(57)【要約】      （修正有）【課題】水耕栽培等の養液栽培用培養液は、培養液を循環利用する際、培養液のpH制御困難、不要養分の蓄積、培養液中への病原菌の混入等の問題により、循環し再利用することが望まれている。さらに、作物に必要とされる多量要素と微量要素は、作物の種類、生育の各段階により要求量が異なりこれらを管理することができる養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法の提供。【解決手段】水耕栽培等の養液栽培用培養液を電解液として、不溶性電極を用い直流電流を通電することにより直接電解し、養液栽培用培養液のpH調整と培養液への酸素供給、蓄積養分の除去、殺菌等により、養液栽培用培養液として循環利用する。また、微量要素からなる金属又は合金を溶性電極として直流電流と交流電流を重畳し、電解することにより微量要素の供給及び管理濃度範囲内に維持管理し、さらに電極間の距離及び通電電流量を制御することにより根域の加温栽培を行う。【選択図】図２
2006158384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法において、少なくとも一対の不溶性電極と養液栽培用培養液の微量要素からなる金属又は合金を含有する一種以上の溶性電極を使用して電気分解を実施するために電気的に接続した電気分解処理装置において、養液栽培用培養液を電解液として、電気回路に電流を通電し、電気分解によって養液栽培用培養液の調整及び溶性電極を腐食させて溶解することにより微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項２】
養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法において、少なくとも一対の不溶性電極と養液栽培用培養液の微量要素からなる金属又は合金を含有する一種以上の溶性電極を使用して電気分解を実施するために電気的に接続した電気分解処理装置において、養液栽培用培養液を電解液として、電気回路に直流電流と交流電流を通電し、電気分解によって養液栽培用培養液の調整及び溶性電極を腐食させて溶解することにより微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項３】
養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法において、少なくとも一対の不溶性電極と養液栽培用培養液に必要とされる微量要素の金属又は合金を含有する一種以上の溶性電極を使用して電気分解を実施するために電気的に接続した電気分解処理装置において、養液栽培用培養液を電解液として、電気回路に直流電流と交流電流を重畳して通電し、電気分解によって養液栽培用培養液の調整方法及び溶性電極を腐食させて溶解することにより微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法。
【請求項４】
養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法において、不溶性陽極を直流電流の陽極、溶性電極を陰極とするように電気的に接続し、且つ該不溶性陽極と溶性電極に直流電流と交流電流を重畳して通電し、養液栽培用培養液を電解液として電気分解することにより養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項５】
養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法において、少なくとも一対の不溶性陽極と不溶性陰極の間に一種以上且つ1枚以上の溶性電極を挟み込み、不溶性陽極と不溶性陰極間に直流電流と交流電流を重畳して通電し、養液栽培用培養液を電解液として電気分解することにより養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項６】
養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法において、直流電流を通電するための少なくとも一対の不溶性陽極と不溶性陰極及び交流電流を通電するための少なくとも一対の不溶性電極と溶性電極からなる養液栽培用培養液の電解処理方法において、それぞれに直流電流と交流電流を通電し、養液栽培用培養液を電解液として電気分解することにより養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項７】
養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法において、直流電流を通電するための少なくとも一対の不溶性陽極と不溶性陰極及び交流電流を通電するための少なくとも一対の不溶性電極と該不溶性電極を給電電極とし、この間に一種以上且つ1枚以上の溶性電極を配置し、電気的に接続した養液栽培用培養液の電解処理方法において、それぞれに直流電流と交流電流を通電することにより養液栽培用培養液を電解液として電気分解し、養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項８】
請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6及び請求項7に記載の養液栽培用培養液の調整と微量要素の供給方法において、供給する微量要素の溶解量を調整するための可変抵抗器を備えた微量要素の供給方法であることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6及び請求項7に記載の養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項９】
