JP2020103051A - ポリビニルアルコール系ゲルを含む植物栽培用培地 - Google Patents

Abstract

【課題】保水性、給水性、根の保持性等が長期的に発現して作物を十分に生長させることができるとともに、廃棄の際の処理が容易で環境へ与える負荷が小さく、また、着色や香り成分の配合が可能で、鑑賞性にも優れた植物栽培用培地の提供。【解決手段】連通孔を有するポリビニルアルコール系ゲルを含み、前記ポリビニルアルコール系ゲルが架橋構造を有し、かつ、前記ポリビニルアルコール系ゲルの水の含有率が８０〜９９質量％であることを特徴とする植物栽培用培地。【選択図】なし

Description

本発明は、ポリビニルアルコール系ゲルを含む植物栽培用の培地に関する。

従来、土壌での植物栽培に代わる養液栽培、水耕栽培用の固形培地として、天然石（おもに玄武岩）を高温で繊維状にしたものを固めたロックウールなどが知られている。

ロックウールを固形培地に使用した場合には、ロックウールは無機物であるため使用後のロックウールの有効な処分方法がないことが課題となっている。現行の処分方法としては、産廃として廃棄する、田に少量ずつ鋤き込む等の方法が取られているが、処理効率がよくない。そのため、植物栽培用培地として必要な耐水性、透水性、保水性、通気性、強度等の物性を保持し、理化学的にも安定していて作物を充分に生長させることができ、しかも、環境への負荷の小さい培地が求められている。

これまで、焼却処理や生分解等の環境負荷の小さい廃棄処理が可能な人工培地として、以下の特許文献１〜３に記載されている方法等が知られている。

特許文献１には、吸水性樹脂からなる人工培地が記載されている。しかし、吸水性樹脂中の水は、吸水性樹脂の水保持力が高すぎると植物の吸水性が低下し、植物が有効に水を使えなくなる課題があった。

特許文献２には、吸水性樹脂と界面活性剤からなる人工培地が記載されている。吸水性樹脂にさらに界面活性剤を配合することで、培地の表面張力を低下させて、植物の吸水性を高めることが記載されている。しかしながら、界面活性剤による効果は、界面活性剤が水とともに流出することで効果が持続できない課題があった。

特許文献３には、木炭粉の結合剤としてポリビニルアルコール樹脂を使用した人工培地が記載されている。ポリビニルアルコール樹脂を結合剤とすることで、木炭粉粒子の濡れ性を高めることや、使用後地中に還元可能なものとできること等が記載されている。しかしながら、未架橋のポリビニルアルコールは水溶性ポリマーであるために、経時的に溶出が生じるため長期安定性に乏しい課題があった。

特開平６−９８６２７号公報 特開平１０−３２３１２１号公報 特開平８−２８０２８１号公報

本発明の課題は、保水性、給水性、根の保持性等が長期的に発現して作物を十分に生長させることができるとともに、廃棄の際の処理が容易で環境へ与える負荷が小さく、また、着色や香り成分の配合が可能で、鑑賞性にも優れた植物栽培用培地を提供することにある。

上記の課題を解決すべく、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、連通孔を有する架橋性ポリビニルアルコール系ゲルを用いることにより上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、上記課題は、連通孔を有するポリビニルアルコール系ゲルを含み、前記ポリビニルアルコール系ゲルが、架橋構造を有し、かつ、前記ポリビニルアルコールゲル中の水の含有率が８０〜９９質量％であることを特徴とする植物栽培用培地を提供することによって解決される。

本発明によれば、保水性、給水性、根の保持性等が長期的に発現して作物を十分に生長させることができるとともに、使用後に焼却などによって容易に廃棄することができて廃棄の際の処理も容易であり、環境への負荷が小さく、また、着色や香り成分の配合が可能で、鑑賞性にも優れた植物栽培用培地が提供される。

本発明の植物栽培用培地は、連通孔を有するポリビニルアルコール系ゲルを含む。

連通孔を有するポリビニルアルコール系ゲルの原料となるポリビニルアルコール系重合体は、酢酸ビニルなどのカルボン酸ビニルを重合し、ケン化することによって得られる。ポリビニルアルコール系重合体の粘度平均重合度は、得られるポリビニルアルコール系ゲルの強度の観点から、１０００以上が好ましく、１５００以上がより好ましい。また、前記粘度平均重合度は、製造上の容易さや扱いやすさの観点から３５００以下が好ましく、３０００以下がより好ましい。ケン化度は、ポリビニルアルコール系ゲルの強度の観点から、９５ｍｏｌ％以上が好ましく、９８ｍｏｌ％以上がより好ましく、１００ｍｏｌ％であってもよい。

