著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Microorganisms

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

土壌に塩類がたまる「塩類化」は、世界の農業と食料安全保障にとって大きな脅威です。論文によると、世界で13.8億ヘクタール以上、陸地面積の10.7％の土地が塩類化の影響を受けています。中国の黄河デルタは、土砂が堆積してできた沿岸の塩類・アルカリ性土壌の典型的な地域です。塩分濃度が高く、排水が悪く、塩類化が繰り返し起こりやすい一方で、うまく活用できれば貴重な農地になり得ると著者らは述べています。

塩類土壌を改良する方法として、バイオ炭と生物有機肥料が注目されています。バイオ炭は、農業廃棄物や木材などを酸素のない状態で加熱して作る、炭素を多く含む素材です。生物有機肥料は、有機物を主原料とし、有用な微生物を加えた肥料です。研究チームは、塩に比較的強い作物であるキヌアを栽培する黄河デルタの塩類土壌で、両者を単独または組み合わせて使ったとき、根の周りの土の性質と、そこに暮らす細菌の集団がどう変わるかを明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

試験は2020年、黄河デルタの典型的な塩類・アルカリ性土壌である山東省農業科学院の東営試験地で、1作期にわたって行われました。バイオ炭はリンゴの枝を450℃でゆっくり加熱して作ったもので、生物有機肥料はキノコの廃培地とトウモロコシの茎葉を主原料とし、枯草菌を加えた市販品です。3月のキヌア植え付け前に資材を地表にまき、深さ20cmまで土と混ぜ込みました。

比べたのは8つの条件です。何も加えない対照区、生物有機肥料のみ（1ヘクタールあたり4.5トン）、バイオ炭のみ3段階（同7.5トン、15トン、22.5トン）、そして生物有機肥料に3段階のバイオ炭を組み合わせた区です。各区画は12m×8mで、畑の中に無作為に配置されました。キヌアの苗は4月16日に移植し、6月19日に各条件から9株を採って草丈と主茎の生重量（乾かす前の重さ）を測りました。

5月と6月には、深さ0〜20cmの根から、根にしっかり付着した土（根圏土壌）を採取しました。土壌の分析項目は、酸性・アルカリ性の度合いを示すpH、塩分の多さの目安となる電気伝導度（EC）、土壌有機物、全窒素・全リン、植物が利用しやすい形の窒素・リン・カリウムです。あわせて土から取り出したDNAの配列を大量に読み取り、どんな細菌がどれだけいるか、細菌集団の構成がどう違うか、細菌どうしや細菌と土壌の性質の間にどのような相関があるかを、統計的な手法で分析しました。

主な報告結果

キヌアの生育は、資材を加えたすべての条件で対照区より良くなりました。草丈は、生物有機肥料のみで16.19％、バイオ炭のみで29.65〜35.81％、両者の組み合わせで56.62〜60.48％増えました。地上部の生重量は、生物有機肥料のみで23.88％、バイオ炭のみで74.08〜97.00％、組み合わせで188.78〜220.59％増えました。最も増えたのは、バイオ炭のみでは15トンの区、組み合わせでは生物有機肥料と15トンのバイオ炭の区でした。

土壌では、バイオ炭を使った条件（単独・組み合わせとも）でECが対照区より有意に下がり、塩分の指標が改善しました。生物有機肥料のみの区のECは、対照区と有意な差がありませんでした。pHはどの条件の間でも有意な差がありませんでした。土壌有機物は、資材を加えたすべての条件で対照区より有意に増えました。植物が利用しやすい窒素とリンは、5月・6月とも組み合わせ区で最も多くなりました。

細菌集団では、バイオ炭を使った区と組み合わせ区の構成が、生物有機肥料のみの区よりも対照区から大きく離れていました。最も離れていたのは15トンのバイオ炭のみの区で、特に5月に顕著でした。細菌の多様さを示す指標は、5月には一部の区の間で差がありましたが、6月にはどの条件の間にも有意な差がありませんでした。

細菌を、さまざまな環境で生きられる「ジェネラリスト」と、限られた環境に特化した「スペシャリスト」に分けると、バイオ炭のみの区と組み合わせ区では、ジェネラリストが73％を超え、スペシャリストは17％未満でした。最もジェネラリストが多かったのはバイオ炭のみの区（76.37％）、最も少なかったのは生物有機肥料のみの区（61.75％）です。細菌どうしの相関関係を網の目として表すと、バイオ炭のみの区が最も複雑で、1つの細菌グループあたり平均10.80のつながりがあり、生物有機肥料のみの区は平均4.47で最も少なくなりました。また、5月の細菌集団の違いは、EC、土壌有機物、全窒素、利用しやすい窒素・リンと有意な相関を示しました。

この報告が示すこと

研究チームは、この試験の塩類・アルカリ性の畑の条件では、バイオ炭がpHを変えずに塩分の指標であるECを下げ、根の周りの細菌集団の安定性を高めたと結論づけています。細菌集団の構成と構造への影響は、生物有機肥料よりバイオ炭の方が大きく、ECと土壌有機物が細菌の分布を左右する重要な要因だったとしています。土壌の化学的性質は両資材とも改善し、組み合わせて使う方がそれぞれ単独で使うより優れていたと述べています。

一方で著者らは、限界も明記しています。試験は1か所・1作期のみで、使ったバイオ炭も特定の原料と加熱条件で作った1種類だけです。激しい豪雨で実などの生殖器官が傷み、信頼できる子実収量のデータが失われました。そのため、15トンが最も良かったという結果は、この試験条件での草丈と地上部の重さに限ったもので、収量を高める最適量として一般化はできないとしています。また、細菌の機能の違いはDNAの情報から推測したもので、実際に測った結果ではないことも断っています。

原著論文の著者・所属：Meng Li（Shandong Institute of Sericulture, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Yantai 265503, China）、Yinyu Gu（Shandong Institute of Sericulture, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Yantai 265503, China）、Chuanjie Chen（Shandong Institute of Sericulture, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Yantai 265503, China）、Zongshuai Wang（Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China）、Xiaohong Guo（School of Resources and Environmental Engineering, Ludong University, Yantai 264025, China）、Xiaoyan Liang（Shandong Institute of Sericulture, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Yantai 265503, China）、Kuihua Yi（Shandong Institute of Sericulture, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Yantai 265503, China）、Junlin Li（Shandong Institute of Sericulture, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Yantai 265503, China）、Dongyang Li（Shandong Institute of Sericulture, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Yantai 265503, China）、Haiyang Zhang（Shandong Institute of Sericulture, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Yantai 265503, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Meng Li, Yinyu Gu, Chuanjie Chen, et al. Biochar and Bioorganic Fertilizer Amendment Improved Soil Qualities and Altered Bacterial Communities in Quinoa Rhizosphere Soils of the Yellow River Delta. Microorganisms（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-24. DOI: 10.3390/microorganisms14091878. 原著ライセンス：CC BY.