土壌微生物の基本/Jen Aron
少しずつ土壌微生物について書かれた記事を紹介していきたいと思います。
見えないものをきちんと世話するのは難しい。地球上で最も複雑な生態系の1つは私たちの足元にあり、肉眼ではほとんど見えません。数百万の異なる種が生息する、ほんの一握りの健康な土壌には、数十億（おそらく数兆）の生物が生息しています。
これらの生物の10％未満が特定されており、培養可能なのは約1％のみです。つまり、残りの生物は土壌内で互いに複雑なコミュニティにしか生息していないため、ラボで研究することはほぼ不可能です。
多くの出版物は、再生農業、不耕起、韓国式自然農法などのシステムの利点を宣伝しています。これらのアプローチは、土壌の健康を改善する方法として、耕うんの削減、被覆作物、微生物接種剤、堆肥化などの方法を採用しています。
これらはすべて重要な解決策ですが、これらの技術の背後にある原動力である土壌微生物の役割を理解することが重要です。土壌生物学について少し理解することは、農家が土壌に豊富にある謎を覗き見するのに役立ち、うまくいけば、土壌管理の実践に関する見方を変えるのに役立つでしょう。
従来の農業の知恵を学ぶこと
今日の土壌研究における課題の1つは、土壌学が基づいている概念の多くがもはや正確ではないという現実に直面することです。 主に顕微鏡検査による技術の進歩により、科学者は地球上のほぼすべての陸生生物の原因となっている生物を直接見ることができるようになりました。
土壌微生物学者は、私たちが依存している土壌機能の約95パーセントが生物学的に駆動されていると推定しています。言い換えれば、以前に信じられていたように、化学を促進しているのは土壌中の生物学であり、その逆ではありません。
この時代遅れの考え方の例は、1960年代に開発された従来の土壌試験への継続的な依存です。ほとんどの栽培者が行っている土壌試験は、生物学ではなく化学に根ざしています。 Christine Jones博士（PhD、土壌生化学）は、次のように述べています。微生物によって利用可能になった他の97％のミネラルは、標準的なテストでは表示されません。
従来の土壌テストに加えて、土壌の健康のためのヘイニーテストなどの生物学を説明する土壌サンプルを提出すると、土壌中の生物学が植物の栄養摂取にどのように影響するかをより完全に理解するのに役立ちます。生物学が優れていれば、肥料の量を大幅に減らすことができます（場合によっては排除することもできます）。
土壌団粒と土壌構造におけるそれらの役割
簡単に言えば、団粒とは微生物のための小さくて頑丈な家のようなものです。 土壌粒子はミクロ凝集体とマクロ凝集体に形成され、土壌構造を与えます。 バクテリアが土壌粒子や有機物に付着すると、微小凝集体が形成されます。 マクロ凝集体は、真菌がミクロ凝集体を、それらだけが作り出すことができる粘着性のタンパク質物質であるグロマリンを使用して接着するときに形成されます。 団粒構造は土壌の健康である重要な指標です。 それらは、微生物を保護し、土壌に有機物（炭素）を保持し、植物の水の利用率を高め、排水を改善し、土壌の締固めを減らすのに役立ちます。
凝集性の良い土壌（特にマクロ凝集体）は、耕作、水、風による侵食に抵抗します。 凝集が良好なよく構造化された土壌には、小さな茶色のエンドウ豆に似た小さな土壌クラムがたくさんあります。 過剰に耕作された土壌は、粉砂糖の構造に似ており、土壌粒子の凝集はほとんどありません。
植物と微生物の間のコミュニケーション
土壌は、微生物なしでは存在し得ない、呼吸する生きた生態系です。 植物は、太陽光とCO2を、光合成によってタンパク質と炭水化物の形でエネルギーに変換します。 しかし、植物はこれらの化合物だけで生きることはできず、繁栄するにはさらに多くの栄養素が必要です。 土壌には理論的には植物が必要とするすべてのものが含まれていますが、これらの化合物のほとんどは植物が使用できる形で存在していません。 ここで、土壌中の生物学が作用します。
