From innovation to integration: Plant and soil sciences for people and planet

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Researchers in plant-soil science can leverage the integrated framework for designing interdisciplinary climate adaptation studies.

🏛政策担当者:Policymakers may find the discussion on enhanced weathering and circular nutrient strategies useful for updating agricultural and land-use policies.

世界的な環境危機と食料不安は、陸上生態系管理におけるパラダイムシフトを要求している。植物、土壌、社会の間の相乗効果を活用しようと、本特集号内の研究、意見、レビュー論文は、持続可能な土地利用のための革新的な枠組みを提供する。まとめて、この論文集は、政策立案者、農家、都市計画者に対し、世界の食料安全保障を守り、生物多様性を回復し、気候変動を緩和し、地球の回復力のある未来を支える適応戦略の実施を促し、奨励することを目的としている。2024年8月に英国シェフィールド大学で開催されたPlants, People, Planetシンポジウム「重大な世界的課題に取り組むための植物・土壌科学の革新」に触発された本特集号は、地球の陸上システムにとって極めて重要な時期に発行される。農業のための土地開墾、急速な都市のスプロール化、化学物質投入の多用などの人間活動は、炭素、窒素、リンの生物地球化学的循環を、その安全な活動限界をはるかに超えて押し進めてきた（Mitchell-Innes et al., 2025; Nielsen et al., 2025; Yu et al., 2025）。同時に、気候変動は、熱波や長期干ばつなどの極端な気象現象の頻度を増大させており、世界の食料安全保障と在来生態系の安定性を脅かしている（Hill et al., 2025; Johnson et al., 2025; Keyser-Gibson et al., 2025; Myrans et al., 2024）。ここに集められた貢献は、これらの交差する課題に取り組むために現在模索されている対応の広がりを反映している。研究、意見、レビュー論文を通じて、本特集号は、分子育種や微生物バイオテクノロジーから、ジオエンジニアリングや学際的な社会生態学研究に至るまでのアプローチを網羅している。単一の解決策を推進するのではなく、これらの研究は総体として、植物、土壌、微生物、人間のシステムが相互依存的要素としてどのように管理されるかを再考する必要性を強調している。まとめて、それらは、将来を守るためには、分断された単純な管理から、植物、土壌、微生物、人々、惑星の間の複雑な連関を明確に認識し、それと協働する戦略への根本的な転換が必要であると主張している（Aguilar-Trigueros & Frew, 2025; Nielsen et al., 2025; Ramírez-Carbajal et al., 2025）。これらの論文のいくつかに関連する講演の録画は、https://www.newphytologist.org/symposia/innovation-in-plant-and-soil で閲覧可能である。本特集号の中心テーマは、より温暖で乾燥した世界で作物と景観を持続させるという課題である。気温の上昇は農業生産性を急激に低下させると予想されている：例えば、1°Cの上昇ごとに世界の小麦収量は約6%低下すると予測されている（Hill et al., 2025）。これに対応して、気候レジリエンスのための育種研究は、現代の多収性選抜によって失われた遺伝的多様性の回復を強調している。在来品種、合成六倍体系統、野生近縁種を利用することで、育種家は気孔コンダクタンス、光合成効率、熱ストレスに対する生殖耐性などの主要な形質を標的とし、真に気候対応型の小麦品種を生産できる（Hill et al., 2025）。適応戦略は一年生作物をはるかに超えて広がっている。本特集号の園芸学研究は、回復力のある景観を形成する上での表現型および水理学的可塑性の重要性を強調している（Keyser-Gibson et al., 2025）。水ストレス下で道管直径や比葉面積などの形質を調整する植物の能力は、水資源がますます制限されている都市設計に直接的な影響を与える。管理された景観における灌漑は、植物のパフォーマンスを犠牲にすることなく大幅に削減できることが多く、都市の水供給を節約する実行可能な経路を提供するという証拠がある（Keyser-Gibson et al., 2025）。多くの太平洋島嶼国を含む深刻な淡水不足に直面する地域では、新しい水源も役割を果たす可能性がある。新興の淡水化技術は、短期の干ばつ緩和のために微塩水を提供でき、本特集号の研究は、タロイモ、カボチャ、ヤムイモを含むいくつかの主要作物が、完全な干ばつ下よりも中程度の塩水でより良く生存することを示している（Myrans et al., 2024）。まとめて、これらの発見は、農業と景観を変化する気候に適応させるための、統合された遺伝的、生理学的、技術的戦略を示している。本特集号で強調されている適応戦略の多くは、環境レジリエンスの要としての土壌生物学の新たな認識に基づいている。土壌は地球で最も生物多様性に富んだ生態系であり、全種の半分以上を宿しているが、その生物学的複雑性は、物理的または化学的指標のみを優先する多くの回復・管理枠組みにおいて過小評価され、軽視されたままである（Nielsen et al., 2025）。本特集号内のいくつかの貢献は、生態系機能と持続可能な管理の要となる原動力としての土壌微生物とアーバスキュラー菌根菌の役割を強調している。新興の機構的枠組みは、存在の単純な測定を超えて、菌根菌ネットワークの構造と接続性をどのように使用して、迅速な栄養輸送、回復力、構造的複雑性などの機能的属性によって菌類をグループ化できるかを検討している（Aguilar-Trigueros & Frew, 2025）。これらのアプローチは、環境勾配全体にわたる栄養循環と土壌安定性への菌類の貢献の予測を改善し、微生物の形質を管理およびモデリングの枠組みに統合するための基礎を提供する。土壌微生物の影響は、人間の栄養と健康にも及ぶ。AM菌の接種は、パン用小麦における亜鉛と鉄の生物学的利用可能性を高めることが示されており、フィチン酸などの抗栄養化合物を上昇させることなく、生物強化への自然な経路を提供する（Nguyen et al., 2025）。土壌由来の微生物群集は、伝統的な食料システムと文化的慣行を支えている（Kalumbilo et al., 2026）。本特集号の研究は、ザンビアの穀物ベースの発酵のための天然接種源として使用される野生植物が、植物種と場所固有の土壌特性によって形成された根内生圏マイクロバイオームを宿していることを示している。この選択的フィルタリングは微生物の「テロワール」を生み出し、そこでは地域の土壌条件が、食品の安定性と文化遺産の保存に不可欠なスターターカルチャーに直接影響を与える（Kalumbilo et al., 2026）。並行して、回復生態学は成功の土壌ベースの指標へとシフトしている。植生被覆や種の豊富さのみに依存するのではなく、微生物バイオマス、無脊椎動物の機能的形質、酵素活性などの測定値を組み込むことにより、実務者は生態系回復の軌跡のより微妙な理解を得て、絶滅危惧種の生息地適合性を高めることができる（Nielsen et al., 2025）。土壌機能への洞察は、栄養ループを閉じ、高い温室効果ガスフットプリントを持つ合成肥料への依存を減らすことを目的とした、土地利用への循環的アプローチへの関心の高まりも支えている（Buss et al., 2025; Durant et al., 2025; Elder et al., 2025）。機会の領域の一つは、人間の尿からの栄養回収にあり、これは窒素、リン、カリウムの大部分が未利用の供給源という「黄金の機会」を提供する（Yu et al., 2025）。尿分流トイレによる発生源分離と、それに続く濃縮肥料への変換は、ハーバー・ボッシュ法と鉱物肥料生産に関連するエネルギー集約度を低下させながら、農業の栄養需要のかなりの部分を供給できる（Yu et al., 2025）。