WO2024009608A1 - 植物総体の栽培装置および栽培方法、ならびに栽培装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、土壌を用いることなく、根系において液相根と気相根とを分離して発生させることができる植物総体の栽培装置及びそのような植物総体の栽培方法を提供する。より具体的には、毛管力を示す構造体で構成される容器；および液体を貯留する水盤を含む、植物総体の栽培装置を用いて、植物総体を栽培する。

Description

植物総体の栽培装置および栽培方法、ならびに栽培装置の製造方法

　本発明は、土壌を不要とする、植物総体の栽培装置および栽培方法、ならびに栽培装置の製造方法を提供する。

　化学工業では、目的物質を合成し、分解し、分離するために強酸や強アルカリなどの様々な薬品を使用しているため、有害な廃棄物が大量に排出されている。そこで、近年、有害な廃棄物を全く排出しないグリーンケミストリーが求められている。
　有機物の大部分は植物の体内で無機原料から複雑な化学反応を経て合成することができ、植物が行う化学反応は有害な廃棄物を全く排出しないため究極のグリーンケミストリーである。
　従来の植物栽培技術は、「農業」＝「土栽培」を通じてのみ可能であった。しかしながら、農業では季節、気候変動、場所、土壌条件、そして肥培管理など栽培の科学性を担保するための制約条件が多くあり、科学的に実験結果を実際に適用することが難しい。それゆえ、植物を要件とするグリーンケミストリーを発展させるためには、上記制約条件から解放された栽培技術が求められる。

　以下、土壌に制限される植物栽培から、現代の植物工場までの歴史を説明する。
（１）人類の植物栽培の始まり：土耕栽培（約1万年前～）
　人類の「植物栽培」の歴史は約１万年前と言われている。目的の植物を栽培する気候を含む適地に、灌漑や施肥により畑や水田を営むことであった。木本類の植林・栽培も基本的には同じ方法である。現在に至るも「食用植物」の大部分（ほぼ全部）はこの土耕栽培であるが、世界的な土壌流亡や気候変動により生産状況が不安定化し食料生産が不安視されるに至っている。

（２）農地フリー化栽培の始まり：ポット栽培（200年前～）
　一部では土地から分離させた「容器で栽培する方法（ポット栽培・コンテナ栽培）」も開発された。植物を生きたまま遠くに運んだり、ちかくで観察したり、栽培技術の開発などの目的のためである。植物の栽培が場所の束縛から離れた「農地・土地フリー化栽培」である。
　植物の苗・苗木の生産・流通の大部分が「ポット栽培」であり、そのまま観賞用としても流通する。近頃は果物の糖度を上げたり、季節フリーで生産したりする目的でも使われる。

（３）土壌フリー化栽培：水耕栽培（１００年前～）
　一方では、園芸品や野菜の一部で水または、水と養分を含む養液で栽培することが可能なものが見つかり、「土壌フリー」、すなわち土壌なしでの植物栽培技術開発の可能性が出てきた。室内でも、艦上でも、極寒地でも、暑熱地でも植物が清潔に栽培でき、人類の活動範囲が広がった。
　第２次大戦の末期及び戦後に、米軍が遠隔地の兵士に新鮮な野菜を供給するために流水装置を含む植物工場を建設したことが、日本での水耕栽培の始まりである。流水装置を導入したことにより、停滞水で起こる「溶存酸素」の低下による根の呼吸障害を回避することが可能になったのである。その後、この流水野菜栽培装置をまねた水耕の植物栽培工場が広まった。しかしながら、この時点では、水耕栽培できる植物は葉物野菜・トマト・キュウリなどの少数の植物種に限られていた。

（４）土壌不要栽培の新たな始まり：セラミック栽培（２５年前～）
　本発明者らは、停滞水でも根が呼吸できる水栽培であるセラミック栽培を開発し、完全に土壌を不要とする「土壌不要植物栽培」を世界で初めて可能にした［特許文献１および２］。
　本発明者らによって開発されたセラミック栽培は、大規模な水流装置が不要であり、室内で小規模かつ清潔に野菜を栽培することが可能になった。この栽培方法によれば、植物の根が特殊な微多孔質セラミック器具の内壁に接触して、微多孔質セラミック器具の微多孔内に存在する水分を吸水するので根系がコンパクトに収まる（牽引根が不必要）。
　上記セラミック器具を用いた土壌不要栽培は、セラハイト、セラミック苗などの商品名ですでに販売され、さらに、その技術を応用した閉鎖型野菜工場「オハベベファーム」やイネ栽培装置「セラ不動」も稼働し、高い評価を得ている。
　さらに、宇宙ステーション「きぼう」にも搭載されている。「宇宙インフレータブル構造の実証実験」のため、発明者らが開発および製造に携わった宇宙栽培用特殊セラミック製の種子発芽実験装置を積んだＨＴＶ－３（こうのとり３号）を搭載したＨ－ＩＩＢロケットが宇宙に旅立ち、宇宙空間での種子発芽の栽培の可能性の調査が行われた［非特許文献１］。

（５）土壌不要栽培のコペルニクス的展開：新セラミック栽培（現在～未来、そして宇宙へ）
　本発明者らによって開発されたセラミック栽培技術は狭隙や管の中で根を育成させるので、より多くの水を必要とする植物、根系が肥大する植物の栽培には、物理的な制約があった。そこで、本発明者らは、上記の制約を打破するために、さらなる研究開発を行い、多種多様の植物に対して有用な新たなセラミック栽培の方法を確立した。
　そもそも植物の生育に土壌は不要であり、根部からの水分および酸素の吸収と、植物総体を支持する手段さえあれば、どんな場所でも、ひいては、宇宙空間でも植物栽培は可能なのであるが、今まではそのような発想がなかったため、本発明者らが提唱する、ありとあらゆる植物を栽培できる土壌不要栽培方法は誰にも達成することができなかった。
　コペルニクスやガリレオが「地動説」を唱え「それでも地球は回る」と言い続けたように、新セラミック栽培では「それでも植物は育っている」のである。

特開平１０－１５０８７１号公報 国際公開第２００３／０４２３５２号

第５３回宇宙科学技術連合講演会　２００９年９月１０日　日本航空宇宙学会　2I08（JSASS-2009-4343）「インフレータブル構造による生態維持空間構築と宇宙実証実験」

　現在の植物工場は、広大な土地、大型の設備や装置、そして、大型の設備や装置を稼働させるためのエネルギーを必要とする。さらには、光、水および酸素の供給のための管理システムを適切に運転しなければならない。すなわち、現在の植物工場を運転するためには、高い技術力と豊富な資金力を兼ね備えることが求められる。
　しかしながら、植物工場の設置が真に要求される場合とは、十分な水の補給が期待できない場所や、災害を受けた直後で作物を栽培することができない場所などである。そうすると、経済的な観点から、水の補給ができても狭い土地、今後被災から復興する場所などに現在の植物工場を設置することが活発化するとは思えない。

　植物は、（１）幹、茎、枝、葉など、土壌栽培において地上部に存在する植物本体；（２）土壌栽培において地下部に存在する根系；（３）花、実、果実等；（４）種子；（５）香りなど；および（６）薬効成分等の生成物で構成され、ここでは、全体を「植物総体」という。なお、この明細書において、便宜上、（１）植物本体を構成する茎から、「地下茎」を除外し、（２）根系に「地下茎」を含ませることとする。
　植物総体において「茎」とは、維管束植物において、植物本体の軸となり、葉や果実などを支持し、根からの水分や養分を葉や果実に送り、葉で生産された養分を根に送る器官である。養分を根に貯蔵する食用または薬用植物として、例えば、サツマイモ、ヤマイモ、ダイコン、ニンジン、カブ、ゴボウ、薬用人参などが挙げられる。
　また、「地下茎」とは、土壌栽培において地下に発生する茎の変態のひとつであり、根と同様に植物総体を支持する機能があり、さらに、養分を貯蔵する機能を有する植物もある。養分を地下茎に貯蔵する食用または薬用植物として、例えば、ジャガイモ、キクイモ、コンニャク、サトイモ、クワイ、タマネギ、ショウガ、ユリネなどが挙げられる。

