WO2018151117A1 - 植物栽培用の多孔質ガラス板、植物栽培用装置および植物栽培方法 - Google Patents

植物栽培用の多孔質ガラス板、植物栽培用装置および植物栽培方法 Download PDF

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WO2018151117A1
WO2018151117A1 PCT/JP2018/004947 JP2018004947W WO2018151117A1 WO 2018151117 A1 WO2018151117 A1 WO 2018151117A1 JP 2018004947 W JP2018004947 W JP 2018004947W WO 2018151117 A1 WO2018151117 A1 WO 2018151117A1
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WO
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plant
glass plate
porous glass
nutrient solution
plant cultivation
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PCT/JP2018/004947
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Inventor
公章 赤塚
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/02—Receptacles, e.g. flower-pots or boxes; Glasses for cultivating flowers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles

Definitions

  • the present invention relates to a porous glass plate for plant cultivation, an apparatus for plant cultivation, and a plant cultivation method.
  • a highly nutritious crop can be obtained by a cultivation method in which plants are cultivated with a small amount of water and a minimum amount of fertilizer.
  • the cultivation method by cultivating a plant with a small amount of water and a minimum amount of fertilizer, the plant increases the osmotic pressure in the plant and absorbs moisture and nutrients using the osmotic pressure. A large amount of sugar and amino acid are synthesized to increase the osmotic pressure, and as a result, a highly nutritious crop can be obtained.
  • the producer can realize an increase in the wholesale price of crops and a reduction in running costs such as water bills and fertilizer bills by cultivating plants with high functionality and high added value, thereby increasing profits. Can be planned.
  • Conventional farming methods for cultivating plants with a small amount of water and the minimum required fertilizer include, for example, water-saving farming methods, salt-growing farming methods, and film farming methods.
  • the water-saving farming method is a farming method in which plants are grown with a minimum amount of water by adjusting the amount of water sprayed.
  • the salt-growing farming method is a farming method that suppresses the absorption of moisture from the cultivated land by applying salt to the cultivated land.
  • the water-saving farming method and the salt burning farming method are farming methods that require experience, and there is a problem that it is difficult for an inexperienced person to enter.
  • the film farming method is a farming method in which a nutrient solution (a liquid containing a fertilizer component) and a plant are isolated and cultivated by a film made of a hydrogel having an innumerable number of ultrafine pores of several nanometers and having absorbability.
  • Films used for film farming are disclosed in, for example, Patent Documents 1 to 4.
  • the surface of the film is dry, the plant adheres closely to the film surface and is substantially integrated with the film, and synthesizes a large amount of sugars and amino acids to increase the osmotic pressure of moisture and nutrients in the film. To be highly nutritious. According to the film farming method, water-saving cultivation is possible, and it is possible to produce a crop with high cost and high value as well as low cost.
  • Patent Document 1 paragraphs [0081] and [0082] etc.).
  • the film cannot be reused, there is a problem that vegetables grown in a short period of time are expensive. Furthermore, since the film has low rigidity, it is difficult to cultivate plants that need to be self-supporting, such as rice.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has a high acid resistance, is reusable, has excellent rigidity, and a cultivation method for cultivating a plant with a small amount of water and a minimum amount of fertilizer. It aims at providing the means for using for.
  • the present inventors have found that the above problems can be solved by cultivating a plant using a porous glass plate, and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
  • Porous glass plate for plant cultivation 2. 2. The porous glass plate according to 1 above, which has pores having an average pore diameter of 5 nm or more. 3. 3. The porous glass plate according to 2 above, wherein the volume fraction of the pores is 10 to 60% by volume. 4). 4. The porous glass plate according to any one of 1 to 3, wherein the air permeability at a thickness of 1.0 mm is 0.003 m 3 or less / min. 5).
  • An apparatus for plant cultivation comprising a porous glass plate and a nutrient solution holding carrier for holding a nutrient solution for growing the plant body. 6).
  • the plant cultivation apparatus further includes a plant support carrier for supporting the root of the plant body, and the plant support carrier for supporting the plant body root is in the thickness direction of the porous glass plate. 6.
  • a nutrient solution holding carrier for holding a nutrient solution for growing the plant body is disposed below the thickness direction of the porous glass plate. apparatus. 7).
  • a plant cultivation apparatus including a porous glass plate is used, a plant body is disposed in the plant cultivation apparatus, and a nutrient solution for growing the plant body is provided at least through the porous glass plate of the plant body.
  • the plant cultivation device according to 5 above, wherein the air permeability at a thickness of 1.0 mm of the porous glass plate is 0.003 m 3 / min or less.
  • the acid resistance is high, no holes are formed during cultivation, and it is possible to increase the cultivation density. Can be obtained stably.
  • the porous glass plate for plant cultivation of the present invention is unlikely to adhere to the roots of the plant unlike the conventionally used film, and can be reused by removing sterilization and root hair by heating at about 300 ° C. Low environmental impact.
  • sterilization by heating can suppress continuous cropping damage caused by bacteria and the like, and can realize cultivation of crops with a short cultivation period.
  • the porous glass plate for plant cultivation of the present invention has higher rigidity than a conventionally used film, and it is possible to cultivate plants that need to be self-supporting such as rice. Furthermore, the porous glass plate for plant cultivation of the present invention can easily control the pore diameter by changing the heat treatment conditions in the production process, and can select a pore diameter suitable for each crop.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the plant cultivation apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the plant cultivation apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 shows the results of measuring the sugar content of tomatoes prepared in Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 4 shows the results of measuring the amount of ⁇ -aminobutyric acid in tomatoes prepared in Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 5 shows the results of measuring the total ascorbic acid content and lycopene content of tomato fruits prepared in Examples and Comparative Examples.
  • the porous glass plate for plant cultivation of the present invention (hereinafter also abbreviated as the glass plate of the present invention) preferably has pores having an average pore diameter of preferably 5 nm or more.
  • the average pore diameter is more preferably 7 nm or more, and further preferably 10 nm or more.
  • the glass plate of the present invention absorbs a minimum amount of nutrient solution from the pores to the roots of the plant body, thereby producing more hair production than usual on the stems of the plant body and effectively utilizing oxygen in the air. At the same time, it can be in close contact with the roots of plants.
  • the average pore diameter of the pores is 5 nm or more, it is possible to realize a balance between moisture and ion permeability that is favorable for the growth of plants to be cultivated (particularly, root growth).
  • the upper limit of the average pore diameter of the pores is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m or less and 500 nm or less from the viewpoint of not allowing the roots of the plant body to enter the glass plate and permeating pathogens and pests. More preferably, it is particularly preferably 100 nm or less.
  • the distribution of the average pore diameter is not particularly limited, but preferably 70% or more, more preferably 80% or more of all the pores are included in the range of ⁇ 50% of the average pore diameter.
  • the volume fraction of pores in the porous glass plate is preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and further preferably 20% by volume or more. Moreover, it is preferable that this volume fraction is 60 volume% or less, More preferably, it is 55 volume% or less, More preferably, it is 50 volume% or less. In particular, it is preferably 40% by volume or less.
  • volume fraction of the pores is 10% by volume or more, it is possible to achieve a balance of moisture and ion permeability that is favorable for the growth of plants to be cultivated (particularly, root growth). Moreover, when the volume fraction of the pores is 60% by volume or less, particularly 40% by volume or less, rigidity can be ensured.
  • the average pore diameter and volume fraction of the pores of the porous glass can be measured, for example, by measuring a scanning electron microscope (SEM) photograph of a 1 mm thick plate glass obtained by polishing. Photographing at multiple magnifications, performing image analysis based on this, calculating the distribution of the diameter of a circle having an area equal to the area of each extracted void, and obtaining the average pore diameter as the arithmetic average diameter it can.
  • SEM scanning electron microscope
  • the average pore diameter and volume fraction of the pores of the porous glass are particles of the dispersed phase in the spinodal phase-separated glass subjected to acid treatment depending on the conditions of the phase separation step or the acid treatment step in the production method described later. Or the average particle size of the dispersed phase in the phase-separated glass can be controlled and adjusted.
  • the glass plate of the present invention is preferably the air permeability of the porous glass plate 1.0mm is 0.003 m 3 / min or less, and more preferably not more than 0.0027m 3 / min, more preferably 0.0025m 3 / min or less.
  • the air permeability of the porous glass plate is 0.0001 m 3 / min or more, it is preferable in terms of exhibiting the function of the porous property, and the air permeability is more preferably 0.0005 m 3 / min or more
  • the air permeability is particularly preferably 0.001 m 3 / min or more.
  • the air permeability of the glass plate is based on JIS P-8117-80 (2009), and Gurley Hill S.P. P. S. It can be measured using a tester (Kumaya Riki Kogyo Co., Ltd.).
  • the thickness of the glass plate of the present invention is not particularly limited, but from the viewpoint of ensuring rigidity, it is usually preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.7 mm or more, and further preferably 1.0 mm or more. is there. Moreover, from a viewpoint of weight reduction, it is preferable that it is 5.0 mm or less normally, More preferably, it is 4.0 mm or less, More preferably, it is 3.0 mm or less.
  • the manufacturing method of the glass plate of this invention is not specifically limited, For example, (1) The manufacturing method of Vycor type porous glass including the phase separation process and heat treatment process by heat processing, (2) Improvement of Vycor type porous glass PPG type porous glass manufacturing method, (3) Shirasu porous glass manufacturing method including phase separation step and acid treatment step by heat treatment, (4) Heat treatment step and solubilization of melt-formed glass A method for producing a porous glass ceramic comprising a step of elution treatment of precipitated crystals to obtain a porous body, and (5) a method for producing a porous glass by a sol-gel method, which is a low-temperature synthesis method of glass from a solution phase (Uo Motohiro and Makishima Ryoo, Gypsum & Lime No. 240, 1992, pp. 96-102).
  • the manufacturing method of the above-mentioned Vycor type porous glass (1) will be specifically described, the manufacturing method of the glass plate of the present invention is not limited to this method.
  • a manufacturing method via a phase separation glass a phase separation heat treatment step in which a glass plate as a material is phase-separated by heat treatment, a soluble portion is dissolved by acid treatment or the like on the phase-separated glass plate, And a method including a porosification step of making the material porous.
  • each step will be described.
  • the content of the glass component will be described using an oxide-based molar percentage display unless otherwise specified.
  • the glass plate used as the material used here is not particularly limited as long as it is made of glass that undergoes phase separation by spinodal decomposition.
