CN108777946B - 水耕栽培用垫材 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的水耕栽培用垫材(1)在树脂发泡体(3)内含有以具有柠檬酸溶解性的ZnO颗粒(2)(氧化锌)的形式存在且为植物生长所需的微量必需元素Zn，并且，该ZnO颗粒(2)的平均粒径在相对于藻类所具有的叶绿素所吸收的光的波长会产生散射的范围(0.02μm以上0.7μm以下)内，并含有预定量(4.5mg/小片以上15.0mg/小片以下)。

Description

水耕栽培用垫材
技术领域
本发明涉及一种具有植物生长促进效果和防藻效果的水耕栽培用垫材。
背景技术
近年来，作为不受气候变动的影响、能够全年生产植物的系统，植物工厂的栽培备受关注。植物工厂通常使用水耕栽培的栽培方式。
为了促进植物工厂所栽培的植物的生长，已知使用发出对植物的光合作用有效的波长的光源的方法、研究在栽培营养液(以下称为“营养液”)中混配的元素、即大量必需元素及微量必需元素的种类和量的方法。这里所说的“大量必需元素”是指N、P、K等植物需要量比较大的元素。“微量必需元素”是指对于植物来说虽然需要量较少，但却是生长中所不可缺少的元素。作为植物中的微量必需元素，可以举出例如Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu、Cl等。
微量必需元素虽然在植物中的需要量极少，却承担着重要的作用。在土耕栽培中，多数情况下在土壤中已经含有微量必需元素，因此产生缺乏症的情况很少。但是，如上所述，在水耕栽培中，生产者需要通过混配到营养液中等一些方式来进行提供。
微量必需元素以极少的量作用于植物，但另一方面，也容易出现过剩症，生产者单独施用微量必需元素来管理营养液是极其困难的。因此，例如，在专利文献1中，提出了在纤维素乙酸酯类树脂发泡体中混入对植物的生长有效的肥料成分等而成型的植物生长环境赋予材料、水耕栽培用垫材等。此外，例如，专利文献2中，提出了将含有金属为Cu或Zn的金属化合物的烧成体用作植物用培养床的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-247866号公报
专利文献2：日本特开2010-239898号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，如专利文献1那样，当在培养基中添加肥料成分等以对植物产生生长促进效果时，会产生与对象植物同样地需要肥料成分的藻类等无用生物。当藻类作为植物以外的无用生物而繁殖时，会污染在水耕栽培中使用的定植板、水耕栽培用垫材，导致细菌的活菌数增加、作业性变差、美观度降低等。此外，藻类会吸收本来应该被植物吸收的营养液的成分(养分)，妨碍植物的生长或成为病害的原因。
于是，为了不受水耕栽培的材料设备限制、并获得抗菌性、防藻性，采用如专利文献2那样添加用于溶出具有抗菌效果的金属离子的金属化合物的方法。为了获得藻类等无用生物的防除效果(防藻效果)，需要对要获得效果的对象添加许多金属化合物(Cu、Zn、Ag等)。另外，在本说明书中，“防藻效果”是指抑制藻类的产生、生长、增殖、或杀死藻类的效果。
在专利文献2中，对作为水耕栽培的材料设备的多孔性烧成培养床添加Cu或Zn，来获得无用生物的防除效果，但如上所述，Cu、Zn是植物的微量必需元素，且植物的需要量极少。在超过需要量供给的情况下，会导致植物出现过剩症。例如，对于水耕栽培中广泛栽培的莴苣，会出现过剩症的营养液中的Zn浓度为3ppm以上。
在专利文献2中，为了通过Cu和Zn化合物的金属离子获得对无用生物的防除效果，向一个多孔性烧成培养床中添加225mg金属化合物。在烧杯中的10棵小葱的栽培试验中，每一株植物的金属化合物的量为22.5mg。在专利文献2的使用小葱的试验中，其发育状态良好，但本发明的发明人们将多孔性烧成培养床改变为后述的软质聚氨酯泡沫，并添加18.6mg的ZnO进行植物的栽培，结果确认出现了Zn的过剩症即黄化现象。
专利文献2中的来自多孔性烧成培养床的金属离子的溶出量不明确，但如果未出现过剩症，则金属离子的溶出量是微少的，需要增加向多孔性烧成培养床的金属化合物的添加量。在金属离子的溶出量出现偏差的情况下，过剩症的发生风险也会上升。
此外，在专利文献2中，将多孔性烧成培养床引入到水耕栽培装置中，进行红莴苣的栽培试验、萝卜的发芽试验，但在这些试验中使用了水。对于未混配包含植物的必需元素的肥料等的水，引入包含微量必需元素的多孔性烧成培养床来进行栽培，因此，必然会促进植物的生长。通常，在水耕栽培中使用均衡地混配了含有各种必需元素的肥料的营养液，但并未提及该营养液的任何生长促进效果。进一步而言，在植物的栽培中使用了营养液的情况下，例如，以藻类为首的无用生物的产生量不是使用了水的情况能比的，也未提及使用营养液时的无用生物的防除性。
另一方面，对于无用生物的一种、即藻类，除了金属离子等所带来的抗菌效果以外，还已知抑制藻类的繁殖的方法。作为这样的方法，可以列举对水耕栽培用垫材进行着色、抑制藻类的光合作用的方法。但是，在该方法中，需要降低垫材的明度，存在降低明度的同时向植物反射的反射光也变弱的缺点。此处，本说明书中的“明度”是指颜色的三个属性、即“色相”、“明度”、“饱和度”中的“明度”。在本说明书中，使用多个表色系中的L*a*b*表色系的明度的值、即L*。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题在于提供一种具有植物生长促进效果和防藻效果的水耕栽培用垫材。
用于解决课题的手段
发明人们为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现，通过使水耕栽培用垫材中含有将平均粒径控制在特定的范围内的ZnO(氧化锌)颗粒，可以起到以下的作用效果。即，发现了向培养基的金属化合物的添加量为少量即可，在植物的栽培中使用已经混配了均衡地包含必需元素的肥料等的营养液的同时，高效地表现了植物的生长促进效果和藻类的生长繁殖抑制效果，且植物没有发生过剩症的风险。
解决上述课题的本发明所涉及的水耕栽培用垫材为含有4.5mg/小片以上15.0mg/小片以下且平均粒径为0.02μm以上0.7μm以下的氧化锌的发泡树脂体。
发明效果
本发明所涉及的水耕栽培用垫材具有植物生长促进效果和防藻效果。
附图说明
图1为示出本发明所涉及的水耕栽培用垫材的一实施方式的立体图。
图2为示出进行育苗试验的装置的结构的示意性结构图。
图3为示出进行循环试验的装置的结构的示意性结构图。
图4为示出进行小型循环试验的装置的结构的示意性结构图。
图5为示出进行根酸溶出试验的装置的结构的示意性结构图。
图6为示出进行光合作用试验的装置的结构的示意性结构图。
图7为示出确认防藻效果的装置的结构的示意性结构图。
图8为示出基于明度的光量测量的结构的示意性结构图。
图9为示出基于各泡孔数的Zn离子溶出浓度的曲线图。
图10为示出与本发明所涉及的垫材和比较例1相关的CO2浓度[ppm]与光合作用速度[μmol·s-1·m-2]的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，参照适当附图对本发明所涉及的水耕栽培用垫材的一实施方式进行详细说明。
(水耕栽培用垫材)
图1为示出本发明所涉及的水耕栽培用垫材的一实施方式的立体图。
如图1所示，本实施方式所涉及的水耕栽培用垫材1(以下，仅称为“垫材1”)由含有ZnO颗粒2树脂发泡体3构成，该ZnO颗粒2具有相对于藻类所具有的叶绿素所吸收的光的波长产生米氏散射及瑞利散射中的至少一种散射的平均粒径。树脂发泡体3优选为后述的软质聚氨酯泡沫，但不限于此。
另外，本发明中的“一小片”是指用于栽培一株植物的一个垫材1。
垫材1的形状为了能够高效地制造并容易操作，优选为棱柱状。垫材1的大小没有特别限定，但优选为一条边的长度为10～80mm/边，更优选为20～40mm/边。若将垫材1形成为这样的大小，则容易播种。此外，还可以适宜地支撑植物。进一步地，可以确保栽培株数。
此外，如图1所示，优选地，垫材1形成有保持部4，其保持进行水耕栽培的植物的种子。保持部4例如可以通过形成俯视时为I字形或十字形(交叉状)的切口、或者凹陷成半球状或矩形状来形成。另外，图1中示出了形成俯视时为I字形的保持部4的情况。保持部4的深度例如可以是从垫材1的表面起为垫材1的高度的1/2等，但不限于此。
水耕栽培中通常使用的营养液包含大量的作为植物所必需的三大元素的氮、磷、钾和作为中量必需元素的钙、镁。因此，即使垫材1中含有这些必需元素，对植物也没有较好的生长效果。
但是，该营养液中不含大量的微量必需元素。这是因为，微量必需元素即使是极少量的变动也会极大地影响植物的生长。在本发明中，由于垫材1中含有微量必需元素，因此对植物具有较好的生长效果。
垫材1中含有的微量必需元素以化合物的形式含有即可。作为包含微量必需元素的化合物的形态，可以举出氧化物、氯化物、氢氧化物、硝酸盐、硫酸盐等。但是，为了使垫材1表现出较好的生长促进效果，优选地，垫材1中含有柠檬酸溶解性的微量必需元素化合物。其中，更优选地，ZnO特别显示出较好的效果。在使用水溶性而非柠檬酸溶解性的化合物的情况下，由于微量必需元素在短时间内就会从垫材1溶出到营养液中，因此难以赋予长期的生长促进效果。
(柠檬酸溶解性)
本发明中的“柠檬酸溶解性”是指不溶于水但溶解于2.0w/w％的柠檬酸水溶液(20℃、pH约2.1)的性质。柠檬酸溶解性化合物缓慢溶解于从植物的根分泌出的各种有机酸(称为根酸)。这里所说的“有机酸”是羧酸等有机化合物的酸的总称，“根酸”是指植物的根分泌出的有机酸。因此，在土耕栽培等中，不受微量必需元素限制，将柠檬酸溶解性化合物用作缓效性肥料。但是，在水耕栽培中，植物的根浸渍于循环的营养液中，无法将从根分泌出的根酸保留在植物自身的根圈内。因此，不能溶解柠檬酸溶解性化合物，难以吸收柠檬酸溶解性化合物。这里所说的“根圈”是指受植物的根的影响的区域。
