JP2012034649A - Plant cultivation system and plant cultivation method - Google Patents

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Masaki Kurao
公紀 蔵尾
Hiroshi Yoshioka
浩 吉岡
Akihiro Okamoto
昭弘 岡本
Yuichi Mori
森  有一
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plant cultivation system by which plants efficiently and stably absorb a sufficient amount of gas such as carbon dioxide or hydrogen from the roots of the plants without causing oxygen deficiency in their roots leading to root rot and the like so as to remarkably and continuously promote growth of the plant over a long period of time.SOLUTION: The plant cultivation system includes: an imperforate hydrophilic film for cultivating the plants thereon; gas-dissolved water obtained by dissolving at least one kind of gas which promotes the growth of the plants, and put in a position so as to come in contact with the undersurface of the imperforate hydrophilic film; and a gas-dissolved water-holding means for holding the gas-dissolving water under the imperforate hydrophilic film.

Description

本発明は、植物栽培システムおよび植物栽培方法に関する。さらに詳細には、植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルム、植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を水に溶解させて得られる気体溶解水であって、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水、および該気体溶解水を該無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段を含むことを特徴とする、植物栽培用システム、およびこのような植物栽培システムを使用した植物栽培方法に関する。本発明のシステムを使用して、二酸化炭素や水素などの植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を溶解して得られる気体溶解水を植物の根から与えて植物を栽培すると、上記の気体を効果的且つ効率的に利用して、酸素不足による植物の生長阻害を生じることなく、植物の生育を促進することが可能となる。   The present invention relates to a plant cultivation system and a plant cultivation method. More specifically, a nonporous hydrophilic film for cultivating a plant thereon, gas-dissolved water obtained by dissolving at least one gas that promotes plant growth in water, A gas-dissolved water disposed so as to be in contact with the lower surface of the hydrophilic hydrophilic film, and a gas-dissolved water retaining means for retaining the gas-dissolved water under the nonporous hydrophilic film. The present invention relates to a plant cultivation system and a plant cultivation method using such a plant cultivation system. When the system of the present invention is used to cultivate a plant by supplying gas-dissolved water obtained by dissolving at least one gas that promotes the growth of the plant such as carbon dioxide and hydrogen from the root of the plant, the above gas Can be effectively and efficiently utilized to promote plant growth without causing plant growth inhibition due to lack of oxygen.

植物は葉から大気中の二酸化炭素等の気体を植物体内に取り込むとともに、根から水を取り込んで光合成を行い、光合成によって植物は二酸化炭素から炭水化物を合成し、生育する。野菜などの植物の生育を促進する方法の1つとして、二酸化炭素を供給する方法が知られている。具体的には、二酸化炭素を高濃度に溶解させた炭酸水を植物に与えて植物の生育を促進する技術(特許文献1参照)、また炭酸水を植林した苗に供給することで環境ストレスの厳しい地域への植林を可能にする技術(特許文献2参照)、さらには炭酸塩または重炭酸塩の添加によって二酸化炭素溶液の過剰な酸性化を回避する技術(特許文献3参照)が開示されている。また、関連した技術としては、植物類生育用二酸化炭素溶液の製造方法および植物類生育用二酸化炭素溶液の供給装置(特許文献4、5参照)が開発されている。また、炭酸水を使用する代わりに、二酸化炭素を一定空間全体に暴露し、植物に高い濃度の二酸化炭素を与えることにより植物の生育を促進させる技術および挿し木方法(特許文献6参照)が「CO2施肥」として実用化されている。 Plants take in gas such as carbon dioxide in the atmosphere from the leaves and take water from the roots to carry out photosynthesis. By photosynthesis, plants synthesize carbohydrates from carbon dioxide and grow. As one method for promoting the growth of plants such as vegetables, a method for supplying carbon dioxide is known. Specifically, a technique for promoting plant growth by supplying carbonated water in which carbon dioxide is dissolved at a high concentration (see Patent Document 1), and supplying carbonated water to planted seedlings to reduce environmental stress. A technique that enables planting in severe areas (see Patent Document 2) and a technique that avoids excessive acidification of the carbon dioxide solution by adding carbonate or bicarbonate are disclosed (see Patent Document 3). Yes. As related techniques, a method for producing a carbon dioxide solution for growing plants and a supply device for the carbon dioxide solution for growing plants (see Patent Documents 4 and 5) have been developed. Moreover, instead of using carbonated water, a technique and cutting method (see Patent Document 6) that promotes plant growth by exposing carbon dioxide to the entire constant space and giving the plant a high concentration of carbon dioxide (see Patent Document 6). It has been put to practical use as “ 2 fertilization”.

さらに、肥料成分を含有する培養液に植物の根を浸し、植物の栽培期間中継続的に上記培養液中に炭酸ガス濃度が500ppm以上の空気を吹き込みながら植物を生育する植物栽培技術も知られている(特許文献7参照)。この文献は、近年、注目を集めている温室内の設備を用いて植物を栽培する、いわゆる養液栽培(一般には「水耕栽培」と称される場合が多い)における炭酸ガスの利用を開示している。この文献は、植物の直下から炭酸ガスを含む気泡を供給することによって、植物の根に酸素を供給し、植物の葉に炭酸ガスを供給することを意図している。さらに、この文献においては、炭酸ガスが前記培養液を弱酸性にし、気泡の攪拌作用とあいまって、培養液中の微生物や微細な有機物の腐敗が防止される効果があると記載されている。   Furthermore, a plant cultivation technique is also known in which a plant root is immersed in a culture solution containing a fertilizer component, and the plant is grown while air with a carbon dioxide concentration of 500 ppm or more is continuously blown into the culture solution during the cultivation period of the plant. (See Patent Document 7). This document discloses the use of carbon dioxide in so-called hydroponic cultivation (generally often referred to as “hydroponic cultivation”) in which plants are cultivated using facilities in greenhouses that have attracted attention in recent years. is doing. This document intends to supply oxygen to the roots of a plant and supply carbon dioxide to the leaves of a plant by supplying bubbles containing carbon dioxide from directly under the plant. Further, in this document, it is described that carbon dioxide gas makes the culture solution weakly acidic, and combined with the stirring action of bubbles, has the effect of preventing the decay of microorganisms and fine organic substances in the culture solution.

しかし、上記特許文献1〜7に記載の技術には以下のような問題があった。植物の生育に必要な炭酸固定(光合成など)の律速段階を支配するのは、植物体内の水に溶けている二酸化炭素および重炭酸イオンの濃度であるため、二酸化炭素の積極的な供給は植物の光合成を増大させ、植物の生育を促進する上で有効である。しかし、水や空気中に溶解する気体の量はその気体の分圧に比例するため、大気圧中の二酸化炭素分圧を大きくすれば、それだけ酸素などの他の気体の分圧は小さくなる。その結果、水中や空気中の酸素濃度が低下して、酸欠による障害(例えば、根ぐされ)が発生する。また、二酸化炭素を高濃度に含むガス環境下で植物を生育すると、初期には成長が急激に進むが、やがて植物体内の窒素濃度の減少が起こり、光合成速度や成長速度の低下が生じることが知られている。高い濃度のCO2環境で成長を続けるためには、窒素養分をはじめリン、カリウムなどの各種栄養塩を十分に供給し、植物体内の水の酸性化を緩和する対策を施さなければならず、作用効果を経済的に見合わせて普及させるのが難しい現状である。さらに、二酸化炭素を溶解させた水や養液を利用する場合、二酸化炭素が空気中に容易に散逸してしまうため、二酸化炭素の効果的且つ効率的な利用は非常に困難である。この点について、上記特許文献7においては、継続的に上記培養液中に炭酸ガス濃度が500ppm以上の空気を吹き込み続けることにより植物の養液栽培を行っているが、このような栽培技術の実施には大がかりな設備が必要となるのみならず、多大なエネルギーが必要となり、経済性に問題があった。また、二酸化炭素を供給し続けるためには、現場で二酸化炭素を発生させる必要があるが、継続的に供給され続ける二酸化炭素の大部分は植物に利用されずに大気中に放出されることになるため、環境的な問題もあった。 However, the techniques described in Patent Documents 1 to 7 have the following problems. Since the rate of carbon fixation (photosynthesis, etc.) required for plant growth is governed by the concentration of carbon dioxide and bicarbonate ions dissolved in the water in the plant body, the active supply of carbon dioxide is It is effective in increasing the photosynthesis of and promoting the growth of plants. However, since the amount of gas dissolved in water or air is proportional to the partial pressure of the gas, if the partial pressure of carbon dioxide in atmospheric pressure is increased, the partial pressure of other gases such as oxygen is reduced accordingly. As a result, the oxygen concentration in the water or in the air is lowered, and a failure due to lack of oxygen (for example, rooted) occurs. In addition, when a plant grows in a gas environment containing a high concentration of carbon dioxide, the growth proceeds rapidly at an early stage, but eventually the nitrogen concentration in the plant body decreases, and the photosynthetic rate and growth rate may decrease. Are known. In order to continue growing in a high-concentration CO 2 environment, it is necessary to supply various nutrient salts such as nitrogen and phosphorus, potassium, etc., and take measures to alleviate the acidification of water in the plant body. It is difficult to disseminate the effects by economically matching them. Furthermore, when water or nutrient solution in which carbon dioxide is dissolved is used, carbon dioxide is easily dissipated in the air, so that effective and efficient use of carbon dioxide is very difficult. In this regard, in Patent Document 7 described above, plants are cultivated by hydroponics by continuously blowing air having a carbon dioxide concentration of 500 ppm or more into the culture solution. In addition to the need for large-scale equipment, a large amount of energy is required, which is problematic in terms of economy. In addition, in order to continue supplying carbon dioxide, it is necessary to generate carbon dioxide at the site, but most of the carbon dioxide that is continuously supplied is released into the atmosphere without being used by plants. Therefore, there was an environmental problem.

特開2003-111521号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-111521 特開2003-325063号公報JP2003-325063 特開2005-333854号公報JP 2005-333854 A 特許2843772号公報Japanese Patent No. 2847372 特許2843773号公報Japanese Patent No. 2847373 特開2001-186814号公報JP 2001-186814 A 特開平11-66号公報JP-A-11-66

また、植物の生育を促進するための別の方法として、水素ガスを供給する方法も知られている。夏場等の強力な光、低温、乾燥、貧栄養などによって植物の光合成が抑制されると過剰の活性酸素が生成してしまい、葉緑体に損傷を与え破壊する。そのため過剰な活性酸素は植物の生育に悪影響を及ぼし、植物の枯死にもつながる。近年、シロイヌナズナの突然変異体を用いた解析から、葉緑体の発達に必須な2つのFeSOD遺伝子であるFSD2およびFSD3が同定され、2つのFeSOD遺伝子を強発現させた植物体は、活性酸素を発生させる薬剤の存在下で光合成の低下を抑制する機能を持つことが解析されている。そして、これらの遺伝子を強発現させることで、活性酸素を除去し、光合成の低下を抑制した植物の栽培が可能であることが示唆されている(非特許文献1)。   As another method for promoting the growth of plants, a method of supplying hydrogen gas is also known. When plant photosynthesis is suppressed by strong light such as in summer, low temperature, dryness, and poor nutrition, excess active oxygen is generated, which damages and destroys chloroplasts. Therefore, excessive active oxygen adversely affects plant growth and leads to plant death. In recent years, FSD2 and FSD3, two FeSOD genes essential for chloroplast development, have been identified from analysis using Arabidopsis mutants, and plants that strongly expressed two FeSOD genes It has been analyzed that it has a function of suppressing a decrease in photosynthesis in the presence of a drug to be generated. And it has been suggested that by strongly expressing these genes, it is possible to cultivate plants in which active oxygen is removed and reduction in photosynthesis is suppressed (Non-patent Document 1).

しかし、この方法は遺伝子操作を行うことから、野菜や果実等の植物の栽培に応用した場合、収穫した野菜等を食用として扱えるか安全性に問題がある。また、植物の種別に応じた遺伝子操作が必要となるので、コストが高くなるという問題もある。   However, since this method performs genetic manipulation, when it is applied to cultivation of plants such as vegetables and fruits, there is a problem in safety whether the harvested vegetables can be handled as food. Moreover, since genetic manipulation according to the type of plant is required, there is a problem that the cost is increased.

明賀 史純、葉緑体の活性酸素の除去に必須な2つの酵素遺伝子を発見−植物に有害な活性酸素を消す、スーパーオキシドディスムターゼの新たな機能を解明−、[online]、平成20年12月2日、独立行政法人 理化学研究所、[平成22年3月8日検索]、インターネット(URL: http://www.riken.go.jp/r-world/research/results/2008/081202/index.html)Fumiaki Akaga discovers two enzyme genes essential for removal of active oxygen in chloroplasts-elucidation of new functions of superoxide dismutase that eliminates active oxygen harmful to plants-[online], 2008 12 May 2, RIKEN, [Search March 8, 2010], Internet (URL: http://www.riken.go.jp/r-world/research/results/2008/081202/ index.html)

また、水素酸素混成ガスを溶解させた養液を使用する水耕栽培装置も開示されている(特許文献8)。この装置においては、水耕栽培中に生じる根ぐされの防止のために酸素のみを養液に溶解して使用すると、活性酸素が発生するため、水素酸素混成ガスを養液に溶解することによって、活性酸素の発生を抑制しつつ、酸素を植物に供給する。この発明においては、水素ガスは酸素の効果的な供給を達成するために使用されているが、当然、酸素の量が少なくなると植物の根が酸素欠乏に陥るために水素ガスの濃度を十分に高められないという問題があった。さらには、この特許文献の技術においては、上記の二酸化炭素を利用する技術の場合と同様に、水中に供給された水素酸素混成ガスは空気中に容易に散逸しまうため、水素酸素混成ガスの効果的且つ効率的な利用は非常に困難であるというのが現状であった。尚、この特許文献の実施例においては、水素酸素混成ガス(SHG)発生装置という非常に特殊な装置で製造した水素酸素混成ガスを使用し、このガスを0.4m3の水に溶解させるために、ガスを1時間かけて120リットル供給と1時間供給停止とを繰り返して間欠的に供給するという非常に煩雑で且つ時間とコストがかかる作業を行っているが、商業的な規模で植物栽培を行う場合には、このような作業を伴う技術を採用することは現実的ではない。 Moreover, the hydroponic cultivation apparatus using the nutrient solution which melt | dissolved hydrogen oxygen mixed gas is also disclosed (patent document 8). In this device, when only oxygen is dissolved in the nutrient solution to prevent rooting that occurs during hydroponics, active oxygen is generated, so by dissolving the hydrogen-oxygen mixed gas in the nutrient solution, Oxygen is supplied to the plant while suppressing the generation of active oxygen. In this invention, hydrogen gas is used to achieve an effective supply of oxygen. Naturally, if the amount of oxygen decreases, the roots of the plant fall into oxygen deficiency, so that the concentration of hydrogen gas is sufficient. There was a problem that it could not be raised. Furthermore, in the technology of this patent document, the hydrogen-oxygen hybrid gas supplied into water is easily dissipated in the air, as in the case of the technology using carbon dioxide, and thus the effect of the hydrogen-oxygen hybrid gas. The current situation is that efficient and efficient use is very difficult. In the examples of this patent document, a hydrogen-oxygen hybrid gas produced by a very special device called a hydrogen-oxygen hybrid gas (SHG) generator is used, and this gas is dissolved in 0.4 m 3 of water. In addition, it is very cumbersome and time-consuming to repeatedly supply gas intermittently by repeating the supply of 120 liters over 1 hour and the supply stop for 1 hour, but plant cultivation on a commercial scale. It is not realistic to employ a technique that involves such work.

