JP2015029449A - 人工土壌粒子、及び植物育成培地 - Google Patents

Abstract

【課題】植物を栽培する植物育成培地のｐＨの変化を容易に判断し、管理することができる人工土壌粒子を提供する。【解決手段】水素イオン濃度に応じて変色するｐＨ指示薬２を含有し、ｐＨ指示薬２は、コチニールレッド、ラック色素、アントシアニン系赤色色素、コンゴーレッド、ニュートラルレッド、メチルレッド、クレゾールレッド、ブロモクレゾールパープル、及びブロモチモールブルーからなる群から選択される少なくとも一種であり、ｐＨ指示薬２は、複数種のｐＨ指示薬２を含み、夫々のｐＨ指示薬２は、水素イオン濃度が５〜７．５の領域で同じ色相を呈するように組み合わされる。【選択図】図１

Description

本発明は、植物育成用の人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を用いた植物育成培地に関する。

近年、生育条件がコントロールされた環境下で野菜等の植物を栽培する植物工場が増加している。これまでの植物工場は、レタス等の葉物野菜の水耕栽培が中心であったが、最近では水耕栽培には向かない根菜類についても栽培が試みられている。

植物工場において天然土壌を用いた根菜類の栽培を行う場合、植物工場への病害虫の持ち込みが問題となるため、人工土壌を用いた根菜類等の栽培を実施する動きがある。根菜類の栽培では、土壌を根菜類の成長にとって最適な水素イオン濃度（ｐＨ）領域に維持することが必要になる。しかし、人工土壌は、天然土壌と比較すると一般にｐＨの緩衝作用が少ないため、植物が分泌する根酸等により人工土壌のｐＨが変化することがある。その結果、土壌中に保持されている肥料成分が流出したり、植物の成長に障害が現れたりすることがある。このため、人工土壌を用いて植物を栽培する場合、土壌中のｐＨを適切に管理する必要がある。

これまで開発された人工土壌のｐＨ調整に関連する技術としては、ｐＨ調整剤を含有する土壌改良資材を用いた培養土が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３−３８０２７号公報

特許文献１の土壌のｐＨを調整する技術は、天然土壌を含む培養土にｐＨ調整剤を添加して、土壌のｐＨ緩衝能を高めるものである。ところが、この技術を、人工土壌を用いた植物体の栽培にそのまま適用したとしても、人工土壌のｐＨを十分維持できるとは限らない。また、特許文献１は、あくまで土壌のｐＨ緩衝能を高めるだけのものであり、人工土壌のｐＨを適切に管理するためには、人工土壌のｐＨを経時的にモニタリングする必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、植物を栽培する植物育成培地のｐＨの変化を容易に判断し、管理することができる人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を用いた植物育成培地を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌粒子の特徴構成は、
水素イオン濃度に応じて変色するｐＨ指示薬を含有することにある。

本構成の人工土壌粒子によれば、水素イオン濃度に応じて変色するｐＨ指示薬を含有することから、人工土壌粒子から構成される植物育成培地のｐＨの変化を目視で判断することができる。従って、植物育成培地のｐＨを適切に管理することができるとともに、目視で確認しながら植物育成培地のｐＨを、栽培植物の成長にとって最適なｐＨに容易に調整することも可能となる。さらに、観葉植物等を屋内で栽培する場合、植物育成培地を透明の鉢などに入れると、人工土壌粒子の色がｐＨの変化に応じて変化することから、インテリア性にも優れた植物育成培地とすることができる。

本発明に係る人工土壌粒子において、
前記ｐＨ指示薬は、コチニールレッド、ラック色素、アントシアニン系赤色色素、コンゴーレッド、ニュートラルレッド、メチルレッド、クレゾールレッド、ブロモクレゾールパープル、及びブロモチモールブルーからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、ｐＨ指示薬として上記の適切なものを選択しているため、人工土壌粒子から構成される植物育成培地のｐＨを目視で確実に判断することができる。従って、植物育成培地のｐＨの管理や調整を確実に行うことができる。

本発明に係る人工土壌粒子において、
前記ｐＨ指示薬は、複数種のｐＨ指示薬を含み、夫々のｐＨ指示薬は、水素イオン濃度が５〜７．５の領域で同じ色相を呈するように組み合わされることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、ｐＨ指示薬は、複数種のｐＨ指示薬を含み、夫々のｐＨ指示薬は、水素イオン濃度が５〜７．５の領域で同じ色相を呈するように組み合わされるため、ｐＨ５〜７．５の領域における色相が強調される。従って、ｐＨが５〜７．５の領域とそれ以外のｐＨ領域との色相の違いが明確になるため、特に植物の育成に重要な中性付近の植物育成培地のｐＨの変化をより確実に目視で判断することができる。その結果、植物育成培地のｐＨの管理や調整をより確実に行うことができる。

本発明に係る人工土壌粒子において、
前記複数種のｐＨ指示薬の組み合わせは、コンゴーレッドとニュートラルレッドとの組み合わせ、メチルレッドとブロモチモールブルーとの組み合わせ、又はメチルレッドとクレゾールレッドとの組み合わせの中から選択される少なくとも一つであることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、複数種のｐＨ指示薬の組み合わせとして、コンゴーレッドとニュートラルレッドとの組み合わせ、メチルレッドとブロモチモールブルーとの組み合わせ、又はメチルレッドとクレゾールレッドとの組み合わせの中から選択される少なくとも一つであるため、中性付近のｐＨが６〜７の領域において赤色又は黄色が強調される。従って、ｐＨが６〜７の領域とそれ以外のｐＨ領域との色相の違いがさらに明確になるため、植物育成培地のｐＨの変化をさらに確実に目視で判断することができる。その結果、植物育成培地のｐＨをさらに適切に管理し、調整することができる。

