(57)【要約】【課題】  一般家庭向け野菜栽培用水耕装置については、農業用とは異なる性能が要求される。本発明は、植物栽培に未経験の人でも容易に栽培ができ、植物の生育には適さない環境下においても、健康な生育をし、食味がよく、極端な小型化と様々なデザインの栽培容器の製作が可能な、食用と鑑賞用を兼ねた一般家庭向け水耕野菜栽培の装置と方法を提供することを目的とする。【解決手段】  養液を貯めることの出来る栽培容器において、上部に発泡煉石を入れた網状容器を備え、養液中に浮遊する水処理接触材を有し、底部に、外部のエアーポンプとチューブにて接続された散気管と、酸化チタンを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
養液を貯めることの出来る栽培容器において、上部に発泡煉石を入れた網状容器を備え、養液中に浮遊する繊維を編んだ紐状水処理接触材を有し、底部に、外部のエアーポンプとチューブにて接続された散気管と、光触媒作用を有する酸化チタンと、を備えることを特徴とする簡易型水耕装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水耕装置において、該発泡煉石に植物を定植し、光合成細菌及びそれと共生する有用菌を含む微生物資材を添加した無機肥料養液を、該栽培容器に充たし、該散気管にて空気泡を発生させて曝気と液の上下の対流を起こし、該水処理接触材にて養液中の浮遊微生物、浮遊有機物を捕捉し、該酸化チタンにて養液中の浮遊微生物を殺菌し、養液中の浮遊有機物及び有害物質を分解して、植物を栽培することを特徴とする水耕栽培方法。
【請求項３】
請求項２に記載の水耕栽培方法において、該無機肥料養液の液温が摂氏２５度以上で蓄冷剤を、摂氏１８度以下で蓄熱剤を、該栽培容器の外部表面に接触させることを特徴とする水耕栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有用微生物を活用した簡易な食用と観賞用を兼ねる、水耕栽培の装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
養液を流動させる従来の家庭用または小型の水耕装置においては、ポンプ等による強制循環のシステムと養液が流動するスペースが必要なため、一定以上小型化することは困難であった（特許文献１参照。）。また、農業用の水耕装置と同様な、装置のメンテナンスと養液のＰＨ・肥料濃度（ＥＣ）の調整が必要であり、一般向けに普及するには課題があった。
上記のタイプの水耕装置において、養液に有機肥料成分を使い、乳酸菌、放線菌、酵母菌を加えて、病害を防止する技術が開示されている（特許文献２参照。）。
養液を流動させない簡易な水耕装置のなかで一般に普及しているものは、ハイドロカルチャーと呼ばれる、粘土を１２００度の高熱で焼き発泡させた発泡煉石を、底部に穴の開いた栽培容器に入れて、無機肥料の養液をかけ流す方法である。養液の管理は補給のみでよく、極端に小型化することも可能である。しかし、ハイドロカルチャーの培地は、多孔質で保水性が良いため、微生物が繁殖しやすく、養液が流動しないため、培地が浸水したままの状態が続くと嫌気性菌が増殖し、根腐れしやすくなる。根腐れを防ぐため、水位を低くして好気的な状態を保つとともに、培地にイオン交換樹脂剤を混合して、養液中の有害物質を吸着させるようにしている。しかし、根が養液に接触する面積が少ないため、養分吸収量が少なく、生育が遅延し、生長させる必要のない鑑賞用植物の栽培には適しているが、食用作物の栽培には適していないことが課題である。
本発明者は、光合成細菌を利用した水耕プラント及び水耕栽培方法を開示している（特許文献３参照。）。
また、本発明者は、植物の水耕栽培を一次培養に利用した、光合成細菌及びそれと共生する有用菌を成分とする微生物資材の製造装置と方法を開示している（特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録３１０３２４１号公報
【特許文献２】特開２００６−６３０１号公報
【特許文献３】特許４０１９３３０号公報
【特許文献４】特許４１８２２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地球温暖化の問題から引き起こされた環境や食料供給への関心の高まりを背景に、食用と鑑賞用を兼ねた一般家庭向け野菜栽培用水耕装置の需要が増える傾向にある。それに応えるためには、農業用とは異なる性能が水耕装置に要求される。
まず、植物栽培に未経験の人でも、容易に栽培できることである。
つぎに、虫の発生が無く、清潔であることである。
