窒素肥料を減らすには？窒素利用効率を高める土壌微生物の働き

窒素はたいてい農家にとって最大の肥料代であり、最も無駄になりやすい養分です。世界中の作物は、施用された窒素の一部しか吸収していません。一般的な推定では、およそ半分は作物に届きません。一部は次の大雨で根圏より下へ溶脱し、一部はアンモニアガスとして揮散し、一部は土壌微生物によって窒素ガスに変えられ、大気中に失われます[2][3]。どの経路でも、生産者は袋の全部を買い、その一部しか恩恵を受けていないことになります。

この無駄を表すのが窒素利用効率で、施用した窒素のうち作物が回収する割合を指します。これを高めることは、作物栄養で最も価値の高い取り組みの一つです。取り戻した1ポイントごとに、すでに代金を払った肥料が地下水ではなく作物に入るからです。その中心にあるのが土壌微生物です。有機態窒素を無機化し、根の生育を促し、根の届く範囲を広げることで、土と肥料の窒素のうち作物が捕らえられる割合を高めます。

このガイドでは、窒素利用効率とは何か、なぜ多くの圃場で低いのか、土壌微生物がそれをどう高めるのかをまとめます。窒素を固定することと、すでにある窒素を使えるようにすることの違いを整理し、働いている仕組みとそれぞれを担うABIの菌株を紹介し、微生物資材を通常の施肥とどう組み合わせれば、収量を落とさずに窒素肥料を減らせるかを示します。微生物肥料や特注の微生物ブレンドを検討している生産者、営農指導者、販売代理店、配合メーカーに向けた内容です。ABIはウィスコンシン州の工場で単一菌株と特注ブレンドを製造しており、以下に挙げる菌株はすべて製品ページにリンクしています。

圃場で確かめられた効果。記録のあるABIの商業試験と生産者の事例では、米国ジョージア州のトマトで収量が36%増え、粗収入が1エーカー（約40アール）あたり約9,600ドル増えた例、ジャガイモで無処理区に比べて収量が31%増えた例、サウスカロライナ州のヘンプ試験で総カンナビノイドが約25%増えた例があります。ABIの主力の複数菌株の微生物肥料は、窒素、リン酸、カリの吸収を高めることで窒素利用効率を上げ、必要な化学肥料の量を減らすように設計されています。これらの数字は保証ではありません。微生物資材の効果は、作物、土の化学性、施肥体系、気候、施用のタイミング、管理によって変わります。事例の詳しいまとめは、ABIのお問い合わせフォームからご依頼ください。

※本記事の事例は海外の試験結果です。本製品は日本の農薬取締法にもとづく農薬として登録されたものではなく、病害虫の防除を目的とした製品ではありません。

この記事のポイント

• 窒素利用効率とは、施用した窒素のうち作物が吸収して使う割合です。多くの圃場では半分程度です。
• 一部の例外を除き、有用な土壌微生物は空気中の窒素を取り込むわけではありません。土と肥料にすでにある窒素を、植物が届きやすく、保ちやすくします。
• 働きは3つです。有機態窒素の無機化、より多くの窒素を捕らえる大きな根づくり、菌根菌による根の届く範囲の拡大です。
• 通常の施肥の上に重ねる「効率の層」として使えば、微生物資材は収量を保ちながら窒素肥料を段階的に減らすことを支えます。
• ABIはウィスコンシン州で、窒素利用効率向けの単一菌株と特注の微生物資材を、バルク、卸売、OEM、プライベートブランド向けに製造しています。

仕入れをご検討の方へ：ABIはこのガイドのすべての菌株をウィスコンシン州の工場で製造し、バルクの単一菌株、プライベートブランドやOEMの製品、目的の機能とCFU規格に合わせた特注ブレンドとして供給しています。ABIに相談する、または特注ブレンドを組むことができます。

目次

1. なぜ多くの圃場で窒素利用効率が低いのか
2. 窒素固定と窒素の可給性：土壌微生物が実際にしていること
3. 土壌微生物はどのように窒素の可給性と吸収を高めるのか
4. 窒素利用効率を高めるABIの菌株
5. 土壌微生物で窒素肥料を減らせるか
6. 自然な方法で土に窒素を補うには
7. 土壌微生物は窒素肥料の代わりになるか
8. ABIの試験による圃場での根拠
9. 規制と表示の考え方
10. 窒素利用効率向けの微生物資材の選び方
11. 限界と現実的な期待
12. よくある質問