本発明に係る人工土壌粒子において、
細孔を有するフィラーを当該フィラーの間に連通孔が形成されるように複数集合してなる基部を備え、少なくとも前記連通孔の内部から前記基部の表面に亘る領域に前記ｐＨ指示薬を担持させてあることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、上記構造を備えるため、水分が連通孔に保持されると、連通孔内部から基部の表面に亘る領域に坦持されたｐＨ指示薬が水分に溶解し、植物育成培地のｐＨの変化に伴う色の変化が反映される。その結果、植物育成培地のｐＨを適切に管理することができるとともに、目視で確認しながら植物育成培地のｐＨを、栽培植物の成長にとって最適な状態に調整することができる。

本発明に係る人工土壌粒子において、
前記細孔にイオン交換能を付与してあることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、細孔にイオン交換能が付与されていることから、人工土壌粒子に肥料を坦持させることができる。イオン交換能が付与された人工土壌粒子は、植物育成培地のｐＨの変化により、肥料成分を坦持したり、放出したりすることができる。本構成の人工土壌粒子は、色の変化で植物育成培地のｐＨを認識することができるため、目視で植物育成培地のｐＨを確認しながら、ｐＨ調整を行うことにより、人工土壌粒子に坦持された肥料を栽培植物の成長にとって最適な時期に効果的に放出させることが可能となる。

本発明に係る人工土壌粒子において、
繊維を集合した基部と、前記基部を被覆する被覆層とを備え、少なくとも前記被覆層に前記ｐＨ指示薬を担持させてあることが好ましい。

本構成の人工土壌粒子によれば、上記構造を備えるため、植物育成培地の水分が基部に吸収される際に、被覆層を通過する水分にｐＨ指示薬が溶解し、植物育成培地のｐＨの変化に伴う色の変化が反映される。その結果、植物育成培地のｐＨを適切に管理することができるとともに、目視で確認しながら植物育成培地のｐＨを、栽培植物の成長にとって最適な状態に調整することができる。

上記課題を解決するための本発明に係る植物育成培地の特徴構成は、
上記何れか一つの人工土壌粒子を使用したことにある。

本構成の人工土壌粒子を使用した植物育成培地によれば、水素イオン濃度に応じて変色するｐＨ指示薬を含有する人工土壌粒子により構成されていることから、植物育成培地のｐＨの変化に応じて人工土壌粒子の色が変化する。このため、植物育成培地のｐＨの変化を目視で判断することができる。その結果、植物育成培地のｐＨを適切に管理することができるとともに、目視で確認しながら植物育成培地のｐＨを、栽培植物の成長にとって最適なｐＨに調整することができる。

図１は、二種類の人工土壌粒子を概念的に示した説明図である。 図２は、フィラーを集合してなる人工土壌粒子を概念的に示した説明図である。

以下、本発明に係る人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を用いた植物育成培地に関する実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

＜人工土壌粒子＞
図１は、本発明の実施形態である二種類の人工土壌粒子５０を概念的に示した説明図である。図１（ａ）は、複数のフィラー１を集合して粒状物（基部）を構成し、フィラー１同士の間にｐＨ指示薬２を坦持させた人工土壌粒子５０ａを例示したものである。図１（ｂ）は、繊維３が集合した繊維塊状体１０（基部）を構成し、当該繊維塊状体１０の外表にｐＨ指示薬２を含有させた被覆層２０を形成した人工土壌粒子５０ｂを例示したものである。これら人工土壌粒子５０に担持されたｐＨ指示薬２は、人工土壌粒子５０内に侵入した水の水素イオン濃度に反応して変色するため、当該人工土壌粒子５０を用いた植物育成培地のｐＨを目視により容易に判断することができる。従って、植物育成培地にｐＨ調整剤等を添加すると、目視で確認しながら、植物育成培地のｐＨを、栽培植物の成長にとって最適なｐＨに調整することができる。また、本発明の人工土壌粒子５０を透明の鉢等に入れて屋内で観葉植物等を栽培すると、人工土壌粒子５０の色がｐＨの変化に応じて変化し、インテリア性にも優れた植物育成培地となる。植物育成培地は、人工土壌粒子５０を用いて植物を栽培できる形態であればよい。例えば、人工土壌粒子５０を単に天然土壌の代わりに使用したものでもよく、人工土壌粒子５０をバインダー等で固めてシート状に形成したものでもよく、人工土壌粒子５０をバインダー等で固めてブロック状に形成したものでもよい。

本発明で用いるｐＨ指示薬２は、栽培する植物の生育可能なｐＨ領域と植物の生育に悪影響を及ぼす虞があるｐＨ領域とを区別できるものであればよい。ｐＨ指示薬２は、コチニールレッド、ラック色素、アントシアニン系赤色色素、コンゴーレッド、リトマス、フェノールレッド、ニュートラルレッド、ナフトールレッド、メチルレッド、クレゾールレッド、ブロモクレゾールパープル、ブロモクレゾールグリーン、メチルオレンジ、メチルイエロー、チモールブルー、ナフトールフタレイン、フェノールフタレイン、チモールフタレイン、ブロモチモールブルー等が挙げられ、好ましくはコチニールレッド、ラック色素、アントシアニン系赤色色素、コンゴーレッド、ニュートラルレッド、メチルレッド、クレゾールレッド、ブロモクレゾールパープル、ブロモチモールブルーである。

