(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水産養殖部と水耕栽培部とを有する系内で水を循環させて、前記水産養殖部で水棲生物及び／又は前記水棲生物の卵を養殖し、前記水耕栽培部で農産物を栽培するシステムの前記水耕栽培部用のメディアベッドであって、
前記メディアベッドは、
前記水産養殖部から供給された水を浄化する浄化槽と、
前記メディアベッド内の水の鉛直方向の水位が第１の水位に達した場合に、第２の水位になるまで水を排出する溶液間歇装置と、
鉛直方向下側から吸水シート、防根透水シート及び培地を含んで構成される栽培部と、
を有し、
前記第１の水位は、前記吸水シートの位置に設定されている、メディアベッド。
【請求項２】
前記吸水シートの縁部、又は、前記吸水シート及び防根透水シートの縁部が上向きに折り返されている、請求項１に記載のメディアベッド。
【請求項３】
前記培地は、パーライト、軽石砂、溶岩砂、珊瑚砂、川砂、日向土、通気性及び毛管吸水性を有する培養土の群から選択される１又は２以上の材料を含み、４〜７ｍｍの範囲内の粒子径を有する、請求項１又は２に記載のメディアベッド。
【請求項４】
前記浄化槽には、樹脂製又はステンレス等の金属製の網で形成された、固形物捕捉部が設けられている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のメディアベッド。
【請求項５】
水産養殖部と水耕栽培部とを有する系内で水を循環させて、前記水産養殖部で水棲生物及び／又は前記水棲生物の卵を養殖し、前記水耕栽培部で農産物を栽培するシステムであって、
前記水耕栽培部は、
前記水産養殖部から供給された水を浄化する浄化槽と、
前記水耕栽培部内の水の鉛直方向の水位が第１の水位に達した場合に、第２の水位になるまで水を排出する溶液間歇装置と、
鉛直方向下側から吸水シート、防根透水シート及び培地を含んで構成される栽培部と、
を有し、前記第１の水位は、前記吸水シートの位置に設定されており、
前記水産養殖部は、
前記水棲生物を飼育する飼育槽と、
前記飼育槽内の水を前記水耕栽培部へと供給する水流ポンプと、
前記飼育槽を曝気するエアポンプと
を有する、システム。
【請求項６】
水産養殖部と水耕栽培部とを有する系内で水を循環させて、前記水産養殖部で水棲生物及び／又は前記水棲生物の卵を養殖し、前記水耕栽培部で農産物を栽培するシステムを用いた水耕栽培方法であって、
前記水耕栽培部は、
前記水産養殖部から供給された水を浄化する浄化槽と、
前記水耕栽培部内の水の鉛直方向の水位が第１の水位に達した場合に、第２の水位になるまで水を排出する溶液間歇装置と、
鉛直方向下側から吸水シート、防根透水シート及び培地を含んで構成される栽培部と、
を有し、
前記第１の水位は、前記吸水シートの位置に設定されている、栽培方法。
【請求項７】
水産養殖部と水耕栽培部とを有する系内で水を循環させて、前記水産養殖部で水棲生物及び／又は前記水棲生物の卵を前記水耕栽培部で農産物を生産するシステムを用いた水産養殖方法であって、
前記水耕栽培部は、
前記水産養殖部から供給された水を浄化する、浄化槽と、
前記水耕栽培部内の水の鉛直方向の水位が第１の水位に達した場合に、第２の水位になるまで水を排出する溶液間歇装置と、
鉛直方向下側から吸水シート、防根透水シート及び培地を含んで構成される栽培部と、
を有し、
前記第１の水位は、前記吸水シートの位置に設定されている、養殖方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メディアベッド、システム、栽培方法及び養殖方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水産養殖（魚及び／又は魚卵の養殖）と水耕栽培とを組み合わせて、水棲生物及び／又はその卵と農産物とを生産する技術の開発が進んでいる。この技術は、アクアカルチャー（養殖）とハイドロポニックス（水耕栽培）との言葉を組み合わせて、当業者からはアクアポニックスと呼ばれる。
【０００３】
アクアポニックスの栽培システムの種類としては、主として３つの種類が提案されている。具体的には、植物の栽培ベッドを水路に浮かべる湛液方式（DWC方式）、桶状容器に植物を植えて、微量の養液を送る薄膜方式（NFT方式）及び培地（メディア）が敷き詰めた容器（メディアベッド）に植物を植え、ベルサイフォン等の溶液間歇装置で水を供給するメディアフィルドグローベッド方式（MFG方式；メディアベッド方式とも称されるため、以後メディアベッド方式と呼ぶ）の３つの方式が提案されている（非特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Aquaponics Guidelines, August 2015, ISBN: 978-9935-9283-1-3, printed by Haskolaprent, Reykjavik, Iceland, Layout: Anna Maria Proppe,  https://www.researchgate.net/publication/282732809_Aquaponics_Guidelines
【非特許文献２】Small-scale aquaponic food production. Integrated fish and plant farming; FAO Fisheries and Aquaculture Technical Paper, No. 589,  2014