さらに、室内、ベランダ等本来は植物の生育には適さない環境下においても、一般ユーザーの嗜好にあう健康な生育をし、食味がよいことである。
また、卓上に置けるほど小型化でき、様々なデザインの栽培容器を製作できることである。
【０００５】
上記の課題を技術的課題に置き換えると、植物栽培に未経験の人でも、容易に栽培できるようにするためには、装置のメンテナンス、養液のＰＨ・養液濃度（ＥＣ）の調整が不要な栽培を実現しなければならない。特許文献１、２のように農業用水耕装置を小型化したタイプのものは不向きである。
本来は植物の生育には適さない環境下においても、健康な生育をし、食味をよくするためには、特許文献２、３のように、有用微生物を活用する必要がある。
虫の発生が無く、清潔で、卓上に置けるほど小型化でき、様々なデザインの栽培容器の製作を可能にするには、ハイドロカルチャー培地が適している。しかし、ハイドロカルチャー培地は、微生物が繁殖しやすいため、浸水すると根腐れしやすく、養液が根に接触する面積が少ないため、養分吸収量が少なく、持続的な生長が必要な食用作物の栽培には適さないことが課題である。
これらの課題を解決するためには、ハイドロカルチャー培地を用い、有用微生物を活用し、物理的に微生物の繁殖を制御しながら栽培することが必要となる。また、養液中の微生物は、液温の変化により代謝活動が大きく変化するため、液温の調節が課題となる。
【０００６】
本発明は、植物栽培に未経験の人でも容易に栽培でき、植物の生育には適さない環境下においても健康な生育をし、食味がよく、極端な小型化と様々なデザインの栽培容器の製作が可能な、食用と鑑賞用を兼ねた一般家庭向け野菜の水耕栽培の装置と方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、養液を貯めることの出来る栽培容器において、上部に、発泡煉石を入れた網状容器を備え、養液中に浮遊する繊維を編んだ紐状水処理接触材を有し、底部に、外部のエアーポンプとチューブにて接続された散気管と、光触媒作用を有する酸化チタンを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の水耕装置において、発泡煉石に植物を定植し、無機化学肥料と、光合成細菌およびそれと共生する有用微生物を含む微生物資材とを混合した養液を、栽培容器に充たし、散気管にて空気泡を発生させて曝気と液の上下の対流を起こし、繊維を編んだ紐状水処理接触材にて養液中の浮遊微生物、浮遊有機物を捕捉し、光触媒作用を有する酸化チタンにて養液中の浮遊微生物を殺菌し、養液中の浮遊有機物及び有害物質を分解して植物を栽培することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の水耕栽培方法において、該養液の液温が摂氏２５度以上で蓄冷剤を、摂氏１８度以下で蓄熱剤を、該栽培容器の外部表面に接触させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、装置のメンテナンスが不要になり、装置の小型化が可能になるとともに、様々なデザインの栽培容器の製作が可能となる。また、虫の発生が無く、清潔さが保たれる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、養液のＰＨ・養液濃度（ＥＣ）の調整が不要となり、養液補給が容易で、病害が抑制され、養液中の有害物質が除去されるため、植物栽培に未経験な人でも容易に栽培ができるようになる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、有用微生物の働きにより、植物の生育には適さない環境下においても、食用と観賞用を兼ねた野菜が栽培でき、健康な生育をし、食味がよくなる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、液温が調節されて、有用微生物が安定した代謝活動を行うようになるため、植物栽培に未経験な人でも容易に栽培ができるようになる。
なお、本発明は一般家庭向けに限定されるものではなく、広く簡易な水耕装置としての利用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発泡煉石は、１２００度の高温で粘土を熱し発泡させたもので、多孔質構造で、微生物が繁殖するには好条件である。浸水すると嫌気性菌、水が抜けると好気性菌が増殖する。本発明者は、湛液・曝気条件下では、発泡煉石を入れた養液中で微生物が急激に増殖するのを観察している。また、材質がセラミックスのため、虫や藻類が繁殖し難い性質を備えているようである。
