生物製剤が精密農業における新たなトレンドとなっている理由とは？

農業の世界では、作物の改良と環境保護のために、斬新でスマートなアイデアが活用され、大きな変化が起きています。この変化の重要な要素の一つが、農業における生物製剤の利用です。生物製剤は天然由来の製品で、植物の健康増進や、作物の生育に適した土壌づくりに用いられます。.

生物製剤とは何ですか？

農業における生物製剤とは、作物を保護し、種子を処理するために使用される製品です。これらは、細菌、真菌、線虫、植物抽出物などの生物由来または天然由来の物質から作られています。農家はこれらを用いて、作物を病害虫や雑草から守り、同時に作物の生育と品質を向上させています。.

さらに、これらの製品は有機農業と慣行農業の両方で使用でき、総合的病害虫管理（IPM）戦略の一部として活用できます。同時に、持続可能で残留農薬のない食品生産にも貢献します。.

有機食品に対する消費者の嗜好の高まり、化学製品に対する厳しい規制、そして耐性管理と作物の多様化の必要性から、これらの需要は増加している。Markets and Markets™によると、世界の農業用生物製剤市場は2020年に99億米ドルと評価され、2025年までに189億米ドルに達すると予測されている。.

• 2020年には、生物農薬が全生物製品のうち66%を占め、そのうち生物刺激剤が28%、生物肥料が6%であった。.
• 生物農薬の利用が最も多かった作物は果物と野菜で、次いで穀物と油糧種子だった。.
• 生物殺線虫剤は最も高い成長率を示した（年平均成長率17%）。.
• 生物農薬の中では、生物殺虫剤が最も多く使用され、次いで生物殺菌剤、生物除草剤の順であった。.
• 微生物由来のバイオ刺激剤がバイオ刺激剤のカテゴリーで最も人気が高く、次いで海藻抽出物、腐植物質が続いた。.
• バイオ肥料のカテゴリーでは、窒素固定バイオ肥料が最も重要であり、次いでリン酸可溶化バイオ肥料が重要であった。.

さらに、欧州が市場をリードしており、次いで北米、アジア太平洋地域が続く。バイエル、BASF、シンジェンタ、UPL、インディゴ、ヴァレント・バイオサイエンス、ピボットバイオ、コルテバといった主要企業が、その世界的な普及において重要な役割を果たしている。.

生物製剤にはどのような種類がありますか？

生物農薬には主に3つの種類があり、それぞれ作用機序や作物への効果が異なる。.

1. 生物農薬

生物農薬は、動物、植物、細菌、特定の鉱物といった自然由来の物質から作られます。生物農薬は、他の生物に害を与えることなく特定の害虫だけを駆除できるため、化学農薬よりも優れた選択肢と言えます。.

例としては、毛虫害虫対策に用いられるバチルス・チューリンゲンシス（Bt）や、幅広い効果を持つニーム抽出物などが挙げられる。これらは、昆虫、雑草、真菌、細菌、ウイルス、線虫などの害虫を駆除するのに役立つ生物または天然物質である。これらはさらに3つのサブカテゴリーに分類される。

• 微生物由来の生物農薬： これらには、特定の昆虫に致命的な毒素を生成するバチルス・チューリンゲンシス（Bt）菌などの微生物またはその副産物が含まれている。.
• 植物由来の生物農薬： ニームオイルなどの植物由来の生物農薬は、天然の殺虫特性を利用して作物を保護する。.
• 半化学的な生物農薬： これらはフェロモンやその他の行動変容作用を持つ化合物を利用して害虫を駆除し、種特異性や耐性発達の抑制といった利点を提供する。.

2. 生物刺激剤

これらは、様々な生理学的プロセスに影響を与えることで、植物の成長、収量、および耐性を促進する物質または微生物です。これには、栄養吸収、光合成、ストレス反応などが含まれます。.

