Nature Communicationsに掲載されたカンザス大学の野外実験と温室実験に基づいた研究は、単一の植物だけでなくさまざまな作物を栽培することで農作物の収量がどのように向上するかを示しています。植物に有害な土壌病原菌は生育するのが困難です。

「さまざまな植物群落が時間の経過とともにより生産的で安定する可能性があることは一般的な観察です」と、責任著者でカンザス生物調査生態研究センターの主任研究員であるジェームズ・ビバー氏は述べた。 「多くの種が生息する牧草地は生産性を高めることができます。しかし、なぜこれが起こるのかは謎でした。」

輪作やその他の農業および園芸行為は長い間、植物混合の利点を反映してきましたが、この新しい研究は、この観察を裏付ける重要なメカニズム、つまり土壌中の植物を食べる微生物の豊富さについての確かなデータを提供します。

「多様な農業コミュニティには病原菌を阻止し、それによって収量を増加させる可能性がある」とビーバー氏は語った。 「私たちの研究は、主な要因は病原体、特に異なる植物種を標的とする病原体の特殊化であることを示しています。これらの病原体は多様性の低い群落では収量を抑制します。牧草地における多様性の大きな利点は、病原体によって消費されるバイオマスが減り、より多くのバイオマスが牛の飼育などの他の用途に利用できることです。同じプロセスは農業生産にも重要です。」

新しいデータは、カンザス大学がカンザス フィールド ステーションでの野外実験、温室分析、コンピューターを使用したフィードバック モデリングを使用して開発しました。このプロジェクトは、国立科学財団と米国農務省からカンザス大学への多額の共同資金によって支援されています。

「私たちは、区画内の植物の数と降水量のレベルを、区画内の植物種 1 種から 6 種まで操作する実験を実施しました」とビーバー氏は語った。 「その後、土壌病原体マイクロバイオームの組成を評価しました。単一栽培では、病原体組成の変化が組み合わせた場合の収量を大きく予測することがわかりました。異なる病原体コミュニティが存在する場合、それらは混ざり合い、隣の作物からより多くの病原体が放出される原因となります。最悪のシナリオは、隣の作物が同じ病原体を持っていることであり、その場合、自分の作物の病原体と隣の作物の病原体という二重の密度を経験することになります。」

カンザス大学では、ビバー氏の共同研究者には准専門家のペギー・シュルツ氏のほか、カンザス大学で博士号を取得し、現在はそれぞれオレゴン大学とカンザス大学の博士研究員であるヘイリー・ブリル氏とローラ・ポジコウスキー氏が含まれる。筆頭著者の王広州氏はカンザス大学で博士研究員として勤務し、現在は中国農業大学に所属している。

ビバー氏によると、この研究は、しばしば「モノカルチャー」と呼ばれる、何エーカーもの土地で単一の食用作物を栽培する工業的および農業的実践に反対しているという。

同氏は、「モノカルチャーの実践に関しては、植物の多様性を促進するという考え方は、一般的な慣行に反するように見える。モノカルチャー（単一の作物を広い面積で栽培する）は、生物学的理由ではなく技術的な理由によって動かされている。栽培と収穫の実際的な側面がこのアプローチを推進している。伝統的なアメリカ先住民の農業と熱帯地方での実践には、複数の種のポリカルチャーが含まれている。中国では、米国の支配的なモノカルチャーモデルに挑戦する、機械化されたポリカルチャー生産に向けた動きがある。モノカルチャーは、単一の作物として見なされなければならない」と述べた。病原体の長期管理には、投入量を増やした費用対効果の高いモデルや輪作などの代替方法が検討されるべきである。」

異なる区画に植物を混合することは、家庭菜園や植物を栽培する人にとって有益です。

「ガーデニングをしているときは、機械による植え付けや機械による収穫に依存する必要はありません」とビーバー氏は言う。 「作物を混合することは間違いなく有利に働き、土地全体に異種混合で植えることができます。便宜上、異なる作物を交互に植えることができます。これにより、同じ作物を並べて植えるよりも病原菌を抑制することができます。裏庭に4つの別々の区画がある場合、すべてのトマトを1つの区画に、すべてのカボチャを別の区画に、ハーブを3番目の区画に置くのではなく、それらを混ぜ合わせたいと思うでしょう。そうすることで病原菌が減ります。それが私たちのデータが示していることです。」

結局のところ、ビーバー氏は、彼のチームの発見は生物多様性が病原体の増殖を妨げていることを示唆しているが、植物界の外ではこの発見は明確ではないと述べた。実際、この考えはライム病などの動物系では物議を醸しています。

同氏は、「植物界における私たちの明確な結果は、動物界の複雑な文献とは対照的である。生態学における病原体の研究は、新型コロナウイルスなどの病原体に関する最近の懸念を背景に物議を醸している。多様性が病原体の影響に及ぼす影響は、増加するか減少するかにかかわらず、物議を醸している。植物における我々の結果は、今後の論文で検討される土壌生息病原体を含め、多様性の増加に伴い病原体の拡散が減少することを示している」と述べた。この論争は、病原体が動物と植物にどのような影響を与えるかという点の違いから生じています。」