請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7及び請求項8に記載の養液栽培用培養液の調整と微量要素の供給方法において、養液栽培用培養液を電解液として電気分解し、養液栽培用培養液の調整と微量要素の供給を同時に若しくは別々に行い、養液栽培用培養液のpH、病原菌数、溶存微量要素濃度、溶存酸素濃度、根域温度、培養液温度、全炭素濃度を測定し、通電電流量、電極間距離、培養液比抵抗を調整することにより養液栽培用培養液のpH、病原菌数、微量要素の溶解量、発生酸素量、根域温度、培養液温度、全炭素濃度を調整することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7及び請求項8に記載の養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項１０】
不溶性陽極と交流電流を通電するための不溶性陰極及び不溶性電極の電極基体がチタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウムの金属若しくはこれらの合金に電極触媒として白金、イリジウム、ルテニウム、パラジウムから選択される一種以上の金属又は金属酸化物を含む電極触媒とチタン、錫、タンタル、アンチモン、ニオブ、ジルコニウムの金属酸化物から選択される電極触媒の分散材を含有してなる複合酸化物被覆層を有する不溶性陽極、不溶性陰極及び不溶性電極を使用することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8及び請求項9に記載の養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項１１】
直流電流を通電する不溶性陰極が、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウムの金属若しくはこれらの合金、又は該金属や合金を電極基体とし、該電極基体に電極触媒として白金、イリジウム、ルテニウム、パラジウムから選択される一種以上からなる金属、合金又は金属酸化物を電極触媒として被覆した不溶性陰極若しくは該電極触媒にチタン、錫、タンタル、アンチモン、ニオブ、ジルコニウムの金属酸化物から選択される電極触媒の分散材を含有してなる複合酸化物被覆層を有する不溶性陰極もしくは酸素を還元し陰極で水素を発生しない酸素ガス拡散陰極を使用することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8及び請求項9に記載の直流電流を通電するための不溶性陰極もしくは酸素ガス拡散陰極を使用して養液栽培用培養液を電解液として電気分解することにより養液栽培用養液の調整及び微量要素の供給を行うことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9及び請求項10に記載の養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給を行うことを特徴とする養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項１２】
溶性電極が、チタン、珪素、アルミニウム、鉄、マンガン、亜鉛、銅、モリブデン、ニッケル、リン、カルシウム、マグネシウム、ホウ素、炭素より選択される1種以上からなる金属若しくは合金であることを特徴するとする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10及び請求項11に記載の養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項１３】
養液栽培用培養液が、元素として窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム、硫黄、炭素、酸素、水素、鉄、マンガン、ホウ素、銅、亜鉛、モリブデン、塩素、ナトリウム、珪素、アルミニウム、ニッケルからなり硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、有機酸塩、キレート塩、有機肥料成分の水溶液で構成され、該養液栽培用培養液を電解液として電気分解し、pHをpH4.5とpH8の範囲に調整することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11及び請求項12に記載の養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【請求項１４】
