窒素(ちっそ)

窒素
窒素（N）とは、植物の生長に欠かせない肥料三要素の一つ

窒素とは

窒素（ちっそ）とは、植物の生育に欠かせない必須元素の一つで、肥料の三要素（窒素・リン酸・カリ）の一つとして扱われる養分です。

元素記号はN、英語ではNitrogenと表記します。

窒素は、植物体内でアミノ酸、タンパク質、核酸、葉緑素（クロロフィル）などを構成し、葉や茎の生長、光合成、植物体の形成に関係します。

窒素が不足すると葉色の低下や生育不良が起こり、過剰になると過繁茂や生育バランスの乱れにつながる場合があります。

ただし、窒素を多く施用すれば、必ず収量や品質が向上するわけではありません。

作物の種類、生育段階、土壌や培地の状態に応じた窒素管理が求められます。

植物にとっての窒素の役割

葉や茎の生育を支える

窒素は、植物の細胞を構成するタンパク質や核酸などに含まれ、葉や茎の形成に関係します。

適切な窒素供給は、葉面積の確保や植物体の生長を支えます。

一方、窒素の供給が過剰になると、作物によっては茎葉の生長に偏り、開花・結実や果実品質に影響する場合があります。

葉緑素と光合成への関与

窒素は、葉緑素（クロロフィル）や光合成に関わるタンパク質の構成成分です。

窒素不足によって葉緑素が減少すると、葉色が薄くなり、光合成能力の低下につながることがあります。

ただし、葉色が濃いことだけで光合成が十分に行われているとは判断できません。

光合成には光、温度、水分、二酸化炭素濃度などの条件も関係します。

収量や品質への影響

窒素の供給量は、作物の生育量や収量、品質に影響します。

例えば、葉菜類では葉の形成や収量に関係し、果菜類では栄養成長と生殖成長のバランスに影響します。

また、窒素供給の過不足による品質への影響は、作物や品種、生育段階によって異なります。

植物が利用する窒素の主な形態

窒素は、土壌や肥料、植物体内でさまざまな形態で存在します。

作物が根から吸収する主要な無機態窒素は、硝酸態窒素とアンモニア態窒素です。

硝酸態窒素（NO₃⁻-N）

硝酸態窒素は、硝酸イオン（NO₃⁻）の形で存在する窒素を、窒素量として表したものです。

畑作物や多くの野菜が利用する主要な窒素形態の一つです。

硝酸イオンは陰イオンであり、多くの農耕地土壌では土壌粒子に保持されにくく、水とともに移動しやすい性質があります。

そのため、降雨や過剰な灌水によって根域より下へ移動し、溶脱する場合があります。

アンモニア態窒素（NH₄⁺-N）

アンモニア態窒素は、主にアンモニウムイオン（NH₄⁺）として存在する窒素を指します。

アンモニウムイオンは陽イオンであり、土壌の粘土鉱物や腐植などに保持される場合があります。

また、土壌中では微生物の働きによって硝酸態窒素へ変化することがあります。

アンモニア態窒素も植物に吸収されますが、過剰な供給は、作物や栽培条件によって生育障害や他の養分との吸収バランスの乱れを招く場合があります。

アンモニア態窒素と硝酸態窒素のどちらが適しているかは、作物と栽培環境によって異なります。

有機態窒素

有機態窒素は、タンパク質、アミノ酸などの有機化合物に含まれる窒素です。

堆肥、作物残さ、土壌有機物、有機質肥料などに含まれています。

有機態窒素の多くは、微生物による分解・無機化を経て、アンモニウム態窒素などに変化し、植物に利用されます。

一部の植物では、アミノ酸などの有機態窒素を直接吸収することもありますが、一般的な施肥設計では無機態窒素の供給を中心に評価します。