但是，通过使用本实施方式所涉及的垫材1，植物能够长期高效地溶解、吸收ZnO颗粒2，因此与仅使用营养液栽培的情况相比，能够获得生长促进效果。用作垫材1的软质聚氨酯泡沫具有保水力，与在栽培线中流动的营养液相比，垫材1内的水流极其缓慢。能够随着植物的培育而从遍布垫材1的根分泌出有机酸，但由于垫材1内的水流缓慢，因此有机酸不会立即流失，能够溶解、吸收垫材1上担载的ZnO颗粒2。这里所说的“软质聚氨酯泡沫”是指相对于外部载荷可自由地变形，若去除载荷则恢复到原来的形状的聚氨酯泡沫。以往，软质聚氨酯泡沫具有连续的微小气泡，通过该微小气泡产生毛细管现象，表现出保水性，因此可适宜地用作垫材1。
由此可以说，垫材1适宜地含有在通常的水耕栽培中无法使用的微量必需元素，将其作为柠檬酸溶解性化合物即ZnO颗粒2。此外，由于ZnO颗粒2为白色，因此不会损害垫材1的色调。即使在使用了非水溶性的氧化铁、氧化铜的情况下，植物也会吸收极少溶解在水、2.0w/w％的柠檬酸水溶液中的成分，有时能够获得生长促进效果。但是，由于氧化铁、氧化铜化合物本身是有颜色的，因此难以使垫材1成为任意的色调。因此，垫材1中含有的微量必需元素优选为ZnO颗粒2。
(ZnO颗粒的含有量)
垫材1中含有的ZnO颗粒2的量为4.5mg/小片以上15.0mg/小片以下。另外，垫材1中含有的ZnO颗粒2的量更优选为4.84mg/小片以上14.1mg/小片以下。若垫材1中含有的ZnO颗粒2的量小于4.5mg/小片，则植物无法获得充分的生长促进效果，若超过15.0mg/小片，则植物会出现过剩障碍。
另外，对于植物栽培中的ZnO颗粒2的效果，重要的是绝对量，而不是垫材1中含有的浓度。在将ZnO颗粒2设定为垫材1中含有的浓度的情况下，根据成为垫材1的基体的树脂发泡体3的表观密度，有可能无法达到获得植物的生长促进效果的ZnO颗粒2的含有量、即4.5mg/小片以上15.0mg/小片以下的范围。
例如，在垫材1的表观密度较低的情况下，通过增大垫材1的大小，可以使ZnO颗粒2的含有量为上述范围。但是，这样一来，存在作业性变差、或栽培空间中的垫材1的占有率上升的可能性。此外，在该情况下，从植物的根分泌出的根酸不能充分遍布垫材1，有可能无法充分溶解垫材1中含有的ZnO颗粒2。
此外，在垫材1的表观密度较低的情况下，通过提高垫材1中的ZnO颗粒2的含有浓度，可以使ZnO颗粒2的含有量为上述范围。但是，这样一来，存在树脂发泡体3的制造时的成型性变差、由于ZnO颗粒2的凝聚而不均匀地分散的可能性。
另一方面，在垫材1的表观密度较高的情况下，通过减小垫材1的大小，可以实现上述ZnO颗粒2的含有量的范围。但是，这样一来，垫材1本身会变小，因此会出现无法充分保持植物等故障。
此外，在垫材1的表观密度较高的情况下，通过降低垫材1中的ZnO颗粒2的含有浓度，可以使ZnO颗粒2的含有量为上述范围。但是，这样一来，树脂发泡体3中的添加量会变少，树脂发泡体3中的分散的偏差、ZnO颗粒2的添加量的偏差会变大，有可能无法获得充分的生长促进效果。
(能够水耕栽培的植物)
作为能够利用本实施方式所涉及的垫材1进行水耕栽培的植物，例如，可以列举出C3植物。这里所说的“C3植物”是指通过将大气中的CO2直接吸收到卡尔文本森循环(还原性戊糖磷酸循环)来进行光合作用的植物。此外，在植物工厂等的水耕栽培中栽培的植物大多为C3植物，C3植物通过存在于叶肉细胞内的叶绿体进行光合作用。在植物工厂等的设施园艺中，为了促进植物的生长，进行了提高环境中的二氧化碳浓度、或变更光源等研究，但本发明的垫材1与这些外部因素无关，而是提高植物自身的光合作用速度。
在此，对垫材1中的包含Zn的ZnO颗粒2的植物生长促进效果的作用机理进行考察。
C3植物在叶绿体中具有光合作用的基本循环即卡尔文本森循环。卡尔文本森循环中的CO2固定反应如下所述。
Figure BDA0001783306390000041
为了促进植物的光合作用，需要将对式1的反应进行催化的RubisCO(核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶)活化。作为RubisCO的活化的手段，可以考虑增加RubisCO的底物即CO2的供给量。被吸收到叶绿体中的CO2通过碳酸酐酶(Carbonic anhydrase，以下简称为“CA”)转换为碳酸氢根离子，暂时蓄积在叶绿体的基质中。在基质中蓄积的碳酸氢根离子再次通过CA转换为二氧化碳，辅助向卡尔文本森循环供给CO2。
基于CA的反应如下所述。
Figure BDA0001783306390000042
该式2为可逆反应。对该反应进行催化的CA在其活性中心具有Zn离子。推测通过使垫材1含有包含Zn的ZnO颗粒2，从而对植物的Zn离子的供给量增加，CA的生成量增加，进一步促进了式2的反应。
被吸收到基质中的CO2通过CA暂时转换为碳酸氢根离子，但由于CA的增加，也促进了式2的逆反应、即将碳酸氢根离子转换为CO2的反应。因此，RubisCO的底物即CO2供给量增加，促进卡尔文本森循环的起始反应即式1的反应，其结果是，会促进卡尔文本森循环本身。通过促进式1的反应，基质中的CO2浓度降低，因此植物扩大气孔来增大CO2的吸收量，连续地促进光合作用。
植物的栽培重量呈指数函数地增加。因此，维持植物生长促进效果所需的CA量也变多。在栽培途中Zn离子的供给中断的情况下，植物中的CA的相对量就会减少。由于通过垫材1所含有的包含Zn的ZnO颗粒2来促进光合作用的植物对CO2的需求量已经变高，因此若出现CA的减少，则存在光合作用速度极度下降、生长速度失速的情况。因此，在这种情况下，优选地，在从播种到收获的整个期间内使用垫材1。另一方面，如果不这样，也可以仅在如从播种到育苗那样的预定的期间内使用。
此外，在栽培途中进行了Zn离子的供给的情况下，由于CO2的需求量在某种程度上是由此前的生长确定的，因此难以获得较好的促进效果。即，为了获得包含Zn的ZnO颗粒2的植物生长促进效果，优选地，从栽培初期开始在整个期间内由该ZnO颗粒2供给Zn离子。并且，从这样的观点出发，如上所述，优选地，垫材1所含有的ZnO颗粒2是柠檬酸溶解性的。
另外，大部分陆生植物为C3植物，本实施方式所涉及的垫材1也可以适用于任何这样的陆生植物。这里所说的“陆生植物”是指在陆地上生长的绿色植物的一类，是指种子植物、苔藓植物、蕨类植物。作为在本发明中能够水耕栽培的C3植物，例如可以举出十字花科的油菜、叶用萝卜、卷心菜、菊科的叶用莴苣、藜科的菠菜、百合科的小葱、伞形科的鸭儿芹、唇形科的日本罗勒等。
此外，也可以考虑应用于作为卡尔文本森循环之前的阶段具有大气中的CO2的浓缩路径的C4植物、在夜间进行CO2的蓄积而在白天进行卡尔文本森循环中的反应的CAM植物。这里所说的“C4植物”是指除了卡尔文本森循环以外还具有用于CO2浓缩的路径的植物，例如可以举出禾本科的玉米等。“CAM植物”是指在夜间积累CO2、在白天进行还原的植物，可列举出仙人掌等。
(平均粒径)
如上所述，添加到垫材1中的ZnO颗粒2能够通过促进光合作用来获得生长促进效果。进一步地，ZnO颗粒2能够抑制藻类的产生、繁殖(防藻效果)。
水耕栽培中产生的藻类会污染在定植板10、培养基中使用的垫材1，导致活菌数的增加、作业性变差、美观度的降低等问题。此外，藻类的产生需要“光”、“水”、“营养”，其所需要的物质大多与待栽培的植物相同。因此，植物本来应该吸收的营养液中的成分会被藻类夺走，植物的生长受到阻碍。另外，为了促进植物的生长，若施加必需营养素，则可能会促进藻类的产生、繁殖。
但是，本发明的垫材1将包含微量必需元素Zn的ZnO颗粒2的平均粒径设定在相对于叶绿素所吸收的光的波长产生米氏散射和瑞利散射中的至少一种散射的范围内，因此能够抑制藻类的产生、繁殖。
在此，本发明中的“叶绿素”包括叶绿素a、b等。
此外，“米氏散射”是指光照射到与该波长相同程度的大小的颗粒时发生的光的散射现象。米氏散射是散射的方式、散射的强度根据光的波长与微粒的粒径的关系而发生变化的散射，在粒径D为与波长λ相同程度的大小时，与光的波长无关地表现出均匀的散射。米氏散射在粒径D为λ/2至λ时最大。
即，通过将垫材1中含有的ZnO颗粒2设定为相对于叶绿素所吸收的光的波长产生米氏散射的平均粒径，叶绿素在光合作用中使用的光的波长因米氏散射而散射。因此，具有这样的平均粒径的ZnO颗粒2能够衰减光从垫材1的顶面向垫材内部的透射。因此，在垫材1中，藻类难以进行光合作用，可以抑制藻类的产生、繁殖(获得防藻效果)。此外，由于能够抑制藻类的产生、繁殖，因此营养液中的成分不会被藻类夺走。因此，植物很难受到藻类造成的生长阻碍。另外，散射的光的一部分照射到植物上，因此有助于植物的光合作用。进一步地，由于添加到垫材1中的ZnO颗粒2为白色，因此不会对垫材1进行着色，可以有效利用从垫材1到植物的反射光、散射光。
绿藻类以上的植物的光合色素具有叶绿素a和叶绿素b，叶绿素a和叶绿素b的比例通常为3：1左右。叶绿素a吸收440nm附近和680nm附近的波长的光，叶绿素b吸收480nm、630nm附近的波长的光。
此外，在用于栽培植物的光源中使用例如三波长型荧光灯(日光色)的情况下，三波长型荧光灯(日光色)发出的光的波长在440nm附近、490nm附近、550nm附近、580nm附近、610nm附近。这里所说的“三波长型荧光灯”是指在被称为颜色的三原色(蓝、绿、红)的三波长域的色域中使用稀土类荧光体，并能够使色调更自然的荧光灯。