　植物総体のうち根系には、植物本体を支持する役割、植物総体の生育に必要な養分および水分を吸い上げる役割、地上部で光合成により産生されたデンプンを始めとする糖質や植物の生長調節物質、各種薬効成分を合成および貯蔵する役割があることが知られている。根系のうち、成熟した太い根は主に支持する役割を担い、若い根および根毛が、表面積を増やすことによって効率的に土壌から水分および養分を吸収することは知られている。さらに、酸素不足になると根腐れを起こして植物総体が枯れてしまうことが知られている。
　しかしながら、根系の役割について、根系は土壌中に隠れているので直接目視確認することができず、土粒を取り除いても土壌中での各種形態の根の分布が分からない。また、水耕栽培では根系の目視観察ができたとしても、根系の全体が水中にあるため、水分吸収する部位と酸素吸収する部位の区別がつかず、現在、詳細な究明はされていないのが実情である。

　本発明者らは、「セラミック栽培」を開発したときの知見をもとに、植物総体のうち、特に、根系の働きに着目して、さらなる研究を続けたところ、そもそも植物の生育に土壌は不要であり、根部からの水分、養分および酸素を含む空気の吸収と、植物総体を物理的に支持する手段さえあれば、どこでも植物栽培は可能なのであることが確認された。
　より詳しくは、セラミック筒の内壁に接触する根の部分からは水分を吸収するが、接触していない側には根毛が多く存在していた。すなわち、根には、水分の多い側、すなわち液相に向けて成長して、主に水分および養分を吸収する根部と、気相に向けて成長して、主に空気中の酸素を吸収すると推測される根部とが存在することが確認された。
　本発明においては、主に水分および養分を吸収する役割を担う形態の根部を「液相根」と称し、主に酸素を吸収する役割を担う形態の根部を「気相根」と称する。

　従来の土壌栽培では、土粒が団粒構造を形成していることが理想的である。土粒または団粒同士の間に間隙があり、土壌中の水量が多いときは、根系全体が土粒または団粒に吸収された水分および間隙内に存在する液相から水分や養分を吸収し、水量が少ないときは、根の一部は、セラミック栽培のように土粒の表面に接して、液相根として水分や養分を吸収し、土粒または団粒同士の間隙では、気相根として空気中の酸素を吸収しているものと推察され、すなわち、土壌栽培された植物の根系には気相根と液相根とが無秩序に存在していると考えられる。

　本発明者らは、根系において、液相根の発生部位と気相根の発生部位とを分離して、それぞれの部位で、液相根により液相から水分や養分を吸収させ、気相根で気相から空気中の酸素を吸収することができれば、液相の溶存酸素が欠乏しても、気相根の存在により、植物総体の根系としては酸素不足になることがないと考えた。
　そこで、本発明者らは、土壌を用いることなく、根系において液相根と気相根とを分離して発生させることができる植物総体の栽培装置及びそのような植物総体の栽培方法を提供することを課題とした。ここで、「植物総体の栽培」とは、香りなど；酸素放出およびCO₂吸収；周囲環境の湿度や温度の和らぎなどの目的で、植物総体を利用するために、植物を工業的に育成することを含む。

　本発明者らが新たに開発した植物総体の栽培装置は、毛管力を示す構造体で構成される容器を、停滞水を貯留する水盤の中に設置することを特徴とする。セラミック容器の内部空間域は、上記セラミック管よりはるかに大きく形成され、大きな空間域内では、大量の根系が、セラミック容器の内壁に接触することなく発育し、芋類や根菜類等も蓄積される。
　本明細書において、毛管力とは、重力に逆らって水を上部に運ぶ能力、すなわち、毛管現象による吸引能をいい、毛管力を示す構造体内部の微細構造および、その構造体の材質に対する水の濡れ性が毛管力に影響する。

　本発明においては、上記のセラミック管と同様に毛管力を示す構造体で構成されるセラミック容器を使用するが、植物総体への水分供給は、水盤の停滞水を使い、毛管水はセラミック容器の内部空間域の湿度を制御するために使用される。
　本発明による栽培装置および栽培方法を用いると、根系のうち液相に存在する部位は、液相から水分および養分を吸収する液相根として生育し、気相に存在する部位は、気相から酸素を吸収する気相根として生育する。その結果、土壌栽培や従来の水耕栽培とは異なり、液相根および気相根のそれぞれを統合し、かつ、適切な相にて別々に生育することが可能となり、停滞水の溶存酸素が欠乏して、液相根から酸素を吸収することができなくなっても、気相根が継続的に酸素を吸収するので、植物総体の根系が酸素不足になることがない。
　また、本発明による栽培装置は植物総体の支持手段を有するので、土壌栽培で必要とされる支持根は必須でないため、液相根および気相根の総量が大幅に増加する。

　したがって、本発明による植物総体の栽培装置は、植物の種類や大きさや、植物の形態に限定されることなく、様々な原基に対して適用することができる。植物の形態とは、根部を有する形態および、根部を有さないが、再生育可能な植物のあらゆる形態（例えば、種子、球根、地下茎、地上茎、芽、不定芽、腋芽、葯、花糸、穂、葉、挿し穂、小苗、大苗、りん片、子房、胚珠、胚、花粉、不定胚、不定根、培養植物体などの植物組織もしくは植物細胞）を含む。

　本発明は、第１の局面において、毛管力を示す構造体で構成される容器；および液体を貯留する水盤を含む、植物総体の栽培装置を提供する。

　本発明による栽培装置において、前記毛管力を示す構造体で構成される容器は、筒部および閉鎖部からなり、前記筒部の上端は閉鎖部により閉鎖され、前記閉鎖部は、前記筒部と一体成形された上面部であるか、または、前記筒部の上端から取り外し可能に形成された蓋であって、前記閉鎖部には貫通孔が形成され、また、前記筒部の下端は開放されまたは閉鎖されている。

　前記筒部の形状は、横断面において、略円形、略楕円形、略三角形、略四角形、略五角形、略六角形、略七角形および略八角形などからなる群から選択される定型形状、または非定型形状であって、縦断面において、略正方形、略長方形および略台形からなる群から選択される定型形状、または非定型形状である。

　前記微多孔質体の容器は非金属無機質固体材料の焼成物であって、少なくとも前記筒部は空隙である連通孔を含み、焼成物全体に対する空隙率が１０～８０％（vol／vol）であり、前記空隙の平均孔径が３μｍ以下であって、孔径３μｍ以下の空隙が体積比で全空隙の７０％以上である。

　本発明は、第２の局面において、上記した本発明による栽培装置を用いる、植物総体の栽培方法であって、少なくとも、
　　液体を貯留する水盤内に、毛管力を示す構造体で構成される容器を、その開放または閉鎖下端が前記水盤の内表面に接するように載置して、前記水盤の内表面と前記容器の内壁とで、前記植物総体の根系を包含できる空間域を形成する工程；
　　前記空間域を形成する工程の前または後、前記水盤に液体を導入する工程；
　　前記水盤内に貯留した液体中で、液相から水分および養分を吸収する根部を生育する工程；および
　　前記空間域の内部に存在する水分および酸素中で、気相から酸素を吸収する根部を生育する工程
を含む、栽培方法を提供する。