1. なぜ多くの圃場で窒素利用効率が低いのか

作物は、ほかのどの無機養分よりも多くの窒素を必要とします。窒素は葉の生育、たんぱく質の形成、収量を支えます。そして最も逃げやすい養分でもあります。肥料が土に入ると、窒素は微生物による一連の変化を経て土の中を移動し、そのいくつかの段階で圃場から完全に失われることがあります。

硝酸態窒素は多くの作物が最も多く吸収する形ですが、水に溶けやすく、水と一緒に動きます。一度の大雨や過剰なかん水で、作物が吸収する前に根の下へ流れてしまうことがあります。尿素やアンモニア態の肥料は、アンモニアガスとして窒素を放出し、温かくpHの高い土や、肥料が表面に残っているときに最も大きくなります。湿害を受けた土や固締した土では、脱窒菌が硝酸態窒素を窒素ガスに変え、大気中に逃がします。合わせると、世界の作物は施用した窒素の一部しか回収できず、大きな割合がこの3つの経路で失われています[2][3]。

損失の影響は農学的な問題にとどまりません。経営にも、そしてますます規制の面にも影響します。溶脱は地下水や表流水の硝酸態窒素の主な原因であり、窒素の施用時期、施用量、総負荷量を制限する地域が増えています。窒素利用効率が低いということは、肥料を定価で買い、価値の一部しか得られず、しかも厳しくなる一方のルールのもとでそうしているということです。作物が吸収する割合を高めれば、経営にも規制への対応にも役立ちます。

つまり窒素利用効率とは、施用または利用可能な窒素のうち収穫物に入る割合です。これを高めるには、窒素をさらに買うのではなく、すでに土にある窒素をより多く保つことです。それが施肥体系の中で土壌生物が果たす役割です。

2. 窒素固定と窒素の可給性：土壌微生物が実際にしていること

微生物系の窒素資材は、空気中から窒素を取り込んで働くと考えている人は多いでしょう。少数の専門的な微生物は実際にそうしています。根粒菌はマメ科植物と共生して、またAzotobacterやAzospirillumなどの単生の細菌は単独で、大気中の窒素ガスを植物が使えるアンモニアに変えます。特にマメ科では、根粒菌の資材は実績のある価値の高い資材です。

しかし固定は一つの経路にすぎず、マメ科以外の多くの作物では、収量を抑えているのはそこではありません。一般的な圃場でより大きな余地があるのは、土壌有機物、作物残渣、そして施用したばかりの肥料にすでにある窒素です。目標は、その窒素を作物が吸収しやすく、失いにくくすることです。ほとんどの土は総窒素が不足しているのではなく、消える前に植物が届く窒素が不足しているのです。

この違いは、生産者が何を買うべきかを変えます。ABIは窒素固定菌を販売しておらず、このガイドもそうであるかのようには書きません。ABIの菌株は、固定ではなく可給性と吸収を通じて窒素利用効率を高めます。有機態窒素を植物が使える形に無機化し、土壌溶液の窒素をより多く捕らえる大きな根を育て、菌根菌のネットワークで根の届く範囲を広げます。その成果は、ほとんどの生産者がもともと求めているもの、つまり窒素の予算からより多くの収穫を得ることであり、固定よりはるかに多くの作物で働きます。

マメ科を栽培していて固定を確立したいのであれば、根粒菌の資材が適切な手段で、窒素利用効率の取り組みはそれに代わるのではなく並行して行います。トウモロコシ、野菜、果樹など、窒素の大部分を肥料と土の蓄えから得ている多くのマメ科以外の作物では、本当の伸びしろは効率にあります。このガイドの以降はそこに焦点を当てます。

早わかり表：窒素固定、無機化、利用効率

3. 土壌微生物はどのように窒素の可給性と吸収を高めるのか

土壌微生物は、互いによく積み重なるいくつかの仕組みで窒素利用効率を高めます。最もうまくいく取り組みは、たいてい複数の仕組みを同時に働かせています。複数菌株の微生物肥料や特注ブレンドが単一の機能より優れやすいのはそのためです。これらの微生物が土の中でしていることの全体像は、有用な土壌微生物の働きのガイドをご覧ください。