叶绿素所吸收的光的波长与光源所发出的光的波长不一定一致。但是，通过在垫材1中含有相对于叶绿素所吸收的光的波长或者光源所发出的光的波长产生米氏散射的粒径的ZnO颗粒2，能够抑制垫材1中的藻类的产生、繁殖。
在光源中使用三波长型荧光灯(日光色)的情况下，在垫材1中含有相对于例如440nm附近的波长的光、480～490nm的波长的光和610～630nm的波长的光产生米氏散射的平均粒径的ZnO颗粒2即可。另外，440nm附近的波长的光是存在量较多的叶绿素a所吸收的波长的光，并且是三波长型荧光灯(日光色)发出的光的波长。此外，480～490nm的波长的光和610～630nm的波长的光存在量较少，却是叶绿素b所吸收的波长的光，并且是三波长型荧光灯(日光色)发出的波长的光。在此，存在量较多的叶绿素a吸收680nm附近的波长的光，但从三波长型荧光灯(日光色)不照射该波长的光，因此不一定需要考虑该波长的光的散射。
如上所述，米氏散射在粒径D为λ/2至λ时最大。因此，在光源中使用三波长型荧光灯(日光色)的情况下，为了抑制垫材1中的藻类的产生、繁殖，特别优选地，在垫材1中含有具有0.2～0.5μm的平均粒径的ZnO颗粒2，其相对于存在量较多的叶绿素a所吸收的光的波长、三波长型荧光灯(日光色)发出的光的波长即440nm附近的波长的光，米氏散射最大。此外，虽然存在量较少，但也可以考虑叶绿素b所吸收的光的波长、并且是三波长型荧光灯(日光色)所发出的光的波长的610～630nm的波长的光的米氏散射。另外，使610～630nm的波长的光进行米氏散射的平均粒径为0.3～0.6μm。
为了获得上述防藻效果，对在垫材1中含有的ZnO颗粒2的平均粒径、以及在光源中使用三波长型荧光灯(日光色)的情况进行了说明，但本发明不限于此。三波长型荧光灯有日光色、中性白色、白炽灯色等色调的种类，有时照射的光的波长的强度不同，但波长本身与任一色调的三波长型荧光灯都相同。因此，在光源中使用三波长型荧光灯的情况下，根据其色调、即光的波长的强度，适宜地选择ZnO颗粒2的平均粒径即可。此外，在太阳光利用型植物工厂等中，光源是发出较宽波长的光的太阳光，在完全人工光型植物工厂中，也进行了光源不使用LED等荧光灯而是使用新型光源的各种研究。由于光源发出的光的波长根据所使用的光源而变化，因此为了赋予垫材1防藻效果而含有的ZnO颗粒2的平均粒径根据叶绿素所吸收的光的波长、以及光源所发出的光的波长适宜地选择即可。优选地，通过在垫材1中添加具有相对于存在量较多的叶绿素a所吸收的光的波长产生米氏散射的0.2～0.7μm的粒径的ZnO颗粒2，能够抑制垫材1中的藻类的产生、繁殖。
另外，在本实施方式中，即使ZnO颗粒2的平均粒径为相对于叶绿素a、b所吸收的光的波长产生瑞利散射的较小的粒径，也可以获得防藻效果。这里所说的“瑞利散射”是指光照射到具有比其波长小的粒径(例如，粒径D为λ/10以下)的颗粒时主要发生的光的散射现象。其中，瑞利散射的散射强度与粒径的六次方成正比，与波长的四次方成反比。因此，若粒径过小，则散射强度变弱，此外，600nm以上的长波长侧的叶绿素吸收光的散射强度也变弱。因此，在获得基于瑞利散射的防藻效果的情况下，垫材1中含有的ZnO颗粒2的平均粒径优选为0.02～0.07μm。另外，0.07μm～0.2μm的平均粒径同时存在米氏散射和瑞利散射，且各自单独的散射不是很大。但是，由于兼有两者的散射，能够获得防藻效果。
由此，优选地，垫材1中含有的ZnO颗粒2的平均粒径为，相对于藻类所具有的叶绿素所吸收的光的波长和光源所发出的光的波长产生米氏散射或瑞利散射、能够获得到防藻效果的0.02～0.7μm。通过设为这样的平均粒径，垫材1能够表现出高效的防藻效果。
具有上述平均粒径的ZnO颗粒2例如可以通过利用粉化法或球磨机等的粉碎来制造。这里所说的“粉化法”是指通过向熔融金属流喷射射流流体而获得粉末的方法，“球磨机法”是指使用粉碎机的一种即球磨机来磨碎材料而获得粉末的方法。此外，ZnO颗粒2可以使用市售品。
优选地，ZnO颗粒2的平均粒径例如以中值粒径(D50)为指标来确定值。此外，ZnO颗粒2的平均粒径可以通过依据JIS Z 8825：2013(粒径解析-激光衍射散射法)等的装置容易地测量。此外，在本发明中，若将由这样的装置测量的平均粒径作为参考，则ZnO颗粒2的调整等较容易，是优选的。即，若所测量的ZnO颗粒2的平均粒径在上述粒径的范围内，则其多数产生米氏散射或瑞利散射。
(树脂发泡体)
在树脂发泡体3成型时，ZnO颗粒2担载、固定于树脂骨架中或树脂骨架表面，发挥植物生长促进效果和防藻效果。
树脂发泡体3是具有连续气泡的结构体。在树脂发泡体也为独立气泡的情况下，由于泡孔独立存在，因此不会使营养液浸透到树脂发泡体内部。而通过具有连续气泡的结构，能够产生毛细管现象并使树脂发泡体3内部含有营养液，能够保持营养液。进一步地，由于通过连续气泡结构存在无数树脂发泡体3的骨架，因此营养液难以从外部侵入。由此，树脂发泡体3不会使从遍布于其内部的根分泌出的根酸流失。因此，树脂发泡体3能够适宜地保持由根酸生成的Zn离子，并由根吸收。即，能够容易且适宜地向植物提供以往在水耕栽培中难以调整供给量、添加量的微量必需元素。另外，优选地，树脂发泡体3使用软质聚氨酯泡沫。软质聚氨酯泡沫在水耕栽培中已被广泛且普遍地使用，因此，生产者熟悉其操作，无需变更栽培条件、设备，即可获得优异的植物生长促进效果和防藻效果。
优选地，树脂发泡体3的表观密度为10kg/m3以上40kg/m3以下。这样一来，能够将ZnO颗粒2均匀地分散在树脂发泡体3中，能够稳定地获得植物生长促进效果。这里所说的表观密度是指包含透气性和非透气性气泡两者的试样的每单位体积的质量，根据JIS K7222：2005(发泡塑料和橡胶-表观密度的求法)求出。
树脂发泡体3的泡孔数例如优选为10～100个/25mm，更优选为30～70个/25mm。这里所说的“泡孔”是树脂发泡体3那样的多孔性材料的构造中的空隙，与上述“气泡”的含义相同。这样一来，垫材1的保水性提高，特别是在播种时，可以适宜地向刚发芽的植物供给水分。此外，难以妨碍植物的根的伸长，对扎根具有良好的影响。另外，泡孔数能够根据JIS K6400-1：2004(软质发泡材料-物理特性的求法-附件1泡孔数的求法)求出。
树脂发泡体3的硬度优选为20～300N/314cm2，更优选为30～70N/314cm2。这样一来，能够适宜地支撑植物。此外，难以妨碍植物的根的伸长，对扎根具有良好的影响。进一步地，生产者进行的种植、移植等的作业性变得良好。另外，硬度根据JIS K 6400-2：2012(软质发泡材料-物理特性-第2部：硬度和压缩应力-应变特性的求法)的D法求出。
如上所述，树脂发泡体3优选使用软质聚氨酯泡沫，但并不限定于此，只要是具有与软质聚氨酯泡沫相同的泡孔数、硬度的合成树脂的发泡体，可以使用任何类型的发泡体。作为这样的合成树脂的发泡体，例如可以应用聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫等。
(垫材的制造方法)
本实施方式所涉及的垫材1可以在制造水耕栽培用垫材的一般的设备和条件下制造。作为垫材1的制造方法的一个例子，列举出将软质聚氨酯泡沫应用于树脂发泡体3的情况进行具体说明。
首先，通过低压发泡机、高压发泡机等设备将多元醇、异氰酸酯、发泡剂、稳泡剂、催化剂等的混配物和ZnO颗粒2混合并发泡，由此能够制造板状泡沫、模制泡沫等任意形状的软质聚氨酯泡沫。这里所说的“多元醇”是指具有多个醇性羟基的化合物，作为聚氨酯的原料。“异氰酸酯”是指具有-N＝C＝O这样的部分结构的化合物，其与多元醇一起作为聚氨酯的原料。“发泡剂”是指用于通过添加到作为基料的树脂中，来产生气体而形成发泡结构的成分。“稳泡剂”是指用于形成均匀且细小的气泡的成分。“板状泡沫”是指在连续的输送机上流动混合原液，使相对于长度方向的横截面呈矩形或大致U字形地连续发泡后，切断成预定的尺寸而得到的泡沫。“模制泡沫”是指将混合原液注入到塑料等的模具中并使其发泡后，从模具中取出而得到的泡沫。另外，这样的软质聚氨酯泡沫也可以通过手动发泡成型来制造。这里所说的“手动发泡”是指将各原料装入烧杯等中，搅拌使其发泡的方法。
上述ZnO颗粒2等的混配方法没有特别限定。例如，可以将异氰酸酯以外的混配物预先混合并分散于多元醇中，制成多元醇预混料后，与异氰酸酯反应，也可以单独对各混配物进行计量、混合、反应。之后，也可以通过破碎或爆炸处理除去泡孔膜。这里所说的“破碎”的目的是破坏发泡成型时产生的气泡的泡孔膜，使成型体的形状稳定，同时防止泡沫的收缩等。“爆炸处理”是指通过爆炸的能量除去泡孔膜。此外，在制造树脂发泡体3时，也可以采用发泡时不产生泡孔膜的混配组成。
对于所制造的软质聚氨酯泡沫，使用立式切割器、切片切割器等进行二次加工，加工成预定厚度的片状。然后，使用切刀型裁剪机等将片状的软质聚氨酯泡沫裁剪成预定的尺寸，由此能够制造垫材1。此外，也可以通过使用汤姆逊型等切刀型的切刀型裁剪机进行的冲裁加工、使用冲孔机等进行的钻孔加工等来制造任意形状的垫材1。
在利用切刀型裁剪机进行加工时，能够在垫材1的俯视中心部分设置保持部4。由此，播种变得容易，此外，能够使发芽的植物的根容易地贯穿垫材1。此外，也可以在利用切刀型裁剪机的裁剪加工之前或之后，对片状的软质聚氨酯泡沫进行冲孔加工，并进行播种时防止种子错位的加工等。
(垫材的使用方法)
垫材1放入育苗托盘、定植托盘等水耕栽培用托盘、营养液罐等中使用(参照图2～4。另外，关于图2～4在后面进行叙述。)。在将垫材1放入水耕栽培用托盘之前或放入之后，在保持部4播种植物的种子。播种后，一边使营养液循环或定期更换营养液，一边进行水耕栽培。根据需要，也可以将垫材1固定在定植板10上设置的孔中。这里所说的定植板10，例如在深液流水耕栽培中，是由发泡聚苯乙烯、发泡聚丙烯等材质构成的板。该板能够漂浮在水或营养液中，在设置于板的孔中固定垫材1，通过漂浮在营养液中而进行植物的支撑、固定。但是，并不限定于此处所列举的例子。
