JP5913452B2 - 人工土壌培地 - Google Patents
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Description
水分を吸収/放出可能な基部を備えた複数の人工土壌粒子を含む人工土壌培地であって、
前記複数の人工土壌粒子は、前記基部が水分を吸収する状態又は前記基部から水分を放出する状態を示す水分吸放出特性が夫々異なるように設定された複数種の人工土壌粒子で構成され、
前記複数種の人工土壌粒子として、前記水分吸放出特性が夫々異なるように設定された第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子とを含み、
前記第一人工土壌粒子は複数のフィラーを造粒してなる多孔質体を基部として有するものであり、前記第二人工土壌粒子は繊維を集合してなる繊維塊状体を基部として有するものであり、
前記第一人工土壌粒子は前記第二人工土壌粒子より緩やかな水分吸放出特性を有し、
pF値が1.5〜2.7の範囲において、前記第一人工土壌粒子の含水率と前記第二人工土壌粒子の含水率とが等しい条件では、前記第一人工土壌粒子のpF値は前記第二人工土壌粒子のpF値より常に高くなることにある。
また、本構成の人工土壌培地によれば、水分吸放出特性が夫々異なるように設定された第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子とを含み、第一人工土壌粒子は複数のフィラーを造粒してなる多孔質体を基部として有するものであり、第二人工土壌粒子は繊維を集合してなる繊維塊状体を基部として有するものであり、第一人工土壌粒子は第二人工土壌粒子より緩やかな水分吸放出特性を有し、pF値が1.5〜2.7の範囲において、第一人工土壌粒子の含水率と第二人工土壌粒子の含水率とが等しい条件では、第一人工土壌粒子のpF値は第二人工土壌粒子のpF値より常に高くなるため、第二人工土壌粒子が水分を放出した後も第一人工土壌粒子からの水分放出は継続する。その結果、栽培対象の植物に長期に亘って持続的に水分を供給することが可能となり、水遣りの頻度を低減することができる。
前記複数種の人工土壌粒子は、異なる種類の人工土壌粒子の間で水分の移動が可能となるように構成されていることが好ましい。
前記第一人工土壌粒子と前記第二人工土壌粒子との混合割合を30:70〜70:30に調整してあることが好ましい。
前記複数種の人工土壌粒子の少なくとも一種にイオン交換能を付与してあることが好ましい。
前記複数の人工土壌粒子は0.2〜10mmの粒径を有することが好ましい。
図1は、複数の人工土壌粒子50を含む本発明の人工土壌培地100の概念図である。人工土壌粒子50は、水分を吸収/放出可能なベースとなる基部10を備えている。基部10は、保水性材料を有している。保水性材料は、外部環境から水分を吸収して保持するとともに、保持している水分を外部環境に放出することが可能である。ここで、「外部環境」とは、人工土壌粒子50の外側の環境を意図する。図1に示す複数の人工土壌粒子50が集合した状態の人工土壌培地100においては、複数の人工土壌粒子50の間に形成される空隙Sが外部環境に相当する。外部環境には植物Pの育成に必要な水分が存在し得る。人工土壌粒子50は、基部10が外部環境から水分を吸収する状態(水分吸収特性)、あるいは外部環境に基部10が保持している水分を放出する状態(水分放出特性)をコントロールすることで、栽培対象の植物Pへの水分供給時期や水分供給量を調整することができる。ここで、「水分吸収特性」及び「水分放出特性」とは、水分吸収量、水分吸収タイミング、水分放出量、水分放出タイミング、保水量、含水量等の水分に関連する物理量や時間で表される状態であり、本明細書では、この「水分吸収特性」及び「水分放出特性」と、後述する湿潤性やpF値等の水分関連特性とを合わせて「水分吸放出特性」と規定する。
