(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径が０．０２μｍ以上０．７μｍ以下の酸化亜鉛を、４．５ｍｇ／欠片以上１５．０ｍｇ／欠片以下含有する発泡樹脂体であることを特徴とする、水耕栽培用マット。
【請求項２】
前記樹脂発泡体が、軟質ポリウレタンフォームであることを特徴とする、請求項１に記載の水耕栽培用マット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物成長促進効果及び防藻効果を有する水耕栽培用マットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、気候変動の影響を受けることなく、周年で植物を生産できるシステムとして、植物工場による栽培が注目されている。植物工場では水耕栽培による栽培方式が一般的に用いられている。
【０００３】
植物工場で栽培される植物の成長促進を目的として、植物の光合成に有効な波長を放出する光源を使用する方法や、栽培養液（以下、「養液」という）に配合する元素、つまり、多量必須元素及び微量必須元素の種類と量を工夫する方法が知られている。ここでいう「多量必須元素」とは、Ｎ、Ｐ、Ｋなどの植物が比較的多量に必要とする元素をいう。「微量必須元素」とは、植物にとって必要量は少ないものの、生育に不可欠な元素をいう。植物における微量必須元素としては、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｌなどが挙げられる。
【０００４】
微量必須元素は、植物における必要量は極めて少ないものの、重要な役割を担っている。土耕栽培では土壌中に既に微量必須元素を含有していることが多いため、欠乏症を生じることは少ない。しかしながら、前記したように、水耕栽培では生産者が養液に配合するなど、何らかの手段により供給する必要がある。
【０００５】
微量必須元素は、極少量で植物に作用する反面、過剰症も生じ易く、生産者が微量必須元素単独を施用して養液を管理することは極めて困難である。そのため、例えば、特許文献１には、セルロース・アセテート系樹脂発泡体に、植物の成長に効果のある肥料成分等を練り込んで成形した植物生育環境付与材や水耕栽培用マットなどが提案されている。また、例えば、特許文献２には、金属がＣｕ又はＺｎである金属化合物を含有する焼成体を植物用培養床として用いる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４７８６６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のように植物へ成長促進効果を与えるために、培地へ肥料成分などを付与すると、対象植物と同様に肥料成分を求める藻類などの不要生物が発生する。植物以外の不要生物として藻類が繁殖すると、水耕栽培に用いられる定植パネルや水耕栽培用マットを汚染し、細菌の生菌数の増加、作業性の悪化、美観の低下などを引き起こす。また、本来植物が吸収すべき養液の成分（養分）を藻類が吸収し、植物の成長を妨げたり、病害の原因となったりする。
【０００８】
そこで、水耕栽培の資機材に限らず、抗菌性や防藻性を得るために、特許文献２のように抗菌効果のある金属イオンを溶出させるための金属化合物を付与する方法がとられている。藻類などの不要生物の防除効果（防藻効果）を得るためには、効果を得ようとする対象に多くの金属化合物（Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ等）を添加する必要がある。なお、本明細書において、「防藻効果」とは、藻類の発生、生育、増殖を阻止又は藻類を死滅させる効果をいう。
【０００９】
特許文献２では、水耕栽培の資機材である多孔質焼成培養床に対してＣｕあるいはＺｎを添加して、不要生物の防除効果を得ているが、前記したとおり、ＣｕやＺｎは植物の微量必須元素であり、植物の必要量は極めて少ない。必要量を超えて供給した場合、植物は過剰症を引き起こす。例えば、水耕栽培において広く栽培されているレタスに対して過剰症を生じる養液中のＺｎ濃度は３ｐｐｍ以上とされている。
【００１０】
特許文献２では、Ｃｕ及びＺｎ化合物の金属イオンにより不要生物に対する防除効果を得るため、多孔質焼成培養床１個へ金属化合物を２２５ｍｇ付与している。ビーカーでの１０本の小ネギによる栽培試験では、植物１株当たりの金属化合物の量は２２．５ｍｇとなる。特許文献２の小ネギを用いた試験において、発育状態は良好となっているが、本発明の発明者らは、多孔質焼成培養床を、後述する軟質ポリウレタンフォームに変え、１８．６ｍｇのＺｎＯを付与し、植物の栽培を行ったところ、Ｚｎの過剰症である黄化現象を生じることを確認した。
【００１１】
特許文献２における多孔質焼成培養床からの金属イオンの溶出量は不明であるが、過剰症が生じていないとすれば、金属イオンの溶出量は微々たるものであり、多孔質焼成培養量への金属化合物の添加量を多くする必要がある。金属イオンの溶出量にばらつきが生じた場合、過剰症の発生リスクも上昇する。
【００１２】
また、特許文献２では、水耕栽培装置に多孔質焼成培養床を投入し、サニーレタスの栽培試験、大根の発芽試験を行っているが、これらの試験には水を使用している。植物の必須元素を含んだ肥料等を配合して含んでいない水に対して、微量必須元素を含んでいる多孔質焼成培養床を投入して栽培を行っているため、植物の成長を促進するのは当然の結果である。通常、水耕栽培では各種必須元素を含有する肥料をバランスよく配合した養液を用いるが、この養液に対しての成長促進効果については何ら言及されていない。さらに言えば、植物の栽培に養液を用いた場合、例えば、藻類をはじめとする不要生物の発生量は水を用いた場合の比でなく、養液を用いた場合の不要生物の防除性についても言及されていない。
【００１３】
一方、不要生物の一種である藻類について、金属イオンなどによる抗菌効果以外で藻類の繁殖を抑える方法も知られている。そのような方法として、水耕栽培用マットを着色し、藻類の光合成を抑える方法が挙げられる。しかし、この方法ではマットの明度を下げる必要があり、明度を下げると共に植物に照り返す反射光も弱くなるという欠点がある。ここで、本明細書における「明度」とは、色の三属性である「色相」、「明度」、「彩度」の内の「明度」である。本明細書では、複数ある表色系の内、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系による明度の値であるＬ＊を用いる。
【００１４】
本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、植物成長促進効果及び防藻効果を有する水耕栽培用マットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明者らは前記課題を解決するため鋭意研究した結果、水耕栽培用マット中に平均粒子径を特定の範囲に制御したＺｎＯ（酸化亜鉛）粒子を含有させることで以下の作用効果を奏することを見出した。すなわち、培地への金属化合物の添加量が少量でよく、既にバランスよく必須元素を含んだ肥料等が配合された養液を植物の栽培に用いながらも、植物の成長促進効果及び藻類の成長・繁殖の抑制効果を効率よく発現し、且つ植物の過剰症の発生リスクがないことを見出した。
【００１６】
前記課題を解決する本発明に係る水耕栽培用マットは、平均粒子径が０．０２μｍ以上０．７μｍ以下の酸化亜鉛を、４．５ｍｇ／欠片以上１５．０ｍｇ／欠片以下含有する発泡樹脂体である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る水耕栽培用マットは、植物成長促進効果及び防藻効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る水耕栽培用マットの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】育苗試験を行う装置の構成を示す概略構成図である。
【図３】循環試験を行う装置の構成を示す概略構成図である。
【図４】小型循環試験を行う装置の構成を示す概略構成図である。
【図５】根酸溶出試験を行う装置の構成を示す概略構成図である。
【図６】光合成試験を行う装置の構成を示す概略構成図である。
【図７】防藻効果を確認する装置の構成を示す概略構成図である。
【図８】明度による光量測定の構成を示す概略構成図である。
【図９】各セル数によるＺｎイオン溶出濃度を示すグラフである。
【図１０】本発明に係るマットと比較例１に関するＣＯ２濃度［ｐｐｍ］と光合成速度［μｍｏｌ・ｓ−１・ｍ−２］の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、適宜図面を参照して本発明に係る水耕栽培用マットの一実施形態について詳細に説明する。
（水耕栽培用マット）
図１は、本発明に係る水耕栽培用マットの一実施形態を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係る水耕栽培用マット１（以下、単に「マット１」という）は、藻類の持つクロロフィルが吸収する光の波長に対してミー散乱及びレイリー散乱のうちの少なくとも一方の散乱を生じる平均粒子径を有するＺｎＯ粒子２を含有する樹脂発泡体３からなる。樹脂発泡体３は、後述する軟質ポリウレタンフォームが好ましいが、これに限定されない。
なお、本発明における「１欠片」とは、植物１株を栽培するために用いる１個のマット１のことである。
マット１の形状は、効率よく製造でき、取り扱いし易いことから、角柱状とするのが好ましい。マット１の大きさは、特に限定されるものではないが、一辺の長さを１０〜８０ｍｍ／辺とするのが好ましく、２０〜４０ｍｍ／辺とするのがより好ましい。このような大きさにマット１を形成すると播種し易い。また、植物を好適に支持できる。さらに、栽培株数を確保できる。
【００２０】
また、マット１は、図１に示すように、水耕栽培を行う植物の種子を保持する保持部４が形成されていることが好ましい。保持部４は、例えば、平面視でＩ字状又は十字状（クロス状）の切り込みを入れたり、半球状又は矩形状に凹ませたりすることによって形成できる。なお、図１には、平面視でＩ字状の保持部４を形成した様子を示している。保持部４の深さは、例えば、マット１の表面からマット１の高さの１／２などとすることができるが、これに限定されない。
【００２１】
水耕栽培に一般に使用する養液は、植物に必須な三大元素である窒素、リン、カリウムと、中量必須元素であるカルシウム、マグネシウムを多く含んでいる。そのため、マット１がこれらの必須元素を含有しても、植物に対する大きな成長効果はない。
しかし、この養液は微量必須元素を多く含んでいない。これは、微量必須元素は極少量の変動でも植物の成長に強く影響するためである。本発明においては、マット１が微量必須元素を含有しているので、植物に対して大きな成長効果がある。
【００２２】
マット１に含有する微量必須元素は、化合物として含有すればよい。微量必須元素を含む化合物の形態としては、酸化物、塩化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩等が挙げられる。しかし、マット１が高い成長促進効果をあらわすためには、マット１がク溶性の微量必須元素化合物を含有することが好ましい。その中でも、特にＺｎＯが高い効果を示しており、より好ましい。ク溶性ではなく、水溶性の化合物を用いる場合、マット１から微量必須元素が短期間で養液に溶出するため、長期に渡る成長促進効果を与えることが難しい。
【００２３】
（ク溶性）
