JPH07132029A

JPH07132029A - 植物の水耕栽培方法

Info

Publication number: JPH07132029A
Application number: JP5306093A
Authority: JP
Inventors: Asao Shimanishi; 淺男嶋西
Original assignee: SHIMANISHI KAKEN KK
Current assignee: SHIMANISHI KAKEN KK
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】植物を水耕栽培する際、その培養液に数ミクロンから数
十ミクロンの微細気泡を注入する。【効果】植物の水耕栽培方法に関し、数ミクロンか
ら数十ミクロンの微細気泡を水耕栽培の培養液に注入し
て、溶存酸素を常時飽和又は過飽和に近くすることによ
って定植後の栽培で植物の成育を早めて栽培期間を短縮
し、常時健全な栽培植物を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、植物の水耕栽培方法に
関する。さらには、水耕栽培を行う際に利用する培養液
の溶存酸素量を高めることによって、栽培植物の成育・
成長を早めて栽培期間を短縮し、健全な栽培植物を提供
する植物の水耕栽培方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】植物の養液栽培の一つに水耕栽培がある
が、この水耕栽培には様々な方法がある。一般にはウレ
タンマットやロックウールに栽培植物の種子を播種して
育苗室で発芽・発根させた後、発泡スチロール製の穴空
きパネルの開口部に係合させて栽培する方法等がとられ
ている。発芽・発根後の養液栽培方法には、栄養分の入
った培養液に単に根部分を浸漬する方法、培養液に空気
を入れながらゆっくり流動させる方法、栽培ベッドに傾
斜をつけて培養液を浅く流動させる方法、培養液を液状
ではなく霧状にして根部分に噴霧する方法などがある。
栽培室では、植物の成育特性に合わせ室内の温度、湿
度、光、炭酸ガス濃度、培養液の溶存酸素、栄養分濃
度、液温、ＰＨ等を管理して植物を栽培するのが通常の
水耕栽培であった。このように植物の育成に必要な要素
の全てを管理すれば、季節に関係なく、また気象条件や
労働条件に左右されることもなく、計画的に植物を生産
して市場に出すことが可能である。しかし、このような
培養液栽培による野菜工場における野菜・果実の計画生
産でも、必ずしも完全ではなく、設定条件の変動などに
よって栽培室での成育が順調でなかったりするなどの欠
点があった。特に、培養液は液体であるために植物の根
に必要な酸素を十分に供給できないため、栽培室での成
育が順調でなかったりするのが大きな原因の一つでもあ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】培養液に酸素を溶解さ
せ、溶存酸素濃度を高める方法には次の方法がある。
栽培槽へ培養液を送るパイプの途中に空気混入器を取り
つけ、培養液の流入とともに酸素を混入溶解させる。
栽培槽へ培養液を供給する際、吐出口部に曝気装置を取
りつけたりして、多くの気泡とともに培養液に酸素を溶
解させる。培養液の水位を上下させ、根を一時的に空
気にさらす。根は培養液に浸漬しないで、ミスト状に
した培養液を根に吹きつける。培養液をしみ込ませた
繊維製のシートの表面に根を張らせ、シートから培養液
を吸収させる。この場合、根は空気にさらされているこ
とになる。しかしこれらの方法には夫々に欠点があり、
例えばの空気混入器や、の曝気装置の気泡は直径が
数百ミクロンから数ミリの大きなものであって、直ちに
溶存酸素とはなり難い。、及びは培養液の管理が
難しく設備費が高価である。また植物にとって空気中酸
素だけではなく水中の溶存酸素からの酸素摂取も同時に
できることが望ましい。本発明は、微細気泡装置を用い
て栽培の段階で植物の根に十分に酸素を補給して成育・
成長を促し、栽培期間を短縮することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、植物の水耕栽培用の培養液に微細気泡を注入して
溶存酸素を高めることによって、、栽培の段階で成育・
成長を促して、栽培期間を短縮することに成功したもの
である。