特開2009-22211号公報JP 2009-22211 A

なお、上記特許文献7および特許文献8において採用されているような養液栽培は、土耕栽培に比べて、連作障害がなく、自然条件に左右されにくく、栽培環境の調節が比較的容易である等の利点があることが知られている。しかし、上記したような二酸化炭素や水素を溶解させた水や養液を、養液栽培における培養液として使用することは不適切または実用的でないと考えられていた。具体的な理由は以下の通りである。植物の根には常に酸素を供給する必要があるが、養液栽培において植物の根は常に養液中に浸かっているため、根にとって養液が唯一の酸素供給源となる。このため、養液栽培では、根を酸欠状態にすることなく十分な量の二酸化炭素や水素を養液中に溶存させることが特に困難であった。さらに、二酸化炭素や水素を水槽中の大量の水や養液に溶解させておいても、その大部分が根から吸収されることなく、水槽中の養液の表面から大気中に速やかに散逸してしまうため、使用に際して二酸化炭素や水素を溶解させた水や養液を必要な量調達して葉に噴霧または土に灌水する場合と比較して、極めて非効率的であるという問題があった。上記特許文献7および特許文献8には、二酸化炭素や水素を溶解させた水や養液の使用が開示されてはいるが、上で説明した通り、経済性や環境などの観点から実用的な技術であるとはいえず、二酸化炭素や水素を溶解させた水や養液を培養液として利用した養液栽培については、実用に耐える技術が存在しないというのが現状であった。また、特に二酸化炭素の場合には、主に葉から吸収され光合成に活用されることが知られているため、養液栽培の養液に二酸化炭素を溶解させて根から吸収させることによって特段のメリットがあるとは認識されていなかったことも、二酸化炭素を溶解させた水や養液の養液栽培方法への応用について実用的な提案がなされていなかったことの一因であると考えられる。(上記特許文献7も、植物の葉に炭酸ガスを供給することを意図して、炭酸ガスを養液に導入している。)なお、従来の養液栽培に関しては、植物の根と養液が直接接触することから、養液の調整がデリケートであり、その管理範囲が非常に狭く、また設備投資に高額な費用が必要であるなどの問題があるが、本発明者らは、このような養液栽培の問題の克服を課題として、フィルムを使用した養液栽培について研究を重ねており、以下の植物栽培システムや栽培方法について開示している:養液と接触する無孔性親水性フィルム上で、該フィルムと植物の根を一体化させて植物を栽培する植物栽培用器具および植物栽培方法(特許文献9)、上記フィルム上部にも灌水する植物栽培用器具および植物栽培方法(特許文献10)、上記フィルムの一部を植物の根が貫通する植物栽培用器具および植物栽培方法(特許文献11)、上記フィルムが養液上を連続的に移動する植物栽培システム(特許文献12)、上記フィルムとその上部に配置される蒸発抑制部材の間に空気層を設ける植物栽培システム(特許文献13)、上記フィルムの下面側に養液を連続的に供給する手段を用いる植物栽培システム(特許文献14)を開示している。しかし、基本的に、二酸化炭素や水素を溶解させた水や養液の養液栽培への応用は、上記のような理由で経済性及び環境の観点からメリットがないと考えられており、上記特許文献9〜14に記載のようなシステムに関しても、二酸化炭素や水素を溶解させた水や養液の利用は提案されていなかった。
再表2004-64499号公報 特許4425244号公報 特開2008-61503号公報 特開2008-182909号公報 特開2008-193980号公報 特許4142725号公報
In addition, hydroponics as employed in Patent Document 7 and Patent Document 8 has no continuous cropping obstacles, is less affected by natural conditions, and is relatively easy to adjust the cultivation environment, compared to soil cultivation. It is known that there are certain advantages. However, it has been considered that it is not appropriate or practical to use water or nutrient solution in which carbon dioxide or hydrogen is dissolved as described above as a culture solution in nutrient solution cultivation. The specific reason is as follows. Although it is necessary to always supply oxygen to the root of the plant, the root of the plant is always immersed in the nutrient solution in the hydroponics, so the nutrient solution is the only oxygen source for the root. For this reason, in hydroponics, it was particularly difficult to dissolve a sufficient amount of carbon dioxide and hydrogen in the nutrient solution without leaving the roots deficient. Furthermore, even if carbon dioxide or hydrogen is dissolved in a large amount of water or nutrient solution in the aquarium, most of it is quickly absorbed from the surface of the nutrient solution in the aquarium to the atmosphere without being absorbed from the roots. Therefore, there is a problem that it is extremely inefficient compared with the case of procuring a necessary amount of water or nutrient solution in which carbon dioxide or hydrogen is dissolved and spraying on leaves or irrigating soil. It was. Although the use of water or nutrient solution in which carbon dioxide or hydrogen is dissolved is disclosed in Patent Document 7 and Patent Document 8, as described above, it is practical from the viewpoints of economy and environment. Although it is not a technology, the current situation is that there is no technology that can withstand practical use for nutrient solution cultivation using water or nutrient solution in which carbon dioxide or hydrogen is dissolved as a culture solution. Also, especially in the case of carbon dioxide, it is known that it is mainly absorbed from the leaves and used for photosynthesis. Therefore, by dissolving carbon dioxide in the nutrient solution for hydroponics and absorbing it from the roots, The fact that it was not recognized that there was a merit is also considered to be one of the reasons that no practical proposal was made regarding the application of water in which carbon dioxide was dissolved or nutrient solution to the nutrient solution cultivation method. . (The above Patent Document 7 also introduces carbon dioxide into the nutrient solution with the intention of supplying carbon dioxide to the leaves of the plant.) In addition, regarding conventional hydroponics, plant roots and nutrient solutions However, the present inventors have the following problems: the adjustment of nutrient solution is delicate, the management range is very narrow, and the capital investment is expensive. In order to overcome the problems of simple hydroponic cultivation, research on hydroponic cultivation using film has been repeated, and the following plant cultivation system and cultivation method have been disclosed: non-porous hydrophilicity in contact with nutrient solution Plant cultivation tool and plant cultivation method for cultivating a plant by integrating the film and plant root on the film (Patent Document 9), Plant cultivation instrument and plant cultivation method for irrigating the upper part of the film (Patent Document 9) Reference 10), the above-mentioned fill Plant cultivation instrument and plant cultivation method (Patent Document 11), plant cultivation system (Patent Document 12) in which the film continuously moves on nutrient solution, the film and the upper part thereof The plant cultivation system (patent document 13) which provides an air layer between the evaporation suppression members arrange | positioned in a plant, and the plant cultivation system (patent document 14) using the means to supply a nutrient solution continuously to the lower surface side of the said film are disclosed. is doing. However, basically, the application of water or nutrient solution in which carbon dioxide or hydrogen is dissolved is considered to have no merit from the viewpoints of economy and environment for the above reasons. Regarding the systems as described in Patent Documents 9 to 14, the use of water or nutrient solution in which carbon dioxide or hydrogen is dissolved has not been proposed.
No. 2004-64499 Japanese Patent No. 4425244 JP 2008-61503 A JP 2008-182909 JP 2008-193980 A Japanese Patent No. 4142725

二酸化炭素を一定空間全体に暴露し植物に高い濃度の二酸化炭素を与えたり、二酸化炭素や水素を強制的に溶解させた水や養液を植物に与えることは、植物の生育を促進する上で有効ではあるが、一方で、水中や空気中の二酸化炭素濃度または水素濃度を上げるために、植物の呼吸に必要な水中や空気中の酸素濃度が低下し、植物の生育を促進する効果が十分に発揮できないという問題があった。逆に、植物の根が酸素欠乏に陥り根ぐされを起こすことを回避するためには、植物の根と接触する水や空気中の酸素濃度を高くする必要があるが、そうすると植物に供給する養液中の二酸化炭素や水素の濃度を十分に上げることができないという問題があった。また、酸素の過剰供給には、活性酸素の発生による植物の機能障害などの問題が伴う。さらには、水や養液に溶解させた二酸化炭素や水素などの気体が容易に空気中に散逸してしまうために、気体を効果的且つ効率的に利用することが非常に困難であるという問題があった。   In order to promote the growth of plants, it is necessary to expose carbon dioxide to a whole space to give plants high concentrations of carbon dioxide, or to supply plants with water or nutrient solutions in which carbon dioxide or hydrogen is forcibly dissolved. Although effective, on the other hand, in order to increase the concentration of carbon dioxide or hydrogen in water and air, the oxygen concentration in water and air necessary for plant respiration is reduced, and the effect of promoting plant growth is sufficient. There was a problem that could not be demonstrated. Conversely, in order to avoid plant roots from being deficient due to oxygen deficiency, it is necessary to increase the oxygen concentration in the water and air in contact with the plant roots. There was a problem that the concentration of carbon dioxide and hydrogen in the liquid could not be increased sufficiently. Further, excessive supply of oxygen is accompanied by problems such as plant dysfunction due to generation of active oxygen. Furthermore, since gas such as carbon dioxide and hydrogen dissolved in water and nutrient solution is easily dissipated in the air, it is very difficult to use the gas effectively and efficiently. was there.

上記課題を解決するために本発明者らは鋭意研究を行った結果、驚くべきことに、植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルム、二酸化炭素や水素などの植物の生育を促進する気体を水に溶解させて得られる気体溶解水であって、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水、および該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段を含むことを特徴とする、植物栽培用システムを使用して、上記の気体溶解水を、無孔性親水性フィルムの下面から無孔性親水性フィルムの上で栽培する植物に供給すると、根ぐされなどの原因となる根の酸素欠乏状態を招くことなく、効率的且つ安定的に十分な量の二酸化炭素や水素などの気体を植物の根から吸収させることができ、それにより長期間に亘り持続的に植物の生長を著しく促進させることが可能になることを見出し、本発明を完成した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, surprisingly, the nonporous hydrophilic film for cultivating the plants thereon, the growth of plants such as carbon dioxide and hydrogen, etc. A gas-dissolved water obtained by dissolving a gas to be promoted in water, the gas-dissolved water disposed so as to be in contact with the lower surface of the nonporous hydrophilic film, and the gas-dissolved water. Using the plant cultivation system, the gas-dissolved water is made non-porous from the bottom surface of the non-porous hydrophilic film, characterized by comprising gas-dissolved water retaining means for retaining under the hydrophilic film. When supplying a plant grown on a hydrophilic hydrophilic film, a sufficient amount of gas such as carbon dioxide and hydrogen can be efficiently and stably supplied without causing an oxygen-deficient state of the root that causes rooting. Can be absorbed from the roots of the Heading persistently that it is possible to significantly accelerate the growth of plants over a long period of time by, the present invention has been completed.

本発明の植物栽培システムを使用して植物の栽培を行うと、根ぐされなどの原因となる根の酸素欠乏状態を招くことなく、効率的且つ安定的に十分な量の二酸化炭素や水素などの気体を植物の根から吸収させることができ、それにより長期間に亘り持続的に植物の生長を著しく促進させることが可能となる。   When a plant is cultivated using the plant cultivation system of the present invention, a sufficient amount of carbon dioxide, hydrogen, etc. can be efficiently and stably produced without causing an oxygen-deficient state of the root that causes rooting. The gas can be absorbed from the roots of the plant, which makes it possible to significantly promote the growth of the plant continuously over a long period of time.

本発明の1つの態様によれば、
植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルム、
植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を水に溶解させて得られる気体溶解水であって、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水、および
該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段
を含むことを特徴とする、植物栽培用システムが提供される。
According to one aspect of the invention,
Nonporous hydrophilic film for cultivating plants on it,
Gas-dissolved water obtained by dissolving at least one gas that promotes plant growth in water, the gas-dissolved water disposed so as to contact the lower surface of the nonporous hydrophilic film, and the gas There is provided a system for plant cultivation characterized by comprising gas dissolved water retaining means for retaining dissolved water under the nonporous hydrophilic film.

本発明の他の1つの態様によれば、
(1)植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルム、
植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を水に溶解させて得られる気体溶解水であって、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水、および
該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段
を含むことを特徴とすることを特徴とする植物栽培用システムを提供し、
(2)該システム内の無孔性親水性フィルムの上に植物を配置し、そして
(3)該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムを介して該植物に接触させることによって、該無孔性親水性フィルムの上で植物を栽培する
ことを包含する植物栽培方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
(1) a nonporous hydrophilic film for cultivating plants thereon,
Gas-dissolved water obtained by dissolving at least one gas that promotes plant growth in water, the gas-dissolved water disposed so as to contact the lower surface of the nonporous hydrophilic film, and the gas Providing a system for plant cultivation characterized by comprising gas-dissolved water retaining means for retaining dissolved water under the nonporous hydrophilic film;
(2) placing the plant on a non-porous hydrophilic film in the system; and (3) contacting the plant with the gas-dissolved water through the non-porous hydrophilic film. A plant cultivation method is provided that includes cultivating a plant on a non-porous hydrophilic film.

次に、本発明の理解を容易にするために、本発明の基本的特徴および好ましい諸態様を列挙する。   Next, in order to facilitate understanding of the present invention, basic features and preferred embodiments of the present invention are listed.

1. 植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルム、
植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を水に溶解させて得られる気体溶解水であって、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水、および
該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段
を含むことを特徴とする、植物栽培用システム。
1. Nonporous hydrophilic film for cultivating plants on it,
Gas-dissolved water obtained by dissolving at least one gas that promotes plant growth in water, the gas-dissolved water disposed so as to contact the lower surface of the nonporous hydrophilic film, and the gas A system for plant cultivation, comprising gas dissolved water holding means for holding dissolved water under the nonporous hydrophilic film.

2. 該気体が二酸化炭素および水素からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、二酸化炭素を水に溶解させた場合、該気体溶解水中に溶解している二酸化炭素の量が50ppm以上であって、水素を水に溶解させた場合、該気体溶解水中に溶解している水素の量が0.002ppm以上であることを特徴とする、前項1に記載の植物栽培用システム。
3. 該気体溶解水が、さらに肥料成分を含むことを特徴とする、前項1または2かに記載の植物栽培用システム。
4. 該気体溶解水のpHが4〜8の範囲内であることを特徴とする、前項1〜3のいずれかに記載の植物栽培用システム。
5. 該無孔性親水性フィルムが、該植物栽培用システムの無孔性親水性フィルムの上で植物を35日間栽培した際に、該無孔性親水性フィルムを栽培した植物の根から剥離するための剥離強度が10g以上となるフィルムであることを特徴とする、前項1〜4のいずれかに記載の植物栽培用システム。
2. The gas is at least one selected from the group consisting of carbon dioxide and hydrogen, and when carbon dioxide is dissolved in water, the amount of carbon dioxide dissolved in the gas-dissolved water is 50 ppm or more, and hydrogen The plant cultivation system according to item 1, wherein the amount of hydrogen dissolved in the gas-dissolved water is 0.002 ppm or more when dissolved in water.
3. 3. The plant cultivation system according to item 1 or 2, wherein the gas-dissolved water further contains a fertilizer component.
4). 4. The plant cultivation system according to any one of items 1 to 3, wherein the pH of the gas-dissolved water is in the range of 4 to 8.
5. When the nonporous hydrophilic film is cultivated on the nonporous hydrophilic film of the plant cultivation system for 35 days, the nonporous hydrophilic film peels off from the root of the plant where the nonporous hydrophilic film is grown. The plant cultivation system according to any one of the preceding items 1 to 4, wherein the film has a peel strength of 10 g or more.

6. 気体溶解水保持手段が水耕栽培用水槽であり、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水が水耕栽培用水槽に収容されてなることを特徴とする、前項1〜5のいずれかに記載の植物栽培用システム。
7. 該気体溶解水保持手段が水不透過性表面を有し、その上に該無孔性親水性フィルムが敷設されてなり、無孔性親水性フィルムと気体溶解水保持手段との間に該気体溶解水を連続的または間歇的に供給する気体溶解水供給手段をさらに含むことを特徴とする、前項1〜6のいずれかに記載の植物栽培用システム。
8. 気体溶解水供給手段が、無孔性親水性フィルムと気体溶解水保持手段との間に設置された点滴灌水チューブであることを特徴とする、前項7に記載の植物栽培システム。
6). The gas-dissolved water holding means is a hydroponics aquarium, and the gas-dissolved water disposed so as to contact the lower surface of the nonporous hydrophilic film is accommodated in the hydroponics aquarium. The system for plant cultivation according to any one of 1 to 5 above.
7). The gas-dissolved water holding means has a water-impermeable surface, and the non-porous hydrophilic film is laid thereon, and the gas is interposed between the non-porous hydrophilic film and the gas-dissolved water holding means. 7. The plant cultivation system according to any one of the preceding items 1 to 6, further comprising gas dissolved water supply means for supplying the dissolved water continuously or intermittently.
8). 8. The plant cultivation system according to item 7, wherein the gas-dissolved water supply means is a drip irrigation tube installed between the non-porous hydrophilic film and the gas-dissolved water holding means.

9. (1)植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルム、
植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を水に溶解させて得られる気体溶解水であって、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水、および
該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段
を含むことを特徴とすることを特徴とする植物栽培用システムを提供し、
(2)該システム内の無孔性親水性フィルムの上に植物を配置し、そして
(3)該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムを介して該植物に接触させることによって、該無孔性親水性フィルムの上で植物を栽培する
ことを包含する植物栽培方法。
9. (1) a nonporous hydrophilic film for cultivating plants thereon,
Gas-dissolved water obtained by dissolving at least one gas that promotes plant growth in water, the gas-dissolved water disposed so as to contact the lower surface of the nonporous hydrophilic film, and the gas Providing a system for plant cultivation characterized by comprising gas-dissolved water retaining means for retaining dissolved water under the nonporous hydrophilic film;
(2) placing the plant on a non-porous hydrophilic film in the system; and (3) contacting the plant with the gas-dissolved water through the non-porous hydrophilic film. A plant cultivation method comprising cultivating a plant on a nonporous hydrophilic film.

10. 該気体が二酸化炭素および水素からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、二酸化炭素を水に溶解させた場合、該気体溶解水中に溶解している二酸化炭素の量が50ppm以上であって、水素を水に溶解させた場合、該気体溶解水中に溶解している水素の量が0.002ppm以上であることを特徴とする、前項9に記載の植物栽培方法。
11. 該気体溶解水として、さらに肥料成分を含む気体溶解水を使用し、それにより、該工程(3)において、該植物の根を該フィルム上で成長させて該フィルムと一体化させることを特徴とする、前項9または10に記載の植物栽培方法。
12. 該気体溶解水のpHが4〜8の範囲内であることを特徴とする、前項9〜11のいずれかに記載の植物栽培方法。
10. The gas is at least one selected from the group consisting of carbon dioxide and hydrogen, and when carbon dioxide is dissolved in water, the amount of carbon dioxide dissolved in the gas-dissolved water is 50 ppm or more, and hydrogen 10. The plant cultivation method according to item 9, wherein the amount of hydrogen dissolved in the gas-dissolved water is 0.002 ppm or more when dissolved in water.
11. As the gas-dissolved water, gas-dissolved water further containing a fertilizer component is used, whereby in the step (3), the plant roots are grown on the film and integrated with the film. 11. The plant cultivation method according to item 9 or 10 above.
12 The plant cultivation method according to any one of items 9 to 11, wherein the pH of the gas-dissolved water is in the range of 4 to 8.

以下、本発明について説明する。
本発明は、植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を水に溶解させて得られる気体溶解水を使用して、植物を栽培するためのシステムである。
The present invention will be described below.
The present invention is a system for cultivating a plant using gas-dissolved water obtained by dissolving in water at least one gas that promotes the growth of the plant.