  • examples of such glass include silicon oxide-boron oxide-alkali metal oxide, silicon oxide-boron oxide-alkali metal oxide, at least one of alkaline earth metal oxide, zinc oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide.
  • examples thereof include a glass containing a seed, a silicon oxide-phosphate-alkali metal oxide, a silicon oxide-boron oxide-calcium oxide-magnesium oxide-aluminum oxide-titanium oxide, and the like.
  • SiO 2 —B 2 O 3 —Na 2 O, SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —Na 2 O, SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 — CaO—MgO, SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —Na 2 O—K 2 O—CaO—MgO, SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —Li 2 O—Na 2 O—MgO, SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —Li 2 O—Na 2 O—CaO, SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —Na 2 O—K 2 O— CaO-ZrO 2 system, SiO 2 -B 2 O 3 -Na 2 O -based, SiO 2 -B 2 O 3 -CaO -MgO-Al 2 O 3 -TiO 2 system include glass
  • glass having a matrix composition of silicon oxide-boron oxide-alkali metal oxide is preferable, and the content of silicon oxide in the glass is preferably 45 to 80 mol%, more preferably 50 to 80 mol%, and 55 ⁇ 80 mol% is more preferable, and 60 to 70 mol% is particularly preferable.
  • Glass that undergoes phase separation by spinodal decomposition is a glass having phase separation.
  • the phase separation is performed by heat treatment to form a silicon oxide-rich phase and an alkali metal oxide-boron oxide-rich phase inside the glass. And phase separation.
  • glass can be phase-separated by heat-treating the glass as described above. Since the phase separation state formed in accordance with the heating temperature and the processing time changes in this heat treatment, the heat treatment may be set to a condition that obtains desired characteristics. The higher the heating temperature and the longer the treatment time, the more the phase separation state proceeds. As a result, a porous glass having a larger pore diameter can be obtained.
  • the heating temperature is preferably in the range of 400 to 800 ° C.
  • the treatment is preferably performed in the range of 10 minutes to 200 hours, more preferably in the range of 10 minutes to 100 hours. This condition is particularly preferable in the borosilicate glass described above. Is.
  • those that are phase-separated at the melt stage at the time of melting the raw material include phase separation heat treatment, so the individual phase separation heat treatment as described above is performed. Can be omitted.
  • phase-separated glass is subjected to an acid treatment to bring the alkali metal oxide-boron oxide rich phase, which is an acid-soluble component, into contact with an acid solution and dissolved and removed.
  • the acid solution used here is not particularly limited as long as it can dissolve the soluble components, and examples thereof include organic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, and acetic acid, and combinations thereof. Of these, inorganic acids such as hydrochloric acid and nitric acid are preferred.
  • Such an acid solution is preferably an aqueous solution.
  • the temperature of the solution may be in the range of room temperature to 100 ° C., and the treatment time may be about 10 minutes to 200 hours, more preferably about 10 minutes to 150 hours.
  • an inorganic salt such as ammonium salt or borax may be added to the acid solution.
  • the acid-treated glass may be washed with at least one alkali solution and hot water.
  • This washing treatment is performed for the purpose of dissolving and removing the residue generated by the acid treatment.
  • the silicon oxide may be removed by hydrolysis or the like, and the porous formation may be promoted, and it can be used for adjusting the degree of the porous formation.
  • the alkaline solution is effective for adjusting the degree of porosity
  • hot water is effective for dissolving and removing the residue. Therefore, when both alkali solution treatment and hot water treatment are performed, it is preferable to perform the hot water treatment after the alkali solution treatment.
  • the hot water treatment is performed after the alkali solution treatment, the residue after the etching is effectively removed, and the nutrient solution can efficiently pass through the inside of the glass substrate.
  • the hot water it is preferable to use pure water with few impurities, heated to 50 to 90 ° C., and the treatment time is 5 minutes to 2 hours.
  • any one of the treatment with the alkaline solution and the treatment with hot water may be performed, but both may be performed.
  • the acid-dissolved portion formed by phase separation by spinodal decomposition is dissolved by the acid treatment to form pores by washing with at least one of an alkaline solution and hot water.
  • the holes are formed as continuous through-holes that are connected from one main surface to the other main surface with substantially the same hole diameter.
  • the degree of porosity of the glass body varies depending on the treatment time of the acid treatment and the alkali and hot water treatment added thereto, and the pore size can be adjusted by performing each treatment for a long time. Therefore, the processing conditions may be appropriately changed so that pores having a desired size can be obtained.
  • the strength of the glass plate changes depending on the phase separation conditions and the treatment time such as acid treatment.
  • the optimum phase separation condition depends on the glass composition, but in order to find the optimum phase separation condition, it is effective to examine, for example, a TTTT curve.
  • the pore diameter can be reduced by proceeding with phase separation in a temperature range lower by, for example, about 100 ° C. than the temperature range in which the phase separation is most likely to proceed, which is apparent from the TTT curve.
  • the strength tends to be lowered by increasing the treatment time. Therefore, treatment conditions such as phase separation conditions and acid treatment may be appropriately changed so that they can be used for separation of extracellular vesicles in a solution and ensure strength. That is, it can be adjusted by the composition of the glass plate, the phase separation heat treatment conditions (temperature and time), and the porosification conditions (liquid type, liquid composition, liquid concentration, treatment temperature, treatment time).
  • SiO 2 is 90 ⁇ 100%
  • Al 2 O 3 is 0 ⁇ 7%
  • Na 2 O 1% is less
  • B 2 O 3 is preferably 1% or less.
  • the plant cultivation apparatus of the present invention includes a porous glass plate and a nutrient solution holding carrier for holding a nutrient solution for growing the plant body.
  • the plant cultivation apparatus of the present invention further includes a plant support carrier for supporting the root of the plant body, and the plant support carrier for supporting the root of the plant body is the porous glass plate. It is preferable that a nutrient solution holding carrier for holding a nutrient solution for growing the plant body is arranged below the plate thickness direction of the porous glass plate. .
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the plant cultivation apparatus of the present invention.
  • a plant cultivation apparatus 1 includes a porous glass plate 3, a plant supporting carrier 4 disposed above the thickness direction of the porous glass plate 3, and a plate of the porous glass plate 3. It includes a nutrient solution holding carrier 5 for holding a nutrient solution for growing a plant body arranged below in the thickness direction, and a storage portion 6 for storing these.
  • the porous glass plate 3 has a property that it can be in close contact with the root of the plant body 2.
  • the porous glass plate 3 and the nutrient solution holding carrier 5 may be fixed to each other using an adhesive or a fixing / fixing means such as a physical fixing means.
  • the plant cultivation apparatus 1 having the above-described configuration brings the nutrient solution retained in the nutrient solution retention carrier 5 and the plant body 2 through the porous glass plate 3. be able to.
  • the nutrient solution holding carrier 5 is substantially sealed from the atmosphere using a film or the like from the viewpoint of preventing deterioration and evaporation due to the decay of the nutrient solution. It is preferable that Here, “substantially sealed from the atmosphere” may be of a level that prevents the deterioration of the nutrient solution during the period necessary for the desired growth of the plant body 2.
  • the size of the accommodating portion 6 is not particularly limited, but the width is preferably 2 to 200 cm, more preferably 5 to 100 cm from the viewpoint of workability. More preferably, it is 10 to 60 cm.
  • the depth of the container 6 is preferably small in order to reduce the amount of nutrient solution used, and may have a certain depth for the stability of the nutrient solution (for example, temperature and nutrient solution concentration). Therefore, it is preferably 1 to 100 cm, more preferably 3 to 20 cm, and further preferably 2 to 15 cm.
  • the length of the accommodating portion 6 is not particularly limited, but is preferably 2 to 10,000 cm, more preferably 5 to 5000 cm, and still more preferably 10 to 3000 cm from the viewpoint of easy handling.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the plant cultivation apparatus of the present invention.
  • the bottom of the nutrient solution holding carrier 5 is fixed so as to come into contact with the accommodating portion 6, but in FIG. 2, the porous glass plate 3 and the nutrient solution holding are fixed.
  • the carrier 5 is in a float state floating on the liquid surface of the nutrient solution 7.
  • Such a float system is advantageous in that the cultivation conditions can be easily changed according to the moving conveyance or cultivation stage of the plant body.
  • the porous glass plate 3 and the nutrient solution holding carrier 5 are sandwiched between float members 8 (for example, made of foamed polystyrene) on the nutrient solution 7. 1 is the same as the first embodiment shown in FIG.
  • the bottom of the nutrient solution holding carrier 5 and the container 6 are separated, and the porous glass plate 3 and the nutrient solution holding carrier 5 are nourished.
  • the float is made to float on the liquid 7.
  • the size of the accommodating portion 6 is the same as that in FIG.
  • the nutrient solution holding carrier 5 may be omitted and the porous glass plate 3 may be directly floated on the nutrient solution 7.
  • the size of the float member 8 is not particularly limited as long as the porous glass plate 3 and the nutrient solution holding carrier 5 can float and move in the nutrient solution 7, but from the viewpoint of ease of handling, the float member 8 is not limited.
  • the length / width ratio of the member 8 is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, and further preferably 1 to 3.
  • the float member 8 is attached so that the length direction corresponds to the outer peripheral portion of the nutrient solution holding carrier 5.
  • the nutrient solution holding carrier 5 and the nutrient solution 7 are: It is preferable that the film is substantially sealed from the atmosphere using a film or the like.
  • a non-penetrating hole (hole) into which the plant body 2 should be inserted may be formed on the surface of the porous glass plate 3.
  • the method for forming such a hole is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming a non-through hole (hole) by cylindrical grinding.
  • the diameter of the hole is not particularly limited, but specifically, for example, 0.1 to 5 cm is preferable, more preferably 0.3 to 2 cm, and further preferably 0.5 to 1 cm.
  • the depth of a hole is not specifically limited, It can select in the range which does not exceed the depth of the porous glass plate 3 with the kind of the plant body 2.
  • the shape of porous glass will not ask
  • it may be a curved plate as well as a flat plate, and may be a complicated shape such as a cylindrical shape or a container shape such as a bowl.
  • an edge protection material, a frame material, or the like may be provided to protect the end of the porous glass plate or to impart strength.
  • Glass plate As the porous glass plate 3 constituting the plant cultivation apparatus 1, a glass plate having the properties of the glass plate of the present invention described above is used.
  • the shape, size and the like of the plant cultivation apparatus 1 are not particularly limited.
