JP6757923B2

JP6757923B2 - 下水処理水を用いた低カリウム含有植物の栽培装置及び栽培方法

Info

Publication number: JP6757923B2
Application number: JP2015142112A
Authority: JP
Inventors: 由香渡部; 直也樗木; 赤木　功; 功赤木
Original assignee: Kagoshima University NUC
Current assignee: Kagoshima University NUC
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2035-07-16
Also published as: JP2017023009A

Description

本発明は、例えば下水処理水を用いた低カリウム含有植物の水耕栽培装置及び水耕栽培方法に関する。

日本において、腎臓病患者は慢性腎臓病で1300万人程度であり、透析が必要な患者は約30万人とされる。腎臓病患者は、正常な腎臓では体外に排出される余剰のカリウムが排出できなくなるため、カリウムの経口摂取を制限する食事療法が欠かせない。しかしながら、カリウムは多くの食物に含まれており、特に野菜や果物に多い。そのため、食材を切った後に水にさらす、ゆでこぼす等、食材中のカリウムを減らす調理法を行わなければならない。このことは、患者及び家族に強い負担を強いることになり食生活の質の低下を招きかねない。

そこで、従来においては、低カリウム含有野菜の栽培方法が検討されている。
特許文献１は、実質的にカリウム及びナトリウムを含有せず、カルシウム、マグネシウム、リン及び窒素を主成分とし、これらの水溶液のpH値が5〜9になる低カリウム含有野菜を栽培するための水耕栽培用肥料及び当該肥料を用いた低カリウム含有野菜の水耕栽培方法を開示する。

特許文献２は、水耕栽培において、栽培期間のうち、最初の期間を水耕液中のカリウム含有量を減らさずカリウム(KNO₃)を加えて栽培し、その後収穫までの7〜10日間を、水耕液中のカリウム要素であるKNO₃の代わりに同濃度のNaNO₃を加えた水耕液に交換することを含む、カリウム含有量の少ない葉菜類を栽培する方法を開示する。

特許文献３は、水耕栽培において、栽培期間5週間のうち、最初の2〜3週間を水耕液中のカリウム含有量を減らさずKNO₃を加えて栽培し、その後、水耕液中のカリウム要素であるKNO₃の代わりに同濃度のHNO₃又はNaNO₃を加えることを含む、カリウム含有量の少ないホウレンソウを栽培する方法を開示する。

特許文献４は、カリウム含有水耕液で葉物野菜を一定期間栽培し、その後カリウム不含有水耕液に代えて栽培する低カリウム含有葉物野菜を栽培する方法を開示する。

このように、従来においては、水耕栽培の肥料や水耕液を工夫して低カリウム含有野菜を栽培する試みが提案されている。

ところで、下水処理水とは、都市下水や生活排水、有機系工場排水を浄化して環境中に放出する際に行われる活性汚泥法により浄化された水のことである。活性汚泥法は汚水等を微生物により分解し、汚泥と下水処理水(浄化水)に分ける方法であり、長い歴史をもち、改良が進んでいること、及び汚水中の有機物の除去率が高いことから広く利用されている。この方法で浄化された下水処理水は、含まれる有機物、無機物等について河川や海に放出できる程度まで低濃度となっている。

従来において、このような下水処理水を利用して、低カリウム含有野菜を栽培する方法は知られていなかった。

特開2012-183062号公報特開2011-36226号公報特開2008-61587号公報国際公開第2014/054821号

上述のように、腎臓病患者に、低カリウム含有野菜等を提供することは重要である。
そこで、本発明は、上述の実情に鑑み、腎臓病患者に、食材として利用できる新鮮な低カリウム含有野菜等を供給することができる、低カリウム含有植物の栽培装置及び栽培方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、河川や海に放流する直前の下水処理水(浄化水)には低濃度の窒素、リン、カリウム等の植物の生育に必要な栄養成分が含まれており、当該下水処理水を野菜等の植物体の水耕栽培の養液(植物の生育に必要な肥料を溶かした溶液)として再利用することで、低カリウム含有植物体を栽培できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下を包含する。
（１）下水処理水を多孔質体に支持された植物体の根域に供給する下水処理水供給手段と、水耕栽培手段とを備え、前記下水処理水供給手段により、下水処理水を植物体の根域に掛け流すことを特徴とする、低カリウム含有植物体の水耕栽培装置。
（２）多孔質体が、ハイドロボール又は礫である、（１）記載の装置。
（３）下水処理水を多孔質体に支持された植物体の根域に掛け流すことを含む、低カリウム含有植物体の水耕栽培方法。
（４）多孔質体が、ハイドロボール又は礫である、（３）記載の方法。