例えば、Serenade® Optiは、バチルス・サブチリス株QST 713をベースとしたバイオスティミュラントであり、植物に全身抵抗性を誘導し、作物の収量と品質を向上させます。バイオスティミュラントは以下のように分類されます。

• 腐植物質： 分解された有機物から生じる有機化合物で、土壌を豊かにし、植物の成長を促進する。.
• 海藻エキス： 植物の発育を促進する、海洋藻類由来の有益な多糖類と植物ホルモンを含んでいます。.
• 微生物接種剤： 植物の根や葉に定着することで、植物の栄養と健康を向上させる有益な細菌または真菌。.
• 植物エキスとアミノ酸： 植物の代謝を活性化する天然化合物。.

3．バイオ肥料

バイオ肥料は、植物が土壌や空気からより多くの栄養素を吸収するのを助ける、自然由来の特別な製品です。バイオ肥料には2種類あります。 窒素固定バイオ肥料, これらは、空気中の窒素をアンモニアや硝酸塩に変換する、バクテリアやシアノバクテリアのような微小な生物です。.

そして リン酸可溶化バイオ肥料, これらは、土壌からリン酸を放出する細菌や真菌などの微小生物です。これらの生物肥料は植物をより健康にし、化学肥料の必要性を減らし、土壌を改良することができます。.

一方、その他の一般的な種類としては以下のようなものがあります。

• 生物殺菌剤：これらは真菌性疾患を自然に抑制します。例えば、Serifel®にはバチルス・アミロリクエファシエンスMBI 600が含まれており、化学殺菌剤と併用することで広範囲の病害を抑制します。.
• 生物殺虫剤害虫を自然な方法で駆除します。有益な線虫を含むNemaStrike™は、土壌に生息する害虫を駆除します。.
• 生物殺線虫剤：植物の根に害を与える線虫を駆除します。Velum® Primeは、バチルス・アミロリクエファシエンスFZB24を使用することで、線虫の数を減らし、根の健康を促進します。.
• 生物除草剤：自然な方法で雑草を駆除します。ペラルゴン酸配合のBeloukha®は、接触した雑草組織を焼き尽くし、環境に優しい除草ソリューションを提供します。.

生物製剤の作用機序とは何ですか？

それらは種類や対象に応じて様々な作用機序で働き、それぞれが植物の成長促進、土壌の健康増進、害虫や病気からの保護に特化している。これらの作用機序には以下が含まれる。

1. 敵対関係それらのいくつかは、栄養素や空間をめぐって競合したり、抗生物質や酵素を生成したり、植物の抵抗力を高めたりすることで、植物病原菌の増殖を阻止したり、死滅させたりすることができる。例えば、生物殺菌剤Serifel®には、病原菌の細胞膜を破壊するリポペプチドを生成することで真菌性疾患を予防できるバチルス・アミロリクエファシエンス株MBI 600が含まれている。.

2. 捕食と寄生テントウムシなどの益虫や捕食性のダニは、害虫を積極的に探し出して捕食します。寄生バチは害虫の幼虫の体内に卵を産み付け、内側から死に至らしめます。.

3. 病原体と微生物制御バチルス・チューリンゲンシス（Bt）などの細菌は、特定の害虫を標的として殺す特異的な毒素を生成します。真菌も病原体として働き、雑草や病原菌を攻撃して殺すことができます。.

4. 摂食阻害剤および忌避剤特定の植物抽出物や天然化合物は、害虫が作物を食害したり産卵したりするのを防ぐことができます。例えば、ニームオイルはアブラムシやコナジラミを寄せ付けません。.

5. 昆虫の発育を阻害する生物農薬の中には、昆虫の成長や繁殖に関わるホルモンやその他の身体機能に干渉するものがある。例えば、アザジラクチンは昆虫の脱皮や産卵を阻害する可能性がある。.

