大豆の根粒菌とは？窒素固定と施肥の関係・根粒の見方を解説

大豆の根を掘り取ると、根に丸い粒状の「根粒」が付いていることがあります。根粒の内部では根粒菌が大豆と共生し、大気中の窒素を大豆が利用できる形に変える「窒素固定」を行っています。

大豆が生育するための窒素は、肥料だけから供給されるわけではありません。根粒菌による固定窒素と、土壌から供給される窒素、施肥窒素を合わせて利用しています。

そのため、大豆の窒素管理では「根粒菌がいるから窒素肥料はいらない」とも、「生育を良くするため窒素を多く入れればよい」とも言い切れません。

まず根粒菌がどのように大豆を支えているのかを理解し、圃場では根粒、根の状態、水分、施肥履歴を合わせて見ることが基本になります。

大豆と根粒菌は窒素と炭素をやり取りしている

根粒菌は大豆の根に感染し、根粒を形成して共生します。

根粒菌は大気中の窒素を固定して大豆へ供給し、大豆は光合成で得た炭素化合物を根粒菌へ供給します。大豆と根粒菌は、一方的に養分を受け取る関係ではなく、互いに資源をやり取りしています。

一般の作物は大気中の窒素をそのまま養分として利用できません。大豆は根粒菌との共生によって固定窒素を利用できるため、窒素肥料だけでは説明できない窒素供給系を持っています。

この点が、大豆の施肥を考えるうえで重要です。

根粒が付いていれば窒素固定は十分、とは限らない

窒素固定量は、根粒の数だけでは決まりません。

固定窒素の総量は、根粒の着生量だけでなく、根粒の寿命や窒素固定活性にも左右されます。また、乾燥や酸素不足など、根圏の状態によっても根粒の働きは変わります。

したがって、圃場で根粒を見る目的は「何個付いているか」を数えることだけではありません。

根が健全に伸びているか、根粒が機能しやすい水分・酸素条件になっているかまで含めて確認する必要があります。

根粒形成と窒素固定は生育ステージに合わせて見る

大豆の根粒菌による窒素供給は、播種直後から一定ではありません。発芽・出芽後に根が伸び、根粒が形成され、根粒の働きが高まるにつれて固定窒素の比重が大きくなります。そのため、生育初期には土壌や元肥からの窒素供給も関係し、根粒が形成された後は根粒の状態と土壌窒素を合わせて見る必要があります。

このため、生育初期と根粒形成後では窒素供給の見方が変わります。生育ステージごとに、根粒の形成状況と施肥履歴を合わせて確認します。

窒素肥料が多すぎると根粒形成を抑えることがある

根粒菌による窒素固定があるからといって、大豆への窒素施肥を一律にゼロにするわけではありません。

一方で、土壌中の窒素濃度が高い条件では、根粒の形成や窒素固定が抑えられることがあります。

地域の施肥基準を見ると、初期生育を確保するため少量の基肥窒素を設定しているケースがある一方、肥沃な圃場などでは無窒素とする基準もあります。

つまり、大豆の窒素施肥は根粒菌の存在だけでは決められず、地力や圃場条件との組み合わせで考える必要があります。

元肥や追肥を含む施肥設計については、別記事で詳しく扱います。

大豆の肥料・施肥設計｜元肥・追肥と施肥時期の考え方を解説

根粒を見るときは、内部の色と根全体を確認する

圃場で根粒の状態を確認するときは、根粒だけを切り離して見るのではなく、できるだけ根系を残した状態で株を掘り取ります。

見るポイントは、次のとおりです。

• 根が十分に伸びているか
• 根粒が形成されているか
• 根粒内部がどのような状態か
• 生育の良い株と悪い株で違いがあるか

根粒を確認するタイミングは生育の推移も合わせて見る

大豆の根粒は、一度だけ確認して終わりにするより、生育初期から開花期にかけて生育の変化と合わせて見る方が原因を切り分けやすくなります。

圃場内で生育の良い株と悪い株を同じ時期に掘り取り、根量、根粒の付き方、根粒内部の色、葉色や草勢を比較すると、根粒だけの問題なのか、根圏や施肥条件まで含む問題なのかを考える手掛かりになります。