コチニールレッドの変色範囲は、ｐＨ４以下で橙色、ｐＨ５〜７．５程度で赤色、ｐＨ８以上で赤紫色である。ラック色素の変色範囲は、ｐＨ４以下で橙色、ｐＨ５〜７．５程度で赤橙色、ｐＨ８以上で赤紫色である。アントシアニン系赤色色素の変色範囲は、ｐＨ４以下で赤〜赤紫色、ｐＨ５．５〜７程度で薄紫色、ｐＨ８以上で青紫色である。コンゴーレッドの変色範囲は、ｐＨ３以下で紫色、ｐＨ５以上で赤色である。ニュートラルレッドの変色範囲は、ｐＨ７以下で赤色、ｐＨ８以上で黄色である。メチルレッドの変色範囲は、ｐＨ４．４以下で赤色、ｐＨ６．２以上で黄色である。クレゾールレッドの変色範囲は、ｐＨ７．２以下で黄色、ｐＨ８．８以上で赤紫色である。ブロモクレゾールパープルの変色範囲は、ｐＨ５以下で黄色、ｐＨ７以上で紫色である。ブロモチモールブルーの変色範囲は、ｐＨ６以下で黄色、ｐＨ７．６以上で青色である。

人工土壌粒子５０に対するｐＨ指示薬２の含有量は、０．１〜７５重量％が好ましい。ｐＨ指示薬２の含有量が０．１重量％未満の場合、人工土壌粒子５０が十分に着色せず植物育成培地のｐＨの変化を確認することができない虞がある。また、人工土壌粒子５０に７５重量％を超えてｐＨ指示薬２を含有させても、人工土壌粒子５０の色の変化に大きな違いが認められず、経済的にも不利である。

ｐＨ指示薬２は、単独で人工土壌粒子５０に含有させてもよいが、複数のｐＨ指示薬２を組み合わせて人工土壌粒子５０に含有させてもよい。複数のｐＨ指示薬２を人工土壌粒子５０に含有させると、植物育成培地のｐＨの変化に応じて人工土壌粒子５０の色を明確に変化させることが可能になる。これにより、植物育成培地のｐＨを目視で確実に判断することができる。ｐＨ指示薬２の組み合わせは、多くの植物の栽培にとって最適なｐＨ５〜７．５の領域で同じ色相を呈するように組み合わせることが好ましい。ｐＨ５〜７．５の領域で同じ色相を呈する複数のｐＨ指示薬２を組み合わせることにより、ｐＨ５〜７．５における人工土壌粒子５０の色相が強調されることになる。その結果、ｐＨ５〜７．５以外のｐＨ領域との色相の違いが明確になり、植物育成培地のｐＨの変化をさらに確実に目視で判断することが可能となる。

具体的なｐＨ指示薬２の組み合わせとしては、例えば、コンゴーレッドとニュートラルレッドとの組み合わせ、メチルレッドとブロモチモールブルーとの組み合わせ、又はメチルレッドとクレゾールレッドとの組み合わせ等が挙げられる。コンゴーレッドとニュートラルレッドとの組み合わせは、ｐＨ５〜７の領域で赤色が強調され、メチルレッドとブロモチモールブルーとの組み合わせは、ｐＨ５〜７の領域で黄色が強調され、メチルレッドとクレゾールレッドとの組み合わせは、ｐＨ６〜７の領域で黄色が強調される。コンゴーレッドとニュートラルレッドとの組み合わせによる植物育成培地の色の変化は、ｐＨ３以下で紫色、ｐＨ５〜７の領域で赤色、ｐＨ８以上で黄色に変色し、メチルレッドとブロモチモールブルーとの組み合わせによる植物育成培地の色の変化は、ｐＨ４以下で赤色、ｐＨ５〜７の領域で黄色、ｐＨ８以上で青緑色に変色し、メチルレッドとクレゾールレッドとの組み合わせによる植物育成培地の色の変化は、ｐＨ４以下で赤色、ｐＨ６〜７の領域で黄色、ｐＨ９以上で赤紫色に変色する。このような組み合わせにより、特定のｐＨ領域の色相が強調され、他のｐＨ領域の色相と明確に区別することができる。

複数のｐＨ指示薬２の組み合わせは、特定の植物の成長に最適なｐＨ領域において同じ色相を呈するｐＨ指示薬２を組み合わせてもよい。栽培する植物が野菜の場合、例えば、ニンジン、キュウリ、タマネギ、サツマイモ、カボチャ等はｐＨ５．５〜７の領域において同じ色相を呈するｐＨ指示薬２を組み合わせればよく（例えば、コンゴーレッドとニュートラルレッドとの組み合わせ）、大根、ホウレンソウ、アスパラ等はｐＨ６〜７．５の領域において同じ色相を呈するｐＨ指示薬２を組み合わせればよい（例えば、メチルレッドとクレゾールレッドとの組み合わせ）。栽培する植物が花卉の場合、例えば、バラ、アジサイ（赤）、チューリップ、マリーゴールド、カーネーション等はｐＨ６〜７の領域において同じ色相を呈するｐＨ指示薬２を組み合わせればよく、ラン、ベゴニア等はｐＨ５〜６の領域において同じ色相を呈するｐＨ指示薬２を組み合わせればよい。栽培する植物が観葉植物の場合、例えば、アイビー、アロエ、ドラセナ、ベンジャミン、ポトス等はｐＨ５．５〜６．５の領域において同じ色相を呈するｐＨ指示薬２を組み合わせればよく、アンスリューム、テーブルヤシ、ペペロミア等はｐＨ５〜６．５の領域において同じ色相を呈するｐＨ指示薬２を組み合わせればよい。

＜粒状物の構造＞
図２は、フィラー１を集合してなる人工土壌粒子５０ａを概念的に示した説明図である。人工土壌粒子５０ａは、複数のフィラー１を集合させて粒状物（基部）にしたものである。図２（ａ）は、フィラー１として、多孔質天然鉱物であるゼオライト１ａを使用した人工土壌粒子５０ａを例示したものである。図２（ｂ）は、フィラー１として、層状天然鉱物であるハイドロタルサイト１ｂを使用した人工土壌粒子５０ａを例示したものである。