6. 栄養素の動員有益な細菌や菌類は、土壌中の栄養素を放出し、植物が容易に利用できるようにするのに役立ちます。例えば、リン酸可溶化細菌は、土壌中の固形リン酸を放出することができます。.

7. ストレス耐性の向上バイオスティミュラントは、植物の自然な防御機構を活性化することで、干ばつ、塩害、高温などの厳しい環境条件への植物の耐性を高める可能性があります。例えば、海藻エキスは植物の抗酸化物質レベルを高め、浸透圧調節能力を向上させることができます。.

8. 窒素固定根粒菌はマメ科植物と共生関係を築き、空気中の窒素を植物が利用できる形に変換します。アゾスピリルムなどの他の細菌も、穀物などのマメ科以外の作物で窒素固定を行うことができます。.

9. リン酸塩の可溶化特定の細菌は、土壌中の固体リン酸塩化合物を溶解する有機酸を生成し、植物が利用しやすい状態にする。例えば、バチルス・メガテリウムはリン鉱石を溶解し、植物による利用量を増やすことができる。.

10．菌根共生菌根菌は植物の根と共生関係を築き、根の表面積を増やすことで、より多くの栄養分と水分を吸収できるようにします。また、土壌中で移動しにくいリンや亜鉛などの栄養素への植物のアクセスを改善する効果もあります。.

生物製剤は、有機製剤や従来型の製剤とどのように異なるのでしょうか？

これらは、その組成と用途において有機農法や慣行農法とは一線を画す、独自の農業資材カテゴリーを形成しています。植物や鉱物など、生物由来の物質から作られています。農家はこれらを用いて、害虫、病気、雑草の防除、あるいは植物の生育促進を図ります。.

生物製剤の例としては、微生物、植物抽出物、フェロモン、酵素、天然鉱物などが挙げられます。これらはどちらも自然由来であるため、有機溶液と似ている部分もありますが、全く同じものではありません。.

有機農業では、天然物や自然由来の物質の使用に関して厳格な規則があり、有機農業で使用されるものはすべて特定の基準を満たさなければなりません。有機的な解決策は、その由来によって、天然のもの、研究所で作られたもの、生物由来のものなど様々です。例えば、硫酸銅は有機農業で使用が認められている天然鉱物ですが、合成除草剤であるグリホサートは認められていません。.

合成化学物質を主成分とする従来の方法とは対照的に、これらはより環境に優しい選択肢として際立っている。幅広い効果を持つため、通常の農業で使用される合成物質は、汚染、害虫の耐性獲得、その他の生物への害といった問題を引き起こす可能性がある。.

例えば、一部の殺虫剤には、合成化学物質とキクの花から抽出した天然のピレトリン抽出物の両方が含まれています。一方で、これらの殺虫剤は標的とする害虫の種類がより限定的であるため、環境への悪影響が少なく、より効果的な害虫駆除方法を支えることができます。.

精密農業の手法は、生物製剤の利用をどのように最適化できるのか？

これらは合成化学物質に比べて有害性が低く、環境への影響も小さく、開発期間も短いため、環境に優しい代替品と見なされています。一方、精密農業は、土壌マッピング、可変施肥、リモートセンシングなどのデータと技術を活用して、作物の管理や投入資材の施用を改善する農業手法です。.

精密農業では、GPS、センサー、データ分析などのハイテクツールを用いて、圃場を綿密に監視し、作物の生育状況を非常に正確に把握します。これらの技術により、農家は害虫が多い場所や栄養分が不足している場所など、圃場内の差異を特定し、該当箇所の作物の生育を促進するための具体的な対策を講じることができます。.

一方、フォーブス誌は、バイオ医薬品の売上が年間約17％のペースで着実に伸びていると報じている。マッキンゼー社も、精密農業によって作物の収穫量を10～15％増加させることができると示唆している。したがって、農家がこれら2つの分野を組み合わせることで、生産性と利益を向上させると同時に、より持続可能で再生可能な食料システムの構築に貢献できるのである。.

