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Julia W． Gaskin1、Peter Hartel2、Elizabeth Little3, Glen Harris4

• Soil Biology
• Soil Inoculants
• Use of Soil Inoculants
• Summary
• Additional Resources

Soil Biology

農業システムの健全性と生産性を保つには土壌生態が重要である。 生きた土は複雑です。 バクテリア、真菌、放線菌、原生動物、線虫など肉眼で見ることのできない生物から、昆虫やミミズなどの生物も含まれています。 このような生物のコミュニティは食物網で結ばれ、土壌の化学的・物理的性質に影響を与えます。

土壌中の微小な放線菌。 これらの微生物の中には、抗生物質を生産するものもあります。

土壌に肥料や堆肥を加える、被覆作物を植える、輪作するといった実践はすべて、土壌有機物の再構築と維持、栄養素のリサイクルと保持、土壌病の減少を目的としたものです。 これらの実践は通常、微生物バイオマスの増加と土壌生物の多様性の増加に関連しています。

健康な土壌には、小さじ1杯に数十億の細菌、真菌、その他の微生物が含まれていることがあります。 土壌の状態に応じて、これらのさまざまな微生物の個体数は増減します。 新鮮な被覆作物やその他の植物残渣を土壌に加えると、一部の微生物の個体数が急速に増加します。 例えば、人間が炭水化物を利用するように、新鮮な植物性残渣から容易に得られる炭素源を利用できる微生物がいる。 このような微生物は、炭素源を使い切ると減少し、セルロースやリグニンなどの利用しにくい炭素源を分解する他の微生物が増加することになる。

Soil Inoculants

この松苗の根には菌根菌が感染していて、より大量の土壌から栄養を得ることができるようになっています。
（David Read、オレゴン州立大学）

土壌生物学が作物生産に重要な役割を果たすことを認識し続ける中で、土壌接種剤に対する関心は高まり続けている。 植菌剤は様々な理由で使用されている。 場合によっては、有益な効果が知られている土壌生物を加えることもある。 例えば、根粒菌のように、マメ科植物などの特定の宿主植物と共生関係を結ぶ細菌もいる。 共生関係とは、互いに利益のある関係のことです。 植物が光合成で得た炭素を供給し、住処を与える代わりに、細菌は大気中の窒素を植物が利用できる形に「固定」することができる。 また、菌根菌のように植物と共生関係を結び、植物が利用できるようにリンなどの栄養分を回収する菌もいる。 9069>

土壌接種剤について考える最も簡単な方法は、それらをその作用様式に従って分けることである：バイオ肥料または植物成長促進剤、生物農薬および植物抵抗性刺激剤である。

バイオ肥料

バイオ肥料は生きた微生物を含み、種子、植物または土壌に施用すると、根の周囲（根圏）に生息するか、根に住み着くことになる。 これらの微生物は、栄養分の供給や利用可能性を高め、根の成長を刺激し、または他の有益な共生関係を助けることによって、植物の成長を促進する。

クローバー、エンドウ、豆類などのマメ科植物には根粒菌があり、大気中の窒素を固定して、植物への窒素の供給能力を高めることができます。 それぞれのマメ科植物には、その植物と相性の良い根粒菌が決まっています。 土壌中の窒素が少ない場合、正しい細菌をマメ科植物の種子に接種することで、マメ科植物が窒素の利用可能量を最大化することができます。
(Peter Hartel, University of Georgia.)

また、小麦やトウモロコシなどの穀物植物に窒素を供給できる、自由に生きている窒素固定バクテリアもあります。 彼らは根のすぐそばの地域（根圏）に住んでいる。 一般に、窒素固定菌と共生菌の両方による窒素固定は、窒素の乏しい土壌で高くなる。

多くの土壌では、リン、カリウム、鉄などの栄養素が大量に存在するが、植物が利用できない形態である。 多くの細菌や菌類は、有機酸や他の化学物質（シデロフォア）を分泌してミネラルを溶かし、これらの栄養素を植物に利用できるようにすることができます。 植物の根に生息する菌根菌は、植物にリンを供給する能力を持っていることがよく知られている。 窒素固定菌と同じように、菌根菌は土壌中のリンが少ないときに最も効果を発揮します。 9069>