請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12及び請求項13に記載の養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法に使用される電源が太陽電池であることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12及び請求項13に記載の養液栽培用培養液の調整方法及び微量要素の供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、養液栽培用培養液のpH調整、殺菌と酸素供給、微量要素の供給方法及び培養液温度を調整する方法において、養液栽培用培養液を電解液として電解するにあたり、電極に直流電流と交流電流を重畳して電解することにより、電極性能に由来する電極反応に基づく養液栽培用培養液のpH調整、温度調整、殺菌と植物の生育、ライフサイクルに必要な酸素、微量要素を供給する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水溶液の殺菌方法、特に電気化学的な手段による殺菌方法は、古くから多くの研究がされている。該電気化学的手法には、交流電解による方法と直流電解による方法があり、交流電解による方法は、飲料水、ジュースやビール等の液体或いは産業用水等の液体を連続的に殺菌処理する方法として、高電圧の交流電圧を印加して殺菌する方法、例えば印加する電極線間隙ｄ(mm)に印加する電圧H(V)が200＜H/d＜2000の高電界中に処理水を供給し殺菌する装置が開示されている(特許文献1)。
【０００３】
一方、廃水の処理方法として、特定の高い周波数の交流電流を電極間に通電し、電極の金属イオンを溶出し、被処理液の不純物を高い周波数の交流電界により細分化し水との分離作用の促進性を高めて酸化還元電位を低下させ多量の水処理を容易にし、廃水を処理させる廃水処理方法及び装置が開示されている(特許文献2、3)。
【０００４】
また、汚水の電解処理方法として直流・交流及び交流ク形波を使用した排水処理技術が開示されている(特許文献4)。さらに、電気化学的に微生物の制菌、殺菌や滅菌を効果的に行う方法として、微生物を含む被処理水に交流又は直流を印加して電気化学的処理を行う方法が開示されている(特許文献5、6、7)。
【０００５】
直流電解による殺菌方法は、淡水中の塩化物イオンや希塩酸を電解し次亜塩素酸を生成し、該次亜塩素酸の酸化力により殺菌することは既に公知であり、多くの製品が販売されている。該直流電解技術では、陰極にカルシウムやマグネシウムが析出するため定期的に陽極と陰極の極性を変換する技術も開示されている。最近では、光触媒技術を利用した酸化チタンによる殺菌、浄液技術の実用化がなされ、光触媒による養液の浄化・殺菌及び太陽光による農業廃液処理等の技術が開示されている(例えば、非特許文献1)。
【０００６】
【特許文献１】特許第2848591号
【特許文献２】特開2000-263050号公報
【特許文献３】US6706168B2
【特許文献４】特許第2958545号
【特許文献５】特許第3150355号
【特許文献６】特許第3180318号
【特許文献７】特許第3216015号
【非特許文献１】施設と園芸119号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、養液栽培用培養液の調整及び微量要素の供給方法において、養液栽培用培養液中で、電極に直流電流と交流電流を重畳して電解することにより、電極性能に由来する電極反応に基づき、養液栽培用培養液のpH調整、温度調整、殺菌と植物の生育、ライフサイクルに必要な酸素、微量要素を供給する方法に関する。従来技術のうち、殺菌方法として高電界中に処理水を供給し、設置してある金属チタン製コイルに交流電流を負荷して、電極が交流電流を放電することにより殺菌を行う方法が特許文献1に開示されている。ここで発明者が開示しているように、電極は、「また、殺菌される周波数については、低くする方が殺菌効果が高くなると予想されるが、電極の腐食、処理の安定性を考慮すると、50ｋHz以下、好ましくは20kHz以下とする。」と、さらに、「また、上記一対の電極線3、3間に印加する交流電圧は、通常の商用高周波数よりも高い周波数の交流を用いることが好ましい。すなわち、これにより、電極3、3の表面に発生する電気分解を低減することが可能となり、装置の耐久性が向上すると共に、処理される水への影響をも低減することが可能となる。」と開示している。しかしながら、該特許技術では、印加される交流電流により発生する電極である金属チタン製コイルの腐食、溶解等と金属チタン製コイル上で生じる電極反応自体が致命的な問題となり、長期間に亘り使用することが不可能である。
【０００８】
さらに、該特許技術には、「また、殺菌される液体の電気伝導率が大きすぎると、必要な電圧を印加することができず、殺菌効果が低下する。したがって、殺菌される液体の電気伝導率はある程度以下であることが好ましい。」と直流電流による電解反応に好ましい電解液の高電気伝導率が、該特許技術の問題として記載されている。
【０００９】
しかしながら、殺菌をするために高電界中に処理水を導入することは、放電による漏れ電流、感電等に繋がるため非常に危険であり、消費電力が高いこと、装置の腐食等の問題を有していると共に電極に高電圧を負荷するため電極の腐食による短寿命のため長期間の安全且つ安定な操業が困難となる。したがって、継続的な電気分解による殺菌効果が得られないという根本的且つ致命的な問題を有している。
【００１０】
