JP4395661B2 - 植物栽培用培地とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形が容易な植物栽培用培地、当該培地を成形した植物栽培用成形培地、これら培地の製造方法に関する。

木材産業において樹木の加工時には樹皮、木屑等が廃棄物として発生する。この廃棄物の有効利用の一つとして、これを粉砕し、培地、肥料などの農業又は園芸用資材に応用する試みがされていた。例えば、木質系樹皮の粉砕物を乾燥した後、加熱下で圧縮成形した栽培用培地及びその製造方法（例えば、特許文献１参照）、細切りした樹皮又は木屑を金型に充填した後、加熱下に圧縮成形した植物栽培用成形培地（例えば、特許文献２参照）、杉、檜の樹皮を羽毛状に粉砕した植物用植え込み材料及びその製造方法（例えば、特許文献３参照）などが公表されている。

上記の試みの多くは樹皮を繊維状に粉砕し、得られる粉砕物を有効利用とするものである。しかし、樹皮には植物生育阻害物質が存在することが知られており、植物の生育においてあまり良好な結果が得られていなかった。これを解決するために樹皮を発酵させることが行われているが、発酵は長期間広いスペースを必要とする問題があった。さらに、樹皮を園芸又は農業用途として利用する際に保水性、通気性が不十分になりがちであり、この原因の一つとしても木材中の樹皮に局在する撥水性物質の存在が指摘されている。さらに、粉砕物は嵩が大きく、撥水性が高いため、それ自身のみでは成形が非常に困難である。このため、樹皮を成形するためにバインダーが配合されるが、バインダーを配合すると粉砕物の含水性、通気性が低下し、栽培植物の生育が阻害されていた。
特開２００２−２５３０４５号公報 特開２００３−１４３９６９号公報 特公平０７−０５５０９７号公報

植物栽培用の人工培地材料として、ロックウールなどの人造鉱物繊維（例えば高炉スラグと玄武岩から製造された繊維）が使用されている。これらは、輸送や栽培者のハンドリングを考慮し、ブロック状（播種用）；キューブ状、粒状（育苗用、園芸用、挿し木用）；マット状、ベッド状（養液栽培用、稲などの育苗用、園芸用）などの形状に成形されて使用されている。上記の人造鉱物繊維は繊維径が太いことからアスベストとは異なるが、これらの製品には使用上の注意として、多量に長時間吸入すると呼吸器系に障害を生じる恐れがある、皮膚に対して一時的に炎症を生じることがある、などの表記がされていることがある。このため、より安全な人工培地材料の提供が望まれていた。さらに、上記の人工培地は、これをリサイクルするためには業者が引き取らなければならない場合があった。

本発明者らは杉皮の樹皮を繊維状にまで粉砕した繊維状物に水を含ませて上記のような形状への成形を試みた。しかし、上記繊維状物は水とのなじみが悪いため、１日程度水に浸漬する必要があった。さらに、成形しようとしても全く形にならなかったため、やむを得ずバインダーを使用して成形した。しかし、保水性、通気性の点で満足する結果がえら れなかった。このため、より成形性に優れた、木質原料から得られる植物栽培用成形培地の提供が望まれていた。

したがって、本発明は、定植時の水湿潤作業が短時間でできる吸水性と植物育成時の灌水作業回数が従来のロックウールと同等以下とすることができる保水性を有し、成形性に優れ、栽培に必要な通気性を有し、人体に対する安全性に優れ、使用後は環境中に廃棄可能な植物栽培用培地、植物栽培用成形培地、これら培地の製造方法の提供を目的とする。