しかし、有機廃棄物の再利用は、重要な規制上および生態学的課題ももたらす。バイオソリッドやその他のリサイクル投入物は、医薬品や農薬など、土壌機能を脅かす新規懸念汚染物質を含む可能性がある（Carter et al., 2026; Durant et al., 2025; Elder et al., 2025）。広く検出されるアゾール系抗真菌化合物が菌根共生を破壊し、ワケギやレタスなどのサラダ作物におけるリン吸収を急激に低下させることが示されている（Durant et al., 2025）。Carter et al. (2026) によるThomas Reviewは、植物に取り込まれ人間の食物連鎖に入る可能性のある、医薬品、マイクロプラスチック/ナノプラスチック、「フォーエバーケミカル」（またはPFAS）を含む、広範囲の新規汚染物質に関する現在の知識を統合している。まとめると、これらの発見は、循環型栄養戦略が長期的な土壌健康と生態系機能を損なうのではなく強化することを確実にするための、より強力な規制枠組みの必要性を強調している。栄養循環を超えて、新興のジオエンジニアリングおよび景観スケールの介入は、大気中のCO2濃度上昇を緩和するために植物と土壌の相互作用を活用している（Steeley et al., 2025）。これらのアプローチは、自然の生物地球化学的プロセスを加速または増幅しようとするが、スケーラビリティと生態学的トレードオフについての疑問を提起する。強化岩石風化は重要な焦点として浮上しており、CO2を吸収し、最終的に海洋システムに重炭酸塩として貯蔵する自然の風化反応を加速するために、玄武岩などのケイ酸塩鉱物を土壌に適用することを含む。カカオベースのシステムを含むアグロフォレストリー慣行と組み合わせると、強化風化は、炭素を隔離しながら土壌pHを改善し、カリウムやマグネシウムなどの緩効性栄養素を供給することにより、複数の共便益を提供できる（Steeley et al., 2025）。このアプローチを補完するものとして、農地への大規模なケイ素補給への関心が高まっている。非合成の土壌改良材であるケイ素は、干ばつや害虫に対する植物の抵抗性を高めることが示されており、土壌炭素貯蔵を増加させる明確で未開発の可能性を秘めている（Johnson et al., 2025; Li et al., 2025）。新興の機構的枠組みは、植物のケイ酸化を土壌炭素循環に結び付けており、ケイ素誘発性の植物の化学量論の変化が、リター分解と微生物活性に、長期的な安定化を促進する方法で影響を与えることを示唆している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Global environmental crises and food insecurity demand a paradigm shift in terrestrial ecosystem management. Seeking to leverage the synergies between plants, soils and societies, the research, opinion and review articles within this special issue provide an innovative framework for sustainable land use. Together, this collection of papers aims to inform and encourage policymakers, farmers and urban planners to implement adaptive strategies that could safeguard global food security, restore biodiversity and mitigate climate change, supporting a resilient future for our planet. This Special Issue, inspired by the Plants, People, Planet symposium “Innovation in plant and soil sciences to tackle critical global challenges” held at the University of Sheffield, UK in August 2024, arrives at a pivotal moment for Earth's terrestrial systems. Human activities, including land clearing for agriculture, rapid urban sprawl, and the heavy use of chemical inputs, have pushed biogeochemical cycles of carbon, nitrogen and phosphorus well beyond their safe operating limits (Mitchell-Innes et al., 2025; Nielsen et al., 2025; Yu et al., 2025). Simultaneously, climate change is escalating the frequency of extreme weather events, such as heatwaves and prolonged droughts, which threaten global food security and the stability of native ecosystems (Hill et al., 2025; Johnson et al., 2025; Keyser-Gibson et al., 2025; Myrans et al., 2024). The contributions brought together here reflect the breadth of responses now being explored to meet these intersecting challenges. Across the research, opinion and review articles, this special issue spans approaches ranging from molecular breeding and microbial biotechnology to geoengineering and transdisciplinary social-ecological research. Rather than advancing any single solution, these works collectively underscore the need to rethink how plant, soil, microbes and human systems are managed as interdependent components. Together, they argue that safeguarding our future requires a fundamental shift away from compartmentalised and simplistic management, towards strategies that explicitly recognise and work with the intricate linkages between plants, soils, microbes, people and the planet (Aguilar-Trigueros & Frew, 2025; Nielsen et al., 2025; Ramírez-Carbajal et al., 2025). Recordings of the talks that relate to several of these papers are available to view at https://www.newphytologist.org/symposia/innovation-in-plant-and-soil. A central theme of this issue is the challenge of sustaining crops and landscapes in a warmer, drier world. Rising