　前記水盤に貯留した液体は、水または栽培対象とする前記植物総体の育成に要求される養分を含んだ養液である。前記水盤に貯留した液体は、停滞水であってもよい。前記植物の育成に要求される養分は、窒素、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウムおよび硫黄から選択される必須多量元素、鉄、マンガン、ホウ素、亜鉛、モリブデン、銅、塩素、ニッケルから選択される必須微量元素、または、ケイ素、ナトリウム、コバルトなどから選択される有用元素である。

　本発明は、第３の局面において、少なくとも、毛管力を示す構造体で構成される容器；および液体を貯留する水盤を含む、植物総体の栽培装置の製造方法であって、
　　前記毛管力を示す構造体で構成される容器は、筒部と閉鎖部とからなり、前記筒部の上端は閉鎖部により閉鎖され、前記筒部と前記閉鎖部とは一体成形されているか、または、前記閉鎖部が、前記筒部の上端から取り外し可能に形成された蓋であり、前記閉鎖部には貫通孔が形成され、前記筒部の下端は開放された形状または閉鎖された形状を有し、
　前記製造方法は、少なくとも、
　　液体を貯留する水盤内に、毛管力を示す構造体で構成される容器を、その開放下端が前記水盤の内表面に接するように載置して、前記水盤の内表面と前記容器の内壁とで、前記植物総体の根系を包含できる空間域を形成する工程；
を含む、
製造方法を提供する。

　本発明において、前記毛管力を示す構造体は、有機質固体材料、非金属無機質固体材料、パルプ、紙、織布、不織布から形成される。
　ひとつの具体例として、前記毛管力を示す構造体は、非金属無機質固体材料の焼成物であって、少なくとも筒部は空隙である連通孔を含み、該空隙の平均孔径が３μｍ以下であり、孔径３μｍ以下の空隙が体積比で全空隙の７０％以上であり、焼成物全体に対して１０～８０％（vol／vol）の空隙率を有する焼成物であることを特徴とする。

　本発明による植物総体の栽培装置および栽培方法を用いれば、植物総体の育成に土壌は不要となるので、広大な土地、大型の設備や装置、そして、大型の設備や装置を稼働させるためのエネルギーを必要とすることなく、安価に、どんな場所でも誰でも植物工場を稼働させることができる。

　土壌栽培では、特定の場所に束縛されるだけではなく、収穫した後、根系に付着した土を除去するための作業が必要となり、出荷までに手間がかかる。
　一方、本発明によれば、土壌による束縛も土壌からの不純物の影響も受けることがなくなれば、工業的に植物総体を製造し、その化学合成力を利用して目的の物質を収穫する技術の開発を活発化することができ、植物に目的物質を合成させるのに必要な養分を適宜補給し、効率的に目的の成分を合成させるために、根からの吸収が直接的かつ効率よく行うことができる。
　要するに、本発明による土壌不要の植物栽培技術は究極のグリーンケミストリーの入口であり基礎となる技術である。

本発明の栽培装置の概略図。 本発明の栽培装置を構成する容器の正面図および断面図：（ａ）一体成型タイプ；（ｂ－１）筒部と蓋の分離型タイプ；（ｂ－２）筒部と蓋（二分割型）の分離型タイプ。 本発明の栽培装置を構成する容器のいくつかの具体例の写真 本発明の栽培装置を構成する容器のひとつの具体例の焼成体断面の電子顕微鏡写真。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培したアカマツ（右）と用いないで栽培したアカマツ（左）の趨勢の比較。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培したカブの状態変化を示す写真。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培したジャガイモの状態変化を示す写真。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培したキャベツの状態変化を示す写真。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培したコーヒーＡの状態変化を示す写真。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培したコーヒーＢの状態変化を示す写真。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培したアカマツの状態変化を示す写真。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培したチャノキの状態変化を示す写真。 本発明の栽培装置および栽培方法を用いて栽培した植物の気相根および液相根を示す写真。

１．本発明が適用できる植物
　本発明による植物総体の栽培方法は、イネ、トウモロコシ、コムギ、ダイズなどの穀物；ワタなどの工芸用植物；タバコ、チャノキなどの嗜好用植物；レタス、キャベツ、ブロッコリー、バジル、ミョウガなどの葉菜類；サツマイモ、ジャガイモ、ニンジン、サトイモ、ショウガ、タマネギ、ダイコン、カブなどの根菜類；キュウリ、メロン、トマト、イチゴなどの果菜類；ブドウ、ウンシュウミカンなどの果樹；オタネニンジン、キハダなどの薬用植物；バラ、ヤブツバキ、クスノキ、ウルシ、ヒノキ、スギなどの小型～大型樹木まで、あらゆる植物に適用することができる。

２．本発明の利点
　本発明による植物総体の製造方法および栽培方法を用いれば、土壌不要なので、場所の制限がなく、いつでもどこでも誰にでも所望する植物を栽培することができる。また、根系が土壌に隠されていないため、根系のなかでも、特に、根毛の働きを直接観察することができるので、植物の生態の研究がより一層発展する。さらに、研究開発から商品化、事業化まで（地域実装、社会実装）一貫した「同じ製造方法」で成長させるので、実装化および産業化するまでの期間が短縮され、あらゆる最先端技術（ITはもちろん光技術、ナノテク、遺伝子の編集技術など）と簡単にコラボ可能であり、植物の移動はもちろん、同一性、同質性、清潔性、再現性など科学的な手法を取り入れることができ、そのことが新しい技術開発につながる。
　したがって、本発明を礎として、新たなコンセプトの「植物工場」を立ち上げることができ、植物の栽培が地上に限定されず、光合成に必要な光さえあれば、豊富な水の供給が期待できない乾燥地帯や被災地のみならず、車両、貨車、船舶、航空機等の限られた空間、さらには、宇宙ステーションや他の惑星など宇宙空間での設置を実現する発明を生み出す推進力となる。

３．本発明の詳細
（１）植物総体の栽培装置
　本発明による、植物総体の栽培装置１は、毛管力を示す構造体（以下、「毛管力体」ともいう。）で構成される容器１０；および液体Ｌを貯留する水盤２０を含む（図１）。
　前記毛管力体で構成される容器１０は、筒部１１と閉鎖部１２とからなる。前記筒部の上端１１１は閉鎖部により閉鎖され、前記閉鎖部は、前記筒部と一体成形された上面部１２ａであるか、または、前記閉鎖部は、前記筒部の上端から取り外し可能に形成された蓋１２ｂであり、前記閉鎖部１２には貫通孔１２１が形成されている。また、前記筒部の下端１１２は開放された形状または閉鎖された形状を有する。

　前記筒部１１の形状や寸法は、育成対象の植物の部位の形状や大きさに基づき、適宜決定され、下端の外径は、単位面積あたりの所望する収穫量に基づき決定され、いわゆる「株間」に依存する。
　前記筒部１１の形状は、栽培対象とする植物総体を支持できれば、特に限定されず、横断面において、略円形や略楕円形、または略三角形、略四角形、略五角形、略六角形などの定型形状であっても、前記形状以外の非定型形状でもよい。また、縦断面において、略正方形、略長方形または、略台形であってよく、安定性の観点から、上底が下底よりも短い略台形の形状が好ましい。
　前記筒部１１の内径および高さは、栽培対象とする植物総体に依存するが、植物総体の根系および生育した地下貯蔵器官（貯蔵根（例えば、サツマイモ、ヤマイモ、ダイコン、カブ、ニンジン、ゴボウ、高麗人参）、地下茎（例えば、ジャガイモ、サトイモ、タマネギ、ニンニク、ウコン）など）を包含することができる空間域を有していればよく、限定されないが、例えば、上端の内径が３～２５ｃｍであり、下端の内径が６～３０ｃｍであって、高さ５～２５ｃｍである。
　前記筒部１１の内径および高さは、例えば、ダイコンを収穫する場合、下端の内径１０ｃｍであって、高さ３０ｃｍのように、筒部を縦長に成形し、ジャガイモを収穫する場合、下端の内径２５ｃｍであって、高さ２０ｃｍのように、筒部を横長に成形することができる。さらに、メロンやスイカなどの大型の果実を収穫する場合は、さらに大型の筒部を成形すればよい。
　また、筒部１１の重量は、下記するような取り外し可能な蓋の重量を除いて、例えば、３０～５,０００ｇである。