【０００５】従来、植物の水耕栽培用の培養液に酸素を
供給し、根が十分に呼吸できるようにするために、空気
を送り込む装置はあったが、いづれも空気の気泡が大き
く数百ミクロンから数ミリの大きさのため、注入した気
泡は水中で破裂するか上昇してしまって、すぐに培養液
水面に出てしまう欠点であった。空気の気泡が大きいこ
と及び水中での存在時間が短いことは、気泡の酸素が水
中に溶解しにくいことを意味する。水耕栽培用の植物が
呼吸に利用するのは、通常水中に溶解している溶存酸素
であるから、酸素が水中に溶解していない状態では植物
の根は十分に呼吸ができない。特に、ホウレン草等の葉
菜類やトマト等の果実類の根は、呼吸のための十分な酸
素を必要とするため、水耕栽培用の培養液に酸素が十分
でないことは、成育・成長に致命的ダメージを与える結
果となっていた。

【０００６】水耕栽培等の養液栽培では、根は必要とす
る酸素の多くを培養液から吸収している。とりわけ根が
培養液に浸漬した状態で栽培される水耕栽培では、その
傾向が強い。１気圧２０℃に条件では水１〓に溶ける飽
和溶存酸素量は９．１ｍｇで、同体積の空気中に存在す
る酸素量２６２ｍｇのわずか５％にすぎない。例えばト
マトの根の酸素吸収速度を０．２６ｍｇ／ｇ／Ｈとした
場合、１気圧２０℃で水１〓に溶ける飽和溶存酸素量
は、計算上わずか１０ｇの根で３．５時間で消費されて
しまう。しかも、溶存酸素量濃度がおよそ１．５ｐｐｍ
以下になると根の呼吸作用が低下するため、実際にはさ
らに早い時間で酸素の不足状態になる。根への酸素供給
量が不足すると、根の伸長、養分の吸収、吸収された養
分の根での代謝、サイトカイニン等の植物成長ホルモン
の合成等、さまざまな根の機能が低下し、植物の成長が
阻害される。一般には、溶液栽培で根への酸素供給量が
低下すると、リン、カリウム、マグネシウム、カルシウ
ム、マンガン等の吸収が阻害され、また栄養分の吸収も
減少する。また野菜の中でも、酸素要求量の多いトマ
ト、キュウリ、イチゴ、メロン、ホウレン草等は酸素供
給量が多いほど生産量は増加することが知られている。
したがって、根によって消費された酸素量は常に補給す
る必要がある。

【０００７】本発明による微細気泡は、直径が数ミクロ
ンから数十ミクロンで、好ましくは５−１０ミクロンで
ある。このような微細気泡が水中に注入されると、水中
でサスペンジョン（懸濁）状態になって水中分散してし
まってすぐには水面には出てこないため、水との接触時
間が長くなる。また、微細気泡は球体積に対する球表面
積が大きいため、水との接触面が大きいこともあって、
このような微細気泡が水中に注入されると、その水はた
ちまち酸素飽和状態又は酸素過飽和状態になってしま
う。植物の根による呼吸作用によって、水耕栽培用の培
養液の酸素が消費されて溶存酸素量が減少したとして
も、この微細気泡を培養液に注入することで常に酸素が
豊富な培養液となって、植物の水耕栽培に支障を及ぼす
ことはない。

【０００８】このような微細気泡は、タンクに水あるい
は培養液をポンプによって送り込んで高圧水にしてお
き、更にこの高圧水タンクにエアコンプレッサーで圧縮
空気を送り込んで空気を溶かし込む。タンク内の水は高
圧となっているので、かなりの空気が溶解されることに
なるが、この空気を多く溶解した高圧水が、１気圧の水
中に急に放出・解放されると、微細な気泡が大量に発生
する。この微細気泡発生装置については、本発明者は特
願平４−３７１５７として出願済みである。

【０００９】このような微細気泡を、水耕栽培のどこに
注入するかは、使用する状況によるが、例えばベッドを
循環している培養液に直接注入してもよいし、培養液の
貯液タンクに注入してもよい。培養液を製造する以前の
地下水や水道水の貯水タンクに予め微細気泡を注入して
おいて、培養液をつくることも可能である。噴霧水耕や
固形培地耕の場合などの場合は、予め培養液に微細気泡
を注入して酸素を飽和にしておくとよい。微細気泡を、
常時培養液に注入するか、間欠的に注入するかは、微細
気泡発生装置の能力や栽培植物の根の酸素消費量等によ
って異なってくるので、適宜決定する必要がある。微細
気泡を注入する時期等も栽培植物の種類に応じて決める
のが好ましい。

