肥料の三要素
作物にリンの過剰症状は現れにくい。過剰施肥による障害は、過剰のリン酸によって金属イオンが不可給態になって欠乏したり、特定の病原微生物が増殖することによる。
低リン耐性[ low-phosphate tolerance ]とは、リンが欠乏した条件においてその影響を受けにくくする、植物の性質である。低リン耐性の程度は植物によって異なる。シロイヌナズナやトマトでは低く、シロバナルーピンや稲では高い。根圏のリン濃度に対する耐性によって、植物は以下のように分類されている。
広域適応性植物:稲など
高濃度適応性:トマト、ビート、シロイヌナズナなど
中〜高濃度適応性:小麦、大豆、バレイショなど
低〜中濃度適応性:トウモロコシ、シロバナルーピン
低リン耐性の機構は大きく、根圏の吸収と体内でのリン利用の二つに分けられる。
リン酸は主に開花結実に影響し、花肥(はなごえ)または実肥(みごえ)と呼ばれる。このため、果実を食用とする果菜類の栽培では、特に重要視される。
主に長石や雲母の風化により、土壌中でカリウムは供給されている。このため、土壌中に常に存在する。しかし、作物は急速に成長して多くの量を吸収するため、肥料を与えない場合、植物が十分に成長するためには供給量が足りないことがある。
被子植物のカリウム含有率は平均1.4 %(乾燥重量当たり)である。植物中濃度は塩類で最も高いため、草木灰にはカリウムが多い。哺乳類ではカリウムおよびナトリウムの平均含有率はそれぞれ0.75 %および0.73 %とほぼ同量であるのに対して、植物ではカリウムの平均含量はナトリウムのそれ(0.12 %)の10倍以上である。
全ての生物において窒素はその肉体の重要な構成成分である。窒素を含む植物化合物は、タンパク質を構成するアミノ酸、DNAやRNAやヌクレオチドを構成する核酸塩基、膜脂質であるホスファチジルエタノールアミン、グルコサミンなどのアミノ糖、アルカロイドやリグニンなどの二次代謝産物など様々である。葉においてタンパク質の多くは葉緑体に含まれ、窒素の摂取量は光合成の活発さを規定する。適正な範囲内であるならば、窒素を多く与えるほどに葉緑体は増加し、収量が向上する。
カリウムは、根の発育と細胞内の浸透圧調節に必須であるため根肥(ねごえ)といわれ、根菜類では他の植物以上に必要である。また、葉や生長点においても重要である。
主に肥料として利用されるものは、硫酸カリウム(硫酸カリ)と塩化カリウム(塩化カリ)由来のもので、カリ岩塩として採掘されたものを精製したものが利用される。
土壌中のリンの多くが植物にとって吸収し難い最大の要因は、金属イオンと塩を形成して難溶性となっている点である。植物はこの塩を溶解させるため、金属イオンのキレート剤を分泌する。これらの分泌物は、クエン酸、リンゴ酸、シュウ酸など、カルボキシル基を二つ以上有する低分子の有機酸である。分泌物は植物種によって異なり、シロバナルーピンはクエン酸を多く分泌する。シロイヌナズナは主にリンゴ酸を放出し、トマトはクエン酸のほかシュウ酸を放出する。
有機酸の分泌と同時に、植物の根は微生物活性の抑制剤を分泌する。これは、低分子の有機酸は土壌の微生物によって容易に分解されるためである。抑制剤は、土壌微生物の細胞壁を分解する酵素(キチン分解酵素やグルカン分解酵素)である。生豆(Cajanus cajan)は別の対策を有しており、分泌物を難分解性のピシディン酸[ piscidic acid ]としている。
土壌中のリンには塩(無機態リン)のほかに有機態リンも存在する。有機態リンの分解のため、植物は根から脱リン酸化酵素を分泌する。