JP4673432B1 - 根圏制限通気鉢法による養液水耕栽培 - Google Patents

Abstract

【課題】養液を多量に使う養液水耕栽培において、根への酸素供給量が不足すると根は腐る。夏場、水温が上がると、植物の酸素要求量は増えるが、酸素の水への溶解度は減る。根に多量の養液輸送が望ましいが、不足しがちで枯れるもの出てくる。空気を直接根に送る工夫をした。
【解決手段】鉢で根圏を制限する。その下に鉢置き台を置き、鉢側壁と置き台上端をすり合わせ密着接触させる、又パイプを跨ぐ開口部を養液で水封させてパイプ穴からの空気が漏れないようにする。こうすることで水槽より上に置いたポータブルファンからの通気は漏れずに鉢内を通る。養液の循環はタンクから鉢の上限水位まで給液し、排水は通気と養液の液抜きを兼用したパイプの穴から自然落水で抜き出す。これにより通気、給水をコントロール出来る。

【選択図】 図４

Description

本発明は養液水耕栽培における酸素供給に関する

土耕農業に代わるものとしての水耕栽培が、植物工場といった形で大型化するようになって久しい。無農薬、減農薬で野菜が安定生産されるようになったが、その占有率はまだ低く全幅の信頼を得ていない。その主な栽培方法は、養液を循環させる湛液式水耕、ＮＦＴ、ロックウール耕である。その中でも栽培に最も安定感がある湛液式水耕栽培は、酸素不足という問題をかかえている。過湿、根腐りで枯れるという問題である。今までこの問題をどのように解決しているかというと、空気混入器をつける、いかに酸素溶解を増やすかということで解決している。例えば特開２００３−１６４２３１は栽培養水への酸素供給を細かい気泡で供給している。特開平６−３１９３８０では酸素濃縮装置を用いている。ところが水への酸素の溶解度は１０ｐｐｍ程度で、この酸素を根に供給するには、輸送ポンプで養水を頻繁に流動させなければならない。また根の必要部に、酸素が不足している所に、はたして本当に酸素が充分達したかどうか分からないという問題がある。酸素が同体積の空気の３％程度しか水に溶解しないことが大きな原因である。また特開平９−１３５６３９は土つき植物を根鉢ごと養液面より上方に配置し、空気を液面下に吹き込み気泡が養液面で弾ける際飛散する飛沫で土付き植物に給水しつつ育成し、新たに伸びてきた根を養液面に向けて伸張、到達させて水耕栽培に移行することを特徴とする栽培方法である。

特開２００３−１６４２３１ 特開平６−３１９３８０ 特開平９−１３５６３９

上記したように酸素を水に溶かした状態で、根に供給するには限界がある。また酸素を溶かした養水を流動させるより、空気を動かす方が少ない動力ですむ。
根を空気に曝す文献として前記特許文献３があるが、これは土耕から養液栽培に移行するための栽培方法であり、多量の植物を養液栽培するには不向きである。水または養液に散気装置を用いたのでは、高圧エアポンプを用いることになり、手間、コストがかかる。

防根シート面上で発達する根は湿気中根とよばれ、培養液中で生育した水中根に比べて、呼吸速度が2倍以上速いといわれている。また根を空気にじっと曝す静止放置の場合酸素低濃度層が形成され、流動させるならその低濃度層を破壊することになるという。
直接根に空気を送る方法が望ましい。しかし根のある水槽に単に空気をぶち込むだけでは漏れが多く、何らかの制限と工夫をしない限り、根に酸素が充分達しない。そこで根が濡れた状態で、通気するなら、湿気中根と同じことが期待できるのでないかと考え、根を濡らすことと強制的に多量の空気を供給することを交互に繰り返すことにする。また根は放置すれば、奔放に伸びる。伸びた所には充分な酸素が無かったり、行かなかったりするかもしれない。
こういったことの解決には、鉢内に根を閉じ込め、通気しやすい素材を土壌に使い、その下から多量の空気を極力漏れないようにして通気する方法がよいと考えた。
そこで本発明は、鉢で根圏を制限し、鉢下に置く鉢置き台を用いて、空気漏れを防いで根に通気されるとともに、給液をもタイマーでコントロールし省力給液をなし、植物栽培上、相反する重要なこと、給水と加湿防止、酸素不足を解決する。

鉢内に制限された根に、下から強制的に供給される充分な空気があれば、酸素不足に陥ることはない、根腐りは解消される。給液と根腐り防止、この２つの植物栽培上絶対必要なことをタイマーで、その長短で解決できるようになる（図７参）。また酸素供給量を多くすることで植物の高温適応能力を引き出し、延いてはワサビのような低温植物も安価な装置で通常のハウス栽培が可能であることを証明することにも価値がある。