活性のある根粒では内部が赤〜ピンク色に見える

根粒を割ると、機能している根粒では内部が赤色やピンク色に見られます。この色にはレグヘモグロビンが関係しています。

ただし、赤い根粒があることだけで、圃場全体の窒素固定量が十分かどうかを判断することはできません。

根粒内部の色は、根粒の状態を見る手掛かりの一つとして使い、葉色、生育量、根の発達、施肥履歴、圃場の水分状態と照らし合わせます。

根粒が少ないときは、肥料を足す前に原因を探る

根粒が少ない、生育が弱い、葉色が薄いといった状態でも、最初から窒素不足と判断して追肥するのは早計です。

根粒形成や窒素固定を妨げる条件がないか、次のような点を確認します。

• 水分・排水：滞水、過湿、乾燥、根傷みがないか
• 窒素条件：基肥・追肥、有機物からの窒素供給が多すぎないか
• 根の状態：根量、根の伸び、根粒形成に問題がないか
• 圃場履歴：大豆作付歴、水田利用期間などはどうか

過湿や乾燥は窒素固定にも影響する

根粒菌は根の中で働くため、根域の水分環境の影響を受けます。

過湿で根が傷んだり、根域の酸素が不足したりすると、根粒の形成や窒素固定にも影響します。一方、乾燥が強い条件でも窒素固定活性は低下しやすくなります。

長雨後に根の発達が悪い、生育不良が圃場の低い部分へ偏るといった場合は、肥料不足より先に排水を確認します。

大豆の湿害対策｜症状の見分け方と大雨後・播種前の排水管理

根域の酸素不足が根の生育や養分吸収へ与える影響については、こちらの記事で詳しく解説しています。

なぜ作物の根に酸素が必要なのか?研究で分かった収量を左右する土壌酸素の科学

窒素施肥が多い場合は、追加施肥より施肥履歴を先に見る

根粒が少ない株で葉色も薄いと、窒素を追加したくなることがあります。

しかし、すでに基肥や有機物から窒素が多く供給されている圃場では、根粒形成そのものが抑えられている可能性もあります。

基肥、追肥、前作、有機物施用を振り返り、地域の施肥基準と比べて窒素が過剰になっていないかを確認します。

根粒と施肥窒素の関係を見ずに追加施肥だけで対応すると、原因を外す可能性があります。

根粒菌接種はどんな圃場で検討する？

根粒菌は、種子などへ接種して利用する方法もあります。

ただし、大豆を栽培する圃場すべてで毎年接種すればよい、というものではありません。

大豆栽培歴が少ない圃場などでは根粒菌接種を検討する余地があります。一方で、大豆栽培歴のある圃場には土着根粒菌が存在する場合があり、接種した菌と土着根粒菌の感染競合によって、接種菌が十分に根粒を形成できないこともあります。そのため、接種効果は圃場条件によって変わります。

根粒菌接種は「菌を付ける」だけでなく根へ届く条件を見る

大豆の根粒菌接種では、種子への粉衣や菌液の局所施用などの方法が検討されています。重要なのは接種菌の量だけではなく、発根する位置へ接種菌が届き、根へ感染できる条件があるかです。農研機構の試験でも、接種位置や土壌水分によって根粒着生に差が生じています。実際に接種する場合は、使用する接種資材の方法を守りながら、播種時の土壌水分や排水状態も合わせて確認します。

接種を検討するときは、次の点を合わせて確認します。

• 大豆の栽培履歴があるか
• 現在の圃場で根粒が形成されているか
• 排水不良など根圏の問題がないか
• 接種する場合の方法が適切か

品種と根粒菌の組み合わせでも根粒着生は変わる

大豆の根粒着生や窒素固定には、圃場環境だけでなく大豆品種と根粒菌の組み合わせも関係します。研究では、品種によって着生する根粒菌の構成や、根粒の着生量、窒素固定の程度に差があることが確認されています。ただし、営農現場で菌株を独自に選び分けるというより、地域で推奨される品種・接種資材・栽培指針を基本にし、根粒の着生状況を圃場で確認するのが現実的です。

まとめ｜根粒菌は大豆の窒素管理を考えるための重要な観察対象

大豆は、根粒菌による固定窒素、土壌から供給される窒素、施肥窒素を利用して生育します。

そのため、根粒菌を理解する目的は「窒素肥料をなくすこと」でも、「根粒の数を増やすこと」だけでもありません。

圃場では、根粒の形成と内部の状態を確認し、根の発達、水分・排水、施肥履歴まで合わせて見ます。根粒形成が不十分な場合は、肥料を追加する前に、その原因が窒素条件なのか、根圏環境なのか、根粒菌の存在なのかを整理することが重要です。

そのうえで、元肥・追肥をどう設計するかは、大豆全体の施肥設計として考えていきます。

大豆の肥料・施肥設計｜元肥・追肥と施肥時期の考え方を解説