【非特許文献３】国内外のアクアポニックス現状と今後の可能性：養殖ビジネス２０１５年１２月号、Ｐ９〜Ｐ１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記３つの方式はいずれも、水産養殖と水耕栽培とで水（他の成分を含んでいても良い）を循環させるシステムであり、水耕栽培の栽培条件が水産養殖の養殖条件に影響を及ぼす。そのため、水耕栽培の栽培条件を最適化した場合、水棲生物に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００６】
また、水耕栽培の植物は系内の水を浄化する機能を果たすが、農作物の交換（植替え）期に水質浄化に必要な植物量が不足し、養殖部において頻繁に水替えをする必要がある。上記方式の中でメディアベッド方式は、系内に物理ろ過及び生物ろ過機能を有する栽培システムであるため水替え頻度は少なくて済むが、植物の根がメディアベッド全体に絡み付くため、その清掃除去に大きな労力を必要とする。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑み提案されたものであり、その目的として、一つの側面では、栽培条件を制御でき、水質浄化性に優れ、農作物の容易な交換を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るメディアベッドは、水産養殖部と水耕栽培部とを有する系内で水を循環させて、前記水産養殖部で水棲生物及び／又は前記水棲生物の卵を養殖し、前記水耕栽培部で農産物を栽培するシステムの前記水耕栽培部用のメディアベッドであって、前記メディアベッドは、前記水産養殖部から供給された水を浄化する浄化槽と、前記メディアベッド内の水の鉛直方向の水位が第１の水位に達した場合に、第２の水位になるまで水を排出する溶液間歇装置と、鉛直方向下側から吸水シート、防根透水シート及び培地を含んで構成される栽培部を有し、前記第１の水位は、前記吸水シートの位置に設定されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、一つの側面では、栽培条件を制御でき、水質浄化性に優れ、農作物の容易な交換を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のメディアベッド方式のアクアポニックスシステムの外観構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムの外観構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るメディアベッドにおける水位変化を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るメディアベッドの根域制限栽培部への施肥を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培部の交換を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培部の交換を説明するための他の図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培キットを説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培部の消毒方法を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培部の配置換えを説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るメディアベッドの根域制限栽培部の再利用方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
＜従来のアクアポニックスシステム＞
先ず、図１を参照して従来のアクアポニックスシステムについて簡単に説明する。図１に従来のアクアポニックスシステムの外観構成を示す。
【００１２】
図１に示すように、従来のアクアポニックスシステム１００は、水産養殖用の水産養殖部１１０と、水耕栽培用の水耕栽培部１２０とを有する。アクアポニックスシステム１００においては、水産養殖部１１０と水耕栽培部１２０との間（系内）で水を循環させて、水棲生物Ｆ（及び／又はその卵）と農産物とを生産するシステムである。なお、ここで言う水とは、主成分が水であれば、植物の栄養素等の他の液体成分や、水棲生物の飼育等に起因する他の水溶性成分又は水に不溶の他の成分を含んでいても良いが、その場合でも以後単に水と呼ぶ。
【００１３】
水産養殖部１１０は、水産養殖により水棲生物Ｆ（及び／又はその卵）を養殖するためのシステムであり、飼育槽１１１、水流ポンプ１１２、エアポンプ１１３を有する。飼育槽１１１は、水棲生物Ｆを飼育する水槽である。水流ポンプ１１２は、水産養殖部１１０から水耕栽培部１２０へと水を供給するためのポンプである。エアポンプ１１３は、水棲生物Ｆの飼育のために、飼育槽１１１を曝気するためのポンプである。
【００１４】
また、水耕栽培部１２０は、水耕栽培により農作物を栽培するためのシステムであり、メディアベッド１２１、溶液間歇装置１２２を有する。
【００１５】
メディアベッド１２１は、植物Ｐを育てるのに適したメディア１２３（培地）を敷き詰めた容器であり、容器部分については例えば樹脂製のものを使用できる。
【００１６】
メディア１２３は、植物Ｐを育てる培地であり、また、物理ろ過及び生物ろ過によって系内を循環する水を浄化する機能も果たす。
【００１７】
溶液間歇装置１２２は、メディアベッド１２１内の鉛直方向の水位（液位）が、予め設定された第１の水位に達した場合に、予め設定された第２の水位になるまで、メディアベッド１２１内の水を排出する装置である。排出した水は、図示しないパイプ等を介して飼育槽１１１へと循環される。
＜本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステム＞