特許文献2及び3には、廃水処理方法として、該特許技術に使用する電極に関し、「電極は、板状電極や多重の同心パイプ状電極が用いられ、被処理水により各種の金属が選択可能であり、例えばチタン、白金、パラジウム、イリジウム、カーボン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、銅、銀などの金属イオンの特性を応用する。」が開示され、さらに、「このような多重の同心パイプ状電極を用いることにより、例えば、油、純粋、超純粋等の電気伝導率の低い水溶液に特に有効であり、かつ水温の低い水溶液の電気分解を効率良く行うことが可能である。同心パイプ状電極の材質として、好ましくはステンレス、銅、銀、白金、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、チタンなどが選択できる。」と開示し、該電極に「・・・前記交流電圧の周波数は被処理液に対する交流の電気分解における金属イオンの溶出する周波数帯域の内、水質に合わせた高い周波数を用いることを特徴とする・・」と記載されているように、金属電極に交流電流を負荷して金属イオンを溶出させて汚泥、有機物等の不純物を凝集・分離する廃水処理を行う方法が開示されている。該特許技術に使用される交流電圧の高いほうの周波数が70〜310kHzで、セルフクリーニング作用を有する低いほうの周波数が10〜70Hzが開示されている。すなわち、特許文献2〜3では、金属電極を使用して、交流電解を行い、該金属電極が溶解させて溶解した金属イオンの凝集力により廃水処理を行う方法である。
【００１１】
該特許技術は、交流電解を利用し、金属イオンを供給する方法であるが、交流電流を金属に通電することにより金属を溶解する場合、電流は、陽分極時に金属のイオン化、金属酸化物及び酸素発生等の生成に消費される。一方、陰分極時には、電流は金属イオンや金属水酸化物等の還元、水素発生等の種々の電極反応に消費される。この他に、交流電解では、該陽極反応と陰極反応が交互に1秒間に周波数の回数だけ発生し、イオン拡散速度等に由来する交流電流の交番電場に対する電極反応の遅れ等があるため交流電解では、特定の金属イオンの供給量を一定に調整することは困難であるという欠点を有する。
【００１２】
特許文献4では、汚水の処理方法として、銅、アルミニウム、鉄の金属を電極として使用し、該電極に直流、交流または交流ク形波を通電し、電極間に汚水を通液して接触酸化後、処理液の固形物を分離して金属イオン、BOD、COD、大腸菌、一般細菌、リン酸を減少させる汚水処理方法で、電極は、特許技術2〜3と同様に溶性陽極であり溶出した大量の金属イオンの凝集力により凝集・分離することにより汚水を処理する方法であり、本特許技術が目的とする、殺菌と同時に特定の金属イオンの極微少量の供給量を一定に調整することは困難であるという欠点を有する。また、該技術に使用されている電極に直流電流を通電することにより、陽極として使用されている金属電極が溶解し、金属イオンが溶液中に多量に溶出してしまい、環境の2次汚染を惹き起こすという問題を有している。
【００１３】
特許文献5〜7に開示されている特許技術は、微生物を含有する処理水を電気化学的に処理するにあたり、炭素系材料からなる複極式三次元電極を有する複極式三次元電極式電解槽で該電解槽内に設置されている三次元電極に直流又は交流電圧を印加して三次元電極を分極し、処理水を該分極した三次元電極に接触することにより処理水を殺菌することが開示されている。該特許技術には、三次元電極として、炭素系材料、白金族金属酸化物被覆チタン材(寸法安定性電極)、白金被覆チタン材、ニッケル、フェライト等、あるいは該炭素系材料に貴金属のコーティングを施した材料から形成されたものが開示されている。
【００１４】
しかしながら、養液栽培用培養液中には植物の生育、ライフサイクルに必要な養分が溶解されている。該膨大な表面を有する三次元電極では、効率良く酸化還元反応を行うばかりでなく吸着、濾過の機能を有するため養液栽培用培養液中の養分が吸着・除去されるという致命的な欠陥を有するばかりか、特に炭素系材料からなる三次元電極は、陽極時の酸素発生に伴う発生期酸素と炭素が反応し、炭素が消耗して短期間のうちに均一な処理が出来なくなる。該消耗は、炭素系材料に貴金属のコーティングを施した材料でも発生し、さらに炭素材の消耗が進行すると、炭素が崩落し、処理水を汚染することもある。従って、これらの材料を電極として使用することは出来ない。該本発明との技術的相違により、特許文献5〜7に開示されている技術は、本発明の技術とは全く異なるものである。
【００１５】
さらに、ニッケル、フェライト等の炭素系以外の電極でも、炭素系電極と同様に溶解による消耗、崩落を発生する。また、養液栽培用培養液中の養分が吸着・濾過されて除去されるという致命的な欠陥を避けることが出来ない。また、三次元電極層内に吸着物による目詰まりを発生し、処理水中のカルシウム、マグネシウム化合物の析出により液が流れなくなると共に分極が困難になり処理水と接触が出来ず、目的とする殺菌等の性能が低下してくる。
【００１６】
非特許文献1には、酸化チタン光触媒による養液の浄化・殺菌方法の結果が開示されている。該文献では、有機質培地を用いて培養液を循環利用した場合、循環培養液中に蓄積する有機物による植物の成長阻害と安定生産のための植物病原菌が懸念され、該課題の対策を目的として太陽光を利用した培養液の浄化・殺菌が行われた。培養液の浄化処理効果はTOC(全有機体炭素)の分析と吸光度を測定することにより行われた。その結果、酸化チタン光触媒による効果が明白となり、曇天でも該技術が有効であることが示された。
【００１７】
しかしながら、太陽光中の紫外線の強さは、1ｍW/cm2と低いため装置の面積を大きくして、効率をあげる必要がある。したがって、さらに高効率の光触媒の開発が継続してなされている。また、太陽光の代替として紫外線ランプを使用した装置やオゾン発生装置との併用が検討されている。紫外線ランプを光源として使用する方法は、養液の汚れや養液中の有機物の蓄積により光路が短くなり処理能力が低下するという欠点を有する。また、該問題を解決するための洗浄装置が必要となり装置が大型になりコストアップの原因となる。同様に、オゾン発生装置の併用も装置の大型化とコストアップの原因となる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、肥料や植物のライフサイクルに必要な微量要素及び有機物を含有する養液栽培用培養液を循環利用する際、培養液の組成を変化せずpH調整、培養液温度、根域温度調整と殺菌、且つ酸素と微量要素を供給することを目的とし、培養液中で不溶性電極と微量要素を供給するための溶性電極に直流電流と交流電流を重畳し電解することにより、従来技術の諸問題を解決した安全で且つ安価に処理する方法を提供することにある。