本発明における「ク溶性」とは、水には溶けないが、２．０ｗ／ｗ％のクエン酸水溶液（２０℃、ｐＨ約２．１）に溶ける性質をいう。ク溶性化合物は、植物の根から分泌される様々な有機酸（根酸と称されている）に徐々に溶解する。ここでいう「有機酸」とは、カルボン酸等の有機化合物の酸の総称であり、「根酸」とは、植物の根が分泌する有機酸のことである。そのため、土耕栽培等では微量必須元素に限らず、ク溶性化合物を緩効性肥料として活用している。しかし、水耕栽培では、植物の根は循環している養液中に浸漬しており、根から分泌した根酸を植物自らの根圏に留めておくことができない。そのため、ク溶性化合物を溶解することができず、ク溶性化合物を吸収することが困難である。ここでいう「根圏」とは、植物の根から影響を受ける領域のことである。
【００２４】
しかし、本実施形態に係るマット１を用いることで、植物はＺｎＯ粒子２を長期に渡って効率よく溶解・吸収することができるため、養液のみを用いて栽培した場合と比較すると成長促進効果を得ることができる。マット１として用いている軟質ポリウレタンフォームは保水力があり、栽培ラインを流動している養液と比較すると、マット１内の水流は極めて緩やかである。植物の育成と共にマット１に張り巡らされた根から有機酸が分泌されるが、マット１内の水流は緩やかであるため、有機酸が直ちに流亡することなく、マット１に担持したＺｎＯ粒子２を溶解・吸収することができる。ここでいう、「軟質ポリウレタンフォーム」とは、外部荷重に対して自由に変形し、荷重を除けば元の形状に戻るポリウレタンフォームをいう。通常、軟質ポリウレタンフォームは、連続した微細な気泡を有しており、この微細な気泡により毛細管現象を生じ、保水性を発現するため、マット１として好適に使用することができる。
【００２５】
これらのことから、マット１は、通常の水耕栽培では使用することのできない微量必須元素をク溶性化合物であるＺｎＯ粒子２として好適に含有したものであるといえる。また、ＺｎＯ粒子２は白色であるため、マット１の色調を損なうことがない。非水溶性である酸化鉄や酸化銅を用いた場合でも、水やクエン酸２．０ｗ／ｗ％水溶液に極僅かに溶解した成分を植物が吸収し、成長促進効果が得られる場合がある。しかし、酸化鉄や酸化銅は化合物自体が有色であるため、マット１を任意の色調とすることが困難となる。そのため、マット１に含有する微量必須元素は、ＺｎＯ粒子２であることが好ましい。
【００２６】
（ＺｎＯ粒子の含有量）
マット１中に含有するＺｎＯ粒子２の量は、４．５ｍｇ／欠片以上１５．０ｍｇ／欠片以下とする。なお、マット１中に含有するＺｎＯ粒子２の量は、４．８４ｍｇ／欠片以上１４．１ｍｇ／欠片以下がより好ましい。マット１中に含有するＺｎＯ粒子２の量が、４．５ｍｇ／欠片未満であると、植物は十分な成長促進効果を得ることができず、１５．０ｍｇ／欠片を超えると、植物は過剰障害を起こす。
【００２７】
なお、植物の栽培におけるＺｎＯ粒子２の効果は、マット１に含まれる濃度ではなく、絶対量が重要となる。ＺｎＯ粒子２がマット１に含まれる濃度とした場合、マット１の基体となる樹脂発泡体３の見掛け密度によっては、植物の成長促進効果が得られるＺｎＯ粒子２の含有量である４．５ｍｇ／欠片以上１５．０ｍｇ／欠片以下の範囲にできない可能性がある。
例えば、マット１の見掛け密度が低い場合、マット１の大きさを大きくすることでＺｎＯ粒子２の含有量を前記範囲とすることができる。しかし、このようにすると、作業性が悪化したり、栽培スペースにおけるマット１の占有率が上昇したりする可能性がある。また、この場合、マット１に植物の根から分泌される根酸が十分に行き渡らずに、マット１に含有するＺｎＯ粒子２を十分に溶解することができない可能性がある。
また、マット１の見掛け密度が低い場合、マット１へのＺｎＯ粒子２の含有濃度を高くすることでＺｎＯ粒子２の含有量を前記範囲とすることができる。しかし、このようにすると、樹脂発泡体３の製造時の成形性の悪化や、ＺｎＯ粒子２の凝集により均一に分散しない可能性がある。
他方、マット１の見掛け密度が高い場合、マット１の大きさを小さくすることで前記ＺｎＯ粒子２の含有量の範囲を達成することができる。しかし、このようにすると、マット１自体が小さくなるため、植物を十分に保持できなくなるなどの障害が生じる。
また、マット１の見掛け密度が高い場合、マット１へのＺｎＯ粒子２の含有濃度を低くすることでＺｎＯ粒子２の含有量を前記範囲とすることができる。しかし、このようにすると、樹脂発泡体３への添加量が少なくなり、樹脂発泡体３中での分散の偏りや、ＺｎＯ粒子２の添加量のばらつきが大きくなり、十分な成長促進効果が得られない可能性がある。
【００２８】
（水耕栽培可能な植物）
本実施形態に係るマット１で水耕栽培可能な植物としては、例えば、Ｃ３植物が挙げられる。ここでいう「Ｃ３植物」とは、大気中のＣＯ２を直接カルビン・ベンソン回路（還元的ペントースリン酸回路）に取り込むことによって光合成を行う植物をいう。また、植物工場等の水耕栽培で栽培される植物の多くはＣ３植物であり、Ｃ３植物は葉肉細胞内に存在する葉緑体で光合成を行う。植物工場等の施設園芸において、植物の成長を促進させるため、環境中の二酸化炭素濃度を高くしたり、光源を変更したりする等の検討がなされているが、本発明のマット１は、これらの外部要因によらず、植物自体の光合成速度を向上させるものである。
【００２９】
ここで、マット１における、Ｚｎを含むＺｎＯ粒子２の植物成長促進効果の作用機序について考察する。
Ｃ３植物は、葉緑体に光合成の基本回路であるカルビン・ベンソン回路を有している。カルビン・ベンソン回路におけるＣＯ２固定反応は以下のとおりである。
Ｄ−リブロース−１，５−ビスリン酸（ＲｕＢＰ）＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
⇒  ホスホグリセリン酸（２分子）  ……（式１）
【００３０】
植物の光合成を促進するためには、式１の反応を触媒しているＲｕｂｉｓＣＯ（リブロース１，５−ビスリン酸カルボキシラーゼ／オキシゲナーゼ）を活性化する必要がある。ＲｕｂｉｓＣＯの活性化の手段として、ＲｕｂｉｓＣＯの基質であるＣＯ２の供給量を増加させることが考えられる。葉緑体中に取り込まれたＣＯ２は、炭酸脱水酵素（Ｃａｒｂｏｎｉｃ  ａｎｈｙｄｒａｓｅ、以下、「ＣＡ」と略す）により重炭酸イオンに変換されて、一時、葉緑体のストロマ中に蓄えられる。ストロマ中に蓄えられた重炭酸イオンは、再びＣＡにより二酸化炭素に変換されて、カルビン・ベンソン回路へのＣＯ２供給を補助する。
【００３１】
ＣＡによる反応は以下のとおりである。
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ  ⇔  ＨＣＯ３−  ＋  Ｈ＋                      ……（式２）
この式２は可逆反応である。この反応を触媒するＣＡは、その活性中心にＺｎイオンを有している。マット１にＺｎを含むＺｎＯ粒子２を含有させることで、植物へのＺｎイオンの供給量が増してＣＡの生成量が増加し、式２の反応をより促進すると推察する。
【００３２】
ストロマ中に取り込まれたＣＯ２はＣＡにより一時的に重炭酸イオンに変換されるが、ＣＡの増加により式２の逆反応である、重炭酸イオンをＣＯ２に変換する反応も促進される。そのため、ＲｕｂｉｓＣＯの基質であるＣＯ２供給量が増加することとなり、カルビン・ベンソン回路の出発反応である式１の反応が促進され、結果的にカルビン・ベンソン回路そのものが促進されることとなる。式１の反応が促進されることにより、ストロマ中のＣＯ２濃度が減少するため、植物は気孔を拡げＣＯ２の取込み量を増大させ、連続的に光合成を促進する。
【００３３】
植物の栽培重量は指数関数的に増加する。そのため、植物成長促進効果を維持するのに必要なＣＡ量も多くなる。栽培途中でＺｎイオンの供給が途絶えた場合、ＣＡの植物中の相対量が減少することになる。マット１が含有しているＺｎを含むＺｎＯ粒子２によって光合成を促進された植物は、既にＣＯ２の要求量が高くなっているため、ＣＡの減少が生じると極端に光合成速度が落ち、成長速度が失速する場合がある。従って、そのような場合には、播種から収穫までの全期間に渡って、マット１を用いるのが好ましい。他方、そのようにならない場合は、播種から育苗までというように、所定の期間のみ使用することも可能である。
【００３４】
また、栽培途中からＺｎイオンの供給を行った場合では、それまでの成長によりＣＯ２の要求量はある程度決まっているため、大きな促進効果は得られ難い。つまり、Ｚｎを含むＺｎＯ粒子２による植物成長促進効果を得るためには、栽培当初から全期間に渡って当該ＺｎＯ粒子２からＺｎイオンを供給することが好ましい。そして、このような観点から、前記したように、マット１が含有するＺｎＯ粒子２はク溶性であることが好ましい。
【００３５】
なお、Ｃ３植物は、陸上植物の大部分が該当し、本実施形態に係るマット１はそのような陸上植物のいずれにも適用可能である。ここでいう「陸上植物」とは、陸上に上がった緑色植物の一群であり、種子植物、コケ植物、シダ植物を指す。本発明において水耕栽培可能なＣ３植物としては、例えば、アブラナ科の小松菜、葉大根、キャベツ、キク科のリーフレタス、アカザ科のほうれん草、ユリ科の小ネギ、セリ科のミツバ、シソ科のシソなどが挙げられる。
【００３６】
このほか、カルビン・ベンソン回路の前段階として大気中のＣＯ２濃縮経路を持つＣ４植物や、夜間にＣＯ２の蓄積を行い、昼間にカルビン・ベンソン回路での反応を行うＣＡＭ植物への適用も考えられる。ここでいう「Ｃ４植物」とは、カルビン・ベンソン回路のほかにＣＯ２濃縮のための経路を持つ植物のことをいい、例えばイネ科のトウモロコシなどが挙げられる。「ＣＡＭ植物」とは、ＣＯ２を夜間に行い、昼に還元する植物のことをいい、サボテンなどが挙げられる。
【００３７】
（平均粒子径）
前記したように、マット１に添加するＺｎＯ粒子２は、光合成を促進することで成長促進効果を得ることができる。さらに、ＺｎＯ粒子２は、藻類の発生・繁殖を抑制すること（防藻効果）ができる。
【００３８】
水耕栽培において発生する藻類は、定植パネル１０や培地に用いられるマット１を汚染し、生菌数の増加や作業性の悪化、美観の低下などの問題を引き起こす。また、藻類が発生するには、「光」、「水」、「栄養」が必要であり、栽培対象の植物と求めるものが同一であることが多い。そのため、本来植物が吸収するべき養液中の成分が藻類に奪われてしまい、植物が成長阻害を受けてしまう。なお、植物の成長促進のため、必須栄養素を施すと、藻類の発生・繁殖を促してしまうことがある。
【００３９】
しかし、本発明のマット１は、微量必須元素であるＺｎを含むＺｎＯ粒子２の平均粒子径を、クロロフィルが吸収する光の波長に対してミー散乱及びレイリー散乱のうちの少なくとも一方の散乱を生じる範囲としているので、藻類の発生・繁殖を抑制することができる。
【００４０】
ここで、本発明における「クロロフィル」には、クロロフィルａ、ｂなどが含まれる。
また、「ミー散乱」とは、光がその波長と同程度の大きさの粒子に当たったときに起こる光の散乱現象をいう。ミー散乱は、光の波長と微粒子の粒子径の関係によって散乱の仕方や散乱の強さが変化するものであり、波長λに対して粒子径Ｄが同程度のときには、光の波長によらず均一な散乱を示す。ミー散乱は、粒子径Ｄがλ／２からλのときに最大となる。
【００４１】
つまり、マット１に含有するＺｎＯ粒子２をクロロフィルが吸収する光の波長に対し、ミー散乱を生じる平均粒子径とすることによって、クロロフィルが光合成で用いる光の波長がミー散乱によって散乱する。そのため、このような平均粒子径を有するＺｎＯ粒子２は、マット１の天面からマット内部への光の透過を減衰できる。従って、マット１中では藻類が光合成を行い難くなり、藻類の発生・繁殖が抑制される（防藻効果が得られる）。また、藻類の発生・繁殖が抑制されるので、養液中の成分が藻類に奪われ難い。そのため、植物は藻類による成長阻害を受け難くなる。なお、散乱した光の一部は植物に当たるので、植物の光合成に寄与する。さらに、マット１に添加するＺｎＯ粒子２は白色であるので、マット１を着色することがなく、マット１から植物への反射光、散乱光を効率的に活用できる。