さらに、以下の点を通じて生物製剤の利用を促進します。

1. ターゲット選択： 土壌サンプルを分析し、土壌の多様性をマッピングすることで、栄養分含有量、微生物の多様性、pH値、土壌の種類などの要素を考慮し、各圃場や区域の特定のニーズに合った生物製剤を選択する。.
2. 最適な投与時期と投与量： リモートセンシングとセンサーを活用して作物の生育段階、植物の健康状態、環境条件を監視することで、生物学的薬剤の散布時期と投与量を正確に決定し、効果を最大化し、無駄を最小限に抑える。.
3. パフォーマンス評価： ドローンとセンサーを活用して、生物農薬散布前後の作物収量、品質、健康状態に関するデータを収集し、投資収益率の評価や、他の農業資材や農法との有効性の比較に役立てる。.

このアプローチの一例として、マルチスペクトルイメージングカメラとセンサーを搭載したドローンを用いて、畑をスキャンし、害虫の発生や病気の兆候を探すことが挙げられます。害虫や病気が特定されると、これらのドローンは影響を受けた地域に生物農薬を正確に散布し、治療が最も必要とされる場所だけに限定されるようにします。.

これは、あらゆるものに農薬を散布する従来の方法とは異なり、多くの資源を浪費するものではありません。生物農薬と精密農業を組み合わせることで、多くの利点が得られます。使用する資源を減らすことで農業が環境に与える影響を軽減し、生物多様性の保護に貢献するとともに、水源の浄化にも役立ちます。.

さらに、必要な場所に菌根菌を散布することで、害虫や病気の防除効果を高めることができます。問題のある箇所に重点的に散布することで、作物の生育状態と収量を向上させることが可能です。例えば、土壌の状態が悪い畑の一部に菌根菌を正確に散布することで、植物の水分や栄養分の吸収効率が大幅に向上し、より良い収穫が得られることが研究で示されています。.

GeoPardは生物製剤と精密農業をどのように統合できるのか？

GeoPard Agricultureは精密農業に特化しており、作物の健康、収量、持続可能性を高めるための生物製剤の的確な施用を可能にする高度なソリューションを提供しています。同社の分析プラットフォームは地理空間データを処理し、土壌の多様性に関する重要な知見を提供することで、特定の農業ニーズに基づいた生物製剤の正確な選択と施用を支援します。.

このプラットフォームは、作物ごとの詳細なデータを用いてカスタマイズされた推奨事項を生成する機能を備えているため、植え付け前から生育後期まで、さまざまな生育段階において最も効果的な生物農薬を適切なタイミングで適用し、その効果を最大限に高めることができます。.

さらに、GeoPardの重要な特徴は、精密な施肥を可能にするための圃場レベルの処方マップの活用と、生物農薬の収量への影響を評価するための試験分析機能です。これらのツールは、農家にデータに基づいた洞察を提供し、情報に基づいた意思決定と農業慣行の最適化を可能にします。.

生物製剤の適用に関する正確な推奨事項を管理するにはどうすればよいでしょうか？

農業におけるこれらの資材の活用は、個々のニーズや状況に合わせた的確な推奨事項が非常に重要となる、繊細なプロセスです。これらの推奨事項は製品の種類ごとに分類でき、それぞれ土壌の状態評価、作物固有の要件、季節的なタイミングなど、考慮すべき事項が異なります。.

これらのガイドラインを遵守することで、農家は作業効率を最適化し、作物の健康状態、収量、持続可能性を高めることができる。.

1. 製品タイプ

農業においては、作物に使用できる生物農薬には様々な種類があります。これらは、作用機序、対象となる害虫や病気、そして製造方法によって異なります。以下に、一般的な種類をいくつか挙げます。

1. 生物防除剤
2. バイオ刺激剤
3. バイオ肥料

これらの生物製剤にはそれぞれ長所と短所があります。作物のニーズと達成したい目標に基づいて選択する必要があります。例えば、生物防除剤は特定の害虫や病気の防除に効果的ですが、効果を最大限に発揮させるためには、取り扱い、保管、散布を慎重に行う必要があります。.