【００１８】
（全体構成例）
次に、図２及び図３を参照して本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムについて説明する。図２に本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムの外観構成を示す。また、図３に、本発明の一実施形態に係るメディアベッドにおける水位変化を説明するための図を示す。
【００１９】
図２に示すように、本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステム２００は、従来のアクアポニックスシステム１００と同様に、水産養殖用の水産養殖部２１０と、水耕栽培用の水耕栽培部２２０とを有する。
【００２０】
水産養殖部２１０は、前述の水産養殖部１１０と同様の構成をしており、飼育槽２１１、水流ポンプ２１２及びエアポンプ２１３を有する。水産養殖部２１０における各々の構成要素の詳細については、前述の水産養殖部１１０と同様であるため、省略する。
【００２１】
また、水耕栽培部２２０は、水耕栽培により農産物を栽培するためのシステムであり、メディアベッド２２１、溶液間歇装置２２２を有する。
【００２２】
図３に示すように、溶液間歇装置２２２は、メディアベッド２２１内の鉛直方向の水位が、予め設定された第１の水位Ｌ１（上限水位）に達した場合に、予め設定された第２の水位Ｌ２（下限水位）になるまで、メディアベッド２２１内の水を排出する装置である。第１の水位Ｌ１は、第２の水位Ｌ２よりも鉛直方向の水位が高い。第１の水位Ｌ１の設定については、後述する。
【００２３】
メディアベッド２２１は、植物を育てる根域制限栽培部２２３と浄化槽部２２７とを有する点で、従来のメディアベッド１２１とは異なる。以下に、メディアベッド２２１の詳細な構成及び機能について、再び図２及び図３を参照して詳細に説明する
【００２４】
（メディアベッドの詳細構成）
図２を参照して前述した通り、本発明の一実施形態に係るメディアベッド２２１は、根域制限栽培部２２３と浄化槽部２２７とを有する。
【００２５】
根域制限栽培部２２３は、鉛直方向下側から、吸水シート２２４、防根透水シート２２５及びメディア２２６（培地）を含んで構成される。この根域制限栽培部２２３は、メディアベッド２２１において、浄化槽部２２７に充填された後述するメディア２２８の上部に接して配置される。根域制限栽培部２２３を配置する際には、メディア２２６がメディアベッド２２１の外部等に零れ落ちるのを防ぐために、防根透水シート２２５の縁を上向きに折り返して、メディアベッド２２１の縁から上部にはみ出させることが好ましい。この場合、吸水シート２２４及び防根透水シート２２５の両方の縁を上向きに折り返してメディアベッド２２１の縁から上部にはみ出させても良い。
【００２６】
吸水シート２２４は、不織布やフェルト等の基布に、親水性処理を施した保水シートであり、一般的に、自重の数倍〜数十倍含水する。屋上緑化・壁面緑化の保水材、導水材・鉢物・育苗ポット等の底面給水、灯心給水、養液栽培等に使用される市販の吸水シートを使用することができるが、ポリエステル等の化学繊維の保水シートを使用することが防腐及び資材再利用による経済性の観点からも好ましい。
【００２７】
防根透水シート２２５は、シート面の微細孔から肥料成分及び水分の出入りは可能でありながら、植物Ｐの根の進入を防ぐ特性を有する。具体的な材料としては、屋上緑化・壁面緑化の防根材、道路等地中の隔離シート、 防草材、養液栽培・隔離栽培等に使用される市販の防根透水シートを使用することができる。防根透水シート２２５についても、ポリエステル等の化学繊維の防根透水シートを使用することが防腐及び資材再利用による経済性の観点からも好ましい。
【００２８】
メディア２２６は、植物Ｐを育てるのに適した培地である。メディア２２６の材料としては、水の表面張力による毛細管現象で防根透水シート２２５に染み出す水を培地表面にまで吸い上げる機能を有するものであれば、特に限定されない。メディア２２６の具体的な材料としては、前述の機能を有し、かつ、比較的安価に容易に入手可能であることから、４〜７ｍｍ程度の粒子径を有するパーライト、軽石砂、溶岩砂、珊瑚砂、川砂、日向土、通気性及び毛管吸水性を有する培養土などが挙げられる。
【００２９】
メディア２２６の鉛直方向の厚さとしては、特に限定されないが、４〜７ｍｍ程度の粒子径を有するパーライトを使用した場合、３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度とすることが好ましい。これは、水が毛細管現象によりパーライト上部表面まで十分に吸い上がる高さであることや、防根透水シート状に成長した植物の根が乾燥しない十分な覆土の厚さであることによる。また、根域制限栽培部２２３を移動させる作業性の観点からも、メディア２２６の上記粒子径及び厚さは、根域制限栽培部２２３が十分軽量となるため好ましい。
【００３０】
また、メディアベッド２２１は、浄化槽部２２７を有する。浄化槽部２２７には、メディア２２８が敷き詰められており、物理ろ過及び生物ろ過によってメディアベッド２２１内の水を浄化する。
【００３１】
メディア２２８の材料としては、多孔性の材料を使用することが好ましい。多孔性の材料を使用することで、メディア２２８に多くの微生物（硝化菌など）が住み着き、メディア２２８の生物ろ過性能が向上するため好ましい。容易に入手可能なメディア２２８の具体的な材料としては、粒子径１１ｍｍ〜２０ｍｍ程度の軽石、溶岩砕石、発砲レンガ、砕石などが挙げられる。
【００３２】