装置の基本構造を示す図 横から見た鉢置き台の製作順を示す図 平行パイプに鉢置き台をセットした状態を示す図 水位の上限下限を示す図 鉢置き台を用いての養液栽培ベンチ上の状況を示す図 実施例２で自然薯に用いる方法を示す図 鉢内根の水気の経時変化を示す図

以下本発明の1つの実施の形態を、図面を参照にしながら説明する。この実施の形態では、根に空気を多量に送るために大型ファンを使う、ポータブルファン１である。例えばマンホールから蛇腹を経由して地下の工事現場に多量の空気を送るのに使用される様なファンである。毎分の送風量が１７〜４０立方メートルが望ましい。風圧は２３０Ｐａ程度。1株への空気供給量は毎分１０〜２０リットル程度を目安とする。図５に示すように、このファンに出口口径と同じ塩化ビニールダクト２を付ける。ダクト先端に蓋をする。このダクト２の下側に垂直に内径４０ｍｍ程度の塩化ビニールパイプを植物栽培の間隔を考慮して多数溶接する。この複数塩ビ分枝は作物栽培用の養液水槽９の底にて塩ビパイプＬで直角に曲がり複数の平行パイプ３になり、水槽端末で１本に集合して養液栽培水槽９外の下位養液タンク１０に出る。1本の平行パイプ３の最上位、最高部に直径７〜８ｍｍの穴４を、栽培作物が必要とする間隔を考慮して順次あける。１株あたりの空気供給量が毎分１０〜２０リットル程度とは、この穴からの吹き出す空気量である。

プラスチック、素焼きの丸鉢５とそれを載せる鉢置き台６の制約は次のようである。鉢底が直径１２〜１５ｃｍあればだいたい大型植物の栽培にも適応できる。小植物なら複数個の作物を鉢内に植え、隙間を埋めればよい。鉢置き台６はこの出願時、塩ビパイプを輪切りにして作ったが、量産時には鉢と同じように射出成型で大量生産することが望ましい。製作コストが安くなると共にすり合わせによる気密がよくなるからである。
丸鉢５底が１〜５ｃｍ程度鉢置き台６の中に入り込むように、鉢５の大きさ、鉢置き台６パイプの大きさを選ぶ。鉢５をその鉢置き台６の上に載せたとき、鉢５の鉢壁が下に置く鉢置き台６の上端と隙間なく密着接触して納まること。すり合わせで空気漏れが無いことが望ましい。鉢底に適当な大きさの穴が多数開いていることは当然である。
もちろん鉢が方形なら、鉢置き台も方形で、鉢壁が置き台の切端と密着し、空気漏れがないことである。

鉢置き台６の高さは、鉢を置いたとき、鉢底が上記平行パイプ３の外径より５〜２５ｍｍ程度高くなる高さに決定する。これは平行パイプの外径より１５〜３５ｍｍ程度高い長さである。この鉢置き台６を多数作る。

この鉢置き台６に穴をあけて、平行パイプ３を跨ぐようにする。それには平行パイプ３の外径と同じ大きさの穴を鉢置き台６の180度両端2箇所に、下端からの位置にホルソーで正確にあけて、パイプがはめ込められるように端を切り落とす。はめ込んだ状態は図３である。上に隙間が発生しないこと、平行パイプ３と鉢置き台６がフラットであること。図2の（ｄ）、（ｆ）にならないこと。（e）が理想である。

鉢に使う培養土は通気性の良いもので、その確認は鉢５上面をガムテープで全面貼って1つの小穴をあけ、水槽の鉢置き台６の上に載せたとき、ポータブルファンからの通気を、水槽に水を満たした水封状態で、線香の煙を近づけて揺れることで目視できる程度の通気性のよいものであること。パーライト、バーミュキュウライト、腐葉土、荒ら砂あるいはその混合物である。
平行パイプ３に通気すると浮力が発生して養水に浮くが、小石を鉢５に入れて重さを調節し、植物を植えた鉢５が浮かないようにする。

植物を植える養液栽培水槽９は、たるき、コンパネ板を敷き囲ったものに０．１５ｍｍのポリエチレンシートを敷いたものを用いる。水槽ベンチの平坦度は重要で、全体の水槽の高さのばらつきが２〜３ｍｍ範囲に収まること。

