JP7490174B2 - 植物栽培用養液の製造方法及び植物の養液栽培方法 - Google Patents
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- Hydroponics (AREA)
Description
量的管理の施肥方法や考え方は、広く普及している濃度管理とは異なっている。有機質肥料を用いた量的管理では、原料となる有機物の窒素含有量の把握が必要となるが、有機物の窒素含有率は、季節的変動や採取部位による差が大きく、窒素含有量の把握には大きな労力が伴い、定量分析には高価な分析機器が必要となる。また、量的管理は、化学肥料を用いた濃度管理に比べ、管理作業が繁雑となりやすく、これらのことが、有機質肥料を用いた養液栽培が一般的に普及していない要因となっている。
有機物を有機質肥料として用いた養液栽培においては、土耕栽培のように有機物を土壌と混和できないため、悪臭の発生が特に問題となりやすく、特許文献1及び2では、有機物を少量に分けて添加することにより、悪臭の発生を抑制している。
第二工程の容器には、培養液を湛液、貯留する栽培ベッド、または栽培ベッドに給液する培養液を貯留する培養液タンクを用いる。第二工程への無機成分と微小な有機物の抽出は、第二工程の培養液の電気伝導率(EC)が目標とする値となるように行う。抽出方法は、水を貯留した第二工程の容器の中に第一工程の有機物を容器(袋状ネット等)ごと浸す、または第一工程の有機物に水をかけて洗浄し、第二工程の容器に流す、またはポンプなどで第二工程の容器の中の水または培養液を第一工程の有機物にかけて洗浄し、第二工程の容器に流す(循環する)、またはこれらを組み合わせて行う。
簡易な第一工程と既存の装置を利用する第二工程を組み合わせて養液の製造と植物の栽培を行う。
無機成分と微小な有機物の抽出前後のEC値の変動幅は、第一工程からの肥料成分供給量の目安とし、抽出後のEC値と次の抽出までの一定期間後のEC値との差(変動幅)は、植物の肥料成分吸収量の目安とする。植物を観察して生育状態を判断し、生育を促進させる時は、肥料成分の供給量を多くするため、ECの目標値を高く設定する。ECは、有機物の施用量や施用間隔、抽出時間、洗浄する流量等の増減により制御する。
なお、植物の生育状態と肥料成分吸収量は、反映しあうことが考えられることから、前記のEC値の変動幅を利用したEC管理の方法は、化学肥料を用いた従来の養液栽培においても利用可能であり、リアルタイムな植物の生育状態の見える化技術として利用できる。
本発明では、有機物の無機化を第一工程と第二工程の2つの工程に分けて行うことにより、多量の有機物を効率的に無機化し、植物への肥料成分の供給量を制御する。
第一工程は、有機物を袋状ネット等の通気性の高い袋または容器に入れ、水分が少ないものは水を含ませるだけの簡易な方法で有機物を無機化する。一例としては、有機物を市販の玉ねぎ用の出荷ネット(口幅35cm×奥行60cm)に入れ、水を含ませて静置し、微生物の働きにより有機物を無機化する。この方法は、嫌気的条件になりにくいため、悪臭の発生が少ないが、有機物の種類によっては悪臭が発生する。この場合は、有機物の乾物重に対し、4~20%程度の過リン酸石灰を混和して有機物を無機化すると悪臭の発生を抑制できる。また、リン酸含有量の少ない有機物を利用する場合は、過リン酸石灰を添加するとよい。
図1及び2の例では、第一工程の有機物を入れた袋状ネットを第二工程の容器の中に浸し、培養液をかけて洗浄し、無機成分と微小な有機物を抽出する。抽出は、培養液の電気伝導率が目標の値となるように行い、袋状ネットを第二工程の容器から引き上げて抽出を止める。引き上げた袋状ネットは、上に吊るすなどして、第一工程の有機物から滴る培養液を第二工程の容器に流す。有機物の無機化には、好気的条件を維持することが重要であるが、第一工程は、ネットであるため通気性が高いことの他、洗浄により有機物が撹拌されることや、抽出後は、吊るされた袋状ネットの中の有機物から培養液が流れ出て、有機物の中に空隙ができることから、簡易に好気的条件が維持できる。