本発明によれば、低カリウム含有野菜等の低カリウム含有植物体を栽培することができる。このような低カリウム含有野菜は、カリウムの経口摂取が制限される腎臓病患者のための食材として利用することができる。

本発明に係る低カリウム含有植物体の水耕栽培装置の概略構成図である。本発明に係る低カリウム含有植物体の水耕栽培装置において栽培したコマツナの様子を示す写真である。本発明に係る低カリウム含有植物体の水耕栽培装置において栽培したコマツナの様子を示す写真である。本発明に係る低カリウム含有植物体の水耕栽培装置において栽培したナスの様子を示す写真である。本発明に係る低カリウム含有植物体の水耕栽培装置において栽培したキュウリ(前方の列)及びトマト(後方の列)の様子を示す写真である。

以下、本発明を詳細に説明する。

図１に示すように、本発明に係る低カリウム含有植物体の水耕栽培装置(以下、「水耕栽培装置」と称する)１は、植物体２に対して、下水処理水３を多孔質体４に支持された植物体２の根域に供給する下水処理水供給手段５と、水耕栽培手段６とを備える。

ここで、植物体としては、水耕栽培により栽培することができる植物体であればいずれの植物体であってもよく、例えば、ミツバ、カイワレダイコン、コマツナ、キュウリ、ナス、オクラ、ミズナ、チンゲンサイ、トマト等の野菜が挙げられる。

下水処理水は、都市下水や生活排水、有機系工場排水を浄化して環境中に放出する際に行われる活性汚泥法により浄化された、河川や海に放流する直前の下水処理水(浄化水)である。例えば、鹿児島市南部処理場の最終混和池（塩素混和池）由来の下水処理水には、下記の表１に示すように、低濃度の窒素、リン、カリウム等の植物の生育に必要な栄養成分が含まれている。表１は、貯留中の下水処理区のイオン成分(ppm)を示し、表２は、通常の水耕栽培に使われる養液（肥料の水溶液）の多量元素成分(ppm)を示す。

ポット等の容器において植物体の根域を支持する(又は植物体の根域に敷き詰められる)多孔質体としては、例えばハイドロボール又は礫(軽石)等が挙げられる。下記の表３に示すように、ハイドロボール(発泡煉石)は、植物体に対して各種栄養元素を供給する。

表３において、各略語は以下の通りである：「未・超純水」：未使用のハイドロボール・超純水で抽出、「未・酢安」：未使用のハイドロボール・1M酢酸アンモニウムで抽出、「未・塩酸」：未使用のハイドロボール・0.1M 塩酸で抽出、「済・超純水」：使用済みのハイドロボール・超純水で抽出、「済・酢安」：使用済みのハイドロボール・1M酢酸アンモニウムで抽出、「済・塩酸」：使用済みのハイドロボール・0.1M塩酸で抽出。

下水処理水供給手段とは、植物体の根域に養液として下水処理水を供給する手段(例えば供給口)を意味する。また、図１に示すように、本発明に係る水耕栽培装置は、下水処理水供給手段から供給された下水処理水を排水する排水手段７(例えば、排水口)を備えることができる(図１において、黒塗りの矢印方向は、下水処理水の流れる方向である)。

水耕栽培手段は、植物体を水耕栽培するための手段を意味する。例えば、水耕栽培手段としては、水耕栽培用ベッド等が挙げられる。

さらに、図１に示すように、本発明に係る水耕栽培装置は、植物体の根域のための遮光用カバー８を備えていてもよい。

通常の野菜が水耕栽培で栽培される例としてミツバ、カイワレダイコン等がある。これらの水耕栽培に用いられる養液と比較すると、下水処理水は、表１及び２に示すように、最も重要な栄養成分である窒素については約1/5、カリウムについては約1/20程度の濃度であり、その他の栄養成分の濃度も低い。また、下水由来のものと考えられる塩化物イオンとナトリウムイオンが含まれており、下水処理水をこのまま通常の水耕栽培用の養液として利用した場合、植物体は栄養失調状態となったり、生育障害が発生する虞があり、栽培は困難である。

そこで、本発明においては、図１に示すように、下水処理水供給手段により、下水処理水を常に植物体の根域に掛け流すことにより、栄養不足を補い野菜類等の植物体を通常の栽培状態に近いレベルまで生育させることができる。掛け流しの流速としては、例えば1〜50L/分、好ましくは10〜20L/分が挙げられる。