いくつかの細菌や菌類は、植物成長ホルモンを生産し、特に根の成長と一般的な植物の成長を増加させることができます。 根の成長の増加は、植物がより大きな体積の土壌を栄養分と水分のために利用するのを助け、植物が病原菌の攻撃を「克服」するのを助けることができる。 例えば、菌類は種子の発芽や細胞の成長に重要なジベレリンを生成することが知られており、一部の細菌は植物がストレス下で生成するホルモンであるエチレンの量を減らすことができます。

Biopesticides

植物の病原菌の感染に反応して枯草菌の膜（緑の蛍光）に囲まれた植物の根。
（Thimmaraju Rudrappa、デラウェア大学）

植物の害虫を自然に抑制する土壌の例はたくさんある。 抑制的な土壌は、特定の微生物と害虫の生物との相互作用の結果である。 9069>

ほとんどの生物農薬生物は、害虫を抑制または死滅させる物質を生産するか（拮抗）、病原菌の餌や避難所の利用可能性を減らす（競争）ことによって機能する。 最も広く使用されている生物農薬はバシラス・チューリンゲンシスで、土壌のガムシや線虫を殺す毒素を産生します。 枯草菌の特定の株は、殺菌剤として広く使われている。 この細菌は植物の根に定着し、そのニッチで菌類と競合し、菌類病原体の急速な増殖を防ぐ。

細菌を食べる原虫や線虫も、病原体の制御（捕食）に重要な役割を果たすと考えられている。 どのような生態系でもそうであるように、競争と捕食の両方が個体数のバランスを保つ傾向がある。

Crops

多くの土壌で自然に存在する菌種。

一部のマメ科植物でRhizobium spp.による根粒形成を増加させる

地上と地下の多くの植物病に対して抑制化合物と植物抵抗性を活性化させます。

Kills larvae of butterflies, beetles, fly larvae and nematodes.

Lesson on foliage 4 days, 3 months in the soil.

Plant Resistance Stimulants

植物病原菌の直接阻害剤として作用することに加え、いくつかの菌類や細菌は植物が自身の防御機構を活性化することを刺激します。 これを誘導性全身抵抗性という。 微生物からの化学的シグナルに反応して、植物は病原体の症状が少なくなるように生理的反応を変化させることがある。 これには、感染に抵抗するために細胞壁を強化したり、病原菌の攻撃を抑える抗生物質（テルペンなど）を放出したりすることがある。 微生物から植物に伝わる化学シグナルは特異的であり、その結果、ある植物種で全身抵抗性を誘導する微生物や化学物質が、別の植物種では機能しないことがある。

土壌接種剤の使用

土壌接種剤が植物の成長と作物収量をうまく改善した例はあるが、その使用はまだ初期段階である。 特定の接種剤の成功は、植物の種類と品種に依存する。 また、土壌の種類、土壌の水分や温度条件、植物周辺の土壌に存在する病原菌の数なども、植菌剤の成功に影響を及ぼす可能性がある。 最後に、植菌剤には生物が含まれているため、植菌剤をどのように準備し、適用したかが結果に影響する。

微生物学者は、導入した微生物の成功は、適用した植菌剤の微生物の数よりも、植物の根域周辺の特定のニッチで繁殖し集団を確立する能力に関連するかもしれないと考えている。 導入された微生物は、土壌中にすでに存在する微生物と競合し、在来の原生動物や線虫に捕食されても生き延びなければならない。 また、生き残るために適切な食物源と環境条件を見つけなければならない。 導入された微生物は、土壌水条件の変動、肥料や農薬の使用（有機・慣行の両方）、耕作などの土壌撹乱によってストレスを受ける可能性があります。 これらの影響により、導入した微生物は土壌中にあまり長く留まらないことがある。したがって、圃場で見られる植菌剤の有益な効果は、実験室や温室で見られる効果よりも低いことが多い。 また、1種類の細菌または菌類を適用すると有益な効果が得られるが、数種類を同時に適用しても同様の効果が得られない場合もある。

一般に、植物成長促進剤または植物抵抗性刺激剤と主張する植菌の圃場試験では、さまざまな結果が得られている。 例えば、テキサス州で数年間行われた綿花とソルガムの試験データでは、2種類の「土壌活性剤」製品で収量に差がないことが示されている。 別の研究では、飼料、ピーナッツ、米、大豆、トマトに違いは見られなかった。 アラバマ州の他の研究では、バチルス属のいくつかの株がキュウリやトマトの菌類による病気を減少させることが示されました; しかし、結果はフィールド試験の各年で一貫していませんでした (下記の追加リソースを参照)。