バクテリアと菌類は、土壌マトリックス中の有機物、砂、シルト、粘土、岩石から栄養分を引き出します。 植物がこれらの栄養素を根系に取り込むために、植物と微生物は何百万年にもわたって進化し、互いに資源を共有することを可能にする相互に有益なコミュニケーションシステムを作り上げてきました。
植物は炭水化物とタンパク質の一部を根系に送り、そこで浸出液として放出されます。 そうすることで、植物は基本的にビュッフェテーブルを設置し、これらの炭素が豊富な浸出液はバクテリアや菌類をパーティーに引き付けます。 これは、植物の根に豊富な微生物を引き付けます。植物の根の周りで微生物はビュッフェを楽しんで繁殖し始めます。
微生物が豊富な根圏回りの領域は根圏と呼ばれます。 微生物と植物の間の栄養素の交換は、土壌の微生物捕食者の助けなしには完成しません。 アメーバ、線虫、微小節足動物などの捕食者は、彼らの好きな食べ物、バクテリア、菌類の豊富さに惹かれます。 微生物の捕食者は、栄養分が豊富なバクテリアや菌類を消費し、植物が容易に吸収できる可溶化された形で過剰な栄養素を排出します。
科学者たちは最近、植物が必要な特定の微生物群集に合わせて調整された浸出液のユニークな組み合わせを、必要なときに正確に作り出す能力を持っていることを発見しました。 生物学者は、炭素浸出液には何百万もの組み合わせが存在する可能性があると推測しています。これは、病原体や環境ストレスに対して健康で回復力があるために必要なものを植物が伝える方法です。
多様性の重要性：クオラムセンシング
植物の多様性は、土壌の微生物種の多様性と直接相関しています。栽培者は、根の混ざり合いを促進するために互いに異なる植物ファミリーを成長させることにより、土壌の多様性を促進することができます。植物は、根系を取り巻く多様な微生物とともに最もよく機能し、栄養素の利用可能性、収量の増加、植物の活力、病気や寒さや干ばつなどの環境ストレスからの保護などの利点を提供します。
過去10年間で、生物学者は土壌微生物群集でクオラムセンシングを発見し、微生物が互いにどのように通信し、その宿主植物とどのように通信するかを理解するまったく新しい世界を解き放ちました。簡単に言えば、クオラムセンシングというのは、集合的な決定を行うために必要な微生物の必要最小源の数です。
最小限の数に達すると、微生物は特定の遺伝子をオンまたはオフにして、相互にまたはホストの機能に影響を与えることができます。多くの微生物（細菌、真菌、ウイルス）は、クオラムセンシングを使用して通信します。最近の研究では、通信は種内に限定されないことが示されています。土壌の生態系内のコミュニティ全体が効率的に機能していることを確認するために、種間コミュニケーションは絶えず変化しています。
菌類：農業土壌に欠けているリンク
ほとんどの土壌微生物と同様に、生物学者は菌類の神秘的な世界を理解しているのは表面だけです。 私たちの土壌には少なくとも70,000種の菌類があり、それらは乱されていない好気性（酸素を必要とする）条件で繁殖します。 菌類は、有機物の分解、土壌粒子からの栄養素の引き抜き、土壌構造に不可欠な凝集体の生成など、土壌で多くの重要な役割を果たします。
菌類はまた、植物の根と相乗的な関係を形成することにより、害虫や病気を調節し、環境ストレスを軽減し、植物の成長を改善するのに役立ちます。 菌類が作物の健康にもたらす信じられないほどの利点を見ずに、健康な土壌生態系を研究することは不可能です。
真菌のスーパースター：菌根菌とトリコデルマ
菌根菌はギリシャ語で「菌根」を意味します。 多くの栽培者は菌根を特定の真菌種と考えるかもしれませんが、技術的には菌根はいくつかの真菌が植物の根と共有する関係を指します。 すべての植物の約85から90パーセントが菌根の関係を形成します。 アブラナ科とヒユ科は、菌根菌が共生しない2つの注目すべき作物科です。