以下にいくつかの生物農薬を紹介します。

1. トウモロコシ、綿花、大豆、野菜などの作物に使用されるバチルス・チューリンゲンシス（Bt）。.
2. 小麦、米、トマト、キュウリなど、根腐病にかかりやすい作物には、トリコデルマ属菌が有効です。.
3. 柑橘類、マンゴー、綿花、野菜など、吸汁性害虫の被害を受けた作物にニームオイルを使用する。.
4. リンゴ、ブドウ、トウモロコシ、綿花などの作物における害虫を減少させるための罠にフェロモンを使用する。.

さて、バイオスティミュラントについてです。

1. 穀物、油糧種子、豆類、園芸作物用のアスコフィラム・ノドサム抽出物（ANE）。.
2. フミン酸（HA）は、トウモロコシ、小麦、米、野菜など、微量栄養素を必要とする作物に使用されます。.
3. 綿、サトウキビ、トマト、ジャガイモなど、干ばつ、塩害、高温に見舞われる作物には、グルタミン酸（GA）が有効です。.
4. 米、大豆、落花生、ブドウなど、真菌性または細菌性の病気にかかりやすい作物には、枯草菌（Bacillus subtilis、Bs）が使用されます。.

最後に、バイオ肥料について：

1. 大豆、落花生、アルファルファ、クローバーなどのマメ科作物用の根粒菌（Rhizobium spp.）。.
2. トウモロコシ、小麦、米、ジャガイモなど、リンを必要とする作物のためのリン酸可溶化細菌（PSB）。.
3. トマト、キュウリ、ニンジン、ブドウなど、菌根菌の定着によって恩恵を受ける作物のためのアーバスキュラー菌根菌（AMF）。.
4. 水田における生物肥料または緑肥としてのシアノバクテリア。.

2. 土壌健全性評価

生物製剤を使用する前に、圃場の土壌の状態と肥沃度を評価することが非常に重要です。土壌の状態とは、土壌が物理的、化学的、生物学的特性を維持しながら植物の生育を支える能力を指します。徹底的な土壌状態評価には、以下の項目が含まれます。

1. 土壌サンプリングと検査土壌サンプリングとは、様々な現場からサンプルを採取し、pH、有機物、栄養素、微生物活動などのパラメータを実験室で検査することを指します。.
2. 土壌品質指標土壌の質を示す指標、例えば土壌の質感、構造、保水能力、炭素隔離能力などは、土壌の健全性に関する測定可能な情報を提供する。.
3. 土壌健全性スコアカード：さまざまな土壌品質指標を簡素化し、農家が土壌の強みと弱みを特定し、土壌管理方法の優先順位付けを行うのに役立つ統合ツール。.

このような評価は、農家が適切な生物製剤を選択し、施用量と施用時期を最適化することで、圃場での生産性を向上させるための指針となる。.

3．作物固有の考慮事項

作物によって、生物製剤に対するニーズや反応は異なります。製品選定の際には、作物の種類、品種、生育段階、収量ポテンシャルを考慮してください。主なポイントは以下のとおりです。

1. 作物との適合性： 製品ラベルを確認し、特定の作物との適合性を確認し、悪影響を避けてください。薬害や効果の低下などの問題を防ぐため、製造元の推奨事項に従ってください。.
2. 輪作： 輪作が土壌の健康、病害虫管理、収量に及ぼす影響を理解する。生物農薬の施用計画を立てる際には、過去の輪作履歴を考慮に入れる。.
3. 作物のストレス： 天候、害虫、病気、栄養不足などの要因によって引き起こされる作物のストレスを監視し、対処する。作物のストレスレベルに基づいて生物製剤の施用を調整し、耐性や回復力を高める。.