temperatures are expected to sharply reduce agricultural productivity: for example, each 1°C increase is projected to lower global wheat yields by around 6% (Hill et al., 2025). In response, research on breeding for climate resilience emphasises restoring genetic diversity lost through modern high-yield selection. By exploiting landraces, synthetic hexaploid lines and wild relatives, breeders can target key traits, such as stomatal conductance, photosynthetic efficiency and reproductive tolerance to heat stress, to produce truly climate-ready wheat varieties (Hill et al., 2025). Adaptation strategies extend well beyond annual crops. Horticultural research in this issue highlights the importance of phenotypic and hydraulic plasticity in shaping resilient landscapes (Keyser-Gibson et al., 2025). Plants' capacity to adjust traits like vessel diameter and specific leaf area under water stress has direct implications for urban design, where water resources are increasingly limited. Evidence suggests that irrigation in managed landscapes can often be substantially reduced without sacrificing plant performance, offering a viable route to conserving urban water supplies (Keyser-Gibson et al., 2025). In regions facing severe freshwater scarcity, including many Pacific Island nations, novel water sources may also play a role. Emerging desalination technologies can provide slightly saline water for short-term drought relief, and research in this special issue shows that several staple crops, including taro, pumpkin and yam, survive better with moderately saline water than under complete drought (Myrans et al., 2024). Together, these findings point to integrated genetic, physiological, and technological strategies for adapting agriculture and landscapes to a changing climate. Many of the adaptive strategies highlighted in this issue rest on a renewed recognition of soil biology as a cornerstone of environmental resilience. Soils represent Earth's most biodiverse ecosystem, home to more than half of all species, yet their biological complexity remains underrepresented and undervalued in many restoration and management frameworks that prioritise physical or chemical indicators alone (Nielsen et al., 2025). Several contributions within this special issue highlight the role of soil microbes and arbuscular mycorrhizal fungi as keystone drivers of ecosystem function and sustainable management. Emerging mechanistic frameworks move beyond simple measures of presence to consider how mycorrhizal fungal network architecture and connectivity can be used to group fungi by functional attributes, such as rapid nutrient transport, resilience or structural complexity (Aguilar-Trigueros & Frew, 2025). These approaches improve predictions of fungal contributions to nutrient cycling and soil stability across environmental gradients and offer a basis for integrating microbial traits into management and modelling frameworks. The influence of soil microbes also extends to human nutrition and health. AM fungal inoculation has been shown to increase zinc and iron bioavailability in bread wheat, providing a natural pathway to biofortification without elevating anti-nutritional compounds like phytate (Nguyen et al., 2025). Soil-derived microbial communities underpin traditional food systems and cultural practices (Kalumbilo et al., 2026). Research in this Special Issue shows that wild plants used as natural inoculum for cereal-based fermentation in Zambia host root endosphere microbiomes shaped by plant species and site-specific soil properties. This selective filtering creates a microbial ‘terroir’, where local soil conditions directly influence the starter cultures essential for food stability and preservation of cultural