人工土壌粒子５０ａ中の複数のフィラー１は、それらが互いに接触していることは必須ではなく、一粒子内でバインダー等を介して一定範囲内の相対的な位置関係を維持していれば、複数のフィラー１が集合して粒状に構成したものと考えることができる。人工土壌粒子５０ａを構成するフィラー１は、表面から内部にかけて多数の細孔４を有する。細孔４は、種々の形態を含む。例えば、フィラー１が、図２（ａ）に示すゼオライト１ａの場合、当該ゼオライト１ａの結晶構造中に存在する空隙が細孔４ａであり、図２（ｂ）に示すハイドロタルサイト１ｂの場合、当該ハイドロタルサイト１ｂの層構造中に存在する層間が細孔４ｂである。つまり、本発明において「細孔」とは、フィラー１の構造中に存在する空隙部、層間部、空間部等を意図し、これらは「孔状」の形態に限定されるものではない。ゼオライト１ａ及びハイドロタルサイト１ｂは、イオン交換性鉱物であるため、細孔４に肥料成分を保持することができる。

人工土壌粒子５０ａは、複数のフィラー１の間に連通孔５が形成されている。ｐＨ指示薬２は、当該連通孔５の内部から基部の表面に亘る領域に坦持されている。連通孔５は、主に水分を保持することができ、植物育成培地に含まれる水分を効率よく取り込むことができる。これにより、植物育成培地中のｐＨの変化に応じて人工土壌粒子５０ａに含まれているｐＨ指示薬２を効率よく変色させることができる。その結果、植物育成培地のｐＨの変化を目視で確実に判断することができる。

本発明の人工土壌粒子５０ａで用いるフィラー１は、例えば、パーライト、タルク、珪藻土、カオリン、ロックウール、イオン交換性鉱物等の無機鉱物、ピートモス、ウレタンフォーム、ヤシ殻、クリプトモス（登録商標）、セルロースファイバー等の有機素材等が挙げられる。この中でもイオン交換性鉱物は、人工土壌粒子５０ａに十分な保肥性を与えるため好適に用いられる。イオン交換性鉱物としては、陽イオン交換性鉱物、陰イオン交換性鉱物、及び腐植等が挙げられる。また、人工土壌粒子５０ａに保肥性を与えるために、イオン交換能を有さない多孔質材料（例えば、高分子発泡体、ガラス発泡体等）を別に用意し、当該多孔質材料の細孔にイオン交換能が付与された材料を圧入や含浸等によって導入し、これをフィラー１として使用することも可能である。また、イオン交換性樹脂を導入することも可能である。

上記イオン交換性鉱物等を用いた人工土壌粒子５０ａの保肥性は、植物育成培地のｐＨの変化により大きく影響を受ける。植物育成培地のｐＨが変化すると、イオン交換体に吸着していた肥料成分が流出し、人工土壌粒子５０ａが肥料成分を保持できなくなる虞がある。これを避けるために、人工土壌粒子５０ａの肥料を保持可能なｐＨ領域に、植物育成培地のｐＨを維持する必要がある。人工土壌粒子５０ａは、ｐＨ指示薬２を含有していることから、目視で植物育成培地のｐＨを容易に判断することができる。従って、ｐＨ調整剤等を植物育成培地に添加することにより、目視で確認しながら植物育成培地のｐＨを、肥料を保持可能なｐＨに確実に調整することができる。また、植物育成培地に根酸の主成分であるクエン酸等を添加して目視で植物育成培地のｐＨを調整することにより、栽培している植物の成長に合わせて、植物の成長に必要な肥料成分を所定の時期に溶出させることも可能である。

陽イオン交換性鉱物は、例えば、モンモリロナイト、ベントナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等のスメクタイト系鉱物、雲母系鉱物、バーミキュライト、ゼオライト等が挙げられる。陽イオン交換樹脂は、例えば、弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ゼオライト、又はベントナイトが好ましい。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂における陽イオン交換容量は、１０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、好ましくは２０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、より好ましくは３０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定される。陽イオン交換容量が１０ｍｅｑ／１００ｇ未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陽イオン交換容量が７００ｍｅｑ／１００ｇを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。

陰イオン交換性鉱物は、例えば、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオーライト、シェーグレン石、緑青等の主骨格として複水酸化物を有する天然層状複水酸化物、合成ハイドロタルサイト及びハイドロタルサイト様物質、アロフェン、イモゴライト、カオリン等の粘土鉱物が挙げられる。陰イオン交換樹脂は、例えば、弱塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ハイドロタルサイトが好ましい。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂における陰イオン交換容量は、５〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、好ましくは２０〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、より好ましくは３０〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定される。陰イオン交換容量が５ｍｅｑ／１００ｇ未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陰イオン交換容量が５００ｍｅｑ／１００ｇを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。