早わかり表：菌株グループ別の窒素への働き

3.1 有機態窒素の無機化

どの土でも、窒素の大部分は有機態で、作物残渣、土壌有機物、微生物バイオマスに閉じ込められています。作物は主にアンモニア態と硝酸態の窒素を吸収するため、この有機態窒素は、土壌微生物がそれらの無機の形に分解する、つまり無機化するまで作物の役に立ちません。それまでは根の届かないところにあるのです。この過程を担うのは腐生性の分解菌です。Trichoderma harzianum、Trichoderma asperellum、Aspergillus oryzaeなどの糸状菌と多くのBacillus属は、有機物を分解する酵素をつくり、その窒素を植物が使える形に放出します[3][5]。

残渣が多く有機物の多いところでは、無機化が微生物が窒素の供給を増やす最大の経路です。取り残されていた蓄えが、作物がシーズンを通じて吸えるゆっくりと安定した養分に変わり、化学肥料の負担の一部を肩代わりします。

3.2 PGPRによる根の効果と窒素の捕捉

植物生育促進根圏細菌（PGPR）は、主に根の伸長と根毛の生育を促すオーキシンなどの植物ホルモンをつくることで、根の生育を促す細菌です[4][6]。それが窒素にもたらす効果は直接的で、見落とされがちです。大きく、密で、より広く探る根は、土壌水に溶けた窒素をより多く、より速く捕らえ、硝酸態窒素が根圏より下へ溶脱する前につかみます。PGPRが窒素を1グラムも加えるわけではありません。すでに土の中を動いている窒素を、植物がより多く捕らえるのを助けるだけです。よく研究されている根の刺激菌には、Bacillus subtilis、Bacillus amyloliquefaciens、Bacillus megaterium、Bacillus licheniformis、Bacillus methylotrophicus、Pseudomonas fluorescens、Pseudomonas protegensがあり、これらがつくる丈夫な根の構造は、多くの作物で窒素利用効率を高める根拠のある道筋です[4][7]。

3.3 菌根菌による探索範囲の拡大

アーバスキュラー菌根菌は、ほとんどの作物の根と共生し、根だけでは届かないところまで細い菌糸の網を広げます。その網は根の延長のように働き、はるかに大きな土の範囲から養分と水を集めて植物に運びます。菌根菌はリン酸でよく知られていますが、同じ広い届く範囲が窒素へのアクセスも高めます。特に、根が決して触れない、乾いた探索されにくい土層で効果があります[8]。

農業で使われるアーバスキュラー型の内生菌根菌は、窒素利用効率の取り組みにおける菌根菌の柱です。その効果は上記の細菌と糸状菌の上に積み重なります。分解菌が窒素を解き放ち、PGPRが根を育て、菌根菌のネットワークがその根を土のより深くへと延ばします。内生と外生の違いから資材ラベルの評価方法まで、共生の全体は農業における菌根菌のガイドで解説しています。

3.4 土壌構造の改善による損失の低減

これらの微生物のいくつかは、土壌構造と根の健全さも高め、目立たない形で窒素を保全します。これらがつくる多糖は土の粒子を安定した団粒にまとめ、水のしみ込みがよくなり、脱窒を引き起こす過湿で酸素の少ない部分が少なくなります。健全な根と安定した水分は、シーズンを通じて吸収を均一にします。ここで空気中の窒素を固定しているわけではありません。すでにある窒素を、より多く根圏と作物の中にとどめているのです。

4. 窒素利用効率を高めるABIの菌株

窒素の可給性と吸収を助けるABIの微生物資材を紹介します。どれも窒素固定菌ではなく効率を高める菌株で、それぞれ製品ページにリンクしています。

窒素を無機化する分解菌

Trichoderma harzianumとTrichoderma asperellumは、よく働く腐生性の糸状菌です。根圏に定着し、残渣や有機物の分解を速め、有機態の窒素を植物が使える形に放出します。根の生育を促し、作物がストレスに対応するのも助けるため、無機化と捕捉の両方を担います。Aspergillus oryzaeは酵素生産力の高い菌で、有機物の分解とそれに伴う窒素の無機化を進めるため、堆肥を施用する体系や残渣の多い体系によく合います。