如以上说明的那样，本实施方式所涉及的垫材1具有植物生长促进效果和防藻效果。因此，若使用本实施方式所涉及的垫材1，则可以通过一般的水耕栽培的方式(深液流水耕栽培、薄膜水耕栽培等)促进植物的生长。由此，能够缩短达到规定重量的栽培时间，或者规定栽培时间的收获重量增加。
此外，由于对培养基、即垫材1本身赋予了植物生长促进效果，因此不需要进行将难以调整添加量的微量必需元素Zn添加到营养液中、或者添加到其他槽内的作业。因此，根据本实施方式所涉及的垫材1，能够减轻生产者的劳动。此外，本实施方式所涉及的垫材1可以与植物的收获一起回收、流通、废弃。因此，在下一次栽培开始时补充新的垫材1即可，因此即使不注意被赋予了植物生长促进效果的材料的更换时期，也能够始终稳定地供给Zn。此外，因此不必担心出现Zn的缺乏。进一步地，由于垫材1中含有的ZnO颗粒2具有柠檬酸溶解性，所以垫材1能够长时间地获得植物生长促进效果和防藻效果。此外，由于垫材1中含有的ZnO颗粒2具有柠檬酸溶解性，所以营养液中的Zn离子浓度不会在短时间内变高，也难以成为过剩障碍。另外，本说明书中的“深液流水耕栽培”是指在植物的根和培养基浸没于营养液中的状态下进行栽培的方法。“薄膜水耕栽培”是指在培养基处于空中，植物的根处于营养液和空中的状态下进行栽培的方法。
实施例
接着，通过实施例对本发明所涉及的垫材进行更具体地说明。
在实施例1中，按如下方式制造垫材1。作为构成垫材1的软质聚氨酯泡沫的原料，使用了CEF-385(异氰酸酯：东曹公司制)、NEF-612(多元醇预混料：东曹公司制)。并且，作为ZnO颗粒2，将平均粒径为0.29μm的ZnO(堺化学工业公司制)添加到NEF-612中进行混合并均匀分散，使其为总混配重量的2.0w/w％。在本混合液中加入CEF-385，充分搅拌混合，获得软质聚氨酯泡沫。将所获得的软质聚氨酯泡沫切断，制作每一小片为长24mm×宽24mm×厚28mm的垫材1。所获得的垫材1的物理性质为表观密度30kg/m3、泡孔数50个/25mm。此时的垫材1中含有的ZnO颗粒2为9.49mg/小片。
实施例2～9和比较例1～26是将实施例1中的ZnO颗粒2变更为由其他化合物构成的颗粒、变更其添加量、并使其他条件相同而得到的。各实施例2～9及各比较例1～26的添加物和含有量如表1所示。表1中，“-”表示未测量或由于不含颗粒等而无法测量。
另外，在实施例5、6和比较例21、22中，为了调节泡孔数，在将NEF-612和CEF-385混合之前，向NEF-612中适宜地添加二氯甲烷作为发泡剂，同样地制作将泡孔数调整为50个/25mm以外数量的垫材1。
[表1]
Figure BDA0001783306390000091
Figure BDA0001783306390000101
另外，下述所示的比较例27～33是将实施例1中的ZnO颗粒2变更为调色剂FTR-5570[炭黑含有率20～30％](大日精化工业公司制)、变更其添加量、并使其他条件相同而得到的。各比较例27～33的添加物和含有量如表2所示。表2中，“-”表示未测量。
[表2]
Figure BDA0001783306390000102
通过实施例1～9和比较例1～33，进行：
〔A〕由具有柠檬酸溶解性的化合物构成的颗粒的基于根酸的溶解的确认
〔B〕含有颗粒的垫材的植物生长促进效果的确认
〔C〕关于具有植物生长促进效果的植物的确认
〔D〕在垫材中添加由具有柠檬酸溶解性的化合物构成的颗粒的意义的确认
〔E〕关于由Zn化合物构成的颗粒的植物生长促进效果的原理的考察
〔F〕防藻效果的确认和考察。
在图2～8中，符号1表示垫材，符号5表示育苗托盘，符号6表示植物，符号7表示营养液，符号8表示光源，符号9表示定植托盘，符号10表示定植板，符号11表示水下马达，符号12表示营养液罐，符号13表示用于向定植托盘供给营养液的管道，符号14表示溢流管，符号15表示空气泵，符号16表示气体输送用管道，符号17表示流量计，符号18表示气体输送侧CO2监视器，符号19表示同化箱，符号20表示水，符号21表示气体排出侧CO2监视器，符号22表示试验容器，符号23表示照度计。另外，在以后的试验中，作为“营养液7”，使用OAT Agrio公司制的OAT屋(OAT House)(OAT屋：OAT Agrio公司的营养液栽培用肥料的商品名)A配方(稀释倍率1.0倍)，适宜地追加营养液7，并进行管理以使pH＝6、EC值＝2.5。本发明中的“EC值”是指营养液中的电导率。
本发明中的栽培步骤以1.〔发芽〕、2.〔育苗〕、3.〔定植〕来进行。各步骤以如下方式进行。各步骤的环境温度约为20℃。[参照图2～图3]
1.〔发芽〕参照图2
本发明中的“发芽”是指在垫材1上播种植物的种子，直到种子发芽的步骤，按照以下顺序进行。
(1)使自来水以20mL/小片的比例浸透到没有间隙地铺满育苗托盘5的垫材1中。
(2)对上述(1)的各垫材1播种一粒种子。
(3)在暗处进行三天的发芽。此外，为了防止水的蒸发，在育苗托盘5上加盖(未示出)。
2.〔育苗〕参照图2
本发明中的“育苗”是指将发芽的植物的芽培育到能够定植的程度的大小(植物的根贯通垫材1的下部的程度)的步骤，按照以下顺序进行。
(4)发芽后，将育苗托盘5中的自来水置换为营养液7，照射光源8。
(5)光源8为三波长型荧光灯(日光色)，照度为10000lx。此外，1天的照射为在连续照射14小时后，置于暗处10小时。育苗期间为7天。栽培环境为温度20℃、相对湿度60％、CO2浓度700ppm。
3.〔定植〕参照图3
本发明中的“定植”是指将通过育苗步骤培育到某种程度的大小的苗种植在图3所示的循环装置中的定植板10上等间隔地设置的每个孔中、将生长有植物6的苗的每个垫材1固定、并进行栽培直到收获的步骤，按照以下顺序进行。另外，图3所示的循环装置使营养液7循环。
(6)育苗之后，种植在定植板10上等间隔地设置的每个孔中，并将生长有植物6的苗的每个垫材1固定，进行定植。孔间隔为80mm。另外，进行管理以使每一个垫材的定植托盘9内的营养液7的量为1L。
(7)光源8为三波长型荧光灯(日光色)，照度为18000lx。此外，1天的照射为在连续照射14小时后，置于暗处10小时。栽培环境为温度20℃、相对湿度60％、CO2浓度700ppm。
(8)在定植过程中，随着植物6的生长，植物6彼此之间变得稠密，妨碍生长，因此在扩大了孔的间隔的定植板10中重新进行定植。孔间隔为150mm。移植在初次定植后的第14天进行。
另外，在本发明中，将1.〔发芽〕、2.〔育苗〕、3.〔定植〕的各步骤所需的天数的和作为“栽培天数”，在按每个后述试验记录栽培天数。
与上述〔A〕～〔F〕相关的试验使用图2～8所示的装置中的任一种进行。以下，对在与〔A〕～〔F〕相关的试验中采用的藻类试验、育苗试验、循环试验、小型循环试验、光合作用试验的各试验方法和与其对应的附图、试验方法的具体内容进行说明。
[育苗试验]
育苗试验进行到上述的栽培步骤的1.〔发芽〕、2.〔育苗〕为止。另外，将光源8的照射时间变更为24小时/天的条件进行照射。
[循环试验]
循环试验进行上述的栽培步骤的1.〔发芽〕、2.〔育苗〕、3.〔定植〕。另外，将基于水下马达11的营养液7的流量设为2.0L/min。在进行连续栽培的情况下，将基于水下马达11的营养液7的流量设为6.0L/min。
[小型循环试验]
小型循环试验使用图4所示的装置，在与循环试验同样的条件下进行1.〔发芽〕至3.〔定植〕。另外，基于水下马达11的营养液7的流量为2.0L/min。
〔A〕由具有柠檬酸溶解性的化合物构成的颗粒的基于根酸的溶解的确认
〔A-1〕根酸的分泌
[根酸的分泌试验]
从植物的根分泌出的有机酸(根酸)在土耕栽培中在根圈内逐渐溶解柠檬酸溶解性化合物，所溶出的离子被植物的根吸收。但是，在水耕栽培的情况下，由于营养液是循环的，因此无法将根酸保留在根圈内，难以溶解、吸收柠檬酸溶解性化合物。于是，在进行水耕栽培的情况下，对垫材中和营养液中是否存在根酸进行了分析，此外，在存在时，对该成分的定性进行了分析。
根酸的分泌试验参考以下文献并使用图5所示的装置按如下方式进行。
参考文献：“从在水耕栽培中培育出的番茄(Lycopersiconesculentum)的根中释放出的有机酸的鉴定”日本分析化学会年会演讲主旨集、卷：58th、页：55、作者：大藏稔(中大院)、铃木美成(中大院)、古田直纪(中大院)
〔试验方法〕
(1)通过与上述[循环试验]相同的方法，使用比较例1的垫材1(不含Zn)，并使用皱叶生菜(注册商标、雪印种苗公司制)作为植物6进行栽培。
(2)将所栽培的植物6的根和附着于垫材1的营养液7用离子交换水清洗。
(3)然后，在试验容器22中充满了离子交换水的图5的装置中栽培5天。另外，光源8为三波长型荧光灯(日光色)，照度为18000lx。此外，1天的照射为在连续照射14小时后，置于暗处10小时。
(4)5天后，采集垫材1内的离子交换水和槽内的离子交换水作为根酸溶出液。
(5)将所采集的根酸溶出液浓缩20倍，使用液相色谱(LC)进行定性分析。
(6)其结果如表3所示。
[表3]
Figure BDA0001783306390000121
如表3所示，从垫材1中的离子交换水中检测出根酸。根据该结果，可以说在水耕栽培中也分泌了根酸。但是，从槽内的离子交换水中未检测出有机酸。由此，在实际的栽培中，根分泌出的根酸较多地滞留在垫材1中，在营养液7中溶出的根酸的存在量要少很多。因此，在垫材1以外的营养液7中根酸很少，难以溶解柠檬酸溶解性化合物。进一步地，由于根酸存在于垫材1内，因此通过使垫材1含有包含微量必需元素的柠檬酸溶解性化合物，能够使微量必需元素比在营养液7中更高效地溶出。