液状の有機物は、固体に吸収させてから袋状ネット等の通気性の高い袋または容器に入れ、第一工程として利用する。液体の有機物を吸収させる固体としては、ピートモスを含む市販の培養土などが挙げられ、水分を吸収して保持し、通気性が高く、緩衝能のあるものが良い。
C/N比が高く分解の遅い有機物を利用する場合は、C/N比の低い有機物と組み合わせて使用するか、尿素などの窒素肥料を添加して利用する。化学肥料を添加して、不足する肥料成分を補うことにより、有機物の中の他の肥料成分を有効に利用できる。
本発明で用いる水は、水道水、地下水、用水等、植物の生育や有機物を分解する微生物の働きを阻害するものでなければ利用できる。
本発明では、培養液の配管の内側に微生物や有機物の層が形成しやすく、細い配管や小さな吐出口は目詰まりしやすい。このため、養液栽培装置のうち、太い配管だけで利用可能な湛液式水耕や薄膜水耕(NFT)が望ましい。また、湛液式水耕や薄膜水耕(NFT)は、固形培地耕や養液土耕に比べ、EC値の変化に対する植物の反応が顕著で、EC管理により生育を制御しやすい。
有機質肥料として利用する栽培残渣は、栽培管理で摘葉する下葉及び腋芽と栽培後の茎葉で、通風乾燥機(70℃)で乾燥し、手で細かく砕いて利用した。第一工程では、茎葉500gを袋状ネット(市販の10kg用玉ねぎネット(口幅35cm×奥行60cm))に入れ、水をかけて湿らせ、温室内に静置し、微生物の作用により茎葉を無機化した。
養液のECとアンモニウムイオン、亜硝酸イオン及び硝酸イオン濃度の測定結果は、表1のとおりであった。養液中にアンモニアが多いと、植物に過剰障害が発生しやすいが、抽出日から8日後の養液は、抽出日から1日後と比べ、アンモニウムイオン濃度が低く、ECと硝酸イオン濃度が高くなった。第二工程において硝化化成と有機物の無機化が進み、植物栽培用の養液として利用可能であった。
試験区は、有機質肥料としてトマト栽培残渣(茎葉)を用いた有機質肥料区と、対照として化学肥料(園試処方)を用いた化学肥料区を設定した。
有機質肥料として用いた栽培残渣(茎葉)は、実施例1と同様で、第一工程における無機化の方法も同様の方法で行った。第一工程は、乾燥した茎葉500gを袋状ネット(10kg用玉ねぎネット)の中に入れ、水で湿らせて静置し、茎葉を無機化した。第二工程は、実施例1と同様の栽培ベッド(湛液式水耕プラント)を用い、水で湿らせてから8日後(定植日から12日前)の茎葉の入った袋状ネットを栽培ベッドに1時間浸漬し、ポンプを用いて15秒間、栽培ベッドの中の水を茎葉にかけて洗浄(流量は25L/分)した。その後、定植日から9日前と7日前に、それぞれ5秒間、茎葉を洗浄し、無機成分と微小な有機物を抽出した。
有機質肥料区では、鉄欠乏症の発生を防ぐため、栽培期間中の計18回、キレート鉄を含む微量要素入り肥料(OATハウス5号)を5g/ベッドずつ施用した。
最初の抽出は、袋状ネットを栽培ベッドに1時間浸漬後に洗浄を行ったが、それ以降の抽出は、洗浄する時だけ袋状ネットを栽培ベッドに浸漬した。また、最初の抽出は、茎葉を袋状ネットに入れ、水で湿らせて8日間静置後に行ったが、その後、茎葉を施用する時は、抽出が毎日となることが多いため、茎葉を施用して直ぐに抽出を行い、2つの無機化の工程を同時に行った。定植後に茎葉を施用する時の培養液は、硝化反応が活発な微生物生態系が構築されていることや、トマトが肥料成分を速やかに吸収していることから、茎葉を追加施用して直ぐに抽出を行っても問題はない。
なお、図4の抽出時間は、2つある袋状ネットのうち、新しく茎葉を入れた袋状ネットへの時間で、もう一方の古い茎葉の入った袋状ネットへの抽出時間は、抽出してもEC値の変動幅が小さいことから、定植日から54日後までは15~60分、それ以降は夜間の約半日、栽培ベッドに浸漬し、曝気と同時に抽出を行った。