本発明において、植物の生育を促進する少なくとも1種の気体とは、植物の生育を促進する何らかの作用を及ぼす酸素以外の気体であり、二酸化炭素および水素からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、何れかを単独、または混合して使用することができる。次に、二酸化炭素を水に溶解させて得られる気体溶解水、および水素ガスを水に溶解させて得られる気体溶解水について詳細に説明する。   In the present invention, the at least one gas that promotes plant growth is a gas other than oxygen that exerts some action to promote plant growth, and is at least one selected from the group consisting of carbon dioxide and hydrogen. It is preferable that any of them can be used alone or in combination. Next, gas dissolved water obtained by dissolving carbon dioxide in water and gas dissolved water obtained by dissolving hydrogen gas in water will be described in detail.

<二酸化炭素を水に溶解させて得られる気体溶解水>
本発明においては、二酸化炭素(炭酸ガス)を気体として使用することができる。二酸化炭素の水への溶解度は、気相の二酸化炭素分圧に依存する。大気中の二酸化炭素分圧(350ppm)においては、水1リットル当たり約0.5mgの二酸化炭素が水に溶解する。従って、本発明で使用する気体溶解水の二酸化炭素含有量は、50ppm以上でなければならない。また、5℃の水に対する1気圧の炭酸ガスの飽和溶解度は約2,800ppmであり、この値を超える量の二酸化炭素を含有する気体溶解水は、過剰な炭酸ガスが逃げ易く経済的でない。従って、本発明において使用する気体溶解水の二酸化炭素含有量は50〜2,800ppmであり、好ましくは100〜2,000ppm、より好ましくは200〜1.500ppmである。尚、水中に溶存している二酸化炭素の濃度は、市販の二酸化炭素濃度計などで確認することができる。例えば、日本国東亜ディーケーケー株式会社製のポータブル炭酸ガス濃度計CGP−1などを使用し、この濃度計の取扱説明書に記載の方法で測定することができる。
<Gas dissolved water obtained by dissolving carbon dioxide in water>
In the present invention, carbon dioxide (carbon dioxide gas) can be used as a gas. The solubility of carbon dioxide in water depends on the carbon dioxide partial pressure in the gas phase. At atmospheric partial pressure of carbon dioxide (350 ppm), about 0.5 mg of carbon dioxide per liter of water dissolves in water. Therefore, the carbon dioxide content of the gas dissolved water used in the present invention must be 50 ppm or more. Further, the saturation solubility of carbon dioxide at 1 atm with respect to water at 5 ° C. is about 2,800 ppm, and the gas-dissolved water containing carbon dioxide in an amount exceeding this value is uneconomical because excess carbon dioxide tends to escape. Accordingly, the carbon dioxide content of the dissolved gas used in the present invention is 50 to 2,800 ppm, preferably 100 to 2,000 ppm, more preferably 200 to 1.500 ppm. The concentration of carbon dioxide dissolved in water can be confirmed with a commercially available carbon dioxide concentration meter. For example, a portable carbon dioxide concentration meter CGP-1 manufactured by Toa DKK Corporation of Japan can be used, and measurement can be performed by the method described in the instruction manual for this concentration meter.

25℃において二酸化炭素1気圧の下で、水1リットル当たり最大1,491mgの二酸化炭素を溶解させることができ、5℃においては最大2,815mgの二酸化炭素を溶解させることができる。水と接触している二酸化炭素は、極めて緩やかに溶解し、液中では炭酸として存在する。液中の炭酸は、水素イオンと重炭酸イオンとに電離して平衡状態に達している。この時の水1リットルは、10-3.91 molの水素イオンと、0.12mM/Lの重炭酸イオンを含み、そのpHは3.91となる。尚、25℃の大気中の二酸化炭素分圧(0.035気圧)の下では、水1リットル当たり最大0.52mgの二酸化炭素が溶解できるが、この時の水1リットルは、10-5.64 molの水素イオンと約2μM/Lの重炭酸イオンを含み、そのpHは5.64である。 A maximum of 1,491 mg of carbon dioxide per liter of water can be dissolved under 1 atm of carbon dioxide at 25 ° C., and a maximum of 2,815 mg of carbon dioxide can be dissolved at 5 ° C. Carbon dioxide in contact with water dissolves very slowly and exists as carbonic acid in the liquid. Carbonic acid in the liquid is ionized into hydrogen ions and bicarbonate ions to reach an equilibrium state. One liter of water at this time contains 10 −3.91 mol of hydrogen ions and 0.12 mM / L bicarbonate ions, and its pH is 3.91. In addition, under a carbon dioxide partial pressure (0.035 atm) in the atmosphere at 25 ° C., a maximum of 0.52 mg of carbon dioxide can be dissolved per liter of water. At this time, 1 liter of water is 10 −5.64 mol. Of hydrogen ion and about 2 μM / L bicarbonate ion, and its pH is 5.64.

二酸化炭素が溶解している気体溶解水(以下、屡々、「二酸化炭素水」または「炭酸水」と称する)においては、二酸化炭素濃度が50ppmの時のpHは約4.7であるが、この炭酸水の重炭酸イオン含有量は、約0.02mM/L(20μM/L)でしかない。然るに、この炭酸水に重炭酸塩を溶解させ、重炭酸イオンの量を2.0mM/Lにまで強制的に増大させると、そのpHは一時的に約6.6まで上昇させることができる。   In gas-dissolved water in which carbon dioxide is dissolved (hereinafter often referred to as “carbon dioxide water” or “carbonated water”), the pH at a carbon dioxide concentration of 50 ppm is about 4.7. The bicarbonate ion content of carbonated water is only about 0.02 mM / L (20 μM / L). However, by dissolving bicarbonate in this carbonated water and forcibly increasing the amount of bicarbonate ions to 2.0 mM / L, the pH can be temporarily raised to about 6.6.

一般的に、植物栽培に使用する水や養液のpHは4〜8の範囲内であることが望ましい。二酸化炭素水のpHは、アルカリ性物質を使用して重炭酸イオン量を増加させることでて調節することができる。アルカリ性物質は何れも使用可能であるが、植物に二酸化炭素を供給することを目的とする本発明では、アルカリ性物質として炭酸塩または重炭酸塩を使用する。これ以外のアルカリ性物質を炭酸水に添加すると、溶解している炭酸が解離(電離)して失われるため、炭酸塩または重炭酸塩の使用が好ましい。炭酸塩または重炭酸塩としては、アルカリ金属塩またはアンモニウム塩が適しており、好ましいアルカリ金属塩はカリウム塩またはナトリウム塩であり、カリウム塩がより好ましい。   Generally, it is desirable that the pH of water or nutrient solution used for plant cultivation is in the range of 4-8. The pH of the carbon dioxide water can be adjusted by increasing the amount of bicarbonate ions using an alkaline substance. Any alkaline substance can be used, but carbonate or bicarbonate is used as the alkaline substance in the present invention for the purpose of supplying carbon dioxide to a plant. When an alkaline substance other than this is added to carbonated water, dissolved carbonic acid is dissociated (ionized) and lost, and therefore, use of carbonate or bicarbonate is preferred. As the carbonate or bicarbonate, an alkali metal salt or an ammonium salt is suitable, and a preferable alkali metal salt is a potassium salt or a sodium salt, and a potassium salt is more preferable.

重炭酸塩を使用してpHを調整した炭酸水を取得する方法として、次の方法(1)と方法(2)が挙げられる。尚、本発明における二酸化炭素の溶解濃度や重炭酸イオン濃度は、特に断りがない限り、液温25℃の水溶液における二酸化炭素溶解量や重炭酸イオン濃度を意味する。   The following method (1) and method (2) are mentioned as a method for obtaining carbonated water whose pH is adjusted using bicarbonate. The carbon dioxide dissolution concentration and bicarbonate ion concentration in the present invention mean the carbon dioxide dissolution amount and bicarbonate ion concentration in an aqueous solution having a liquid temperature of 25 ° C. unless otherwise specified.

方法(1): 水に重炭酸塩を添加していくと、そのpHは順次上昇し、重炭酸塩の添加量が1mM/Lの時、pHは8.27になり、2mM/Lの時、pHは8.57となる。この重炭酸塩水溶液を原水として、これに二酸化炭素を1気圧下での飽和濃度まで溶解させると、重炭酸塩が1mM/Lの炭酸水のpHは4.82まで低下し、重炭酸塩が2mM/Lの炭酸水のpHは5.11まで低下する。   Method (1): When bicarbonate is added to water, the pH is gradually increased. When the amount of bicarbonate added is 1 mM / L, the pH becomes 8.27, and when 2 mM / L. , The pH is 8.57. When this aqueous bicarbonate solution is used as raw water and carbon dioxide is dissolved to a saturated concentration at 1 atm, the pH of carbonated water containing 1 mM / L of bicarbonate is lowered to 4.82, and the bicarbonate is dissolved. The pH of 2 mM / L carbonated water drops to 5.11.

方法(2): 水に、二酸化炭素を1気圧下での飽和濃度まで溶解させると、そのpHは3.91(重炭酸イオン濃度0.12mM/L)となる。この炭酸水に重炭酸塩を添加していくと、そのpHは順次上昇し、添加量1mM/Lで4.82、添加量2mM/Lで5.11となる。   Method (2): When carbon dioxide is dissolved in water to a saturated concentration under 1 atm, the pH becomes 3.91 (bicarbonate ion concentration 0.12 mM / L). When bicarbonate is added to the carbonated water, the pH thereof is gradually increased to 4.82 at an addition amount of 1 mM / L and 5.11 at an addition amount of 2 mM / L.

上記方法(1)の場合、重炭酸塩に変えて炭酸塩を使用することもできる。しかし、重炭酸塩の添加に比較して炭酸塩の添加はpHを急激に上昇させるので、重炭酸塩の使用が好ましい。また、方法(2)の場合も、重炭酸塩の代わりに炭酸塩を使用し、これを炭酸水に添加することで、液中の重炭酸イオン量を0.12mM/L以上に増加させることができる。しかし、炭酸塩は少量の添加でpHを著しく上昇させるので、重炭酸塩の使用が好ましい。   In the case of the above method (1), carbonate can be used instead of bicarbonate. However, the use of bicarbonate is preferred because the addition of carbonate raises the pH abruptly compared to the addition of bicarbonate. Also in the case of method (2), the amount of bicarbonate ion in the liquid is increased to 0.12 mM / L or more by using carbonate instead of bicarbonate and adding it to carbonated water. Can do. However, the use of bicarbonate is preferred because carbonate increases the pH significantly with small additions.

本発明では、上記した方法(1)と方法(2)を組み合わせて、二酸化炭素の溶解と重炭酸塩の添加を同時に進行させ、原水に二酸化炭素を溶解させながら、炭酸塩または重炭酸塩、あるいはその溶液を添加することで、二酸化炭素を50ppm以上含有し、しかも所望のpH値に調整された炭酸水を得ることもできる。いずれにしても、二酸化炭素を50ppm以上含有している炭酸水を植物に供給する時点で、当該炭酸水が重炭酸イオンを0.12〜2.0mM/L含有する状態を強制的に作り、そのpHを4〜8の範囲に調整すればよい。   In the present invention, the method (1) and the method (2) described above are combined, and the dissolution of carbon dioxide and the addition of bicarbonate are allowed to proceed simultaneously. Alternatively, by adding the solution, carbonated water containing 50 ppm or more of carbon dioxide and adjusted to a desired pH value can be obtained. In any case, when supplying carbonated water containing 50 ppm or more of carbon dioxide to the plant, the carbonated water is forcibly made to contain 0.12 to 2.0 mM / L of bicarbonate ions, What is necessary is just to adjust the pH in the range of 4-8.

本発明において、「50ppm以上の二酸化炭素が溶解し、pHを4〜8の範囲に調整した気体溶解水」が、植物の生育および挿し穂の発根に及ぼす作用は、以下のように説明することができる。
植物の生育に必要な炭酸固定(光合成など)の律速段階を支配するのは、植物体内の水に溶けている二酸化炭素および重炭酸イオンの濃度である。植物が生育される環境の二酸化炭素分圧下において、植物体内の水にはその分圧での飽和濃度以上の二酸化炭素は溶けることができない。一方で、植物体内の水のpHに従って水に溶けた二酸化炭素は、重炭酸イオンに電離して平衡状態に達しようとする。さらには植物に広く存在しているカルボニックアンヒドラーゼ(炭酸デヒドラターゼ)の高い分子活性により、二酸化炭素は速やかに重炭酸イオンに変換されてしまう場合もある。特に、葉緑体のpHは8付近であるために、この反応は積極的に行われていると言える。
In the present invention, the effect of “gas-dissolved water in which 50 ppm or more of carbon dioxide is dissolved and the pH is adjusted to a range of 4 to 8” on the growth of plants and the rooting of cuttings is described as follows. be able to.
It is the concentration of carbon dioxide and bicarbonate ions dissolved in the water in the plant that dominates the rate-limiting step of carbon fixation (photosynthesis, etc.) required for plant growth. Under the partial pressure of carbon dioxide in the environment where plants are grown, water in the plant body cannot dissolve carbon dioxide above the saturation concentration at that partial pressure. On the other hand, carbon dioxide dissolved in water according to the pH of the water in the plant body is ionized into bicarbonate ions to reach an equilibrium state. Furthermore, carbon dioxide may be quickly converted into bicarbonate ions due to the high molecular activity of carbonic anhydrase (carbonic acid dehydratase) widely present in plants. In particular, since the pH of the chloroplast is around 8, it can be said that this reaction is actively carried out.

以上のことから、植物体内の水に溶けている二酸化炭素の濃度は、二酸化炭素分圧と植物体内の水のpHとカルボニックアンヒドラーゼの働きにより決定されており、植物の生育または挿し穂の発根を実現させるのに充分な条件であるとは限らない。本発明によれば、大気中で生育される植物体内の水に溶けている二酸化炭素および重炭酸イオンの濃度を、植物が通常生育される状態のそれよりも高めることができると考えられるので、炭酸固定に関わるリブロースビスリン酸カルボキシラーゼやホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼなどの酵素反応を活性化でき、その結果、植物の生育促進や挿し穂の発根促進が達成されるものと考えられる。   From the above, the concentration of carbon dioxide dissolved in the water in the plant is determined by the partial pressure of carbon dioxide, the pH of the water in the plant, and the action of carbonic anhydrase. It is not necessarily a sufficient condition for realizing rooting. According to the present invention, it is considered that the concentration of carbon dioxide and bicarbonate ions dissolved in water in a plant grown in the atmosphere can be increased more than that in a state in which plants are normally grown. Enzymatic reactions such as ribulose bisphosphate carboxylase and phosphoenolpyruvate carboxylase involved in carbonic acid fixation can be activated. As a result, it is considered that the growth of plants and the rooting of cuttings are promoted.

また、本発明において炭酸水を使用した場合には、炭酸水は、植物の環境ストレス耐性を向上させる作用を発揮する。この点について、以下に具体的に説明する。
第一に、炭酸水は、二酸化炭素欠乏ストレスを緩和することができる。植物は光合成反応の最終電子受容体である二酸化炭素が十分供給されないと、光合成反応は停止し、細胞はストレスを受ける。クロロフィルによって受容された過剰な光エネルギーは、炭酸固定反応で消費できず、一部は蛍光や熱として放出されるが、残りのエネルギーによって酸素分子が還元されて活性酸素が生じ、光化学系などの細胞構成成分が損傷を受ける。
In addition, when carbonated water is used in the present invention, the carbonated water exhibits an effect of improving the environmental stress resistance of plants. This point will be specifically described below.
First, carbonated water can relieve carbon dioxide deficiency stress. If the plant is not sufficiently supplied with carbon dioxide, the final electron acceptor of the photosynthetic reaction, the photosynthetic reaction stops and the cells are stressed. Excess light energy received by chlorophyll cannot be consumed in the carbonic acid fixation reaction, and part of it is released as fluorescence or heat, but the remaining energy reduces oxygen molecules to produce active oxygen, which causes photochemical systems, etc. Cell components are damaged.

本発明によれば、大気中で生育される植物の体内の水に溶けている二酸化炭素および重炭酸イオンの濃度を、植物が通常生育される状態のそれよりも高めることができると考えられる。そうすることによって、強光・乾燥・塩分過多などの環境ストレス条件におかれたC3植物においても、無機炭素(二酸化炭素または重炭酸イオン)を能動的に生体内へ取り込み濃縮するためのC4植物や水生光合成生物が有する機構と同様に二酸化炭素欠乏ストレス状態を回避し、環境ストレスに対する耐性が高まるものと考えられる。   According to the present invention, it is considered that the concentration of carbon dioxide and bicarbonate ions dissolved in the water in the body of a plant grown in the atmosphere can be increased more than that in a state where the plant is normally grown. By doing so, even in C3 plants subjected to environmental stress conditions such as strong light, dryness, and excessive salt content, C4 plants for actively incorporating and concentrating inorganic carbon (carbon dioxide or bicarbonate ions) into the living body. It is considered that the tolerance to environmental stress is increased by avoiding a carbon dioxide deficient stress state, similarly to the mechanism of aquatic photosynthetic organisms.

また、第二には、炭酸水の使用により、高濃度の二酸化炭素により誘導される気孔閉鎖による蒸散量を抑制することができる。植物体内の二酸化炭素分圧が高まると、気孔が閉じられることは良く知られている。本発明によれば、この作用により乾燥や高塩濃度などによって引き起こされる水分損失を緩和または回避し、環境ストレスに対する耐性が高まるものと考えられる。   Second, by using carbonated water, the amount of transpiration due to pore closure induced by high-concentration carbon dioxide can be suppressed. It is well known that pores are closed when the partial pressure of carbon dioxide in the plant is increased. According to the present invention, this action is considered to reduce or avoid water loss caused by drying, high salt concentration, etc., and increase resistance to environmental stress.