[A-2]ZnO的柠檬酸溶解性
[ZnO在柠檬酸水溶液中的溶解试验]
通过上述〔A-1〕的验证，确认了在水耕栽培中也会从植物的根分泌出根酸，并较多地滞留于垫材1中。于是，对本实施方式所涉及的垫材1中含有的、包含植物的微量必需元素Zn的ZnO进行了溶解试验。溶解试验中使用的溶剂为2w/w％的柠檬酸水溶液(20℃)。试验通过下述方法进行。
〔试验方法〕
(1)在柠檬酸(纯度≥99.5％，大洋制药公司制)中加入蒸馏水，调制成2.0w/w％的柠檬酸水溶液。
(2)在用磁力搅拌器搅拌上述调制成的2.0w/w％的柠檬酸水溶液(20℃)的同时添加ZnO。
(3)确认了ZnO完全溶解于2.0w/w％的柠檬酸水溶液(20℃)后，进一步继续添加ZnO。
(4)重复上述(2)、(3)的作业，将ZnO完全不溶解的时刻的ZnO的总添加重量作为2.0w/w％的柠檬酸水溶液中的溶解度。
其结果是，ZnO在2.0w/w％的柠檬酸水溶液100g(20℃)中的溶解度为1580mg。这表示ZnO具有柠檬酸溶解性。并且，这暗示了通过使垫材1中含有ZnO颗粒2，而通过存在于垫材1内的根酸使ZnO颗粒2溶解，植物能够高效地吸收Zn。
〔B〕含有颗粒的垫材的植物生长促进效果的确认
〔B-1〕各化合物的植物生长促进效果
[育苗试验]
接着，使用以垫材1中含有ZnO颗粒2的实施例1的垫材1为首的、含有包含必需元素的化合物的各实施例和比较例、以及不含必需元素的比较例1的垫材1，确认了植物生长促进效果。另外，所添加的化合物和垫材1的含有量如表1和表2所示。
使用如此获得的垫材1进行上述[育苗试验]。栽培植物为皱叶生菜。使用Mg化合物和Ca化合物的情况下的栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为21天。使用Zn化合物的情况下的栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为27天。结束上述[育苗试验]的水耕栽培后，计算出所采集的由各垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量除以由不含必需元素的比较例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量得到的比，作为生长促进倍率。其结果如表4所示。
[表4]
Figure BDA0001783306390000122
Figure BDA0001783306390000131
如表4所示，对各种化合物进行试验的结果是，ZnO表现出植物生长促进效果。
此外，对于具有水溶性的ZnCl2、ZnSO4，虽然植物重量增加，但出现了过剩症、即黄化现象。
对于有机金属化合物、即硬脂酸锌、月桂酸锌，未获得植物生长促进效果。
对于包含大量必需元素、即镁和钙的无机化合物，由于在营养液中大量含有，因此在垫材1中所含有的程度的含有量下，未获得植物生长促进效果。
根据该验证结果可知，含有微量必需元素Zn的ZnO颗粒2具有柠檬酸溶解性，从而表现出植物生长促进效果。
〔B-2〕柠檬酸溶解性Zn化合物与水溶性Zn化合物的比较
[循环试验]
在上述〔B-1〕中确认了Zn化合物的植物生长促进效果。但是，由于在〔B-1〕中进行的试验是到育苗步骤为止的验证，因此使用在植物工厂中广泛使用的深液流水耕法，进行到收获期为止的栽培，进行柠檬酸溶解性Zn化合物、水溶性Zn化合物的植物生长促进效果的比较。
在该试验中，使用实施例1(含有ZnO；9.49mg/小片)、比较例13(含有ZnCl2；0.48mg/小片)、比较例16(含有ZnSO4；0.48mg/小片)和比较例1(不含Zn)的垫材1。
使用这些实施例和比较例的垫材1，在上述[循环试验]中进行栽培试验。另外，栽培植物为皱叶生菜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为14天，3.〔定植〕期间为21天。此后，计算出所采集的由各垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量除以由不含必需元素的比较例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量得到的比，作为生长促进倍率。其结果如表5所示。
[表5]
Figure BDA0001783306390000132
Figure BDA0001783306390000141
根据表5所示的结果，可以说具有柠檬酸溶解性的ZnO具有最优异的植物生长促进效果。
根据表4和表5的结果，在使垫材1中含有ZnCl2、ZnSO4等具有水溶性的包含微量必需元素的化合物(水溶性化合物)的情况下，即使以成为垫材1的基体的软质聚氨酯泡沫的树脂组分覆盖水溶性化合物并使其具有缓释性，在栽培期间内水溶性化合物也完全溶出到营养液7中。因此，无法充分维持植物生长促进效果。但是，若为了充分维持植物生长促进效果而增大垫材中水溶性化合物的含有量，则会出现植物的过剩症。因此，通过使垫材1含有水溶性化合物，难以获得植物生长促进效果。另一方面，由于柠檬酸溶解性的Zn化合物逐渐溶出到营养液7中，因此即使使垫材1中含有不会引起植物的过剩症的程度的量，在栽培期间也能够充分维持植物生长促进效果。
〔B-3〕各生长阶段的Zn赋予所带来的植物生长促进效果的差异
[循环试验]
验证了各生长阶段的Zn赋予所带来的植物生长促进效果的差异。
在该验证中，使用实施例1(含有ZnO；9.49mg/小片)和比较例1(不含Zn)的垫材1。
使用这些实施例和比较例的垫材1，进行上述[循环试验]。另外，栽培植物为皱叶生菜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为10天，3.〔定植〕期间为13天。
并且，在〔发芽〕和〔育苗〕结束后的阶段的“育苗”和上述〔定植〕的各步骤中，将上述制作的垫材1如表6的循环试验No.1～No.4所示适宜地变更，验证每个生长阶段的Zn赋予所带来的植物生长促进效果的差异。此后，计算出在上述循环试验No.1～No.4中进行了水耕栽培的皱叶生菜的总重量除以循环试验No.1的皱叶生菜的总重量的得到的比，作为生长促进倍率。其结果如表6所示。
[表6]
Figure BDA0001783306390000142
如表6所示，确认了与定植时相比，在育苗时进行ZnO颗粒2对植物的Zn离子的供给，植物生长促进效果更好。
另外，若在栽培途中停止基于ZnO颗粒2的Zn离子的添加，则植物生长促进效果减弱，因此优选从育苗至定植始终通过ZnO颗粒2供给Zn离子。这可以说是因为，由于从垫材1的ZnO颗粒2供给的Zn离子浓度降低，使得垫材1中的浓度与植物6的浓度间的平衡崩溃而与浓度梯度相反，会消耗并吸收能量。此外，通过上述验证结果可以确认，通过降低Zn离子的供给量，初期获得的植物生长促进效果也会降低。因此，由于需要维持到收获为止的持续性和垫材1中的浓度与植物的浓度的平衡，因此可以说与具有水溶性的锌化合物相比，具有柠檬酸溶解性的锌化合物的植物生长促进效果更好。
〔B-4〕基于垫材1中的ZnO颗粒2的含有量的植物生长促进效果的验证
[循环试验]
对基于每个垫材1中的ZnO颗粒2的含有量的植物生长促进效果进行验证。
在该验证中，使用应用了含有ZnO颗粒2的各实施例、含有ZnO颗粒2以外化合物的比较例、或不含必需元素的比较例1的垫材1，来确认植物生长促进效果。在验证中，使用这些实施例和比较例的垫材1，进行上述[循环试验]。另外，栽培植物为皱叶生菜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为7天，3.〔定植〕期间为30天。此后，计算出所采集的由各垫材1进行了水耕栽培的植物的总重量除以由不含必需元素的比较例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的总重量得到的比，作为生长促进倍率。其结果如表7所示。另外，虽然在表7中未示出，但将比较例1的生长促进倍率设为1.00。
[表7]
Figure BDA0001783306390000151
如表7所示，在垫材1中的ZnO颗粒2的含有量为4.84～18.6mg/小片的情况下，与不含必需元素的比较例1相比，可以确认植物的重量增加。但是，以18.6mg/小片的垫材1栽培的植物在育苗时出现了Zn过剩摄取反应、即黄化现象。根据所获得的结果，可以说作为每一个垫材1的ZnO颗粒2的含有量的范围，若为4.5mg/小片以上15.0mg/小片以下，则可以获得植物生长促进效果。此外，每一个垫材1的ZnO颗粒2的含有量的范围优选为4.84mg/小片以上14.1mg/小片以下。
〔B-5〕连续栽培时的Zn浓度和植物生长促进效果
[循环试验]
对连续地进行栽培时的营养液7中的Zn浓度和植物生长促进效果进行了验证。
在该验证中，使用实施例1(含有ZnO；9.49mg/小片)和比较例1(不含Zn)的垫材1进行循环试验。
另外，栽培植物为皱叶生菜，并采用营养液育苗。在本验证中，栽培条件按如下方式变更并进行验证。栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为14天，3.〔定植〕期间为28天，照度为15000lx，室温为24℃，CO2浓度为1500ppm。定植时，照度为20000lx，室温为24℃，CO2浓度为1500ppm。另外，营养液7为OAT Agrio公司制的OAT屋SA配方(稀释倍率1.0倍)，pH＝7，EC值＝2.5。栽培天数为45天×5组。测量试验开始前、1组结束时和5组结束时的定植托盘9内的营养液7中的Zn浓度[ppm]、以及5组结束时的垫材1内的营养液7中的Zn浓度[ppm]。此后，计算出所采集的由实施例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的总重量除以由不含必需元素的比较例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的总重量得到的比，作为生长促进倍率。此外，其结果如表8和图9所示。