本発明者は、上記従来技術の問題点に鑑み鋭意検討を重ねた結果、木質原料の繊維状物をアンモニア水処理することによって、成形性に優れ、栽培に必要な通気性、吸水性及び保水性を有し、安全で、環境中に廃棄可能な植物栽培用培地となることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、下記の培地、製造方法を提供するものである。
項１．木質原料を繊維状に処理した繊維状物をアンモニア水処理して得られるアンモニア水処理物を含有する植物栽培用培地。
項２．木質原料が樹皮、木屑及び樹皮と木屑の混合物からなる群から選択される少なくとも１種である項１に記載の植物栽培用培地。
項３．アンモニア水処理におけるアンモニア水のpHが8〜10である項１に記載の植物栽培用培地。
項４．繊維状処理がスクリュー式粉砕膨潤装置による処理である項１〜３のいずれかに記載の植物栽培用培地。
項５．項１〜４のいずれかに記載の植物栽培用培地を脱水成形してなる植物栽培用成形培地。
項６．脱水成形が加圧脱水成形又は抄紙脱水成形である項５に記載の植物栽培用成形培地。
項７．育苗用又は養液栽培用である項５又は６に記載の植物栽培用成形培地。
項８．繊維状木質材料をアンモニア水処理する工程、及び必要に応じてアンモニア水処理物の含水量を調整する工程を包含する植物栽培用培地の製造方法。
項９．アンモニア水処理工程がpH8〜10で行われることを包含することを特徴とする項８に記載の植物栽培用培地の製造方法。
項１０．アンモニア水濃度が0.2〜0.6重量％であり、樹皮の繊維状物100重量部に対しアンモニア水100〜500重量部を混合することを特徴とする項８又は９に記載の植物栽培用培地の製造方法。
項１１．項８〜１０のいずれかに記載の製造方法によって得られる植物栽培用培地を脱水成形することを特徴とする植物栽培用成形培地の製造方法。
項１２．脱水成形が加圧脱水成形又は抄紙脱水成形である項１１に記載の植物栽培用成形培地の製造方法。

本発明の植物栽培用培地は農業、園芸、林業等の分野で利用できる。この培地は木質原料を繊維状に処理した繊維状物をアンモニア水処理して得られるアンモニア水処理物から構成される。ここで、木質原料の供給源となる樹木の例としては、スギ、ヒノキ、アカマツ、クロマツ、カラマツ、エゾマツ、トドマツ、ベイマツ、ベイツガ、ロシアアカマツ、ロシアカラマツ、ラジアタパインなどが挙げられる。また、これら樹木の用途は特に限定されず、例えば果樹、街路樹、木材、間伐材、剪定材、輸入材などであっても差し支えない。木質原料は、木質原料のどの部分であっても使用でき、例えば、樹皮、木屑などが包含され、１種単独でも２種以上組み合わせても使用することができ、本発明においては樹皮、木屑が好ましい。一般的に、樹皮は林業伐採現場や集積所、市場、製材所、港湾などの荷卸し、運材作業や、リングバーカー、水圧バーガー等の剥皮工程で得られる。

本発明において、樹皮、木屑等の木質原料は、通常、必要に応じて一次粉砕されてチップ等の繊維状処理に適した形状とされた後、スクリュー式粉砕装置等を使用した二次粉砕（繊維状処理）により繊維状物（解繊物を含む）となる。繊維状処理に利用される繊維状処理装置は木質原料を繊維状にできるものであれば特に制限されない。繊維状処理に利用できる装置としては粉砕時に水を供給して粉砕物を膨潤させる機能を有しているものが好適であり、このような装置はスクリュー式膨潤粉砕装置として市販されており、例えば植繊機（神鋼造機社製、ヤンマー社製）、解紗機（蓬莱精工社製）などが挙げられ、また、特開2005-052099号公報、特開平08-253385号公報、特開平06-031191号公報などに開示されている装置も使用可能である。

得られる繊維状物は、樹皮等の木質原料が例えば羽毛状になったものである。繊維状物の大きさについては特に制限されないが、直径0.3〜3mm、長さ3〜50mmが好ましく、直径0.5〜2mm、長さ5〜30mmがより好ましい。なお、これら直径及び長さは平均値である。繊維状物の直径が上記の範囲内にあると通気性がよく植物根の腐敗が抑制され、長さが上記の範囲内にあると成形が容易となる。なお、直径及び長さは例えば実体顕微鏡にによって測定できる。