図2は、本発明の人工土壌培地100を構成する人工土壌粒子50の概念図であり、基部10の構成が異なる2つのタイプを例示したものである。図2(a)の人工土壌粒子50aは、第一のタイプの人工土壌粒子であり、基部10としての多孔質体10aを備えている。多孔質体10aは、複数のフィラー3が集合して粒状に構成される。多孔質体10a中において、複数のフィラー3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3が集合して粒状に構成したものと考えることができる。多孔質体10aを構成するフィラー3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3がゼオライトの場合、当該ゼオライトの結晶構造中に存在する空隙が細孔4であり、フィラー3がハイドロタルサイトの場合、当該ハイドロタルサイトの層構造中に存在する層間が細孔4である。つまり、本発明において「細孔」とは、フィラー3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。なお、複数のフィラー3の間には、水分を保持可能なサブμmオーダー乃至サブmmオーダーの連通孔5が形成されている。連通孔5の周囲には細孔4が分散配置されている。連通孔5には主に水分が保持されるため、人工土壌粒子50aに一定の保水性を持たせることができる。人工土壌粒子50aの粒径は、0.2〜10mm、好ましくは0.5〜10mmに調整される。
図2(b)の人工土壌粒子50bは、第二のタイプの人工土壌粒子であり、基部10としての繊維塊状体10bを備えている。繊維塊状体10bは、繊維1の集合体として構成される。繊維塊状体10bを構成する繊維1の間には、空隙2が形成されている。繊維塊状体10bは、空隙2に水分を保持することができる。従って、空隙2の状態(例えば、空隙2の大きさ、数、形状等)は、繊維塊状体10bが保持できる水分量、すなわち保水性に関係する。空隙2の状態は、基部10を形成する際の繊維1の使用量(密度)、繊維1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1のサイズは、太さが1〜100μmのものが好ましく、長さが0.1〜10mmのものが好ましい。人工土壌粒子50bの粒径は、0.2〜10mm、好ましくは0.5〜10mmに調整される。
本発明の人工土壌培地100は、水分吸放出特性が夫々異なるように設定された複数種の人工土壌粒子50で構成される。図3は、人工土壌培地100の一例を示す説明図であり、図2(a)に示す水分吸放出速度が遅い(水分吸放出特性が緩やかな)後期吸放出型の第一人工土壌粒子50aと、図2(b)に示す水分吸放出速度が速い(水分吸放出特性が急激な)早期吸放出型の第二人工土壌粒子50bとを約50:50の割合で混合して構成したものである。この場合、人工土壌培地100中において、第一人工土壌粒子50aと第二人工土壌粒子50bとは互いに接触した状態となっている確率が高い。本発明者らによる鋭意研究の結果、第一人工土壌粒子50aと第二人工土壌粒子50bとが接触した状態、又は接触に近い状態にある人工土壌培地に散水を行うと、両粒子間で水分及び養分が特異的な挙動を示すことを突き止めた。以下、人工土壌培地100における植物の栽培に必要な水分及び養分の挙動メカニズムについて説明する。
上述した実施形態以外の態様として、本発明の人工土壌培地100において採用し得る形態を以下に別実施形態として説明する。
フィラーとしてゼオライト及びハイドロタルサイトを使用し、アルギン酸塩としてアルギン酸ナトリウムを使用し、多価金属イオン水溶液として5%塩化カルシウム水溶液を使用した。和光純薬工業株式会社製の試薬アルギン酸ナトリウムを水に溶解させて濃度0.5%の水溶液を調製し、アルギン酸ナトリウム0.5%水溶液100重量部に株式会社エコウエル製の人工ゼオライト「琉球ライト600」10重量部、及び和光純薬工業株式会社製の試薬ハイドロタルサイト10重量部を添加して混合した。混合液を5%塩化カルシウム水溶液中に1滴/秒の速度で滴下した。滴下した液滴が粒子状にゲル化した後、粒子状ゲルを回収して水洗し、55℃に設定した乾燥機で24時間乾燥させた。乾燥を終えた粒子状ゲルを篩にかけて分級し、2mmオーバー、4mmアンダーとした第一人工土壌粒子を得た。この人工土壌粒子の陽イオン交換容量は23meq/100gであり、陰イオン交換容量は25meq/100gであり、粒径は0.2〜10mmの範囲内であった。
見かけの容積で1000ccのビニロン短繊維(長さ0.5mm 株式会社クラレ製)を撹拌混合造粒装置(有限会社G−Labo製)で撹拌、転動させながらポリエチレンエマルジョン(セポルジョン(登録商標)G315、住友精化株式会社製、濃度40重量%)を約10倍に希釈したものを加えて造粒し、内部にポリエチレンエマルジョンを含浸させた粒子状の繊維塊状体を形成した。次いで、同じポリエチレンエマルジョンを体積の1/2となるように加えて外表部にエマルジョンが均一に付着するように転がしながら含浸させた。エマルジョンが含浸した繊維塊状体をオーブンで60℃で乾燥した後、100℃でエマルジョン中のポリエチレンを溶融させて繊維に融着させることにより短繊維同士を固定化し、さらに繊維塊状体の外表部を多孔質ポリエチレンの通水性膜で被覆し、第二人工土壌粒子を得た。この第二人工土壌粒子の粒径は0.5〜10mmの範囲内であった。