另外，栽培天数45天×5组是指将从播种到收获的45天的栽培持续地重复5次，在每次的栽培中，使用新的垫材1，重新播种植物的种子，进行栽培。在此期间，在循环装置中循环的营养液7未被置换为新的营养液7，而是适宜地进行pH管理、EC值管理、水量管理等营养液7的调整。
[表8]
Figure BDA0001783306390000152
Figure BDA0001783306390000161
如表8所示，可以确认，营养液7中的Zn由于连续栽培而被消耗。但是，即使进行5组连续栽培、营养液7的Zn浓度降低，也可以确认实施例1(含有ZnO；9.49mg/小片)的垫材1与比较例1(不含Zn)的垫材1相比，植物的总重量大两成，植物生长促进效果优异。
此外，如〔B-3〕所述，可以确认，Zn的浓度平衡崩溃是未获得植物生长促进效果的主要原因。此外，在一般的植物工厂中，有时营养液7的平衡也会由于连续栽培而崩溃，植物6的收获量会减少。进一步地，营养液7中的必需元素一般是通过EC值管理来进行管理，但是EC值管理控制大量必需元素、特别是三大营养元素即氮、磷、钾的意义较大。在EC降低的情况下，进行营养液7的浓度的调整，但是此时，难以将添加量调整至添加量相对于水量为极少量的微量必需元素的浓度。因此，大多采取直接投入包含大量必需元素、微量必需元素的综合肥料或投入浓缩液的方法，而不是向营养液7中单独地投入必需元素。在进行了连续栽培的情况下，如表8所示，营养液7中的微量必需元素的浓度有时会降低。因此，即使EC值保持正常，由于微量必需元素的减少，有时植物6会生长不充分。因此，在本次的验证中，也可以认为由于在第5组中营养液7中的Zn浓度减少，因此收获量减少。但是，如表8所示，在使用含有ZnO颗粒2的垫材1的情况下，垫材1内的Zn浓度被维持得较高，即使在第5组中收获时的总重量也没有减少。即，通过使用本发明的垫材1，可以与营养液7中的微量必需元素的浓度无关地、可再现地获得植物6的植物生长促进效果。
另外，由于垫材1内的Zn浓度被维持得较高、并且从〔A-1〕可知在垫材1内大量滞留有根酸，可以说能够在垫材1内保持从根分泌出的根酸，并通过根酸从垫材1中含有的ZnO颗粒2生成Zn离子。
〔C〕关于具有植物生长促进效果的植物的确认
在此前的栽培试验中，对植物工厂中广泛栽培的皱叶生菜进行了验证。于是，在表9中示出了在植物工厂中栽培的皱叶生菜以外的植物的栽培试验的结果。
在该验证中，使用实施例1(含有ZnO；9.49mg/小片)和比较例1(不含Zn)的垫材1确认了植物生长促进效果。另外，由于到收获为止的生长速度因植物而不同，因此栽培天数如表9所示。
使用这些实施例1和比较例1的垫材1，进行了上述[小型循环试验]。此后，计算出所采集的由实施例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量除以由不含必需元素的比较例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量得到的比，作为生长促进倍率。其结果如表9所示。
[表9]
Figure BDA0001783306390000162
如表9所示，若使用实施例1(含有ZnO；9.49mg/小片)的垫材1进行水耕栽培，与使用比较例1(不含Zn)的垫材1进行水耕栽培的情况相比，任何植物的重量都增加，高度也变高。即，对于皱叶生菜以外的其他植物，与以往相比也能够更早地收获、或者收获重量提高。此外，对于叶用萝卜，与皱叶生菜相比，由于栽培期间短，因此在循环试验等中能够有效地利用以进行迅速的判断。
〔D〕在垫材中添加由具有柠檬酸溶解性的化合物构成的颗粒的意义的确认
可以推测，在垫材1含有具有柠檬酸溶解性的Zn化合物的情况下，“使Zn与根接触”和“保持溶出的Zn离子的某种程度的保持性”具有更优异的植物生长促进效果。
于是，以下示出了与使垫材1含有具有柠檬酸溶解性的Zn化合物的理由相关的验证结果。
〔D-1〕栽培时的垫材1内的水溶液的保持力
[保持试验]
通过上述〔A-1〕和〔B-5〕的验证，确认了垫材1保持着根酸和Zn离子。
于是，以下，通过实际的栽培对垫材1内的营养液7保持在何种程度进行了验证试验。试验通过以下方法进行。在本验证中，使用了比较例1(不含Zn)的垫材1。
〔试验方法〕
(1)使垫材1包含着色成红色的水，不进行植物的播种并放入定植板10中，并设置于填充有着色成蓝色的营养液7的试验容器中。
(2)通过水下马达11使着色成蓝色的营养液7循环(水下马达11的流量：1.8L/min)，观察了直到垫材1中含有的红色的水被置换为蓝色的水的情况。
其结果是，将比较例1的垫材1中所包含的液体完全置换成蓝色需要将近12～24小时。此外，通过在〔A-1〕中进行的根酸的检测试验，在垫材1内检测出根酸。通过在〔B-5〕中进行的循环试验，确认了垫材1内的Zn浓度保持为高于营养液7。根据这些〔A-1〕和〔B-5〕的结果和本次的结果，可以说在垫材1内溶出的根酸和Zn离子被完全置换为营养液7之前，如〔B-5〕中得到的那样，各自缓慢地分泌、溶出，在垫材1内保持有Zn离子。
〔D-2〕基于泡孔数的效果
以下，确认了基于垫材1的泡孔数的植物生长促进效果和能够保持的水量、以及基于泡孔数的Zn离子的溶出量。
(植物生长促进效果)
[育苗试验]
首先，确认了基于垫材1的泡孔数的植物生长促进效果。
在验证中，使用实施例1、6及比较例1、21、22的垫材1进行上述[育苗试验]。另外，栽培植物为叶用萝卜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为11天。验证了每泡孔数的Zn赋予所带来的生长促进倍率的差异。此后，计算出所采集的由各垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量除以由比较例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量得到的比，作为生长促进倍率。各泡孔数和其结果如表10所示。
[表10]
Figure BDA0001783306390000171
如表10所示，垫材1中含有9.49mg/小片的ZnO颗粒2、可以确认泡孔数为13～50个/25mm的垫材1(实施例1、6)的植物生长促进倍率比其他例子优异。相对于不含ZnO颗粒2且泡孔数为50个/25mm的垫材1(比较例1)，泡孔数同样为50个/25mm并含有9.49mg的ZnO颗粒2的垫材1(实施例1)显示出生长促进效果。但是，在泡孔数为7.5个/25mm且含有9.49mg的ZnO颗粒2的垫材1(比较例22)中，观察到了生长的延迟。
作为其理由，可以认为：泡孔数较少的垫材1由于后述的垫材保水能力的降低，将根酸保留在垫材1内的能力降低。此外，可以认为：由于垫材1的泡孔变粗、即垫材的骨架变粗，分散、固定于垫材的骨架的ZnO接触根酸的机会减少，Zn离子的溶出量减少。
(保水量)
接着，根据垫材1的泡孔数确认能够保持的水量。
[保水量试验]
垫材1的保水量试验按如下方式进行。
〔试验方法〕
(1)垫材1(尺寸：长24mm×宽24mm×厚28mm)在试验前测量重量，作为浸渍前重量。
(2)将垫材1浸入到装有100mL水的200mL的烧杯中，揉搓10次，挤出垫材内含有的空气，使之被水浸透。
(3)取出垫材1并使水不会洒出，测量重量，作为浸渍后重量。
(4)根据浸渍前后的重量计算垫材1所保持的水量，作为保水量。
另外，在验证中，使用实施例1、5、6和比较例22所涉及的垫材1进行上述[保水量试验]。垫材1的各泡孔数和试验结果如表11所示。
[表11]
Figure BDA0001783306390000181
如表11所示，可以确认泡孔数越多则垫材1的保水量也越多。由此可以说，泡孔数越多，连续气泡的骨架间变得越窄，通过毛细管现象能够保持的水量越多。因此，固定在漂浮于营养液7中的定植板10上的垫材1能够将通过与营养液7接触的部分及根的毛细管现象而吸起的营养液7较多地保持在垫材1内。此外，垫材1能够保持的营养液7的量增加，是指保持所分泌的根酸及溶出的Zn离子的量也增加。
(溶出量)
接着，根据垫材1的泡孔数确认溶出的Zn离子浓度。
[Zn离子溶出试验]
从垫材1溶出的Zn离子的溶出量的试验按如下方式进行。
〔试验方法〕
(1)将垫材1(尺寸：长24mm×宽24mm×厚28mm)浸入到20mL的离子交换水中，揉搓10次。
(2)采集所获得的溶出液，通过比色法测量Zn离子浓度。在本验证中，使用共立理化学研究所公司制的PACKTEST锌(低浓度)进行着色，用日本分光公司制的紫外可见近红外分光光度计(V-750iRM)测量着色样本的吸光度，并进行定量分析。这里所说的“比色法”是指使用试剂等使样品显色，根据其显色程度来测量浓度等的方法。
另外，在验证中使用实施例1、5、6和比较例22所涉及的垫材1进行上述[Zn离子溶出试验]。垫材1的各泡孔数和试验结果如表12和图9所示。
[表12]
Figure BDA0001783306390000182
如表12和图9所示，当确认泡孔数为50个/25mm以外的Zn离子浓度时，可以确认，随着泡孔数的增加，溶出的Zn离子浓度增加。这可以说是因为，成为垫材1的基体的软质聚氨酯泡沫的树脂骨架由于泡孔数的减少而变粗，埋入树脂中的ZnO的比例变多，结果Zn离子的溶出量减少。