このようにして得られた繊維状物は成形性に劣るものであるが、アンモニア水処理されることにより成形性が向上する。アンモニア水処理は繊維状物がアンモニア水と接触する方法であれば特に制限されない。例えば、繊維状物をアンモニア水に浸漬する方法、繊維状物にアンモニア水をスプレー、シャワー等により流しかける方法などが挙げられる。アンモニア水処理では処理水のpHは通常7.5〜11、好ましくは8〜10である。処理水のpHが7.5以上、好ましくは8以上であると、得られる処理物は通気性、吸水性及び保水性の点で非常に優れたものとなる。アンモニア水の濃度はpHがこの範囲となるよう調整すればよい。例えば、アンモニア水に繊維状物を浸漬し、経時的にアンモニア水のpHを監視して上記の範囲となるよう調整すればよい。

また、処理に使用するアンモニア水の量はとくに制限されないが、例えば、繊維状物100重量部に対し200重量部以上、好ましくは300重量部以上である。また、使用するアンモニア水の上限は特に制限されず、経済的な面、スペース的な面、管理の面などの点を考慮して適宜設定できるものである。もし、上限を設定するのであれば800重量部以下である。アンモニア水処理時の温度は特に制限されず、また処理時間も特に制限されない。例えば5〜40℃、好ましくは10〜30℃、12〜168時間、好ましくは24〜72時間である。アンモニア水処理後、公知の固液分離方法で繊維状物を分離する。分離された繊維状物（アンモニア水処理物）は必要に応じて乾燥され、含水率を調整されてもよい。

アンモニア水処理物の好ましい含水率は10〜80重量％であり、より好ましくは15〜50重量％である。含水率がこれら範囲内にあると加圧成形において成形が容易となり、バインダー使用量をより低減できる。なお、含水率は例えば水分測定装置Ａ&ＤＭＸ−５０Ｍ（研精工業製）で測定できる。

アンモニア水処理物は所望の形状に成形される。成形形状としては、例えばポット状、キューブ状、ブロック状、マット状、ベッド状などが挙げられるがこれらに限定されない。成形は、公知の加圧成形方法、真空成形法により行うことができる。例えば、加圧脱水成形、抄紙脱水成形である。また、従来のロックウールベッド、ロックウールキューブなどに適用される成形方法も適用可能と考えられる。加圧成形における成形条件は成形形状、成形物の用途等に応じて設定すればよく、特に制限されるものではないが、成形後の成形体の嵩密度が0.05〜0.8g/cm³、好ましくは0.1〜0.5g/cm³となるような条件が好ましい。例えば、加圧脱水成形において、好ましい圧力は0.01〜10MPa、より好ましい圧力は0.5〜5MPaであり、好ましい加圧時間は15秒〜10分、より好ましい加圧時間は30秒〜5分である。なお、あまり高い圧力で加圧すると成形培地の嵩密度が非常に高くなり、通気性が低く、植物の発根及び根の生育を阻害することがある。加圧成形に利用できる成形装置としては例えば脱水成形プレス（山本鉄工所製）などが挙げられる。

加圧成形時には、本発明の効果を損なわない範囲において、アンモニア水処理物に、古紙等のパルプ類、椰子殻、ピートモス、水苔、籾殻、炭類、肥料類、植物油系界面活性剤、水溶性繊維素誘導体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、珪藻土、ベントナイト、非晶質性シリカ、パーライト、火山灰等を添加することができる。特に成形培地に高い強度が要求される場合には、パルプ類を添加することが好ましい。パルプ類の添加量は、アンモニア水処理物の3〜30重量％、好ましくは5〜20重量％である。