実施例1として、第一人工土壌粒子50重量%、及び第二人工土壌粒子50重量%を含む人工土壌培地を調製した。実施例2として、第一人工土壌粒子30重量%、及び第二人工土壌粒子70重量%を含む人工土壌培地を調製した。比較例1として、第一人工土壌粒子のみのもの(第一人工土壌粒子100重量%)を人工土壌培地とした。比較例2として、第二人工土壌粒子のみのもの(第二人工土壌粒子100重量%)を人工土壌培地とした。さらに、比較例3として、市販の植物育成用人工土壌培地「セラミス(登録商標)」を使用した。
夫々の人工土壌培地を入れたポットに植物としてポトスを植栽し、栽培開始時に人工土壌培地に十分な散水を行った。その後、追加の散水は行わず、20日間に亘って植物を栽培した。夫々の人工土壌培地の水分吸放出特性を確認するため、栽培期間中における水分関連特性として、湿潤性、吸水量、放水速度、及び保水日数の変化を測定した。ここで、湿潤性は、人工土壌培地の瞬間的な水分保持力の指標となるものである。湿潤性は、上下が開口したカラムに人工土壌培地を充填し、上部から補給した水分量と下部から排出された水分量との差から、単位体積あたりの人工土壌培地が瞬間的に保持し得る水分量(mL/100mL)として求められる。吸水量は、人工土壌培地の長期的な水分保持力を示すものである。吸水量は、通常の単位体積あたりの人工土壌培地が保持し得る水分量(mL/100mL)として求められる。吸水量は、一般に、湿潤性試験で求めた水分値よりも大きくなる。放水速度は、人工土壌培地を入れたポットから栽培系外に水分が放出される速度である。放水速度は、例えば、水を張ったバットにポットを入れて底面灌水を行い、栽培期間中のバットの水面の低下量(すなわち、水分減少量)から求められる。バットからの水分の蒸発量は略一定と見なせるため、人工土壌培地の違いによる相対的な水分減少量の評価が可能となる。保水日数は、人工土壌培地が水分を保持し得る日数である。保水日数は、植物を植栽した時点から植物が萎れた時点までの日数より間接的に求められる。夫々の人工土壌培地の水分関連特性の評価結果を表1に示す。
次に、夫々の人工土壌培地を入れたポットに植物としてハツカダイコンの種子を播種し、栽培開始時に人工土壌培地に十分な散水を行った。その後、適宜散水を行い、20日間に亘って植物を栽培した。植物の生育状態を確認するため、栽培期間終了後における実の大きさ、根長、根径を測定した。夫々の人工土壌培地における植物生育状態を表2に示す。
3 フィラー
4 細孔
10 基部
10a 多孔質体
10b 繊維塊状体
50 人工土壌粒子
50a 第一人工土壌粒子
50b 第二人工土壌粒子
100 人工土壌培地
Claims (5)
- 水分を吸収/放出可能な基部を備えた複数の人工土壌粒子を含む人工土壌培地であって、
前記複数の人工土壌粒子は、前記基部が水分を吸収する状態又は前記基部から水分を放出する状態を示す水分吸放出特性が夫々異なるように設定された複数種の人工土壌粒子で構成され、
前記複数種の人工土壌粒子として、前記水分吸放出特性が夫々異なるように設定された第一人工土壌粒子と第二人工土壌粒子とを含み、
前記第一人工土壌粒子は複数のフィラーを造粒してなる多孔質体を基部として有するものであり、前記第二人工土壌粒子は繊維を集合してなる繊維塊状体を基部として有するものであり、
前記第一人工土壌粒子は前記第二人工土壌粒子より緩やかな水分吸放出特性を有し、
pF値が1.5〜2.7の範囲において、前記第一人工土壌粒子の含水率と前記第二人工土壌粒子の含水率とが等しい条件では、前記第一人工土壌粒子のpF値は前記第二人工土壌粒子のpF値より常に高くなる人工土壌培地。 - 前記複数種の人工土壌粒子は、異なる種類の人工土壌粒子の間で水分の移動が可能となるように構成されている請求項1に記載の人工土壌培地。
- 前記第一人工土壌粒子と前記第二人工土壌粒子との混合割合を30:70〜70:30に調整してある請求項1又は2に記載の人工土壌培地。
- 前記複数種の人工土壌粒子の少なくとも一種にイオン交換能を付与してある請求項1〜3の何れか一項に記載の人工土壌培地。
- 前記複数の人工土壌粒子は0.2〜10mmの粒径を有する請求項1〜4の何れか一項に記載の人工土壌培地。
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