ポリビニルアルコール系ゲルの原料となるポリビニルアルコール系重合体としては、無変性ＰＶＡを用いることができる他、本発明の効果を損なわない範囲で種々の変性ＰＶＡを用いてもよい。例えば、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸等のカルボキシル基含有単量体又はその塩；アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ソ−ダ、アリルスルホン酸ソ−ダ、ビニルスルホン酸ソ−ダ等のビニルスルホン酸基含有単量体又はその塩；（メタ）アクリルアミド−プロピル−トリメチルアンモニウムクロリド等の４級アンモニウム塩含有単量体等のカオチン性単量体；エチレン、プロピレン等のα−オレフィン；（メタ）アクリル酸エステル；アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロ−ルアクリルアミド、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン等のアミド基含有単量体；アルキルビニルエ−テル；トリメトキシルビニルシラン等のシリル基含有単量体；アリルアルコ−ル、ジメチルアリルアルコ−ル、イソプロペニルアルコ−ル等の水酸基含有単量体；アリルアセテートジメチルアリルアセテート、イソプロペニルアリルアセテ−ト等のアセチル基含有単量体；塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン含有単量体；スチレン等の芳香族系単量体との共重合体が挙げられる。入手容易性の観点からビニルアルコールの単独重合体が好ましく用いられる。

本発明の植物栽培用培地に含有されるポリビニルアルコール系ゲルは、架橋構造を有する。この架橋構造は、ポリビニルアルコール系重合体を化学結合により架橋しうる構造であればよいが、ポリビニルアルコール系重合体中のビニルアルコール部分がアルデヒドによりアセタール化されて得られた架橋構造であることが好ましい。アルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、グリオキサール、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド、アジプアルデヒド、マレアルデヒド、タルタルアルデヒド、シトルアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒドなどが例示される。入手容易性の観点からホルムアルデヒド、グルタルアルデヒドが好ましい。

架橋構造の含有量は、ポリビニルアルコール系ゲルを構成するポリビニルアルコール系重合体の架橋度として表現できる。ポリビニルアルコール系重合体の架橋度は、架橋剤の種類や架橋方法の違いによって適宜調整される。好適な範囲としては、ポリビニルアルコール系重合体中のビニルアルコール単位に対して、０．１〜７０ｍｏｌ％である。架橋度が７０ｍｏｌ％より大きいと、ゲルが脆くなり、かつゲルへの吸水性、保水性が限定される傾向にある。吸水性の観点から、架橋度は６５ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、６０ｍｏｌ％以下であることがさらに好ましい。一方、架橋度が０．１ｍｏｌ％未満であると、必要なゲル強度が得られず、かつ使用時にポリビニルアルコールの溶出が発生してしまう場合がある。架橋度は、０．３ｍｏｌ％以上であることがより好ましく、０．５ｍｏｌ％以上であることがさらに好ましい。

本発明で用いられるポリビニルアルコール系ゲルの水の含有率は８０〜９９質量％である。水の含有率が８０質量％未満であると、植物栽培用培地として用いた場合に植物に供給される水分量が低下する。水の含有率は８５質量％以上であることがより好ましい。水の含有率が９９質量％を超えると、ポリビニルアルコール系ゲルの強度が低下し、植物栽培用培地として用いた場合の植物の保持性に影響する。水の含水率は９８質量％以下であることがより好ましい。

本発明においては、連通孔を有するポリビニルアルコール系ゲルの平均孔径が０．１〜１００μｍであることが好ましい。ここで、本発明における平均孔径とはゲルの凍結乾燥品について水銀ポロシメーターで測定される孔径分布のピーク値のことである。また、水銀ポロシメーターで測定される孔径分布のピーク値が０．１〜１００μｍであるとは、横軸を気孔直径とし、縦軸を対数微分気孔体積とする対数気孔径頻度分布曲線が気孔直径０．１〜１００μｍの範囲にピークを有することをいう。植物栽培用培地として用いる場合、連通孔部分があることで、優れた保水性能を持ちながら、植物が有効に水を利用できる有効水の比率を高く維持することができる。このバランスの観点から、孔径は、０．５〜５０μｍの範囲であることがより好ましい。

