農業微生物学

• 栄養素変換プロセスに関与する
• 植物および動物組織の難分解性成分の分解
• 微生物拮抗作用における役割

バイオ肥料は、作物の免疫力と発育を促進することで収量と土壌肥沃度を高める能力があるため、有害な化学肥料に代わる有望で持続可能な代替品と見なされています。土壌、植物、または種子に施用されると、これらのバイオ肥料は根圏または植物の根の内部に定着します。微生物群集が確立されると、これらの微生物は、そうでなければ作物がバイオマスに取り込むことができない、または取り込むのが難しい環境中の必須栄養素を可溶化および分解するのに役立ちます。^{[ 2 ]}

有効微生物（EM）は持続可能な農業の発展に不可欠であり、自然界に自然に存在する多様な微生物の混合培養物から構成されています。有効微生物を含むバイオ製剤は、環境保護、食料生産、医療など、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。さらに、この有効微生物バイオテクノロジーの応用は、土壌再生、作物栽培、畜産、食品保存など、幅広い農業分野に及んでいます。これらのバイオ製剤は、特に土地の準備や圃場の準備に有益であることが証明されています。有効微生物は、生育期に作物に施用することも、準備段階で土壌に直接施用することもでき、土壌の健康状態を改善し、植物の成長を促進します。有効微生物の幅広い有用性は、その高い酵素特異性に由来し、さまざまな条件下で生育することができます。さらに、有効微生物技術は現在、世界140か国以上で利用されており、ブラジルがその導入をリードしています。有効微生物の広範な利用は、農業産業と環境的に持続可能な農業を強化する力を示している。 ^{[ 10 ]}

従来の農業方法では、作物を害虫や病気から守るために化学肥料、殺虫剤、除草剤が使用されています。しかし、これらの化学物質は環境に悪影響を及ぼし、環境汚染の一因となっています。農薬の使用は、植物や動物種の減少、細菌や真菌群集を含む土壌生物多様性の損傷と関連付けられています。^{[ 11 ] [ 12 ]}化学植物保護製品は、土壌の質感、透水性、多孔性などの物理的特性に影響を与えることで、農地の土壌を変化させる可能性があります。さらに、これらの製品はリンと窒素の栄養循環を阻害し、土壌微生物叢の多様性を低下させます。増加する世界人口とより多くの、より質の高い食料の必要性がもたらす課題を考えると、農業の未来は、収量を増やすために効果的な微生物を使用することにあります。このアプローチは、従来の化学的方法に代わる持続可能な代替手段を提供し、環境の健全性と農業の回復力を促進します。^{[ 13 ]}

作物の生産成功は土壌の健全性に大きく左右され、土壌の健全性は微生物によって駆動される生物学的、化学的、物理的プロセスのネットワークによって影響を受けます。有効微生物は土壌の有益な微生物群集を強化し、持続可能な農業への道を開きます。これらの微生物は、光合成細菌、乳酸菌、酵母、発酵菌など、自然界に存在する微生物で構成されており、土壌微生物の多様性を高めるために利用できます。有効微生物の施用は、土壌構造と肥沃度を改善すると同時に、生物多様性を大幅に向上させます。有効微生物は、土壌病原菌の増殖を抑制し、窒素固定を助け、植物の栄養吸収を促進します。また、有効微生物は有機廃棄物の分解を促進し、堆肥化を促進することで、貴重なミネラルの利用可能性を高め、土壌固有の微生物の活動を強化します。有効微生物は土壌の微生物環境を支配することで、他の有益な微生物の繁殖を促し、病原性または日和見的な微生物の小規模なグループとの競争に打ち勝つ。この自然なバランス作用により、より強く、より回復力のある植物とより高い収穫量が得られ、有効微生物は持続可能な農業の未来において重要な役割を担うことになる。^{[ 1 ]}

有機農業法は、合成肥料などの外部投入物の使用を制限し、天然の投入物に焦点を当てることで生態系の健全性を維持することを目的とした方法であり、^{[ 14 ]}システム内の微生物の数を増やし、炭素および窒素ベースの分子を利用する能力を高める効果がある可能性があります。^{[ 15 ]}農業土壌で生態系機能を維持する方法の1つは輪作であり、農業システムで輪作に使用される作物の数を増やすと、微生物の多様性と存在する微生物種の数を増やす効果があることも示されています。^{[ 16 ]} 同様に、微生物の多様性の増加は、植物と土壌の健康に有益な効果があることが示されています。^{[ 17 ]}

農業システム内の微生物に悪影響を与える農業慣行も存在します。一般的な農業慣行である耕起は、微生物バイオマス由来の炭素と窒素を減少させる即時的な効果をもたらす可能性があります。^{[ 11 ]}逆に、不耕起栽培は、土壌の健康、微生物の増殖、および微生物群集の機能を向上させることができることが示されています。^{[ 11 ]}ただし、耕起の悪影響は耕起の強度に依存し、微生物群集は時間の経過とともに回復できることが示されています。^{[ 11 ]}昆虫の行動が作物の成長と健康に及ぼす影響を制限するために、一般的な慣行として殺虫剤の使用があります。これらの殺虫剤は、土壌微生物に影響を与え、暴露後数ヶ月にわたって土壌中の微生物群集の構成を変化させるなどの方法があります。^{[ 12 ]}殺虫剤の一種である殺菌剤は、化学物質の標的ではない微生物にも悪影響を与えることが示されており、宿主植物の根と関連して生息する微生物群集に変化をもたらします。^{[ 11 ]}

気候変動はさまざまな形で現れ、これらの変化は農業土壌の微生物にも影響を与える可能性があります。気温の上昇は植物の根の成長を制限し、それによってアーバスキュラー菌根菌（AMF）がこれらの根と共生する能力を低下させる効果があることが示されています。^{[ 18 ]}気温の変化は、農業生態系に悪影響を与える植物病原体の量と能力を増加させる効果があります。^{[ 19 ]}二酸化炭素（CO2）レベルの上昇は、植物と病原体の間の相互作用を変化させ、どのような植物病原体が存在し、どのように植物に悪影響を与えることができるかの変化につながる可能性があります。[19] しかし、CO2_レベルの上昇がさまざまな植物病原体^{関係において植物}_と潜在的な病原体の間の相互作用をどのように変化させるかを予測する方法についての情報は現在不足しています。 ^{[ 19 ]}

現在、農業土壌を含む土壌中の微生物が気候変動の悪影響を抑制する上で果たす役割を理解しようとする動きが強まっている。例えば、土壌微生物はメタンを二酸化炭素に変換することで温室効果ガスの排出量を調節することができる。^{[ 20 ]}また、二酸化炭素を植物が利用できる炭素の形態に変換したり、植物の水分吸収と貯蔵能力を高める化学物質を放出したり、干ばつから植物を守ったりするなど、農業に幅広い影響を与えている。^{[ 20 ]}