浄化槽部２２７には、水産養殖部２１０から水流ポンプ２１２で供給された水中の固形物（水棲生物の糞、残餌、藻類など）、硝化菌などによって形成される生物膜を捕捉するための、固形物捕捉部２２９（図３参照）を設けることが好ましい。
【００３３】
水流ポンプ２１２で吸い上げられる水産養殖部２１０の水は、水棲生物Ｆの餌から発する水棲生物Ｆの糞、残餌、藻類などの固形物が混じっている。そのため、固形物捕捉部２２９を設けない場合には、水流ポンプ２１２で供給された水が、浄化槽部２２７のメディア２２８の特定の部分に集中して供給されると、メディア２２８の特定の部分が閉塞し、積みあがった固形物上に水が供給され続けメディアベッド２２１外部に水が溢れ出す場合がある。そのため、固形物捕捉部２２９を設け、水が固形物捕捉部２２９とメディア２２８との境界面全体を使って供給されることが好ましい。
【００３４】
固形物捕捉部２２９の具体的な構成としては、上記の固形物がメディア２２８の特定個所に集中して供給されることを防止し水流ポンプ２１２で供給される水中の固形物で容易に充満されることのない十分な容積を確保する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば樹脂製、ステンレス等の金属製の網を筒状に丸めたものを使用することができる。この場合、筒状の軸が、水平でかつ水産養殖部２１０へと注水される水の流下方向に対して、直角方向となるように網を配置することが固形物捕捉性を向上できるため好ましい。
【００３５】
また、網の口径（目開き）は、浄化槽部２２７に敷き詰められるメディア２２８が通過しない口径で、できるだけ大きい口径とすることが好ましい。網目の口径が小さい場合、網目にヘドロ状の固形物、硝化菌などによって形成される生物膜の蓄積によって目詰まりが発生することから、できるだけ大きな口径の網を使用することが好ましい。例えば、浄化槽部２２７のメディア２２８の粒子径が１１ｍｍ〜２０ｍｍのメディアを使用した場合、例えば１０ｍｍの口径の網を使用することが好ましい。
【００３６】
なお、固形物捕捉部２２９を設ける場合、固形物捕捉部２２９及びメディア２２８の上部に、根域制限栽培部２２３が配置される。固形物捕捉部２２９として樹脂製、ステンレス等の金属製の網を筒状に丸めたものを使用した場合、根域制限栽培部２２３が固形物捕捉部２２９内側に沈み込んでメディア２２６が浄化槽部２２７内に落下するリスクもない
【００３７】
（メディアベッドの水位変化）
次に、本発明の一実施形態に係るメディアベッド２２１における水位変化について、再び図３を参照して説明する。
【００３８】
メディアベッド２２１に飼育槽２１１からの水が注水されると、メディアベッド２２１内の水位は徐々に上昇する。メディアベッド２２１内の水位（液面）が第１の水位Ｌ１まで上昇すると、溶液間歇装置２２２は水位が第２の水位Ｌ２になるまでメディアベッド２２１内の水を排水する。
【００３９】
本実施形態に係るメディアベッドにおいて、溶液間歇装置２２２に関する第１の水位Ｌ１は、根域制限栽培部２２３の底部（即ち、吸水シート２２４の位置）となるように、設定される。ここで、前述したように、根域制限栽培部２２３は、メディアベッド２２１において、浄化槽部２２７に充填された後述するメディア２２８の上部に接して配置されている。そのため、第１の水位Ｌ１は、メディア２２８の上部に設定されているとも言える。水位Ｌ１の詳細な位置設定は、吸水シート２２４と水位Ｌ１における水の液面とが接触する程度が好ましい。
【００４０】
第１の水位Ｌ１が根域制限栽培部２２３の底部に設定されているため、水産養殖部２１０から水耕栽培部２２０へと注水された水は、水の表面張力による毛細管現象によって一切の外部動力なくメディア２２６の表面にまで吸い上げられる。そして、メディア２２６に植えられた植物Ｐは、葉における蒸散によって葉の基本組織系の細胞が水分を失う結果、根から水を吸水する。メディアからは、葉面同様に表面から水分が蒸発するが、乾燥によって土壌中の塩分が極度に濃縮されてしまい植物の成長に影響を及ぼすことが予想される場合には、メディア表面に蒸散防止の農業用のマルチフィルムを設置することで上記課題は解決できる。また、仮に植物の成長に影響を及ぼす濃度の塩分が集積してしまった場合には、メディアから浄化槽部へ濃縮された塩分が流出する十分な量の水で塩分を洗い流し植物への影響を改善することも可能である。メディアを洗浄する場合であって、流出する塩分等が水質に影響を与えるほど濃縮されていると考えらえる場合には、根域制限栽培部２２３をシステムの外部に移動し洗浄すればよい。
【００４１】
溶液間歇装置２２２としては、特に限定されないが、ベルサイフォンや電磁弁などを使用することができ、通常、メディアベッド２２１内に配置される。
【００４２】
なお、飼育槽２１１からの水の注水は、絶えず又は間歇運転によってメディアベッド２２１に注水されるため、メディアベッド２２１内の水位は、第１の水位Ｌ１と第２の水位Ｌ２との間で上下動を繰り返すこととなる。また、固形物捕捉部２２９を配置した場合、第１の水位Ｌ１と第２の水位Ｌ２との間で水位が上下動することで、固形物捕捉部２２９内の水位も同時に上下動する。そのため、固形物捕捉部２２９に前述の網を使用した場合、網に捕捉された固形物や生物膜の剥離が促進され、網目の目詰まり防止として作用する。
【００４３】
剥離された固形物や生物膜は、メディアベッド２２１の第２の水位Ｌ２の下側へと移動する。これら固形物や生物膜は、徐々に嫌気部が形成されることで嫌気分解され二酸化炭素、水、メタンガス、アンモニア、硫化水素等に分解される。生成した化合物の水溶性成分はメディア２２８側へと流出するが、水棲生物Ｆに対する毒性の高いアンモニアは、メディア２２８に住み着いた硝化菌と水位の上下動によって吸排気される酸素によって硝化されて、水棲生物Ｆに対して毒性の低い硝酸へと酸化される。また、二酸化炭素や硫化水素は、注水された水に溶解し、飼育槽２１１へと再循環される。