【００４２】
緑藻類以上の植物は、光合成色素にクロロフィルａ、クロロフィルｂを持ち、クロロフィルａ、クロロフィルｂの割合は、３：１前後が一般的である。クロロフィルａは、４４０ｎｍ付近と６８０ｎｍ付近の波長の光を吸収し、クロロフィルｂは、４８０ｎｍ、６３０ｎｍ付近の波長の光を吸収する。
【００４３】
また、植物を栽培するために用いる光源に、例えば、三波長型蛍光灯（昼光色）を用いる場合、三波長型蛍光灯（昼光色）が発する光は、４４０ｎｍ付近、４９０ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近、５８０ｎｍ付近、６１０ｎｍ付近である。ここでいう「三波長型蛍光灯」とは、色の三原色（青、緑、赤）の三波長域と呼ばれる色域に希土類蛍光体というものを利用し、色味をより自然なものにすることができるようになったものをいう。
【００４４】
クロロフィルが吸収する光の波長と、光源が発する光の波長は必ずしも一致しない。しかし、クロロフィルが吸収する光の波長、あるいは光源が発する光の波長に対して、ミー散乱を生じる粒子径のＺｎＯ粒子２をマット１に含有することで、マット１での藻類の発生・繁殖を抑制できる。
【００４５】
光源に三波長型蛍光灯（昼光色）を用いる場合、例えば、４４０ｎｍ付近の波長の光、４８０〜４９０ｎｍの波長の光、及び６１０〜６３０ｎｍの波長の光に対してミー散乱を生じる平均粒子径のＺｎＯ粒子２をマット１に含有すればよい。なお、４４０ｎｍ付近の波長の光は、存在量の多いクロロフィルａが吸収する光の波長であり、且つ、三波長型蛍光灯（昼光色）が発する光の波長である。また、４８０〜４９０ｎｍの波長の光、及び６１０〜６３０ｎｍの波長の光は、存在量は少ないが、クロロフィルｂが吸収する光の波長であり、且つ、三波長型蛍光灯（昼光色）が発する光の波長である。ここで、存在量の多いクロロフィルａは、６８０ｎｍ付近の波長の光を吸収するが、三波長型蛍光灯（昼光色）から、この波長の光は照射されないため、この波長の光の散乱は必ずしも考慮する必要はない。
【００４６】
前記したように、ミー散乱は、粒子径Ｄがλ／２からλのときに最大となる。そのため、光源に三波長型蛍光灯（昼光色）を用いる場合、マット１での藻類の発生・繁殖を抑制するためには、特に、存在量の多いクロロフィルａが吸収する光の波長であり、三波長型蛍光灯（昼光色）が発する光の波長である４４０ｎｍ付近の波長の光に対してミー散乱が最大となる、０．２〜０．５μｍの平均粒子径を持つＺｎＯ粒子２をマット１に含有するのが好ましい。また、存在量は少ないが、クロロフィルｂが吸収する光の波長であり、三波長型蛍光灯（昼光色）が発する光の波長である６１０〜６３０ｎｍの波長の光へのミー散乱を考慮してもよい。なお、６１０〜６３０ｎｍの波長の光をミー散乱させる平均粒子径は０．３〜０．６μｍとなる。
【００４７】
上記、防藻効果を得るためにマット１に含有するＺｎＯ粒子２の平均粒子径について、光源に三波長型蛍光灯（昼光色）を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。三波長型蛍光灯には、昼光色、昼白色、電球色等の色味の種類があり、照射される光の波長の強度が異なる場合があるが、波長自体はいずれの色味の三波長蛍光灯も同一である。そのため、光源に三波長型蛍光灯を用いる場合、その色味、すなわち光の波長の強度に応じて、ＺｎＯ粒子２の平均粒子径を適宜選択すればよい。また、太陽光利用型植物工場等では、光源は幅広い波長の光を発する太陽光であるし、完全人工光型植物工場においても、光源にＬＥＤ等の蛍光灯ではない新規な光源を用いる検討が、種々されている。光源が発する光の波長は用いる光源により変わるため、マット１に防藻効果を付与するために含有するＺｎＯ粒子２の平均粒子径は、クロロフィルが吸収する光の波長、及び光源が発する光の波長に応じて適宜選択すればよい。好ましくは、存在量の多いクロロフィルａが吸収する光の波長に対してミー散乱を生じる０．２〜０．７μｍの粒子径を持つＺｎＯ粒子２をマット１に添加することで、マット１での藻類の発生・繁殖を抑制できる。
【００４８】
なお、本実施形態において、ＺｎＯ粒子２の平均粒子径を、クロロフィルａ、ｂが吸収する光の波長に対して、レイリー散乱を生じるほど小さな粒子径としても防藻効果を得ることができる。ここでいう「レイリー散乱」とは、光がその波長よりも小さい粒子径（例えば、粒子径Ｄがλ／１０以下）を有する粒子に当たったときに主に起こる光の散乱現象をいう。ただし、レイリー散乱の散乱強度は、粒子径の６乗に比例し、波長の４乗に反比例する。そのため、粒子径があまりに小さすぎると散乱強度が弱まり、また、６００ｎｍ以上の長波長側のクロロフィル吸収光も散乱強度が弱くなる。従って、レイリー散乱による防藻効果を得る場合、マット１に含有するＺｎＯ粒子２の平均粒子径は、０．０２〜０．０７μｍとすることが好ましい。なお、平均粒子径０．０７μｍ〜０．２μｍはミー散乱とレイリー散乱が併存しており、それぞれ単独での散乱は大きくない。しかし、その両方の散乱を合わせ持つために、防藻効果を得ることができる。
【００４９】
これらのことから、マット１に含有するＺｎＯ粒子２の平均粒子径は、藻類の持つクロロフィルが吸収する光の波長、及び光源が発する光の波長に対して、ミー散乱、あるいはレイリー散乱を生じ、防藻効果を得ることができる０．０２〜０．７μｍとすることが好ましい。このような平均粒子径とすることで、マット１は効率的な防藻効果を発現することができる。
【００５０】
前記した平均粒子径を有するＺｎＯ粒子２は、例えば、アトマイズ法やボールミル等による粉砕などにより製造できる。ここでいう「アトマイズ法」とは、溶湯の流れにジェット流体を吹き付けることで粉末を得る方法のことであり、「ボールミル法」とは、粉砕機の一種であるボールミルを用い、材料をすり潰して粉末を得る方法である。また、ＺｎＯ粒子２は、市販されているものを用いることができる。
【００５１】
ＺｎＯ粒子２の平均粒子径は、例えば、メジアン径（Ｄ５０）を指標として値を定めるのが好ましい。また、ＺｎＯ粒子２の平均粒子径は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８２５：２０１３（粒子径解析−レーザ回折・散乱法）などに準じた装置で容易に測定できる。また、本発明においては、そのような装置で測定した平均粒子径を目安にすると、ＺｎＯ粒子２の調整等が容易であり好ましい。つまり、測定したＺｎＯ粒子２の平均粒子径が前記した粒子径の範囲内に入っていれば、その多くがミー散乱又はレイリー散乱を生じるものとなる。
【００５２】
（樹脂発泡体）
樹脂発泡体３の成形時にＺｎＯ粒子２が樹脂骨格中又は樹脂骨格表面に担持、固定され、植物成長促進効果及び防藻効果を発揮する。
樹脂発泡体３は、連続気泡を有した構造体である。樹脂発泡体でも独立気泡の場合、セルが独立して存在しているため、樹脂発泡体内部へ養液を含浸させることができない。しかし、連続気泡の構造を有することにより、毛細管現象を生じ樹脂発泡体３内部に養液を含有させることができ、養液を保持することができる。さらに、連続気泡構造により樹脂発泡体３の骨格が無数に存在することから、外部から養液が侵入し難い。このことから、樹脂発泡体３は、内部に張り巡らされた根から分泌された根酸を流亡させ難い。そのため、樹脂発泡体３は、根酸によって生成したＺｎイオンを好適に保持し、根から吸収させることができる。つまり、従来、水耕栽培で供給・添加量の調整が困難であった微量必須元素を植物に容易且つ適切に与えることができる。なお、樹脂発泡体３は、軟質ポリウレタンフォームを用いるのが好ましい。軟質ポリウレタンフォームは、水耕栽培において既に広く一般的に用いられているため、生産者が取り扱いに慣れており、栽培条件や設備の変更を伴うことなく、優れた植物成長促進効果及び防藻効果を得ることができる。
【００５３】
樹脂発泡体３の見掛け密度を１０ｋｇ／ｍ３以上４０ｋｇ／ｍ３以下とすることが好ましい。このようにすると、樹脂発泡体３にＺｎＯ粒子２を均一に分散することができ、植物成長促進効果を安定して得ることができる。ここでいう、見掛け密度とは、通気性及び非通気性気泡の双方を含む試料の単位体積当たりの質量のことをいい、ＪＩＳ  Ｋ  ７２２２：２００５（発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の求め方）によって求められる。
【００５４】
樹脂発泡体３のセル数は、例えば、１０〜１００個／２５ｍｍとするのが好ましく、３０〜７０個／２５ｍｍとするのがより好ましい。ここでいう「セル」とは、樹脂発泡体３のような多孔質材料の構造における空隙であり、前記「気泡」と同義である。このようにすると、マット１の保水性が向上し、特に播種時、発芽直後の植物に水分を好適に供給できる。また、植物の根の伸長を妨げ難く、根張りに好影響を与える。なお、セル数は、ＪＩＳ  Ｋ  ６４００−１：２００４（軟質発泡材料−物理特性の求め方−  付随書１  セル数の求め方）によって求められる。
【００５５】
樹脂発泡体３の硬さは２０〜３００Ｎ／３１４ｃｍ２とするのが好ましく、３０〜７０Ｎ／３１４ｃｍ２とするのがより好ましい。このようにすると、植物を好適に支持できる。また、植物の根の伸長を妨げ難く、根張りに好影響を与える。さらに、生産者の行う定植や移植などの作業性が良くなる。なお、硬さは、ＪＩＳ  Ｋ  ６４００−２：２０１２（軟質発泡材料−物理特性−  第２部：硬さ及び圧縮応力−ひずみ特性の求め方）のＤ法によって求められる。
【００５６】
前記したように、樹脂発泡体３は軟質ポリウレタンフォームを用いるのが好ましいがこれに限定されるものではなく、軟質ポリウレタンフォームと同等のセル数や硬さを有する合成樹脂の発泡体であればどのようなものでも適用できる。このような合成樹脂の発泡体としては、例えば、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォームなどを適用できる。
【００５７】
（マットの製造方法）
本実施形態に係るマット１は、水耕栽培用マットを製造する一般的な設備及び条件で製造することができる。マット１の製造方法の一例として、樹脂発泡体３に軟質ポリウレタンフォームを適用した場合を挙げて具体的に説明する。
まず、ポリオール、イソシアネート、発泡剤、整泡剤、触媒等の配合物及びＺｎＯ粒子２を低圧発泡機、高圧発泡機等の設備により混合して発泡させることによって、スラブフォームやモールドフォームなど任意の形状の軟質ポリウレタンフォームを製造することができる。ここでいう「ポリオール」とは、複数のアルコール性ヒドロキシル基をもつ化合物で、ポリウレタンの原料となるものである。「イソシアネート」とは−Ｎ＝Ｃ＝Ｏという部分構造をもつ化合物で、ポリオールと共にポリウレタンの原料となるものである。「発泡剤」とは、ベースとなる樹脂に加えることで、ガスを発生させて発泡構造を形成するためのものである。「整泡剤」とは、均一で細かい泡を形成するためのものである。「スラブフォーム」とは、連続するコンベア上に混合原液を流し、長手方向に対する横断面が矩形又は略Ｕ字形になるよう連続発泡させた後、所定の中画に切断して得られるフォームのことである。「モールドフォーム」とは、プラスチックなどの型に混合原液を注入して発泡させた後、型から取り出して得られるフォームである。なお、このような軟質ポリウレタンフォームは、ハンド発泡による成形により製造することもできる。ここでいう「ハンド発泡」とは、各原料をビーカーなどに量り込み、撹拌して発泡させる方法である。
【００５８】