また、植物体の根域を多孔質体のハイドロボールや礫等で支えることにより良好な生育が得られるようになる。表３に示すように、植物体が植えられたハイドロボール等からは、下水処理水にはほとんど含まれていないが、植物体の生育に必要な微量要素が少しずつ溶出して根域に供給される。このことが植物体の生育に有効に働き、栄養成分の欠乏症を軽微にすることができる。下水処理水のみで栽培を行うのではなく、植物体を植えた多孔質体の礫等の素材との組み合わせで、植物体の栽培状態を良好にすることができる。

以上に説明する本発明に係る水耕栽培装置を用いた水耕栽培方法によれば、カリウム含量が低濃度の下水処理水を多孔質体に支持された植物体の根域に掛け流すことにより、カリウム濃度の低い野菜等の低カリウム含有植物体を得ることができる。具体的には、本発明によれば、得られた野菜類等の植物体中のカリウム濃度は、通常の方法で栽培された植物体中の1/2程度のカリウム濃度とすることができる。

また本発明によれば、もともと河川に放流できる程度まで浄化した水を使用することから、通常の水耕栽培で問題となっている養液を廃棄する場合の環境汚染を考える必要がなく、また赤潮を発生させる要因となる海の富栄養化の原因となる可能性がある下水処理水の成分を植物体に吸収させることができるため、河川や海の環境汚染を防ぐ一助となる。

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。

〔本発明に係る水耕栽培装置における低カリウム含有植物体の栽培〕
1.水耕栽培装置の作製
発泡スチロールで作製した深さ30cm程度の細長い箱に漏水防止目的のビニルを敷き詰めたものを装置の本体とし、短片側の片方に下水処理水を注入し、反対側の装置の底に穴をあけ排水用のパイプを刺して下水処理水が排出されるようにした。

下水処理水を注入する側を上流とし、排水用のパイプを刺した側を下流とし、下流側の高さが若干低くなるよう装置を傾斜させてビニルハウス内に設置した。
排水用パイプが装置の底から突き出た高さが箱内に溜まる下水処理水の水深となる。

以上の措置により、下水処理水が装置本体内にある程度の水深を保った状態で流れるようにした。また、装置の底から突き出たパイプの長さを調節することにより湛水させる下水処理水の水深を調節できるようにした(水深3cm〜10cm程度）。下水処理水は下水処理施設の最終混和池(塩素混和池)から汲み上げ、排水は最終混和池へ戻した。

2.水耕栽培の材料及び方法
ハイドロボール等の発泡煉石、又は軽石を、側面が細かい網状となっているかご状の容器に入れ、それを水耕栽培装置内に置き、容器の下部が下水処理水に浸るようにした。

発泡煉石又は軽石はホームセンター等で購入できる一般的なものである。
容器内のハイドロボール中又は軽石中に播種するか又は苗を植え付けた。

植え付けた野菜は、コマツナ、ミズナ、チンゲンサイ等の葉菜類やナス、キュウリ、トマトであった。また、野菜以外では、観賞園芸作物(キク、ケイトウ、ミニバラ、ハイビスカス)でも同様の栽培実験を行い、葉中のカリウム含量を調査した。
下水処理水の掛け流しを、流速10L/分で行った。

3.結果及び考察
表４に示すように、3種の葉菜全てでカリウム吸収量が減少した。減少率は通常の水耕栽培用の培養液で栽培したものと比べ二分の一以下であった。

また、図２〜５の写真に示すように、下水処理水で生育した野菜は、通常の水耕栽培で生育した野菜同様に生育した。

表５は、野菜類ではないが、園芸植物(花き類)を下水処理水で栽培した時の葉中カリウム含量(乾燥重(d.w.)1グラム当たり)を示したものである。通常の水耕栽培で用いられる培養液で栽培したものに比べ、下水処理水区で栽培したものは、カリウム含量が半分から三分の一程度となった。このことから、下水処理水で栽培した植物体は、その種類を問わず、通常の栽培に比べてカリウム含量が低下する可能性が高いと考える。

１．低カリウム含有植物体の水耕栽培装置、２．植物体、３．下水処理水、４．多孔質体、５．下水処理水供給手段、６．水耕栽培手段、７．下水処理水排水手段、８．遮光用カバー

Claims

河川に放流できる程度まで浄化された下水処理水をハイドロボール又は軽石に支持された植物体の根域に常に掛け流すことを含む、低カリウム含有植物体の水耕栽培方法。
植物体が、コマツナ、ミズナ及びチンゲンサイから成る群より選択される、請求項１記載の方法。