〔D-3〕在使垫材1中含有的情况下、和向营养液中直接添加的情况下的Zn的植物生长促进效果的差异
[小型循环试验]
接着，在使垫材中1含有ZnO颗粒2的情况下、和直接提高营养液7中的Zn浓度的情况下，验证了植物生长促进效果的差异。
另外，在验证中，如表13的小型循环试验No.1～No.4所示，使用实施例1和比较例1所涉及的垫材1进行上述[小型循环试验]。栽培植物为皱叶生菜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为7天，3.〔定植〕期间为27天。营养液7使用OAT Agrio公司制的OAT屋A配方(稀释倍率1.0倍)(Zn浓度0.09ppm)，而为了与之对比，使用在该营养液7中添加ZnSO4而将Zn浓度提高至1ppm的营养液7进行水耕栽培。分别计算出在上述小型循环试验No.1～No.4中进行了水耕栽培的皱叶生菜的地上部分重量除以小型循环试验No.1和No.2的皱叶生菜的地上部分重量的得到的比，作为生长促进倍率。其结果如表13所示。
[表13]
Figure BDA0001783306390000191
如表13所示，实施例1的垫材1与营养液7的Zn浓度无关，与比较例1的垫材1相比，植物的生长促进倍率优异。此外，当对比较例1的垫材1中营养液7中的Zn浓度为0.09ppm(小型循环试验No.1)和1.00ppm(小型循环试验No.2)进行比较时，通过增加Zn浓度，可以获得一些生长促进效果。但是，当如实施例1的垫材1那样使垫材1中含有ZnO颗粒2时，可以获得两成以上的促进效果。
即，根据该结果可以确认，使垫材1中含有ZnO颗粒2容易获得植物生长促进效果。显然，即使是在由之前的项目验证的结果中，通过添加到垫材1中，从根溶出的根酸使Zn离子溶出，所溶出的Zn离子由于垫材1的保水性，保持在垫材1中而不是流失到周围的营养液7中，这也可以从这一点来证实。
另外，在一般的水耕栽培中，由于植物6的根浸渍于循环的营养液7中，因此无法将从根分泌出的根酸保留在自身的根圈内，难以吸收柠檬酸溶解性化合物。此外，通过将水溶性化合物添加到营养液7中，能够得到吸收化合物的效果，但是吸收营养液7中所包含的低浓度的微量必需元素的效率较差。此外，在水耕栽培中管理微量必需元素是非常困难的，且是低效的。
相对于此，在本发明中，通过使垫材1含有ZnO颗粒2，能够最大限度地发挥具有柠檬酸溶解性的ZnO颗粒2的特性。
〔E〕关于由Zn化合物构成的颗粒的植物生长促进效果的原理的考察
〔E-1〕光合作用的促进(验证1)
[光合作用试验]
Zn是向植物进行光合作用的基本循环即卡尔文本森循环供给CO2所需的碳酸酐酶(CA)的活性中心。因此能够推测，通过向垫材1添加Zn，随着碳酸酐酶的增加，光合作用速度提高，促进了植物的生长。以下验证了，通过本发明的垫材1，实际提高了光合作用速度。
光合作用试验使用图6所示的装置按如下方式进行。
〔试验方法〕
(1)在同化箱19中放置植物6。本发明中的“同化箱”是指植物进行光合作用的可密闭的容器。同化箱19由透明丙烯酸树脂构成，设有同化箱19的空气的流入口和流出口。在同化箱19内放入植物6并密闭，通过从光源8照射光而使植物进行光合作用，根据同化箱前后的空气中的CO2浓度求出光合作用速度。
(2)将植物6放入装有水20的烧杯中，处于可抽水的状态。
(3)利用空气泵15将CO2浓度调整气体经由流量计17、气体输送侧CO2监视器18供给到同化箱19。输送的气体以500mL/分钟的流速进行供给。
(4)在同化箱19中，由光源8从上方照射用于进行光合作用的光。光源8使用三波长型荧光灯(日光色)，照度为15000lx。
(5)光合成作用后的空气经由气体排出侧CO2监视器21排出。
(6)根据输送、排出的CO2浓度的差分、空气流量的关系，计算出植物6的每单位叶面积的光合作用速度。试验时间为30分钟。
另外，如表14所示，分别使用实施例1和比较例1的垫材1，进行上述[小型循环试验]。进一步地，将ZnO颗粒2添加到营养液7中(育苗20mL/株时1.86ppm、定植1L/株时0.0372ppm)，使得含有2w/w％的ZnO颗粒2的垫材1具有与营养液7中溶出的浓度相同的浓度，并在以下条件下进行比较验证。栽培植物为叶用萝卜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为7天，3.〔定植〕期间为9天。
此后，计算出所采集的由各垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量除以由不含必需元素的比较例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量得到的比，作为生长促进倍率。水耕栽培结束后，在上述[光合作用试验]中计算出光合作用速度，将各栽培中的光合作用速度除以使用比较例1的垫材1进行了栽培时的光合作用速度的比，作为光合作用促进倍率。另外，输送的CO2的浓度为700ppm。其结果如表14所示。
[表14]
Figure BDA0001783306390000201
如表14所示，可以确认，通过向植物供给Zn，光合作用速度提高。进一步地，可以确认，如实施例1的垫材1那样在使垫材1中含有9.49mg的ZnO颗粒2时，每单位叶面积的光合作用速度比向营养液7中添加ZnO时的速度快。
〔E-2〕光合作用的促进(验证2)
在上述[E-1]中，可以确认，通过向植物供给Zn，光合作用速度提高。在植物工厂中，为了促进光合作用，使CO2浓度增加到700～2000ppm来进行栽培。于是，验证了即使CO2浓度发生变化，同样也可以通过垫材1提高光合作用速度。
另外，如表15所示，在验证中，使用实施例1和比较例1所涉及的垫材1在上述[小型循环试验]中进行植物的水耕栽培。栽培植物为皱叶生菜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为10天，3.〔定植〕期间为43天。
水耕栽培结束后，通过上述[光合作用试验]计算出光合作用速度。另外，输送的CO2的浓度和栽培条件与上述〔E-1〕相同。其结果如表15和图10所示。
[表15]
Figure BDA0001783306390000211
如表15和图10所示，当使用含有9.49mg的ZnO颗粒2的实施例1的垫材1进行水耕栽培时，与比较例1相比，可以确认从低CO2浓度到高CO2浓度光合作用速度始终较快。这是因为，Zn离子被根吸收，一部分成为碳酸酐酶，光合作用处理量增加，其结果是，能够得出获得了植物生长促进效果的结论。
〔F〕防藻效果的确认和考察
〔F-1〕粒径与藻类抑制率的关系
[藻类试验]
接着，确认了：通过由垫材1中含有的ZnO颗粒2的粒径来引起米氏散射、瑞利散射、衰减光从垫材1的顶面向垫材内部的透射，抑制了藻类的产生、繁殖。此外，作为针对藻类抑制的效果，为了确认光的散射效果与ZnO的抗菌效果之差，除了含有ZnO颗粒2的垫材1以外，还进行了向营养液7中添加ZnO的验证。
藻类试验使用图7所示的装置按如下方式进行。
〔试验方法〕
(1)向小型的试验容器22中填充营养液7，将浸透了营养液7的垫材1固定于定植板10的中心设置的孔中并漂浮于营养液7中，并且使定植板10的顶面与垫材1的顶面的高度一致。营养液7为150mL，垫材1的尺寸为长24mm×宽24mm×厚28mm。
(2)将包含藻类的水加入到营养液7中，放置在光源8的下方。
(3)使开始时的营养液7中的藻类数为232个/μL。
(4)光源8在三波长型荧光灯(日光色)的照度为18000lx、照射时间为24小时/天的条件下进行照射，并静置1周。
(5)静置1周后，将浸透到藻类繁殖的垫材1中的营养液7作为样品回收，确认垫材1中的藻类的繁殖状态。
(6)将样品抽取到管瓶中，稀释至任意倍率，使用观察设备和血球计数板对藻类数量进行计数。
另外，试验容器和定植板以及测量设备使用以下的设备。
〔试验容器和定植板〕
试验容器：80mm×80mm×50mm
定植板：70mm×70mm×10mm
[测量设备]
使用的设备：血球计数板德国赫诗曼(Hirschmann Laborgerate)公司制改良纽鲍尔(Neubauer)型
观察设备：Hirox公司制数码显微镜KH-7700
在验证中，作为各实施例和比较例，使用了含有4.84mg/小片的各种平均粒径的ZnO颗粒2的垫材1。将ZnO颗粒2更换为表1所示的平均粒径为0.01～10μm的各ZnO(平均粒径0.01μm、10μm的为Hakusui Tech公司制造，其他平均粒径的为堺化学工业公司制造)来制作各垫材1。为了与这些垫材1进行对比，与上述同样地制作比较例1的垫材1。
并且，平均粒径与藻类抑制率的关系的确认通过上述[藻类试验]来进行。
另外，为了确认是否通过ZnO的抗菌效果来获得防藻效果，使营养液7中含有表16所示的平均粒径为0.02～0.60μm的ZnO颗粒2(含有量；40mg/L和4.2mg/L)，用比较例1的垫材进行验证。其结果如表16所示。另外，表16中的“-”表示未进行评价。本发明中的“藻类抑制率”是指以在不向垫材1、营养液7中的任一个添加ZnO、且垫材1中未添加调色剂的状态下进行藻类试验时的藻类数量为基准时的、减少的藻类数量的比例。
[表16]
Figure BDA0001783306390000221
叶绿素在光合作用中使用的光的波长，例如在以藻类所具有的叶绿素a、b为对象的情况下，在约400～500nm的范围和约550～700nm的范围内。根据这些波长范围计算的米氏散射最大的粒径为0.2～0.7μm。进一步地，本次使用的光源8是三波长型荧光灯(日光色)，由三波长型荧光灯(日光色)发出且被叶绿素a、b吸收的光的波长为440～480nm和610nm附近。因此，优选的平均粒径为0.3μm。相对于此，如表16所示，可以确认，在垫材1含有平均粒径为0.29μm的ZnO颗粒2的情况下(实施例2)，可获得最好的防藻效果(藻类抑制率)。此外，在垫材1中含有平均粒径为0.02μm的ZnO颗粒2的情况下(实施例7)，也可以通过瑞利散射获得藻类的抑制效果。但是，在垫材1中含有平均粒径为0.01μm的颗粒2的情况下(比较例23)，藻类抑制率降低。可以认为这是因为，由于瑞利散射的特征，通过减小粒径而提高了可见光的透射率。