本発明で使用する二酸化炭素水の製造方法に特に限定はなく、市販されている炭酸水を使用することもできる。二酸化炭素を水に溶解させて炭酸水を製造するには、従来公知の方法が何れも採用可能である。例えば、化石燃料等の燃焼ガスやガスボンベに充填された二酸化炭素を水に吹き込む方法、炭素材料製電極を使用して水を電解する方法、ドライアイスを水に接触させる方法、二酸化炭素を充満させたタンクの中に水を導入する方法、可溶性の炭酸塩または重炭酸塩を水に溶解させた後に酸を作用させる方法、微小径の多孔質膜や非多孔質ガス透過膜からなる中空糸膜などの膜モジュールを用いて、二酸化炭素を給気することにより膜の反対側にある水に溶解させる方法などを採ることができる。これらの方法の中では、所望濃度の炭酸水を必要な量だけ簡便に調製できる点で、膜モジュールを備えた植物生育用の装置(特許文献1参照)を使用する方法が好ましい。
尚、本発明の植物栽培システムにおいては、予め調製した気体溶解水を気体溶解水保持手段に収容または供給することもできるし、気体溶解水保持手段に収容した水に気体を溶解することもできる。
There is no limitation in particular in the manufacturing method of the carbon dioxide water used by this invention, Carbonated water marketed can also be used. Any known method can be employed to produce carbonated water by dissolving carbon dioxide in water. For example, a method of blowing combustion gas such as fossil fuel or carbon dioxide filled in a gas cylinder, a method of electrolyzing water using an electrode made of a carbon material, a method of bringing dry ice into contact with water, a method of filling carbon dioxide A method of introducing water into a tank, a method of dissolving a soluble carbonate or bicarbonate in water and then allowing an acid to act, a hollow fiber membrane comprising a microporous porous membrane or a nonporous gas permeable membrane A method of dissolving carbon dioxide in water on the opposite side of the membrane by using a membrane module such as the above can be adopted. Among these methods, a method of using a plant growth apparatus (see Patent Document 1) equipped with a membrane module is preferable in that a necessary amount of carbonated water can be easily prepared in a necessary amount.
In the plant cultivation system of the present invention, the gas dissolved water prepared in advance can be stored or supplied in the gas dissolved water holding means, or the gas can be dissolved in the water stored in the gas dissolved water holding means. .

pH調製のために重炭酸イオンを炭酸水中に存在させるには、可溶性の炭酸塩または重炭酸塩を炭酸水に直接添加するか、あるいは炭酸塩または重炭酸塩の水溶液を予め調製し、これを炭酸水に添加する方法が採用できる。あるいは水に炭酸塩または重炭酸塩(あるいはそれらの水溶液)を添加してから、炭酸水とする方法も挙げられる。また、水酸化ナトリウムのような強い塩基性化合物を添加した水やアンモニア水を炭酸水とするなど、何れの方法も採用することができる。   In order to make bicarbonate ions present in carbonated water for pH adjustment, soluble carbonate or bicarbonate is added directly to carbonated water, or an aqueous solution of carbonate or bicarbonate is prepared in advance. A method of adding to carbonated water can be employed. Alternatively, a method of adding carbonate or bicarbonate (or an aqueous solution thereof) to water and then using carbonated water is also included. In addition, any method can be employed such as water to which a strong basic compound such as sodium hydroxide is added or ammonia water is used as carbonated water.

本発明においては、最終的に二酸化炭素の濃度が50〜2,800ppmの範囲にあり、上述したようにpHが好適に調整された気体溶解水を簡便に迅速に調達できることが重要である。このためには、二酸化炭素給気装置や重炭酸塩などの塩基性化合物溶液の送液ポンプと、二酸化炭素濃度計やpH計とを連動させる装置を使用することが好ましい。
In the present invention, it is important that the gas-dissolved water whose final carbon dioxide concentration is in the range of 50 to 2,800 ppm and whose pH is suitably adjusted as described above can be easily and quickly procured. For this purpose, it is preferable to use a device that links a carbon dioxide supply device or a pump for feeding a basic compound solution such as bicarbonate with a carbon dioxide concentration meter or pH meter.

<水素ガスを水に溶解させて得られる気体溶解水>
本発明においては、水素ガスを気体として使用することができる。水素ガスを水に溶解させて得られる気体溶解水(以下、屡々「水素水」と称する)において、溶存する水素ガスの濃度(以下、単に「水素濃度」と称す)は、0.002〜3.00ppm、より好ましくは0.0442〜1.62ppmである。本発明者らの研究によると、光合成光量子束密度を362〜420μmol/s・m2として、24時間日長でナス科の植物を栽培した場合、水素濃度が2μg/L(0.002ppm)以下の水溶液では、植物体の葉の葉緑素が減少し生理障害(クロロシス)が発生した。また、上記と同じ条件で、水素濃度が44.2μg/L(0.0442ppm)の水素水を植物に供給した場合には、植物体の葉の葉緑素がほぼ減少することはなく、クロロシスは発生しなかった。
<Gas dissolved water obtained by dissolving hydrogen gas in water>
In the present invention, hydrogen gas can be used as a gas. In gas dissolved water obtained by dissolving hydrogen gas in water (hereinafter often referred to as “hydrogen water”), the concentration of dissolved hydrogen gas (hereinafter simply referred to as “hydrogen concentration”) is 0.002 to 3 0.000 ppm, more preferably 0.0442 to 1.62 ppm. According to the study by the present inventors, when a photosynthesis photon flux density is set to 362 to 420 μmol / s · m 2 , and a solanaceous plant is cultivated for 24 hours, the hydrogen concentration is 2 μg / L (0.002 ppm) or less. In the aqueous solution, the chlorophyll in the leaves of the plant body decreased and physiological disorder (chlorosis) occurred. In addition, when hydrogen water having a hydrogen concentration of 44.2 μg / L (0.0442 ppm) is supplied to a plant under the same conditions as described above, the chlorophyll of the plant body is not substantially reduced and chlorosis occurs. I didn't.

本発明において、水素濃度が0.002ppm以上の水素水が、植物の生育に及ぼす作用は、以下のように説明することができる。植物は葉から大気中の二酸化炭素等の気体を植物体内に取り込むとともに、根から水を取り込んで光合成を行う。光合成においては、細胞内に活性酸素が生成するが、夏場等の強力な光、低温、乾燥、貧栄養など光合成が抑制される場合、過剰の活性酸素が生成してしまう。活性酸素は非常に強い酸化力を持っており、活性酸素が過剰に生成されると葉緑体が損傷を受け破壊されてしまう。葉緑体が破壊されると光合成効率が低下し、植物の生育が阻害され、やがて枯れていく。しかし、0.002ppm以上の水素ガスが溶存する気体溶解水を植物にあたえると、水溶液中に安定な微細気泡として存在する水素ガスは、植物の根から吸収され、そのまま植物体内を巡って葉まで行き、活性酸素を除去する。活性酸素が除去されることにより、葉緑体の破壊が抑制され、植物の生育が促進されると考えられる。   In the present invention, the action of hydrogen water having a hydrogen concentration of 0.002 ppm or more on the growth of plants can be explained as follows. Plants take in gas such as carbon dioxide in the atmosphere from leaves into the body of the plant and take water from the roots for photosynthesis. In photosynthesis, active oxygen is generated in cells, but when photosynthesis is suppressed such as intense light in summer, low temperature, drying, and poor nutrition, excessive active oxygen is generated. Active oxygen has a very strong oxidizing power, and excessive generation of active oxygen damages and destroys chloroplasts. When the chloroplast is destroyed, the photosynthetic efficiency decreases, the growth of the plant is inhibited, and it eventually withers. However, when gas dissolved water in which 0.002 ppm or more of hydrogen gas is dissolved is given to the plant, the hydrogen gas that exists as stable fine bubbles in the aqueous solution is absorbed from the root of the plant and goes around the plant as it is to the leaves. Go and remove active oxygen. It is considered that the removal of active oxygen suppresses the destruction of chloroplasts and promotes plant growth.

本発明において使用する気体溶解水の水素ガス濃度は、適宜調整することができる。特に強い光を植物に照射して栽培する場合、より水素濃度の高い水溶液を用いるとよい。植物に強い光を照射すると、それだけ活性酸素がより過剰に生成する。このため、より過剰な活性酸素を除去すべく、より多くの水素ガスを植物体内に取り込ませる必要がある。このため、照射する光量に応じて、上記の範囲内で適宜水素濃度を高めた水溶液を植物に供給して栽培するとよい。   The hydrogen gas concentration of the dissolved gas used in the present invention can be adjusted as appropriate. When cultivating a plant by irradiating particularly strong light, an aqueous solution having a higher hydrogen concentration may be used. When a plant is irradiated with strong light, active oxygen is generated in excess. For this reason, in order to remove excess active oxygen, it is necessary to take in more hydrogen gas in a plant body. For this reason, according to the light quantity to irradiate, it is good to supply and grow to the plant the aqueous solution which raised hydrogen concentration suitably within said range.

本発明で使用する水素水の製造方法に特に限定はなく、市販されている水素水を使用することもできる。水素ガスが水に溶解した水素水を製造するには、従来公知の方法が何れも採用可能である。例えば、水素ガスボンベに充填された水素ガスや、蒸留水を電気分解して発生させた水素ガスを水に溶解させる方法が挙げられる。水素ガスを水に溶解する方法としては、多数個の微細な通気孔が穿孔された散気管(ディフューザー)を水の入った容器中に配置し、該管を通して水素ガスを供給し、通気孔から微細な気泡として水に散気する方法、水を循環させるポンプ等を利用して水素ガスを巻き込む方法が挙げられる。水素水の具体的な製造方法については、例えば特開2010-51963号公報などを参照することができる。
尚、本発明の植物栽培システムにおいては、予め調製した気体溶解水を気体溶解水保持手段に収容または供給することもできるし、気体溶解水保持手段に収容した水に気体を溶解することもできる。
There is no limitation in particular in the manufacturing method of the hydrogen water used by this invention, Commercially available hydrogen water can also be used. Any conventionally known method can be employed to produce hydrogen water in which hydrogen gas is dissolved in water. For example, there is a method in which hydrogen gas filled in a hydrogen gas cylinder or hydrogen gas generated by electrolyzing distilled water is dissolved in water. As a method for dissolving hydrogen gas in water, an air diffuser (diffuser) in which a large number of fine vent holes are perforated is placed in a container containing water, hydrogen gas is supplied through the pipe, Examples include a method of diffusing water as fine bubbles and a method of entraining hydrogen gas using a pump for circulating water. For a specific method for producing hydrogen water, reference can be made to, for example, JP 2010-51963 A.
In the plant cultivation system of the present invention, the gas dissolved water prepared in advance can be stored or supplied in the gas dissolved water holding means, or the gas can be dissolved in the water stored in the gas dissolved water holding means. .

本発明において水素水を使用する場合、水素濃度は、公知の方法で測定することができる。例えば、溶存水素計 (水素濃度測定器) KM2100DH(日本国共栄電子研究所製)などの市販の測定装置を使用して測定することができるが、上記特開2010-51963号公報に記載されているメチレンブルー水溶液を用いた滴定法によって定量することもできる。   When hydrogen water is used in the present invention, the hydrogen concentration can be measured by a known method. For example, it can be measured by using a commercially available measuring device such as a dissolved hydrogen meter (hydrogen concentration measuring device) KM2100DH (manufactured by Kyoei Electronics Research Laboratories, Japan). It can also be quantified by a titration method using an aqueous methylene blue solution.

また、本発明の気体溶解水は、二酸化炭素や水素ガスなどの気体が上記の量で溶存していれば、上記の気体を、さらに「マイクロバブル」および/または「ナノバブル」として含んでいてもよい。「マイクロバブル」とは直径が50μm以下の微細な気泡を指し、「ナノバブル」とは直径が1μm以下のさらに微細な気泡を指す。気体をマイクロバブルおよび/またはナノバブルとして含む水は、マイクロバブルまたはナノバブルを含まずに気体を単純に溶解しているだけの水に比べて、より多くの気体を安定して含有することができる利点がある。マイクロバブルやナノバブルは、そのままでは無孔性親水性フィルムを透過することはできないが、徐々に縮小しながら気体を水中に溶解させることが知られており、そのため気体溶解水中の溶存気体の内在的供給源として活用できる。ナノバブルは通常、マイクロバブルが電解質イオンを含む水の中で瞬時に圧壊することで生成するが、本発明において気体溶解水が肥料成分を含む養液である場合には、ナノバブルを安定して生成させるのに好適な電解質イオンを含むので、本発明においてナノバブルを特に好適に用いることができる。マイクロバブルおよびナノバブルについては、例えば、特開2004-121962、特開2005-245817、特開2005-246294および特開2008-206448を参照することができる。また、気体をマイクロバブルおよび/またはナノバブルとして含む場合、マイクロバブルおよび/またはナノバブルの量は、100,000個/ml以上、より好ましくは15,000,000個/ml以上である。   Further, the gas-dissolved water of the present invention may further contain the above gas as “microbubbles” and / or “nanobubbles” as long as a gas such as carbon dioxide or hydrogen gas is dissolved in the above amount. Good. “Microbubble” refers to a fine bubble having a diameter of 50 μm or less, and “nanobubble” refers to a finer bubble having a diameter of 1 μm or less. The advantage that water containing gas as microbubbles and / or nanobubbles can contain more gas stably than water that simply dissolves gas without containing microbubbles or nanobubbles There is. Microbubbles and nanobubbles cannot pass through a nonporous hydrophilic film as they are, but are known to dissolve gas in water while gradually shrinking. It can be used as a supply source. Nanobubbles are usually generated by instantaneous crushing of microbubbles in water containing electrolyte ions. In the present invention, when the gas-dissolved water is a nutrient solution containing fertilizer components, nanobubbles are stably generated. In the present invention, nanobubbles can be particularly preferably used because they contain electrolyte ions that are suitable for the production. Regarding microbubbles and nanobubbles, for example, JP-A-2004-121962, JP-A-2005-245817, JP-A-2005-246294 and JP-A-2008-206448 can be referred to. When the gas is contained as microbubbles and / or nanobubbles, the amount of microbubbles and / or nanobubbles is 100,000 / ml or more, more preferably 15,000,000 / ml or more.

本発明において二酸化炭素と水素ガスを同時に使用する場合には、2種のガスを強制的に溶解した気体溶解水が、上述した二酸化炭素水および水素水に関する条件を満足することが重要である。従って、このような気体溶解水の二酸化炭素濃度は50ppm以上であり、水素濃度は0.002ppm以上でなければならない。上述したように、二酸化炭素は植物による炭酸固定を促進し、水素ガスは活性酸素の除去によって葉緑体を保護するため、二酸化炭素と水素ガスの併用によって、更なる植物の生長促進が達成される。二酸化炭素と水素ガスを併用する場合、これらの気体を水に溶解させる方法については特に制限はなく、二酸化炭素と水素ガスの混合ガスを水に溶解させる方法、二酸化炭素と水素ガスを順次水に溶解させる方法、予め調製した二酸化炭素水と水素水とを混合する方法などのいずれを用いても良い。
尚、気体溶解水には、本発明の効果を得るために必要な量の二酸化炭素または水素が溶存している限り、常温常圧下で水や養液に通常溶存している他の気体が含まれていてもかまわない。例えば、二酸化炭素ガスを水道水に強制的に溶解して得た炭酸水には、二酸化炭素以外に、常温常圧下で水道水に溶存している酸素や窒素が含まれていてもかまわない。
In the present invention, when carbon dioxide and hydrogen gas are used at the same time, it is important that the gas-dissolved water in which the two gases are forcibly dissolved satisfies the above-described conditions relating to the carbon dioxide water and hydrogen water. Accordingly, the carbon dioxide concentration of such gas-dissolved water must be 50 ppm or more and the hydrogen concentration must be 0.002 ppm or more. As mentioned above, carbon dioxide promotes carbon fixation by plants, and hydrogen gas protects chloroplasts by removing active oxygen. Therefore, combined use of carbon dioxide and hydrogen gas further promotes plant growth. The When carbon dioxide and hydrogen gas are used in combination, there is no particular limitation on the method for dissolving these gases in water, a method for dissolving a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen gas in water, and carbon dioxide and hydrogen gas in water sequentially. Any of a method of dissolving, a method of mixing carbon dioxide water and hydrogen water prepared in advance may be used.
The gas-dissolved water contains other gases that are normally dissolved in water and nutrient solution under normal temperature and pressure as long as the amount of carbon dioxide or hydrogen necessary for obtaining the effects of the present invention is dissolved. It does not matter. For example, carbonated water obtained by forcibly dissolving carbon dioxide gas in tap water may contain oxygen or nitrogen dissolved in tap water under normal temperature and pressure in addition to carbon dioxide.

本発明で使用する気体溶解水は、さらに肥料成分を含んでいてもよい。使用する肥料に特に限定はなく、従来の土耕栽培ないし養液土耕栽培、あるいは水耕栽培に使用されてきた肥料が何れも使用可能である。一般には、植物の生育にとって無機成分は必要不可欠であるが、その主要な成分として:窒素(N)、リン(P)、カリウム(K)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、硫黄(S)、微量成分として:鉄(Fe)、マンガン(Mn)、ホウ素(B)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)が挙げられる。さらにこの他に、副成分として、珪素(Si)、塩素(Cl)、アルミニウム(Al)、ナトリウム(Na)等が挙げられる。必要に応じて、本発明の効果を実質的に阻害しない限り、その他の生理活性物質も加えることができる。さらに、グルコース(ブドウ糖)などの糖質、アミノ酸等を添加することも可能である。   The gas-dissolved water used in the present invention may further contain a fertilizer component. The fertilizer to be used is not particularly limited, and any fertilizer that has been used in conventional soil culture, hydroponics, or hydroponics can be used. In general, inorganic components are indispensable for plant growth, but the main components are: nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), sulfur (S ), Trace components: iron (Fe), manganese (Mn), boron (B), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo). In addition, silicon (Si), chlorine (Cl), aluminum (Al), sodium (Na) and the like can be cited as subcomponents. If necessary, other physiologically active substances can be added as long as the effects of the present invention are not substantially inhibited. Furthermore, sugars such as glucose (glucose), amino acids and the like can be added.