【００１０】本発明を実施するにあたっては、雲母系鉱
物由来の含ミネラル群溶液を併せて使用すると効果的で
ある。使用する雲母系鉱物は、雲母、雲母を含有する岩
石もしくはこれらが風化した腐食岩から採取される。す
なわち、多種類のミネラルを含有するとともに無機酸と
の反応性が高いという理由で、雲母系鉱物が風化したバ
ーミキュライトが特に好ましい。雲母系鉱物が風化した
バーミキュライトは日本、アフリカ、アメリカ等多くの
場所で採掘されるが、例えば日本のバーミュライト組成
は SiO₂35.76%、Al₂O₃18.70 % 、Fe₂O₃18.30%、MnO
0.42% 、MgO 7.82% 、CaO 1.40% 、Na₂O 1.02%、K₂O
3.16%、その他 TiO₂、Cr₂O₃、FeO 等である。この含
ミネラル群溶液は、例えばバーミキュライトに硫酸水溶
液を、好ましくはバーミキュライト：硫酸水溶液の比が
4:3〜4 となる重量比で加え、撹拌しながら室温〜100
℃付近で反応させる。反応終了後、ろ過することによっ
て本発明の含ミネラル群溶液を得ることができる。水耕
栽培の培養液に使用する含ミネラル群溶液の使用濃度
は、５０−１，０００ｐｐｍである。通常１００ｐｐｍ
で使用するとよい。微細気泡と併せて含ミネラル群溶液
の希釈水溶液を使用することによって、相乗的に植物栽
培時の成長・成育が促されて栽培期間を短縮させること
ができる。１，０００ｐｐｍを越えても１，０００ｐｐ
ｍ以上の効果はなく、またPHが低くなりすぎ本発明の用
途に適さない。５０ｐｐｍ未満であるとその効果がなく
なってしまう。

【００１１】これらの作用機序は未だ完全に解明された
とは言えないが、雲母系鉱物中のSi、Al、Mg、Fe、K 、
Naなどの多種の金属や非金属の酸化物が無機酸によって
金属塩や非金属塩を生成し、且つ多種類の元素が互いに
複塩や酢酸塩を形成した結果、これらが媒体となってＯ
Ｈラジカルを生成すると共に、水分子のクラスターを小
さくし、活性のある水に変化させている。これらはＥＳ
Ｒ（電子スピン共鳴装置）やＮＭＲ（核磁気共鳴装置）
による測定によって既に確認されている事柄であるが、
これらの働きによって植物細胞は活性化して発芽・発根
を促進し、更にその後の成育・成長を促進するものと考
えられる。また、雲母系鉱物由来の含ミネラル群溶液に
は、Si、Al、Mg、Fe、K 、Na、Ca、 P、Se、Ge、Zn、M
n、Cu、Co、Ni、Mo、Li、V 、W 、Ba、Ti、Rb等の多く
の微量ミネラルがバランスよく含まれており、これら
が、植物に良好な影響を与え、病気にかかりにくい健全
で丈夫な植物を育てるのに役立っている。以上のような
雲母系鉱物由来の含ミネラル群溶液の作用機序と相まっ
て、微細気泡によって溶解した酸素は更に活性を帯びて
栽培植物の根に良好な作用を及ぼすと考えられる。

【００１２】水耕栽培においては、通常１−１０日間の
育苗後、穴のあいた発泡スチロールパネルの開口部にセ
ットして定植・栽培するわけであるが、栽培用の培養液
をつくる際に微細気泡発生装置によって培養液に微細気
泡を注入し、溶存酸素が豊富な培養液をつくることによ
って、栽培植物の根は呼吸が十分にできて栄養分の吸収
が活発になって成育・成長が良好となり、栽培期間を短
縮することになる。その時に、雲母系鉱物由来の含ミネ
ラル群溶液を更に加えておくと、溶存酸素が活性化し、
栽培植物の根が活性を帯びてより活発な栄養分吸収作用
を行い、丈夫で病気にならない栽培植物ができることに
なる。

【００１３】以下に実施例を示し、本発明をさらに具体
的に説明する。

【００１４】

【実施例１】雲母系鉱物由来の含ミネラル群溶液の製
造雲母系鉱物であるバーミキュライトを含有した風化腐
食花崗岩を選別し４メッシュ以下の粉体とした。この粉
体１ｍ³に硫酸１ｍ³を加え、８５℃で５時間１００ｒ
ｐｍ（１分当たりの回転数）で撹拌した。次いで、この
混合物をフィルターにかけ固体と液体に分離し、精製し
て含ミネラル群溶液１．５ｍ³を得た。