これらの関係を形成する菌根菌は根端に浸透し、そこで菌類は植物宿主によって提供される栄養素から利益を得るでしょう。その結果、菌は成長し、菌糸（根のような微細な糸）を土壌マトリックスに拡大し、そこで宿主植物のための水と栄養分を獲得します。
この関係は両方の生物にとって有益です。菌類は植物の根から栄養分を受け取り、植物の根系の菌類は根系をはるかに超えて伸び、植物の水と栄養素にアクセスします。頻繁な耕作は菌根菌の関連性を減少させ、殺菌剤は菌根菌に対して毒性があることに注意する必要があります。高レベルの窒素またはリン肥料も、根の菌根菌を減らすことが示されています。
病気の原因となる有機体や環境ストレスから植物を保護する菌類のグループはたくさんあります。特に1つはトリコデルマ（菌根ではない）です。この属には、根系にコロニーを形成し、植物に影響を与えて病気を制御する特性を生み出す能力を持ついくつかの有益な種が含まれています。
これらの多機能菌類はまた、光合成、寒さや干ばつへの耐性、根の成長、植物の収量を増やすことができます。トリコデルマ菌と菌根菌は、状況や菌株によっては互いに拮抗する可能性があることに注意してください。要するに、それは複雑です。これらの2つの真菌が一緒にペアになっている場合の正と負の両方の効果を示す研究があります。
人間、植物、動物は土を介して繋がっている
土がなければ、私たちが知っているような生命は存在しなかったでしょう。植物の生命とそれを消費するすべての人は、微生物の生命なしでは生き残れません。数え切れないほどの研究により、土壌中の微生物の豊富さと多様性が、より健康的で弾力性のある植物をもたらすことが確認されています。 「土壌中の微生物の世話をすることで、多種多様なミネラルと微量元素の利用可能性を高めることができます。それらのほとんどは肥料には含まれていません」とジョーンズ博士は述べています。
したがって、これがこれらのより健康な植物を消費する動物や人間にも利益をもたらすと仮定するのは簡単ではありません。また、人間と土壌の微生物叢は密接に関連していることも学ぶことができます。実際、人間は土壌に見られるのと同じ微生物の多くを共有しています。
健康で微生物が豊富な土壌と密接な関係にある、果物や野菜を食べたり、土壌と直接接触したり、呼吸する空気中の土壌微生物を吸入したりすることで、土壌の微生物叢を共有できるというメリットがあります。腸内細菌叢の多様性を高めることにより、ストレスや病気に対する回復力を高めることができることが研究によって示され始めています。
人間がこれまで以上に慢性疾患に苦しんでいるのは落胆してしまいます。複数の研究は、私たちの食品の栄養価が過去50年から70年の間に減少したことを示しています。その結果、私たちは祖父母が得たのと同じ栄養素を手に入れていません。そして現代の慣行農業に主な責任があると思います。
ロデイル研究所は、有機作物と従来の方法で栽培された作物との間の栄養素密度のばらつきを示すために、信じられないほどの試験を行っています。野菜システム試験は、20年間有機栽培され、試験の目的で象限に分割された畑で行われます。
従来の方法で栽培された象限は、除草剤や深耕の使用を含む農業技術を利用しています。有機栽培は、最小限の耕作と不耕起技術を利用しています。制作からわずか数年で、ロデイル研究所がこれまでに収集したデータは膨大です。トウモロコシのタンパク質含有量、ビタミンB6、およびビタミンCレベルはすべて、有機的に管理されたシステムで大幅に高いことが証明されました。
試験はまだ始まったばかりであり、ロデイル研究所が将来収集することを望んでいるデータの一部には、微生物の多様性とその後の栄養密度の比較が含まれます。長期の農場試験に基づいたデータがあることに興奮しています。これは、初期の試験がすでに示していること、土壌の健康が私たち自身の幸福に直接関係していることを確認する可能性があります。
良い生物群を土壌に取り入れること