光合成細菌は、有機物の分解や二酸化炭素及び窒素の固定能力が高く、硫化水素等の有害物質を無害化し、自然界で繁殖するとそれ自体またはその分泌物をエサとする多種類の微生物が共生することが知られている。共生菌としては、乳酸菌、酵母、病原菌をエサとする放線菌類、植物に栄養を供給する窒素固定菌類が知られている。また、光合成細菌と共生する菌による有害事例は報告されていない。本発明においては、光合成細菌は、市販の紅色非硫黄細菌を使用する。
微生物の分布において、特定の微生物が多数を占めると、少数の微生物は静菌する（活動が抑制される）傾向があり、微生物相（微生物分布）が安定するとＰＨ値が安定する傾向がある。
水処理接触材は、化学繊維をループ状に編んだ紐状の構造をしていて、水中でプラスに荷電する繊維（例えば、ポリプロピレン）を養液中に入れると、マイナスに荷電している微生物を静電気的に吸着するとともに、その繊維を編んだ構造により養液中の浮遊有機物をろ過する。繊維に捕捉された微生物は、ろ過された浮遊有機物をエサとして分解する。水処理接触材は、養液中の微生物活動を抑制し、エサとなる有機物を減少させる働きをしているが、その対象は、水処理接触材に捕捉された微生物、ろ過された有機物に限定されたものである。
酸化チタン（二酸化チタン）のうち、光触媒作用を有する結晶構造をもつものは、光のうち、紫外線あるいは可視光線が当たると電子が励起され、その表面上に強力な酸化作用をもつ物質を生成する。二酸化チタン表面と接触した有機物は、この強力な酸化作用を示す物質により、二酸化炭素と水に分解される。二酸化チタン表面と接触する微生物や有機物、アンモニア等の有害物質は、二酸化チタンの光触媒作用により、酸化・分解されるが、チタン表面と接触するものに限定されたものである。二酸化チタンは、化学的に安定で、水溶液中に溶出せず、食品添加物として認められ広く使われている無害な物質である。本発明では、セラミック表面に二酸化チタン被膜を生成したものを使用する。
光合成細菌の生育温度は、摂氏１０度から摂氏４０度で、適温は摂氏３０度である。本発明者の経験においては、液温が摂氏１８度を下回ると、微生物の代謝活動は急速に低下するとともに、摂氏２５度を超えると、急速に繁殖速度を速め、生育可能密度の限界に達し、一部は死にはじめる。
なお、発泡煉石の多孔質構造、散気菅による曝気・対流の生成、微生物資材を添加した無機肥料養液による有用菌の追加は、本発明の目的に沿って植物を生育させるための必須な機能である。それに対し、水処理接触材は微生物の異常増殖を防ぐセーフティ機能として働き、それを補助する働きを酸化チタンが行っている。養液中の有害物質を減少させる機能は、その大半を有用微生物が担い、補助的に酸化チタンが担っている。
【００１５】
本発明を構成する個々の関係は次のとおりである。
無機肥料に微生物資材を添加することにより、養液中で有用微生物は無機肥料成分の代謝・分解を開始する。
植物を定植した発泡煉石を入れた網状コンテナを栽培容器の上部に固定し、微生物資材を添加した無機肥料養液を、発泡煉石の上から注ぎ入れて栽培容器を充たす。外部に置いたエアーポンプの電源を入れ、エアーポンプとチューブで接続した栽培容器底部の散気管から空気泡を吹き出し、養液を曝気すると、上下の液の対流が起き、発泡煉石内部にも養液が循環するようになる。養液中を浮遊する水処理接触材は、液中の浮遊微生物、浮遊有機物を捕捉する。底部の酸化チタンは、接触する浮遊微生物、浮遊有機物、有害物質を殺菌・分解する。なお、発泡煉石と養液部分の体積割合は、発泡煉石１に対し、養液２が適していると思われる。
【００１６】
発泡煉石上部の液が浸漬していない部分は好気性菌、浸漬している部分は嫌気性菌、養液中は好気性菌、嫌気性菌、通性菌が混在した状態で繁殖するものとみられる。微生物資材の養液への添加、発泡煉石の多孔質構造、散気管による曝気、植物根からの微生物のエサとなる有機物の放出、水補給が少ない等は、微生物が増殖する要因となる。
光合成細菌が増殖して微生物分布で多数を占めると、少数の有害菌は静菌して本来の活動をしなくなるうえ、病原菌をエサとする有用菌が共生するようになるため、病害は抑制されるようになる。
光合成細菌を主体にして微生物相が安定すると、植物生育に適したＰＨ６.０付近の弱酸性でＰＨ値が安定するため、ＰＨ調整が不要となる。
栽培容器中で繁殖した微生物は代謝活動により、アミノ酸、核酸、酵素、植物ホルモン等を分泌し、植物根はそれらを吸収して、健康で旺盛な生育をし、食味が良くなる。
しかし、微生物を増殖させ過ぎると、養液中の溶存酸素を消費して、根が酸素欠乏状態に陥ったり、エサとなる有機物の不足から、根をエサとして攻撃するようになる。これを防ぎ、有用微生物の繁殖を高濃度で安定させるために、限定的な、水処理接触材による遊離微生物の活動抑制と酸化チタンによる物理的殺菌・分解をおこなう。