【００１５】

【実施例２】水耕栽培用の穴空きパネル（積水化成品工
業社製、セキスイメイト方式）のＶ型開口部に係合する
水耕栽培用植物保持器（長さ１１ｃｍＶ形にしたとき
の高さ２．２ｃｍ）１２個を穴空きパネルに係合させ
た。各水耕栽培用植物保持器にホウレン草の種子１０個
を播種して１パネルとした。このパネル８３枚を育苗室
で育苗した。水は地下水を使用した。種子は育苗室内の
温度２０℃、湿度７５％になるように３日間保持して発
芽・発根させた。このパネル８３枚を、栽培室の幅１２
０ｃｍ、深さ２０ｃｍ、中央を幅１０ｃｍの壁で仕切っ
た長さ３０ｍの栽培ベッドにセットした。栽培ベッドの
パネルの下の培養液には、微細気泡発生装置で発生させ
た５−１０ミクロンの微細気泡を注入した。この水溶液
に植物の成育に必要な栄養分を補給しながら、常時ゆる
やかに循環流動させるようにした。このパネル８３枚の
栽培レーンは、２５日後全部のホウレン草が収穫・包装
・出荷できるまで成育したが、微細気泡を注入しない通
常の培養液を使用した対照栽培レーンのホウレン草は、
２５日間では成育が十分でなく収穫・包装・出荷できた
のは定植から３０日後であり、その成育にもバラツキが
あって、全部が出荷できる状態ではなかった。

【００１６】

【実施例３】カイワレ大根の水耕栽培において、播種前
に種子を実施例１でつくった雲母系鉱物由来の含ミネラ
ル群溶液の１００ｐｐｍ水溶液に４時間浸漬して催芽処
理を行った後、７５ｍｍ×７５ｍｍ×６０ｍｍの栽培ポ
ットが３列×５列（１５ポット）連結した発泡スチロー
ル製栽培箱に、カイワレ大根の種子９０−１００個づつ
播種した。播種した栽培箱を１０段積み重ね、毎日２回
の割合で窒素肥料を含む培養液に５−１０ミクロンの微
細気泡を注入した培養液を潅水した。５日目に積み重ね
た栽培箱を平地に広げて、１０個の栽培箱をよく日光に
当てて緑化させ、７日目に出荷した。培養液に５−１０
ミクロンの微細気泡を注入した培養液を潅水したもの
は、葉割れもなく、歩留りのよいカイワレ大根を収穫・
出荷することができた。一方、微細気泡を注入していな
い培養液を潅水した対照のカイワレ大根は、出荷が９日
目で２日遅い出荷となり、歩留りも悪かった。

【００１７】

【実施例４】水耕栽培用の穴空きパネル（積水化成品工
業社製、セキスイメイト方式）のＶ型開口部に係合する
水耕栽培用植物保持器（長さ１１ｃｍＶ形にしたとき
の高さ２．２ｃｍ）１２個を穴空きパネルに係合させ
た。各水耕栽培用植物保持器にホウレン草の種子１０個
を播種して１パネルとした。このパネル８３枚を育苗室
で育苗した。水は地下水を使用した。種子は育苗室内の
温度２０℃、湿度７５％になるように３日間保持して発
芽・発根させた。このパネル８３枚を、栽培室の幅１２
０ｃｍ、深さ２０ｃｍ、中央を幅１０ｃｍの壁で仕切っ
た長さ３０ｍの栽培ベッドにセットした。栽培ベッドの
パネルの下の培養液には通常の地下水を使用した。この
水溶液に植物の成育に必要な栄養分を補給しながら、常
時ゆるやかに循環流動させるようにし、更に微細気泡を
注入して溶存酸素を補給するようにした。このパネル８
３枚の栽培レーンに定植時、７日後及び１４日後の３
回、実施例１の雲母系鉱物由来の含ミネラル群溶液の３
００ｐｐｍ水溶液に微細気泡を注入したものを葉面散布
した。この葉面散布した栽培レーンは、カビの発生はな
く、２５日後全部のホウレン草が収穫・包装・出荷でき
るまで成育したが、雲母系鉱物由来の含ミネラル群溶液
の３００ｐｐｍ水溶液に微細気泡を注入したものを葉面
散布しない対照栽培レーンのホウレン草は、水耕栽培用
植物保持器にカビが発生し、また２５日間では成育が十
分でなく収穫・包装・出荷できたのは定植から３０日後
であり、その成育にもバラツキがあって、全部が出荷で
きる状態ではなかった。