【００１９】
養液栽培用培養液は、各肥料メーカーにより製造された肥料を栽培する植物の種類に合わせ調合し、水道水や井戸水で希釈して調製されている。該肥料は、水溶性の硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、有機酸塩やキレート塩等からなる。該調製された培養液の濃度管理は、主に電気伝導度の測定することにより行われている。推奨されている電気伝導度の値は、植物の生育段階によっても異なるが、0.1〜0.3S/mの範囲となっている。循環培養液は、非特許文献1に指摘されているように富栄養化により病原菌の温床となりやすく、一旦発病すれば培養液を通して短時間の内に全体に蔓延してしまう。
【００２０】
電気化学的手段による方法以外に培養液を熱処理によって行う方法も検討されているが、装置が大型化し、費用も膨大であり償却年数がかかってしまう。したがって、電気化学的処理方法は、培養液の組成を変化させなければ、装置、エネルギーコスト等の面で有利な法である。
【００２１】
養液栽培用培養液のような特殊な水溶液を直接電解し、組成を変化することなく、殺菌し、且つ植物に必要な微量要素を供給することは、これまで実施されたことはなかった。これは、培養液を直接電解することにより、培養液に電極成分が溶出することや電解による酸化還元反応により培養液中の成分が変質する恐れがあるためであると推察される。
【００２２】
上記問題を解決すべく鋭意研究の結果、不溶性電極により養液栽培用培養液のような特殊な水溶液を直接電解すると、陽極や陰極の電極表面に析出物を生ずることも無く、培養液のpHを変化させることが可能で、次亜塩素酸の生成することなく培養液の殺菌が可能であることが判明した。さらに、植物の生育に不可欠で、供給すべき成分を含有する金属、特に、培養液のように酸性度がpH4.5〜pH8と弱酸性から弱アルカリ性水溶液中で陽分極時に金属表面に不働態化による酸化皮膜を形成する金属を不溶性電極により直流電解を継続している陰極に並列に接続し、且つ交流電流を重畳することにより、供給する微量要素の金属表面に陽分極時、スライムやスマットの原因となる不働態化による酸化膜等を形成することなく溶解し、通電量による溶解量の制御が可能であること、すなわち、不溶性電極と供給する微量要素からなる溶性電極に直流電流と交流電流を重畳し、培養液を電解液として直接電解することにより、養液栽培用培養液のpH、病原菌数、微量要素の溶解量、発生酸素量、根域温度、培養液温度、全炭素濃度を調整することが可能であることを見出し本発明するに至った。
【００２３】
詳細には、本発明に使用される不溶性陽極、不溶性陰極及び不溶性電極は、該電極基体がチタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウムの金属若しくはこれらの合金に電極触媒として白金、イリジウム、ルテニウム、パラジウムから選択される一種以上の金属又は金属酸化物を含む電極触媒とチタン、錫、タンタル、アンチモン、ニオブ、ジルコニウムの金属酸化物から選択される電極触媒の分散材を含有してなる複合酸化物被覆層を有する不溶性陽極、不溶性陰極及び不溶性電極であり、既に市販されている電極が使用可能であるが、不溶性であることが不可欠である。
【００２４】
不溶性であることは、培養液を電極成分で汚染することを防止出来るばかりでなく、目的とする電極反応を制御するうえで不可欠な要素である。鉄、ニッケル、ステンレス、銅、銀等の金属は、アノード溶解し、炭素系やフェライト系の電極では酸化、還元による崩壊のため本発明の不溶性陽極、不溶性陰極及び不溶性電極としては使用できない。
【００２５】
不溶性陽極、不溶性陰極及び不溶性電極としては、例えば、日本カーリット株式会社製焼成電極が使用できる。さらに、特開2003-293196や特開2004-204328で開示されているような耐食性が向上された白金族金属酸化物を電極触媒とする焼成電極も使用可能であり、本発明に使用する不溶性陽極、不溶性陰極及び不溶性電極として好適である。
【００２６】
本発明に使用される不溶性陰極は、不溶性陽極と同様に培養液に対して不溶性であることが必須条件となる。陰極材料としては、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム等の高耐蝕性金属やこれらの合金が好適である。さらに、これらの金属を電極基体とし、該電極基体に電極触媒として白金、イリジウム、ルテニウム、パラジウムから選択される一種以上からなる金属、合金又は金属酸化物を被覆した不溶性陰極を使用し、陰極反応である水素発生の過電圧を抑えることにより、電解電圧を減少させ消費電力を軽減することが可能であり、本発明の不溶性陰極として好適である。
【００２７】
本発明の陽極及び陰極の形状は、該基材が金属であるため、用途に応じて任意の形状が可能である。又、不溶性であるため溶解等による形状の変化が無いので、使用される養液栽培システムの形態、菌の混入源、微量要素の供給位置、管理の容易さ等の設置場所に適合させて電極形状を決定すればよい。例えば、培養液の通路内に無隔膜の状態で設置するのであれば、培養液の流れを妨げないエキスパンドメタルを電極基板とする網状電極や棒状基材を溶接等の手段により電気的に接合した櫛状電極が好ましい。