【００４４】
一方、水に対する溶解度の低い成分（メタンガス）及び、溶解しなかった二酸化炭素の一部は、硝化菌や水位の上下動による吸排気で排気される。また、排気された二酸化炭素の一部は、植物 の光合成によって植物Ｐに利用される。
【００４５】
その他水に対する不溶性成分によって形成される沈殿物は、第２の水位Ｌ２の下側に徐々に蓄積するため、植物の植替え時などのタイミングで、第２の水位Ｌ２よりも高くなり、沈殿物が飼育槽２１０へ流出する前にメディア ２２８を取り出して清掃除去する
【００４６】
（根域制限栽培部への施肥
【００４７】
（（従来の問題点））
図１で示した従来のアクアポニックスシステム１００では、植物Ｐの根は、溶液間歇装置１２２の下限水位と上限水位との間に位置し、植物Ｐの根には、常に十分量の水が供給された状態になる。そして、肥料成分が溶解した水を植物Ｐへと施肥した場合、肥料成分は溶液間歇装置１２２を介して飼育槽１１１へと循環される。そのため、従来のアクアポニックスシステム１００では、施肥した肥料成分がそのまま飼育槽１１１へと流出し、水棲生物に悪影響を及ぼす。このため、水棲生物Ｆ（及び／又はその卵）への悪影響を考慮して、植物Ｐに対して必要な施肥を行えないという問題点があった
【００４８】
（（本実施形態の特徴））
次に、本発明の一実施形態に係るメディアベッド２２１における、根域制限栽培部２２３への施肥について、図４を参照して説明する。図４に、本発明の一実施形態に係るメディアベッドの根域制限栽培部への施肥を説明するための図を示す。
【００４９】
図４に示すように、本実施形態に係るアクアポニックスシステム２００では、溶液間歇装置２２２の上限水位（第１の水位Ｌ１）が吸水シート２２４の位置に設定されており、植物Ｐの根は、溶液間歇装置２２２の第１の水位Ｌ１よりも上部に位置する。そして、根域制限栽培部２２３において、吸水シート２２４へと供給された水分は、水の表面張力による毛細管現象によってメディア２２６へと吸い上げられ、植物Ｐへと供給される。そのため、本実施形態では、メディア２２６へと吸い上げられた水は、植物Ｐへは供給されるが、再び飼育槽１１１へと循環することはない。
【００５０】
そして本実施形態に係る植物Ｐへの施肥も、この吸水機構を利用している。具体的には、図４に示すように、メディア２２６が保水可能な容量の養液（液肥）又は徐々に水へと溶解する固形肥料を、上呂２３０などを介してメディア２２６へと散水あるいは散布する。溶液(液肥)は、植物Ｐの葉からの蒸散によって植物Ｐに吸い上げられ、上記固形肥料は吸水シートから水の表面張力による毛管現象によってメディア２２６に吸い上げられた水に溶解することで、植物Ｐに吸い上げられる。
【００５１】
アクポニックスにおいて肥料は、メディアベッド２２１に供給される水から供給される。しかし、本実施形態では、メディアベッド２２１に供給される水から供給される肥料に加えて
【００５２】
（１）循環水中の肥料元素の偏りに起因する植物生理障害の改善や、実なりを良くするための肥料元素を供給するための施
【００５３】
（２）微量で効果が高いアミノ酸等の生理活性物質を供給するための施肥
等の補助的な施肥を付加させることができる。付加される肥料は、補助的であるため、その供給頻度や供給量が少なく、メディア２２６が保水可能な容量よりも少ない施肥量で十分となる。
【００５４】
溶液間歇装置１２２による液面の上下動があるため、吸水シートと液面間で肥料成分の流出が発生してしまう場合も考えられるが、上述した通り施肥量はシステム全体を循環する液量に比べて少なく、吸水シートと液面間で肥料成分の一部が流出した場合においてもその流出量はごく少量である。これらの理由により肥料成分の最適な栽培条件で水耕栽培を行いつつ、循環する水への肥料成分の流出による水棲生物Ｆへの悪影響の発生も最小化することができる
【００５５】
（根域制限栽培部の交換）
【００５６】
（（従来の問題点））
先ず、図１に示した従来のアクアポニックスシステム１００においては、植物Ｐを栽培するための栽培床と、循環水の水質を浄化する浄化槽との２つの機能を１つのメディア１２３を用いて実現している。そのため、農作物の交換（植替え）期に植物Ｐを交換する場合には、植物Ｐを引き抜くだけでなくメディア１２３全体を取り出し清掃、再設置する必要がある。
【００５７】
ここで、浄化槽が果たす、循環水の水質浄化の役割は、固形物のろ過機能、固形物の嫌気分解により発生したアンモニア態窒素（水棲生物への毒性が高い）、亜硝酸態窒素（水棲生物への毒性が高い）を硝酸態窒素（水棲生物への毒性が低い）へと硝化する機能、等が挙げられる。後者の硝化は、メディアに住み着いた硝化菌と水位の上下動によって吸排気される酸素とによって実施される。
【００５８】
しかしながら、硝化菌は増殖速度が遅く、十分な硝化機能を担えるようになるためには、通常１カ月程度の培養期間が必要となる。そのため、従来のアクアポニックスシステムのように、植物培養部全体を取り換える場合、新しいメディアに硝化菌が十分増殖するまでの約１カ月の間、循環水の水質が低下するという問題点があった。
【００５９】
また、植物Ｐも、硝酸態窒素やその他成分を吸収することで、循環水の水質浄化に寄与している。従来のアクアポニックスシステムでは、植物の交換時に苗から育成が必要となるため、植物Ｐの交換後しばらくの間、水質浄化に必要な植物量が不足し、水産養殖部において頻繁に水替えをする必要があった。
【００６０】
また、メディアとして軽量な軽石を用いた場合でも、水分を含んだ軽石、水分を含んだ植物、その他固形物の総重量は非常に大きくなる。図１を参照して説明した従来のメディアフィルドグローベッド方式は、他の方式と比較して水替え頻度は少ない方式であるが、植えられていた植物の除去、メディアに絡みついた根の除去、メディアの清掃、等の作業は手作業で行われるため非常に大きな労力及びコストを必要とする