前記したＺｎＯ粒子２などの配合の方法は特に限定されない。例えば、イソシアネート以外の配合物をポリオール中にあらかじめ混合して分散し、ポリオールプレミックスとした後、イソシアネートと反応させてもよいし、それぞれの配合物を個別に計量、混合、反応させてもよい。その後、クラッシングや爆発処理によりセル膜を除去してもよい。ここでいう「クラッシング」とは、発泡成形時に生じた気泡のセル膜を破り、成形体の形状を安定させると共に、フォームの収縮を防ぐなどの目的で行われるものをいう。「爆発処理」とは、爆発のエネルギーによりセル膜を除去することをいう。また、樹脂発泡体３の製造にあたっては、発泡時にセル膜を生じない配合組成とすることもできる。
【００５９】
製造した軟質ポリウレタンフォームに対して、バーチカルカッター、スライスカッターなどを用いて二次加工を行い、所定の厚さのシート状に加工する。その後、刃型裁断機などを用いてシート状の軟質ポリウレタンフォームを所定の寸法に裁断することで、マット１を製造することができる。また、トムソン型等の刃型を用いた刃型裁断機による打ち抜き加工、穴繰り機等によるくり抜き加工等によって任意の形状のマット１を製造することもできる。
【００６０】
刃型裁断機での加工時に、マット１の平面視中心部分に保持部４を設けることができる。これにより、播種が容易となり、また、発芽した植物の根が容易にマット１を貫通することができるようになる。また、刃型裁断機での裁断加工の前又は後に、シート状の軟質ポリウレタンフォームに穴繰り加工を行い、播種時の種の位置ずれ防止加工等を行うこともできる。
【００６１】
（マットの使用方法）
マット１は、育苗トレイや定植トレイなどの水耕栽培用トレイや養液タンクなどに入れて使用する（図２〜４参照。なお、図２〜４については後述する。）。マット１を水耕栽培用トレイに入れる前又は入れた後に、保持部４に植物の種子を播種する。播種後、養液を循環させたり、養液を定期的に入れ替えたりしつつ、水耕栽培を行う。必要に応じて、定植パネル１０に設けた孔にマット１を固定してもよい。ここでいう定植パネル１０とは、例えば、湛液水耕栽培においては、発泡ポリスチレンや発泡ポリプロピレン等の材質からなるパネルである。このパネルは、水又は養液に浮かべることができ、パネルに設けられた孔にマット１を固定し、養液に浮かべることで植物の支持、固定を行う。しかし、ここで挙げた例に限定されるものではない。
【００６２】
以上に説明したように、本実施形態に係るマット１は、植物成長促進効果及び防藻効果を有している。そのため、本実施形態に係るマット１を用いれば、一般的な水耕栽培の方式（湛液水耕や薄膜水耕等）にて植物の成長を促進できる。これにより、規定重量までの栽培期間を短縮でき、あるいは、規定栽培期間の収穫重量が増加する。
また、培地であるマット１そのものに植物成長促進効果が付与されているため、添加量の調整が困難な微量必須元素であるＺｎを養液に添加したり、別槽内に添加したりする作業をする必要がない。従って、本実施形態に係るマット１によれば、生産者の労力を軽減できる。また、本実施形態に係るマット１は、植物の収穫と共に回収し、流通させ、破棄できる。故に、次の栽培開始時に新規のマット１を補充すればよいので、植物成長促進効果が付与されている資材の交換時期を留意せずとも、常に且つ安定的にＺｎを供給できる。また、そのため、Ｚｎの欠乏を生じる虞がない。さらに、マット１に含有するＺｎＯ粒子２がク溶性を有していることから、マット１は長期間に渡って植物成長促進効果及び防藻効果が得られる。また、マット１に含有するＺｎＯ粒子２がク溶性を有しているので、短期間で養液中のＺｎイオン濃度が高くならず、過剰障害にもなり難い。なお、本明細書における「湛液水耕栽培」とは、植物の根及び培地が養液に浸っている状態で栽培する手法をいう。「薄膜水耕栽培」とは、培地は空中に存在し、植物の根は、養液と空中に存在している状態で栽培する手法をいう。
【実施例】
【００６３】
次に、実施例により本発明に係るマットについてより具体的に説明する。
実施例１では、次のとおりマット１を製造する。マット１を構成する軟質ポリウレタンフォームの原料として、ＣＥＦ−３８５（イソシアネート：東ソー社製）、ＮＥＦ−６１２（ポリオールプレミックス：東ソー社製）を用いた。そして、ＺｎＯ粒子２として平均粒子径０．２９μｍのＺｎＯ（堺化学工業社製）を全配合重量の２．０ｗ／ｗ％となるように、ＮＥＦ−６１２に添加して混合し、均一に分散させた。本混合液にＣＥＦ−３８５を投入し、十分に撹拌・混合を行い、軟質ポリウレタンフォームを得た。得られた軟質ポリウレタンフォームを切断し、縦２４ｍｍ×横２４ｍｍ×厚さ２８ｍｍを１欠片とするマット１を作製した。得られたマット１の物性は、見かけ密度３０ｋｇ／ｍ３、セル数５０個／２５ｍｍであった。このときのマット１に含有するＺｎＯ粒子２は９．４９ｍｇ／欠片である。
【００６４】
実施例２〜９及び比較例１〜２６は、実施例１におけるＺｎＯ粒子２を他の化合物からなる粒子に変更し、また、その添加量を変更し、他の条件は同様にして得た。各実施例２〜９及び各比較例１〜２６の添加物と含有量を表１に示す。表１中、「−」は、未測定であるか、又は粒子等を含有していないため測定できなかったことを示している。
なお、実施例５、６及び比較例２１、２２は、セル数調節のため、ＮＥＦ−６１２とＣＥＦ−３８５を混ぜ合わせる直前に、ＮＥＦ−６１２へ発泡剤として塩化メチレンを適宜加え、セル数を５０個／２５ｍｍ以外に調整したマット１を同様に作製した。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
なお、下記に示す比較例２７〜３３は、実施例１におけるＺｎＯ粒子２をトナーＦＴＲ−５５７０[カーボンブラック含有率２０〜３０％]（大日精化工業社製）に変更し、また、その添加量を変更し、他の条件は同様にして得た。各比較例２７〜３３の添加物と含有量を表２に示す。表２中、「−」は未測定であることを示している。
【００６７】
【表２】
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【００６８】
実施例１〜９、及び比較例１〜３３により、
〔Ａ〕ク溶性を有する化合物からなる粒子の根酸による溶解の確認
〔Ｂ〕粒子を含有するマットによる植物成長促進効果の確認
〔Ｃ〕マットにク溶性を有する化合物からなる粒子を添加する意義の確認
〔Ｄ〕Ｚｎ化合物からなる粒子による植物成長促進効果の原理に関する考察
〔Ｅ〕植物成長促進効果のある植物に関する確認
〔Ｆ〕防藻効果の確認と考察
を行った。
【００６９】
図２〜８中、符号１はマット、符号５は育苗トレイ、符号６は植物、符号７は養液、符号８は光源、符号９は定植トレイ、符号１０は定植パネル、符号１１は水中モータ、符号１２は養液タンク、符号１３は養液を定植トレイに供給するための配管、符号１４はオーバーフロー管、符号１５はエアーポンプ、符号１６は送気用の配管、符号１７は流量計、符号１８は送気側ＣＯ２モニタ、符号１９は同化箱、符号２０は水、符号２１は排気側ＣＯ２モニタ、符号２２は試験容器、符号２３は照度計をそれぞれ示す。なお、以降の試験において、「養液７」として、ＯＡＴアグリオ社製ＯＡＴハウス  Ａ処方（希釈倍率１．０倍）を使用し、適宜養液７を追加してｐＨ＝６、ＥＣ値＝２．５となるように管理した。本発明における「ＥＣ値」とは、養液中の電気伝導度のことをいう。
【００７０】
本発明における栽培工程は、１．〔発芽〕、２．〔育苗〕、３．〔定植〕で行った。各工程は下記のようにして行った。各工程の雰囲気温度は約２０℃とした。[図２〜図３を参照]
【００７１】
１．〔発芽〕図２参照
本発明における「発芽」とは、マット１に植物の種子を播種し、種子が発芽するまでの工程をいい、以下の手順により行った。
（１）育苗トレイ５に隙間なく敷き詰めたマット１に水道水を２０ｍＬ／欠片の割合で含浸させた。
（２）前記（１）の各マット１に対して、種子を１粒播種した。
（３）発芽は暗所で３日間行った。また、水の蒸発を防ぐため、育苗トレイ５に蓋（図示せず）をした。
【００７２】
２．〔育苗〕図２参照
本発明における「育苗」とは、発芽した植物の芽を、定植可能な程度の大きさ（植物の根が、マット１の下部を貫通する程度）まで育てる工程をいい、以下の手順により行った。
（４）発芽を行った後、育苗トレイ５中の水道水を養液７に置き換え、光源８を照射した。
（５）光源８は、三波長型蛍光灯（(昼光色）、照度１０，０００ｌｘとした。また、１日の照射は、１４時間連続照射後、１０時間を暗所として行った。育苗期間は７日間とした。栽培環境は、温度２０℃、相対湿度６０％、ＣＯ２濃度７００ｐｐｍとした。
【００７３】
３．〔定植〕図３参照
本発明における「定植」とは、育苗工程によりある程度の大きさまで育った苗を、図３に示す循環装置中の定植パネル１０に等間隔に設けた孔一つにつき、植物６の苗が生えたマット１一つを固定し、収穫まで栽培を行う工程をいい、以下の手順により行った。なお、図３に示す循環装置は、養液７が循環している。
（６）育苗を行った後、定植パネル１０に等間隔に設けられた孔一つにつき、植物６の苗が生えたマット１一つを固定し、定植を行った。孔間は８０ｍｍとした。なお、マット１一つあたりの定植トレイ９内の養液７の量が１Ｌになるように管理した。
（７）光源８は、三波長型蛍光灯（(昼光色）、照度１８，０００ｌｘとした。また、１日の照射は、１４時間連続照射後、１０時間を暗所として行った。栽培環境は、温度２０℃、相対湿度６０％、ＣＯ２濃度７００ｐｐｍとした。
（８）定植中、植物６の成長が進み、植物６同士が密となり成長の妨げになるため、孔の間隔を広げた定植パネル１０に改めて定植を行った。孔間は１５０ｍｍとした。移植は、初回の定植後１４日で行った。
なお、本発明において、１．〔発芽〕、２．〔育苗〕、３．〔定植〕の各工程に要した日数を合計したものを「栽培日数」とし、後記試験ごとに栽培日数を記載する。
【００７４】
前記〔Ａ〕〜〔Ｆ〕に関する試験は、図２〜８に示す装置のうちのいずれかを用いて行ったものである。以下に、〔Ａ〕〜〔Ｆ〕に関する試験で採用した藻類試験、育苗試験、循環試験、小型循環試験、光合成試験の各試験方法とそれに対応する図面、試験方法の具体的な内容について説明する。
【００７５】
［育苗試験］
育苗試験は、前記した栽培工程の１．〔発芽〕、２．〔育苗〕までを行った。なお、光源８の照射時間を２４時間／日の条件に変更して照射した。
【００７６】
［循環試験］
循環試験は、前記した栽培工程の１．〔発芽〕、２．〔育苗〕、３．〔定植〕を行った。なお、水中モータ１１による養液７の流量は２．０Ｌ／ｍｉｎとした。連続栽培を行う場合は、水中モータ１１による養液７の流量を６．０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００７７】
［小型循環試験］
小型循環試験は、図４に示す装置を用い、循環試験と同様の条件で１．〔発芽〕から３．〔定植〕を行った。なお、水中モータ１１による養液７の流量は２．０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００７８】
〔Ａ〕ク溶性を有する化合物からなる粒子の根酸による溶解の確認
〔Ａ−１〕根酸の分泌
［根酸の分泌試験］
植物の根から分泌される有機酸（根酸）は、土耕栽培において根圏でク溶性化合物を徐々に溶解し、溶出したイオンは植物の根から吸収される。しかし、水耕栽培の場合、養液が循環しているため根圏に根酸を留めておくことができず、ク溶性化合物を溶解し、吸収することが困難である。そこで、水耕栽培を行った場合、マット中と養液中に根酸が存在するか否か、また、存在するときにはその成分の定性について分析した。
【００７９】
根酸の分泌試験は、以下の文献を参考に図５に示す装置を用い、次のように行った。