接種剤は粉末、顆粒または液体として配合・販売されています。 ピートモスのような不活性材料は、生物を維持し、適用を支援するためのキャリアとしてしばしば使用されます。

土壌接種剤を適用するためのいくつかの方法があります。 種子や苗をコーティングする方法や、土壌に直接散布する方法などである。 土壌への直接施用は、植物の根に近い株元で行われる。 製剤の違いにより、散布方法も異なります。 成功の可能性を最大限に高めるには、製造元の推奨事項に従ってください。 特に、細菌や菌類を殺すことができる特性を持っている可能性があるもの。

貯蔵寿命も問題である可能性があります。 製剤は生物を含んでいるので、涼しい場所（できれば冷蔵庫）に保管し、一度混合したらできるだけ早く使用する必要があります。 植菌剤を車内やピックアップトラックのダッシュボードに置いたり、日光や熱、極寒にさらされる屋外に置いたりすると、生物の一部が死滅し、効果が低下することがあります。

米国では、土壌接種剤はUSEPAによって使用登録されています。 ジョージア州では、ジョージア州農務省による承認も必要です。 農務省は、植木鉢が植物に害を与える可能性がないことを示す試験と、ラベルの主張が事実であることの証拠を要求している。 しかし、ユーザーは、これが接種剤が主張どおりに機能することを保証するものではないことを知っておく必要があります。

購入する前に、農家は製品の主張について自問自答する必要があります。 古い格言、「それが本当であるにはあまりにも良いように聞こえる場合は、おそらくそうである」、まだ適用されます。

1. その製品はすべてを解決すると言っているか。 すべての状況で機能しますか?
2. 信頼できる科学的データが提示されているか、それとも結果はすべて体験談に基づいているか。
3. なぜその製品が機能するのか、信頼できる理由が示されているか。

   あらゆる農業製品と同様、ユーザーは基本的な安全注意事項に注意を払い、ラベルの指示に従わなければなりません。 接種剤はヒトの病原菌ではなく、メーカーは他の微生物との汚染を防ぐための予防措置をとることが求められていますが、ユーザーは常識的な予防措置をとる必要があります。 例えば、スプレーを吸い込まない、接種剤の混合液に皮膚をさらさない、使用後は手を洗うなどです。 土壌で有益な効果を持つ一部の細菌は、免疫システムが低下した人に感染する可能性があります。

   Summary

   土壌接種剤の使用は、栄養状態の改善、植物の病気や害虫の減少、収量の向上などの農業システムでの使用が有望視されています。 しかし、輪作、カバークロップの栽培、有機肥料や土壌改良材の添加などの管理手法も同様の効果をもたらす。 これらの実践はすべて、土壌中の微生物の数と多様性に影響を与えます。 土壌や農業生産システムが複雑であるため、土壌接種剤が期待通りの効果を発揮するかどうかを予測することは困難である。 適切な土壌条件がなければ、実験室で育てた植菌は在来の微生物集団と競合することが難しい場合が多い。

   Additional Resources

   Soil Biology Primer. 3390>soils.usda.gov/sqi/concepts/soil_biology/biology.html でオンラインで入手可能。

   Inoculation of Legume Forage Seed.
   www.aces.edu/dept/forages/miscellaneous/Ino_Forage_Seed.pdf

   Non-Traditional Soil Additives（非伝統的な土壌添加剤）。 4256>非従来型土壌添加剤：作物生産を向上させることができるか？

   非伝統的土壌添加剤：作物生産を改善することができますか？
   www.ag.auburn.edu/~kloepjw/.

   この文書は、ジョージア大学農業環境科学部協同組合エクステンションの支援を受けて作成されました。

   1 Sustainable Agriculture Coordinator, Biological and Agricultural Engineering
   2 Professor, Microbiology, Crop and Soil Sciences
   3 Assistant Professor, Homeowner IPM/Sustainable Agriculture, Plant Pathology
   4 Extension Agronomist, 環境土壌肥料学、作物土壌学

   現状と改訂履歴
   2010/08/13掲載
   2013/08/01全面改訂掲載
   2017/08/02全面改訂掲載

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