【００６１】
（（本実施形態の特徴））
本発明の一実施形態に係るメディアベッド２２１における、根域制限栽培部２２３の交換について、図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６に、本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培部の交換を説明するための図を示す。
【００６２】
本実施形態に係るメディアベッド２２１は、栽培床としての機能を果たす根域制限栽培部２２３と、浄化槽としての機能を果たす浄化槽部２２７とで役割を分担させている。農作物の交換（植替え）期には、根域制限栽培部２２３のみを交換することができるため、浄化槽部２２７のメディア２２８には既に十分量の硝化菌が住み着いているため、循環水の水質が低下することがない。
【００６３】
また、本実施形態に係るメディアベッド２２１は、根域制限栽培部２２３が、浄化槽部２２７に充填されたメディア２２８の上部に接して配置されている。そのため、図５に示すように、根域制限栽培部２２３を浄化槽部２２７から分離する（取り外す）ことで、根域制限栽培部２２３を容易に交換することができる。
【００６４】
また、図６に示すように、根域制限栽培部２２３Ａを交換する前に事前に別の根域制限栽培部２２３Ｂを栽培しておくことで、根域制限栽培部２２３を速やかに置き換えるだけで植物を交換することができる。これは、植えられていた植物の除去、メディアに絡み付いた根の除去を含むメディアの清掃、次いで移植可能な苗からの育成が必要な、図１に示す従来のメディアベッド１２１と比較して、労力及び生産性の面で各段に有利である。
【００６５】
また、従来のメディアベッド１２１では、メディア１２３の間隙に成長する根は、植物の成長に従って増加して間隙を埋め尽くすため、前述のろ過機能が徐々に低下する。しかしながら、本実施形態に係るメディアベッド２２１では、浄化槽部２２７のメディア２２８へと根が侵入しないため、前述のろ過機能が長時間持続する。
【００６６】
さらに、根域制限栽培部２２３は、その下部だけが循環水と接しており、根域制限栽培部２２３のメディアの厚みを調整することで植物が給水に用いる根量を制限することができるため、植物Ｐの葉からの水の蒸散量に対して根からの給水量を少なくすることができる。このため、植物Ｐに水分ストレスを与えることによる、ミニトマト、トマト、メロン等の果菜類の高糖度栽培が可能となる
【００６７】
（根域制限栽培キット）
図７に、本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培キットを説明するための図を示す。
【００６８】
具体的には、根域制限栽培部２２３は、例えばプラスチックで形成された容器に収納された状態で使用しても良い。この場合、その容器の下部には、少なくとも１箇所に穴部が形成されており、水耕栽培時には、この穴部を介して吸水シート２２４に水が供給される。この実施形態により、容器に収納された根域制限栽培部２２３を、アクアポニックスシステム用の根域制限栽培部キットとして販売することが可能となる。
【００６９】
また、図７に示すように、根域制限栽培部キットは、吸水シート２２４を加工して、吸水シート２２４自身を容器（プランター）としても良い。この場合、アクアポニックスシステム用の根域制限栽培部キットは、吸水シート２２４を容器として、その内部に防根透水シート２２５が配置され、更にその内部にメディア２２６が配置された構成となる。
【００７０】
さらに、容器を利用する本実施形態を応用することにより、１つのアクアポニックスシステムに対して、複数の根域制限栽培部２２３を配置することができるため、１つのアクアポニックスシステムで、異なる種類の植物（例えば、図７ではＰ１〜Ｐ５）を同時に栽培することができる
【００７１】
（根域制限栽培部の消毒）
図８に、本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培部の消毒方法を説明するための図を示す。
【００７２】
本実施形態に係るアクアポニックスシステム２００では、図８に一例を示すように根域制限栽培部２２３の植物Ｐ２が病害虫により被害を被った場合、その根域制限栽培部２２３を系外へと移動させ、葉面散布等によって農薬等を使用して病虫害を除去し、再びアクアポニックスシステム２００に戻すことが可能である。
【００７３】
この場合、根域制限栽培部２２３から農薬がアクアポニックスシステム２００の系内へと流出しないように、散布後は十分に養生期間を経過させた後に、アクアポニックスシステム２００へと戻す
【００７４】
（根域制限栽培部の配置換え）
本実施形態に係るアクアポニックスシステム２００は、複数の根域制限栽培部２２３を配置することができると共に、根域制限栽培部２２３のみを移動させることができる。そのため、アクアポニックスシステム２００内の特定の位置で光環境を改善するよう、根域制限栽培部２２３同士で設置場所を入れ替えることが可能である。
【００７５】
図９に、本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムにおける、根域制限栽培部の配置換えを説明するための図を示す。本実施形態に係るアクアポニックスシステム２００は、複数の根域制限栽培部２２３に異なる種類の植物を栽培することで、植え替え期に限らず任意のタイミングで栽培空間の模様替えを実施することができる。具体的には図９の左図から右図へのように、植物Ｐ１〜Ｐ５の配置を変更することができる。この実施形態は、観賞用のアクアポニックスシステムの構築時に、有意に活用可能な機能である