参考文献：「水耕栽培で育てたトマト(Lycopersiconesculentum)の根から放出される有機酸の同定」日本分析化学会年会講演要旨集、巻：５８ｔｈ、ページ：５５、著者：大藏稔（中大  院）、鈴木美成（中大  院）、古田直紀（中大  院）
【００８０】
〔試験方法〕
（１）前記[循環試験］と同一の方法で比較例１のマット１（Ｚｎ非含有）を用い、植物６としてフリルアイス（登録商標、雪印種苗社製）を用いて栽培を行った。
（２）栽培した植物６の根及びマット１に付着している養液７をイオン交換水にて洗浄した。
（３）その後、試験容器２２にイオン交換水を満たした図５の装置で５日間栽培した。なお、光源８は、三波長型蛍光灯（昼光色）、照度１８，０００ｌｘとした。また、１日の照射は、１４時間連続照射後、１０時間を暗所として行った。
（４）５日後、マット１内のイオン交換水、及び槽内のイオン交換水を根酸溶出液として採取した。
（５）採取した根酸溶出液を２０倍濃縮し、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）を用いて定性分析した。
（６）その結果を表３に示す。
【００８１】
【表３】
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【００８２】
表３に示すように、マット１中のイオン交換水から根酸を検出した。この結果から、水耕栽培においても根酸は分泌していると言える。しかし、槽内のイオン交換水中からは、有機酸は検出していない。このことから、実際の栽培において、根が分泌した根酸は、マット１に多く滞留しており、養液７中では溶出した根酸の存在量が圧倒的に少ない。そのため、マット１外の養液７中では根酸が少なく、ク溶性化合物を溶解することは困難である。さらに、根酸がマット１内に存在していることから、マット１に微量必須元素を含むク溶性化合物を含有させることで、養液７中よりも効率的に微量必須元素を溶出させることが可能である。
【００８３】
〔Ａ−２〕ＺｎＯのク溶性
［ＺｎＯのクエン酸水溶液への溶解試験］
前記〔Ａ−１〕の検証で水耕栽培においても植物の根から根酸が分泌し、マット１に多く滞留していることを確認した。そこで、本実施形態に係るマット１に含有する、植物の微量必須元素であるＺｎを含むＺｎＯについて溶解試験を行った。溶解試験に用いた溶媒は、クエン酸２ｗ／ｗ％水溶液（２０℃）である。試験は下記の方法で行った。
【００８４】
〔試験方法〕
（１）クエン酸（純度≧９９．５％、大洋製薬社製）に蒸留水を加え、クエン酸２．０ｗ／ｗ％水溶液となるように調製した。
（２）前記で調製して得た、クエン酸２．０ｗ／ｗ％水溶液（２０℃）をマグネチックスターラーで撹拌しながらＺｎＯを添加した。
（３）クエン酸２．０ｗ／ｗ％水溶液（２０℃）にＺｎＯが完全に溶解したことを確認後、さらにＺｎＯを添加し続けた。
（４）前記（２）、（３）の作業を繰り返し、ＺｎＯが完全には溶解しなくなった時点のＺｎＯの総添加重量をクエン酸２．０ｗ／ｗ％水溶液への溶解度とした。
【００８５】
その結果、ＺｎＯのクエン酸２．０ｗ／ｗ％水溶液１００ｇ（２０℃）に対する溶解度は、１，５８０ｍｇであった。このことは、ＺｎＯがク溶性を有していることを示している。そして、ＺｎＯ粒子２をマット１に含有することで、マット１内に存在する根酸によりＺｎＯ粒子２が溶解し、植物が効率的にＺｎを吸収できることを示唆している。
【００８６】
〔Ｂ〕粒子を含有するマットによる植物成長促進効果の確認
〔Ｂ−１〕化合物ごとの植物成長促進効果
［育苗試験］
次にマット１にＺｎＯ粒子２を含有する実施例１のマット１をはじめとした、必須元素を含む化合物を含有する各実施例及び比較例と必須元素非含有の比較例１のマット１を用いて、植物成長促進効果を確認した。なお、添加した化合物及びマット１の含有量は表１及び表２に示す。
【００８７】
このようにして得られたマット１を用いて、前記［育苗試験］を行った。栽培植物はフリルアイスとした。Ｍｇ化合物及びＣａ化合物の場合の栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を２１日とした。Ｚｎ化合物の場合の栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を２７日とした。前記［育苗試験］による水耕栽培を終えた後、採集した各マット１で水耕栽培した植物の地上部重量を、必須元素を含まない比較例１のマット１で水耕栽培した植物の地上部重量で除した比を成長促進倍率として算出した。その結果を表４に示す。
【００８８】
【表４】
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【００８９】
表４に示すように、種々の化合物について試験を行った結果、ＺｎＯは植物成長促進効果を発現した。
また、水溶性を有するＺｎＣｌ２、ＺｎＳＯ４については、植物重量は増加したが、過剰症である黄化現象を生じた。
有機金属化合物であるステアリン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛については、植物成長促進効果は得られなかった。
多量必須元素であるマグネシウム及びカルシウムを含んでいる無機化合物については、養液中に多量に含まれているため、マット１に含まれている程度の含有量では植物成長促進効果は得られなかった。
この検証結果から、微量必須元素であるＺｎを含有するＺｎＯ粒子２がク溶性を有することにより、植物成長促進効果を発現することが明らかになった。
【００９０】
〔Ｂ−２〕ク溶性Ｚｎ化合物と水溶性Ｚｎ化合物の比較
［循環試験］
前記〔Ｂ−１〕でＺｎ化合物の植物成長促進効果を確認した。しかし、〔Ｂ−１〕で行った試験は、育苗工程までの検証であるため、植物工場で広く用いられている湛液水耕法を用い、収穫期まで栽培を行い、ク溶性Ｚｎ化合物、水溶性Ｚｎ化合物による植物成長促進効果の比較を行った。
【００９１】
この試験では、実施例１（ＺｎＯ；９．４９ｍｇ／欠片含有）、比較例１３（ＺｎＣｌ２；０．４８ｍｇ／欠片含有）、比較例１６（ＺｎＳＯ４；０．４８ｍｇ／欠片含有）及び比較例１（Ｚｎ非含有）のマット１を用いた。
【００９２】
これら実施例及び比較例のマット１を用いて、前記［循環試験］で栽培試験を行った。なお、栽培植物はフリルアイスとし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を１４日、３．〔定植〕期間を２１日とした。そして、採集した各マット１で水耕栽培した植物の地上部重量を、必須元素を含まない比較例１のマット１で水耕栽培した植物の地上部重量で除した比を成長促進倍率として算出した。その結果を表５に示す。
【００９３】
【表５】
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【００９４】
表５に示した結果から、ク溶性を有するＺｎＯが最も植物成長促進効果に優れているといえる。
表４及び表５の結果を踏まえると、ＺｎＣｌ２、ＺｎＳＯ４等の水溶性を有する微量必須元素を含む化合物（水溶性化合物）をマット１中に含有させた場合、マット１の基体となる軟質ポリウレタンフォームの樹脂成分で水溶性化合物を被覆し、徐放性を持たせたとしても、栽培期間内に水溶性化合物が養液７中に溶出しきってしまう。そのため、植物成長促進効果を十分に維持することができない。しかし、植物成長促進効果を十分に維持するために水溶性化合物のマットへの含有量を大きくすると、植物の過剰症を生じる。そのため、水溶性化合物をマット１に含有させることでは、植物成長促進効果を得ることは困難である。その反面、ク溶性であるＺｎ化合物は、徐々に養液７中に溶出するため、マット１に植物が過剰症を起こさない程度の量を含有させても、栽培期間中は植物成長促進効果を十分に維持することができる。
【００９５】
〔Ｂ−３〕成長段階ごとのＺｎ付与による植物成長促進効果の違い
［循環試験］
成長段階ごとのＺｎ付与による植物成長促進効果の違いを検証した。
この検証では、実施例１（ＺｎＯ；９．４９ｍｇ／欠片含有）及び比較例１（Ｚｎ非含有）のマット１を用いた。
【００９６】
これら実施例及び比較例のマット１を用いて、前記［循環試験］を行った。なお、栽培植物はフリルアイスとし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を１０日、３．〔定植〕期間を１３日とした。
そして、〔発芽〕及び〔育苗〕を終えた段階の「育苗」と、前記〔定植〕の各工程で、前記作製したマット１を表６の循環試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４に示すように適宜変更し、成長段階ごとのＺｎ付与による植物成長促進効果の違いを検証した。そして、前記の循環試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４で水耕栽培したフリルアイスの全重量を循環試験Ｎｏ．１のフリルアイスの全重量で除した比を成長促進倍率として算出した。その結果を表６に示す。
【００９７】
【表６】
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【００９８】
表６に示すように、ＺｎＯ粒子２による植物へのＺｎイオンの供給は、定植時と比べ、育苗時に行う方が、植物成長促進効果が高いことを確認した。
なお、栽培途中でＺｎＯ粒子２によるＺｎイオンの添加を止めると、植物成長促進効果が薄まるため、育苗から定植まで一貫してＺｎＯ粒子２によりＺｎイオンを供給することが好ましい。これは、マット１のＺｎＯ粒子２から供給していたＺｎイオン濃度が低下したことにより、マット１内と植物６の濃度のバランスが崩れて濃度勾配に逆らい、エネルギーを消費し、吸収することになるためであると言える。また、前記検証結果により、Ｚｎイオンの供給量が下がることで、初期で得られていた植物成長促進効果も低下することが確認されている。そのため、収穫までの持続性と、マット１内と植物の濃度のバランスを維持する必要があることから、水溶性を有する亜鉛化合物よりも、ク溶性を有する亜鉛化合物の方が、植物成長促進効果が高いと言える。
【００９９】
〔Ｂ−４〕マット１中のＺｎＯ粒子２の含有量による植物成長促進効果の検証
［循環試験］
マット１中のＺｎＯ粒子２の含有量ごとの植物成長促進効果について検証を行った。
この検証には、ＺｎＯ粒子２を含有する各実施例、ＺｎＯ粒子２以外を含有する比較例、又は必須元素非含有の比較例１を適用したマット１を用いて、植物成長促進効果を確認した。検証には、これら実施例及び比較例のマット１を用いて、前記［循環試験］を行った。なお、栽培植物はフリルアイスとし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を７日、３．〔定植〕期間を３０日とした。そして、採集した各マット１で水耕栽培した植物の全重量を、必須元素を含まない比較例１のマット１で水耕栽培した植物の全重量で除した比を成長促進倍率として算出した。その結果を表７に示す。なお、表７には示していないが比較例１の成長促進倍率を１．００としている。
【０１００】
【表７】
0005947993.tif 000008
【０１０１】
表７に示すように、マット１中のＺｎＯ粒子２の含有量が４．８４〜１８．６ｍｇ／欠片であるものにおいて、必須元素非含有の比較例１に比べ、植物の重量増が確認された。ただし、１８．６ｍｇ／欠片のマット１で栽培した植物は、育苗時にＺｎ過剰摂取反応である黄化現象が生じた。得られた結果から、マット１一つあたりのＺｎＯ粒子２の含有量の範囲としては、４．５ｍｇ／欠片以上１５．０ｍｇ／欠片以下とすれば植物成長促進効果が得られるといえる。また、マット１一つあたりのＺｎＯ粒子２の含有量の範囲は、好ましくは４．８４ｍｇ／欠片以上１４．１ｍｇ／欠片以下であるといえる。
【０１０２】
〔Ｂ−５〕連続栽培時のＺｎ濃度と植物成長促進効果