加圧成形により得られる成形物は本発明の植物栽培用成形培地として利用できる。成形培地の含水率、嵩密度等は成形培地の用途（播種用、育苗用、挿し木用、挿し花用、養液栽培用）、栽培植物、栽培地の気候、栽培条件などに応じて設定できる。例えば、嵩密度は上述のとおり0.05〜0.8g/cm³、好ましくは0.1〜0.5g/cm³である。また、含水率は成形直後は50〜80重量％程度であることが多く、そのまま培地として使用することができる。しかし、成形後から使用するまでの間に保管、流通などによって時間がかかる場合には、カビの発生等の問題を考慮すると、成形物の含水率を下げて、例えば10〜40重量％、好ましくは15〜30重量％とすることが望まれる。成形物の使用時には必要に応じて水を含ませて含水率を10〜50重量％、好ましくは15〜30重量％とする。

成形培地の形状は図１に示すようなポット状、キューブ状、ブロック状、マット状、ベッド状など従来のロックウール成形培地と同様な形状とすることが可能であるが、他の形状であっても良く、成形培地の用途（播種用、育苗用、挿し木用、挿し花用、養液栽培用など）、栽培植物、栽培地の気候、栽培条件などに応じて設定できる。

本発明によれば、成形性、吸水性、保水性、通気性に優れた、さらには人体に対する安全性にも優れ、環境中に廃棄可能な植物栽培用培地を提供できる。また、従来廃棄物とされていた樹皮、木屑等の木質原料を再利用できる。

なお、本発明者らは、繊維状物をアンモニア水処理以外のアルカリ水溶液処理を施して得られるアルカリ水溶液処理物からなる成形培地は、本発明の成形培地と比較して栽培植物の生育に劣ることを確認している。

以下、実施例等により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

実施例１：成形培地の製造
徳島県産杉（樹齢約80年）の樹皮をスクリュー式膨潤粉砕装置（解繊機、蓬莱精工社製）にて解繊し、杉皮繊維状物（平均直径0.3〜1mm、平均長さ5〜20mm、含水率50重量％）を得た。アンモニア水（アンモニア濃度25％）103gを水6kgに加えて処理水を調製し、ここに繊維状物2kgを入れて浸漬した。処理水のpHは9であった。24時間浸漬したアンモニア水処理物をアンモニア水に浸漬されたまま、300mm×300mm×深さ50mmの型に入れ脱水成形プレス（山本鉄工所製）にて圧力1MPasで1分間プレスして、脱水成形した。この成形体を熱風乾燥器中、60℃で72時間乾燥した後、水分測定装置を用いて含水率を測定後、切断により100mm×100mm×高さ50mmのキューブ状成形培地とした。キューブ状成形培地の物性（嵩比重、吸水量及び保水量）を次のようにして特定し、これを後述の表１に示した。
嵩密度：成形培地の重量及び体積を測定し、算出した。
吸水量：成形培地を水中に5分間浸漬した後、水を吸った成形培地の重量を測定し、浸漬前後の重量差を吸水量とした。
保水量：吸水量を求めた成形培地を網容器に入れ、この容器を恒温恒湿器（23℃、65％RH）にいれて24時間静置した後、成形培地の重量を測定し、恒温恒湿処理前後の重量差を保水量とした。また、保水量と吸水量とが同じ場合を100％として、保水率を求めた。

実施例２：抄紙による成形
実施例１と同様にしてアンモニア水処理物を得、これを抄紙装置にて脱水成形し、100mm×100mm×高さ50mmのキューブ状とし、実施例１と同様にして乾燥した。この成形培地の物性を実施例１と同様にして特定し、これを後述の表１に示した。

比較例１：アンモニア非存在下での成形体の製造
アンモニア水103gを使用しないこと以外は実施例１と同様にして成形を試みたがハンドリングに耐える強度を有する成形ができなかった。そこで、水処理物2kgに、段ボール古紙200g及び水6kgを混合し、実施例１と同様の条件で成形、乾燥及び切断し、100mm×100mm×50mmの成形培地を製造した。この成形培地の物性を実施例１と同様にして特定し、これを表１に示す。