これらの機能の連係により、有用微生物の繁殖と抑制、嫌気性菌と好気性菌の分布のバランスがとれ、人為的な作業を行わなくても、有用菌の働きにより、容易に栽培ができ、植物の生育には適さない環境下においても、健康な生育をし、食味がよい栽培を実現することができる。
以上は、液温が摂氏１８度から摂氏２５度の範囲にある場合である。この範囲を超えると有用菌は正常な活動をしなくなるため、下限を下回る低温下では市販の蓄熱剤を栽培容器に接触させて保温し、上限を超える高温下では蓄冷剤を接触させて保冷することにより、微生物の活動低下や過剰繁殖を簡便な方法で防止する。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の水耕装置の構造を示した模式図である。
【００１８】
本発明で使用される水耕装置は、微生物資材を添加した無機肥料養液（６）を充たした栽培容器（７）の上部に、定植した植物（１）を支持・固定する発泡煉石（２）を入れた網状コンテナ（３）を備え、微生物資材を添加した無機肥料養液（６）中には、浮遊する水処理接触材（８）を備え、底部には、外部のエアーポンプ（１２）とチューブ（１３）により接続された散気管（１１）と、酸化チタン（９）を備えている。
【００１９】
本発明の装置の構造の概要は次のとおりである。最初に発泡煉石（２）を網状コンテナ（３）に少量入れ、植物（１）根を置き、さらに発泡煉石（２）を網状コンテナ（３）に入れて植物を固定する。栽培容器（７）の底部に、外部のエアーポンプ（１１）とチューブ（１２）により接続された散気管（１０）を設置し、水処理接触材（８）と酸化チタン（９）を置く。微生物資材を添加した無機肥料養液（６）を発泡煉石（２）の上から注ぎ入れて栽培容器（７）を充たす。エアーポンプ（１１）の電源を入れると、空気泡（４）が発生し、微生物資材を添加した無機肥料養液（６）が上下に対流をはじめる。養液の自然減少分は、微生物資材を添加した無機肥料養液（６）を発泡煉石（２）のうえから注入して補充する。発泡煉石（２）は、嫌気性・好気性の微生物を増殖させ、水処理接触材（８）は、浮遊微生物と浮遊有機物を吸着・ろ過する。酸化チタン（９）は、その表面と接触する範囲で、浮遊微生物を殺菌し、浮遊有機物・有害物質を分解する。
【００２０】
上記した実施形態における各部の構成は一例であり、本発明の技術思想の範囲で種々の変形が可能である。以下、実施例を示す。
【実施例１】
【００２１】
図１において、直径約５ミリメートルの発泡煉石（２）を直径１５センチメートルの網状コンテナ（３）に少量入れ、サラダ菜の幼苗（１）の根を置き、さらに発泡煉石（２）０．６リットルを網状コンテナ（３）に入れて植物を固定する。直径１５センチメートル、高さ１６センチメートルの円筒形のプラスチック製栽培容器（７）の底部に、外部に置いた吐出量毎分２リットルのエアーポンプ（１１）と口径６ミリメートルのシリコンチューブ（１２）により接続された長さ１０センチメートルの散気管（１０）１個を設置し、直径５センチメートル、長さ３センチメートルの水処理接触材（８）２個と直径２センチメートルの球体に酸化チタンを塗布した資材（９）９個を置く。光合成細菌およびそれの共生菌を含有した微生物資材１０ミリリットルを添加した無機肥料養液（６）約１．８リットルを発泡煉石（２）の上から注ぎ入れて栽培容器（７）を充たす。エアーポンプ（１１）の電源を入れて、空気泡（４）を発生させ、液を上下に対流させる。微生物資材を添加した無機肥料養液（６）の自然減少分は発泡煉石（２）のうえから注入して補充する。
【００２２】
上記の方法にて室内で栽培したサラダ菜は、旺盛に生育した。また、晴天時に屋外へ置いても、萎れることはなかった。作業は、微生物資材を添加した無機肥料養液（６）を補充するのみであった。サラダ菜は、甘みと苦味とうま味が混ざり合った濃厚な食味となり、歯ごたえがあった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の水耕装置の模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  植物
２  発泡煉石
３  網状コンテナ
４  空気泡
５  植物根
６  微生物資材を添加した無機肥料養液
７  栽培容器
８  水処理用接触材
９  酸化チタン
１０  散気管
１１  エアーポンプ
１２  チューブ
【図１】
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