尿素態窒素（尿素性窒素）

尿素は窒素を含む肥料原料で、土壌中では主に微生物由来の酵素ウレアーゼの働きによって加水分解され、アンモニア態窒素へ変化します。

その後、土壌条件によって硝酸態窒素へ変化する場合があります。

尿素を施用した場合、施用直後からすべてが硝酸態窒素として存在するわけではありません。

大気中の窒素と肥料の窒素の違い

大気中には窒素ガス（N₂）が多く含まれており、乾燥空気の体積の約78％を占めています。

しかし、一般的な作物は、大気中の窒素ガスをそのまま根や葉から吸収して、主要な窒素源として利用することはできません。

一方、マメ科植物と共生する根粒菌など、一部の微生物は大気中の窒素を生物が利用できる形へ変える働きを持ちます。

この働きを生物的窒素固定と呼びます。

また、工業的な窒素固定によって製造されるアンモニアは、窒素肥料の重要な原料となっています。

土壌中で起こる窒素の変化

土壌中の窒素は、微生物による分解や酸化・還元などの働きによって形態が変わります。

窒素の無機化

土壌有機物や堆肥などに含まれる有機態窒素が分解され、アンモニウム態窒素などの無機態窒素へ変化することです。

無機化の進行は、有機物の性質、地温、土壌水分、通気状態などによって変わります。

硝化作用（硝酸化成）

アンモニア態窒素が、微生物の働きによって亜硝酸態窒素を経て硝酸態窒素へ変化する過程です。

一般に、酸素が十分にある条件で進みやすく、低温や酸素不足などでは進行が抑えられる場合があります。

窒素の有機化

土壌中の微生物が無機態窒素を取り込み、菌体などの有機態窒素へ変化させることです。

分解されやすい有機物を多量に施用した場合などには、微生物による窒素の取り込みが増え、作物への窒素供給が一時的に不足することがあります。

この現象については窒素飢餓現象で詳しく説明しています。

脱窒

酸素が少ない条件などで、微生物が硝酸態窒素などを還元し、窒素ガス（N₂）や一酸化二窒素（N₂O）などへ変化させる過程です。

土壌が過湿になった場合などに進みやすくなりますが、実際の発生量は土壌中の窒素量、水分、温度などの条件によって異なります。

窒素欠乏で見られる症状

窒素は植物体内を移動しやすい元素です。

そのため、窒素が不足すると、一般に古い葉から窒素が新しい組織へ移動し、下葉から葉色の低下や黄化が現れる場合があります。

代表的な症状には、次のようなものがあります。

  • 葉色の低下：葉の緑色が薄くなり、黄化が進むことがあります。
  • 生育の停滞：葉や茎の生長が遅れ、株全体が小さくなる場合があります。
  • 収量や品質への影響：窒素不足が長く続くと、作物の種類や生育段階によって収量や品質が低下することがあります。

ただし、葉の黄化は窒素不足だけで起こるものではありません。

根の障害、過湿、低温、他の養分の欠乏、病害などでも似た症状が現れます。

葉色だけを根拠に窒素肥料を追加することは避けます。

窒素過剰で起こる問題

窒素が過剰に供給されると、作物や栽培条件によって次のような問題が生じる場合があります。

  • 過繁茂：葉や茎の生長が過度に進み、栽培管理や採光に影響します。
  • 生育バランスの乱れ：果菜類などでは、栄養成長に偏り、開花・着果などに影響する場合があります。
  • 品質の低下：作物によっては品質や貯蔵性などに影響が現れることがあります。
  • 塩類濃度の上昇：窒素肥料の過剰施用は、他の肥料成分とともに土壌や培養液のEC上昇に関係する場合があります。