  • a known cultivation container for example, a pot shape, a tray shape, and a planter shape
  • the shape, size, material, thickness, and the like of the housing portion 6 are not particularly limited, and the water consumption of the plant to be grown, the internal volume of the container, the air permeability of the plant support (soil etc.) and the water It can be appropriately selected in consideration of various conditions such as temperature.
  • the plant body 2 that can be cultivated in the plant cultivation apparatus 1 is not particularly limited. In the plant cultivation apparatus 1, since the grown roots of the plant body 2 are in close contact with the porous glass plate 3, the fertilizer component from the nutrient solution can be absorbed through the porous glass plate 3. 2 is preferably a seedling that has grown to some extent, but may be a seed or a seed just after germination.
  • the roots can be grown in the plant support carrier 4 until the plant body 2 comes into close contact with the porous glass plate 3. It is preferable to contain or mix nutrients and moisture.
  • the obtained plant body 2 after growth can be used as a seedling, or a vegetable sprout can be obtained.
  • sprout is seeded in a medium such as polyurethane foam to germinate and grow.
  • sprout is formed on the porous glass plate 3. It is also possible to easily recover the sprout by peeling off the root of the plant body 2 and the porous glass plate 3 easily.
  • any conventionally known carrier 4 can be used without particular limitation as long as it has light-shielding properties and air permeability for the growth of the roots of the plant body 2 and can support the plant body 2.
  • a soil used for soil cultivation and a medium used for hydroponics can be used, and examples thereof include natural sand, rubble and pumice sand (pumice).
  • inorganic carriers such as rock wool, vermiculite, perlite, ceramic and rice husk charcoal, and organic materials such as natural peat moss, coconut fiber, bark medium, rice husk Examples of the carrier of the system.
  • carrier which made the foam made from a phenol resin, the foam made from a urethane resin, the foam made from polyethylene resin, etc. granular or a sheet form, or a granular glass foam is mentioned. These may be used singly or as a mixture. Moreover, it is not necessary to use a soil and a culture medium, for example, you may use artificial structures, such as plate shape, box shape, fiber shape, and cotton shape.
  • the nutrient solution that can be used in the present invention is not particularly limited.
  • the nutrient solution for example, liquid components that have been used in conventional hydroponics and hydroponics can be used, and it is preferable that an inorganic component that is usually essential for plant growth is included.
  • Examples of the inorganic component include nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), and sulfur (S) as main components.
  • Examples of the trace component include iron (Fe), manganese (Mn), boron (B), copper (Cu), zinc (Zn), and molybdenum (Mo).
  • silicon (Si), chlorine (Cl), aluminum (Al), sodium (Na), and the like as subcomponents.
  • other physiologically active substances may be added as long as the effects of the present invention are not substantially inhibited.
  • sugars such as glucose (glucose), vitamins, amino acids and the like may be added.
  • a plant vitality agent containing vitamins, amino acids, sugars, microorganisms or the like may be added.
  • plant vitality agents containing amino acids include “peptone”.
  • a plant vitality agent containing vitamins for example, “yeast extract” can be mentioned.
  • Peptone is a general term for a variety of proteins generally obtained by enzymatic degradation or acid hydrolysis. This peptone is defined as a substance that contains a mixture of polypeptides to amino acids and does not coagulate by heat treatment (Chemical Dictionary 8, February 15, 1987, Reprinted Edition 30th Edition, Chemical Dictionary Editor's Committee). Kyoritsu Publishing Co., Ltd., P369).
  • yeast extract is taken out of the cells using the self-digestion action of the cells without substantially damaging vitamins, nucleic acid components, minerals or unknown cell growth hormones contained in the yeast, This refers to a product obtained by subjecting only the water-soluble part to a low-temperature treatment and spray drying (Chemical Dictionary 3, February 15, 1987, Reprinted Edition 30th edition, Chemical Dictionary Dictionary, Kyoritsu Publishing Co., Ltd., P603).
  • the material of the nutrient solution holding carrier 5 is not particularly limited.
  • paper such as shoji paper, hygroscopic fibers, nonwoven fabrics, woven fabrics and cut fibers, and porous polymer materials such as synthetic resin foams are used. Is mentioned.
  • the thickness of the nutrient solution holding carrier 5 is not particularly limited, but is usually preferably 0.1 to 50 mm, more preferably 1 to 40 mm.
  • the plant support carrier 4 and the plant body 2 are arranged in the apparatus, and the plant body 2 is placed at least on the nutrient solution holding carrier 5 through the porous glass plate 3. What is necessary is just to grow this plant body 2 making it contact with the hold
  • the plant cultivation method of the present invention uses a plant cultivation apparatus including a porous glass plate, arranges the plant body in the plant cultivation apparatus, and grows the plant body through at least the porous glass plate. This is a method for cultivating the plant body while bringing the nutrient solution into contact with at least a part of the plant body.
  • the plant cultivation apparatus of the present invention described above is used as the plant cultivation apparatus.
  • the advantage by the plant cultivation method of this invention is described.
  • the amount of water to be heated and cooled is extremely small, unlike conventional nutrient solution cultivation, an operation for increasing dissolved oxygen in the nutrient solution is unnecessary, or a nutrient solution
  • it since it is hermetically sealed without being in direct contact with the outside air, it has an excellent heat retention effect and can efficiently perform heating and cooling as a whole, thereby reducing energy costs.
  • the optimum temperature for growing spinach is 15 to 20 ° C., but in the severe winter season and the midsummer, the optimum temperature range is often greatly deviated. Even in such a severe winter season or midsummer season, by controlling only the rhizosphere to an appropriate temperature range, the crop weight is improved and excellent growth is possible.
  • Oxygen concentration In general, supply of oxygen is one of the important conditions for growing the plant body 2. In particular, when the temperature is high, root respiration increases and the oxygen demand increases, while the dissolved oxygen concentration decreases, causing a problem of oxygen deficiency. When oxygen deficiency occurs, a phenomenon called “rooting” occurs, and as a result, the roots rot, ammonia is generated, and the pH of the nutrient solution begins to rise.
  • the oxygen supply to the plant body 2 is functionally separated from the nutrient supply to the plant body 2. That is, in conventional hydroponics, supply of oxygen to the roots of the plant body 2 has been a problem, but a sufficient amount of oxygen can be supplied from the air to the roots of the plant body 2, while nutrients are porous. The necessary degree can be supplied to the roots of the plant body 2 from the nutrient solution that contacts via the glass plate 3.
  • the degree of freedom in the control range of the concentration and pH of the nutrient solution increases as compared with the conventional nutrient solution cultivation. Since the nutrient solution can be managed substantially independently of the plant body 2, the nutrient solution can be exchanged during the cultivation and / or the nutrient solution concentration or pH can be adjusted very easily.
  • the plant cultivation method of the present invention it is extremely easy to isolate the plant body 2 from harmful bacteria and pests in the nutrient solution.
  • the water supply from the nutrient solution which contacts via the porous glass plate 3 is suppressed with respect to a plant, the quality in terms of sugar content and the like can be improved.
  • the above-mentioned inorganic components essential for plant growth are usually supplied in the form of ions, and since the amount of each component required for each type of plant differs, it is usually necessary to determine the formulation for each plant. Further, depending on the quality of water used, it may be necessary to adjust the concentration of the inorganic component in consideration of the amount of ions contained in the water.
  • the adjustment of such inorganic components can be easily performed simultaneously with the adjustment of the nutrient solution composition described above. it can.
  • the pore diameter of the porous glass plate 3 can be easily controlled by changing the heat treatment conditions in the production process of the porous glass plate 3, and has a pore diameter suitable for each crop.
  • a porous glass plate 3 can be used.
  • the nutrient solution and the plant body 2 are separated by the porous glass plate 3, the supply of water to the plant body 2 is relatively insufficient, and a high sugar content or the like is high. Quality improvement becomes easy.
  • the running cost can be significantly reduced by simplifying the cultivation environment.
  • the porous glass plate 3 has acid resistance and can be sterilized and root hairs removed by heat treatment at a high temperature. Can be realized.
  • the film use area is increased by integrating the film and the plant body, and holes are opened in the film by the acid discharged from the plant body. It needs to be 50 cm or more.
  • the porous glass plate 3 has rigidity even if it is in close contact with the plant body 2, so that the use area does not increase and as described above, the acid resistance is improved. Therefore, the distance between the plant bodies can usually be about 10 cm, and the cultivation density can be improved and the cost can be reduced.
  • Type of plant In general, in hydroponics, the types of plants (for example, vegetables) that can be introduced are limited. On the other hand, in the plant cultivation method of the present invention in which the nutrient solution and the plant body 2 are separated by the porous glass plate 3, the above-described oxygen supply can be facilitated (substantially the same or better oxygen than that in open field cultivation). Supply) and the ease of nutrient solution management makes it possible to expand the scope of plants applicable to conventional nutrient solution cultivation.
  • a plant eg, seedling
  • sugar culture for example, cultivation of a cloned seedling by tissue culture
  • glucose (dextrose) or the like is added to an agar medium, etc.
  • high costs such as sterilization operation, use of a clean room, etc., removal of an agar medium containing glucose at the time of transfer from the cultivation stage to the field, reduction of the survival rate due to drastic changes in the water environment, and low seedling quality.
  • nutrient components such as glucose are supplied to the plant body 2 through the porous glass plate 3, oxygen is sufficiently supplied, and the porous glass plate 3. This prevents the contamination by bacteria, thus solving the problems of the conventional tissue culture method described above.
  • the porous material has acid resistance that does not open holes due to the acid released from the plant, and can be sterilized and root hair removed by heat treatment at high temperature. Since the glass plate 3 is used, it is also suitable for cultivation of mizuna, herbs or arugula grown in a short period of time.
  • the plant cultivation method of the present invention moisture is hardly absorbed from the porous glass plate 3 by the plant body, and the plant body has more hair production than usual in order to obtain moisture in the air.
  • the amount of nutrient solution consumed and the amount of water used can be kept low, and the amount of water required for cultivation is usually 0.7 to 1 L / week / pipe.
  • plant cultivation method of the present invention it is possible to minimize the amount of water and fertilizer used, and in addition to cost, it is possible to minimize the amount of used waste liquid and to reduce environmental pollution. Minimization is possible. Furthermore, plant bodies can be grown in areas where water is precious.
  • the plant support carrier 4 since there is little contamination of the plant support carrier 4 from the nutrient solution, a material that does not contain fertilizer components or other impurities can be used as the plant support carrier 4 to recover and qualify substances that are secreted in small amounts by plant roots. Or it becomes easy to quantify.