さて作物を鉢に植え、給水する場合、まず鉢底に薄い不織布を敷き、通気性のよい土で作物を鉢5に植える。根が鉢底から極力出ないように2重にもする。鉢置き台６は平行パイプ３の穴４を跨いで置く。鉢５を鉢置き台6の上に載せる。ポータブルファン１をまわしながら、養液栽培水槽９に養液タンク１０より揚水ポンプ７で上水する。水位は徐々に上昇しファンからのエアの吹き出し穴４を超えて上昇する。ほんの少し水位が吹きだし穴４超えると、盛んに水しぶきが発生する。さらに水位上昇すると穴4から平行パイプ３の中に養液が入っていきパイプは満水になり、エアは出なくなる。ポータブルファンからの空気圧はそんなに強くないからである。

根に、鉢５の根圏に充分養水が達した状態で揚水ポンプを停止する。これが水位の上限になる。短時間この状態を保持し、その後水位を下げる。それには平行パイプ３の集合バルブ、電磁弁８を解放すれば自然落水でタンクに抜ける。水位が徐々に下がり、パイプの水が抜けると、ポータブルファンからの空気が平行パイプ３から、鉢底から吹きだすようになる。この平行パイプ３は空気の通気と養水の抜き出しを兼ねている。平行パイプ３の最上位、最高部にエア吹きだし、養水抜き出し兼用の穴４をあけているので、これ以下の水位にはならない、下限水位である。鉢置き台６が平行パイプ３を跨ぐための隙間は、水没して水封されている。平行パイプ３の外径と鉢置き台６の円形の切り穴は同じ径であけており、しかも水没、濡れていて、エア漏れはない。鉢５壁と鉢置き台６上端は密着接触されているので、これ以後再び養水を上昇させるまで、空気は鉢底から作物培養土の中を通気する。鉢と鉢置き台がすり合わせのようになっているのが望ましいが、パイプを輪きりにしたようなものでも土、植物の荷重で、密着接触して効果はある。養水の上限下限はこの範囲で起こる（図４参照）。平行パイプ３に直径７〜８ｍｍ程度の穴４を開けているので穴が詰まることはない。常時通気しても、またタイマーで時間制御してもよい。

上記方法で作物の根は伸びる範囲を制限されており、水位が下がった状態では根は何時も５ｍｍ程度水面から上にあり、水に漬かっておらず、いつも通気の状態にあり根腐りは発生しない、これが理想状態と思っていたが、生育するにつれて、根は鉢から下に伸びてくる。それでも効果があった。実施例１に書くように、ワサビのような植物が、枯れなかった。空気量が少なかったときには腐り枯れたのに。養液栽培水槽9の底から平行パイプ３までの厚みある養水は、夏場急激な温度上昇の防止になり、作物栽培環境の急変に抵抗する。冬場の暖房にも役立つ。藻の発生が懸念されるときは、鉢５と鉢置き台６の間を挟んで槽全体にシルバーシートを敷き、養液に光を当てない。鉢置き台６を覆うシートに穴をあけ鉢５を置けばよい。

ワサビは１３〜16℃程度の水温で、湧き水の水量が多くないと育たない、病気に成りやすいといわれている。伊豆や信州の夏場でも涼しいところに栽培されている。本発明による、ワサビ根を１０〜１２ｃｍ鉢内に植えて、平行パイプ３の間隔を２０ｃｍで７〜８φのパイプ穴４も２０ｃｍ間隔で、空気を充分供給するなら大丈夫であった。11月〜2月に植えたワサビ苗７００本は大きく成長していたが、夏の７〜８月ハウス内気温４０℃、水温、地温２７℃になることもあっても、葉がほんの少し下向くことはあっても、全く枯れなかった。悪臭を放っての腐りは全く無かった。病気予防の消毒を2回したが病気にならなかった。遮光こそが重要で、７０％の遮光率のものを2枚重ねにした。ＥＣ＝０．８ｄＳ／ｍ。常時通気しながら養液の上下水を40分かけ、５０分は通気のみ、この90分サイクルで12時間昼間のみ養液の上下水運転をした。夜間は通気のみにした。植物は酸素供給が充分な状態では、高温耐性力が増加することを改めて確信した。これに用いている設備は過去に提案されているものより安く、運転も理に適っていると思う。

自然薯は、地表近くを横に1ｍ以上伸びる８〜１２本の吸収根が養水を吸収する。これを養液栽培する場合、吸収根が地表近くで充分酸素吸収しなければ、高温に曝され腐ってしまう。長いことこの原因が分からなかった。鉢で根圏制限して、連続通気することで初めて成功した。構造は鉢と鉢置き台だけよりもさらに複雑で、新生芋を水槽下に貯蔵するため、垂直パイプ１０を水槽塩ビ板に溶接、鉢底を貫通した。そのパイプを通して新生芋が水槽下の土中に貯蔵出来るようにした。これによりビニールハウス内でも栽培できた。これは太い吸収根を好き勝手に伸ばすことなく、鉢内に制限し、養水と酸素を充分供給したから成功できたと考えている。