＜フィラーの粒状化法＞
人工土壌粒子５０ａの形成にあたっては、複数のフィラー１を集合して粒状物（人工土壌粒子５０ａ）を構成するために、バインダーを用いて粒状化を行うことができる。バインダーを用いた人工土壌粒子５０ａの形成は、フィラー１及びｐＨ指示薬２にバインダーや溶媒等を加えて混合し、混合物を造粒機に導入し、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、破砕造粒、溶融造粒、噴霧造粒等の公知の造粒法により行うことができる。得られた粒状物は、必要に応じて乾燥及び分級が行われ、人工土壌粒子５０ａが完成する。これにより、フィラー１及びｐＨ指示薬２が均一に分散した人工土壌粒子５０ａを得ることができる。また、フィラー１及びｐＨ指示薬２にバインダーを加え、さらに必要に応じて溶媒等を加えて混練し、これを乾燥してブロック状にしたものを、乳鉢及び乳棒、ハンマーミル、ロールクラッシャー等の粉砕手段で適宜粉砕して粒状物とすることも可能である。この粒状物は、そのまま人工土壌粒子５０ａとして用いることもできるが、篩にかけて所望の粒径に調整することが好ましい。人工土壌粒子５０ａは、ｐＨ指示薬を含有することから、使用するフィラー１やバインダー等の材料のｐＨは、中性のもの又は中性に調整したものを使用することが好ましい。これにより、ｐＨ変化による人工土壌粒子５０ａの色の変化が明確になる。人工土壌粒子５０ａは、後述する被覆層を設けてもよい。これにより、人工土壌粒子５０ａの保水性及び保肥性をさらに制御することが可能となる。

人工土壌粒子５０ａを造粒するためのバインダーとしては、有機バインダー又は無機バインダーの何れも使用可能である。有機バインダーは、例えば、ポリオレフィン系バインダー、ポリビニルアルコール系バインダー、ポリウレタン系バインダー、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル等の酢酸ビニル系バインダー、ウレタン樹脂、ビニルウレタン樹脂等のウレタン樹脂系バインダー、アクリル樹脂系バインダー、シリコーン樹脂系バインダー等の合成樹脂系バインダー；デンプン、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、アルギン酸塩等の多糖類、ポリアミノ酸、膠等のたんぱく質等の天然物系バインダーが挙げられる。無機バインダーは、例えば、水ガラス等のケイ酸塩系バインダー、リン酸アルミニウム等のリン酸塩系バインダー、ホウ酸アルミニウム等のホウ酸塩系バインダー、セメント等の水硬性バインダーが挙げられる。有機バインダー及び無機バインダーは、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。人工土壌粒子５０ａは、水素イオン濃度に応じて変色するｐＨ指示薬を含有することから、使用されるバインダーは、無色又は白色系のバインダーが好ましい。これにより、ｐＨ変化による人工土壌粒子５０ａの色の変化が明確になる。

人工土壌粒子５０ａの形成にあたっては、高分子ゲル化剤のゲル化反応を利用して粒状化させることができる。高分子ゲル化剤のゲル化反応として、例えば、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のゲル化反応、カラギーナン等の多糖類の二重らせん構造化反応によるゲル化反応が挙げられる。このうち、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応について説明する。アルギン酸塩の一つであるアルギン酸ナトリウムは、アルギン酸のカルボキシル基がＮａイオンと結合した形態の中性塩である。アルギン酸は水に不要であるが、アルギン酸ナトリウムは水溶性である。アルギン酸ナトリウム水溶液を多価金属イオン（例えば、Ｃａイオン）の水溶液中に添加すると、アルギン酸ナトリウムの分子間でイオン架橋が起こりゲル化する。本実施形態の場合、ゲル化反応は、以下の工程により行うことができる。初めに、アルギン酸塩を水に溶解させてアルギン酸塩水溶液を調製し、アルギン酸塩水溶液にフィラー１及びｐＨ指示薬２を添加し、これを十分攪拌して、アルギン酸塩水溶液中にフィラー１及びｐＨ指示薬２が分散した混合液を形成する。次に、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下し、混合液に含まれるアルギン酸塩を粒状にゲル化させる。フィラー１及びｐＨ指示薬２は、このゲル中に取り込まれる。その後、ゲル化した粒子を回収して水洗し、十分に乾燥させる。これにより、アルギン酸塩及び多価金属イオンから形成されるアルギン酸ゲル中にフィラー１及びｐＨ指示薬２が分散した粒状物が得られる。粒状物は、必要に応じて乾燥及び分級が行われ、人工土壌粒子５０ａとされる。人工土壌粒子５０ａの好ましい粒径は、０．２〜１０ｍｍの範囲である。

ゲル化反応に使用可能なアルギン酸塩は、例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウムが挙げられる。これらのアルギン酸塩は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。アルギン酸塩水溶液の濃度は、０．１〜５重量％とし、好ましくは０．２〜５重量％とし、より好ましくは０．２〜３重量％とする。アルギン酸塩水溶液の濃度が０．１重量％未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、５重量％を超えると、アルギン酸塩水溶液の粘度が大きくなり過ぎるため、フィラー１及びｐＨ指示薬２を添加した混合液の攪拌や、当該混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下することが困難になる。

アルギン酸塩水溶液を滴下する多価金属イオン水溶液は、アルギン酸塩と反応してゲル化する２価以上の金属イオン水溶液であればよい。そのような多価金属イオン水溶液の例として、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化ストロンチウム、塩化ニッケル、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化コバルト等の多価金属の塩化物水溶液、硝酸カルシウム、硝酸バリウム、硝酸アルミニウム、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸コバルト等の多価金属の硝酸塩水溶液、乳酸カルシウム、乳酸バリウム、乳酸アルミニウム、乳酸亜鉛等の多価金属の乳酸塩水溶液、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸コバルト等の多価金属の硫酸塩水溶液が挙げられる。これらの多価金属イオン水溶液は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。多価金属イオン水溶液の濃度は、１〜２０重量％とし、好ましくは２〜１５重量％とし、より好ましくは３〜１０重量％とする。多価金属イオン水溶液の濃度が１重量％未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、２０重量％を超えると、金属塩の溶解に時間が掛かるとともに、過剰の材料を使用することになるため、経済的でない。