  • the nutrient source of the grafted crop is basically absorption of inorganic nutrients from the roots (rootstock) and photosynthesis, but in the plant cultivation method of the present invention, the nutrient solution and the plant body 2 are porous glass. Supplying nutrients such as glucose to the plant to be grafted (or grafted) through the porous glass plate 3 until it is completely joined to the rootstock because it is separated by the plate 3 Is also possible. Moreover, since the roots of plant seedlings produced by the plant cultivation method of the present invention are excellent in growth, have a large amount of roots, and have developed hair roots, they are also suitable as rootstocks used for grafting.
  • Example 1 Cultivation by LED light using a plant cultivation apparatus including a porous glass plate
  • Example 2 Cultivation by LED light using a plant cultivation apparatus including a porous glass plate
  • the raw material was melted at a melting temperature of 1550 ° C. for 1 hour so as to have the composition shown below, poured into a mold, allowed to cool and molded. Thereafter, the glass was held at 550 ° C. for 10 minutes, then slowly cooled to room temperature at 10 ° C./minute, the obtained glass was heated from room temperature to 700 ° C. at 10 ° C./minute, held at 700 ° C. for 20 hours, and again 10 ° C.
  • a plate-like glass having a thickness of 1 mm was obtained by performing heat treatment by slowly cooling to room temperature at a rate of 1 minute, and polishing. The phase separation of the glass was confirmed by SEM observation.
  • Glass composition (expressed as mole percentage based on oxide): SiO 2 66.1%, Al 2 O 3 2.2%, B 2 O
  • the obtained plate glass was cut into 100 mm square and immersed in 1 mol / L hydrochloric acid aqueous solution heated to 90 ° C. for 10 hours, and then immersed in 90 ° C. ion exchange water for 10 minutes to obtain a porous glass plate. It was.
  • the air permeability of the porous glass plate was measured on the following measurement conditions.
  • the air permeability of the glass plate can be measured under the following conditions. Gurley Hill P. S. Using a tester (Kumaya Riki Kogyo Co., Ltd.) to apply air vertically at a pressure of 1177 Pa to a sample surface area of 645.16 mm 2 , and 0.1 m 3 of air leaks through the pores. The time required was measured.
  • the thickness of the glass sample used for the measurement was 1.0 mm, and the air permeability was expressed in terms of the amount of air leakage per minute.
  • a plant cultivation device including the porous glass plate produced in (1) was produced using the following as a plant supporting carrier, a nutrient solution holding carrier, a nutrient solution, and a container.
  • Plant support carrier Ceramic balls were used and the thickness was about 10 mm.
  • Nutrient solution holding carrier A synthetic resin foam (thickness 4 cm) was used.
  • Nutrient solution Hydroponics solution hyponica stock solution (manufactured by Kyowa Co., Ltd.) diluted 500 times was used.
  • Container A food container of 12 cm ⁇ 12 cm ⁇ 6 cm was used.
  • Example 2 Cultivation by sunlight using a plant cultivation apparatus including a porous glass plate
  • Example 2 Cultivation by sunlight using a plant cultivation apparatus including a porous glass plate
  • the tomato fruits of Examples 1 and 2 cultivated using the glass plate of the present invention have the same average weight as the tomato fruits of Comparative Examples 1 and 2.
  • the degree of sugar, ⁇ -amino acid, total ascorbic acid (total vitamin C) and lycopene were all high.
  • Example 1 and FIG. 3 in Example 1 and 2 grown using the glass plate of this invention, the difference in the sugar content by the difference in a light source was not seen. From this result, it was found that by cultivating a plant using the glass plate of the present invention, a high quality and quantity of agricultural products can be stably obtained.

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Abstract

本発明は、耐酸性が高く再利用可能であり、剛性に優れる、少量の水および必要最小限の肥料で植物を栽培する栽培方法に用いるための手段を提供することを目的とする。本発明は、植物栽培用の多孔質ガラス板、少なくとも多孔質ガラスを含む植物栽培用装置および該植物栽培用装置を用いる植物栽培方法に関する。

Description

植物栽培用の多孔質ガラス板、植物栽培用装置および植物栽培方法
　本発明は、植物栽培用の多孔質ガラス板、植物栽培用装置および植物栽培方法に関する。
　近年、食に関する健康志向の高まりから、高機能・高付加価値を有する野菜等の農作物への潜在的なニーズが高まっている。また、高機能・高付加価値を有する農作物を作り、一般的な作物と差別化を図ることで、生産者は販売単価の低さという問題点を克服できる可能性がある。
　高機能・高付加価値を有する農作物として、高栄養価の農作物は、少量の水および必要最小限の肥料で植物を栽培する栽培方法により得ることができる。該栽培方法によれば、少量の水及び必要最小限の肥料で植物を栽培することにより、植物が植物内の浸透圧を高めて該浸透圧を利用して水分および栄養素を吸収するために、大量の糖とアミノ酸を合成して浸透圧を高めることとなり、その結果として高栄養価の農作物を得ることができる。また、該栽培方法によれば、生産者は、高機能・高付加価値を有する植物の栽培により農作物の卸値の上昇および水道代または肥料代などのランニングコストの低下を実現でき、収益の増加を図ることができる。
　少量の水および必要最小限の肥料で植物を栽培する従来の農法としては、例えば、節水農法、塩撒き農法およびフィルム農法が挙げられる。節水農法とは、散水量を調整して最小限の水量で植物を栽培する農法である。また、塩撒き農法とは、栽培用地に塩を撒いて農作物による栽培用地からの水分の吸収を抑制する農法である。しかしながら、節水農法および塩撒き農法は、経験が必要な農法であり、未経験者の参入が難しいという課題がある。
　フィルム農法は、数ｎｍの超微細孔が無数に存在し、吸収性を有するハイドロゲルからなる、フィルムで養液（肥料成分を含む液体）と植物とを隔離して栽培する農法である。フィルム農法に用いるフィルムは、例えば、特許文献１～４に開示されている。
　前記フィルムの表面は乾燥しており、植物はフィルム表面に密着してフィルムと実質的に一体化し、水分および栄養素をフィルム中との浸透圧を高めるために大量の糖とアミノ酸を合成することとなり、高栄養化する。フィルム農法によれば、節水栽培が可能となり低コストであるとともに、高機能・高付加価値を有する農作物を作ることができる。