　前記閉鎖部１２が、前記筒部１１と一体成形された上面部１２ａである場合、その形状および寸法は前記筒部の上端１１１によって画定される。
　前記閉鎖部１２が、前記筒部１１の上端１１１から取り外し可能に形成された蓋１２ｂである場合、その形状および寸法は前記筒部１１の上端に安定的に載置できれば限定されないが、栽培対象とする植物総体が倒れないように支持できる厚さおよび重量を有することが必要であり、例えば、厚さ０．５～３ｃｍ、重量３０～１,５００ｇである。また、前記筒部の上端と前記蓋とが容易にずれないような摩擦があることも考慮されるべきである。

　前記貫通孔１２１は、植物総体を支持するために、植物総体の地上部を貫通させるだけではなく、光を取り入れる役割も担っている。
　前記貫通孔１２１の位置は、限定されないが、前記容器１０の中心軸上にあることが好ましい。
　前記貫通孔１２１の形状は限定されず、その孔径は、栽培対象とする植物総体の幹や茎が収まる大きさであればよく、例えば、１～１０ｃｍである。
　本発明を、例えば、ショウガに適用する場合、孔径を２ｃｍとし、ヒノキに適用する場合、孔径を１０ｃｍに成形することができる。

　前記貫通孔１２１が分断されるように、前記毛管力体で構成される容器１０が、分割可能に形成されていることが好ましい。前記閉鎖部が前記筒部の上端から取り外し可能に形成された蓋１２ｂであり、かつ、貫通孔が分断されるように分割されていていることが好ましい。
　前記閉鎖部１２が前記筒部の上端１１１から取り外し可能に形成されている場合、少なくとも蓋１２ｂが分割可能に形成されていることが好ましく、前記筒部１１および蓋１２ｂの双方が分割可能に形成されていることがより好ましい。
　上記のように、前記毛管力体で構成される容器１０が分割可能に形成されていれば、栽培対象とする植物総体の出し入れが容易であり、特に、根系が肥大したときに前記毛管力体で構成される容器１０から植物総体の根系を観察し、回収することが容易になるので望ましい。

　前記栽培装置において、少なくとも、容器１０のうち筒部１１は、毛管力体で構成される。毛管力体の素材は、有機質固体材料、非金属無機質固体材料、パルプ、紙、織布、不織布などから製造することができる。
　前記栽培装置のひとつの具体例として、前記毛管力体で構成される容器１０は非金属無機質固体材料の焼成物であって、少なくとも前記筒部１１は空隙である連通孔を含み、該空隙の平均孔径が３μｍ以下であり、孔径３μｍ以下の空隙が体積比で全空隙の７０％以上であり、焼成物全体に対して１０～８０％（vol／vol）の空隙率を有する焼成物であってもよい。

　前記毛管力体で構成される容器１０の外表面は、前記空隙に存在する水分が外部に蒸散することを防止する手段で被覆されていてもよい。前記水分が外部に蒸散することを防止する手段とは、例えば、樹脂コーティング、樹脂フィルムまたは釉薬による表面被覆である。

　前記毛管力体で構成される容器１０は、容器内部の温度および湿度を安定化させる機能を有する。温度は、育成対象とする植物にとって適切な温度であって、自然または温度制御装置により、外部から調節される。本発明の栽培装置に、温度制御装置を付属させる必要はない。また、湿度は、植物を育成するときの温度範囲において、２０～１００％の範囲で調節される。
　このような機能を有する容器として、例えば、２０℃において、容器素材の単位重量あたり０．００５～５００倍量、好ましくは０．０１～１００倍量、さらに好ましくは０．０２５～５０倍量、最も好ましくは０．０５～５倍量（重量／重量）の水を保持し得る吸水能を有する。容器素材は、例えば、空隙径０．０２～９００μｍ、好ましくは０．０５～８０μｍ、さらに好ましくは０．１～９μｍ、最も好ましくは０．２～５μｍの連通する孔を、当該微多孔質体に対して０．０５～１、好ましくは０．２～０．４の空隙率（体積／体積）で有する微多孔質体であれば特に限定されるものではない。
　この様に、微多孔質体中の空隙径や空隙率を調整することにより、ウイルス、細菌、糸状菌、藻類、原生動物などが培養基にコンタミネーションしても、微多孔質体のフィルター効果により栽培対象の植物総体まで至ることができないか、あるいは少なくとも至るまでに長時間がかかり、その間に前記植物総体を他の栽培装置に移して、それ自体がコンタミネーションすることを防ぐことができる。

　また、前記毛管力体で構成される容器１０は、前記の特性を有するものであればよいが、好ましくはオートクレーブなどの高温高圧滅菌処理や、強アルカリ性、強酸性、高温、低温、高塩濃度、加圧、減圧、有機溶媒、放射線照射または重力を加える等の種々の栽培条件または培地条件に耐性の材質からなり、例えば１０号土、磁器２号土（城山セラポット株式会社）、村上粘土（新潟県産）、三河陶土（有限会社丸俊セラミック）などの非金属無機質固体材料などを通常の方法に従って混練、成型、焼成することによって得られる多孔質体や、ポリビニルアルコールフォーム、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、塩化ビニル樹脂フォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、フェノール樹脂フォーム、ユリア樹脂フォームなどの連続気泡型プラスチックフォーム材料を材質とするものが挙げられる。特に非金属無機質固体材料を、微多孔質であって、水分を吸収および放出し易い多孔質体とする場合には、例えば、ペタライト、アルミナなどを５０～６０重量％含有させて焼成することが好ましい。なお、一般的に、前記のペタライトとしては、７６．８１重量％のＳｉＯ_２、１６．９６重量％のＡｌ_２Ｏ_２、４．０３重量％のＬｉＯ_２、０．２６重量％のＫ_２Ｏ、１．９４重量％の不可避的不純物を含むものが好ましい。また、非金属無機質固体材料には、粉状無機質発泡体を含有させておいてもよい。さらに、本発明による栽培装置に用いる毛管力体で構成されるは、吸水した場合においても実質的にその強度が低下しないもしくは形状が変化しない素材であることが望ましい。非金属無機質からなる焼き物であれば構造が安定しているが、育成対象の植物によっては、紙製や布製からなる容器も有用である。

　非金属無機質固体材料の成型方法としては、例えば、鋳込み成型、押し出し成型、プレス成型、ろくろ成型などの当該技術分野で知られている成型方法が挙げられるが、特に大量生産およびコスト削減の見地から押し出し成型が好ましい。また、成型後の乾燥は、当該技術分野で知られている通常の方法および条件を用いて行うことができる。つづく成型体の焼成は、通常行われている条件および方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、所望の空隙が得られやすい酸化焼成などを選択し得、焼成温度は１０００℃～２０００℃、好ましくは１１００℃～１５００℃、より好ましくは１１５０～１２５０℃、最も好ましくは１２００℃である。非金属無機質固体材料の焼成温度が１０００℃未満である場合には硫黄成分が残留し易く、一方、２０００℃を超える場合には所望の吸水性が得られない。