＜繊維塊状体の構造＞
人工土壌粒子５０ｂは、繊維３を集合した繊維塊状体１０（基部）を人工土壌粒子５０ｂとしてもよいし、図１（ｂ）に示すように、繊維塊状体１０に被覆層２０を形成してもよい。被覆層２０を設けることにより、繊維塊状体１０の水分の吸収及び放出をより精密にコントロールすることが可能となる。

繊維塊状体１０は、繊維３の集合体として構成される。繊維塊状体１０を構成する繊維３の間には、空隙６が形成されている。繊維塊状体１０は、空隙６に水分を保持することができる。従って、空隙６の状態は、繊維塊状体１０の保水性に関係する。空隙６の状態は、繊維塊状体１０を形成する際の繊維３の使用量（密度）、繊維３の種類、太さ、長さ等を変更することにより調整可能である。なお、繊維３のサイズは、太さが５〜１００μｍのものが好ましく、長さが０．５〜１０ｍｍのものが好ましい。

繊維塊状体１０は、その内部に水分を保持できるように構成するため、繊維３として親水性の繊維を使用することが好ましい。繊維３の種類は天然繊維又は合成繊維の何れでもよく、人工土壌粒子５０ｂの種類に応じて、適宜選択される。好ましい親水性の繊維として、例えば、天然繊維として綿、羊毛、レーヨンが挙げられ、合成繊維として、例えば、ビニロン、ウレタン、ナイロン、アセテートが挙げられ、これらのうち、綿及びビニロンがより好ましい。天然繊維と合成繊維とを混繊したものでも構わない。人工土壌粒子５０ｂは、水素イオン濃度に応じて変色するｐＨ指示薬を含有することから、使用される繊維は、無色又は白色系の繊維が好ましい。これにより、ｐＨ変化による人工土壌粒子５０ｂの色の変化が明確になる。

＜繊維塊状体の形成方法＞
繊維塊状体１０は、公知の造粒法により形成される。例えば、繊維３をカーディング装置等で引揃え、３〜１０ｍｍ程度の長さに切断し、切断した繊維３を転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒等の方法で造粒することにより形成することができる。造粒の際、繊維３に樹脂や糊等のバインダーを混合して造粒を行ってもよいが、繊維３は互いに絡まり合って固着化し易いため、バインダーを使用しなくても繊維３を塊状に加工することが可能である。ｐＨ指示薬２は、繊維塊状体１０を造粒する際に混合してもよいし、繊維塊状体１０の外表部に被覆層２０を形成する場合においては、被覆層２０に含有させて繊維塊状体１０に混合しなくてもよい。人工土壌粒子５０ｂは、ｐＨ指示薬を含有することから、使用する繊維３等の材料のｐＨは、中性のもの又は中性に調整したものを使用することが好ましい。これにより、ｐＨ変化による人工土壌粒子５０ｂの色の変化が明確になる。

繊維塊状体１０を造粒するにあたり、繊維３として短繊維を使用することも可能である。この場合、短繊維を撹拌混合造粒装置で撹拌しながら樹脂エマルジョンを少量ずつ投入して造粒する。これにより、繊維塊状体１０を形成する短繊維同士が一部で固定化され、強固な繊維塊状体１０を形成することができる。

＜被覆層の形成方法＞
図１（ｂ）に示すように、繊維塊状体１０の外表部には、被覆層２０を形成することができる。被覆層２０は、水浸透性の良好な材質で形成することが好ましい。被覆層２０にｐＨ指示薬２を含有させると、植物育成培地に存在する水のｐＨの変化に応じて人工土壌粒子５０の色を確実に変化させることができる。また、被覆層２０は、その材質を選択することにより、ｐＨ指示薬２の応答性だけでなく、人工土壌粒子５０に坦持した肥料成分の放出も制御することができる。

被覆層２０の形成方法としては、例えば、以下に説明する含浸法が挙げられる。上述の「繊維塊状体の形成方法」の項目で例示した繊維塊状体１０を容器に投入し、繊維塊状体１０の体積（占有容積）の半分程度の水を加え、繊維塊状体１０に水を浸み込ませる。次に、水を浸み込ませた繊維塊状体１０を、繊維塊状体１０の体積の１／３〜１／２のｐＨ指示薬２を含んだ被覆用の樹脂エマルジョンを添加する。次に、繊維塊状体１０の外表部に樹脂エマルジョンが均一に付着するように転動させながら、繊維塊状体１０の外表部から樹脂エマルジョンを含浸させる。このとき、繊維塊状体１０の中心部には水が浸み込んでいるため、樹脂エマルジョンは繊維塊状体１０の外表部付近で留まる。その後、樹脂エマルジョンが付着した繊維塊状体１０をオーブンで乾燥させ、次いで、樹脂を溶融させ、繊維塊状体１０の外表部付近の繊維３に樹脂を融着させて被覆層２０としての樹脂被膜を形成する。これにより、繊維塊状体１０の外表がｐＨ指示薬２を含有する被覆層２０で被覆された人工土壌粒子５０ｂが完成する。被覆層２０は、繊維塊状体１０を構成する繊維３の絡み合い部分（繊維３同士が接触する部分）を補強するように、繊維塊状体１０の外表部から若干内側に浸透した状態にまで厚みを形成してもよい。これにより、人工土壌粒子５０ｂの強度及び耐久性を向上させることができる。被覆層２０の膜厚は、１〜２００μｍに設定され、好ましくは１０〜１００μｍに設定され、より好ましくは２０〜６０μｍに設定される。この方法では、含浸させる樹脂溶液中の樹脂の種類及び濃度を調整することにより、繊維塊状体１０の外表に形成される被覆層２０の特性を変更することができる。