　また、フィルム農法においては、水、各種イオン、アミノ酸または糖分などの栄養素はフィルムに吸収されるが、害虫および病原菌などのサイズが大きいものはフィルム内に侵入できないため、養液（肥料成分を含む液体）が汚染されても農作物が病気になることがなく、農薬および養液を循環および殺菌する必要が無い。したがって、フィルム農法によれば、水が貴重な地域での植物の栽培が可能となる。また、フィルムは製造コストが低く、使用後の焼却廃棄が可能である。
日本国特開２００５－１０２５０８号公報 日本国特開２００６－１８０８３７公報 日本国特開２００８－４８７５１公報 国際公開第２００４－０６４４９９号
　しかしながら、フィルム農法においては、植物から放出される酸によりフィルムに穴が開き、該穴から植物体が養液を大量に吸収して栄養価が低くなり、各苗で品質のバラつきが生じるという問題がある（特許文献１、段落［００８１］および［００８２］等）。
　また、フィルムの再利用ができないため、短期間で育つ野菜は高コストとなるという課題がある。さらには、フィルムの剛性が低いため、稲などの自立が必要な植物の栽培が困難である。
　したがって、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、耐酸性が高く再利用可能であり、剛性に優れる、少量の水および必要最小限の肥料で植物を栽培する栽培方法に用いるための手段の提供を目的とする。
　本発明者らは、多孔質ガラス板を用いて植物を栽培することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下のとおりである。
１．植物栽培用の多孔質ガラス板。
２．平均細孔径が５ｎｍ以上である細孔を有する前記１に記載の多孔質ガラス板。
３．前記細孔の体積分率が１０～６０体積％である、前記２に記載の多孔質ガラス板。
４．厚さ１．０ｍｍにおける透気度が０．００３ｍ３以下／分である、前記１～３のいずれか１に記載の多孔質ガラス板。
５．多孔質ガラス板と、前記植物体を成長させるための養液を保持するための養液保持用担体とを有する、植物栽培用装置。
６．前記植物栽培用装置が、さらに前記植物体の根を支持するための植物支持用担体を有し、前記植物体の根を支持するための植物支持用担体が前記多孔質ガラス板の板厚方向の上方に配置され、前記植物体を生長させるための養液を保持するための養液保持用担体が前記多孔質ガラス板の板厚方向の下方に配置された前記５に記載の植物栽培用装置。
７．多孔質ガラス板を含む植物栽培用装置を用い、前記植物栽培用装置中に植物体を配置し、少なくとも前記多孔質ガラス板を介して、植物体を生長させるための養液を前記植物体の少なくとも一部に接触させつつ、前記植物体を栽培する、植物栽培方法。
８．前記多孔質ガラス板の厚さ１．０ｍｍにおける透気度が０．００３ｍ３／分以下である、前記５に記載の植物栽培用装置。
　本発明の植物栽培用の多孔質ガラス板を用いて植物を栽培することにより、耐酸性が高く、栽培中に穴が開くことがなく、栽培密度を高めることも可能であり、高品質および大量の農作物が安定して得られる。
　また、本発明の植物栽培用の多孔質ガラス板は、従来用いられていたフィルムと異なり植物の根が付着しにくく、約３００℃で加熱することで殺菌および根毛を除去して再利用でき、低環境負荷である。また、該加熱による殺菌で菌などによる連作障害を抑制できるとともに、栽培期間が短い農作物の栽培を実現できる。
　また、本発明の植物栽培用の多孔質ガラス板は、従来用いられているフィルムと比較して剛性が高く、稲等の自立が必要な植物の栽培が可能となる。さらに、本発明の植物栽培用の多孔質ガラス板は、その製造過程における熱処理条件を変えることで細孔径を簡単にコントロール可能であり、各農作物に適した細孔径を選択できる。
図１は、本発明の植物栽培用装置の一実施形態を示す模式断面図である。 図２は、本発明の植物栽培用装置の一実施形態を示す模式断面図である。 図３は、実施例および比較例で調製したトマトの実の糖度を測定した結果を示す。 図４は、実施例および比較例で調製したトマトの実のγ－アミノ酪酸量を測定した結果を示す。 図５は、実施例および比較例で調製したトマトの実の総アスコルビン酸量およびリコピン量を測定した結果を示す。
［植物栽培用の多孔質ガラス板］
　本発明の植物栽培用の多孔質ガラス板（以下、本発明のガラス板とも略す。）は、平均細孔径が好ましくは５ｎｍ以上である細孔を有することが好ましい。平均細孔径は、より好ましくは７ｎｍ以上であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以上である。本発明のガラス板は、該細孔から植物体の根に必要最小限の養液を吸収させることにより、植物体の茎に通常より多い産毛を生じさせて空気中の酸素を有効に利用するとともに、植物体の根と密着できる。
　細孔の平均細孔径が５ｎｍ以上であることにより、栽培すべき植物の成長（特に、根の成長）に好ましい水分およびイオン透過性のバランスを実現することができる。細孔の平均細孔径の上限は特に限定されないが、植物体の根をガラス板中に侵入させることなく、且つ病原菌および害虫を透過させない観点から、１μm以下であると好ましく、５００ｎｍ以下であるとより好ましく、１００ｎｍ以下であると特に好ましい。また、平均細孔径の分布は特に限定されないが、平均細孔径の±５０％の範囲内に全細孔の好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上が含まれることが好ましい。
　多孔質ガラス板における細孔の体積分率は１０体積％以上であることが好ましく、より好ましくは１５体積％以上であり、さらに好ましくは２０体積％以上である。また、該体積分率が６０体積％以下であることが好ましく、より好ましくは５５体積％以下であり、さらに好ましくは５０体積％以下である。特に、好ましくは４０体積％以下である。
　前記細孔の体積分率が１０体積％以上であることにより、栽培すべき植物の成長（特に、根の成長）に好ましい水分およびイオン透過性のバランスを実現できる。また、前記細孔の体積分率が６０体積％以下、特には４０体積％以下であることにより、剛性を担保できる。
　多孔質ガラスの細孔の平均細孔径および体積分率は、例えば、平均細孔径の測定方法としては、研磨することにより得られた厚み１ｍｍの板状ガラスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を複数の倍率で撮影し、これに基づいて画像解析を行い、抽出された各空隙部分の面積と等しい面積を有する円の直径の分布を算出して、算術平均径として平均細孔径を求めることができる。
　多孔質ガラスの細孔の平均細孔径および体積分率は、後述する製造方法における分相工程の条件または酸処理工程の条件等により、酸処理に供するスピノーダル状態の分相ガラスにおける分散相の粒子の体積割合、または該分相ガラスにおける分散相の平均粒子径等を制御可能であり、調整できる。
　本発明のガラス板は多孔質ガラス板１．０ｍｍにおける透気度が０．００３ｍ３／分以下であることが好ましく、より好ましくは０．００２７ｍ３／分以下であり、さらに好ましくは０．００２５ｍ３／分以下である。一方、多孔質ガラス板の透気度が０．０００１ｍ３／分以上であると、多孔質性の機能発揮の点で好ましく、透気度が０．０００５ｍ３／分以上であるとより好ましく、透気度が０．００１ｍ３／分以上であると特に好ましい。
　多孔質ガラス板１．０ｍｍにおける透気度が０．００３ｍ３／分以下であることにより、剛性を担保しつつ、細孔の平均細孔径を栽培すべき植物の成長に好ましい水分およびイオン透過性のバランスを実現できる範囲とすることができる。
　ガラス板の透気度は、ＪＩＳ　Ｐ－８１１７－８０（２００９年）を参考とし、ガーレーヒルＳ．Ｐ．Ｓ．テスター（熊谷理機工業株式会社）を用いて測定できる。
　本発明のガラス板の厚さは特に限定されないが、剛性を担保する観点から、通常０．５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．７ｍｍ以上であり、さらに好ましくは１．０ｍｍ以上である。また、軽量化の観点から、通常５．０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４．０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３．０ｍｍ以下である。
　本発明のガラス板の製造方法は特に限定されないが、例えば、（１）熱処理による分相工程および酸処理工程を含む、バイコール型多孔質ガラスの製造方法、（２）バイコール型多孔質ガラスの改良方法である、ＰＰＧ型多孔質ガラスの製造方法、（３）熱処理による分相工程および酸処理工程を含む、シラス多孔質ガラスの製造方法、（４）溶融成形したガラスの熱処理工程および可溶出の析出結晶の溶出処理をして多孔質体を得る工程を含む多孔質ガラスセラミックスの製造方法、（５）溶相からのガラスの低温合成法である、ゾル－ゲル法による多孔質ガラスの製造方法が挙げられる（宇尾　基弘および牧島　亮男、Ｇｙｐｓｕｍ＆Ｌｉｍｅ　Ｎｏ．２４０、１９９２年、９６～１０２頁）。
　以下、前記（１）のバイコール型多孔質ガラスの製造方法について、具体的に説明するが、本発明のガラス板の製造方法は、この方法に限定されるものではない。分相ガラスを経由する製造法としては、材料となるガラス板を加熱処理により分相させる分相熱処理工程と、分相したガラス板を酸処理等により可溶部分を溶解して、ガラス板を多孔質化させる多孔質化工程とを含む方法が挙げられる。以下、各工程について説明する。なお、本明細書においては、ガラス成分の含有量は、特に断らない限り、酸化物基準のモル百分率表示を用いて説明する。
　まず、ここで使用する材料となるガラス板は、スピノーダル分解により相分離するガラスから構成されるものであれば特に限定されない。このようなガラスとしては、例えば、酸化ケイ素－酸化ホウ素－アルカリ金属酸化物、酸化ケイ素－酸化ホウ素－アルカリ金属酸化物に、アルカリ土類金属酸化物、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも１種が含有したもの、酸化ケイ素－リン酸塩－アルカリ金属酸化物、酸化ケイ素－酸化ホウ素－酸化カルシウム－酸化マグネシウム－酸化アルミニウム－酸化チタン、等の組成を有するガラスが挙げられる。
　より具体的には、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－Ｎａ２Ｏ系、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－Ｎａ２Ｏ系、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＣａＯ－ＭｇＯ系、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－Ｎａ２Ｏ－Ｋ２Ｏ－ＣａＯ－ＭｇＯ系、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－Ｌｉ２Ｏ－Ｎａ２Ｏ－ＭｇＯ系、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－Ｌｉ２Ｏ－Ｎａ２Ｏ－ＣａＯ系、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－Ｎａ２Ｏ－Ｋ２Ｏ－ＣａＯ－ＺｒＯ２系、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－Ｎａ２Ｏ系、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－ＣａＯ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＯ２系、等のガラスが挙げられる。