由此，在使用LED、太阳光的情况下，也同样地可以根据光源发出的光的波长任意选择平均粒径(0.02～0.7μm)，从而获得最高的藻类抑制率。
另一方面，仅在营养液7中含有ZnO颗粒2时，垫材1难以获得防藻效果，营养液7中的ZnO颗粒2的含有量为4.2mg/L时，反而促进了垫材1上的藻类的产生、繁殖。如上所述，为了产生藻类，需要“光”、“水”、“营养”，与植物同样地，可以说包含微量必需元素Zn的ZnO促进了藻类的产生、繁殖。即，与ZnO颗粒2通过抗菌效果抑制藻类相比，通过由垫材1中含有的ZnO颗粒2引起的米氏散射、瑞利散射，而衰减光从垫材1的顶面向垫材内部的透射，由此能够获得最高的藻类抑制率。
〔F-2〕ZnO的抗菌效果的有无
[抗菌试验]
根据上述〔F-1〕，即使向营养液7中添加ZnO颗粒2，也无法确认防藻效果。在本试验中，为了进一步确认ZnO的抗菌效果，进行了总活菌数的测量。
〔总活菌数测量方法〕
总活菌数通过下述方法算出。
(稀释)
(1)为了防止来自系统外的细菌的混入，在洁净棚内实施。
(2)使用移液管将1mL的营养液作为样本分注到玻璃瓶中。
(3)向其中加入9mL的稀释水(灭菌后的磷酸缓冲生理盐水)，充分搅拌。将其作为10倍稀释样本。
(4)重复相同的稀释操作，调制成培养后的总活菌菌落数为30～300的稀释倍率。
(接种)
(5)为了防止来自系统外的细菌的混入，在洁净棚内实施。
(6)将测试片(petrifilm)培养基AC板(3M公司制)置于平坦的面上，提起上部薄膜。
(7)将1mL的适当的稀释阶段的样本滴加到测试片的下部薄膜的中央处。
(8)将提起的上部薄膜放开，使薄膜自然落下。
(9)将涂布机(按压板)的凹面朝下，放置在滴下部分的上部薄膜上。
(10)从上方按压涂布机，使滴下部分呈圆形扩散。
(11)移除涂布机，放置1分钟以上，使滴下部分凝胶化。
(培养)
(12)将上部薄膜朝上进行培养。在培养条件为35±1℃、48±3小时的条件下进行培养。
(计数)
(13)从恒温槽中取出培养结束后的测试片，对染成红色的菌落数进行计数。
(计算)
(14)将测量的菌落数乘以稀释倍率，作为稀释前的样本的总活菌数。
在验证中，作为各实施例和比较例，如表17所示，使用了含有4.84mg/小片的各粒径的ZnO颗粒2的实施例7、9的垫材1。为了与这些垫材1进行对比，与上述同样地制作比较例1的垫材1。
使用这些垫材1进行上述[小型循环试验]。另外，栽培植物为皱叶生菜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，不进行2.〔育苗〕，3.〔定植〕期间为11天。然后，将垫材1中的营养液7和槽内的营养液7用上述〔总活菌数测量方法〕进行测量获得总活菌数。其结果如表17所示。
[表17]
Figure BDA0001783306390000231
根据表17所示的结果，不认为在哪个例子中总活菌数有很大差别。即，可以确认，在任何例子中均无法获得抗菌效果。由此，根据本次的结果，与〔F-1〕中获得的结果同样地，也可以说防藻效果是通过与抗菌效果不同的作用获得的，而不是通过抗菌效果获得的。
〔F-3〕基于每泡孔数的ZnO的防藻效果
[藻类试验]
对改变了垫材1的泡孔数时的ZnO颗粒2的防藻效果进行了确认。
另外，如表18所示，在确认中，使用实施例1、5、6及比较例1、21、22所涉及的垫材1，进行了上述[藻类试验]。垫材1的各泡孔数和试验结果(藻类抑制率)如表18所示。
[表18]
Figure BDA0001783306390000241
根据表18的结果可以确认，相对于泡孔数为50个/25mm且不含ZnO颗粒2的垫材1(比较例1)，泡孔数为13个/25mm且同样不含ZnO颗粒2的垫材1(比较例21)可以抑制少许藻类的数量。但是，这是由于保水力降低，垫材1的上部处于干燥状态，藻类的繁殖受到限制。
相对于此，可以确认，泡孔数为50个/25mm、30个/25mm且含有9.49mg/小片的ZnO颗粒2的垫材1(实施例1、5)具有优异的防藻效果。另一方面，同样含有9.49mg/小片的ZnO颗粒2且泡孔数为13个/25mm、7.5个/25mm的垫材1(实施例6、比较例22)只能获得与不含ZnO颗粒2且泡孔数为13个/25mm的垫材1(比较例21)相同的藻类抑制率。这可以说是由于垫材1的泡孔数较少，即泡孔较粗，分散、固定于垫材1的骨架的ZnO颗粒2被光照射的机会减少，得不到光的散射效果，只能获得由垫材1上部的干燥带来的防藻效果。
根据〔D-2〕和〔F-3〕的结果，垫材1的泡孔数优选为10～100个/25mm，更优选为30～70个/25mm。通过如此设定垫材1的泡孔数，可以制成对促进植物生长、抑制藻类均表现出效果的垫材1。
〔F-4〕基于垫材的着色的防藻效果
[藻类试验]
对垫材1进行着色，进行基于垫材1的明度的防藻效果的验证。
将垫材1的ZnO颗粒2替换为调色剂FTR-5570[炭黑含有率20～30％](大日精化工业公司制)来制作垫材1。作为比较例27、28、29、30和31，变更了调色剂的含量，并调整了垫材1的明度。
本验证使用上述比较例和不含调色剂FTR-5570的比较例1的垫材1，通过[藻类试验]进行。其结果如表19所示。另外，明度使用日本电色工业公司制的简易型分光色差仪NF333进行测量。
[表19]
Figure BDA0001783306390000242
如表19所示，随着垫材1的颜色的明度减少，藻类抑制率提高。这可以说是由于通过垫材1的颜色吸收光，使侵入光衰减。
其中，可以确认，当明度变低、颜色变暗时，光的反射量减少，引起植物6的徒长。若发生徒长，则会导致品质的降低。另外，本说明书中的“徒长”是指由于光照不足等原因，植物的叶、茎会过度地缓慢生长。由于徒长，会变得虚弱且容易生病，收获量也会减少。
(基于明度的光量影响)
根据垫材1的明度，确认了对光量有多少影响。
使用三波长型荧光灯(日光色)作为光源8，将4×6＝24小片(总尺寸96×144×28mm)着色的垫材1距离光源15cm放置在光源8之下，测量光量。光量的测量使用数字勒克斯表(Digital Lux Meter)(因特尔仪器加(IntellInstruments Plus)公司制)来进行。试验如图8所示方式进行。另外，照度计23放置在垫材1上，将传感器设置为面向光源8，测量光量。其结果如表20所示。
[表20]
垫材1 明度 光量(lx)
比较例1 85 17700
比较例32 63 16500
比较例30 38 14800
如表20所示，确认了随着明度变低，光量减少。这是因为，随着明度变低，光被吸收，光量减少。因此，可以说在育苗初期、植物较小的阶段，上述光量的差会产生影响，出现了徒长的现象。
另外，基于垫材1的着色的藻类的抑制与使用上述ZnO颗粒2的防藻效果相互作用，可以获得更好的防藻效果。但是，垫材1的着色有可能对植物6的生长造成影响，因此垫材1的明度的调整，在育苗初期、植物6较小的阶段需要注意。
〔F-5〕防藻效果和植物生长促进效果的确认
[小型循环试验]
通过上述[F-1]～[F-4]的验证，可以确认使用ZnO颗粒2的防藻效果。于是，通过抑制藻类，进行了抑制对植物的生长阻碍的效果的确认和基于ZnO颗粒2的植物生长促进效果的确认。
在本验证中，使用实施例1和比较例33的垫材。为了与这些垫材1进行对比，作为比较例1，与上述同样地制作不含ZnO颗粒2的垫材1。
基于颗粒的防藻效果和植物生长促进效果的确认利用上述[小型循环试验]来进行。
另外，栽培植物为叶用萝卜，栽培天数为：1.〔发芽〕期间为3天，2.〔育苗〕期间为7天，〔定植〕期间为11天。计算出与比较例1对比的藻类抑制率，并计算出由各垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量除以由不含必需元素的比较例1的垫材1进行了水耕栽培的植物的地上部分重量得到的比，作为生长促进倍率。其结果如表21所示。
[表21]
Figure BDA0001783306390000251
如表21所示，可以确认，在FTR-5570(比较例33)和ZnO颗粒2(实施例1)具有相同程度的防藻效果的情况下，与比较例1相比，FTR-5570(比较例33)和ZnO颗粒2(实施例1)均使植物的重量增加。这可以说是因为，如上述那样，通过抑制藻类而抑制了藻类对植物的生长阻碍。进一步可以确认，实施例1包含微量必需元素Zn，因此植物的重量显著增加。
如以上说明的那样，满足本发明要求的垫材1所具有的植物生长促进效果能够满足想要缩短从播种到收获的时间、或者想要增加收获重量这样的、在植物工厂进行水耕栽培的生产者的要求。此外，满足本发明要求的垫材1所具有的防藻效果也使得支撑植物、特别是蔬菜等植物的根的垫材不会被藻类污染，所以看起来不错，消费者也喜欢。
附图标记说明
1 垫材(水耕栽培用垫材)
2 (ZnO颗粒)
3 树脂发泡体。

Claims (2)

1.一种水耕栽培用垫材，其特征在于：
其为含有4.5mg/小片以上15.0mg/小片以下且平均粒径为0.02μm以上0.7μm以下的氧化锌的树脂发泡体。
2.根据权利要求1所述的水耕栽培用垫材，其特征在于：
所述树脂发泡体为软质聚氨酯泡沫。
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