さらに本発明で使用する気体溶解水のpHは、4〜8の範囲内であることが好ましい。植物はその種類によって最適な生育を示すpHが異なるが、多くの植物では、細胞内外のpHの差によって生じる細胞内pHの受動的な変化を抑え、細胞内pHを好適な範囲に維持することが、生化学的なプロセスを進行させるために重要であり、細胞内外のpHの差が小さいことが、水素イオンの輸送に要するエネルギーの消費が少なくなるので好ましい。通常植物が生育する最適なpHは、4〜7の範囲にあるとされていることから、本発明において、気体溶解水のより好ましいpHは4〜7の範囲であり、より好ましくは4〜6.6の範囲である。   Furthermore, the pH of the gas-dissolved water used in the present invention is preferably in the range of 4-8. Plants have different pH values for optimal growth depending on the type, but in many plants, the passive change in intracellular pH caused by the difference in pH between the inside and outside the cell is suppressed, and the intracellular pH is maintained within a suitable range. However, it is important for advancing biochemical processes, and it is preferable that the difference in pH between the inside and outside of the cell is small because energy consumption for transporting hydrogen ions is reduced. Since the optimum pH at which plants usually grow is said to be in the range of 4-7, in the present invention, the more preferred pH of the gas-dissolved water is in the range of 4-7, more preferably 4-6. .6 range.

気体溶解水が二酸化炭素水である場合には、上述したように、炭酸水に溶存する重炭酸イオン量を加減することで、二酸化炭素水のpHを任意の値に調節することができる。また、水素水のpHは通常中性であるが、含まれる肥料成分などを考慮してpHを調製することもできる。気体溶解水のpHは、市販のpH測定器などを用いて容易に確認することができる。
When the gas-dissolved water is carbon dioxide water, the pH of the carbon dioxide water can be adjusted to an arbitrary value by adjusting the amount of bicarbonate ions dissolved in the carbonated water as described above. Moreover, although pH of hydrogen water is normally neutral, it can also be adjusted in consideration of the fertilizer component etc. which are contained. The pH of the gas-dissolved water can be easily confirmed using a commercially available pH meter or the like.

<植物栽培システム>
次に、気体溶解水を使用して植物を栽培するための本発明の植物栽培システムの基本的な構成について説明する。
本発明の植物栽培システムの構成要素として、無孔性親水性フィルムは必須であるが、気体溶解水保持手段の違いによって、大きく2種に分けることができる。第1のタイプは、気体溶解水保持手段が水耕栽培用水槽であり、無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水が水耕栽培用水槽に収容されてなることを特徴とする、植物栽培用システムである。このような構造のシステムについては、特許文献9を参照することができる。第2のタイプは、気体溶解水保持手段が水不透過性表面を有し、その上に無孔性親水性フィルムが敷設されてなり、無孔性親水性フィルムと気体溶解水保持手段との間に気体溶解水を連続的または間歇的に供給する気体溶解水供給手段をさらに含むことを特徴とする植物栽培用システムであり、気体溶解水供給手段の代表的なものが無孔性親水性フィルムと気体溶解水保持手段との間に設置された点滴灌水チューブである。即ち、この第2のタイプの栽培システムは、気体溶解水保持手段を基材層とし、その上に直接的または間接的に無孔性親水性フィルムが積層されてなる多層構造を有するシステムである。この栽培システムにおける、気体溶解水保持手段を以下、屡々「気体保持層」と称す。このような構造のシステムについては、特許文献14を参照することができる。
<Plant cultivation system>
Next, a basic configuration of the plant cultivation system of the present invention for cultivating a plant using gas-dissolved water will be described.
As a component of the plant cultivation system of the present invention, a nonporous hydrophilic film is essential, but it can be roughly divided into two types depending on the difference in gas dissolved water holding means. In the first type, the gas-dissolved water holding means is a hydroponics tank, and gas-dissolved water arranged so as to be in contact with the lower surface of the nonporous hydrophilic film is accommodated in the hydroponics tank. This is a system for plant cultivation. Patent Document 9 can be referred to for a system having such a structure. In the second type, the gas-dissolved water holding means has a water-impermeable surface, and a non-porous hydrophilic film is laid on the surface. A system for plant cultivation characterized by further comprising a gas-dissolved water supply means for supplying gas-dissolved water continuously or intermittently between them. A typical gas-dissolved water supply means is nonporous hydrophilic It is the drip irrigation tube installed between the film and the gas dissolved water holding means. That is, this second type cultivation system is a system having a multilayer structure in which a gas-dissolved water holding means is used as a base material layer and a nonporous hydrophilic film is laminated directly or indirectly thereon. . Hereinafter, the gas dissolved water holding means in this cultivation system is often referred to as a “gas holding layer”. Patent Document 14 can be referred to for a system having such a structure.

図1は、第2のタイプの植物栽培システムの基本的な一態様を示す模式断面図である。気体(二酸化炭素および/または水素ガス)(2)を肥料養液に吹き込むことにより気体を水に溶解させて得られる気体溶解水(3)を、給液ポンプ(4)と供給管(9)を用いて無孔性親水性フィルム(1)の下面に接触するように供給する。図1の例においては、無孔性親水性フィルム(1)と水不透過性表面(11)の間に不織布などの吸水材(5)を設置して、この吸水材(5)に肥料成分を含む気体溶解水(3)を吸収させている。吸水材(5)に吸収された肥料成分を含む気体溶解水(3)は、無孔性親水性フィルム(1)に吸収され、植物(6)の根(7)は、無孔性親水性フィルム(1)の上面に密着し、無孔性親水性フィルム(1)に含まれる水、気体(二酸化炭素および/または水素ガス)、肥料成分を吸収する。尚、不織布などの吸水材(5)は任意に用いるものであり、これを用いることにより、肥料成分を含む気体溶解水(3)を均一に拡げて無孔性親水性フィルム(1)の下面に供給することができる。しかし、勿論、気体溶解水(3)を、吸水材(5)を使用せずに直接、無孔性親水性フィルム(1)と水不透過性表面(11)の間に供給しても良い。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a basic aspect of a second type of plant cultivation system. Gas dissolved water (3) obtained by dissolving gas in water by blowing gas (carbon dioxide and / or hydrogen gas) (2) into the fertilizer nutrient solution, feed pump (4) and supply pipe (9) Is supplied so as to be in contact with the lower surface of the nonporous hydrophilic film (1). In the example of FIG. 1, a water absorbing material (5) such as a nonwoven fabric is installed between the nonporous hydrophilic film (1) and the water-impermeable surface (11), and a fertilizer component is added to the water absorbing material (5). The gas-dissolved water (3) containing is absorbed. The gas-dissolved water (3) containing the fertilizer component absorbed by the water-absorbing material (5) is absorbed by the nonporous hydrophilic film (1), and the root (7) of the plant (6) is nonporous hydrophilic. It adheres to the upper surface of the film (1) and absorbs water, gas (carbon dioxide and / or hydrogen gas), and fertilizer components contained in the nonporous hydrophilic film (1). In addition, the water absorbing material (5) such as a nonwoven fabric is used arbitrarily, and by using this, the gas-dissolved water (3) containing a fertilizer component is uniformly spread to lower the nonporous hydrophilic film (1). Can be supplied to. However, of course, the gas-dissolved water (3) may be supplied directly between the nonporous hydrophilic film (1) and the water-impermeable surface (11) without using the water absorbing material (5). .

必要に応じて、無孔性親水性フィルム(1)の上に土壌などの植物栽培用支持体(8)、および/または、水蒸気を通さないか、または低透過性の蒸発抑制部材(図示しない)(例えば、後述するマルチング材)を配置することができる。無孔性親水性フィルム(1)の上に植物栽培用支持体(8)を配置すると、植物体の根を保護する効果が得られる。また、蒸発抑制部材を配置することにより無孔性親水性フィルム(1)から大気中に蒸散する水蒸気を蒸発抑制部材表面あるいは植物栽培用支持体(8)中に凝結させると、凝結した水蒸気を水として植物が利用できる。ただし、蒸発抑制部材を用いる際には、これによって植物の根を外気と遮断してしまうと植物の根を酸欠状態にしてしまう恐れがあるため、これを回避するために換気口を数カ所設けるなどの工夫をすることが望ましい。   If necessary, a plant cultivation support (8) such as soil and / or a water-permeable or low-permeability evaporation suppressing member (not shown) on the nonporous hydrophilic film (1). ) (For example, a mulching material to be described later). When the support for plant cultivation (8) is disposed on the nonporous hydrophilic film (1), an effect of protecting the root of the plant body can be obtained. Moreover, when the water vapor evaporated from the nonporous hydrophilic film (1) to the atmosphere is condensed in the surface of the evaporation suppression member or the support for plant cultivation (8) by arranging the evaporation suppression member, the condensed water vapor is Plants can be used as water. However, when using the evaporation suppression member, if the plant root is blocked from the outside air by this, the plant root may be deficient in oxygen, so several ventilation openings are provided to avoid this. It is desirable to devise such as.

本発明の植物栽培システムによれば、水、気体(二酸化炭素および/または水素ガス)、肥料成分を含む気体溶解水(3)は無孔性親水性フィルム(1)を介して植物に供給される。気体溶解水(3)は、無孔性親水性フィルム(1)によって空気層と隔離されているため、気体溶解水中の気体成分が空気中に散逸することが防止され、水に溶解させた気体(二酸化炭素および/または水素ガス)が高濃度に維持される。これに対して、植物の根が水(または養液)に浸かっている従来の水耕栽培方法においては、水や養液の表面が空気層と接しているため、二酸化炭素や水素などの気体を溶解させても、容易に空気中に散逸してしまう。   According to the plant cultivation system of the present invention, water, gas (carbon dioxide and / or hydrogen gas), and gas-dissolved water (3) containing fertilizer components are supplied to the plant via the nonporous hydrophilic film (1). The Since the gas-dissolved water (3) is separated from the air layer by the nonporous hydrophilic film (1), the gas component in the gas-dissolved water is prevented from being dissipated in the air, and the gas dissolved in the water (Carbon dioxide and / or hydrogen gas) is maintained at a high concentration. On the other hand, in the conventional hydroponic cultivation method in which the root of the plant is immersed in water (or nutrient solution), the surface of water or nutrient solution is in contact with the air layer, so that a gas such as carbon dioxide or hydrogen is present. Even if it is dissolved, it is easily dissipated in the air.

また、植物の根が水(または養液)に浸かっている従来の水耕栽培方法においては、根は水に溶存した酸素を吸収するため、栽培に使用する水の溶存酸素量を一定以上に保つ必要があった。水に溶存する気体の量は気体分圧に比例するため、大気圧下で強制的に気体を水に溶解すると、元々溶解していた酸素濃度が低下してしまい、栽培植物が酸素欠乏に陥ることがあった。また、水に溶解することができる気体の量にも制限があった。これに対して、本発明の植物栽培システムにおいては、植物の根は無孔性親水性フィルム(1)の上の空気層にあるので、酸素は空気中から吸収することができる。そして気体を強制的に溶解することに伴う水の溶存酸素量の低下による根ぐされなどの障害を気にすることなく、必要なだけ気体を水に溶解させることができるので、気体(二酸化炭素および/または水素ガス)の生育促進における効果を十分に発揮させることができる。   In addition, in the conventional hydroponics method in which the root of the plant is immersed in water (or nutrient solution), the root absorbs oxygen dissolved in water, so the amount of dissolved oxygen in water used for cultivation exceeds a certain level. There was a need to keep. Since the amount of gas dissolved in water is proportional to the gas partial pressure, if the gas is forcibly dissolved in water at atmospheric pressure, the oxygen concentration that was originally dissolved decreases, and the cultivated plant falls into oxygen deficiency. There was a thing. There was also a limit to the amount of gas that could be dissolved in water. On the other hand, in the plant cultivation system of the present invention, the root of the plant is in the air layer on the nonporous hydrophilic film (1), so that oxygen can be absorbed from the air. And since gas can be dissolved in water as much as necessary without worrying about problems such as rooting due to a decrease in dissolved oxygen amount of water due to forcibly dissolving gas, gas (carbon dioxide and carbon dioxide) The effect of promoting the growth of (or hydrogen gas) can be sufficiently exerted.

さらに、必要に応じて、フィルム(1)の上部に細霧噴霧用手段(10)(例えば、バルブ)を配置し、間歇的に水、養液または農薬希釈液を噴霧することができる。このような細霧噴霧用手段(10)を配置することにより、水の間歇的噴霧による特に夏季の冷却と、養液の噴霧による環境の冷却と葉面散布による肥料成分の供給、農薬の配合された水または養液の噴霧による農薬の散布などの自動化が可能となるというメリットを得ることができる。しかし、植物体の特定の成分(たとえば、硝酸態窒素)を低減することを意図する際には、基本的には、(養分蓄積を避けるため)無孔性親水性フィルム(1)の上からは水のみを供給することが好ましい。   Furthermore, if necessary, means (10) for fine mist spraying (for example, a valve) can be arranged on the upper part of the film (1), and water, nutrient solution or agrochemical dilution can be sprayed intermittently. By disposing such means for spraying fine mist (10), cooling in the summer especially by intermittent spraying of water, cooling of the environment by spraying of nutrient solution and supply of fertilizer components by foliar spraying, blending of agricultural chemicals It is possible to obtain an advantage that automation of spraying of agricultural chemicals by spraying of the water or nutrient solution that has been performed is possible. However, when it is intended to reduce a specific component of the plant (eg, nitrate nitrogen), basically, from the top of the nonporous hydrophilic film (1) (to avoid nutrient accumulation) It is preferable to supply only water.

フィルムと根の「一体化」を促進させるためには、該フィルム(1)の下からは養液を供給することが好ましい。 本発明者らは、無孔性親水性フィルムとして厚さ40μmのポリビニルアルコール(PVA)フィルムを使用して、フィルムの下から供給する肥料濃度が根とフィルムとの一体化現象に与える効果を調べた。具体的には、約20cm×20cmの無孔性親水性フィルム(PVA)上に土壌として、バーミキュライト、またはロックファイバーを約300ml配置し、この土壌内に、サニーレタスの幼苗(本葉1枚強)を2本植え付けた。フィルムの下から供給する養液として、ハイポネックス100倍希釈液、1000倍希釈液、および水(水道水、即ち肥料なし)を用いて、合計6種類の系を作製した。養液量は各300ml、フィルム(PVA)上の土壌の厚みは約2cmだった。実験はハウス内で行い、自然光を使用し、気温は15〜25℃、湿度は50〜90%RHの条件下で行った。栽培開始13日後、および35日後には、後述する一体化試験と同様に剥離強度を測定した。その結果を表1に示す。   In order to promote the “integration” of the film and the root, it is preferable to supply a nutrient solution from below the film (1). The present inventors use a polyvinyl alcohol (PVA) film having a thickness of 40 μm as a non-porous hydrophilic film, and investigate the effect of fertilizer concentration supplied from under the film on the integration phenomenon between the root and the film. It was. Specifically, about 300 ml of vermiculite or rock fiber is placed as soil on a non-porous hydrophilic film (PVA) of about 20 cm × 20 cm, and in this soil, a seedling of Sunny lettuce (slightly more than one true leaf) is placed. 2) were planted. As a nutrient solution supplied from the bottom of the film, a total of six types of systems were prepared using Hyponex 100-fold diluted solution, 1000-fold diluted solution, and water (tap water, ie, no fertilizer). The amount of nutrient solution was 300 ml each, and the thickness of the soil on the film (PVA) was about 2 cm. The experiment was performed in a house, using natural light, under conditions of an air temperature of 15 to 25 ° C. and a humidity of 50 to 90% RH. After 13 days and 35 days after the start of cultivation, the peel strength was measured in the same manner as the integration test described later. The results are shown in Table 1.

Figure 2012034649
Figure 2012034649

表1から明らかなように、フィルムの下面から水のみを供給した場合と比較して、養液を使用した方が、植物の生育のみならず、根とフィルムの接着強度が著しく向上した。これは、植物がフィルムを介して、水のみならず肥料成分をも吸収していることを示している。さらに、フィルムを介して水および肥料成分を効率良く吸収するためには、根がフィルム表面に強く密着することが必須であり、その結果として根とフィルムが一体化することになるものと考えられる。   As is apparent from Table 1, not only the growth of the plant but also the adhesive strength between the root and the film was remarkably improved by using the nutrient solution as compared with the case where only water was supplied from the lower surface of the film. This indicates that the plant absorbs not only water but also fertilizer components through the film. Furthermore, in order to efficiently absorb water and fertilizer components through the film, it is essential that the roots adhere strongly to the film surface, and as a result, the roots and the film are considered to be integrated. .