根の生育と窒素の捕捉を担うPGPR

Bacillus subtilisは最もよく研究されているPGPRの一つです。植物ホルモンと代謝物をつくり、旺盛な根の生育を促して、植物が土壌溶液の窒素をより多くつかむのを助けます。Bacillus amyloliquefaciensは、強い根の刺激と無機化を支える分解酵素の両方を備え、窒素利用効率に一石二鳥の菌株です。ABIのリン溶解菌（細菌と糸状菌）のガイドで紹介しているリン酸の主力菌株Bacillus megateriumにも、窒素循環と肥料効率を高めるPGPRとしての側面が報告されています。Bacillus licheniformisとBacillus methylotrophicusは、複数菌株のブレンドに根の刺激とストレスへの強さを加えます。

Pseudomonas fluorescensとPseudomonas protegensは、よく知られた根圏細菌です。オーキシンをつくり、根の構造をより密で広く探る形に変え、それがそのまま窒素の捕捉につながります。

届く範囲を広げる菌根菌

内生菌根菌は菌糸のネットワークで働く根の範囲を広げ、より大きな土の範囲で窒素と水へのアクセスを高めます。菌根菌はリン酸で評価されているため、窒素への効果は幅広い土づくりの中の補助的な効果と考えてください。

無機化、根の刺激、菌根菌の届く範囲をまとめて必要とする場合、ABIは目的の機能、CFU濃度、担体、施用方法に合わせて特注の微生物ブレンドをつくります。肥料削減を目的とした特注ブレンドは、バルク、卸売、プライベートブランド、OEMでご注文いただけます。単一菌株のすべてはABIの細菌と糸状菌の一覧にあります。

窒素利用効率のためにどの菌株を組み合わせるべきか迷っていますか？ABIはこれらの分解菌、PGPR、菌根菌を仕様どおりに配合します。特注ブレンドを組む、またはABIに相談してください。

5. 土壌微生物で窒素肥料を減らせるか

微生物資材は窒素の代わりにはなりません。施肥体系の上に重ねる効率の層と考えてください。肥料の袋から来た窒素でも土そのものから来た窒素でも、その1単位あたりからより多くの収穫を得る方法です。多くの体系で、その追加の効率こそが、収量を落とさずに窒素の施用量を減らす余地を生みます。

研究もこれを裏づけています。広く引用されている圃場研究で、Adesemoye、Torbert、Kloepperは、植物生育促進根圏細菌によって化学肥料の施用量を減らしても、収量と養分吸収を維持できることを示しました。減らした施用量で接種した植物が、通常の施用量で接種しない植物と同等でした[1]。Schützらの世界的なメタ解析でもほぼ同じ結果で、微生物肥料により多くの作物と条件で収量と養分利用効率が上がり、投入の少ない体系や乾燥した体系で最も大きな効果が見られました[2]。理由はどちらも同じです。微生物が窒素のうち植物に届く割合を高めるため、より少ない外部からの投入で作物の需要を満たせるのです。

実際には、窒素利用効率の取り組みは施肥計画に代わるのではなく、一緒に行います。ABIの菌株は通常の施肥体系と併用できます。一般的には、播種時かその前後に施用して早めに根圏に定着させ、点滴かん水、かん注、養液土耕による追加の施用で菌数を維持します。窒素の施用量は段階的に減らし、まず自分の圃場で確かめてください。どこまで減らせるかは、土壌有機物、作物、気候、もともとの地力によって変わるからです。微生物は削減を可能にしますが、決まった割合を約束するものではありません。そう約束する業者は、過大に宣伝しています。

6. 自然な方法で土に窒素を補うには

自然な方法で土に窒素を補う方法を探している生産者は、たいてい化学合成の尿素やアンモニア態窒素に代わるものを求めています。自然な選択肢は2つのグループに分かれ、優れた取り組みはその両方を使います。