【００１８】

【実施例５】水耕栽培用の穴空きパネル（積水化成品工
業社製、セキスイメイト方式）のＶ型開口部に係合する
水耕栽培用植物保持器（長さ１１ｃｍＶ形にしたとき
の高さ２．２ｃｍ）１２個を穴空きパネルに係合させ
た。各水耕栽培用植物保持器にホウレン草の種子１０個
を播種して１パネルとした。このパネル８３枚を育苗室
で育苗した。水は地下水を使用した。種子は育苗室内の
温度２０℃、湿度７５％になるように３日間保持して発
芽・発根させた。このパネル８３枚を、栽培室の幅１２
０ｃｍ、深さ２０ｃｍ、中央を幅１０ｃｍの壁で仕切っ
た長さ３０ｍの栽培ベッドにセットした。栽培ベッドの
パネルの下の培養液には実施例１の雲母系鉱物由来の含
ミネラル群溶液の１００ｐｐｍ水溶液に微細気泡を注入
したものを使用した。この水溶液に植物の成育に必要な
栄養分を補給しながら、常時ゆるやかに循環流動させる
ようにた。このパネル８３枚の栽培レーンで栽培し、２
３日後に収穫・包装・出荷した。実施例１の雲母系鉱物
由来の含ミネラル群溶液の１００ｐｐｍ水溶液に微細気
泡を注入したもので栽培して出荷したホウレン草は日持
ちがよく、葉茎の張りも良く、市場に出た後でも、単に
雲母系鉱物由来の含ミネラル群溶液の１００ｐｐｍ水溶
液に微細気泡を注入しない普通の培養液で栽培して出荷
したホウレン草よりも賞味期間が３日間も長く末端市場
のスーパーマーケットの野菜コーナーに陳列することが
できる商品価値が高いものであった。

【００１９】

【実施例６】葉ネギの水耕栽培において、葉ネギの種子
を水に９時間浸漬して催芽処理を行った。含水させたロ
ックウール製の育苗培地の孔に、催芽処理した種子２０
個を播種し、これを育苗室で温度２０℃、湿度７５％に
なるように保持した発芽させた。湿度保持用のミストに
は、微細気泡を注入した水を使用した。１２日後約３ｃ
ｍに伸長した苗を、ロックウール製の育苗培地と一緒
に、栽培ベッドに浮かべた発泡スチロール製のパネルに
１個づつ定植した。栽培ベッドの培養液は、通常の水耕
栽培用肥料とともに、微細気泡を注入した培養液を使用
した。定植後４０日で約４０ｃｍに成長したので、でき
た葉ネギを収穫・包装・出荷した。栽培中はカビの発生
もなく、カビによって腐って枯死することもなく１００
％の葉ネギの出荷が可能であった。一方、微細気泡を注
入しない培養液を使用した従来法では、葉ネギの葉茎は
細く、カビが発生したため出荷は約９０％であり、また
成育も遅く定植後４５日の出荷であった。

【００２０】

【発明の効果】植物を栽培する際に、微細気泡を注入し
た水又は培養液を使用して、植物の成育を早めて栽培期
間を短縮させ、丈夫で強い植物を栽培し、同時に栽培期
間中にカビや病原菌の発生を予防・防止して常時健全な
栽培植物を提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項 1】植物の水耕栽培用の培養液に、微細気
泡を注入することを特徴とした植物の水耕栽培方法。
【請求項２】微細気泡の直径が数ミクロンから数十
ミクロンである請求項１記載の植物の水耕栽培方法。
【請求項３】微細気泡の直径が５ミクロンから１０
ミクロンである請求項２記載の植物の水耕栽培方法。
【請求項４】植物の水耕栽培用の培養液に、微細気
泡及び雲母系鉱物の無機酸処理物からなる含ミネラル群
溶液を注入することを特徴とした植物の水耕栽培方法。