無孔性親水性フィルム(1)と根の「一体化」が完成する前に、該フィルム上から水分を加え過ぎると、植物はフィルム上の取り易い水分を吸収して、該フィルム下からの水分を取る必要が減じ、その結果、根が該フィルムと一体化し難くなる傾向がある。従って、根が該フィルムと一体化するまでは、該フィルム上からは、過剰の水分を加えることは好ましくない。他方、根が無孔性親水性フィルムと一体化した後であれば、適宜、該フィルム上から水分/養分を与えても良い。この時、無孔性親水性フィルム(1)の上から供給する水や養液には、植物の生育を促進する少なくとも1種の気体(二酸化炭素、水素ガス)を水に溶解させて得られる気体溶解水を用いても良い。   If water is added excessively from above the film before the “integration” of the nonporous hydrophilic film (1) and the root is completed, the plant absorbs easy moisture on the film, The need to remove moisture is reduced, and as a result, the roots tend to become less integrated with the film. Therefore, it is not preferable to add excessive moisture from above the film until the roots are integrated with the film. On the other hand, if the roots are integrated with the nonporous hydrophilic film, moisture / nutrient may be appropriately given from above the film. At this time, the water or nutrient solution supplied from above the nonporous hydrophilic film (1) is obtained by dissolving at least one gas (carbon dioxide, hydrogen gas) that promotes plant growth in water. Gas-dissolved water may be used.

<植物栽培用システムの構成>
以下、本発明の植物栽培システムにおける各部の構成について詳細に説明する。このような構成(ないしは機能)に関しては、必要に応じて、本発明者による文献(特許文献9〜14)の「発明の詳細な説明」、「実施例」等を参照することができる。
<Configuration of system for plant cultivation>
Hereinafter, the structure of each part in the plant cultivation system of this invention is demonstrated in detail. Regarding such a configuration (or function), “detailed description of the invention”, “examples”, and the like in the documents (Patent Documents 9 to 14) by the present inventor can be referred to as necessary.

(無孔性親水性フィルム)
本発明の植物栽培システムにおいては、植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルムが必須である。本発明で使用する無孔性親水性フィルムは、後述する種々の物性をすべて満足するものが好ましい。
(Nonporous hydrophilic film)
In the plant cultivation system of the present invention, a nonporous hydrophilic film for cultivating a plant thereon is essential. The nonporous hydrophilic film used in the present invention preferably satisfies all the various physical properties described below.

(一体化試験)
無孔性親水性フィルムは、栽培している「植物体の根と実質的に一体化し得る」フィルムであることが重要である。「植物体の根と実質的に一体化し得る」フィルムとは、本発明の植物栽培用システムの無孔性親水性フィルムの上で植物を35日間栽培した際に、無孔性親水性フィルムを栽培した植物の根から剥離するための剥離強度が10g以上となるフィルムである。根とフィルムの一体化を測定するための「一体化試験」は、次のようにして実施することができる。
(Integration test)
It is important that the nonporous hydrophilic film is a film that can be “substantially integrated with the roots of the plant” that is being cultivated. A film that can be substantially integrated with the roots of a plant is a nonporous hydrophilic film when a plant is grown for 35 days on the nonporous hydrophilic film of the plant cultivation system of the present invention. It is a film having a peel strength of 10 g or more for peeling from the roots of cultivated plants. The “integration test” for measuring the integration of the root and the film can be performed as follows.

「ざるボウルセット」を使い、ざる上に試験すべきフィルム(200×200mm)を乗せ、フィルムの上にバーミキュライト150g(水分73%、乾燥重量40g)を載せ、サニーレタスの幼苗(本葉1枚強)を2本植え付ける。このざるを、240〜300gの養液が張られたボウル中に設置し、該フィルムを該養液と接触させ、幼苗を栽培する。栽培はハウス内で行い、自然光を使用し、気温は0〜25℃、湿度は50〜90%RHの条件下で35日間行う。次に、栽培した植物の根元で茎葉を切断し、根の密着したフィルムの茎がほぼ中心になるように、該フィルムを巾5cm(長さ:約20cm)に切断して試験片とする。   Using the "Zaru Bowl Set", put the film to be tested (200 x 200mm) on the sieve, place 150g of vermiculite (water content 73%, dry weight 40g) on it, and seedlings of sunny lettuce (one real leaf) 2) are planted. This rice cake is placed in a bowl filled with 240 to 300 g of nutrient solution, and the film is brought into contact with the nutrient solution to grow seedlings. Cultivation is carried out in a house, using natural light, temperature is 0-25 ° C., humidity is 50-90% RH for 35 days. Next, the stems and leaves are cut at the roots of the cultivated plants, and the film is cut into a width of 5 cm (length: about 20 cm) so that the stems of the film with which the roots are closely attached are centered to form a test piece.

ばね式手秤に市販のクリップを付け、上記で得た試験片の一方をクリップで固定して、ばね式手秤の示す重量(試験片の自重に対応=Aグラム)を記録する。次いで試験片の中心にある茎を手で持ち、下方に緩やかに引き下げて、根とフィルムが離れる(または切断される)際の重量(荷重=Bグラム)をばね式手秤の目盛りから読み取る。この値から初期の重量を差し引いた(B−A)グラムを巾5cmの引き剥がし荷重とし、この引き剥がし荷重を剥離強度とする。   A commercially available clip is attached to the spring-type hand balance, and one of the test pieces obtained above is fixed with the clip, and the weight indicated by the spring-type hand balance (corresponding to the weight of the test piece = A gram) is recorded. Next, the stalk at the center of the test piece is held by hand and gently pulled downward, and the weight (load = B grams) when the root and the film are separated (or cut) is read from the scale of the spring-type hand balance. The (B-A) gram obtained by subtracting the initial weight from this value is defined as a 5 cm wide peel load, and this peel load is defined as the peel strength.

本発明において使用する無孔性親水性フィルムの剥離強度は、10g以上であることが好ましく、30g以上であることがさらに好ましく、100g以上であることが最も好ましい。   The peel strength of the nonporous hydrophilic film used in the present invention is preferably 10 g or more, more preferably 30 g or more, and most preferably 100 g or more.

(イオン透過性試験)
さらに本発明においては、無孔性親水性フィルムが「植物体の根と実質的に一体化し得る」か否かを判断するための指標の1つとして、イオン透過性のバランスが挙げられる。
本発明の植物栽培システムを使用して植物を栽培すると、植物はフィルムを通して肥料をイオンとして吸収する。従って、使用するフィルムの塩類(イオン)透過性が、植物に与えられる肥料成分の量に影響する。本発明においては、無孔性親水性フィルムを介して水と0.5質量%塩水とを対向して4日間(96時間)接触させた際に、水と塩水の栽培温度において測定した電気伝導度(EC)の差が4.5dS/m以下となるフィルムが好ましい。水と塩水の電気伝導度の差は、3.5dS/m以下であることがさらに好ましく、2.0dS/m以下であることが最も好ましい。このようなフィルムを用いた際には、根に対する好適な水あるいは肥料溶液を供給し、該フィルムと根との一体化を促進することが容易となる。
(Ion permeability test)
Furthermore, in the present invention, as one of the indicators for judging whether or not the nonporous hydrophilic film can be “substantially integrated with the root of the plant”, there is a balance of ion permeability.
When a plant is grown using the plant cultivation system of the present invention, the plant absorbs the fertilizer as ions through the film. Therefore, the salt (ion) permeability of the film used affects the amount of fertilizer component given to the plant. In the present invention, electrical conductivity measured at the cultivation temperature of water and salt water when water and 0.5% by mass salt water are opposed to each other for 4 days (96 hours) through a nonporous hydrophilic film. A film having a difference in degree (EC) of 4.5 dS / m or less is preferable. The difference in electrical conductivity between water and salt water is more preferably 3.5 dS / m or less, and most preferably 2.0 dS / m or less. When such a film is used, it becomes easy to supply a suitable water or fertilizer solution to the roots and promote integration of the film and the roots.

電気伝導度(EC、イーシー)は、液中に溶けている塩類(あるいはイオン)量の指標であり、比導電率とも言う。ECとしては、断面積1cm2の電極2枚を1cmの距離に離したときの電気伝導度の値を使用し、単位はシーメンス(S)であり、S/cmで表す。しかし、養液のECは小さいので、1/1000の単位となるmS/cmを使う(国際単位系ではdS/m(dはデシ)と表示する)。 Electrical conductivity (EC, EC) is an index of the amount of salts (or ions) dissolved in the liquid, and is also referred to as specific conductivity. As EC, the value of electrical conductivity when two electrodes having a cross-sectional area of 1 cm 2 are separated by a distance of 1 cm is used, and the unit is Siemens (S), which is expressed by S / cm. However, since the EC of the nutrient solution is small, mS / cm, which is a unit of 1/1000, is used (in the international unit system, dS / m (d is deci)).

フィルムのイオン透過性は、以下のようにして測定することができる。
市販の食塩10gを水2000mlに溶解して、0.5%塩水を作製する(EC:約9dS/m)。「ざるボウルセット」を使い、ざる上に試験すべきフィルム(サイズ:200〜260×200〜260mm)を乗せ、該フィルム上に水150gを加える。他方、ボウル側に上記の塩水150gを加え、得られた系全体を食品用ラップ(ポリ塩化ビニリデンフィルム、商品名:サランラップ、旭化成社製)で包んで、水分の蒸発を防ぐ。この状態で、常温で放置して、24時間毎に水側、塩水側のECを測定する。具体的には、電気伝導度計の測定部位(センサー部)にスポイトを用いて試料(即ち、水側または塩水側の溶液)を少量乗せ、導電率を測定する。
The ion permeability of the film can be measured as follows.
10 g of commercially available salt is dissolved in 2000 ml of water to make 0.5% salt water (EC: about 9 dS / m). Using the “Zaru Bowl Set”, place the film to be tested (size: 200-260 × 200-260 mm) on the sieve and add 150 g of water on the film. On the other hand, 150 g of the above-mentioned salt water is added to the bowl side, and the entire system obtained is wrapped with a food wrap (polyvinylidene chloride film, trade name: Saran Wrap, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) to prevent moisture evaporation. In this state, it is allowed to stand at room temperature, and ECs on the water side and salt water side are measured every 24 hours. Specifically, a small amount of a sample (that is, a solution on the water side or the salt water side) is placed on the measurement site (sensor unit) of the electric conductivity meter using a dropper, and the conductivity is measured.

(水分透過性/グルコース溶液透過性試験)
本発明においては、無孔性親水性フィルムを介した植物の根の養分(有機物)吸収を容易とする点から、無孔性親水性フィルムは、所定のグルコース透過性を示すことが好ましい。このグルコース透過性の優れたフィルムは、無孔性親水性フィルムを介して水と5%グルコース水溶液とを対向して3日間(72時間)接触させた際に、水とグルコース溶液の栽培温度において測定した濃度(Brix%)の差が4以下、さらに好ましくは3以下、より好ましくは2以下、最も好ましくは1.5以下となるフィルムである。
(Water permeability / glucose solution permeability test)
In the present invention, the nonporous hydrophilic film preferably exhibits a predetermined glucose permeability from the viewpoint of facilitating nutrient absorption (organic matter) of plant roots via the nonporous hydrophilic film. This film with excellent glucose permeability is obtained at the cultivation temperature of water and glucose solution when water and 5% glucose aqueous solution are opposed to each other for 3 days (72 hours) through a nonporous hydrophilic film. It is a film having a difference in measured density (Brix%) of 4 or less, more preferably 3 or less, more preferably 2 or less, and most preferably 1.5 or less.

フィルムのグルコース透過性は、以下のようにして測定することができる。
市販のグルコース(ブドウ糖)を用いて5%グルコース溶液を作製する。上記イオン透過性試験と同様の「ざるボウルセット」を使い、ざる上に試験すべき無孔性親水性フィルム(サイズ:200〜260×200〜260mm)を乗せ、該フィルム上に水150gを加える。他方、ボウル側に上記のグルコース溶液150gを加え、得られた系全体を食品用ラップ(ポリ塩化ビニリデンフィルム、商品名:サランラップ、旭化成社製)で包んで、水分の蒸発を防ぐ。この状態で、常温で放置して、24hrs毎に水側、グルコース溶液側の糖度(Brix%)を糖度計で測定する。
The glucose permeability of the film can be measured as follows.
A 5% glucose solution is prepared using commercially available glucose (glucose). Using the same “Zel Bowl Set” as in the ion permeability test above, place a nonporous hydrophilic film (size: 200 to 260 × 200 to 260 mm) to be tested on the filter and add 150 g of water onto the film. . On the other hand, 150 g of the above glucose solution is added to the bowl side, and the entire system obtained is wrapped in food wrap (polyvinylidene chloride film, trade name: Saran Wrap, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) to prevent moisture evaporation. In this state, the sample is left at room temperature, and the sugar content (Brix%) on the water side and glucose solution side is measured with a saccharimeter every 24 hrs.

(耐水圧)
さらに本発明においては、無孔性親水性フィルムが耐水圧として10cm以上の水不透性を有することが好ましい。このような無孔性親水性フィルムを用いた際には、根とフィルムの一体化を促進することができる。また、根に対する好適な酸素供給および無孔性親水性フィルムを介しての病原菌汚染を防止することが容易となる。
(Water pressure resistance)
Furthermore, in this invention, it is preferable that a nonporous hydrophilic film has a water impermeability of 10 cm or more as a water pressure resistance. When such a nonporous hydrophilic film is used, the integration of the root and the film can be promoted. Moreover, it becomes easy to prevent contamination with pathogenic bacteria through a suitable oxygen supply to the roots and the nonporous hydrophilic film.

耐水圧はJIS L1092(B法)に準じた方法によって測定することができる。本発明で使用する無孔性親水性フィルムの耐水圧は10cm以上であることが好ましく、より好ましくは20cm以上、さらに好ましくは30cm以上であり、特に好ましくは200cm以上である。   The water pressure resistance can be measured by a method according to JIS L1092 (Method B). The water pressure resistance of the nonporous hydrophilic film used in the present invention is preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, still more preferably 30 cm or more, and particularly preferably 200 cm or more.

(材質)
本発明で使用する無孔性親水性フィルムの材質に特に限定はなく、通常フィルムないし膜の形態で用いることができる公知の親水性材料から適宜選択して使用することが可能である。具体的には、ポリビニルアルコール(PVA)、セロファン、酢酸セルロース、硝酸セルロース、エチルセルロース、ポリエステル等の親水性材料が挙げられる。また、無孔性親水性フィルムの厚さも特に限定はないが、通常は、300μm以下であり、好ましくは5〜200μm、より好ましくは20〜100μmである。
(Material)
The material of the nonporous hydrophilic film used in the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from known hydrophilic materials that can be used usually in the form of a film or a membrane. Specific examples include hydrophilic materials such as polyvinyl alcohol (PVA), cellophane, cellulose acetate, cellulose nitrate, ethyl cellulose, and polyester. The thickness of the nonporous hydrophilic film is not particularly limited, but is usually 300 μm or less, preferably 5 to 200 μm, more preferably 20 to 100 μm.

本発明で使用する無孔性親水性フィルムは、上述した物性(イオン透過性、グルコース透過性および耐水圧)を全て満足するものが好ましい。本発明者らは種々の無孔性親水性フィルムおよび比較となる多孔性疎水性フィルムの物性を上述した方法で評価した。具体的には、PVA、二軸延伸PVA(ボブロン)、親水性ポリエステル、セロファン、PH−35、超極細繊維不織布(シャレリア)の6種類についてイオン透過性を試験し、PVA、二軸延伸PVA、セロファン、浸透セロファン、PH−35の5種類についてグルコース透過性を試験し、PVA、二軸延伸PVA、セロファン、親水性ポリエステル、超極細繊維不織布の5種類について耐水性を試験した。その結果を、以下の表2〜表4に示す。   The nonporous hydrophilic film used in the present invention preferably satisfies all the above-described physical properties (ion permeability, glucose permeability and water pressure resistance). The present inventors evaluated the physical properties of various nonporous hydrophilic films and a comparative porous hydrophobic film by the method described above. Specifically, ion permeability was tested for six types of PVA, biaxially stretched PVA (boblon), hydrophilic polyester, cellophane, PH-35, and ultrafine fiber nonwoven fabric (Charelia), and PVA, biaxially stretched PVA, Glucose permeability was tested for five types of cellophane, penetrating cellophane, and PH-35, and water resistance was tested for five types of PVA, biaxially stretched PVA, cellophane, hydrophilic polyester, and ultrafine fiber nonwoven fabric. The results are shown in Tables 2 to 4 below.

Figure 2012034649
Figure 2012034649

表2から明らかなように、イオン透過性の大きなフィルムは、超極細繊維不織布(シャレリア)、PVA、親水性ポリエステルおよびセロファンであった。反対にイオン透過性が小さいものがボブロンであり、イオンの透過性が全く認められなかったものが微孔性ポリプロピレンフイルム(PH−35)であった。従って、イオン塩透過性の観点から、微孔性ポリプロピレンフイルム(PH−35)は不適であることがわかる。
As is clear from Table 2, the films having a large ion permeability were ultrafine fiber nonwoven fabric (Charelia), PVA, hydrophilic polyester and cellophane. On the contrary, the one having a small ion permeability was bobron, and the one having no ion permeability was a microporous polypropylene film (PH-35). Therefore, it can be seen that the microporous polypropylene film (PH-35) is unsuitable from the viewpoint of ionic salt permeability.

Figure 2012034649
Figure 2012034649

表3から明らかなように、試験した5種類のフィルムのうち、PVA、セロファンおよび浸透セロファンのグルコース透過性は良好であったが、ボブロンではグルコース透過性はほとんど認められなかった。又、PH−35では透過性は全く見られなかった。グルコース透過性という観点からは、本発明において好適に使用することのできるフィルムはPVAとセロファンであることがわかる。   As is apparent from Table 3, among the five films tested, PVA, cellophane and osmotic cellophane had good glucose permeability, but almost no glucose permeability was observed with bobron. Further, no permeability was observed with PH-35. From the viewpoint of glucose permeability, it can be seen that films that can be suitably used in the present invention are PVA and cellophane.