本発明において、連通孔を有するポリビニルアルコール系ゲルが、最大長さが０．１〜１０ｍｍの粒状であること、または小片状の形態であることが好ましい。０．１〜１０ｍｍ程度の粒状、小片の形状であることにより、植物がその小片間の隙間に自由に根を伸ばすことができる。

本発明の植物栽培用培地は、上記のポリビニルアルコール系ゲルのみから構成されていてもよいが、当該ゲルとともに、染料、顔料、または香料が配合されていてもよい。本発明に用いられるゲルは、染料、顔料による染色性に優れており、また、香料成分を含ませた場合には、程よく揮散し香りを適度に維持することが可能となるため、例えば、観賞用植物の人工培地として、好適に用いることができる。さらに、本発明の目的を阻害しない範囲で、ロックウール、砂、土、セラミックボール、ヤシガラ、バーク、ピートモス、水苔などの成分をさらに含んでいてもよい。本発明の植物栽培用培地におけるポリビニルアルコール系ゲルの含有率は、５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上であることがさらに好ましい。

本発明の植物栽培用培地の使用形態に特に制限はないが、培養液を用いた養液栽培用の培地として用いることが好ましい。本発明の植物栽培用培地を養液栽培用の培地として使用する場合に、その使用方法としては、例えば、本発明の植物栽培用培地をポット等の容器に入れ、これに培養液を加えた後に、播種したり苗を移植したりする方法などを例示することができる。また、本発明の植物栽培用培地が敷き詰められた栽培用ベッドを用意し、これに生育した苗を移植して各種作物を栽培する方法なども例示できる。

本発明の植物栽培用培地を用いて栽培する植物の種類に特に制限はなく、例えば、花卉、野菜、果物類、穀類などが挙げられるが、特にトマト、ナス、ピーマンなどの野菜栽培に好適に使用できる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例において採用された、苗の生長度合いや収穫物の各評価方法およびリサイクル性や廃棄の容易さの各判定方法を以下に示す。

［苗の生長度合いの評価方法］
２５℃に設定した恒温室内で、以下の実施例または比較例において準備した栽培用器材にサラダレタスミックスの種子を播種した。養液による水やりを毎日実施し、２０日経過後の苗について、地上部生体重を測定し、苗の成長度合いを評価した。

［リサイクル性の判定方法］
苗の生長度合いの評価時に、手で根から培地を取り外し、再度、植物栽培用培地として使用可能かどうか判定した。根から培地を簡単に取り外すことができた場合には「Ａ」と判定し、簡単に取り外すことができなかった場合には「Ｂ」と判定した。

［廃棄の容易さの判定方法］
培地を焼却処理できる場合には「Ａ」と判定し、焼却処分できない場合には「Ｂ」と判定した。

［着色の容易性の判定方法］
繊維用青色染料（コールダイオール）を溶解した液に培地を浸漬した（６０℃、３０分）。その後、十分な水ですすいでから、培地が青色に着色されている場合は「Ａ」と判定し、ほとんど着色されていない場合は「Ｂ」と判定した。

［長期安定性の判定方法］
苗の成長度合いの評価において、２０日経過後の培地の外観を確認し、元の形状を維持している場合を「Ａ」と判定し、変形や溶出により元の形状を維持できていない場合には「Ｂ」と判定した。

［実施例１］
ポリビニルアルコール系ゲル（架橋度３ｍｏｌ％（架橋剤；グルタルアルデヒド）、含水率９３％、連通孔径０．５〜４μｍ、形状；最大長さが４．２ｍｍの略球状）を植物栽培用培地として用いて、これを直径９ｃｍのプラスチックカップに充填しさらに培養液を加えて栽培用器材とした。得られた栽培用器材を用いて、上記した方法により苗の生長度合いを評価するとともに、リサイクル性の判定を行った。また、上記した方法により、植物栽培用培地の廃棄の容易さを判定した。さらに、上記した方法により培地の着色の容易性、長期安定性について判定した。結果を表１に示した。

［実施例２］
実施例１において用いたポリビニルアルコール系ゲルの代わりに、ポリビニルアルコール系ゲル（架橋度５５ｍｏｌ％（架橋剤；ホルムアルデヒド）、含水率９０％、連通孔径１〜２０μｍ、形状；最大長さが４．１ｍｍの略球状）を用いたこと以外は実施例１と同様にして栽培用器材を作製し、上記した方法により苗の生長度合いを測定するとともに、リサイクル性の判定を行った。また、上記した方法により、植物栽培用培地の廃棄の容易さ、着色の容易さ、長期安定性を判定した。結果を表１に示した。