今までの湛液式水耕の短所は酸素供給量に限りがあることで、その酸素不足を補うために養液流動量を多くする、静止的に空気に曝すことで対応しようとしてきた。しかし、これではワサビのような酸素要求量の多い作物には夏場、ハウス内栽培では不十分である。

給水と通気、そのコントロールは作物栽培上難しい。水遣り3年などといわているが、この根圏制限通気鉢法はタイマー制御のみで再現性があり、非常に容易である。あとはそのコントロールを各々の作物に合わせ調整することで、ワサビ、自然薯といったハウス栽培で難しいと考えられていたものも解決できたから、他の植物にも適用できると思っている。酸素要求量の多いい植物栽培、さらには苗木栽培にも、花栽培にも適用出来ると考えている。

１ ポータブルファン
２ ダクト
３ 平行パイプ
４ ７〜８ｍｍφの穴
５ 鉢
６ 鉢置き台
７ 養液吸い上げ揚水ポンプ
８ 養液抜き出し電磁弁
９ 養液栽培水槽
１０ 養液タンク
１１ 垂直パイプ

Claims (4)

1. 植物の培養栽培用装置であって、
   多量の養液を貯留する液槽と、
   この液槽より上位に設置された送風機と、
   この送風機からの通気を液槽内に案内するべく、液槽内に配置され、かつ最高部に３〜１０ｍｍの穴をあけて送風機からの通気を吹きださせるようにしたパイプと、
   この穴を中心に、このパイプを跨ぐように配置される鉢置き台とからなり、
   前記鉢置き台は筒状であって、その底側にはパイプ外径と同じ大きさの穴が側壁の対向位置に形成されており、
   養液の中にその鉢置き台をおくことで、鉢置き台の底側に形成された穴とパイプとの間は水封されてパイプ穴からの通気の吹き出しは漏れなくなっており、かつ当該鉢置き台の上端は、その鉢置き台上に載せられる鉢が密着接触して通気漏れをなくす構造になっている植物の養液栽培用装置。
2. 請求項１に記載の養液栽培用装置を用いて行われる植物の栽培方法であって、当該養液栽培用装置は、パイプが液槽内の下位側の槽出口で１本に集合してバルブ又は電磁弁を経由して液層より下位に置かれたタンクに繋がり、タンク内の養液を液槽に揚水するポンプが設けられており、
   当該ポンプを用いてタンクから液槽に揚水する場合には、送風機からの通気は、養液水位がパイプ最高部に設けられた穴を越えると、パイプに養液が入り停止し、さらに上水して、鉢置き台に載せられた鉢内の根に充分な所まで給液して停止し、水位上限となり、
   液槽からの排水は、パイプのバルブ又は電磁弁を開放すると自然落水で水位は下がるが、パイプの最高部にあけた穴以下になることはなく、水位下限となり、
   パイプ内が空になると送風機からの空気の通気が回復し、その通気は、鉢置き台の底から漏れることなく、また鉢置き台の上端と、その鉢置き台上に載せられる鉢の側面とが密着接触しているので、この隙間を通らず、鉢底から植物の根の間を通ることになる植物の栽培方法。
3. 請求項１に記載の養液栽培用装置で使用される鉢置き台であって、液槽内に配置されたパイプを跨いで配置できるように、その底側にはパイプ外径と同じ大きさの穴が側壁の対向位置に形成されており、当該鉢置き台の上端は、その鉢置き台上に載せられる鉢壁がすり合わされた状態で密着接触する構造になっている鉢置き台。
4. 植物の培養栽培用装置であって、
   多量の養液を貯留する液槽と、
   この液槽より上位に設置された送風機と、
   この送風機からの通気を液槽内に案内するべく、液槽内に配置され、かつ最高部に３〜１０ｍｍの穴をあけて送風機からの通気を吹きださせるようにしたパイプと、
   この穴を中心に、このパイプを跨ぐように配置される鉢とからなり、
   前記鉢は鉢底を高くして鉢の底側がパイプを跨ぐべく、当該鉢の底側にはパイプ外径と同じ大きさの穴が側壁の対向位置に形成されており、
   養液の中にその鉢をおくことで、鉢底側に形成された穴とパイプとの間は水封されてパイプ穴からの通気の吹きだしは漏れなくなっている植物の養液栽培用装置。

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