Figure 2012034649
Figure 2012034649

表4から明らかなように、フィルムの耐水圧という観点から、超極細繊維不織布のように多孔性フィルムは本発明には使用することができない。   As is apparent from Table 4, from the viewpoint of the water pressure resistance of the film, a porous film cannot be used in the present invention as in the case of an ultrafine fiber nonwoven fabric.

上記表2〜表4に示したデータからも明らかなように、イオン透過性、グルコース透過性および耐水性の全てを満足するフィルムは、PVA、セロファン、親水性ポリエステルなどの無孔性親水性フィルムである。従って、本発明においては、無孔性親水性フィルムを使用する。
As is clear from the data shown in Tables 2 to 4, the film satisfying all of the ion permeability, glucose permeability and water resistance is a nonporous hydrophilic film such as PVA, cellophane, hydrophilic polyester and the like. It is. Accordingly, a nonporous hydrophilic film is used in the present invention.

<植物栽培用支持体>
本発明の植物栽培システムにおいては、植物体の根を保護するために、無孔性親水性フィルムの上に土壌などの植物栽培用支持体を配置することができる。使用する植物栽培用支持体に特に限定はなく、通常使用される土壌ないし培地が使用可能である。このような土壌ないし培地としては、例えば、土耕栽培に用いられる土壌、および水耕栽培に用いられる培地が挙げられる。
無機系の植物栽培用支持体としては、天然の砂、れき、パミスサンドなど、加工品(高温焼成等)では、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、セラミック、籾殻くん炭などが挙げられ、有機系の植物栽培用支持体としては、天然のピートモス、ココヤシ繊維、樹皮培地、籾殻、ニータン、ソータンなどや、合成した粒状フェノール樹脂などが挙げられ、これらは単独でも、複数種を適宜混合して使用することもできる。また、合成繊維の布あるいは不織布も植物栽培用支持体として使用可能である。
<Support for plant cultivation>
In the plant cultivation system of this invention, in order to protect the root of a plant body, the support body for plant cultivation, such as soil, can be arrange | positioned on a nonporous hydrophilic film. There is no limitation in particular in the support body for plant cultivation used, The soil thru | or culture medium normally used can be used. Examples of such soil or medium include soil used for soil cultivation and medium used for hydroponics.
Examples of inorganic supports for plant cultivation include natural sand, rubble, and pumice sand, and processed products (high temperature firing etc.) include rock wool, vermiculite, perlite, ceramic, rice husk charcoal, etc. Examples of the support for cultivation include natural peat moss, coconut fiber, bark culture medium, rice husk, neat and sotan, and synthetic granular phenol resins. These may be used alone or in combination as appropriate. You can also. Synthetic fiber cloth or non-woven fabric can also be used as a plant cultivation support.

必要最小限の肥料および微量要素を上記植物栽培用支持体に加えてもよい。本発明者らの知見によれば、植物の根が、無孔性親水性フィルムを介して接触する水/養液から水または養分を吸収可能な程度に伸びるまで、言い換えると根とフィルム1が一体化するまでは、ここで言う「必要最小限の肥料および微量要素」として、養分を無孔性親水性フィルム上の植物栽培用支持体に加えておくことが望ましい。
Minimal fertilizer and trace elements may be added to the plant cultivation support. According to the knowledge of the present inventors, until the roots of the plant extend to the extent that water or nutrients can be absorbed from the water / nutrient solution that is contacted via the nonporous hydrophilic film, in other words, the roots and the film 1 are Until integration, it is desirable to add nutrients to the plant cultivation support on the non-porous hydrophilic film as “minimum fertilizer and trace elements” as used herein.

<気体溶解水保持手段>
本発明の植物栽培システムは、気体溶解水を無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段を含んでいる。本発明の植物栽培システムにおいては、気体溶解水を収容する容器状の気体溶解水保持手段、あるいは水不透過性表面を有する基材層として機能する気体溶解水保持層の何れかが使用可能である。
気体溶解水を収容する容器状の気体溶解水保持手段としては、必要な量の気体溶解水を保持することのできる容器である限り特に限定はなく、その材質としては、軽量化、易成形性および低コスト化の点からはポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等の汎用プラスチックが好適に使用可能である。例えば、従来使用されてきた水耕栽培用水槽を使用することができる。
<Gas dissolved water retention means>
The plant cultivation system of the present invention includes gas-dissolved water retaining means for retaining gas-dissolved water under the nonporous hydrophilic film. In the plant cultivation system of the present invention, either a container-like gas-dissolved water holding means for storing gas-dissolved water or a gas-dissolved water-holding layer functioning as a base material layer having a water-impermeable surface can be used. is there.
The container-like gas-dissolved water holding means for storing the gas-dissolved water is not particularly limited as long as it is a container capable of holding a necessary amount of gas-dissolved water, and the material thereof is light weight and easy moldability. From the viewpoint of cost reduction, general-purpose plastics such as polypropylene, polyvinyl chloride, and polyethylene can be preferably used. For example, a conventionally used hydroponics tank can be used.

気体溶解水保持層の水不透過性表面は水を通さない材質からなるものであれば特に限定はなく、合成樹脂、木材、金属あるいはセラミックなどが挙げられる。その気体溶解水保持層の形状にも特に限定はなく、フィルム状、シート状、板状、または箱状などが挙げられる。
気体溶解水供給手段は、従来から水あるいは養液の連続的あるいは間歇的な供給に使用されている手段であれば特に限定はない。本発明においては、気体溶解水を少量ずつ供給することが可能な点滴灌水チューブ(「ドリップチューブ」とも称される)の使用が好ましい。点滴灌水チューブを使用した点滴潅水によって、作物の生育に必要な水および肥料をできるだけ少量供給することができる。
The water-impermeable surface of the gas-dissolved water holding layer is not particularly limited as long as it is made of a material that does not allow water to pass through, and examples thereof include synthetic resin, wood, metal, and ceramic. The shape of the gas-dissolved water holding layer is not particularly limited, and examples thereof include a film shape, a sheet shape, a plate shape, and a box shape.
The gas-dissolved water supply means is not particularly limited as long as it is a means conventionally used for continuous or intermittent supply of water or nutrient solution. In the present invention, it is preferable to use a drip irrigation tube (also referred to as “drip tube”) capable of supplying gas-dissolved water little by little. By drip irrigation using a drip irrigation tube, it is possible to supply as little water and fertilizer as necessary for crop growth.

さらに、気体溶解水保持層と気体溶解水供給手段とを含む態様においては、無孔性親水性フィルムへの気体溶解水の供給を補助するために、さらに吸水性材料を無孔性親水性フィルムと水不透過性表面との間に設置することができる。吸水性材料は、基本的には水を吸収して保持する材料であれば特に限定はない。一例としては、合成樹脂から作られたスポンジや不織布、織物からなる布、植物性の繊維状、チップ状、粉末状、または、ピートモスや水苔をはじめ一般的に植物支持体として使用される材料も使用可能である。   Furthermore, in the aspect including the gas-dissolved water holding layer and the gas-dissolved water supply means, in order to assist the supply of the gas-dissolved water to the non-porous hydrophilic film, the water-absorbing material is further replaced with the non-porous hydrophilic film. And a water impermeable surface. The water-absorbing material is basically not particularly limited as long as it is a material that absorbs and holds water. Examples include sponges and non-woven fabrics made from synthetic resins, fabrics made from woven fabrics, plant fibers, chips, powders, or materials commonly used as plant supports such as peat moss and moss. Can also be used.

本発明の植物栽培システムを使用して栽培することのできる植物については特に限定はなく、農業、林業、園芸の分野で普通に生育されている植物を全て対象とすることができる。   The plant that can be cultivated using the plant cultivation system of the present invention is not particularly limited, and all plants that are normally grown in the fields of agriculture, forestry, and horticulture can be targeted.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

実施例1
(栽培実験に使用した養液)
養液A:蒸留水に、硫酸カリウム4mM/L、硝酸アンモニウム2mM/L、リン酸二水素カリウム0.4mM/L、硝酸マグネシウム0.2mM/L、塩化カルシウム0.8mM/L、Fe(III)-EDTA0.02mM/L、ホウ酸9.7・M/L、硫酸マンガン8.3・M/L、硫酸亜鉛1.4・M/L、ヨウ化カリウム0.9・M/L、モリブデン酸二ナトリウム0.2・M/L、硫酸銅0.02・M/L、及び塩化コバルト0.02・M/Lを溶解させて得られた水溶液。

養液B:重炭酸カリウム0.5mM/Lを追加し、硫酸カリウムを4mM/Lから3.75mM/Lにに変更した以外は、上記養液Aと同様にして得られた水溶液。
Example 1
(Nutrient solution used for cultivation experiment)
Nutrient solution A: In distilled water, potassium sulfate 4 mM / L, ammonium nitrate 2 mM / L, potassium dihydrogen phosphate 0.4 mM / L, magnesium nitrate 0.2 mM / L, calcium chloride 0.8 mM / L, Fe (III) -EDTA 0.02 mM / L, boric acid 9.7 · M / L, manganese sulfate 8.3 · M / L, zinc sulfate 1.4 · M / L, potassium iodide 0.9 · M / L, molybdic acid An aqueous solution obtained by dissolving disodium 0.2 · M / L, copper sulfate 0.02 · M / L, and cobalt chloride 0.02 · M / L.

Nutrient solution B: An aqueous solution obtained in the same manner as the above nutrient solution A except that 0.5 mM / L of potassium bicarbonate was added and potassium sulfate was changed from 4 mM / L to 3.75 mM / L.

(実験方法)
栽培実験に使用したシステムの模式図を図2Aに示す。無孔性親水性フィルムとして厚さ65μmのポリビニルアルコールフィルム(日本国アイセロ化学(株)製)を用いた2つの培養装置のそれぞれの無孔性親水性フィルムの上に、粒状の活性炭を厚さ5mmほど敷き詰め、コマツナ(日本国東北種苗株式会社製「照彩小松菜」)の種子を7個等間隔に播種し、その後霧吹きで活性炭を湿らせた。培養装置下部の2個の穴へチューブ(外径6mm、内径4mm、ポリウレタン製)を接続し、培養液A(20)または培養液B(21)の入ったポリタンク(5L)内へ入れ、片方のチューブにはユニモルポンプ(18)(日本国日東工器株式会社製)を介した。ユニモルポンプ(18)で、培養液A(20)または培養液B(21)の入ったポリタンクから、培養装置の無孔性親水性フィルムとアクリル枠で囲まれた空間に培養液A(20)または培養液B(21)を充填し、培養装置下部の他方の穴からポリタンクへ戻し、培養液を循環させた。コマツナを播種した培養装置2つを密閉容器(48×64×17cm)内に設置し、湿度90%、温度25℃、光合成光量子束密度(photosynthetic photon flux density、PPFD)250μmol m-2 s-1、12時間照明下、二酸化炭素濃度は大気濃度(720ppm)に保って17日間育苗し、根を無孔性親水性フィルムに活着させた。
(experimental method)
The schematic diagram of the system used for the cultivation experiment is shown in FIG. 2A. A granular activated carbon is formed on the nonporous hydrophilic film of each of the two culture apparatuses using a 65 μm-thick polyvinyl alcohol film (manufactured by Aicero Chemical Co., Ltd., Japan) as the nonporous hydrophilic film. The seeds of Komatsuna (“Torsai Komatsuna” manufactured by Tohoku Tanae Co., Ltd., Japan) were sown at an equal interval of about 5 mm, and the activated carbon was moistened by spraying. Connect a tube (outer diameter 6 mm, inner diameter 4 mm, made of polyurethane) to the two holes at the bottom of the culture apparatus, put it in a plastic tank (5 L) containing culture medium A (20) or culture medium B (21), and A unimol pump (18) (manufactured by Nitto Kohki, Japan) was passed through the tube. With the unimol pump (18), the culture solution A (20) or the culture solution A (20) or the space surrounded by the nonporous hydrophilic film of the culture device and the acrylic frame is transferred from the plastic tank containing the culture solution A (20) or the culture solution B (21). The culture solution B (21) was filled and returned to the plastic tank from the other hole at the bottom of the culture apparatus, and the culture solution was circulated. Two culture devices inoculated with komatsuna were installed in a closed container (48 x 64 x 17 cm), humidity 90%, temperature 25 ° C, photosynthetic photon flux density (PPFD) 250 µmol m -2 s -1 Under 12-hour illumination, the carbon dioxide concentration was kept at atmospheric concentration (720 ppm) and the seedlings were grown for 17 days, and the roots were entrapped in a nonporous hydrophilic film.

播種18日後以降、二酸化炭素を溶解させずに培養液Aを循環させてそのまま培養する区(対照区)と、二酸化炭素ボンベ(19)から二酸化炭素を50ml/minの割合で培養タンクに吹き込み、二酸化炭素を溶解させた培養液B(21)を循環して培養する区(炭酸水区)を設けた。炭酸水区の培養液の二酸化炭素濃度は、日本国東亜ディーケーケー株式会社製のポータブル炭酸ガス濃度計CGP−1を使用して測定したところ、約1000ppmであった。密閉容器内の空気中の二酸化炭素を取り除くために、容器内の空気をエアーポンプ(16)で取り出し、密閉容器外のソーダライムを充填したカラム(15)に通気して二酸化炭素を取り除き、その空気を再び容器内に送り込んで循環させた。炭酸水区では、培養液中の二酸化炭素が無孔性親水性フィルムを介して直接空気中に拡散し光合成に利用されることを防止するために、培養装置をプラスチック製の袋で覆い、植物体の胚軸の部位では幅5mmの隙間を空けた。プラスチック袋の下部に穴を空けてチューブを挿入し、プラスチック袋の内部の空気をポンプで吸引し、密閉容器外のソーダライムを充填したカラムに通気して二酸化炭素を取り除き、その空気を再び容器内に送り込み循環させた。密閉容器内の空気は、炭酸区のコマツナの胚軸の下部のプラスチック製袋の隙間から吸引され、二酸化炭素を取り除いた空気を密閉容器内へ送り込むことになる。培養液中の二酸化炭素が無孔性親水性フィルムを介して直接空気中に拡散すると同時に吸引されるため、二酸化炭素の空気中への拡散をほぼ防止できる。また、密閉容器内は小型の扇風機を作動させ、送風が直接植物体へあたらないように配慮し、容器内の二酸化炭素濃度を均一にして、容器内の二酸化炭素濃度をほぼ0ppm(米国KANOMAX社製KANOMAX INDOOR GAS MONITOR MODEL2331で測定)に保った。二酸化炭素処理を開始した5日後に、植物体の草丈、地上部の生重を調査した。   After 18 days after sowing, the culture medium A was circulated without dissolving the carbon dioxide (the control group), and carbon dioxide was blown into the culture tank at a rate of 50 ml / min from the carbon dioxide cylinder (19). A section (carbonated water section) for circulating and culturing the culture solution B (21) in which carbon dioxide was dissolved was provided. The carbon dioxide concentration in the culture solution in the carbonated water section was about 1000 ppm as measured using a portable carbon dioxide concentration meter CGP-1 manufactured by Toa DKK Corporation. In order to remove carbon dioxide in the air in the sealed container, the air in the container is taken out by an air pump (16), and the carbon dioxide is removed by ventilating the column (15) filled with soda lime outside the sealed container. Air was again circulated into the container. In carbonated water, the culture device is covered with a plastic bag to prevent carbon dioxide in the culture solution from being diffused directly into the air through the nonporous hydrophilic film and used for photosynthesis. A gap with a width of 5 mm was made at the hypocotyl part of the body. Insert a tube with a hole in the bottom of the plastic bag, suck the air inside the plastic bag with a pump, vent it through a column filled with soda lime outside the sealed container, remove carbon dioxide, and recontain the air in the container It was fed in and circulated. The air in the sealed container is sucked from the gap between the plastic bags below the hypocotyl of Komatsuna in the carbonated section, and the air from which carbon dioxide has been removed is sent into the sealed container. Since carbon dioxide in the culture medium diffuses directly into the air through the nonporous hydrophilic film and is sucked at the same time, the diffusion of carbon dioxide into the air can be substantially prevented. In addition, a small electric fan is operated inside the sealed container so that the blower does not directly hit the plant body, the carbon dioxide concentration in the container is made uniform, and the carbon dioxide concentration in the container is almost 0 ppm (USA KANOMAX, Inc.) KANOMAX INDOOR GAS MONITOR MODEL2331 manufactured). Five days after the start of carbon dioxide treatment, the plant height and the fresh weight of the above-ground part were investigated.

上記図2Aのシステムに用いた培養装置のより具体的な構造を図2Bに示す。以下に、この培養装置に関して説明する。厚さ8mmのアクリル板を縦5cm横23cmの長方形にカットして、外周部から1〜1.5cm内側の縦3cm横19cmの長方形を切り取ったものを枠部材A(24)とする。厚さ8mmのアクリル板を縦5cm横25cmの長方形にカットし、外周部から5mmの距離にOリング(27)を埋め込むための溝(28)を彫り、溝の内側部分の両端近くに培養液を出し入れするための穴を2箇所開けたものを底部材B(25)とする。無孔性親水性フィルム(1)を枠部材A(24)と底部材B(25)の間に挟み、外周部に2cm毎にボルト止めをして、培養液(気体溶解水(3))が漏れないように密閉した。培養液を入れたタンクからユニモルポンプ(日本国日東工器株式会社製)を使用して、培養液(3)を底部材B(25)と無孔性親水性フィルム(1)との隙間に、底部材Bに開けた1箇所の穴(22)から充填し、他方の穴(23)から排出して培養液タンクに戻すことにより、培養液(3)を培養装置内に循環させた。   FIG. 2B shows a more specific structure of the culture apparatus used in the system shown in FIG. 2A. Hereinafter, the culture apparatus will be described. An acrylic plate having a thickness of 8 mm is cut into a rectangular shape having a length of 5 cm and a width of 23 cm, and a rectangular shape having a length of 3 cm and a width of 19 cm, which is 1 to 1.5 cm inside, is cut from the outer periphery. Cut an acrylic plate with a thickness of 8 mm into a rectangle with a length of 5 cm and a width of 25 cm, carve a groove (28) for embedding the O-ring (27) at a distance of 5 mm from the outer periphery, and culture medium near both ends of the inner part of the groove The bottom member B (25) is formed with two holes for taking in and out. A non-porous hydrophilic film (1) is sandwiched between the frame member A (24) and the bottom member B (25), and is bolted to the outer periphery every 2 cm, and the culture solution (gas dissolved water (3)) Sealed to prevent leakage. Using a unimol pump (manufactured by Nitto Kohki, Japan) from the tank containing the culture solution, the culture solution (3) is placed in the gap between the bottom member B (25) and the nonporous hydrophilic film (1). The culture medium (3) was circulated in the culture device by filling the bottom member B from one hole (22) opened, discharging from the other hole (23) and returning to the culture medium tank.