【００２８】
又、培養液を集中管理している養液栽培を実施している養液栽培システムであれば、集中管理タンク内に板状、棒状若しくは網状の電極のいずれの形状の電極も使用可能である。さらに、棒状電極に網状電極を溶接等の手段で電気的に接合した電極、同様に、網状電極を複数枚接合した電極が好適である。該形状の電極であれば、本発明の目的以外にストレナーとして使用することも可能である。
【００２９】
電極の設置場所は、任意の場所に設置可能である。肥料調整後にpH調整用、酸素供給設備、微量要素供給装置として設置しても良い。特に、殺菌用として設置する場合には、大気と接し、細菌等が混入しやすい培養液通路内が好適である。又、これらを併設し、複数の電極を分散設置しても良く、特に、根域加温栽培を実施するためには、電極を栽培する生物の根域に設置し、電解による発熱により根域を加温し、各電極設置場所にて電気伝導度とpH、微量要素濃度、根域温度や培養液温度、微生物由来のアデノシンリン酸塩(ATP等)による発光量あるいは養液を採取し培地に培養し菌数を測定管理し、肥料濃度、電極設置位置、電極間距離及び通電電流量を調整することが望ましい。
【００３０】
本発明に使用される溶性電極は、チタン、珪素、アルミニウム、鉄、マンガン、亜鉛、銅、モリブデン、ニッケル、リン、カルシウム、マグネシウム、ホウ素、硫黄、窒素、炭素より選択される1種以上からなる金属若しくは合金である。例えば、鉄と珪素の合金である高珪素鋳鉄、含リン銅、アルミニウムマグネシウム亜鉛、フェロマンガン、フェロモリブデン、フェロチタン、フェロボロン、シリコマンガン、フェロアルミ、炭素フェロマンガン、フェロ亜鉛ニッケル、亜鉛ニッケル、カルシウムモリブデン、フェロモリブデンタングステン、フェロホスホス、フェロニオブ、炭素フェロモリブデン、シリコマンガンフェロクロム、フェロジルコン、マグネシウム亜鉛ジルコニウムカルシウム、カルシウム珪素チタン、チタン銅ニッケル、チタンボロン、チタンモリブデン等が使用可能であり、実用上は培養液を電解液として電解することによる溶解量を分析して通電量を制御することが好ましい。
【００３１】
さらに、養液栽培用培養液が、元素として窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム、硫黄、炭素、酸素、水素、鉄、マンガン、ホウ素、銅、亜鉛、モリブデン、塩素、ナトリウム、珪素、アルミニウム、ニッケルからなり硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、有機酸塩、キレート塩、有機肥料成分の水溶液で構成され、循環型の養液栽培用培養液である。
【００３２】
一般に、不溶性電極を用いて、直流電流を通じ、無隔膜にて水電解を行うと、陽極では電解酸化反応として、水を電解し酸素を発生し、陰極では電解還元反応として水素を発生する。この結果、水は、酸素と水素に分解され減少するが、電解液のpHは変動しない。一方、塩素イオンを含有する水溶液を電解すると、pHが上昇して、アルカリ性次亜塩素酸水溶液が得られる。
【００３３】
しかしながら、養液栽培用培養液を電解液として、不溶性陽極と不溶性陰極を用いて無隔膜にて電解することにより、養液栽培用培養液のpHが酸性側に変動すると共に微生物反応に由来するアデノシンリン酸塩(ATP等)基づく発光量が減少すること、すなわち、電解により、pH調整が可能であること、殺菌効果が得られること、培養液中の溶存酸素濃度が上昇し、さらに、電極間の距離、通電電流値及び培養液の電気伝導度を制御することにより培養液の温度を上昇することが可能であるため、電解が植物の栽培に有効であることすなわち、不溶性陽極と不溶性陰極を用い養液栽培用培養液を電解液として直流電解することにより、養液栽培用培養液の調整が可能である本発明に至った。
【００３４】
一方、本発明の不溶性陽極、不溶性陰極及び不溶性電極を用いて交流電解を行う場合は、これらの電極では、電極性能としてコンデンサー容量を有することに由来し、交流の周波数に対応した分極時に電流を充電し、電極反応に寄与する放電電流に至る前に極性が変化するため、見かけ上は電解反応が進行していない。これは、これら不溶性電極が電極触媒として不溶性の金属酸化物の被覆層を有していることに由来する。
【００３５】
これに対して、金属を交流電解用の電極として使用した場合は、金属は、電気容量を有しないため交流電流に対応した電極反応、特に培養液のような電解質濃度が低い場合には、金属イオンの溶解、不働態化、酸素発生、水素発生、金属水酸化物生成や還元反応の電極反応を行う。
【００３６】
従って、不溶性電極と培養液に供給する微量要素からなる金属又は合金の金属電極を用いて培養液を電解液として交流電解した場合、陽分極時、珪素、チタン、タンタル等の弁金属以外は金属電極を構成する金属がイオンとして溶解する。しかしながら、弁金属の場合には、金属表面に安定な酸化皮膜を形成し、不働態化或いは酸素を発生し不溶性化するものと考えられる。例えば、珪素と鉄の合金である高珪素鋳鉄を溶性電極として使用した場合、珪素は不働態化し不溶性化するが、鉄がイオン化し溶解するため、培養液中に微量要素として鉄イオンを供給することが可能となる。同様に、チタンとアルミニウムの合金を使用した場合は、チタンが不働態化し、アルミニウムがイオンとして溶解する。
【００３７】