heritage (Kalumbilo et al., 2026). In parallel, restoration ecology is shifting towards soil-based indicators of success. By incorporating measures such as microbial biomass, invertebrate functional traits and enzyme activity, rather than relying only on vegetation cover or species richness, practitioners can gain a more nuanced understanding of ecosystem recovery trajectories and enhance habitat suitability for threatened species (Nielsen et al., 2025). Insights into soil function also underpin growing interest in circular approaches to land management that aim to close nutrient loops and reduce dependence on synthetic fertilisers that carry high greenhouse gas footprints (Buss et al., 2025; Durant et al., 2025; Elder et al., 2025). One area of opportunity lies in nutrient recovery from human urine, which offers a ‘golden opportunity’ of a largely untapped source of nitrogen, phosphorus, and potassium (Yu et al., 2025). Source separation through urine-diverting toilets, followed by conversion into concentrated fertilisers, could supply a substantial share of agricultural nutrient demand while lowering the energy intensity associated with the Haber–Bosch process and mineral fertiliser production (Yu et al., 2025). However, the reuse of organic wastes also introduces important regulatory and ecological challenges. Biosolids and other recycled inputs can contain contaminants of emerging concern, including pharmaceuticals and pesticides, that threaten soil function (Carter et al., 2026; Durant et al., 2025; Elder et al., 2025). It has been shown that widely detected azole antifungal compounds can disrupt mycorrhizal associations, sharply reducing phosphorus uptake in salad crops such as spring onion and lettuce (Durant et al., 2025). The Thomas Review by Carter et al. (2026) synthesises current knowledge on a broad range of emerging contaminants, including pharmaceuticals, micropalastics/nanoplastics and ‘forever chemicals’ (or PFAS), which can be taken up by plants and enter the human food chain. Taken together, these findings highlight the need for stronger regulatory frameworks to ensure that circular nutrient strategies enhance, rather than compromise, long-term soil health and ecosystem function. Beyond nutrient cycling, emerging geoengineering and landscape-scale interventions leverage plant–soil interactions to mitigate rising atmospheric CO2 concentrations (Steeley et al., 2025). These approaches seek to accelerate or amplify natural biogeochemical processes but raise questions about scalability and ecological trade-offs. Enhanced rock weathering has emerged as a key focus, involving application of silicate minerals such as basalt to soils to accelerate natural weathering reactions that draw down CO2 and ultimately store it as bicarbonate in ocean systems. When combined with agroforestry practices, including cacao-based systems, enhanced weathering could offer multiple co-benefits by sequestering carbon while improving soil pH and supplying slow-release nutrients such as potassium and magnesium (Steeley et al., 2025). Complementary to this approach is growing interest in large-scale silicon supplementation of croplands. Silicon, a non-synthetic soil amendment, has been shown to enhance plant resistance to drought and pests with clear, underexplored potential to increase soil carbon storage (Johnson et al., 2025; Li et al., 2025). Emerging mechanistic frameworks link plant silicification to soil carbon cycling, suggesting that silicon-induced shifts in plant stoichiometry influence litter decomposition and microbial activity in ways that promote the long-term stabilisation of

• openalex https://doi.org/10.1002/ppp3.70182first seen 2026-05-05 19:22:04 · last seen 2026-05-22 04:36:42