被覆層２０の材質は、水に不溶性で酸化され難いものが好ましく、例えば、樹脂材料が挙げられる。そのような樹脂材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン等のスチロール系樹脂が挙げられる。これらのうち、ポリエチレンが好ましい。また、樹脂材料に代えて、ポリエチレングリコール等の合成高分子系のゲル化剤、又はアルギン酸ナトリウム等の天然ゲル化剤を使用することも可能である。人工土壌粒子５０は、水素イオン濃度に応じて変色するｐＨ指示薬を含有することから、使用される被覆層２０の材質は、無色又は白色系のものが好ましい。これにより、ｐＨ変化による人工土壌粒子５０の色の変化が明確になる。

＜人工土壌団粒体＞
本発明の人工土壌粒子５０は、さらに団粒化して人工土壌団粒体の形態で植物育成培地として利用することも可能である。

人工土壌団粒体は、複数の人工土壌粒子５０が連なったクラスター構造を有している。クラスター構造は、複数の人工土壌粒子５０を二次バインダーで接着することにより得られる。ｐＨ指示薬２は、人工土壌粒子５０内に含ませてもよいが、二次バインダーで人工土壌団粒体を形成する際に添加してもよい。人工土壌粒子５０の団粒化に使用する二次バインダーは、人工土壌粒子５０の形成で用いたバインダーと同じものを使用できるが、異なる種類のバインダーであっても構わない。人工土壌団粒体のサイズは、０．４〜２０ｍｍであり、好ましくは０．５〜１８ｍｍであり、より好ましくは１〜１５ｍｍであり、最も好ましくは２〜４ｍｍである。人工土壌団粒体１００のサイズが０．４ｍｍ未満の場合、人工土壌団粒体を構成する人工土壌粒子５０間の間隙が小さくなって排水性が低下することにより、栽培する植物が根から酸素を吸収し難くなる虞がある。一方、人工土壌団粒体のサイズが２０ｍｍを超えると、排水性が過剰になり過ぎることにより植物が水分を吸収し難くなったり、人工土壌団粒体が疎になって植物が横倒れする虞がある。

本発明の人工土壌粒子を用いた植物育成培地について、ｐＨによる変色性を評価する試験を実施した。

＜人工土壌粒子及び人工土壌団粒体の作製＞
下記の表１及び表２に記載される配合（重量部）に従って、フィラーとしてタルク（ＳＷ、日本タルク株式会社製）、セルロースファイバー（アボセルＢ８００、昭和化学工業株式会社製）、珪藻土（ラヂオライト（登録商標）Ｆ、昭和化学工業株式会社製）、ビニロンファイバー（ＶＦ１２０３−２、株式会社クラレ製）、陽イオン交換性鉱物であるゼオライト（琉球ライトＣＥＣ６００、株式会社エコウェル製）、及び陰イオン交換性鉱物であるハイドロタルサイト（和光純薬工業株式会社製）のうちの少なくとも一つと、ｐＨ指示薬とを混合し、混合物をバインダーにより固めて実施例１〜２２、並びに比較例１及び２の人工土壌粒子を作製した。バインダーには、アルギン酸ナトリウム（和光純薬工業株式会社製）又はポリエチレン混合エマルジョン溶液（セポルジョン（登録商標）Ｇ３１５、住友精化株式会社製）を使用した。アルギン酸ナトリウムを使用する場合、アルギン酸ナトリウム０．５％水溶液にフィラー及びｐＨ指示薬を添加し、ミキサー（ＳＭ−Ｌ５７：三洋電機（株）製）を用いて３分間撹拌し、得られた混合液を、多価金属イオン水溶液である５％塩化カルシウム水溶液に滴下してゲル化物を生成した。生成したゲル化物を液から回収し、洗浄した後、５５℃の乾燥機中で２４時間乾燥させて人工土壌粒子を作製した。ポリエチレン混合エマルジョン溶液を使用する場合、ポリエチレン混合エマルジョン２０％液にフィラー及びｐＨ指示薬を攪拌しながら混合し、造粒したものを篩にかけて分級して人工土壌粒子を作製した。実施例７、実施例８、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例２０、実施例２１、及び実施例２２については、得られた人工土壌粒子の単粒体１００重量部と、二次バインダーとしてコニシ株式会社製の酢酸ビニル樹脂系接着剤「ボンド（登録商標）木工用」５重量部とを混合し、混合物を造粒機に導入して団粒化し、人工土壌団粒体を作製した。

ｐＨ指示薬としては、コチニールレッド（カルミンレッドＭＫ−４０、キリヤ化学株式会社製）、ラック色素（ラッカインレッドＲ、キリヤ化学株式会社製）、アントシアニン系赤色色素（キリヤスレッドＲＣ−Ｙ、キリヤ化学株式会社製）、コンゴーレッド（和光純薬工業株式会社製）、ニュートラルレッド（和光純薬工業株式会社製）、メチルレッド（和光純薬工業株式会社製）、クレゾールレッド（和光純薬工業株式会社製）、ブロモクレゾールパープル（和光純薬工業株式会社製）、及びブロモチモールブルー（和光純薬工業株式会社製）を使用した。比較例１及び２については、食品の着色等に用いられるベニコウジ色素（モナスコレッドＡＬ、キリヤ化学株式会社製）を人工土壌粒子に含有させたものを使用した。