【００７６】
（根域制限栽培部の再利用）
次に、図１０を参照して、根域制限栽培部２２３の再利用方法について、説明する。図１０に、本発明の一実施形態に係るメディアベッドの根域制限栽培部の再利用方法を説明するための図を示す。
【００７７】
植物の交換によって撤去された根域制限栽培部２２３は、図１０に示すように、メディア２２６と、吸水シート２２４及び防根透水シート２２５と、植物Ｐとの３つの部分に分離される。
【００７８】
メディアは、好ましい粒子径として前述したように４〜７ｍｍの素材を使用するため、植物の根から容易に分離できる。また、メディア２２６、吸水シート２２４及び防根透水シート２２５は、清掃後、必要に応じて消毒を行い、再利用できる。
＜実施例＞
本実施形態に係るメディアベッドを利用したアクアポニックスの最良の形態の一つとして、具体的な実施例を示す。本実施例においては、水産養殖の対象として、キャビア等の高付加価値商品が期待されるという理由でチョウザメを、水耕栽培の対象として、同様の理由で高糖度のミニトマトを選択したが、本発明はこの点において限定されない。
【００７９】
水流ポンプ及びエアポンプが設置された内寸２．７ｍ×１５．０ｍ×０．９ｍ（Ｗ×Ｄ×Ｈ）の大きさの飼育槽（水槽）を準備して、その上部に内寸０．５ｍ×０．９ｍ×０．２３ｍ（Ｗ×Ｄ×Ｈ）の樹脂製のメディアベッドを準備した。メディアベッドは、その底面が飼育槽の上部０．５ｍの高さとなるように、計１７基配置した。
【００８０】
メディアベッドには、水位１８５ｍｍ（第１の水位：１８５ｍｍ）で排水が開始され、水位２０ｍｍ（第２の水位：２０ｍｍ）で排水が完了するベルサイフォンを設置した。なお、メディアベッドからの排水は、飼育槽へと循環させた。
【００８１】
メディアベッド内の一方の短辺側には、４９５ｍｍ×６００ｍｍ×２００ｍｍ（Ｗ×Ｄ×Ｈ）のプラスチック製の網を筒状に丸めて、１８０ｍｍ×４９５ｍｍ×１００ｍｍ（Ｗ×Ｄ×Ｈ）の固形物捕捉部を設けた。
【００８２】
メディアベッド内の固形物捕捉部以外の領域には、メディアとして１１〜２０ｍｍの粒子径の軽石を、内部底面から１８０ｍｍの高さまで充填した。
【００８３】
メディアの上部には、吸水シートとして東洋紡株式会社のジャムガード（登録商標：品番７２１０Ｓ１０２０）を敷設した。この際、吸水シートの縁がメディアベッドの縁から上部に均等にはみ出るように、吸水シートの縁部を上向きに折り返して敷設した。
【００８４】
次に、吸水シートの上部に、東洋紡株式会社の防根透水シート（品番：ＢＳＫ０８１２）を敷設した。この際、防根透水シートの縁がメディアベッドの縁から上部に均等にはみ出るように、防根透水シートの縁部を上向きに折り返して敷設した。
【００８５】
防根透水シートの上部には、メディアとして４〜７ｍｍの範囲内の粒子径の園芸用パーライトを、厚さが３０ｍｍ〜４０ｍｍとなるように敷き詰めた。
【００８６】
水槽には、地下水を給水し、１齢魚のチョウザメ１００匹と２齢魚のチョウザメ１００匹とを投入し、園芸用パーライトにはミニトマト（品種：千果  他）を１〜２株植えた。
【００８７】
チョウザメを養殖した水は、水流ポンプによりパイプを介して１０Ｌ／分の流量で、各々のメディアベッドへと注水した。注水は、固形物捕捉部の上部から実施した。なお、水流ポンプは、エネルギーコストの節約のため、３０分間毎に運転と休止とを繰り返すよう間歇運転させた。
【００８８】
なお、本実施例におけるアクアポニックスシステムは、７．２ｍ×２０ｍのビニールハウス内に設置し、無加温で実施した。実施例を通して、飼育槽内の水温は８℃〜３０℃の範囲内であった。
【００８９】
チョウザメへの給餌は、一般的な魚齢の体重から必要とされる重量の配合飼料を、チョウザメの食べ残し量を観察しながら、食べ残しがないように適宜調整しながら行った。
【００９０】
飼育槽内の水は、汚れ具合に応じて１月に０．５回の頻度で水量の半分を新しい地下水に入れ替えた。また、蒸発によって減少した水に関しては適宜注水を行った。
【００９１】
ミニトマトの生育状況を観察し、肥料元素の不足の兆候に応じて、必要な肥料元素の入った液体肥料を地下水で一般的な施用濃度に希釈し、培地全面に均一に散水した。散水は、培地が保水できる程度で、散水された液肥が、チョウザメを養殖している循環水に混入しない程度の量にした。
【００９２】
チョウザメ養殖及びミニトマト栽培に用いられた水の電気伝導度（ＥＣ）は０．６３ｍＳ／ｃｍ〜０．６９ｍＳ／ｃｍの範囲であった。また、ｐＨは６．３〜６．８の範囲であった。ｐＨ調整にはサンゴ化石及び電気伝導度の調整には食塩を使用した。
【００９３】
苗定植後、１ヶ月程度でミニトマトの果実ができ始め、３ヶ月程度で収穫できる程度に熟したミニトマトの果実を収穫した。栽培開始後４〜５ヶ月後に得られ熟したミニトマト１４個を２回に分けて２８個サンプル調査したところ糖度の最小値は７．２°Ｂｘ、最大値は１０．５°Ｂｘであり全平均値は８．５°Ｂｘであった。これは、通常のミニトマトと比較して、高い糖度であった。
【００９４】
また従来メディアベッドシステムでは１月に０．５回〜２回程度の水の入れ替えを行っていたが、本実施例におけるアクアポニックスシステムに施設を改良した後には、水の入れ替えは１月に０．５回以下の頻度まで改善された。さらに、浄化槽部のメディアの目詰まりの発生もなくなり管理が容易になった。また、メディアの目詰まりがなくなり固形物や植物の根によるメディアの閉塞によって不安定化する浄化槽部の機能が安定したことで、従来、夏季にたびたび発生していた亜硝酸態窒素の蓄積と考えられるチョウザメの中毒死の発生がなくなった。
【００９５】