　一方、連続気泡型プラスチックフォームを材質とする微多孔質体の成型方法としては、例えば、溶融発泡成型、固相発泡成型、注型発泡成型などの方法が挙げられる。溶融発泡成型の主な工程は、溶融混練、未発泡シート成型、加熱発泡または押し出し発泡、冷却、裁断および加工である。固相発泡成型では、ポリマーを固相または固相に近い状態で発泡させる。また、注型発泡成型では、液状原料（モノマーまたはオリゴマー）を使用して大気中で反応させながら注型して発泡させる。また、連続気泡型プラスチックフォームを発泡させるためには、一般的に発泡剤が用いられる。

　前記閉鎖部１２が前記筒部の上端１１１から取り外し可能に形成されている場合、蓋１２ｂの材質および製造方法は限定されないが、前記毛管力体で構成される容器１０に準じることが好ましいが、異なっていてもよい。

　前記水盤２０の材質は、液体Ｌを受けることができれば、限定されない。前記水盤２０の内径は、前記毛管力体で構成される容器の開放下端１１２が収容されればよく、例えば、１０～５０ｃｍである。また、深さは、３～１０ｃｍであればよい。

　前記液体Ｌは、水または、水に栽培対象とする植物総体の生育に要求される養分を含んだ養液であってよい。
　前記液体Ｌは溶存酸素が不足した停滞水でよく、したがって、前記栽培装置１に流水機構や酸素補給機構は不要であるが、それらの機構を付加することは排除しない。また、一定の水位を維持ための水位管理機構を付加することもできる。

　前記栽培装置１は、前記水盤に貯留した液体Ｌが、前記容器外部に存在する液体表面から蒸散しないための保護膜３０をさらに含むことができる。前記保護膜３０は、透水性のない膜またはプレートであってよい。透水性のない膜またはプレートとしては、限定されないが、油膜、食用品用ラップフィルム、プラスチックプレートなどが挙げられる。前記貯留した液体Ｌは停滞水でよいので落とし蓋の機能を有する膜またはプレートが好ましいが、前記液体Ｌを流動させる場合、液体表面と膜またはプレートとの間に空間があることを排除しない。

　本発明による栽培装置１は、前記毛管力体で構成される容器の閉鎖部１２より上方において、植物本体を支持するための支柱またはスリーブ４０をさらに含むことができる。
　また、栽培対象とする植物総体の栽培を種子、球根または種芋の形態から開始する場合、前記栽培装置１は、種子、球根または種芋用の載置台５０をさらに含んでもよい。前記載置台５０の寸法は、対象とする種子、球根または種芋が載置でき、かつ、前記容器１０の内部に収容されればよい。前記種子、球根または種芋から発生した幹、茎、枝、葉など植物本体が前記容器１０の高さ未満である期間または栽培対象とする植物総体の栽培を前記容器１０の高さ未満の小苗の形態から開始する場合、前記閉鎖部１２に形成された貫通孔１２１からの光に向かって成長するように誘導する支持体６０をさらに含んでもよい。

　栽培対象とする植物総体の根系の肥大部位、すなわち、貯蔵根（サツマイモ、ヤマイモ、ダイコン、カブ、ニンジン、ゴボウ、高麗人参）や地下茎（ジャガイモ、サトイモ、タマネギ、ニンニク、ウコンなど）などが液体Ｌに接触することを回避するため、肥大部位を載置しつつ、液相根が液体中に浸るように構成された棚７０を設けてもよい。

（２）植物総体の栽培方法
　本発明は、第２の局面において、上記した本発明による栽培装置１を用いる、植物総体の栽培方法であって、少なくとも、
　　液体Ｌを貯留する水盤２０内に、毛管力体で構成される容器１０を、その開放下端１１２が前記水盤２０の内表面に接するように載置して、前記水盤の内表面と前記容器の内壁とで、前記植物総体の根系を包含できる空間域を形成する工程；
　　前記空間域を形成する工程の前または後、前記水盤２０に液体Ｌを導入する工程；
　　前記水盤２０内に貯留した液体Ｌ中で、液相から水分および養分を吸収する根部を生育する工程；および
　　前記空間域の内部に存在する水分および酸素中で、気相から酸素を吸収する根部を生育する工程
を含む、栽培方法を提供する。

　本発明による植物総体の栽培方法は、前記水盤２０内に、前記容器１０を、その開放下端１１２が前記水盤２０の内表面に接するように載置することによって、植物総体の根部、特に、肥大部位、すなわち、貯蔵根や地下茎などを収容し、かつ、植物総体を育成するのに適した環境を形成することを主目的とする。
　本発明において、「植物総体を育成するのに適した環境」とは、土壌不要としつつ、２０～１００％ＲＨの湿度を保ち、栽培対象とする植物総体の根に、主に水分および養分を吸収する「液相根」の領域と、主に酸素を吸収する「気相根」の領域とを、分離して育成できる空間域を意味する。この空間域には、前記水盤２０に貯留した液体由来の水分および、酸素、窒素、二酸化炭素等の気体成分が含まれる。貫通孔経由で、上記気体成分は容器の内外での通気は可能である。また、空間域内の温度は、栽培対象とする植物総体に適切な温度範囲にあればよく、根系が外気と不完全であるが隔離されているため、急激な温度変化がないため、特別な温度管理機構は必要ではない。

　前記水分は、前記水盤２０中に貯留した液体Ｌから直接供給され、および／または、前記毛管力体で構成される容器１０の内壁に存在する空隙である連通孔による毛管作用により前記水盤２０から吸い上げられた前記液体Ｌからも供給される。

　前記毛管力体で構成される容器１０内では、液相根は前記水盤２０に貯留した液体Ｌに浸り、気相根は液体Ｌに接しない。
　また、本発明者らが開発したセラミック栽培［特許文献１および２］とは異なり、本発明による植物総体の栽培方法では、いずれの根部も前記毛管力体で構成される容器１０の内表面に接して生育することを必要としない。ただし、徒長した根が容器１０の内表面に接することは排除しない。

　前記水盤２０に貯留した液体Ｌは、水または栽培対象とする前記植物総体の育成に要求される養分を含んだ養液であって、流動している必要はなく、溶存酸素が欠乏した停滞水である。したがって、本発明において、酸素を補給するために、液体Ｌを流動させる流水機構も、液体Ｌに直接酸素を補給する酸素補給機構も必要がない。本発明による栽培方法では、主に酸素を吸収する「気相根」が十分に育成されるからである。
　前記植物の育成に要求される養分は、炭素、水素および酸素の他、少なくとも窒素、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウムおよび硫黄の必須多量元素である。さらに、鉄、マンガン、ホウ素、亜鉛、モリブデン、銅、塩素、ニッケルの必須微量元素、ケイ素、ナトリウム、コバルトなどの有用元素を包含する。

　本発明による植物総体の栽培方法において、前記植物総体の栽培は種子、球根または種芋の形態から開始し、本発明による栽培装置の中で発根および発芽させることができる。または苗の形態から開始することもできる。

（３）植物総体の栽培装置の製造方法
　本発明は、第３の局面において、少なくとも、毛管力体で構成される容器１０；および液体Ｌを貯留する水盤２０を含む、植物総体の栽培装置の製造方法であって、
　　前記毛管力体で構成される容器１０は、筒部１１と閉鎖部１２とからなり、前記筒部の上端１１１は閉鎖部により閉鎖され、下端は開放された形状を有し、前記筒部１１と前記閉鎖部１２とは一体成形されているか、または、前記閉鎖部１２が、前記筒部１１の上端から取り外し可能に形成された蓋１２ｂであり、前記閉鎖部には貫通孔１２１が形成され、
　前記製造方法は、少なくとも、
　　液体Ｌを貯留する水盤２０内に、毛管力体で構成される容器１０を、その開放下端が前記水盤の内表面に接するように載置して、前記水盤２０の内表面と前記容器の内壁とで、前記植物総体の根系を包含できる空間域を形成する工程；
を含むことを特徴とする。