(実験結果に対する記述)
実験結果を図3及び図4に示す。
(Description of experimental results)
The experimental results are shown in FIGS.

低二酸化炭素処理開始2日後には、対照区では子葉が枯死し、本葉も部分的に退緑化し、植物体が萎れて倒伏した状態であった(図3のB)。さらに、低二酸化炭素処理5日後に生育調査を行った結果、草丈および生重とも炭酸水区が対照区を上回った(図4A、図4B)。炭酸水区では、子葉に一部退緑化や萎れが認められたが、本葉では退緑化や萎れ、根ぐされ等は認められなかった(図3のA)。   Two days after the start of low carbon dioxide treatment, in the control plot, the cotyledon died and the true leaf was also partially greened, and the plant body was wilted and laid down (B in FIG. 3). Furthermore, as a result of conducting a growth survey 5 days after the low carbon dioxide treatment, the carbonated water area exceeded the control area in both plant height and fresh weight (FIGS. 4A and 4B). In the carbonated water area, some cotyledons and wilt were observed in the cotyledons, but no degreasing, wilt and rooting were observed in the main leaves (A in FIG. 3).

本実験では、二酸化炭素欠乏を人工的に発生させて、光酸化障害を発生させ、培養液中に溶かした二酸化炭素が光合成に利用できるかどうかを調査した。培養液中の二酸化炭素が光合成に利用できれば、光酸化障害発生が軽減されるはずである。実験終了後、密閉容器内の複数箇所で二酸化炭素濃度を測定した結果、ほぼ0ppmであった。このことから、光照射中は二酸化炭素欠乏により、光酸化障害が発生すると考える。対照区では、二酸化炭素欠乏処理2日後から子葉が枯死し、本葉も退緑化する等の光酸化障害が発生した。炭酸水区では、子葉では若干の退緑化の光酸化障害が発生したが、本葉ではほとんど光酸化障害が発生しなかった。培養液に溶解させた二酸化炭素が無孔性親水性フィルムを透過して根から吸収され、光合成に利用されて光酸化障害がほとんど発生しなかったと考える。さらに、炭酸水区では植物体の草丈及び生重量が対照区を上回った。このことから、培養液に溶解させた二酸化炭素が無孔性親水性フィルムを透過して根から吸収し光合成に利用されて、植物体の生長が回復したと考える。また、二酸化炭素を溶解させた培養液で培養しても植物の根が酸素欠乏に陥り根ぐされを起こすことを回避できることが証明できた。   In this experiment, carbon dioxide deficiency was artificially generated, photooxidation damage was generated, and it was investigated whether carbon dioxide dissolved in the culture medium could be used for photosynthesis. If carbon dioxide in the culture medium can be used for photosynthesis, the occurrence of photooxidation damage should be reduced. After the experiment was completed, the carbon dioxide concentration was measured at a plurality of locations in the sealed container. From this, it is considered that photooxidation damage occurs due to carbon dioxide deficiency during light irradiation. In the control plot, photooxidation damage occurred, such as the cotyledon withered and the true leaf also turned green two days after the carbon dioxide deficiency treatment. In the carbonated water area, some cotyledon photooxidation damage occurred in the cotyledons, but almost no photooxidation damage occurred in the main leaves. It is considered that carbon dioxide dissolved in the culture broth permeated through the nonporous hydrophilic film and absorbed from the roots, and was used for photosynthesis, causing almost no photooxidation damage. Furthermore, in the carbonated water area, the plant height and fresh weight of the plant body exceeded that of the control area. From this, it is considered that the carbon dioxide dissolved in the culture broth permeates through the nonporous hydrophilic film and is absorbed from the roots and used for photosynthesis, thereby restoring the growth of the plant body. It was also proved that plant roots can be avoided from becoming deficient in oxygen deficiency even when cultured in a culture solution in which carbon dioxide is dissolved.

実施例2
無孔性親水性フィルムを用いる本発明の植物栽培用システムと植物の根を養液に浸す従来の開放系水耕栽培システムにおける、炭酸水からの二酸化炭素の散逸速度の違いを評価するための実験を以下のようにして行った。
Example 2
In order to evaluate the difference in the rate of dissipation of carbon dioxide from carbonated water in the plant cultivation system of the present invention using a nonporous hydrophilic film and the conventional open hydroponic cultivation system in which plant roots are immersed in nutrient solution The experiment was conducted as follows.

実験は、25℃に保った培養室内において行った。養液として、実施例1で使用した養液Bに、実施例1と同様の方法で二酸化炭素を溶解させて得られた炭酸水を用いた。この炭酸水を、縦20cm、横30cm、深さ6cmの2つの容器に、それぞれ水深4cmになるように入れた。2つの容器の一方の養液の表面上に、実施例1で使用したのと同様の無孔性親水性フィルムを設置して本発明のシステムを得た(もう一方の無孔性親水性フィルムを使用しない容器が従来の開放系水耕栽培システムに相当する。)2つの容器とも、4cmのスターラーチップを用いて毎分180rpmで攪拌した。1時間後、日本国東亜ディーケーケー株式会社製のポータブル炭酸ガス濃度計CGP−1を使用し、この濃度計の取扱説明書に記載の方法で、養液中の二酸化炭素濃度を測定した。結果を表5に示す。   The experiment was performed in a culture chamber maintained at 25 ° C. As the nutrient solution, carbonated water obtained by dissolving carbon dioxide in the nutrient solution B used in Example 1 in the same manner as in Example 1 was used. This carbonated water was put in two containers each having a length of 20 cm, a width of 30 cm, and a depth of 6 cm so that the water depth was 4 cm. A nonporous hydrophilic film similar to that used in Example 1 was placed on the surface of one nutrient solution in two containers to obtain the system of the present invention (the other nonporous hydrophilic film). A container that does not use is equivalent to a conventional open hydroponics system.) Both containers were stirred at 180 rpm per minute using a 4 cm stirrer chip. After 1 hour, a portable carbon dioxide concentration meter CGP-1 manufactured by Toa DKK Corporation of Japan was used, and the carbon dioxide concentration in the nutrient solution was measured by the method described in the instruction manual for this concentration meter. The results are shown in Table 5.

Figure 2012034649
Figure 2012034649

上記表から明らかなように、従来の開放系水耕栽培システムにおいては、1時間で溶存二酸化炭素の約90%が散逸してしまうのに対して、本発明のシステムにおいては約25%の散逸に抑えられていることが分かる。   As is apparent from the above table, about 90% of the dissolved carbon dioxide is dissipated in one hour in the conventional open hydroponics system, whereas about 25% is dissipated in the system of the present invention. It can be seen that

本発明の植物栽培用システムを使用して植物の栽培を行うと、根ぐされなどの原因となる根の酸素欠乏状態を招くことなく、効率的且つ安定的に十分な量の二酸化炭素や水素などの気体を植物の根から吸収させることができ、それにより長期間に亘り持続的に植物の生長を著しく促進させることが可能となる。従って、本発明の植物栽培用システムおよびこれを用いた植物栽培方法は、農業・林業・園芸全般に対しても広く適用することができ、穀類・野菜類などの農作物、花卉類、果樹、植林・緑化用樹木などの収量増加、品質向上、挿し木による大量クローン増殖などに優れた効果を発揮する。   When a plant is cultivated using the plant cultivation system of the present invention, a sufficient amount of carbon dioxide, hydrogen, etc. can be efficiently and stably without causing an oxygen-deficient state of the root that causes rooting. Gas can be absorbed from the roots of the plant, thereby making it possible to significantly promote the growth of the plant continuously over a long period of time. Therefore, the plant cultivation system and the plant cultivation method using the same according to the present invention can be widely applied to agriculture, forestry, and horticulture in general, and crops such as cereals and vegetables, florets, fruit trees, and afforestation.・ Exhibits excellent effects in increasing yield, quality improvement, and large-scale clonal propagation by cuttings for tree planting.

本発明の植物栽培システムの基本的な態様の一例を示す摸式断面図。The saddle type sectional view showing an example of the basic mode of the plant cultivation system of the present invention. 実施例1で採用した実験システムの全体を示す概略図。1 is a schematic diagram showing the entire experimental system employed in Example 1. FIG. 実施例1で採用した実験システムに含まれる栽培装置の概略図。1 is a schematic diagram of a cultivation device included in an experimental system employed in Example 1. FIG. 実施例1において、低二酸化炭素処理開始から2日後のコマツナの生育状況を示す写真。Aは炭酸水区、Bは対照区。In Example 1, the photograph which shows the growth condition of the komatsuna 2 days after a low carbon dioxide process start. A is carbonated water zone, B is a control zone. 実施例1において、低二酸化炭素処理開始から5日後のコマツナの草丈の平均値(n=7)を示すグラフ。(エラーバーは標準偏差を示す。)In Example 1, the graph which shows the average value (n = 7) of the plant height of the komatsuna 5 days after a low carbon dioxide process start. (Error bars indicate standard deviation.) 実施例1において、低二酸化炭素処理開始から5日後のコマツナの地上部の生重量の平均値(n=7)を示すグラフ。(エラーバーは標準偏差を示す。)In Example 1, the graph which shows the average value (n = 7) of the raw weight of the above-ground part of a komatsuna 5 days after a low carbon dioxide process start. (Error bars indicate standard deviation.)

1 無孔性親水性フィルム
2 気体
3 気体溶解水
4 給液ポンプ
5 気体溶解水を吸収してなる吸水材料
6 植物
7 根
8 植物栽培用支持体(土壌)
9 気体溶解水供給管
10 細霧噴霧用手段
11 水不透過性表面
12 エアー排出
13 エアーの流れ
14 エアー吸引
15 二酸化炭素除去カラム
16 エアーポンプ
17 蛍光灯
18 ポンプ
19 二酸化炭素ボンベ
20 溶液A
21 溶液B
22 培養液入口用穴
23 培養液出口用穴
24 部材A
25 部材B
26 無孔性親水性フィルムと一体化した根
27 Oリング
28 Oリング用の溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonporous hydrophilic film 2 Gas 3 Gas dissolved water 4 Feed pump 5 Water absorption material 6 which absorbs gas dissolved water 6 Plant 7 Root 8 Support for plant cultivation (soil)
9 Gas-dissolved water supply pipe 10 Fine spraying means 11 Water impermeable surface
12 Air discharge 13 Air flow 14 Air suction 15 Carbon dioxide removal column 16 Air pump 17 Fluorescent lamp 18 Pump 19 Carbon dioxide cylinder 20 Solution A
21 Solution B
22 Culture solution inlet hole 23 Culture solution outlet hole 24 Member A
25 Member B
26 Groove for root 27 O-ring 28 O-ring integrated with non-porous hydrophilic film

Claims (12)

植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルム、
植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を水に溶解させて得られる気体溶解水であって、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水、および
該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段
を含むことを特徴とする、植物栽培用システム。
Nonporous hydrophilic film for cultivating plants on it,
Gas-dissolved water obtained by dissolving at least one gas that promotes plant growth in water, the gas-dissolved water disposed so as to contact the lower surface of the nonporous hydrophilic film, and the gas A system for plant cultivation, comprising gas dissolved water holding means for holding dissolved water under the nonporous hydrophilic film.
該気体が二酸化炭素および水素からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、二酸化炭素を水に溶解させた場合、該気体溶解水中に溶解している二酸化炭素の量が50ppm以上であって、水素を水に溶解させた場合、該気体溶解水中に溶解している水素の量が0.002ppm以上であることを特徴とする、請求項1に記載の植物栽培用システム。   The gas is at least one selected from the group consisting of carbon dioxide and hydrogen, and when carbon dioxide is dissolved in water, the amount of carbon dioxide dissolved in the gas-dissolved water is 50 ppm or more, and hydrogen The plant cultivation system according to claim 1, wherein when water is dissolved in water, the amount of hydrogen dissolved in the gas-dissolved water is 0.002 ppm or more. 該気体溶解水が、さらに肥料成分を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の植物栽培用システム。   The system for plant cultivation according to claim 1 or 2, wherein the gas-dissolved water further contains a fertilizer component. 該気体溶解水のpHが4〜8の範囲内であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の植物栽培用システム。   The plant cultivation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the pH of the gas-dissolved water is in the range of 4 to 8. 該無孔性親水性フィルムが、該植物栽培用システムの無孔性親水性フィルムの上で植物を35日間栽培した際に、該無孔性親水性フィルムを栽培した植物の根から剥離するための剥離強度が10g以上となるフィルムであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の植物栽培用システム。   When the nonporous hydrophilic film is cultivated on the nonporous hydrophilic film of the plant cultivation system for 35 days, the nonporous hydrophilic film peels off from the root of the plant where the nonporous hydrophilic film is grown. The plant cultivation system according to claim 1, wherein the film has a peel strength of 10 g or more. 気体溶解水保持手段が水耕栽培用水槽であり、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水が水耕栽培用水槽に収容されてなることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の植物栽培用システム。   The gas-dissolved water holding means is a hydroponics aquarium, and the gas-dissolved water disposed so as to contact the lower surface of the nonporous hydrophilic film is accommodated in the hydroponics aquarium. The system for plant cultivation according to any one of claims 1 to 5. 該気体溶解水保持手段が水不透過性表面を有し、その上に該無孔性親水性フィルムが敷設されてなり、無孔性親水性フィルムと気体溶解水保持手段との間に該気体溶解水を連続的または間歇的に供給する気体溶解水供給手段をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の植物栽培用システム。   The gas-dissolved water holding means has a water-impermeable surface, and the non-porous hydrophilic film is laid thereon, and the gas is interposed between the non-porous hydrophilic film and the gas-dissolved water holding means. The plant cultivation system according to any one of claims 1 to 5, further comprising gas dissolved water supply means for supplying the dissolved water continuously or intermittently. 気体溶解水供給手段が、無孔性親水性フィルムと気体溶解水保持手段との間に設置された点滴灌水チューブであることを特徴とする、請求項7に記載の植物栽培システム。   The plant cultivation system according to claim 7, wherein the gas-dissolved water supply means is a drip irrigation tube installed between the nonporous hydrophilic film and the gas-dissolved water holding means. (1)植物をその上で栽培するための無孔性親水性フィルム、
植物の生育を促進する少なくとも1種の気体を水に溶解させて得られる気体溶解水であって、該無孔性親水性フィルムの下面に接触するように配置された気体溶解水、および
該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムの下に保持するための気体溶解水保持手段
を含むことを特徴とすることを特徴とする植物栽培用システムを提供し、
(2)該システム内の無孔性親水性フィルムの上に植物を配置し、そして
(3)該気体溶解水を、該無孔性親水性フィルムを介して該植物に接触させることによって、該無孔性親水性フィルムの上で植物を栽培する
ことを包含する植物栽培方法。
(1) a nonporous hydrophilic film for cultivating plants thereon,
Gas-dissolved water obtained by dissolving at least one gas that promotes plant growth in water, the gas-dissolved water disposed so as to contact the lower surface of the nonporous hydrophilic film, and the gas Providing a system for plant cultivation characterized by comprising gas-dissolved water retaining means for retaining dissolved water under the nonporous hydrophilic film;
(2) placing the plant on a non-porous hydrophilic film in the system; and (3) contacting the plant with the gas-dissolved water through the non-porous hydrophilic film. A plant cultivation method comprising cultivating a plant on a nonporous hydrophilic film.
該気体が二酸化炭素および水素からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、二酸化炭素を水に溶解させた場合、該気体溶解水中に溶解している二酸化炭素の量が50ppm以上であって、水素を水に溶解させた場合、該気体溶解水中に溶解している水素の量が0.002ppm以上であることを特徴とする、請求項9に記載の植物栽培方法。   The gas is at least one selected from the group consisting of carbon dioxide and hydrogen, and when carbon dioxide is dissolved in water, the amount of carbon dioxide dissolved in the gas-dissolved water is 50 ppm or more, and hydrogen The plant cultivation method according to claim 9, wherein when water is dissolved in water, the amount of hydrogen dissolved in the gas-dissolved water is 0.002 ppm or more. 該気体溶解水として、さらに肥料成分を含む気体溶解水を使用し、それにより、該工程(3)において、該植物の根を該フィルム上で成長させて該フィルムと一体化させることを特徴とする、請求項9または10に記載の植物栽培方法。   As the gas-dissolved water, gas-dissolved water further containing a fertilizer component is used, whereby in the step (3), the plant roots are grown on the film and integrated with the film. The plant cultivation method according to claim 9 or 10. 該気体溶解水のpHが4〜8の範囲内であることを特徴とする、請求項9〜11のいずれかに記載の植物栽培方法。   The plant cultivation method according to any one of claims 9 to 11, wherein the pH of the gas-dissolved water is within a range of 4 to 8.
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