［循環試験］
連続的に栽培を行った際の養液７中のＺｎ濃度と植物成長促進効果について検証した。
この検証には、実施例１（ＺｎＯ；９．４９ｍｇ／欠片含有）及び比較例１（Ｚｎ非含有）のマット１を用いて循環試験を行った
【０１０３】
なお、栽培植物はフリルアイスとし、養液育苗とした。本検証では、栽培条件を以下のように変更して行った。栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を１４日、３．〔定植〕期間を２８日とし、照度１５，０００ｌｘ、室温２４℃、ＣＯ２濃度１，５００ｐｐｍとした。定植時は、照度２０，０００ｌｘ、室温２４℃、ＣＯ２濃度１，５００ｐｐｍとした。また、養液７は、ＯＡＴアグリオ社製ＯＡＴハウス  ＳＡ処方（希釈倍率１．０倍）とし、ｐＨ＝７、ＥＣ値＝２．５で行った。栽培日数は４５日×５セットとした。試験開始前、１セット終了時、及び５セット終了時の定植トレイ９内の養液７中のＺｎ濃度［ｐｐｍ］、及び５セット終了時のマット１内の養液７のＺｎ濃度［ｐｐｍ］を測定した。そして、採取した実施例１のマット１で水耕栽培した植物の全重量を、必須元素を含まない比較例１のマット１で水耕栽培した植物の全重量で除した比を成長促進倍率として算出した。また、その結果を表８及び図９に示す。
なお、栽培日数４５日×５セットとは、播種から収穫までの４５日間の栽培を継続的に５回繰り返したことをいい、各回の栽培には、新たなマット１を使用し、新たに植物の種子を播種し、栽培を行った。この間、循環装置に循環している養液７は新しい養液７に置き換えることはせず、適宜ｐＨ管理、ＥＣ値管理、水量管理等の養液７の調整程度とした。
【０１０４】
【表８】
0005947993.tif 000009
【０１０５】
表８に示すように、連続栽培により養液７中のＺｎが消費されていることが確認できた。しかし、連続栽培を５セット行い、養液７のＺｎ濃度が低下しても、実施例１（ＺｎＯ；９．４９ｍｇ／欠片含有）のマット１は、比較例１（Ｚｎ非含有）のマット１よりも植物の全重量が２割大きくなり、植物成長促進効果が優れていることが確認できた。
【０１０６】
また、〔Ｂ−３〕で述べたように、Ｚｎの濃度バランスが崩れると植物成長促進効果が得られない要因となることが確認できた。また、一般的な植物工場においても連続栽培により養液７のバランスが崩れ、植物６の収穫量が減少してしまうことがある。さらに、養液７中の必須元素はＥＣ値管理により行うことが一般的であるが、ＥＣ値管理は、多量必須元素、特に三大栄養素である窒素、リン、カリを制御する意味合いが大きい。ＥＣが低下した場合、養液７の濃度の調整を行うが、その際、添加量が水量に対し、添加量が極少量である微量必須元素の濃度まで調整することは困難である。そのため、養液７に必須元素を個別に投与するのではなく、多量必須元素、微量必須元素を含んだ総合肥料を直接、又は濃縮液を投与する方法がとられていることが多い。連続栽培を行った場合、表８に示すように、養液７中の微量必須元素の濃度が低下することがある。そのため、ＥＣ値が正常に保たれていても、微量必須元素の減少により、植物６の成長が不十分となる場合がある。そのため、今回の検証においても５セット目に養液７中のＺｎ濃度が減少していることから、収穫量が減少すると考えられた。しかしながら、表８に示すとおり、ＺｎＯ粒子２を含有するマット１を用いた場合、マット１内のＺｎ濃度が高く維持されており、５セット目においても収穫時の全重量は減少していなかった。つまり、本発明のマット１を用いることで、養液７中の微量必須元素の濃度によらず、植物６の植物成長促進効果を再現的に得ることができる。
なお、マット１内のＺｎ濃度が高く維持されていることと、〔Ａ−１〕からわかるようにマット１内で根酸が多く滞留していることから、マット１内には根から分泌した根酸が保持され、根酸によりマット１に含有しているＺｎＯ粒子２からＺｎイオンを生成しているといえる。
【０１０７】
〔Ｂ−６〕植物成長促進効果のある植物に関する確認
これまでの栽培試験では、植物工場で広く栽培されているフリルアイスについて検証を実施した。そこで、植物工場で栽培されているフリルアイス以外の植物における栽培試験の結果を表９に示す。
【０１０８】
この検証には、実施例１（ＺｎＯ；９．４９ｍｇ／欠片含有）、及び比較例１（Ｚｎ非含有）のマット１を用いて植物成長促進効果を確認した。なお、植物によって収穫までの成長速度が異なるため、栽培日数は表９に記載のとおりとした。
これら実施例１及び比較例１のマット１を用いて、前記［小型循環試験］を行った。そして、採集した実施例１のマット１で水耕栽培した植物の地上部重量を、必須元素を含まない比較例１のマット１で水耕栽培した植物の地上部重量で除した比を成長促進倍率として算出した。その結果を表９に示す。
【０１０９】
【表９】
0005947993.tif 000010
【０１１０】
表９に示すように、実施例１（ＺｎＯ；９．４９ｍｇ／欠片含有）のマット１を用いて水耕栽培を行うと、比較例１（Ｚｎ非含有）のマット１を用いて水耕栽培を行ったものと比較していずれの植物も重量が増加し、高さも高くなった。すなわち、フリルアイス以外の他の植物についても、従来よりも早く収穫可能、又は収穫重量が向上することとなる。また、葉大根については、フリルアイスと比較し、栽培期間が短いため、循環試験等において迅速な判断を行うために有効に使用することができる。
【０１１１】
〔Ｃ〕マットにク溶性の粒子を添加する意義の確認
マット１がク溶性を有するＺｎ化合物を含有する場合、「Ｚｎを根に接触させること」及び「溶出したＺｎイオンを保持するある程度の保持性」が、より優れた植物成長促進効果を生むと推察される。
そこで、以下に、マット１にク溶性を有するＺｎ化合物を含有させる理由に関する検証結果を示す。
【０１１２】
〔Ｃ−１〕栽培時のマット１内における水溶液の保持力
［保持試験］
前記〔Ａ−１〕及び〔Ｂ−５〕の検証により、マット１が根酸及びＺｎイオンを保持していることを確認した。
そこで、以下では、実際の栽培でマット１内の養液７がどの程度保持されるのか検証試験を行った。試験は、以下の方法により行った。本検証では、比較例１（Ｚｎ非含有）のマット１を使用した。
【０１１３】
〔試験方法〕
（１）マット１に赤く着色した水を含ませ、植物の播種は行わずに定植パネル１０へ入れ、青く着色した養液７を充填した試験容器に設置した。
（２）水中モータ１１により青く着色した養液７を循環させ（水中モータ１１の流量：１．８Ｌ／ｍｉｎ）、マット１に含まれた赤い水が青い水に置き換わるまでの様子を観察した。
【０１１４】
その結果、比較例１のマット１に含まれる液が青色に完全に置き換わるまでに１２〜２４時間近くを要した。また、〔Ａ−１〕で行った根酸の検出試験により、マット１内に根酸が検出された。〔Ｂ−５〕で行った循環試験により、マット１内のＺｎ濃度が養液７より高く保持されていることを確認した。これら〔Ａ−１〕及び〔Ｂ−５〕の結果と今回の結果より、マット１内に溶出した根酸とＺｎイオンが養液７に完全に置き換わる前に、〔Ｂ−５〕で得られたように、それぞれが徐々に分泌・溶出し、マット１内にＺｎイオンが保持されていると言える。
【０１１５】
〔Ｃ−２〕セル数による効果
以下では、マット１のセル数による植物成長促進効果と保持できる水の量、及びセル数によるＺｎイオンの溶出量を確認した。
（植物成長促進効果）
［育苗試験］
はじめに、マット１のセル数による植物成長促進効果を確認した。
検証は、実施例１、６及び比較例１、２１、２２のマット１を用いて、前記［育苗試験］を行った。なお、栽培植物は葉大根とし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を１１日とした。セル数ごとのＺｎ付与による成長促進倍率の違いを検証した。そして、採集した各マット１で水耕栽培した植物の地上部重量を、比較例１のマット１で水耕栽培した植物の地上部重量で除した比を成長促進倍率として算出した。各セル数とその結果を表１０に示す。
【０１１６】
【表１０】
0005947993.tif 000011
【０１１７】
表１０に示すように、マット１にＺｎＯ粒子２を９．４９ｍｇ／欠片含有し、セル数１３〜５０個／２５ｍｍであるマット１（実施例１、６）は、植物の成長促進倍率が他の例よりも優れていることが確認された。ＺｎＯ粒子２を含有しない、セル数５０個／２５ｍｍのマット１（比較例１）に対し、同じくセル数５０個／２５ｍｍであり、ＺｎＯ粒子２を９．４９ｍｇ含有するマット１（実施例１）は、成長促進効果を示す。しかし、セル数７．５個／２５ｍｍであり、ＺｎＯ粒子２を９．４９ｍｇ含有するマット１（比較例２２）においては、成長の遅延がみられた。
その理由として、セル数が少ないマット１は、後述するマットの保水力の低下により、根酸をマット１内に留めておく能力が低下することが考えられる。また、マット１のセルが粗くなること、すなわち、マットの骨格が太くなることにより、マットの骨格に分散、固定したＺｎＯが根酸に触れる機会が減り、Ｚｎイオンの溶出量が減少していることが考えられる。
【０１１８】
（保水量）
次に、マット１のセル数によって保持できる水の量を確認した。
［保水量試験］
マット１の保水量の試験は次のようにして行った。
〔試験方法〕
（１）マット１（サイズ縦２４ｍｍ×横２４ｍｍ×厚さ２８ｍｍ）は、試験前に重量を測定し、浸漬前重量とした。
（２）マット１を１００ｍＬの水が入った２００ｍＬビーカーに浸け、１０回揉み込み、マット内に含まれる空気を追い出し、水を含浸した。
（３）マット１を水がこぼれないように取り出し、重量を測定し、浸漬後重量とした。
（４）浸漬前後の重量から、マット１が保持した水の量を算出し、保水量とした。
【０１１９】
なお、検証は、実施例１、５、６及び比較例２２に係るマット１を用いて、前記［保水量試験］を行った。マット１の各セル数、及び試験の結果を表１１に示す。
【０１２０】
【表１１】
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【０１２１】
表１１に示すように、セル数が多いほどマット１の保水量も多くなることが確認できた。このことから、セル数が多くなるほど、連続気泡の骨格間が狭くなり、毛細管現象により保持できる水の量が多くなるといえる。そのため、養液７に浮かべた定植パネル１０に固定されたマット１は、養液７に触れた部分及び根の毛細管現象により吸い上げられた養液７をマット１内に多くの養液７を保持することができる。また、マット１が保持できる養液７の量が増えるということは、分泌された根酸及び溶出したＺｎイオンを保持する量も増えるということである。
【０１２２】
（溶出量）
次に、マット１のセル数によって、溶出するＺｎイオン濃度を確認した。
［Ｚｎイオン溶出試験］
マット１から溶出するＺｎイオンの溶出量の試験は、次のように行った。
〔試験方法〕
（１）マット１（サイズ縦２４ｍｍ×横２４ｍｍ×厚さ２８ｍｍ）を、２０ｍＬのイオン交換水へ浸け、１０回揉み込んだ。
（２）得られた溶出液を採取し、比色法にてＺｎイオン濃度を測定した。本検証においては、共立理化学研究所社製のパックテスト  亜鉛（低濃度）を用いて着色し、着色検体の吸光度を日本分光社製  紫外可視近赤外分光光度計（Ｖ−７５０ｉＲＭ）にて測定し、定量分析した。ここでいう「比色法」とは、試薬などを用いてサンプルを発色させ、その発色度合いから濃度などを測定する方法である。
【０１２３】
なお、検証は、実施例１、５、６、及び比較例２２に係るマット１を用いて、前記［Ｚｎイオン溶出試験］を行った。マット１の各セル数及び、試験の結果を表１２及び図９に示す。
【０１２４】
【表１２】
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【０１２５】