さらに、該交流電解に直流電流を重畳させると、マンガンやモリブデンのような不働態化しやすい金属を含有する溶性電極を直流電極の陰極として通電することにより該溶性電極の電極電位を低下し、不働態化せず溶解電位と金属が安定な電位域に維持されるため金属が不働態化することなく溶解、供給することが可能となる。供給量は、交流電流量を調整するか、電解装置として形成した電気回路内の可変抵抗器を調整することによっても調整可能である。又、不溶性電極間に複数種類及び複数枚の養液栽培用培養液に供給する微量要素からなる溶性金属電極を複極となるよう電気的に接合することによっても供給微量要素の種類と供給量を調整することも可能である。又、通電する交流電流の周波数に特に限定は無い。一般に使用されている周波数を使用することが、高価な周波数変換装置等の機器も必要なく安価でよい。電極電位を測定し、操業条件を設定することが望ましいが、実用上は、直流電解の陽極でpH調整、殺菌、酸素供給等を実施しているため、溶性電極の種類、金属組成等により溶解量が変動するため溶性電極の種類ごとに直流電流の通電量と交流電流の通電量及び金属イオンの溶解量に関する検量線を作成することが望ましい。該操作により、交流電流による交流電解においても、直流電流に交流電流を重畳した電解を行っても安定な電解を継続し、微量要素を安定供給が可能となる。
【００３８】
すなわち、本発明の電解技術により、養液栽培用培養液のpH制御、培養液の殺菌、培養液への溶存酸素の富化、培養液温度の調整及び根域加温栽培の根域温度の制御等の培養液調整及び微量要素の供給と濃度制御が可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は、養液栽培用培養液の調整方法と微量要素の供給方法において、培養液に酸、アルカリや農薬を添加することなく、養液栽培用培養液中で、本発明の不溶性電極、及び微量要素を含有する溶性電極に直流電流と交流電流を通電し、電気分解することにより、培養液のpHを植物の生育の各段階で適切なpHに調整にすると共に、培養液に酸素を供給し、酸欠状態による「嫌気性脱窒素菌」の発生を防止することにより「窒素肥料」の消費分解を抑え、さらに、培養液を殺菌することにより、根の腐敗、発酵により変動するpHを安定化させることが可能になる等の養液栽培植物を健全に、品質が均一に育成することが可能となる。又、植物の生育、ライフサイクルに必要な微量要素を培養液に供給することも可能となるため、培養液の調整を容易に、安全に且つ安価に行うことが出来、さらに、培養液の寿命が延長され、循環再利用が可能となることにより、環境保全、肥料の節減、廃水の減少による環境汚染防止の観点からも極めて有効であることが判明した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明は、以下の例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４１】
トマトの水耕栽培用培養液の養育時におけるpHの管理と微量要素である亜鉛の濃度を管理することが可能か否かを検討するために、10トンのトマト培養液を電解液として、本発明の不溶性陽極として電解面積が幅300mm、長さ1000mm、厚さ2mmのチタン板に白金をめっきした石福金属興業株式会社製白金めっきチタン電極PLATINODE-101B、不溶性陰極として同じ大きさのチタン製エキスパンドメタル(目開き：LW6mm、SW3.5mm) に酸化ルテニウムを電極触媒とする複合酸化物の被覆を熱分解により施した焼成電極である日本カーリット株式会社製エクセロードCを用い、該一対の不溶性陽極と不溶性陰極に20Aの直流電流を通電し、一方、不溶性電極として電解面積が縦横50mmの日本カーリット株式会社製エクセロードC、溶性電極として金属亜鉛板を使用し、これらを対として金属亜鉛板を陽極、エクセロードCを陰極として15mAの直流電流を通電し、トマトを栽培しながらpHと亜鉛濃度の経時変化を調査した。トマト培養液は、10トンに対し肥料の追加を行わず、本発明の無隔膜電解を導入しなかった場合と電解を実施した本発明のpH変化と亜鉛濃度の変化を調査した結果を図1、図2に示した。
【００４２】
図1、図2の結果より、電解を実施しなかった比較例の培養液のpHは、管理範囲外のpH6.6まで達したが、本発明の不溶性電極により培養液を直接電解した場合の培養液のpHは、トマトの生育に適したpH5.5〜pH6.5の範囲とすることが可能であった。
【００４３】
一方、微量要素である亜鉛濃度は、電解を実施しなかった比較例の培養液の亜鉛濃度は、0.29ppmまで低下し、管理範囲以下となったが、本発明の方法では0.66ppm〜0.47ppmとなり亜鉛濃度の管理範囲に維持可能であることが判明した。
【実施例２】
【００４４】
マンガンは、陽極として電解すると電極表面に酸化物が生成し、溶解しにくくなるためマンガンの供給を交流電流にて行った。本発明の不溶性陽極及び不溶性陰極にチタン製エキスパンドメタルを電極基体として、電解面積が幅300mm、長さ1000mm、厚さ1mmの該電極基体に酸化イリジウム60%、酸化タンタル40%からなる電極触媒となるように調製した塩化イリジウムと塩化タンタルの塩酸溶液を熱シュウ酸に浸漬した後、水洗したチタン製エキスパンドメタル(目開き：LW4.5mm、SW3mm)に塗布し、550℃で熱分解する操作を繰り返し行い不溶性陽極と不溶性陰極を製作した。該一対の不溶性陽極と不溶性陰極に20Aの直流電流を通電した。一方、直流電流を通電した不溶性電極と同じ電極を使用し、溶性電極として金属電解マンガンを用い、該縦横が100mmの大きさの電極の一対に100mAの交流電流を通電し、トマトを栽培しながらpHとマンガン濃度の経時変化を調査した。トマト培養液は、10トンに対し肥料の追加を行わず、本発明の無隔膜電解を導入しなかった比較例と本発明の電解方法を導入したトマト培養液のpH変化とマンガン濃度の変化を調査した結果を図3、図4に示した。