一つ目のグループは、窒素を体系に持ち込むものです。根粒菌を接種したマメ科の緑肥、堆肥化した家畜ふん、血粉、フェザーミール、魚のエマルジョンなどは、どれも有機態または緩効性の形で窒素を加えます。二つ目のグループは、それらの資材を作物が吸収できる窒素に変える土壌生物で、多くの生産者が見落としている段階です。堆肥、残渣、家畜ふんの窒素は、土壌微生物がアンモニア態と硝酸態に無機化するまで、有機態のまま閉じ込められています。

自然な取り組みの中で微生物資材が役立つのはここです。Trichoderma harzianumやAspergillus oryzaeなどの分解菌は有機物の分解を速めてその窒素を放出し、植物生育促進菌はその窒素が溶脱する前に捕らえる根を育てます。有機の窒素源は土を養いますが、その窒素を植物に届けるには適切な微生物が必要です。

つまり、うまくいく自然な取り組みとは、有機の窒素源と、それを使える形にする土壌生物を組み合わせることです。ABIは、その解放を担う分解菌と植物生育促進菌の資材を、単一菌株として、または作物と土に合わせた特注の微生物ブレンドとして製造しています。

7. 土壌微生物は窒素肥料の代わりになるか

ABIの菌株は大気中の窒素を固定しません。マメ科での根粒菌の資材の代わりにはならず、窒素需要の大きい作物を単独で支えることもできません。窒素肥料をすべてやめて、その差を微生物が埋めることを期待すれば、期待外れになるでしょう。

微生物がするのは、すでにある窒素からより多くを引き出すことです。窒素の大部分が固定ではなく肥料と土の蓄えから来るマメ科以外の作物では、それこそがより役立つ仕事です。そうした体系のボトルネックは供給ではなく、捕捉と保持だからです。マメ科では、効率の取り組みと固定の資材が組んで働きます。根粒菌が固定を担い、分解菌、PGPR、菌根菌が土と残存窒素の吸収を高め、根と植物を健全に保ちます。

微生物の取り組みは、今の資材と競合するものではありません。今の資材をより長く効かせるもので、それは「タダの窒素」という約束とは違い、ABIが自信を持って言えることです。

8. ABIの試験による圃場での根拠

ABIの主力の複数菌株の微生物肥料は、窒素利用効率を明確な設計目標としてつくられました。その機能には、微生物が有機態窒素を植物が使える無機態に無機化して窒素利用効率を高め、養分の損失を減らす窒素循環と、窒素、リン酸、カリの吸収を高めることによる肥料削減の効果があります。以下の試験は、その養分利用効率の向上と一致しています。管理された窒素施用量の試験ではなく、記録のある圃場での結果なので、保証された窒素削減の数字ではなく、作物の反応の根拠としてお読みください。

米国ジョージア州のトマトの試験では、処理区の収量と粗収入が36%増え、製品コストが1エーカー（約40アール）あたり約115ドルであるのに対し、粗収入は同約9,600ドル増えました。生産者は茂りが増え、株が大きく、根が強くなったのを観察し、作物がより多くの養分を吸収するのを助けたと評価しています。ジャガイモの試験では、少ない施用量を2回に分けて施用し、無処理区に比べて収量が31.43%増え、塊茎のそろいもよくなりました。サウスカロライナ州のヘンプの試験では、処理区の株は対照より総カンナビノイドが約25%多く、CBDも高くなりました。カスティージョ（Castillo）種の有機コーヒーの試験では、処理区の木の収量が多く、実の房が密につき、無処理区より落葉が目に見えて少なくなりました。

2020年に米国テネシー州東部の生鮮市場向けトマトで行った別の事例では、同じ効果が植物体のレベルで示されました。Waypoint Analyticalによる独立した分析とBeCropによる土壌DNA分析で、窒素、リン酸、カリが10アールあたり数百キロという養分豊富な土なのに、それらの養分を使える形にする生物学的な経路の働きが低いために、株が栄養不足のままだったことがわかりました。SUNRISE複数菌株資材を施用したところ、葉の窒素濃度は約3週間で3.99%から4.90%に上がり、適正範囲から高い範囲に入り、リン酸とカリもともに上がりました。生育期中の2回の植物体分析だけなので、これは管理された窒素施用量の試験ではなく圃場での観察ですが、微生物が取り残された土の養分を作物が吸収できる窒素に変える様子を直接示しています。