　なかでも、酸化ケイ素－酸化ホウ素－アルカリ金属酸化物を母組成とするガラスが好ましく、さらに、このガラス中における酸化ケイ素の含有量は４５～８０ｍｏｌ％が好ましく、５０～８０ｍｏｌ％がより好ましく、５５～８０ｍｏｌ％がさらに好ましく、６０～７０ｍｏｌ％が特に好ましい。
　スピノーダル分解により相分離するガラスは、分相性を有しているガラスである。分相性とは、酸化ケイ素－酸化ホウ素－アルカリ金属酸化物を有するホウケイ酸系ガラスの場合を例に挙げると、加熱処理によって、ガラス内部で酸化ケイ素リッチ相とアルカリ金属酸化物－酸化ホウ素リッチ相とに、相分離することをいう。
　一般的に、上記のようなガラスを加熱処理することにより、ガラスを相分離させることができる。この加熱処理は、その加熱温度と処理時間に応じて形成される分相状態が変化するため、所望の特性が得られる条件に設定すればよい。加熱温度を高くするほど、処理時間を長くするほど、分相状態が進行するため、結果としてより細孔径の大きい多孔質ガラスが得られる。
　また、加熱温度の変化は分相の進行に大きな影響を与えるが、処理時間の変化は分相の進行に影響が小さいため、所望の細孔径を得る場合は、加熱温度で大まかな範囲を定め、処理時間で緻密な制御を行うと良い。例えば、加熱温度を４００～８００℃の範囲内とし、１０分～２００時間、さらには１０分～１００時間の範囲で処理することが好ましく、この条件は、特に、上記のホウケイ酸系ガラスにおいて好ましいものである。
　ガラスを製造する際に、原料溶解時の融液の段階で相分離しているものは、溶解時の加熱が分相加熱処理を含んでいるため、上記のような個別の分相加熱処理を省略できる。
　次いで、分相されたガラス（分相ガラス）を酸処理することにより、酸可溶成分であるアルカリ金属酸化物－酸化ホウ素リッチ相を酸溶液と接触させ、溶解除去する。ここで使用される酸溶液としては、上記可溶成分を溶解できるものであれば特に限定されず、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、酢酸等の有機酸、またそれらの組合せ等が挙げられ、中でも、塩酸、硝酸等の無機酸が好ましい。
　このような酸溶液としては、水溶液であることが好ましい。この酸処理においては、その溶液の温度を室温から１００℃の範囲とし、処理時間は１０分～２００時間程度、さらには１０分～１５０時間程度とすればよい。酸濃度が高い場合、又は温度が高い場合、リーチング処理が短時間で行えるが、リーチング処理によるガラスの割れや反りの頻度が増大する。これを防ぐため、酸溶液にアンモニウム塩、硼砂などの無機塩を添加する処理を行ってもよい。
　さらに、酸処理を行ったガラスに対して、アルカリ溶液及び熱水の少なくとも１種による洗浄処理を行ってもよい。この洗浄処理は、酸処理により生じた残渣を溶解、除去することを目的に行う。なお、その際に、酸化ケイ素が加水分解等により除去され、多孔質化が促進される場合もあり、多孔質化の度合いの調整のために用いることもできる。特に、アルカリ溶液は多孔質化の度合いの調整に有効であり、熱水は残渣の溶解、除去に有効である。従って、アルカリ溶液処理及び熱水処理を両方行う場合には、アルカリ溶液処理を行った後に熱水処理を行うのがよい。このようにアルカリ溶液処理の後、熱水処理を行うと、エッチング後の残渣の除去が効果的になされ、ガラス基板の内部を効率よく養液が透過できる。
　ここで使用されるアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、アンモニア等のアルカリ溶液が挙げられ、アルカリ水溶液であることが好ましい。このアルカリによる洗浄処理は、アルカリ溶液のアルカリ濃度が０．０１～２．０ｍｏｌ／Ｌ（０．０１～２．０規定）の範囲内、特には０．１～２．０ｍｏｌ／Ｌ（０．１～２．０規定）の範囲内で適宜設定すればよい。このアルカリ処理においては、その溶液の温度を１０～６０℃で行うことが好ましく、処理時間は５分～１０時間、特には５分～２時間とすることが好ましい。
　また、熱水としては、不純物の少ない純水等を使用し、５０～９０℃に加熱したものを使用し、処理時間は５分～２時間とすることが好ましい。
　ここで、アルカリ溶液での処理及び熱水での処理は、いずれか１つを行えばよいが、両方を行ってもよい。このように、酸処理後、アルカリ溶液及び熱水の少なくとも１種による洗浄処理を行うことで、スピノーダル分解により相分離して形成された、酸溶解部分が、酸処理により溶解され孔となり、この孔が一方の主面から他方の主面にまでほぼ等しい孔径で連結した貫通連続孔として形成される。
　この酸処理や、それに追加するアルカリ及び熱水処理の処理時間により、ガラス体の多孔質化される度合いが変化し、それぞれの処理を長く行うことで細孔の大きさを調節できる。したがって、所望の大きさの細孔が得られるように、処理条件を適宜変更すればよい。
　また、分相条件及び酸処理等の処理時間により、ガラス板の強度が変化する。最適な分相条件は、ガラス組成に依存するが、最適な分相条件を見出すには、例えばＴ－Ｔ－Ｔ曲線を調べることが有効である。Ｔ－Ｔ－Ｔ曲線で明らかになる、分相の最も進みやすい温度域よりも、例えば１００℃程度低い温度域で分相を進めることで、孔径を小さくできる。酸処理等の溶解処理は、それぞれの処理時間を長く行うことでやはり強度が低くなる傾向がある。したがって、溶液中の細胞外小胞の分離に使用でき強度を確保するように、分相条件、酸処理等の処理条件を適宜変更すればよい。すなわち、ガラス板の組成、分相熱処理条件（温度と時間）、多孔質化条件（液種、液組成、液濃度、処理温度、処理時間）によって調整できる。
　得られた多孔質ガラス板中における含有量（酸化物基準のモル百分率表示）として、ＳｉＯ２は９０～１００％、Ａｌ２Ｏ３は０～７％、Ｎａ２Ｏは１％以下、Ｂ２Ｏ３は１％以下が好ましい。
［植物栽培用装置］
　本発明の植物栽培用装置は、多孔質ガラス板と前記植物体を成長させるための養液を保持するための養液保持用担体とを有する。
　また、本発明の植物栽培用装置は、さらに前記植物体の根を支持するための植物支持用担体を有し、前記植物体の根を支持するための植物支持用担体が前記多孔質ガラス板の板厚方向の上方に配置され、前記植物体を生長させるための養液を保持するための養液保持用担体が前記多孔質ガラス板の板厚方向の下方に配置されていることが好ましい。
（第１実施形態）
　図１は、本発明の植物栽培用装置の第１実施形態を示す模式断面図である。
　図１を参照して、植物栽培用装置１は、多孔質ガラス板３と、多孔質ガラス板３の板厚方向の上方に配置された植物支持用担体４と、多孔質ガラス板３の板厚方向の下方に配置された植物体を生長させるための養液を保持するための養液保持用担体５と、これらを収容するための収容部６とを含む。多孔質ガラス板３は、植物体２の根と密着し得る性質を有する。
　多孔質ガラス板３と養液保持用担体５とは、接着剤または物理的固定手段等の接着・固定手段を用いて相互に固定してもよい。
　上記構成を有する植物栽培用装置１は、例えば、図１に示すように、養液保持用担体５内に保持された養液と植物体２とを、多孔質ガラス板３を介して接触させることができる。
　図１において図示していないが、第１実施形態においては、養液の腐敗等による劣化および蒸発を防止する観点から、養液保持用担体５は、フィルム等を用いて大気から実質的に密閉されていることが好ましい。ここで「大気から実質的に密閉」とは、植物体２の所望の生長に必要な期間において、養液の劣化が防止されている程度であればよい。
　図１に示す実施形態においては、収容部６（図１においては、トレー状）の大きさは特に限定されないが、幅は作業性の点から、２～２００ｃｍが好ましく、より好ましくは５～１００ｃｍであり、さらに好ましくは１０～６０ｃｍである。
　収容部６の深さは養液の使用量を少なくするためには小さい方が好ましく、養液の安定性（例えば、温度および養液濃度等）のためにはある程度の深さを有することが好ましいため、１～１００ｃｍが好ましく、より好ましくは３～２０ｃｍであり、さらに好ましくは２～１５ｃｍである。
　収容部６の長さは特に限定されないが、その取り扱い容易性の点からは、２～１００００ｃｍが好ましく、より好ましくは５～５０００ｃｍであり、さらに好ましくは１０～３０００ｃｍである。
（第２実施形態）
　図２は、本発明の植物栽培用装置の第２実施形態を示す模式断面図である。上述した図１に示す第１実施形態においては、養液保持用担体５の底部が収容部６に接触するように固定されているが、図２においては、多孔質ガラス板３および養液保持用担体５は、養液７の液面状に浮かんだフロート状態とされている。このようなフロート方式は、植物体の移動搬送または栽培段階に応じて栽培条件の変更が容易である点において有利である。
　図２を参照して、植物栽培用装置１ａにおいては、多孔質ガラス板３および養液保持用担体５がフロート部材８（例えば、発砲ポリスチロール製）に挟まれた状態で、養液７上に浮かんでいる以外は、図１に示す第１実施形態と同様である。
　図２に示す実施形態においては、図１に示す第１実施形態において、養液保持用担体５の底部と収容部６とを分離し、多孔質ガラス板３および養液保持用担体５を養液７に浮かせるようなフロートにするものである。収容部６の大きさは、図１におけるものと同様である。なお、植物体の種類、大きさ、栽培面積、栽培間隔等によっては、養液保持用担体５を省略して、多孔質ガラス板３を養液７に直接浮かせてもよい。
　また、フロート部材８の大きさは、多孔質ガラス板３および養液保持用担体５を養液７に浮かせて移動できる大きさであれば特に限定されないが、取扱いの容易性の観点から、フロート部材８の長さ／幅の比は、１～１０であることが好ましく、より好ましくは１～５であり、さらに好ましくは１～３である。ここで、フロート部材８は、長さ方向が養液保持用担体５の外周部に対応するように取り付けられる。
　図２において図示していないが、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、養液の腐敗等による劣化および蒸発を防止する観点から、養液保持用担体５および養液７は、フィルム等を用いて大気から実質的に密閉されていることが好ましい。
　上述した第１実施形態および第２実施形態において、多孔質ガラス板３の表面に植物体２を挿入すべき非貫通のホール（穴）を形成してもよい。このようなホールの形成方法は特に制限されないが、例えば、円筒研削することにより非貫通のホール（穴）を形成する方法が挙げられる。
　前記ホールの直径は特に限定されないが、具体的には例えば、０．１～５ｃｍが好ましく、より好ましくは０．３～２ｃｍであり、さらに好ましくは０．５～１ｃｍである。ホールの深さは特に限定されないが、植物体２の種類によって、多孔質ガラス板３の深さを超えない範囲で選択できる。
　また、上述した第１実施形態および第２実施形態において、多孔質ガラス板３のような板状以外にも、養液と植物体２が直接接触しなければ、多孔質ガラスの形状は問わない。例えば、平板だけでなく曲板でもよく、円筒形状や鉢のような容器形状等の複雑形状であってもよい。さらに多孔質ガラス板の端部を保護したり、強度を付与するためにエッジ保護材や枠材などを設けてもよい。
　以下、上述した植物栽培用装置１を構成する各構成要素について詳細に説明する。
（ガラス板）
　植物栽培用装置１を構成する多孔質ガラス板３としては、上述した本発明のガラス板の性質を備えるガラス板を用いる。
（植物栽培用装置および収容部）
　植物栽培用装置１の形状、大きさ等は特に制限されず、例えば、従来より使用されてきたような公知の栽培容器（例えば、ポット状、トレイ状およびプランター状）の形状および大きさ等をそのまま使用できる。