不健康な土壌の確認するために顕微鏡は必要ありません。 雑草、害虫、病気が作物に悪影響を及ぼしている場合、これは土壌生物学に何かが正しくないことを明確に示しています。 耕うんや肥料、農薬、除草剤の使用の増加などのバンドエイドソリューションに目を向けるのではなく、一歩下がって、実際にバランスが崩れているものを検討する必要があります。 土壌についての理解が深まるにつれて、私たちは土壌管理の実践を再考し、近視眼的な解決策よりも長期的な健康を優先することができます。
土壌生物群を修復する最良の方法については多くの意見があります。農家がどのように土壌を修復し維持するかは、その規模、気候、作物、土壌の状態などに固有のものです。土壌修復への万能のアプローチはありません。また、農家が独自の状況に合った解決策を見つけるのを支援するために多くの研究と農場試験があります。
とはいえ、世界中の生物学者はいくつかの点で同意しています。まず、土壌をできるだけ乱さないようにします。第二に、常に成長する植物を多様にして光合成を最大化します。増大する証拠は、土壌中の微生物の多様性を刺激するのを助けるために、複数種の被覆作物の重要性を示しています。最後に、そしておそらく最も重要なこととして、化学肥料、除草剤、農薬、殺菌剤を排除することは、土壌の多様性を高め、維持する上で重要な役割を果たします。
私は、生物学的接種剤（堆肥抽出物、菌根、トリコデルマ、およびその他の生物学的に豊富な土壌改良剤など）について研究し、さらに学習しようとしています。多くの生物学者は、播種時に接種することで、植物が発育の初期に有益な微生物との関係を形成するのに役立つ可能性があることを示唆しています。また、移植時にフィールド全体に接種するための優れた方法でもあります。
調査では、土壌、気候、水分レベルなどによってさまざまな結果が示されていますが、ここオレゴンでフィールド調査を開始できることに興奮しています。 2022年には、トリコデルマや堆肥抽出物などのいくつかの異なる接種材料を播種培地に組み込んで、春の苗がより順応し、寒くて雨天に対する回復力が高まるかどうかを確認する予定です。
素晴らしい土壌の世界について最新情報を入手する方法
この記事があなたが読み始めたときよりも多くの質問をあなたに残したならば、私の本望です。もっと土壌について知りたいと思っているなら、私のお気に入りのリソースの1つは、ポッドキャスト「In Search of Soil」です。私の好きな微生物学者と研究者の中には、クリスティン・ジョーンズ博士（クォーラム・センシング）、ゲイリー・ハーマン博士（トリコデルマ）、ジェームズ・ホールマン、エレイン・インガム博士（土壌微生物学のパイオニアの一人）、ピーター・マッコイ（真菌学）、リックがいます。 Haney（Haney Soil Test）、およびDr. David Johnson（真菌が優勢な堆肥）。
YouTubeは、世界中の土壌健康会議を視聴するためのすばらしいリソースです。これは、現在研究を行っている多くの生物学者から話を聞くのに最適な方法です。信じられないほどの仕事をしている非常に多くの土壌生物学者や研究者がいます。彼らのやってくれたことに深く感謝しています。
パート2にご期待ください。堆肥、複数種の被覆作物、および接種剤を使用して、優れた土壌生物学を土壌に戻します。
Jen Aronは、過去12年間農家および教育者であり、現在はオレゴン州コルベットのBlueRavenFarmに住んでいます。ジェンは土壌の健康に情熱を注いでおり、クラス、コンサルティング、終日のワークショップを提供しています。彼女はblueravenfarm.orgとInstagram@blue_raven_farmで見つけることができます。
以上です。
土壌微生物の世界は面白いですね。ポッドキャストも聞いていきたいと思います。
ありがとうございました。
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