これらの成果は、窒素利用効率を支えるのと同じ仕組み、つまり丈夫な根と養分循環の改善によるものです。少ない窒素で収量を保つことが目標なら、こうした結果は微生物の取り組みが支える反応の例です。施用量や施用方法を含む事例の詳しいまとめは、ABIのお問い合わせフォームからご依頼ください。

9. 規制と表示の考え方

ABIの窒素利用効率向けの菌株は、微生物肥料、バイオスティミュラント、微生物土壌資材として販売されています。病害虫の防除を目的とした製品ではなく、ABIもそのような用途では販売していません。日本では、病害虫の防除をうたう資材は農薬取締法の対象です。本製品は農薬として登録されたものではないため、窒素利用効率の資材は、養分の可給性、根の発達、土の健全さという観点で説明し、病害虫の防除として説明しないことが大切です。米国では、ABIの主力の複数菌株の微生物肥料は、有機生産向けにOMRI Listedで、カリフォルニア州で微生物土壌改良資材としてCDFAに登録されており、有機栽培や環境再生型の窒素の施肥体系にそのまま使えます。

日本への輸入と販売にあたっては、肥料の品質の確保等に関する法律や地力増進法など、製品と用途によって必要な手続きが異なります。ABIは、プライベートブランドやOEMのお客様が輸入に必要な書類をそろえるお手伝いをしています。製造と規制対応について買う側から見た全体像は、ABIの特注微生物ブレンドの製造ガイドをご覧ください。

10. 窒素利用効率向けの微生物資材の選び方

まず自分の体系のボトルネックから考えます。有機物が多い、あるいは残渣が多いなら、無機化が最大の余地なので、TrichodermaやAspergillusなどの分解菌を中心にします。窒素の大部分が肥料から来ていて、溶脱が一番の心配なら、窒素をより速く捕らえる根を育てるPGPRを中心にします。土層が深い、あるいは水分を得にくい作物なら、菌根菌が細菌だけでは得られない探索範囲を加えます。ほとんどの経営では、これらの複数をカバーするブレンドが最もよい結果になります。

次に、機能だけでなく実務的な仕様を見ます。CFU濃度を確認し、それが製造時ではなく販売時点で保証されているかを確かめてください。実際に働くのは生菌数だからです。担体と剤型を、点滴かん水、かん注、養液土耕、作条施用などの施用方法に合わせます。肥料やタンクで混ぜるものとの相性も確認します。そして、どこでつくられ、どう品質管理されているかも重要です。CFUの確認が透明な米国製の資材は、記録のない輸入品よりも、供給と規制のリスクが小さくなります。ABIは米国の微生物肥料のバルクメーカーで、ウィスコンシン州で窒素利用効率向けの単一菌株と特注の微生物ブレンドを仕様どおりに製造し、プライベートブランドやOEMにも対応し、技術データと書類でお客様を支えています。

11. 限界と現実的な期待

微生物による窒素利用効率の取り組みは効果がありますが、生きた道具であり、生物には条件がつきます。結果は、地温、水分、有機物、もともと土にいる微生物、作物、管理の仕方に左右されます。タンクで相性の悪いものと混ぜる、保管が悪い、シーズンの中で間違った時期に施用するといったことがあれば、効果は落ちます。期待できるのは、効率の向上と、自分の圃場で確かめながら窒素の施用量を段階的に減らす余地であり、それ以上の劇的なものではありません。

こうした注意点があっても、得られるものは確かです。これらの微生物は作物が捕らえて使う窒素の割合を高め、無駄を減らし、収量を守り、やがて窒素の費用を少しずつ減らしていきます。控えめな削減から始め、しっかりした施肥体系を土台に保てば、窒素利用効率向けの微生物資材は、作物栄養で最も費用対効果の高い取り組みの一つになります。

窒素利用効率の取り組みを始めませんか？ABIはウィスコンシン州で、生産者、販売代理店、プライベートブランド向けに単一菌株と特注の微生物ブレンドを製造しています。特注ブレンドを組むか、ABIにお問い合わせいただき、土と作物に合った菌株をお選びください。