窒素過剰が病害虫の発生に及ぼす影響は、作物、病害虫の種類、栽培環境によって異なります。

窒素過剰であれば必ず病害虫が増えると断定することはできません。

窒素肥料の種類と肥効

窒素を含む肥料には、硫安、尿素、硝酸カルシウム、有機質肥料、被覆肥料などがあります。

それぞれ窒素の存在形態や肥効の現れ方が異なります。

例えば、硫安にはアンモニア態窒素が含まれ、尿素は土壌中で加水分解されてアンモニア態窒素へ変化します。

硝酸カルシウムは硝酸態窒素を供給する肥料です。

また、有機質肥料では、有機態窒素の無機化によって肥効が現れるものがあります。

被覆肥料では、被膜の性質や温度などによって肥料成分の溶出速度を調整します。

肥効は窒素の形態だけでなく、製品の性質、土壌条件、施用方法などによって異なります。

肥料表示における窒素量の計算

日本国内の肥料表示では、一般に窒素（N）、りん酸（P₂O₅）、加里（K₂O）の成分割合が示されます。

例えば、N-P-Kが8-8-8と表示された肥料では、窒素の含有割合は8％です。

この肥料を20kg施用した場合、投入する窒素の量は次のようになります。

20kg × 0.08＝1.6kg（窒素N）

ただし、窒素含有量が同じでも、窒素の形態や肥効が同じとは限りません。

また、土壌や培養液の分析結果では、硝酸イオンそのものの濃度（NO₃⁻）と、窒素量に換算した濃度（NO₃⁻-N）が使われる場合があります。

両者は数値が異なるため、単位と表示基準を確認して比較します。

施設園芸での窒素管理

施設園芸では、栽培期間が長く、施肥や灌水の回数が多い場合があります。

窒素の供給量は、作物の種類、生育段階、根域の状態、施肥履歴、土壌や培地の養分状態などに応じて調整します。

土壌診断による残存窒素の確認

施設土壌では、前作から硝酸態窒素などが残存している場合があります。

残存窒素が多い圃場で慣行量の基肥を施用すると、窒素過剰やEC上昇につながる可能性があります。

土壌診断では、硝酸態窒素、アンモニア態窒素、EC、pHなどを必要に応じて確認します。

ただし、ECは土壌中の可溶性塩類の状態を把握する指標であり、窒素濃度を直接示す数値ではありません。

養液栽培での窒素管理

養液栽培では、培養液中の硝酸態窒素やアンモニア態窒素の供給量と、その割合を管理します。

これらの窒素形態は、植物の養分吸収や根域のpH変化に関係します。

特にアンモニア態窒素の割合が高すぎる場合、作物や栽培条件によっては生育障害が発生することがあります。

また、培養液のECが適正範囲にあっても、窒素を含む各養分の組成が適切とは限りません。

給液と排液のEC、pH、養分濃度、作物の生育状況などを確認して管理します。

窒素施肥量の調整

窒素施肥では、作物の要求量、土壌や培地からの供給量、肥料の利用効率などを考慮します。

都道府県の施肥基準や地域の栽培指針を参考にしながら、土壌診断、作物栄養診断、施肥履歴に基づいて調整します。

すべての作物や圃場に共通する窒素の適正施用量はありません。

窒素肥料の過剰施用と環境への影響

窒素肥料の過剰施用は、作物の生育だけでなく、周辺環境にも影響する場合があります。

硝酸態窒素は水とともに移動しやすく、過剰な施肥や灌水などによって地下水へ溶脱する可能性があります。

また、土壌中の硝化や脱窒などの過程では、温室効果ガスである一酸化二窒素（N₂O）が発生する場合があります。

こうした環境負荷を抑えるためにも、窒素の必要量と供給量を把握し、適切な施肥管理を行います。

窒素について誤解されやすいこと

  • 窒素を多く与えるほど収量が増える：窒素の過剰供給は過繁茂や品質低下などを招く場合があります。作物の要求量に応じた施肥が基本です。
  • 空気中の窒素を植物がそのまま利用できる：一般的な作物は大気中の窒素ガスを直接利用できません。根粒菌などによる窒素固定とは区別します。
  • アンモニア態窒素は硝酸態窒素より必ず効きやすい：吸収や生育への影響は作物と栽培条件によって異なります。一律の優劣はありません。
  • 有機質肥料の窒素はすべてゆっくり効く：原料や加工方法、無機化条件によって肥効の現れ方が異なります。
  • 窒素欠乏なら必ず葉が黄色くなる：葉色の低下は代表的な症状ですが、発生時期や程度は異なり、ほかの障害でも黄化が見られます。
  • ECが高いほど窒素が多い：ECには窒素以外のイオンも影響します。硝酸態窒素などの量を把握するには、必要に応じて個別分析を行います。
  • 窒素飢餓が疑われたら窒素肥料を追加する：窒素飢餓と根傷み、過湿、塩類障害などを区別し、土壌診断や施用履歴を確認して判断します。

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