トマトの成長が進むと培養液中のアンモニウムイオン、亜硝酸イオン及び硝酸イオン濃度は、検出限界以下や、低い値が多いことから、培養液の中で硝化反応が活発な微生物生態系が構築され、無機態窒素は、トマトに速やかに吸収されているものと考えられた。
抽出後のEC値と翌日の抽出前のEC値との差は、定植日から1~20日後の期間は0.026で、定植日から21日後以降の期間では、0.033~0.053であった(図12)。EC値の低下幅については、定植日から101~120日後の期間では、前後の期間と比べ、やや値が小さくなっており、この時期は硝酸イオンも検出された。その後の期間では、硝酸イオンは、検出限界以下となり、EC値の低下幅が大きくなることや、栽培期間中の生育は良好であったことから、本試験例では、問題となる肥料成分吸収量の減少はなかったものと考えられた。
本試験例では、多量要素の肥料成分を不足なく供給できたが、有機物の種類等によっては、特定の肥料成分が不足し、生育が悪くなることがある。脱窒により失われることもある窒素は、植物の栄養成長にとって重要で、不足しやすい肥料成分である。窒素の不足により、抽出後のEC値の低下幅が小さくなった場合は、有機物の施用量を多くするなどして、抽出によるEC値の上昇幅を大きくするか、尿素などの窒素肥料で補うと、抽出後のEC値の低下幅が大きくなり、良好な生育を維持できる。
トマト栽培では、摘果した果実や販売に適さない果実等、大量の果実が廃棄されており、その有効利用が求められている(非特許文献1)。本実施例は、廃棄される果実の有効利用を図るため、果実を有機質肥料として用いた養液栽培を行った。本実施例は、試験例1の有機質肥料区と同時に同じ温室内の同様の栽培ベッドで実施し、定植日から84日後までは、同様の方法で栽培した。定植日から85日後以降は、茎葉とともにトマト果実を肥料として利用した。栽培管理は、肥料として用いた果実の他は、試験例1と同様に行った。本実施例で肥料として利用する果実は、廃棄される果実の有効利用を想定し、本実施例と試験例1で収穫した果実を用いた。
茎葉は100gずつ、果実は1または2kgずつ、交互または同時に同じ袋状ネットの中に施用した。1つの袋状ネットの中に施用する茎葉の累計は600g、果実の累計は12kgまでとし、それ以降は新たな袋状ネットに茎葉と果実を施用した。洗浄する茎葉と果実を入れた袋状ネットは、試験例1と同様に2つまでで、古い順に袋状ネットの中の茎葉と果実は廃棄した。
試験区は、有機質肥料として利用したトマト栽培残渣(茎葉)に過リン酸石灰(過石)混和の有無と、2段階の茎葉施用量(2段階のECの目標値)を組み合わせた過石無・EC▲1▼区、過石無・EC▲2▼区、過石有・EC▲1▼区及び過石有・EC▲2▼区の4区(有機質肥料利用区)と、対照として化学肥料(OATアグリオ株式会社、大塚ハウスA処方)を用いた化学肥料区の5区を設定した。
本発明の肥培管理は、ECによる培養液の濃度管理を行うことから、肥料となる茎葉施用量が過石無区と過石有区で異なることが考えられる。このため、本試験例では、過石無区と過石有区において、EC▲1▼区とEC▲2▼区を2段階の同じEC値で管理することにより、それぞれ2段階の茎葉施用量で栽培し、過リン酸石灰の添加がトマトの生育・収量に及ぼす影響を検討した。EC▲1▼区とEC▲2▼区のECの目標値は、その差を0.2dS/mとし、いずれの区も良好な生育となるように茎葉の施用量(追加施用する頻度)により制御した。栽培期間中の過石無・EC▲1▼区、過石無・EC▲2▼区、過石有・EC▲1▼区及び過石有・EC▲2▼区の茎葉施用量は、それぞれ3.1、3.6、3.6及び4.3kg/ベッドであった(図15)。
有機質肥料利用区では、鉄欠乏の発生を防ぐため、栽培期間中の計4回、キレート鉄を含む微量要素入り肥料(OATハウス5号)を5g/ベッドずつ施用した。