実施例１及び２と比較例１との比較によって、アンモニア水処理によって、ハンドリングに必要な強度を確保するための古紙パルプの添加が不要となることが確認された。さらに、実施例１及び２の成形培地は嵩密度が比較例１の成形培地と比較して小さいにもかかわらず、吸水量が約3.6〜5.3倍、保水量が6.1〜8.8倍と優れたものであった。これらのことから、繊維状物をアンモニア水処理することによって、吸水性及び保水性において非常に優れたものになることが確認された。

試験例１：成形培地によるトマト苗の育苗
実施例１、実施例２、比較例１の成形培地及びこれらと同じ形状及び大きさの市販のロックウール製成形培地（日東紡績社製、結合剤としてフェノール樹脂が使用されている）を各４，３，３及び３個用意した。実施例１、２及び比較例１の成形培地には、その上面中央から下面（底）中央に貫通するように直径40mmの円形の穴を開けた。市販の成形培地は購入時から同じ穴が開いていた。この穴の中にトマト苗（品種；桃太郎、タキイ社製）を１苗入れ、実施例１で得られたアンモニア水処理物を充填した。また、ロックウール製成形培地も同様にロックウールを充填した。なお、トマト苗はなるべく生育状態が同じものを選択した。これを、硬質フィルム温室内で8月から9月にかけて同条件で1ヶ月間養液育苗を行った。なお、灌水は午前9時のみとした。1ヶ月後に生育の指標として茎長、葉数を測定した。また、育苗開始２０日後に、灌水直後（午前9時）とその6時間後（午後3時）の成形培地重量（苗を含む）を測定し、その差から日中6時間における水蒸発量を算出した。これらの結果を表２に示した。

夏期の日中6時間における水蒸発量は実施例１及び２の成形培地では、比較例１の成形培地の約半分、市販培地の成形培地の約1/3と非常に少なく、実施例１及び２の成形培地の保水性の高さが示された。また、生育の指標である茎長及び葉数は全ての成形培地が同等であった。

本発明は、農業、園芸、林業、花卉などの分野において植物の栽培に利用できる。

図１は種々の形状の成形培地の模式図である。（１）〜（３）はキューブ状、（４）はポット状の成形培地である。 図２はマット状（ベット状）の成形培地の模式図である。 図３において、上図はマット状（ベット状）であって、切れ込みの入った成形培地の模式図であり、中図は該培地の断面図であり、下図は断面形状の変更例である。

Claims (11)

1. 木質原料を繊維状に処理した繊維状物を、アンモニア水（但し、キトサン塩を含むアンモニア水を除く）で処理して得られるアンモニア水処理物を含有する植物栽培用培地。
2. 木質原料が樹皮、木屑及び樹皮と木屑の混合物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１に記載の植物栽培用培地。
3. アンモニア水処理におけるアンモニア水のｐＨが８〜１０である請求項１に記載の植物栽培用培地。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の植物栽培用培地を脱水成形してなる植物栽培用成形培地。
5. 木質原料を繊維状に処理した繊維状物を、アンモニア水（但し、キトサン塩を含むアンモニア水を除く）で処理して得られるアンモニア水処理物を脱水成形してなる植物栽培用成形培地。
6. 育苗用又は養液栽培用である請求項４又は５に記載の植物栽培用成形培地。
7. 繊維状木質材料をアンモニア水（但し、キトサン塩を含むアンモニア水を除く）で処理する工程、及び必要に応じてアンモニア水処理物の含水量を調整する工程を包含する植物栽培用培地の製造方法。
8. アンモニア水処理工程がｐＨ８〜１０で行われることを包含することを特徴とする請求項７に記載の植物栽培用培地の製造方法。
9. アンモニア水濃度が0.2〜0.6重量％であり、樹皮の繊維状物100重量部に対しアンモニア水100〜500重量部を混合することを特徴とする請求項７又は８に記載の植物栽培用培地の製造方法。
10. 請求項７〜９のいずれかに記載の製造方法によって得られる植物栽培用培地を脱水成形することを特徴とする植物栽培用成形培地の製造方法。
11. 脱水成形が加圧脱水成形又は抄紙脱水成形である請求項１０に記載の植物栽培用成形培地の製造方法。

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