　また、収容部６の形状、大きさ、材質および厚さ等は、特に制限されず、育成すべき植物の水分消費量、容器の内容積、植物支持体（土壌等）の通気性および水の温度等の種々の条件を考慮して、適宜選択可能である。
（植物体）
　植物栽培用装置１において栽培可能な植物体２は、特に制限されない。植物栽培用装置１においては、植物体２の成長した根が、多孔質ガラス板３と密着した後に、多孔質ガラス板３を介して養液からの肥料成分を吸収可能となるため、植物体２は、ある程度成長した苗の状態であることが好ましいが、種子または発芽直後の種子であってもよい。
　また、種子または発芽直後の種子を用いて植物体２を栽培する場合、植物支持用担体４中に、植物体２が多孔質ガラス板３と密着するまでの根の成長を可能とする程度の養分および水分を含有または混入しておくことが好ましい。
　多孔質ガラス板３上に直接種子を蒔き、生育させることにより、得られた生長後の植物体２を苗として使用としてもよいし、野菜のスプラウト（新芽）を得ることもできる。
　例えば、本発明の特徴の一つとして上述したように、養液からのウイルスや病原菌から植物体２が汚染されることを有効に防止できる。また、一般的には、スプラウトは発泡ポリウレタンなどの培地に種子を蒔いて、発芽生育する方法がとられているが、本発明の植物栽培用装置によれば、多孔質ガラス板３上にスプラウトを生長させることができ、容易に植物体２の根と多孔質ガラス板３とを剥がすことにより、スプラウトを容易に回収することも可能となる。
（植物支持用担体）
　植物支持用担体４としては、植物体２の根の発育のための遮光性および通気性を有し、植物体２を支持できるものであれば、従来公知のものを特に制限なく使用できる。このような支持用担体としては、土耕栽培に用いられる土壌および水耕栽培に用いられる培地を使用でき、例えば、天然の砂、れきおよびパミスサンド（軽石）などが挙げられる。また、天然素材の加工品（高温焼成等）として、例えば、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、セラミックおよび籾殻くん炭などの無機系の担体、並びに天然のピートモス、ココヤシ繊維、樹皮培地、籾殻などの有機系の担体が挙げられる。また、合成品としてはフェノール樹脂製発泡体、ウレタン樹脂製発泡体およびポリエチレン樹脂製発泡体などを粒状またはシート状にした担体、若しくは粒状のガラス発泡体が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。また、土壌および培地を使用しなくてもよく、例えば、板状、箱状、繊維状、綿状、などの人工的な構造物を使用してもよい。
（養液）
　本発明において使用可能な養液は特に制限されない。養液としては、例えば、従来の養液栽培および水耕栽培において使用されてきた液状成分を使用でき、通常植物の生育にとって必要不可欠な無機成分が含まれていることが好ましい。
　前記無機成分としては、主要な成分として、例えば、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）および硫黄（Ｓ）が挙げられる。また、微量成分として、例えば、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（Ｂ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）およびモリブデン（Ｍｏ）が挙げられる。
　さらにこの他に、副成分として、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、塩素（Ｃｌ）、アルミニウム（Ａｌ）およびナトリウム（Ｎａ）等がある。必要に応じて、本発明の効果を実質的に阻害しない限り、その他の生理活性物質も加えてもよい。また、グルコース（ブドウ糖）などの糖質、ビタミン類またはアミノ酸類等を添加してもよい。
　また、ビタミン類、アミノ酸、糖類または微生物等が含まれている植物活力剤を添加してもよい。アミノ酸類が含まれている植物活力剤としては、例えば、「ペプトン」が挙げられる。また、ビタミン類が含まれている植物活力剤としては、例えば、「酵母エキス」が挙げられる。
　「ペプトン」とは、一般的に各種のたんぱく質を酵素分解または酸で加水分解したものの総称である。このペプトンは、ポリペプチドからアミノ酸までの成分が混在し、加熱処理により凝固しない物質と定義されている（化学大辞典８、１９８７年２月１５日縮刷版第３０刷、化学大辞典編集委員会、共立出版株式会社、Ｐ３６９）。
　「酵母エキス」とは、酵母菌に含まれるビタミン、核酸成分、ミネラルまたは未知の菌体増殖ホルモンなどを実質的に損なうことなく菌体自身の自己消化作用を利用して菌体外に取り出し、その水溶性部分だけを低温処理および噴霧乾燥したものをいう（化学大辞典３、１９８７年２月１５日縮刷版第３０刷、化学大辞典編集委員会、共立出版株式会社、Ｐ６０３）。
（養液保持用担体）
　養液保持用担体５の材質としては特に制限されないが、例えば、障子紙等の紙、吸湿性の繊維、不織布、織布およびカット繊維、並びに合成樹脂製発泡体等の空隙性の高分子材料が挙げられる。養液保持用担体５の厚みは特に限定されないが、通常０．１～５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１～４０ｍｍである。
　植物栽培用装置１の使用方法としては、例えば、該装置中に植物支持用担体４および植物体２を配置し、少なくとも多孔質ガラス板３を介して植物体２を養液保持用担体５に保持させた養液に接触させつつ、該植物体２を栽培すればよい。
［植物栽培方法］
　本発明の植物栽培方法は、多孔質ガラス板を含む植物栽培用装置を用い、前記植物栽培用装置中に植物体を配置し、少なくとも前記多孔質ガラス板を介して、植物体を生長させるための養液を前記植物体の少なくとも一部に接触させつつ、前記植物体を栽培する方法である。具体的には、植物栽培用装置として、上述した本発明の植物栽培用装置を用いる。以下、本発明の植物栽培方法による利点について記載する。
（根圏温度の制御）
　本発明の植物栽培方法においては、必要に応じて、多孔質ガラス板３および養液保持用担体５の少なくとも一方を介して養液の温度を制御することにより、多孔質ガラス板３と密着する根周辺の温度、すなわち根圏温度を調節できる。このような態様によれば、温室等の室内全体を暖房／冷房していた従来の方式と比べて、植物体２の根圏温度を精密に、且つ省エネルギー的にコントロールすることが容易となる。本発明の植物栽培方法においては、特に、植物体２の根が多孔質ガラス板３と密着しているため、根圏温度の制御が特に容易である。
　加えて、本発明の植物栽培方法では、加温、冷却すべき使用水量が極めて少ないこと、従来の養液栽培と異なり、養液の溶存酸素を増やす操作が不要であること、あるいは、養液が外気と直接に触れず、密閉されているため保温効果に優れ、全体として加温冷却を効率的にできることから、エネルギーコストが削減できる。
　例えば、ホウレンソウの育成適温は１５～２０℃とされるが、厳冬期や盛夏においては、適温範囲を大きくはずれることが多い。このような厳冬期や盛夏の時期においても、根圏のみを適温範囲に制御することにより、作物重量が向上し、優れた生育が可能となる。
（酸素濃度）
　一般に、植物体２の育成において、酸素の供給は重要な条件の一つである。特に、高温時には根の呼吸が高まって酸素要求量が増すが、一方で溶存酸素濃度は低くなるので、酸素欠乏の問題がある。酸素不足が発生すると「根づまり」と称される現象が生じ、その結果、根が腐敗し、アンモニアが発生し、養液のｐＨが上昇し始める。
　本発明の植物栽培方法において、養液と植物体２とが多孔質ガラス板３によって分離されているため、植物体２への酸素の供給は、空気中の酸素を有効に利用できる。且つ土壌中水分が極めて少ないため、従来の露地栽培と比較して、容易に栽培ができる。
（養液の制御）
　上記構成を有する本発明の植物栽培用装置を用いることにより、植物体２に対する酸素供給が、植物体２に対する養分供給から機能分離されることとなる。すなわち、従来の養液栽培では植物体２の根への酸素の供給が問題であったが、空気中から充分な酸素量が植物体２の根に供給可能である一方で、養分は多孔質ガラス板３を介して接触する養液から必要な程度を植物体２の根に供給できる。
　したがって、本発明の植物栽培方法においては、従来の養液栽培よりも養液の濃度やｐＨの制御範囲の自由度が増大する。実質的に、植物体２とは無関係に養液を管理可能であるので、栽培途中における養液の交換、および／または養液濃度若しくはｐＨ等の調整が極めて容易になる。
　更に、本発明の植物栽培方法によれば、養液中の有害細菌および害虫から、植物体２を隔離することが極めて容易である。加えて、多孔質ガラス板３を介して接触する養液からの水分供給が、植物に対しては抑制されるため、糖度等の点における品質の向上も可能となる。
　上述した植物の生育に必要不可欠な無機成分は、通常イオンの形で供給され、植物の種類ごとに要求される各成分の量が異なるため、通常は植物ごとに配合を決める必要がある。また、使用する水質によっては、水に含まれるイオンの量も考慮した無機成分の濃度の調整が必要になる場合がある。
　養液と植物体２とが多孔質ガラス板３によって分離されている本発明の植物栽培用装置を用いることにより、このような無機成分の調整も、上述した養液組成の調整と同時に容易にできる。
　また、本発明の植物栽培方法によれば、多孔質ガラス板３の製造過程における熱処理条件を変えることで多孔質ガラス板３の細孔径を容易に制御でき、各作物に適した細孔径を有する多孔質ガラス板３を使用できる。
（高品質化のための養液管理－高糖度化）
　トマトまたはメロン等の果菜類では、高品質化により高付加価値をつける工夫がなされている。トマトでは通常、培養液濃度を高めたり、培養液に食塩を加えたり、あるいは海水を加えて浸透圧を高めて、植物体２の吸水を抑制して、高糖度の果実を得ている。また、メロンの養液栽培では、収穫前に培養液濃度を高めて果実の糖度を上げることがよく行われている。
　本発明の植物培養方法においては、養液と植物体２とが多孔質ガラス板３によって分離されているため、植物体２への水の供給は比較的不足した状態となり、高糖度等の高品質化が容易となる。
（高品質化のための養液管理－特定成分の低含量化）
　養液と植物体２とが多孔質ガラス板３によって分離されている本発明においては、上述したように、養液組成、濃度およびｐＨ等の調整が極めて容易であるため、硝酸態窒素（ＮＯ３－Ｎ）またはシュウ酸等の特定成分の調整も容易となる。
（低コスト化）
　一般的には、養液栽培においては、ランニングコストがより多くかかるとされている。すなわち、養液栽培は土耕栽培に比べ肥料費および光熱動力費等をより多く要する。また、培養液の分析、機器のメンテナンスのほか、方式によっては使用済みロックウールおよび廃液等の廃棄物処理に費用がかかる場合もある。
　これに対して、養液と植物体２とが多孔質ガラス板３によって分離されている本発明の植物栽培方法においては、栽培環境の簡略化により、ランニングコストを著しく軽減可能となる。
　また、フィルムを用いた農法においては、植物から排出される酸により１０～３０％程度の割合でフィルムに穴が開くため、フィルムの再利用が困難である。これに対し、本発明の植物栽培方法においては、多孔質ガラス板３は耐酸性を有するとともに、高温で熱処理することにより殺菌および根毛の除去が可能であるため、再利用可能であり、低コスト化が可能となる。
　さらに、フィルムを用いた農法においては、フィルムと植物体が一体化することによりフィルム使用面積が増大するとともに、植物体から排出される酸によりフィルムに穴が開くため、植物体同士の間隔を約５０ｃｍ以上とする必要がある。
　これに対し、本発明の植物栽培方法においては、多孔質ガラス板３は植物体２と密着しても剛性を有しているため使用面積が増大することなく、且つ上述したように耐酸性を有するため、植物体同士の間隔を通常約１０ｃｍ程度とすることが可能であり、栽培密度が向上して低コスト化ができる。