［実施例３］
実施例１において用いたポリビニルアルコール系ゲルの代わりに、ポリビニルアルコール系ゲル（架橋度５ｍｏｌ％（グルタルアルデヒド）、含水率８２％、連通孔径０．５〜１０μｍ、形状；直径２ｍｍ×長さ８ｍｍの略円柱状）を用いたこと以外は実施例１と同様にして栽培用器材を作製し、上記した方法により苗の生長度合いを測定するとともに、リサイクル性の判定を行った。また、上記した方法により、植物栽培用培地の廃棄の容易さ、着色の容易さ、長期安定性を判定した。結果を表１に示した。

［比較例１］
実施例１において、ポリビニルアルコール系ゲルの代わりに、現行でよく用いられているロックウール培地（ニチアス株式会社製、サイズ：７ｃｍ×６．５ｃｍ×７．５ｃｍ、側面にビニール包装あり）を用いたこと以外は実施例１と同様にして栽培用器材を作製し、上記した方法により苗の生長度合い、リサイクル性、植物栽培用培地の廃棄の容易さ、着色の容易さ、長期安定性を判定した。結果を表１に示した。

［比較例２］
実施例１において用いたポリビニルアルコール系ゲルの代わりに、ポリビニルアルコール系ゲル（未架橋、含水率９３％、連通孔なし、形状；最大長さが４．２ｍｍの略球状）を用いたこと以外は実施例１と同様にして栽培用器材を作製し、上記した方法により苗の生長度合い、リサイクル性、植物栽培用培地の廃棄の容易さ、着色の容易さ、長期安定性を判定した。結果を表１に示す。

［比較例３］
実施例１において、ポリビニルアルコール系ゲルの代わりにポリエチレンテレフタレートチップ（アルドリッチ社製、チップの形状：略円柱状（直径２ｍｍ×長さ１０ｍｍ））を用いたこと以外は実施例１と同様にして栽培用器材を作製し、上記した方法により苗の生長度合い、リサイクル性、植物栽培用培地の廃棄の容易さ、着色の容易さ、長期安定性を判定した。結果を表１に示す。

実施例１〜３と比較例１との対比により、本発明の植物栽培用培地では、ロックウール培地と同等の苗の生長度合いが見られた。この理由として、ポリビニルアルコール系ゲルは適度な水分保持力と適度な離水性を有し有効水分量が高いものと考えられる。また、本発明の植物栽培用培地は、根から培地を簡単に取り外すことができ、リサイクル性にも優れていた。一方、ロックウール培地を用いた場合は、苗の根がロックウールに絡みついており取り外しが困難であった。実施例１〜３と比較例２との対比により、ポリビニルアルコール系ゲルを含む本発明の植物栽培用培地では、２０日間苗は順調に生育し、また、培地からのゲル状体の溶出物や、体積減少等はほとんど見られず、長期安定性に優れるものであったが、未架橋、連通孔を有しないポリビニルアルコール系ゲルを植物栽培用培地として用いた比較例２では苗が生長せず、２０日後には培地の元の形状を維持しておらず長期安定性にも劣っていた。比較例３のポリエチレンテレフタラートチップを植物栽培用培地として用いた場合は苗が生長しなかった。

Claims (5)

1. 連通孔を有するポリビニルアルコール系ゲルを含み、前記ポリビニルアルコール系ゲルが架橋構造を有し、かつ、前記ポリビニルアルコール系ゲルの水の含有率が８０〜９９質量％であることを特徴とする植物栽培用培地。
2. 前記ポリビニルアルコール系ゲルが、最大長さが０．１〜１０ｍｍの粒状、または小片状の形状である請求項１に記載の植物栽培用培地。
3. 前記架橋構造の含有量は、ポリビニルアルコール系ゲルを構成するポリビニルアルコール系重合体の架橋度としてポリビニルアルコール系重合体中のビニルアルコール単位に対し０．１〜７０ｍｏｌ％である、請求項１または２に記載の植物栽培用培地。
4. 前記連通孔の平均孔径が、０．１〜１００μｍである、請求項１から３のいずれかに記載の植物栽培用培地。
5. 前記ポリビニルアルコール系ゲルが、染料、顔料、または香料が配合された混合物である請求項１から４のいずれかに記載の植物栽培用培地。