＜試験内容＞
（１）植物育成培地のｐＨによる変色性：上記作製した各人工土壌粒子（実施例１〜２２、比較例１及び２）を、ｐＨを調整した水溶液に夫々含浸させた。各人工土壌粒子のｐＨによる変色性を目視で観察した。ｐＨによる変色性をマンセル色票に基づく色相の範囲で示した。マンセル色票について以下に説明する。
ｐＨ指示薬による人工土壌粒子の色相は、マンセル色票に基づく表色系で表すことができる。マンセル表色系とは、色の３属性に基づいた色彩を表現する体系（表色系）の一種である。なおマンセル表色系は、ＪＩＳ Ｚ ８７２１（３属性による色の表示方法）として規格化されている。ここで３属性とは、色相、明度および彩度の３つを意味し、３属性のうち「色相」とは、色の種類を表すものである。色相は、赤（Ｒ）、黄（Ｙ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、紫（Ｐ）の５色の基本色、そしてそれぞれの中間色である黄赤（ＹＲ）、黄緑（ＧＹ）、青緑（ＢＧ）、青紫（ＰＢ）、赤紫（ＲＰ）を加えた合計１０色に分割される。そしてこれらの色をさらに１０で分割し、計１００色の種類を色相環で表現し、これを色相判定の基準とした。色相環は、この１００色に分割した色（１〜１００）を、時計の進行方向に順番に並べたものである。ここで基本色に中間色を加えた１０色相の夫々の色の範囲は、以下の通りである。
赤色（Ｒ） ：１〜１０
黄赤色（ＹＲ）：１１〜２０
黄色（Ｙ） ：２１〜３０
黄緑色（ＧＹ）：３１〜４０
緑色（Ｇ） ：４１〜５０
青緑色（ＢＧ）：５１〜６０
青色（Ｂ） ：６１〜７０
青紫色（ＰＢ）：７１〜８０
紫色（Ｐ） ：８１〜９０
赤紫色（ＲＰ）：９１〜１００
（２）保水性：クロマト管に試験対象の土壌を充填し、土壌の全てが水没するように水を注入し、１時間静置後、クロマト管の下部より水を抜き、３分間クロマト管から落水しなくなった時の保水量を測定し、試験対象の土壌１００ｃｃに対する保水量に換算して保水性とした。なお、保水量は、クロマト管に試験対象の土壌を１４０ｃｃ充填し、上部から水を加えて所定時間後の重量を測定し、予め測定しておいた試験対象の土壌の重量を差し引くことにより測定した。
（３）保肥性：富士平工業株式会社製の汎用抽出・ろ過装置「ＣＥＣ−１０Ｖｅｒ．２」を用いて各人工土壌粒子を使用した植物育成培地の抽出液を作製し、これを陽イオン交換容量測定用の試料とした。そして、富士平工業株式会社製の土壌・作物体総合分析装置「ＳＦＰ−３」を用いて、各植物育成用培地の陽イオン交換容量（ｍｅｑ／１００ｇ）を測定した。

実施例１〜２２のｐＨ指示薬を含ませた人工土壌粒子及び人工土壌団粒体は、その種類に関係なく、植物育成培地のｐＨの変化を目視で容易に判断することができた。実施例１７におけるコンゴーレッドとニュートラルレッドとの組み合わせでは、中性領域（ｐＨ５〜７）における赤色が強調され、植物育成培地のｐＨの変化を目視で確実に判断することができた。実施例１８〜２１におけるメチルレッドとブロモチモールブルーとの組み合わせでは、人工土壌粒子の形状やｐＨ指示薬の濃度に関係なく中性領域（ｐＨ５〜７）における黄色が強調され、植物育成培地のｐＨの変化を目視で確実に判断することができた。実施例２２におけるメチルレッドとクレゾールレッドとの組み合わせでは、中性領域（ｐＨ６〜７）における黄色が強調され、植物育成培地のｐＨの変化を目視で確実に判断することができた。さらに、実施例１７〜２２の複数のｐＨ指示薬の組み合わせでは、植物育成培地の色の変化が強調されており、インテリア商品としても好まれるものとなった。なお、保水性及び保肥性については、ｐＨ指示薬の添加による影響は認められず、良好な値を示した。

本発明の人工土壌粒子及び植物育成培地は、植物工場等で行われる植物の栽培に利用可能であるが、その他の用途として、施設園芸用土壌培地、緑化用土壌培地、成型土壌培地、土壌改良剤等にも利用可能である。

１ フィラー
２ ｐＨ指示薬
３ 繊維
４ 細孔
５ 連通孔
１０ 繊維塊状体（基部）
２０ 被覆層
５０（５０ａ，５０ｂ） 人工土壌粒子

Claims (8)

1. 水素イオン濃度に応じて変色するｐＨ指示薬を含有する人工土壌粒子。
2. 前記ｐＨ指示薬は、コチニールレッド、ラック色素、アントシアニン系赤色色素、コンゴーレッド、ニュートラルレッド、メチルレッド、クレゾールレッド、ブロモクレゾールパープル、及びブロモチモールブルーからなる群から選択される少なくとも一種である請求項１に記載の人工土壌粒子。
3. 前記ｐＨ指示薬は、複数種のｐＨ指示薬を含み、夫々のｐＨ指示薬は、水素イオン濃度が５〜７．５の領域で同じ色相を呈するように組み合わされる請求項１又は２に記載の人工土壌粒子。
4. 前記複数種のｐＨ指示薬の組み合わせは、コンゴーレッドとニュートラルレッドとの組み合わせ、メチルレッドとブロモチモールブルーとの組み合わせ、又はメチルレッドとクレゾールレッドとの組み合わせの中から選択される少なくとも一つである請求項３に記載の人工土壌粒子。
5. 細孔を有するフィラーを当該フィラーの間に連通孔が形成されるように複数集合してなる基部を備え、少なくとも前記連通孔の内部から前記基部の表面に亘る領域に前記ｐＨ指示薬を担持させてある請求項１〜４の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
6. 前記細孔にイオン交換能を付与してある請求項１〜５の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
7. 繊維を集合した基部と、前記基部を被覆する被覆層とを備え、少なくとも前記被覆層に前記ｐＨ指示薬を担持させてある請求項１〜４の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の人工土壌粒子を使用した植物育成培地。