　本発明の製造方法のひとつの具体例において、前記毛管力体で構成される容器１０は非金属無機質固体材料の焼成物であって、少なくとも筒部１１は空隙である連通孔１２１を含み、該空隙の平均孔径が３μｍ以下であり、孔径３μｍ以下の空隙が体積比で全空隙の７０％以上であり、焼成物全体に対する１０～８０％（vol／vol）の空隙率を有することを特徴とする、
製造方法を提供する。

　以下に実施例を示して本発明の内容をさらに詳細に説明するが、これらの実施例は本発明のいくつかの実施形態を示して本発明を説明することを目的とするものであって、本発明がこれらに限定されることを意図するものではない。当業者であれば、これらの実施形態の変形を容易に想起し得るであろうが、本発明の範囲は、以下に添付する特許請求の範囲およびその変形によって規定される。

実施例１　栽培装置の比較
（１）栽培装置
　本発明による植物総体の栽培装置は、主に、毛管力体で構成される容器１０；および液体Ｌを貯留する水盤２０を含む（図１）。
　本発明による植物総体の育成方法は、大型の植物や、根系が肥大する植物を育成対象とするため、容器１０は、育成する植物を支持し、かつ、肥大した根系を収容することができる形状、大きさおよび重量を有することを必要とする。このような容器として、植物を支持する観点から、上から下に向けて広がる形状を有する容器であって、例えば、従来の植木鉢を上下逆さまにしたような形状が有用である。
　水盤２０の素材は液体Ｌを収容できればよく、その内径は、上記の容器１０の開放下端が収まれば、特に限定されることはない。

　（ｉ）容器の形状及び大きさ
　本発明における容器１０の形状および寸法について、図２（（a）筒部、（ｂ－１））に概略図を示し、筒部および蓋のいくつかの具体例の写真を図３に示す。
　（ｉｉ）容器の素材
（ａ）焼成素材
　本発明において用いる焼成素材のひとつの具体例として、三河陶器瓦用粘土R2-6を用いた。三河陶器瓦用粘土R2-6の定量分析（あいち産業科学技術総合センターにて実施）の結果を表１に示した。

　三河焼窯元（有限会社丸俊セラミック）にて、微多孔質焼成素材（陶器瓦用粘土R2-6）を通常の植木鉢の型を用いて形成し、ガス窯内で焼成温度１０９０℃×１３時間焼き／窯出し３０時間の焼成条件下で焼成して、微多孔質焼成体の容器を製造した。容器の製造条件及び製造した鉢の寸法を表２に示した。また、この微多孔質焼成体断面の電子顕微鏡写真を図４に図示した。

　微多孔質焼成体の空隙率および空隙組成は、ろ過型遠心法により、サンプル１つにつき以下の手順で算出した。
（１）対象の微多孔質焼成体サンプルを破砕して、マイクロ遠心チューブ途中で引っかかる寸法のサンプル小片（５～８ｍｍ四方、約０．５ｇ）を得る。
（２）サンプル小片を恒量になるまで乾燥し、乾燥重量Ｗ_ｓを測定し、マイクロ遠心チューブ乾燥重量Ｗ_ｔを測定する。
（３）サンプル小片を２４時間蒸留水に浸漬する。
（４）サンプル小片を取り出し、ティッシュペーパーで表面に付着した水を軽く拭き取り、サンプル小片の含水重量Ｗを測定する。含水重量Ｗからサンプル小片の乾燥重量Ｗ_ｓを差し引いて、サンプル小片の総吸水量Ｗ_０（＝Ｗ－Ｗ_ｓ）を求める。
（５）このサンプル小片をマイクロ遠心チューブに投入する。このとき、サンプル小片がチューブ途中で引っかかり、底部に接していないことを確認する。
（６）３，０００ｒｐｍで５分間遠心した後、サンプル小片を取り出し、底部に水が貯留した状態のマイクロ遠心チューブの重量Ｗ_ａを測定する。この重量からマイクロ遠心チューブの重量Ｗ_ｔを差し引いて３，０００ｒｐｍでの脱水量Ｗ_３０００（＝Ｗ_ａ－Ｗ_ｔ）を求める。
（７）貯留した水を維持したままのマイクロ遠心チューブに、再度、サンプル小片を投入し、５，５００ｒｐｍで５分間遠心した後、サンプル小片を取り出し、底部に水が貯留した状態のマイクロ遠心チューブの重量Ｗ_ｂを測定する。この重量から底部に水が貯留した状態のマイクロ遠心チューブの重量Ｗ_ａを差し引いて５，５００ｒｐｍでの脱水量Ｗ_５５００（＝Ｗ_ｂ－Ｗ_ａ）を求める。
（８）貯留した水を維持したままのマイクロ遠心チューブに、再度、サンプル小片を投入し、８，０００ｒｐｍで５分間遠心した後、サンプル小片を取り出し、底部に水が貯留した状態のマイクロ遠心チューブの重量Ｗ_ｃを測定する。この重量から底部に水が貯留した状態のマイクロ遠心チューブの重量Ｗ_ｂを差し引いて８，０００ｒｐｍでの脱水量Ｗ_８０００（＝Ｗ_ｃ－Ｗ_ｂ）を求める。
（８）貯留した水を維持したままのマイクロ遠心チューブに、再度、サンプル小片を投入し、１０，５００ｒｐｍで５分間遠心した後、サンプル小片を取り出し、底部に水が貯留した状態のマイクロ遠心チューブの重量Ｗ_ｄを測定する。この重量から底部に水が貯留した状態のマイクロ遠心チューブの重量Ｗ_ｃを差し引いて１０，５００ｒｐｍでの脱水量Ｗ_{１０５０００}（＝Ｗ_ｄ－Ｗ_ｃ）を求める。
（９）最後に総吸水量Ｗ_０から脱水された合計量を差し引いて、１０，５００ｒｐｍでの遠心でも脱水されなかった残水量Ｗ_ｒ（＝Ｗ_０－Ｗ_ａ－Ｗ_ｂ－Ｗ_ｃ－Ｗ_ｄ）を求める。
（１０）９個のサンプル小片について上記測定を行い、各測定値の合計を用いて、対象の微多孔質焼成体サンプルを空隙率および空隙組成を算出した結果を表３に示した。

　遠心装置の回転中心から自由水面までの距離を回転半径として、表４に示す遠心力と空隙径の対応表に基づき、空隙組成を算出した。ここで、自由水面をマイクロ遠心チューブの上下中央の位置と設定し、それぞれ、３，０００ｒｐｍでは３．５μｍ以上の空隙径を有する孔からの脱水、５，５００ｒｐｍでは１．０μｍ以上の空隙径を有する孔からの脱水、８，０００ｒｐｍでは０．５μｍ以上の空隙径を有する孔からの脱水、１０，５００ｒｐｍでは０．３μｍ以上の空隙径を有する孔からの脱水が起こるとして、空隙組成を算出した結果を表５にまとめた。さらに、この微多孔質焼成体である焼成物全体に対する空隙率は約１３％であった。

　電子顕微鏡観察の結果および空隙組成の測定により、この微多孔質焼成体の表面には孔径０．２～５μｍ（平均孔径３μｍ）の連通孔が形成されていることが分かった。

（ｂ）繊維質素材
　植木鉢状に構成した針金の枠組みに、紙、織物、不織布などの繊維質シートを巻き付けて、容器を形成することができる。
　また、パルプ、糸くずなどの繊維質を植木鉢状に押し固めて、容器を形成することもできる。