4. 季節的なタイミング

生物製剤を適切な時期に施用することは、最適な効果を発揮し、環境への影響を最小限に抑えるために非常に重要です。作物の生育段階によって、必要な生物製剤の種類は異なります。以下に、季節ごとの施用時期に関する一般的なガイドラインを示します。

1. 植え付け前の準備： 種まきや苗の植え付け前に使用してください。土壌中や種子表面に定着する製品に最適です。例えば、種子の発芽を促進する生物刺激剤などが挙げられます。.
2. 初期成長： 作物の発芽から栄養成長期にかけて施用することで、植物組織と相互作用する製品の効果を高めることができます。例えば、成長促進物質を生成するバイオ肥料などが挙げられます。.
3. 中期成長期： 栄養成長期から生殖成長期にかけて適用することで、生育の移行を促進したり、害虫や病気の発生を防いだりします。例としては、害虫に寄生する生物防除剤などが挙げられます。.
4. 晩期成長： 生殖成長期から成熟期まで適用することで、最終的な収量や品質を向上させます。例としては、果実のサイズを大きくするバイオスティミュラントなどが挙げられます。.

サブフィールドレベルの処方マップと治験分析による統合

生物製剤と精密農業の統合、特に圃場レベルの処方マップと試験分析の活用は、農家が生物製剤を散布し、収量への影響を評価する方法に革命をもたらしています。このアプローチにより、高度に的を絞った散布が可能になり、効果を最適化し、持続可能な農業慣行を確保できます。.

圃場レベルの施肥マップは、土壌、気象、作物データに基づいて、投入資材の施用に関する正確な推奨事項を提供し、圃場のばらつきに対応することで、資材の使用を最適化します。これらのマップは、適切な資材を適切な量、時期、場所に施用することで、生物学的効果を高め、収量への影響を増大させます。.

作物の生育状況に対する様々な処理の効果を評価する試験分析において、圃場内レベルの処方マップは非常に有用です。土壌の種類、天候、害虫の発生状況といった交絡因子を最小限に抑えることで、生物製剤の比較を容易にします。これにより、処理区域の均質性が向上し、生物製剤が収量に及ぼす影響をより明確に評価することが可能になります。.

サブフィールドレベルの処方マップを適用することで、試験対象の生物学的製剤を除き、治療ゾーン全体で一貫した入力が確保され、その効果が分離されます。この方法は、空間的に分布したデータポイントを増やすことで試験分析の精度を向上させ、治療間の小さくても重要な差異を検出できるようにします。.

さらに、各処理区域において一貫性のある代表的なサンプリングを確保することで、測定誤差やバイアスを低減します。これらの利点を示すために、いくつかの研究事例を紹介します。.

ノースカロライナ州のノースカロライナ州立大学が行った研究では、圃場内マップによって窒素肥料の施肥精度が20%向上し、トウモロコシの収量変動が15%減少したことが明らかになった。また、ミシガン州のAgroLiquid社が行った別の研究では、圃場内マップによって大豆の収量が1エーカーあたり平均3.5ブッシェル増加し、各圃場に最も効果的な生物製剤を特定するのに役立ったことが分かった。.

結論

スマート農業の手法、特に生物農薬の利用は、作物の健康増進と環境の持続可能性向上によって農業を変革しつつあります。細菌や真菌などの生物由来のこれらの農薬は、作物を保護し、土壌の肥沃度を高める自然な方法を提供します。.

一方、精密農業は、圃場ごとの処方マップや試験分析といった技術を通して、これらの薬剤を的を絞って適用することを可能にすることで、この取り組みを補完します。生物製剤と精密農業のこの組み合わせは、資源利用の効率化、環境負荷の低減、作物収量の向上につながり、持続可能で生産性の高い農業への重要な一歩となります。.