表１２及び図９に示すように、セル数５０個/２５ｍｍ以外のＺｎイオン濃度を確認すると、セル数が増加するのに伴い、溶出しているＺｎイオン濃度が増加していることが確認できた。これは、セル数の減少によりマット１の基体となる軟質ポリウレタンフォームの樹脂骨格が太くなり、樹脂中に埋没しているＺｎＯの割合が多くなった結果、Ｚｎイオン溶出量が減ったためといえる。
【０１２６】
〔Ｃ−３〕マット１に含有させた場合と、養液へ直接添加した場合と、によるＺｎの植物成長促進効果の違い
［小型循環試験］
次に、ＺｎＯ粒子２をマット１に含有させた場合と、養液７のＺｎ濃度を直接高くした場合とで、植物成長促進効果の違いを検証した。
なお、検証は、表１３の小型循環試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４に示すように、実施例１及び比較例１に係るマット１を用いて、前記［小型循環試験］を行った。栽培植物はフリルアイスとし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を７日、３．〔定植〕期間を２７日とした。養液７はＯＡＴアグリオ社製ＯＡＴハウス  Ａ処方（希釈倍率１．０倍）（Ｚｎ濃度０．０９ｐｐｍ）を使用したが、それと対比するために、当該養液７にＺｎＳＯ４を添加してＺｎ濃度を１ｐｐｍに高めた養液７を用いて水耕栽培を行った。前記の小型循環試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４で水耕栽培したフリルアイスの地上部重量を小型循環試験Ｎｏ．１及びＮｏ．２のフリルアイスの地上部重量で除した比をそれぞれ成長促進倍率として算出した。その結果を表１３に示す。
【０１２７】
【表１３】
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【０１２８】
表１３に示すように、実施例１のマット１は、養液７のＺｎ濃度によらず、比較例１のマット１よりも植物の成長促進倍率が優れていた。また、比較例１のマット１で養液７中のＺｎ濃度が０．０９ｐｐｍ（小型循環試験Ｎｏ．１）と１．００ｐｐｍ（小型循環試験Ｎｏ．２）を比較すると、Ｚｎ濃度が増加したことにより多少の成長促進効果が得られた。しかし、実施例１のマット１のように、マット１にＺｎＯ粒子２を含有させると、２割以上の促進効果が得られた。
すなわち、この結果から、ＺｎＯ粒子２はマット１に含有させた方が植物の成長促進効果を得られ易いことが確認された。これは、先の項目にて検証した結果でも、マット１に添加したことにより、根から溶出される根酸がＺｎイオンを溶出させ、溶出したＺｎイオンがマット１の保水性によって、周りの養液７に流亡することなくマット１中に保持されていることが明らかになっている点からも立証できる。
【０１２９】
なお、一般的な水耕栽培では、植物６の根は循環している養液７中に浸漬しているため、根から分泌された根酸を自らの根圏に留めておくことができず、ク溶性化合物を吸収することは困難である。また、水溶性化合物を養液７に添加しておくことで、化合物を吸収した効果を得ることができるが、養液７中に含まれる低濃度の微量必須元素を吸収させる効率は悪い。また、水耕栽培において微量必須元素を管理することは非常に困難であり、非効率である。
これに対して、本発明においては、ＺｎＯ粒子２をマット１に含有させたことによって、ク溶性を有するＺｎＯ粒子２の特性を最大限に生かせる。
【０１３０】
〔Ｄ〕Ｚｎを含む粒子による植物成長促進効果の原理に関する考察
〔Ｄ−１〕光合成の促進（検証１）
［光合成試験］
Ｚｎは、植物が行う光合成の基本回路であるカルビン・ベンソン回路にＣＯ２を供給するために必要な炭酸脱水酵素（ＣＡ）の活性中心である。そのため、マット１にＺｎを添加することにより、炭酸脱水酵素の増加に伴い光合成速度が向上し、植物の成長を促進していると推察できる。以下、本発明のマット１により、実際に光合成速度が向上していることを検証した。
【０１３１】
光合成試験は、図６に示す装置を用い、次のようにして行った。
〔試験方法〕
（１）同化箱１９に植物６を設置した。本発明における「同化箱」とは、植物の光合成を行う密閉可能な容器である。同化箱１９は、透明アクリル樹脂からなり、同化箱１９への空気の流入口、流出口を設けてある。同化箱１９内に植物６を入れて密閉し、光源８から光を照射することにより植物に光合成を行わせ、同化箱前後の空気中ＣＯ２濃度から光合成速度を求めるものである
（２）植物６は、水２０の入ったビーカーに入れ、揚水可能な状態にした。
（３）エアーポンプ１５にてＣＯ２濃度調整気体を、流量計１７、送気側ＣＯ２モニタ１８を経由し、同化箱１９へ供給した。送気する気体の流速は５００ｍＬ／分で供給した。
（４）同化箱１９には、光合成を行うための光を上面より光源８から照射した。光源８は、三波長型蛍光灯（昼光色）、照度１５，０００ｌｘを用いた。
（５）光合成後の空気は排気側ＣＯ２モニタ２１を経由して排出させた。
（６）送気、排気のＣＯ２濃度の差分、空気流量の関係から、植物６の葉面積あたりの光合成速度を算出した。試験時間は３０分とした。
【０１３２】
なお、マット１は、表１４に示すように、実施例１及び比較例１をそれぞれ用い、前記［小型循環試験］を行った。さらに、ＺｎＯ粒子２を２ｗ／ｗ％を含有するマット１が、養液７中に溶出するのと同じ濃度になるようにＺｎＯ粒子２を養液７に添加し（育苗２０ｍＬ／株時１．８６ｐｐｍ、定植１Ｌ／株時０．０３７２ｐｐｍ）、以下の条件で比較検証を行った。栽培植物は葉大根とし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を７日、３．〔定植〕期間を９日とした。
そして、採集した各マット１で水耕栽培した植物の地上部重量を、必須元素を含まない比較例１のマット１で水耕栽培した植物の地上部重量で除した比を成長促進倍率として算出した。水耕栽培終了後、前記［光合成試験］にて光合成速度を算出し、各栽培における光合成速度を比較例１のマット１を用いて栽培した場合の光合成速度で除した比を光合成促進倍率とした。なお、送気したＣＯ２の濃度は７００ｐｐｍとした。その結果を表１４に示す。
【０１３３】
【表１４】
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【０１３４】
表１４に示すように、Ｚｎを植物に供給することで光合成速度が向上していることが確認できた。さらに、実施例１のマット１のように、マット１にＺｎＯ粒子２を９．４９ｍｇ含有させた方が、養液７にＺｎＯを添加するより葉面積あたりの光合成速度が高いことが確認された。
【０１３５】
〔Ｄ−２〕光合成の促進（検証２）
前記〔Ｄ−１〕にて、Ｚｎを植物に供給することで、光合成速度が向上することが確認された。植物工場では、光合成を促すためＣＯ２濃度を７００〜２，０００ｐｐｍと増加させて栽培している。そこで、ＣＯ２濃度が変化しても、同様にマット１により光合成速度が向上することを検証した。
【０１３６】
なお、検証は、表１５に示すように、実施例１及び比較例１に係るマット１を用いて、前記［小型循環試験］にて植物の水耕栽培を行った。栽培植物はフリルアイスとし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を１０日とし、３．〔定植〕期間を４３日とした。
水耕栽培終了後、前記［光合成試験］にて光合成速度を算出した。なお、送気したＣＯ２の濃度及び栽培条件は前記〔Ｄ−１〕と同様とした。その結果を表１５及び図１０に示す。
【０１３７】
【表１５】
0005947993.tif 000016
【０１３８】
表１５及び図１０に示すように、ＺｎＯ粒子２を９．４９ｍｇ含有した実施例１のマット１を用いて水耕栽培を行うと、比較例１と比較して低ＣＯ２濃度から高ＣＯ２濃度まで全般に渡って光合成速度が高いことが確認された。これは、Ｚｎイオンが根から吸収され、一部が炭酸脱水酵素となり光合成処理量が増加したためであり、その結果、植物成長促進効果が得られたと結論づけることができる。
【０１３９】
〔Ｆ〕防藻効果の確認
〔Ｆ−１〕粒子径と藻類抑制率の関係
［藻類試験］
次に、マット１に含有させたＺｎＯ粒子２の粒子径により、ミー散乱やレイリー散乱を起こし、マット１の天面からマット内部への光の透過を減衰することで藻類の発生・繁殖を抑制していることを確認した。また、藻類抑制に対する効果として、光の散乱による効果とＺｎＯの抗菌効果の差を確認するため、ＺｎＯ粒子２を含有したマット１とは別に、養液７にＺｎＯを添加した検証も行った。
【０１４０】
藻類試験は、図７に示す装置を用い、次のようにして行った。
〔試験方法〕
（１）小型の試験容器２２に養液７を充填し、定植パネル１０の中心に設けた孔に、養液７を含浸させたマット１を定植パネル１０の天面とマット１の天面の高さが一致するように固定し、養液７に浮かべた。養液７は１５０ｍＬとし、マット１は縦２４ｍｍ×横２４ｍｍ×厚さ２８ｍｍのサイズで行った。
（２）藻類を含んだ水を養液７中に投入し、光源８の下に置いた。
（３）開始時の養液７中の藻類数を２３２個／μＬに合わせた。
（４）光源８は、三波長型蛍光灯（昼光色）照度１８，０００ｌｘ、照射時間：２４時間／日の条件で照射し、１週間静置した。
（５）１週間静置後、藻類が繁殖したマット１に含浸している養液７をサンプルとして回収し、マット１中の藻類の繁殖状態を確認した。
（６）サンプルを管瓶に搾取し、任意倍率に希釈し、観察機器及び血球計算盤を用いて藻類数を計数した。
【０１４１】
なお、試験容器と定植パネル及び測定機器は次のものを用いた。
〔試験容器と定植パネル〕
試験容器    ：８０ｍｍ×８０ｍｍ×５０ｍｍ
定植パネル  ：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１０ｍｍ
〔測定機器〕
使用機器    ：血球計算盤  Hirschmann Laborgerate社製  改良ノイバウエル型
観察機器    ：ハイロックス社製デジタルマイクロスコープ  ＫＨ−７７００
【０１４２】
検証には、各実施例、及び比較例として、様々な平均粒子径のＺｎＯ粒子２を４．８４ｍｇ／欠片含有させたマット１を用いた。ＺｎＯ粒子２は表１に示す平均粒子径０．０１〜１０μｍの各ＺｎＯ（平均粒子径０．０１μｍ、１０μｍのものはハクスイテック社製、他の平均粒子径のものは堺化学工業社製）に替えて各マット１を作製した。これらのマット１と対比するため、比較例１のマット１を前記と同様にして作製した。
【０１４３】
そして、平均粒子径と藻類抑制率の関係の確認は、前記［藻類試験］にて行った。
なお、ＺｎＯによる抗菌効果により防藻効果を得られるか確認するため、表１６に示す平均粒子径０．０２〜０．６０μｍのＺｎＯ粒子２を養液７に含有（含有量；４０ｍｇ／Ｌ及び４．２ｍｇ／Ｌ）させ、比較例１のマットにて検証を行った。その結果を表１６に示す。なお、表１６中「−」は評価を行っていないことを示す。本発明における「藻類抑制率」とは、マット１、養液７のいずれにもＺｎＯを添加せず、かつ、マット１にトナーを添加していない状態で藻類試験を行った際の藻類数を基準としたときの、減少した藻類数の割合をいう。
【０１４４】
【表１６】
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【０１４５】