（ｃ）樹脂素材
　公知の方法によって、樹脂素材を用いて、上記焼成素材と同様に、特定の連通孔が存在する微多孔質容器を形成することができる。

（２）栽培条件
　プラスチックケースに水道水を入れ、停滞させた状態で、水中に焼成体の平板を載置した。この平板の上面は、わずかに水上に出るようにした。この平板の上面に、マツ科マツ属アカマツの苗を設置した（図５右）。このとき、苗の下端は水没していない。苗の根元を囲むように、本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ１）を設置して、屋外温室内で１０か月間栽培した。
　同時に、栽培装置を用いず、一定以上に生長した植物の上部を支持した以外は同じ栽培条件下でアカマツを栽培した。
（３）結果
　本発明による栽培装置を用いて栽培した植物は、アカマツは良好に生長した。なお、栽培期間中、本発明によって製造した微多孔質体の容器を用いて栽培した植物の水中根及び気相根は装置の内壁に接触していなかった。取り出した植物は、土壌や藻類などが付着しておらず綺麗な状態であり、そのまま出荷できる状態であった。
　一方、本発明による栽培装置を用いずに栽培したアカマツには気相根が形成されず、栽培３か月後に枯死した（図５左）。

実施例２　栽培装置素材の検討
　実施例１の結果から、水上にある根部に一定量以上の水分が恒常的に供給されることにより植物の気相根が形成されることが示された。また、植物の上部が一定の温度範囲に保たれることも気相根の形成に必要であることが示唆された。
　これらの環境要素をさらに検討するために、種々の素材の容器を用いて植物の栽培を行った。
（１）栽培装置
（ａ）本発明による容器
　本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ１）は、栽培期間中、筒部全体が均一に湿潤し、内表面への結露は観察されなかった。
　アカマツの育成状態は、試験例１で報告したものである。
（ｂ）市販の素焼き植木鉢
　産地を特定しない粘土を７００℃程度で焼成して製造された、市販の素焼き植木鉢を用いてアカマツを栽培した。素焼き植木鉢は、表面が多孔質であるが、毛管力が不十分である一方、通気性や排水性が高いため、鉢内の水分が蒸発してすぐ乾燥するという特徴があることが知られている。実際に、栽培期間中、筒部の下方は湿潤しているが、上部は乾燥した状態となり、全体が均一に湿潤することはなかった。
　市販の素焼き植木鉢で栽培したアカマツには気相根が形成されず、枯死した。
（ｃ）ポリプロピレン製シェルター
　ポリプロピレン製ボードを用いて作製したツリーシェルター（ハイトカルチャ株式会社製ヘキサチューブ）を用いて小松菜を栽培した。栽培期間中、内表面には水滴が流れ落ちるほど結露が発生した。
　ツリーシェルターで栽培した小松菜には気相根が形成されず、枯死した。
（ｄ）紙製容器
　紙繊維を押し固めた作製した容器を停滞水に載置して、湿潤状態を観察した。容器全体が均一に湿潤し、内表面への結露は観察されなかった。
　したがって、紙製容器は、本発明による栽培方法に有用であることが示唆された。
（ｅ）布製容器
　植木鉢状に構成した針金の枠組みに木綿布を巻き付けて製造した容器を停滞水に載置して、湿潤状態を観察した。容器全体が均一に湿潤し、内表面への結露は観察されなかった。
　したがって、布製容器は、本発明による栽培方法に有用であることが示唆された。
（ｆ）結果
　本発明の栽培方法には、毛管力を示す構造体で構成される容器が有用であることが分かったが、通気性や排水性が高すぎると、容器内部の温度や湿度（特に、湿度）を安定に保てないので、植物総体に気相根と液相根とを十分に成長させることができないことが示された。
　本発明による栽培装置及び栽培方法を用いることにより、土壌の団粒構造の中では明確には観察できなかった気相根と液相根とが異なる部位に成長することが確認された。そして、気相根が大気中から酸素を吸収し、かつ、液相根が水中から水分および養分を吸収できるようにすれば、土壌及び複雑な水循環設備を用いることなく植物を栽培できることが示された。

実施例３
　本発明において作製した各種の微多孔質体の容器（表１のＧＳ１～ＧＳ９、ＧＳＨ２～ＧＳＨ９）を適宜用いて、様々な植物を栽培した。

　本発明は全ての植物を栽培対象とし、実際に育成状態を確認した栽培例を表６および７に示した。

　上記の植物のいくつかの植物につき、気相根および液相根の発育状況について説明する。

（１）カブ
　ポット苗で購入したカブ苗の根部を水洗いして、土を除去した。
　プラスチック製トレーに水道水を入れ、停滞させた状態で、カブ苗を設置した。このとき、苗の下端は水没している。苗の根元を囲むように、本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ１）を設置して、屋外温室内で２０２１年３月２９日まで栽培した。
　栽培開始時期の不明であるが、栽培開始から数週間後には、水面より上方に白色の気相根が密集して出現し、水中では液相根が伸長した。地上部が枯れることなく生育した（図６）。
　また、いずれの根も容器の内壁に接触していなかった。
（２）ジャガイモ
　プラスチック製トレーに水道水を入れ、停滞させた状態で、ジャガイモの種芋を設置した。このとき、種芋の下部は水没している。種芋を囲むように、本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ２＋ＧＳＨ２）を設置して、屋外温室内で２０２１年２月２２日～２０２１年６月７日まで栽培した。
　栽培開始から８日目には、発芽および発根が確認され、５０日目には、水面より上方に白色の気相根の出現が確認された。水中では液相根が伸長した。地上部が枯れることなく生育した（図７）。さらに、６４日目には、地下茎の先端が膨らみ始め、８５日目には、十分に肥大したジャガイモ（直径約３．５ｃｍ）に成長した。１０６日目にジャガイモが直径約４．５ｃｍに成長し、収穫するまでは地上部が枯れることはなかった。
　また、容器内の空間が小さかったため、伸長した根が容器の内壁に接触し、根鉢様に渦巻きを形成していたが、気相根が容器内壁に吸着する様子はなく、気相根は十分に成長していた。
（３）キャベツ
　ポット苗で購入したキャベツ苗の根部を水洗いして、土を除去した。
　プラスチック製トレーに水道水を入れ、停滞させた状態で、キャベツ苗を設置した。このとき、苗の下端は水没している。苗の根元を囲むように、本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ１）を設置して、屋外温室内で２０２１年８月２３日～２０２２年２月９日まで栽培した。
　栽培開始から４６日目には、地上部では葉巻が始まった。４９日目には、水面より上方に白色の気相根の出現が確認された。水中では液相根が伸長した。地上部が枯れることなく生育した（図８）。１４４日目には、地上部が結球し、１７０日目に収穫した。
　また、容器内の空間が小さかったため、伸長した根が容器の内壁に接触したが、根鉢様に渦巻きを形成していたが、気相根が容器内壁に吸着する様子はなく、気相根は十分に成長していた。
（４）コーヒーＡ
　地上部が７０ｃｍ程度にまで成長したコーヒーノキの根部を水洗いして、土を除去した。土栽培時にすでに形成されていた根は濃茶色であった。
　プラスチック製トレーに水道水を入れ、停滞させた状態で、コーヒーの木を設置した。このとき、木の下端は水没している。木の根元を囲むように、本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ１）を設置して、屋外温室内で２０２１年５月１３日～２０２１年１２月２日まで栽培した。
　栽培開始から１２７日目には、水面より上方に白色の気相根の出現が確認された。水中では液相根が伸長した。地上部が枯れることなく生育した（図９）。２６９日目には、地上部の高さは８０ｃｍにまで伸長した。
　また、容器内の空間が小さかったため、伸長した根が容器の内壁に接触したが、根鉢様に渦巻きを形成していたが、気相根が容器内壁に吸着する様子はなく、気相根は十分に成長していた。
（５）コーヒーＢ
　ポット苗で購入したコーヒー苗の根部を水洗いして、土を除去した。
　プラスチック製トレーに水道水を入れ、停滞させた状態で、コーヒー苗を設置した。このとき、苗の下端は水没している。苗の根元を囲むように、本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ１）を設置して、屋外温室内で２０２１年４月２日～２０２１年１１月２９日まで栽培した。
　栽培開始から４３日目には、水面より上方に白色の気相根の出現が確認された。水中では液相根が伸長した。地上部が枯れることなく生育した（図１０）。
　また、伸長した根が容器の内壁に接触することはなかった。
（６）アカマツ
　地上部が２０ｃｍ程度にまで成長したアカマツの根部を水洗いして、土を除去した。土栽培時にすでに形成されていた根は濃茶色であった。
　プラスチック製トレーに水道水を入れ、停滞させた状態で、アカマツの木を設置した。このとき、木の下端は水没している。木の根元を囲むように、本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ１）を設置して、屋外温室内で２０２１年４月７日～２０２２年１月１９日まで栽培した。
　栽培開始から２０５日目には、水面より上方に白色の気相根の出現が確認された。水中では液相根が伸長した。地上部が枯れることなく生育した（図１１）。
　また、容器内の空間が小さかったため、伸長した根が容器の内壁に接触したが、根鉢様に渦巻きを形成していたが、気相根が容器内壁に吸着する様子はなく、気相根は十分に成長していた。
（７）チャノキ
　地上部が３０ｃｍ程度にまで成長したチャノキの根部を水洗いして、土を除去した。土栽培時にすでに形成されていた根は濃茶色であった。
　プラスチック製トレーに水道水を入れ、停滞させた状態で、チャノキの木を設置した。このとき、木の下端は水没している。木の根元を囲むように、本発明において作製した微多孔質体の容器（表１のＧＳ７＋ＧＳＨ８）を設置して、屋外温室内で２０２１年１１月１６日～２０２２年１月１９日まで栽培した。
　栽培開始から６４日目には、水面より上方に白色の気相根の出現が確認された。水中では液相根が伸長した。地上部が枯れることなく生育した（図１２）。
　また、容器内の空間が小さかったため、伸長した根が容器の内壁に接触したが、気相根が容器内壁に吸着する様子はなく、気相根は十分に成長していた。