洗浄する培養液の流量は25L/分で、抽出時間は、各試験区とも同じで、図16のとおり、最初は短く、徐々に長くした。最初の抽出は、袋状ネットを栽培ベッドに1時間浸漬後に洗浄を行ったが、それ以降の抽出は、洗浄する時だけ袋状ネットを栽培ベッドに浸漬した。また、最初の抽出は、茎葉を袋状ネットに入れ、水で湿らせて6日間静置後に行ったが、その後、茎葉を施用する時は、抽出が毎日となることが多いため、茎葉を施用して直ぐに抽出を行い、2つの無機化の工程を同時に行った。
なお、図16の抽出時間は、2つある袋状ネットのうち、新しく茎葉を入れた袋状ネットへの時間で、もう一方の古い茎葉の入った袋状ネットは、抽出してもEC値の変動幅が小さいことから、抽出時間は60分とした。
トマトの成長が進むと培養液中のアンモニウムイオン、亜硝酸イオン及び硝酸イオン濃度は、検出限界以下や、低い値が多いことから、培養液の中で硝化反応が活発な微生物生態系が構築され、無機態窒素は、トマトに速やかに吸収されているものと考えられた。
EC▲2▼区は、EC▲1▼区に比べ、定植日から21~40日後の期間で、抽出によるEC値の上昇幅(抽出後(抽出開始2時間後)のEC値-抽出前のEC値)が大きかった(図18)。EC値の低下幅(抽出後のEC値-翌日の抽出前のEC値)は、いずれの区も定植日から41~60日後の期間で大きかった(図19)。過リン酸石灰の添加がEC値の低下幅に及ぼす影響については、明らかでなかった。
また、トマト栽培では、生育段階や栽培時期により肥培管理が異なり、生育状態を観察しながら繊細な肥培管理が要求されるが、本試験例では、簡易に2段階のEC値を制御できたことから、本発明の方法により繊細な肥培管理が簡易にできることが推定される。
本試験例とは別に、ナタネ油粕や鰹煮汁を有機質肥料として利用したトマト、リーフレタス及びミツバの養液栽培を検討した。この時は、これら有機物に過リン酸石灰を添加せずに無機化を行うと悪臭が発生したが、これら有機物に過リン酸石灰を混和して無機化を行うと、悪臭の発生を抑えて栽培できたことから、有機物の種類によっては過リン酸石灰の添加は必要であった。また、トマト茎葉を用いた場合でも、栽培規模等、栽培条件により悪臭が発生する場合は、過リン酸石灰の混和が有効な悪臭防止方法になることが考えられる。
試験例1及び2では、抽出時間と袋状ネットに茎葉を追加施用することによりEC値を制御した。本実施例では、トマト栽培残渣(茎葉)を有機質肥料として利用したトマトの養液栽培において、袋状ネットに茎葉を入れる作業を減らすため、袋状ネットに茎葉を追加施用せず、抽出時間と茎葉の入った袋状ネットの交換時期によりEC値を制御した。
した。
さらに、本発明は、有機物の有効利用による循環型社会への貢献ができるとともに、栽培残渣を有機質肥料として利用できることから、ゼロ・エミッションの養液栽培を可能とする技術として期待できる。
Claims (3)
- 無機の肥料成分の生成と生成した肥料成分の植物への供給量の制御を、以下に記載の第一工程と第二工程を組み合わせて行うことを特徴とする、有機物を用いた植物栽培用養液の製造方法。
第一工程は、袋状ネット等の通気性の高い袋や容器に有機物を入れ、水分の少ないものは水を含ませて微生物の作用により有機物を無機化する工程。
第二工程は、植物の栽培ベッド、または栽培ベッドに供給する養液を貯留する養液タンクの中へ、水(養液)の電気伝導率が目標とする値となるように、第一工程から無機成分と微小な有機物を抽出し、曝気して微生物の作用により硝化を促進するとともに有機物を無機化する工程。 - 請求項1の有機物を無機化する第一工程において、有機物に過リン酸石灰を混和した植物栽培用養液の製造方法。
- 請求項1または2に記載の方法によって製造された植物栽培用養液を用い、前記栽培ベッド、または前記養液タンク内の養液の電気伝導率の経時的変化や特定の期間の変動幅を観察し、電気伝導率を肥料濃度の指標とした濃度管理により生育を制御することを特徴とした、有機物を有機質肥料として利用した植物の養液栽培法。
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