肥料
肥料(ひりょう、肥糧)とは、植物を生育させるための栄養分として人間が施すものである。土壌から栄養を吸って生育した植物を持ち去って利用する農業は、植物の生育に伴い土壌から減少する窒素やリンなどを補給しなければ持続困難である。そこで、減少分を補給するために用いるのが肥料であり、特に窒素・リン酸・カリウムは肥料の三要素と呼ばれる。
植物の正常な生育のためには、炭素、水素、酸素、窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム、硫黄、ホウ素、塩素、銅、鉄、マンガン、モリブデン、亜鉛の16元素が必要である。これにニッケルを加えた17元素を必須元素とする場合もあるが、これは後述の有用元素に分類される場合もある。
このうち炭素・水素・酸素は、自然界の大気や水から吸収できるので、人為的に外部から供給する必要はない。それ以外の元素も、自然界では土壌から根を通して吸収されるが、特に野菜などの作物を栽培する場合では窒素・リン・カリウムは不足しやすいため、肥料として供給する必要がある。窒素は「葉肥」、リンは「実肥」、カリウムは「根肥」ともいわれ、これを「肥料の三要素」とよんでいる。そのほか、わりあい多く必要とするカルシウム、マグネシウム、硫黄を「二次要素」または「中量要素」といい、少しあればよいものを「微量要素」とよんでいる。中量要素や微量要素は、堆肥などの有機物を土壌に十分入れておけば不足することはないが、化学肥料に頼りすぎると不足してきて、植物にさまざまな障害が現れてくる。
また、植物の生存に必須ではないが、ナトリウム、ケイ素、セレン、コバルト、アルミニウム、バナジウムは、しばしば特定の植物種にとって成長を助ける有用元素となる。
日本の肥料の品質の確保等に関する法律第2条第1項にて「植物の栄養に供すること又は植物の栽培に資するため、土壌に化学的変化をもたらすことを目的として、土地に施される物、及び植物の栄養に供することを目的として、植物に施される物をいう」と定義されている。したがって、土壌に施されるものだけではなく、葉面散布の形で施されるものも肥料と呼ぶ。
反面、養分としてではなく土壌の改質のみを目的としたもの(土壌改良剤)は、肥料とは呼ばない。また人間が施したものではなく、元々土壌中に含まれていた栄養分については、一般に「肥料分」などと言い分けることが多い。
必須元素の一部は肥料で与える必要はない。水を構成する水素や酸素、空気中の二酸化炭素に含まれる炭素は肥料で与えない。日本では塩素と硫黄は、農耕土壌に何も与えずとも不足することはないため、一般に肥料で施すことはない。鉄、亜鉛、銅などは植物の成長には微量で十分であり、通常の土壌で不足することは少ない。ただし、強いアルカリ性の石灰質土壌や貝化石土壌では、これらの金属イオンが水に溶けにくく、植物に利用されにくいため、植物が不足症状を受けることがある。この場合、不足した金属元素を肥料として与えることで、生育を改善できる。
養液栽培の場合は、土壌からの供給がないため、栄養素を全て与えてやる必要がある。
窒素 (N) 、リン酸 (P) 、カリウム (K) を、「肥料の三要素」という。特に植物が空気、水から摂取できる酸素・炭素・水素を除いて、最も多く必要とする多量要素で、肥料として与えるべきものである。一次要素ともいう。
主に植物を大きく生長させる作用があり、タンパク質や葉緑素の合成に関わる。特に葉や茎を大きくさせることから葉肥(はごえ)と言われる。過剰に与えると、植物体が徒長し、軟弱になるため病虫害に侵されやすくなる。逆に、軟らかい植物体を作りたいときは窒素を多用するとよい。窒素が不足すると、生育や樹勢が衰えて葉は淡黄色になり、面積が狭くなって早くに落葉する。
また、窒素はどのような性状の窒素であるかにより肥効が左右される。アンモニア態窒素(硫安、塩安など)は、土壌に吸収・保持されやすいので肥効は高い。しかし、土壌でバクテリアにより硝酸態窒素に変化すると、土壌に吸収・保持されにくいので流亡してしまいやすい。有機質の肥料や尿素は、土壌でアンモニア態窒素に変化し、さらに硝酸態窒素に変化する。アンモニア態窒素は、多用するとアンモニアガスを生じ、植物体に障害を与える。この現象は施設園芸でよりおこりやすい。
主に開花結実(実付きや花付きなど)に関係する肥料であり実肥(みごえ)と言われる。水溶性リン酸と可溶性リン酸、く溶性リン酸が植物に吸収される。このうち可溶性リン酸は、アルカリ性クエン酸アンモニウム溶液(ペーテルマン液)に溶けるリン酸であり、水溶性の値を含み、根酸に溶けて肥効をあらわす。く溶性リン酸は2%クエン酸溶液に溶けるリン酸であり、より緩やかな肥効をあらわす。なお、化学分野で「P」は、元素のリンを表すが、農業・園芸分野ではリン酸塩類を表し、リン酸と省略される。リン酸が不足すると、生長不良になって出葉や開花が遅れ、実入りが極めて悪くなり品質や収量が著しく低下する。