　上記した各植物につき、栽培開始の何日後に気相根が出現したかを表８にまとめ、地上部および地下部（根部）の状態変化を示す写真を図６～１２に示した。また、気相根および液相根の違いをわかりやすくするために、根部の拡大写真を図１３に示した。

　図１３に、カブ、ジャガイモ、キャベツおよびコーヒーＢにつき、気相根と液相根を拡大した写真を図示する。
　植物の種類によって、気相根の外観が異なるが、いずれの気相根も、水面より上方に出現し、容器の内壁に接することなく成長した。
　例えば、コーヒーＢの気相根は、ふっくらとした白い形状をしており、その表面にごく細い側根が沢山生えていた。さらに、その先端が水中に没することとなった気相根が存在したので、詳細に確認したところ、水中に没している部位では、側根が存在せずにつるつるとしていた。水中では、側根が発生しないのか、発生しても水の影響で脱落したのかは不明である。

　実施例１～３から実証されるように、本発明による栽培装置および栽培方法によれば、様々な植物につき、複雑な水循環設備を用いることなく、停滞水のみで、水面より上方に気相根を育成し、同時に、水中では液相根を育成できることが確認された。すなわち、本発明によれば、植物の良好な生育に影響すると考えられてきた土壌の団粒構造の環境を、土壌を用いることなく再現することができた。
　また、本発明は、土壌を用いないので、栽培終了時には、植物の根部には土壌や藻類などが付着しておらず綺麗な状態であり、煩雑な洗浄作業を行うことなく、そのまま出荷することができる。

［総論］
　本発明者らが提唱する「土壌不要植物栽培」は、広範な植物品種に適用することができ、土壌が不要なだけでなく、広い敷地も、流れる水も使わずに、根量の必要な穀類や小型の木本類の収穫（コーヒー・茶など）、果樹に至るまでほぼ全ての植物の植物工場での栽培を可能とする。土壌不要植物栽培技術により、植物栽培の自由度が飛躍的に高まりこれまで土壌栽培または設備を伴った水耕栽培に限られた植物栽培方法を多様化して産業化して食料や植物由来原材料の供給に寄与できる。さらには、植物の移動はもちろん、同一性、同質性、清潔性、再現性など科学的な手法を取り入れることができ、そのことが新しい技術開発につながる。また、当該技術は研究開発から商品化および事業化まで一貫した「同一の植物総体製造方法」で製造するので、地域実装、社会実装するまでの期間が短縮される。

　本発明者らが提唱する「土壌不要植物栽培」の発想で作られた植物工場は、安価に、いつでもどこでも誰にでも稼働させることができるので、光合成に必要な光さえあれば、豊富な水の供給が期待できない乾燥地帯や被災地のみならず、車両、貨車、船舶、航空機等の限られた空間、さらには、宇宙ステーションや他の惑星など宇宙空間での設置を実現する。

１　　　　栽培装置
１０　　　毛管力体で構成される容器
１１　　　筒部
１１１　　上端
１１２　　開放下端
１２　　　閉鎖部
１２１　　貫通孔
１２ａ　　上面部
１２ｂ　　蓋
２０　　　水盤
３０　　　保護膜
４０　　　スリーブ
５０　　　載置台
６０　　　支持体
７０　　　棚

Claims (6)

1. 　毛管力を示す構造体で構成される容器；および液体を貯留する水盤を含む、植物総体の栽培装置。
2. 　前記毛管力を示す構造体で構成される容器は、筒部および閉鎖部からなり、前記筒部の上端は閉鎖部により閉鎖され、前記閉鎖部は、前記筒部と一体成形された上面部であるか、または、前記筒部の上端から取り外し可能に形成された蓋であって、前記閉鎖部には貫通孔が形成され、また、前記筒部の下端は開放されまたは閉鎖されている、請求項１に記載の栽培装置。
3. 　前記毛管力を示す構造体で構成される容器は非金属無機質固体材料の焼成物であって、少なくとも前記筒部は空隙である連通孔を含み、焼成物全体に対する空隙率が１０～８０％（vol／vol）であり、前記空隙の平均孔径が３μｍ以下であって、孔径３μｍ以下の空隙が体積比で全空隙の７０％以上である、請求項２に記載の栽培装置。
4. 　請求項１～３いずれかに記載の栽培装置を用いる、植物総体の栽培方法であって、少なくとも、
   　　液体を貯留する水盤内に、毛管力を示す構造体で構成される容器を、その開放された下端が前記水盤の内表面に接するように載置して、前記水盤の内表面と前記容器の内壁とで、前記植物総体の根系を包含できる空間域を形成する工程；
   　　前記空間域を形成する工程の前または後、前記水盤に液体を導入する工程；
   　　前記水盤内に貯留した液体中で、液相から水分および養分を吸収する根部を生育する工程；および
   　　前記空間域の内部に存在する水分および酸素中で、気相から酸素を吸収する根部を生育する工程
   を含む、栽培方法。
5. 　前記水盤に貯留した液体は、水または栽培対象とする前記植物総体の育成に要求される養分を含んだ養液であって、停滞水である、請求項４に記載の栽培方法。
6. 　前記養分は、窒素、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウムおよび硫黄から選択される必須多量元素、鉄、マンガン、ホウ素、亜鉛、モリブデン、銅、塩素、ニッケルから選択される必須微量元素、または、ケイ素、ナトリウム、コバルトなどから選択される有用元素である、請求項５に記載の栽培方法。

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