クロロフィルが光合成で用いる光の波長は、例えば、藻類が持つクロロフィルａ、ｂを対象とした場合、約４００〜５００ｎｍの範囲及び約５５０〜７００ｎｍの範囲となる。これらの波長の範囲から計算されるミー散乱が最大となる粒子径は、０．２〜０．７μｍである。さらに今回用いた光源８は、三波長型蛍光灯（昼光色）であり、三波長型蛍光灯（昼光色）の発する光で、且つクロロフィルａ、ｂが吸収する光の波長は、４４０〜４８０ｎｍ、及び６１０ｎｍ付近の光となる。そのため、好ましい平均粒子径は０．３μｍである。これに対し、表１６に示すように、マット１が平均粒子径０．２９μｍのＺｎＯ粒子２を含有する場合（実施例２）に、最も高い防藻効果（藻類抑制率）が得られることが確認された。また、マット１に平均粒子径０．０２μｍのＺｎＯ粒子２を含有する場合（実施例７）もレイリー散乱によって藻類の抑制効果が得られた。しかし、マット１に平均粒子径０．０１μｍの粒子２が含有された場合（比較例２３）においては、藻類抑制率が減少していた。これは、レイリー散乱の特徴により、粒子径が小さくなることによって可視光の透過率が高くなってしまったためと考えられる。
これらのことから、ＬＥＤや太陽光の場合も同様に光源が発する光の波長に合わせて任意に平均粒子径（０．０２〜０．７μｍ）を選択することで、最も高い藻類抑制率を得ることができる。
【０１４６】
その一方で、養液７がＺｎＯ粒子２を含有するだけではマット１に防藻効果が得られ難く、養液７のＺｎＯ粒子２の含有量が４．２ｍｇ／Ｌの場合、かえってマット１に藻類の発生・繁殖を促してしまった。前記したように、藻類が発生するには、「光」、「水」、「栄養」が必要であり、植物と同様に微量必須元素のＺｎを含んだＺｎＯでは、藻類の発生・繁殖を促してしまったといえる。つまり、ＺｎＯ粒子２は抗菌効果により藻類を抑制することよりも、マット１に含有させたＺｎＯ粒子２によるミー散乱やレイリー散乱により、マット１の天面からマット内部への光の透過を減衰することで、最も高い藻類抑制率を得ることができる。
【０１４７】
〔Ｆ−２〕ＺｎＯによる抗菌効果の有無
［抗菌試験］
前記〔Ｆ−１〕により、養液７にＺｎＯ粒子２を添加しても、防藻効果が確認できなかった。本試験では、さらにＺｎＯによる抗菌効果について確認するため、一般生菌数の測定を行った。
【０１４８】
〔一般生菌数測定方法〕
一般生菌数は下記の方法にて算出した。
（希釈）
（１）系外からの菌の混入を防止するため、クリーンブース内で実施した。
（２）ピペットチップを用いて、ガラス瓶に検体として養液１ｍＬを分注した。
（３）そこへ、希釈水（滅菌済みリン酸緩衝生理食塩水）９ｍＬを投入し、よく撹拌した。これを１０倍希釈検体とした。
（４）同様の希釈操作を繰り返し、一般生菌培養後の集落数が３０〜３００となるような希釈倍率に調製した。
（接種）
（５）系外からの菌の混入を防止するため、クリーンブース内で実施した。
（６）ペトリフィルム培地ＡＣプレート（スリーエム社製）を平らな面におき、上部フィルムを持ち上げた。
（７）適当な希釈段階の検体１ｍＬを、ペトリフィルムの下部フィルムの中央に滴下した。
（８）持ち上げている上部フィルムを離し、フィルムを自然に落とした。
（９）スプレッダー（押しつけ板）の凹面を下側にして、滴下部分の上部フィルムの上に置いた。
（１０）スプレッダーを上から押し、滴下部分が円形に広がるようにした。
（１１）スプレッダーを取り除き、１分以上放置して滴下部分をゲル化させた。
（培養）
（１２）上部フィルムを上側にして培養した。培養条件は、培養条件：３５±１℃、４８±３時間で行った。
（計数）
（１３）培養の終了したペトリフィルムを恒温槽から取り出し、赤く染色された集落数の計数を行った。
（算出）
（１４）計測した集落数から希釈倍率を掛け、希釈前の検体の一般生菌数とした。
【０１４９】
検証には、各実施例、及び比較例として、表１７に示すように、各粒子径のＺｎＯ粒子２を４．８４ｍｇ／欠片含有させた実施例７、９のマット１を用いた。これらのマット１と対比するため、比較例１のマット１を前記と同様にして作製した。
【０１５０】
これらのマット１を用いて、前記［小型循環試験］を行った。なお、栽培植物はフリルアイスとし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕は行わず、３．〔定植〕期間を１１日とした。その後、マット１中の養液７と槽内の養液７を前記〔一般生菌数測定方法〕にて一般生菌数を得た。その結果を表１７に示す。
【０１５１】
【表１７】
0005947993.tif 000018
【０１５２】
表１７に示す結果から、いずれの例においても一般生菌数に大きな差は認められなかった。つまり、いずれの例においても抗菌効果が得られないことが確認された。このことから、今回の結果からも、〔Ｆ−１〕で得られた結果同様に、防藻効果は抗菌効果で得られているのではなく、抗菌効果とは異なる作用によって得られたといえる。
【０１５３】
〔Ｆ−３〕セル数ごとのＺｎＯによる防藻効果
［藻類試験］
マット１のセル数を変えた場合のＺｎＯ粒子２による防藻効果の確認を行った。
なお、確認は、表１８に示すように、実施例１、５、６及び比較例１、２１、２２に係るマット１を用いて、前記［藻類試験］を行った。マット１の各セル数及び試験の結果（藻類抑制率）を表１８に示す。
【０１５４】
【表１８】
0005947993.tif 000019
【０１５５】
表１８の結果から、セル数５０個／２５ｍｍであり、ＺｎＯ粒子２を含有しないマット１（比較例１）に対し、セル数１３個／２５ｍｍであり、同じくＺｎＯ粒子２を含有しないマット１（比較例２１）は、若干の藻類数の抑制が確認できた。しかし、これは、保水力の低下により、マット１の上部が乾燥した状態となり、藻類の繁殖が制限されたものである。
これに対し、セル数５０個／２５ｍｍ、３０個／２５ｍｍでＺｎＯ粒子２を９．４９ｍｇ／欠片含有するマット１（実施例１、５）は、優れた防藻効果を確認した。一方、同様にＺｎＯ粒子２を９．４９ｍｇ／欠片含有し、セル数１３個／２５ｍｍ、７．５個／２５ｍｍであるマット１（実施例６、比較例２２）は、ＺｎＯ粒子２を含有しない、セル数１３個／２５ｍｍのマット１（比較例２１）と同等の藻類抑制率しか得られなかった。これは、マット１のセル数が少なく、すなわちセルが粗く、マット１の骨格に分散、固定したＺｎＯ粒子２に光が照射される機会が減り、光の散乱効果を得られず、マット１上部の乾燥による防藻効果しか得られなかったためといえる。
【０１５６】
〔Ｃ−２〕と〔Ｆ−３〕の結果から、マット１のセル数は、１０〜１００個／２５ｍｍとするのが好ましく、３０〜７０個／２５ｍｍとするのがより好ましい。マット１のセル数をこのようにすることで、植物成長促進、藻類抑制のいずれにも効果を発現するマット１とすることができる。
【０１５７】
〔Ｆ−４〕マットの着色による防藻効果
［藻類試験］
マット１に着色を行い、マット１の明度による防藻効果の検証を行った。
マット１のＺｎＯ粒子２をトナーＦＴＲ−５５７０［カーボンブラック含有率２０〜３０％］（大日精化工業社製）に替えてマット１を作製した。比較例２７、２８、２９、３０及び３１として、トナーの含有量を変更し、マット１の明度を調整した。
【０１５８】
本検証は、前記比較例とトナーＦＴＲ−５５７０を含まない比較例１のマット１を用い、［藻類試験］にて行った。その結果を表１９に示す。なお、明度は、日本電色工業社製  簡易型分光色差計ＮＦ３３３を用いて測定した。
【０１５９】
【表１９】
0005947993.tif 000020
【０１６０】
表１９に示すように、マット１の色の明度が減少するのに伴い、藻類抑制率が向上している。これは、マット１の色により光を吸収し、侵入光を減衰させているためといえる。
ただし、明度が低くなり、色が暗くなると、光の反射量が減り、植物６が徒長を引き起こすことを確認した。徒長が生じると、品質の低下につながる。なお、本明細書における「徒長」とは、光が不足するなどが原因となり、植物の葉や茎が必要以上に間延びしてしまうことをいう。徒長することで、虚弱化し病気になり易く、収穫量も減ってしまう。
【０１６１】
（明度による光量影響）
マット１の明度によって、光量にどのくらい影響があるか確認を行った。
光源８として三波長型蛍光灯（昼光色）を用い、光源８の下に、４×６＝２４欠片（総サイズ９６×１４４×２８ｍｍ）の着色したマット１を光源から１５ｃｍ離して置き、光量を測定した。光量の測定はDigital Lux Meter(IntellInstruments Plus社製)を用いて行った。試験は、図８のように行った。なお、照度計２３は、マット１の上に置き、センサーを光源８に向けるように設置し、光量を測定した。その結果を表２０に示す。
【０１６２】
【表２０】
0005947993.tif 000021
【０１６３】
表２０に示すように、明度が低くなるにつれ、光量が減少していることを確認した。これは、明度が低くなるにつれ、光が吸収され光量が減少しているためである。そのため、育苗初期、植物が小さい段階では、上記光量の差が影響し、徒長の現象が現れたといえる。
なお、マット１の着色による藻類の抑制は、前記したＺｎＯ粒子２を用いることによる防藻効果と相まってより高い防藻効果が得られる。しかし、マット１の着色は、植物６の成長に影響を及ぼす可能性があるため、マット１の明度の調整尚且つ育苗初期、植物６が小さい段階では注意が必要である。
【０１６４】
〔Ｆ−５〕防藻効果と植物成長促進効果の確認
［小型循環試験］
前記〔Ｆ−１〕〜〔Ｆ−４〕の検証で、ＺｎＯ粒子２を用いた防藻効果が確認された。そこで、藻類を抑制することにより、植物への成長阻害が抑制される効果の確認と、ＺｎＯ粒子２による植物成長促進効果の確認を行った。
本検証では、実施例１、及び比較例３３のマットを用いた。これらのマット１と対比するため、比較例１として、ＺｎＯ粒子２非含有のマット１を前記と同様にして作製した。
【０１６５】
粒子による防藻効果と植物成長促進効果の確認は、前記［小型循環試験］にて行った。
なお、栽培植物は葉大根とし、栽培日数は、１．〔発芽〕期間を３日、２．〔育苗〕期間を７日、〔定植〕期間を１１日とした。比較例１と対比した藻類抑制率と、各マット１で水耕栽培した植物の地上部重量を、必須元素を含まない比較例１のマット１で水耕栽培した植物の地上部重量で除した比を成長促進倍率として算出した。その結果を表２１に示す。
【０１６６】
【表２１】
0005947993.tif 000022
【０１６７】
表２１に示すように、ＦＴＲ−５５７０（比較例３３）及びＺｎＯ粒子２（実施例１）共に同程度の防藻効果の場合、ＦＴＲ−５５７０（比較例３３）及びＺｎＯ粒子２（実施例１）共に比較例１と比較して植物の重量が増加していることが確認された。これは、前記したように、藻類の抑制により、藻類による植物への成長阻害が抑制されたためといえる。さらに、実施例１は微量必須元素Ｚｎを含むので、植物の重量が特に増加していることが確認された。
【０１６８】
以上に説明したように、本発明の要件を満たすマット１の有する植物成長促進効果は、播種から収穫までの期間を短縮したい、あるいは収穫重量を増加させたいという、植物工場で水耕栽培を行う生産者の要求を解消し得るものである。また、本発明の要件を満たすマット１の有する防藻効果は、植物、特に野菜などの植物の根を支持するマットが藻類で汚染されることもないから見た目にもよく、消費者にも好まれるものである。
【符号の説明】
【０１６９】
１      マット（水耕栽培用マット）
２      ＺｎＯ粒子
３      樹脂発泡体
【要約】
【課題】植物成長促進効果及び防藻効果を有する水耕栽培用マットを提供する。
【解決手段】本発明に係る水耕栽培用マット１は、植物の成長に必要な微量必須元素であるＺｎを、ク溶性を有するＺｎＯ粒子２（酸化亜鉛）として樹脂発泡体３内に含有し、且つ、このＺｎＯ粒子２の平均粒子径を藻類が持つクロロフィルが吸収する光の波長に対して散乱を生じる範囲（０．０２μｍ以上０．７μｍ以下）で所定量（４．５ｍｇ／欠片以上１５．０ｍｇ／欠片以下）含有している。
【選択図】図１【図１】
0005947993.tif 000023
【図３】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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