窒素、交換性養分などを確認し、施肥履歴や作物の生育状況と併せて評価します。

また、堆肥などに含まれるリン酸やカリウムは、炭素率から推定することはできません。

養分供給を目的とする場合は、炭素率に加えて、窒素・リン酸・カリウムなどの成分分析値を確認します。

炭素率について誤解されやすいこと

  • C/N比30がすべての堆肥で最適：30前後という数値は堆肥化開始時の原料配合に用いられる目安の一つです。完成堆肥の品質基準として一律に適用することはできません。
  • 炭素率が低い堆肥は完熟している：炭素率が低下しても、生育阻害物質や未分解の有機物が残っている場合があります。熟度は複数の指標で確認します。
  • 炭素率が高ければ必ず窒素飢餓になる：分解されにくい有機物では、急激な窒素の取り込みが起こりにくい場合があります。原料の性質と施用条件を確認します。
  • 炭素率が低ければ肥料効果が高い：炭素率は窒素含有量そのものを示しません。無機化される窒素量も原料によって異なります。
  • 炭素率を調整すれば堆肥化が成功する：水分、通気、温度、原料の分解性なども堆肥化に影響します。数値だけでは発酵状態を判断できません。
  • 土壌の炭素率と堆肥の炭素率を同じ基準で評価できる：土壌と有機質資材では炭素や窒素の存在形態、分解の進み方が異なります。同一の数値基準を当てはめることは適切ではありません。

炭素率・堆肥化の参考動画

炭素率の理解には、炭素と窒素の成分分析に加えて、実際の堆肥化工程を知ることも役立ちます。

堆肥ができるまで -家畜ふん堆肥-
公開元：公益財団法人東京都農林水産振興財団

堆肥ができるまで -家畜ふん堆肥-（公式動画ページ）を見る

近赤外分光装置による堆肥成分測定
公開元：農研機構 生物系特定産業技術研究支援センター（BRAINChannel）

堆肥の炭素・窒素などの成分測定に関する紹介動画を見る

動画について：
これらは堆肥化の工程や成分測定技術を理解するための参考動画です。炭素率の最適値や作物別施用量を示すものではありません。農材ドットコムが制作・管理している動画ではなく、公開状況やURLは公開元の都合で変更される場合があります。

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