人類が紀元前3000年の頃から始めた農業の歴史上、不足し続けているのがリン酸である。その原料のリン鉱石の枯渇がいま心配されている。リン鉱石の80%が肥料用に使用されており、イギリス硫黄誌 (British Sulphur Publishing) によると、最悪のシナリオとして、過去の消費から年3%の伸びを見込むと、消費量は2060年代には現在の約5倍になり、経済的に採掘可能なリン鉱石は枯渇してしまう。
現実的なシナリオでは、2060年代に残存鉱量は50%になるとされている。日本はリン鉱石の全量を輸入に頼っており、その多くを中華人民共和国に依存している。国際肥料工業会 (International Fertilizer Industry Association) によると、リン酸肥料が使用される主な作物とその割合は、小麦が18%、野菜・果物が16%、米、トウモロコシがそれぞれ13%、大豆が8%、サトウキビが3%、綿花4%となっている。
アジア、オセアニア地域では利用効率が悪い。土壌にリンが固定されてしまうからだと考えられる。
農業ではカリ(加里)と省略している。主に根の発育と細胞内の浸透圧調整に関係するため、根肥(ねごえ)といわれる。水溶性のため流亡しやすいので、追肥で小出しに与えるのがよい。細胞内ではイオンの形で存在するため、細胞が死ぬと細胞外へ流出しやすい。また、植物体内での転流も容易。カリウムが不足すると、根の伸長が不良となり、葉や茎は軟弱になって倒伏しやすくなり、周辺から黄化したり、水分不足のようになって枯れてしまう。果実類は収量や品質が低下して、特にデンプンや甘味が減ってしまう。
カルシウム (Ca)、マグネシウム (Mg) 、硫黄 (S) を、「二次要素」あるいは「中量要素」という。これは一次要素と同じく植物学上の多量要素に分類されるが、肥料としての必要量はより少ない。日本では施用の必要がほとんどない硫黄を除く、一次要素および二次要素の五つ(窒素、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウム)を、「肥料の五要素」とも呼ぶ。
なお、カルシウムとマグネシウムについては、そのうち可溶性石灰、または可溶性石灰および可溶性苦土が、アルカリ分の記述で各種肥料に表示されている事がある。
主に細胞壁を強くし、作物体の耐病性を強化する働きがある。農業・園芸分野では石灰(せっかい)といい、土壌のpH調整に用いられる。生石灰(酸化カルシウム)、消石灰(水酸化カルシウム)、炭酸石灰(炭酸カルシウム)またはケイ酸カルシウム(ケイカルと称される事が多い、ケイ酸肥料を兼ねる)などのカルシウム含有の肥料をいう。「石灰」は文脈によっては、元素のカルシウムのことの場合もある。石灰石や牡蠣殻や鶏卵殻が原料として使用される。
葉緑素形成に不可欠な物質である。農業・園芸分野では苦土(くど)という。
アミノ酸・タンパク質やビタミンの合成に関わる。一方で、強還元状態では植物に有害な硫化水素の発生原因となる。
含硫黄肥料の多くは硫酸塩であり、これらは硫酸根肥料と呼ばれ、水溶性や酸性のものが多い。一般的な三要素の肥料である硫酸アンモニウムや過リン酸石灰、硫酸カリウムも硫酸根肥料であり、副成分として硫黄を含む。これらの特質を利用して、生理的酸性肥料である硫酸アンモニウムがアルカリ性土壌のpH矯正のため利用されたり、生理的中性肥料である硫酸カルシウム(石膏)がアルカリ性土壌を嫌う植物へのカルシウム供給に利用されたりもする。
日本においては土壌や水からの天然供給が豊富であり、硫黄欠乏は稀と考えられているが、硫酸根肥料の施用が長年に渡って避けられている水田では欠乏がみられることがある。
鉄、マンガン、ホウ素、モリブデン、亜鉛、銅、塩素は、微量要素という。これらは必要な元素であるが必要な量は微量であり、大抵土壌や肥料に含まれている量で充分で、過剰障害も生じやすいことから、微量要素肥料の施用には十分な配慮が必要である。葉面散布で施用すると効果的な場合がある。
肥料は、許可された者・登録された物(肥料)しか販売してはならない。過去には肥料の品質の確保等に関する法律(旧肥料取締法)に違反し、逮捕者・書類送検者まで出ている。記事によれば、薪灰などの販売でも違反であると示唆されている。
活力剤、活性剤、栄養剤などと呼ばれる製品は、微量の肥料成分を含むことがあるが、法律上の基準を満たさず肥料としては扱われない。これは栽培の補助に用いられる製品であり、肥料の代替とはならない。