水質悪化によるチョウザメの中毒死など致死率の増加は、経営上大きな経済的損失を生じさせるため、浄化槽清掃時など水質低下期間が少なくなることは経済的リスクを低減させ本実施形態に産業的に有益な結果を提供する。また、従来のチョウザメ養殖では、キャビアの養殖で最低７〜１０年以上の育成期間を必要とし、食肉の生産で３年以上の育成期間を必要とする為、この期間、販売収入を得ることができないという実情があった。しかしながら、本実施形態に係るメディアベッドを利用することにより、栽培開始後３ヶ月程度から高付加価値を有する高糖度ミニトマトを栽培できる。そのため、より収益性が高く経営安定化に寄与できるチョウザメ養殖産業を創出することが可能となった。
【００９６】
＜総括＞
以上、本実施形態に係るメディアベッドは、水産養殖部と水耕栽培部とを有する系内で水を循環させて、前記水産養殖部で水棲生物及び／又は前記水棲生物の卵を養殖し、前記水耕栽培部で農産物を栽培するシステムの前記水耕栽培部用のメディアベッドであって、前記メディアベッドは、前記水産養殖部から供給された水を浄化する浄化槽と、前記メディアベッド内の水の鉛直方向の水位が第１の水位に達した場合に、第２の水位になるまで水を排出する溶液間歇装置と、鉛直方向下側から吸水シート、防根透水シート及び培地を含んで構成される栽培部と、を有し、前記第１の水位は、前記吸水シートの位置に設定されている。
【００９７】
本実施形態に係るメディアベッドは、水産養殖部と水耕栽培部とを循環する循環水を、毛細管現象によって水を吸い上げる機構を利用しているため、水棲生物Ｆの養殖水質に影響を与えずに植物の栽培条件を制御できる。特に、水耕栽培部での水ストレス栽培ができるため、従来よりも高付加価値を有する農産物の生産が可能となる。
【００９８】
また、根域制限栽培部が、浄化槽部に充填されたメディアの上部に配置されているため、根域制限栽培部を浄化槽部から分離することで、根域制限栽培部を容易に交換することができる。
【００９９】
なお、本発明の好適な実施の形態により、特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正及び変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細及び添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【０１００】
本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムを用いた水産養殖で養殖可能な養殖物の種類としては、特に限定されず従来のアクアポニックスシステムで養殖可能な魚及びその魚卵はいずれも養殖可能であり、具体的にはチョウザメ、ティラピア、鰻、鯰、鰌、ニジマスなどの淡水魚及びその魚卵などが挙げられる。
【０１０１】
また、本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムを用いた水耕栽培で栽培可能な農作物の種類としては、特に限定されず従来のメディアベッドシステムで栽培可能な農産物はいずれも栽培可能である。さらに、覆土量を厚くすることで、間歇的な湛水状態で植物が栽培される従来のメディアベッドで生産できなかった、サツマイモ、ジャガイモなどのイモ類を含む根菜類の生産も可能となる。さらに、本発明の一実施形態に係るアクアポニックスシステムでは、ミニトマト、トマト、メロン等の水分ストレスを与えることにより高糖度作物を収穫できる農作物を栽培可能である。
【０１０２】
また、本明細書及び特許請求の範囲におけるアクアポニックス（システム）とは、
水産養殖（魚及び／又は魚卵の養殖）と水耕栽培とを組み合わせて水棲生物Ｆ及び／又はその卵と農産物とを生産する、アクアカルチャー（養殖）とハイドロポニックス（水耕栽培）との言葉を組み合わせた造語であるが、当業者であればこの言葉の定義について、十分に理解できるものである。
【符号の説明】
【０１０３】
２００      アクアポニックスシステム
２１０      水産養殖部
２１１      飼育槽
２１２      水流ポンプ
２１３      エアポンプ
２２０      水耕栽培部
２２１      メディアベッド
２２２      溶液間歇装置
２２３      根域制限栽培部
２２４      吸水シート
２２５      防根透水シート
２２６      メディア
２２７      浄化槽部
２２８      メディア
２２９      固形物捕捉部
２３０      上呂
Ｐ          植物
Ｌ１        第１の水位
Ｌ２        第２の水位
【要約】
【課題】栽培条件を制御でき、水質浄化性に優れ、農作物の容易な交換を実現する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るメディアベッドは、水産養殖部と水耕栽培部とを有する系内で水を循環させて、前記水産養殖部で水棲生物及び／又は前記水棲生物の卵を養殖し、水耕栽培部で農産物を栽培するシステムの水耕栽培部用のメディアベッドであって、メディアベッドは、水産養殖部から供給された水を浄化する浄化槽と、メディアベッド内の水の鉛直方向の水位が第１の水位に達した場合に、第２の水位になるまで水を排出する溶液間歇装置と、鉛直方向下側から吸水シート、防根透水シート及び培地を含んで構成される栽培部と、を有し、第１の水位は、吸水シートの位置に設定されている。
【選択図】図２【図１】
0006053088.tif 000002
【図２】
0006053088.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006053088.tif 000008
【図８】
0006053088.tif 000009
【図９】
0006053088.tif 000010
【図１０】
0006053088.tif 000011