（植物の種類）
　一般的には、養液栽培においては、導入できる植物（例えば、野菜）の種類が限定されている。これに対して、養液と植物体２とが多孔質ガラス板３によって分離されている本発明の植物栽培方法においては、上述した酸素供給の容易化（実質的に露地栽培と同等以上の酸素供給）、および養液管理の容易化により、従来の養液栽培よりも適用可能な植物の対象が拡大可能となる。
　また、従来、有糖培養によってのみ生育可能な植物体（例えば幼苗）の栽培方法（例えば、組織培養によるクローン苗の栽培等）においては、寒天培地等にグルコース（ブドウ糖）等を添加し、無菌的に行われてきたが、これにはいくつかの重大な問題点がある。例えば、滅菌操作、クリーンルームの使用等の高いコスト、と培養段階から圃場に移行する際のグルコースを含む寒天培地の除去、水分環境の激変による活着率の低下、および苗の低品位化である。
　これに対して、本発明の植物栽培方法においては、グルコース等の栄養成分が多孔質ガラス板３を介して植物体２に供給されるととともに、酸素が充分供給され、かつ多孔質ガラス板３によって菌による汚染が防止されるため、上述した従来の組織培養法の問題点を解決できる。
　また、フィルムを用いた農法においては、植物から放出される酸によりフィルムに穴が開いて植物が養液を大量に吸収し、栄養価が低くなり、苗ごとに品質がバラつくという問題があるだけでなく、フィルムの再利用も不可であるため、短期間で育つ作物は高コストとなるという問題がある。
　これに対し、本発明の植物栽培方法においては、植物から放出される酸により穴が開くことのない耐酸性を有し、且つ高温で熱処理することにより殺菌および根毛の除去が可能である多孔質ガラス板３を用いるため、短期間で育つ水菜、ハーブまたはルッコラ等の栽培にも適している。
（養液量の低減）
　一般的には、土耕栽培に必要な水量は７～１０Ｌ／週／本である。また、養液栽培においても水の使用量は多く、夏場のトマトでは１日１本の苗当たり数百ｍＬから２Ｌ以上も消費するといわれている。一般の養液栽培の場合は、表面から大気中への直接蒸発があることに加え、養液中の溶存酸素を増やすために空気と接触面を増やす操作が行われるため、水分の消費が多くなる。
　これに対して、本発明の植物栽培方法においては、植物体により水分が多孔質ガラス板３から吸収されにくく、植物体が空気中の水分を得ようとして植物体の茎に産毛が通常より多く生えることで、養液の消費量および水使用量を低く抑えることができ、栽培に必要な水量は、通常０．７～１Ｌ／週／本である。
　また、本発明の植物栽培方法によれば、水および肥料の使用量を最小限に抑えることが可能であり、コスト面以外にも、使用済み廃液も最小限に抑えることができ、環境汚染の極小化が可能となる。さらには、水が貴重な地域での植物体の栽培も可能となる。
（養液の再使用、コンタミネーション抑制）
　本発明の植物栽培方法では、養液が植物体２の根から隔離されているので、根からの分泌物や土壌による養液汚染が少なく、使用後の養液には不純物がほとんど含まれておらず、ｐＨおよび養液濃度の管理が容易になる。
　これは、養液が多孔質ガラス板３で蓋をされている状態にあり、多孔質ガラス板３の板厚方向の上方からの汚染が殆ど無いこと、あるいは、外気から酸素が入りにくく、また、光も入らないことから、微生物または藻類も育ちにくいためと考えられる。従って、養液の再使用に際し必要な処理が容易に且つ最小限の操作でよく、再利用もし易くなる。
　また、養液からの植物支持用担体４の汚染が少ないので、植物支持用担体４として、肥料成分やその他不純物を含まない材料を用いることで、植物の根が微量分泌する物質を回収、定性または定量することが容易になる。
（接木）
　一般的に、土壌中の病気若しくは線虫、又は低温若しくは高温により野菜の生育が困難な場合、病害虫抵抗性、耐乾湿性または耐寒耐暑性をもつ台木に栽培品種の穂木を接木して苗作りをすることが行われる場合がある。
　接木した作物の栄養源は、基本的には（台木の）根からの無機栄養の吸収と光合成であるが、本発明の植物栽培方法においては、養液と植物体２とが多孔質ガラス板３によって分離されているため、台木に穂木が完全に接合するまでの間、多孔質ガラス板３を介して、接木すべき（または接木した）植物にグルコース等の栄養分を供給することも可能である。また、本発明の植物栽培方法により作られた植物苗の根は生育に優れ、根の量も多く、毛根も発達しているため、接木に使用する台木としても適している。
［トマトの調製］
（比較例１：一般的なトマト）
　比較例として一般的なトマト（品種：桃太郎）を用意した。
（比較例２：太陽光による土耕栽培）
　トマト（品種：桃太郎）の苗を１本、１０号の鉢に植え、土耕栽培により太陽光で約１２０日間栽培した後、トマトの実を収穫した。
（実施例１：多孔質ガラス板を含む植物栽培用装置を用いたＬＥＤ光による栽培）
（１）多孔質ガラス板の作製
　下記に示す組成となるように、原料を１５５０℃の溶解温度で１時間溶解し、型枠に流し込み、放冷して成形した。その後、５５０℃で１０分間保持した後、１０℃／分で室温まで徐冷し、得られたガラスを１０℃／分で室温から７００℃まで加熱、７００℃で２０時間保持し、再び１０℃／分で室温まで徐冷することで熱処理を行い、研磨することにより、厚み１ｍｍの板状ガラスを得た。ガラスが分相したことはＳＥＭ観察により確認した。
ガラス組成（酸化物基準のモル百分率表示）：ＳｉＯ２　６６．１％、Ａｌ２Ｏ３　２．２％、Ｂ２Ｏ３　２４．９％、Ｎａ２Ｏ　６．８％
　得られた板状ガラスを１００ｍｍ角に切断し、９０℃に温めた１ｍｏｌ／Ｌの塩酸水溶液中に１０時間浸漬した後、９０℃のイオン交換水中に１０分間浸漬し、多孔質ガラス板を得た。
（２）多孔質ガラスの評価
　（１）で作製した多孔質ガラス板の細孔の体積分率および平均細孔径を電子顕微鏡の画像処理により算出した。平均細孔径の測定方法は、研磨することにより得られた厚み１ｍｍの板状ガラスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を複数の倍率で撮影し、この映像の画像解析を行い、抽出された各空隙部分の面積と等しい面積を有する円の直径の分布を算出し、算術平均径として平均細孔径を求めた。その結果、細孔の体積分率は約３０体積％、平均細孔径は１０ｎｍであった。
　また、下記測定条件により多孔質ガラス板の透気度を測定したところ、０．０００２ｍ３／分であった。ガラス板の透気度は、下記条件により測定できる。ガーレーヒルＳ．Ｐ．Ｓ．テスター（熊谷理機工業株式会社）を用い、試料表面積６４５．１６ｍｍ２に対して、１１７７Ｐａの圧力で空気を垂直に適用させ、細孔を通過して０．１ｍ３の空気が漏洩するために要した時間を計測した。測定に用いたガラス試料の厚みは１．０ｍｍとし、透気度は１分間あたりの空気の漏洩量に換算して表記した。
（３）植物栽培用装置の作製
　植物支持用担体、養液保持用担体、養液および収容部として下記を用い、（１）で作製した多孔質ガラス板を含む植物栽培用装置を作製した。
植物支持用担体：セラミックスボールを用い、厚みを約１０ｍｍとした。
養液保持用担体：合成樹脂製発泡体（厚み４ｃｍ）を用いた。
養液：水耕栽培用溶液ハイポニカ原液（協和株式会社製）を５００倍希釈した養液を用いた。
収容部：１２ｃｍ×１２ｃｍ×６ｃｍのフードコンテナーを用いた。
（４）トマトの栽培
　（３）で作製した植物栽培用装置にトマト（品種：桃太郎）の苗を植えて、１０ｃｍ×１０ｃｍ、板厚１ｃｍの多孔質ガラスの中央に設置して約１２０日間栽培した後、トマトの実を収穫した。光源として、ＬＥＤ（波長４４０、４６０、６３０、６６０、７３０ｎｍ、光束量／約３４５００ｌｍ）を植物支持用担体から上方約１００ｃｍの位置に設置し、小型扇風機２台を植物栽培用装置の左右に１台ずつ設置し、送風した。栽培は室内で行った。
（実施例２：多孔質ガラス板を含む植物栽培用装置を用いた太陽光による栽培）
　実施例１の（３）において作製した植物栽培用装置を用いて、トマト（品種：桃太郎）の苗を１本、太陽光により約１２０日間栽培した後、トマトの実を収穫した。
［平均質量の測定］
　上記比較例および実施例で調製したトマトの実の質量を測定し、平均質量を求めた。
［糖度の測定］
　上記比較例および実施例で調製したトマトの実の糖度を株式会社アタゴ製ポケット糖度・濃度計ＰＡＬ－Ｊにより測定した。
［遊離γ－アミノ酪酸の測定］
　上記比較例および実施例で調製したトマトの実の遊離γ－アミノ酪酸量を高速液体クロマトグラフ法（紫外可視吸光度計)にて測定した。
［総アスコルビン酸量およびリコピン量の測定］
　上記比較例および実施例で調製したトマトの実の総アスコルビン酸量およびリコピン量を高速液体クロマトグラフ法（紫外可視吸光度計)にて測定した。
　結果を表１および図３～５に示す。表１および図３～５において、「Ｎ．Ｄ．」は未評価であることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１および図３～５に示すように、本発明のガラス板を用いて栽培した実施例１および２のトマトの実は、比較例１および２のトマトの実と比較して、平均重量が同等程度であるとともに、糖度、γ―アミノ酸、総アスコルビン酸（総ビタミンＣ）量およびリコピン量がいずれも高かった。また、表１および図３に示すように、本発明のガラス板を用いて栽培した実施例１および２において、光源の違いによる糖度の差は見られなかった。この結果から、本発明のガラス板を用いて植物を栽培することにより、高品質および量の農作物が安定して得られることが分かった。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお、本出願は、２０１７年２月１７日付で出願された日本特許出願（特願２０１７－０２８１３２）に基づいており、その全体が引用により援用される。
１、１ａ　植物栽培用装置　
２　植物体
３　ガラス板
４　植物支持用担体
５　養液保持用担体
６　収容部
７　養液
８　フロート部材

Claims (8)

  1. 　植物栽培用の多孔質ガラス板。
  2. 　平均細孔径が５ｎｍ以上である細孔を有する請求項１に記載の多孔質ガラス板。
  3. 　前記細孔の体積分率が１０～６０体積％である、請求項２に記載の多孔質ガラス板。
  4. 　厚さ１．０ｍｍにおける透気度が０．００３ｍ３／分以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の多孔質ガラス板。
  5. 　多孔質ガラス板と前記植物体を成長させるための養液を保持するための養液保持用担体とを有する、植物栽培用装置。
  6. 　前記植物栽培用装置が、さらに前記植物体の根を支持するための植物支持用担体を有し、前記植物体の根を支持するための植物支持用担体が前記多孔質ガラス板の板厚方向の上方に配置され、前記植物体を生長させるための養液を保持するための養液保持用担体が前記多孔質ガラス板の板厚方向の下方に配置された請求項５に記載の植物栽培用装置。
  7. 　多孔質ガラス板を含む植物栽培用装置を用い、前記植物栽培用装置中に植物体を配置し、少なくとも前記多孔質ガラス板を介して、植物体を生長させるための養液を前記植物体の少なくとも一部に接触させつつ、前記植物体を栽培する、植物栽培方法。
  8. 　前記多孔質ガラス板の厚さ１．０ｍｍにおける透気度が０．００３ｍ３／分以下である、請求項５に記載の植物栽培用装置。
PCT/JP2018/004947 2017-02-17 2018-02-13 植物栽培用の多孔質ガラス板、植物栽培用装置および植物栽培方法 WO2018151117A1 (ja)

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