【００４５】
図3の結果より、電解を実施しなかった比較例では、pHがpH6.5以上となり管理範囲値を超え、マンガン濃度は、0.12ppmまで低下し、管理範囲値以下となった。一方、本発明の電解方法を導入したトマト培養液のpH及びマンガン濃度は、管理範囲内であり、本発明の不溶性電極による直流電解及び微量要素からなる金属を溶性電極として、不溶性電極に交流電流を通電する交流電解を培養液中で行うことにより、養液栽培用培養液の調整と微量要素であるマンガン成分の供給が可能であることが判明した。
【実施例３】
【００４６】
さらに、培養液中にマンガンイオンを容易に供給するため、実施例2と同様に電解をする際、一対の不溶性陽極と不溶性陰極に20Aの直流電流を通電し、一方直流電流を通電した不溶性電極と同じ電極を使用し、溶性電極として金属電解マンガン板を用い、該縦と横が100mmの大きさの電極の一対に不溶性電極を陽極とし、金属電解マンガン板を陰極として10mAの直流電流を通電し、さらに100mAの交流電流を重畳通電しながらトマトを栽培しpHとマンガン濃度の経時変化を調査した。結果を図5に示した。
【００４７】
図5の結果より、本発明の不溶性電極による直流電解及び微量要素からなる金属を溶性電極として、不溶性電極に直流電流と交流電流を重畳通電する重畳電解を培養液中で行うことにより、養液栽培用培養液の調整と微量要素であるマンガン成分の供給が可能であることが判明した。
【実施例４】
【００４８】
モリブデンは、培養液の管理pH領域では陽極として電解すると電極表面に酸化物が生成し、溶解しにくくなるためモリブデン酸イオンとして溶解・供給を直流と交流の重畳電流にて行った。本発明の不溶性陽極及び不溶性陰極として、電極基板がチタン製エキスパンドメタル(目開き：LW6mm、SW3.5mm)で、電解面積が幅300mm、長さ1000mm、厚さ1mmとした日本カーリット株式会社製エクセロードBを不溶性陽極に、同様にエクセロードCを不溶性陰極として用い、該一対の不溶性陽極と不溶性陰極に20Aの直流電流を通電した。一方、縦横が50mmの大きさのエクセロードCと溶性電極として同サイズのチタン(70原子%)-モリブデン(30原子%)合金を用い、該一対の電極にエクセロードCが陰極となるように直流電流5mAを通電し、さらに30mAの交流電流を重畳通電しながらトマトを栽培し、該トマト培養液栽培用培養液のpHとモリブデン濃度の経時変化を調査した。トマト培養液は、10トンに対し肥料の追加を行わずトマトを栽培し、電解を導入しなかった比較例と本発明の電解方法を導入したトマト培養液のpH変化とモリブデン濃度の変化を調査した結果を図6、図7に示した。
【００４９】
図6及び図7の結果より、電解を実施しなかった比較例では、pHがpH6.5以上となり管理範囲値を超え、モリブデン濃度は、0.04ppmまで低下し管理範囲値以下となった。一方、本発明の電解方法を導入したトマト培養液のpH及びモリブデン濃度は、管理範囲内であり、本発明の不溶性電極による直流電解及び微量要素からなる金属を溶性電極として、不溶性電極に直流電流と交流電流を重畳通電する電解を培養液中で行うことにより、養液栽培用培養液の調整と微量要素であるモリブデン成分の供給が可能であることが判明した。
【実施例５】
【００５０】
溶性電極としてチタン(30原子%)-銅(70原子%)合金を用い、該溶性電極を陽極として、直流電流5mAを縦横が50mmの大きさの電極の一対に通電し、さらに25mAの交流電流を重畳通電したほかは、実施例4と同様に操作し、トマト栽培を行いながらpHと銅濃度及び微生物反応に由来するアデノシンリン酸塩(ATP等)に基づく発光量の経時変化を調査した。トマト培養液は、10トンに対し肥料の追加を行わず、本発明の無隔膜電解を導入しなかった比較例と本発明の電解方法を導入したトマト培養液のpH変化と銅濃度及び発光量の変化を調査した結果を図8、図9、図10に示した。
【００５１】
図8及び図9の結果より、電解を実施しなかった比較例では、銅濃度が12時間後に管理範囲の下限値以下の0.024ppmとなったが、本発明の方法では、管理範囲以内に維持できた。一方、図10より、本発明の電解方法を導入したトマト培養液の発光量が、120時間後に初期の約31%まで減少したが、比較例では初期よりやや増加傾向となった。本発明の方法により、トマト培養液のpH及び銅濃度は、管理範囲内に維持が出来、微生物反応に由来のATPによる発光量が減少することから、電解による殺菌効果が確認された。すなわち、本発明の不溶性電極による直流電解及び微量要素からなる金属を溶性電極として、不溶性電極に直流電流と交流電流を重畳通電する電解を培養液中で行うことにより、養液栽培用培養液の調整と微量要素である銅成分の供給が可能であり殺菌効果も有することが判明した。
【実施例６】
【００５２】
直径20mm、長さ500mmのチタン製の電解面積を有する丸棒に、実施例2と同じ電極触媒である酸化イリジウム60%、酸化タンタル40%となるように調製した塩化イリジウムと塩化タンタルの塩酸溶液を酸洗後のチタン製丸棒に塗布し、550℃で熱分解する操作を繰り返し行って、不溶性陽極を製作した。同じ形状の金属ジルコニウムを不溶性陰極として、栽培槽が50mのトマトのNFT水耕栽培用培養液の戻りタンクに該不溶性陽極及び不溶性陰極を浸漬し、30Aの直流電流を通電し、連続無隔膜電解を行った。一方、厚さ3mmの鉄-ホウ素合金を溶性電極、厚さ3mmの金属ジルコニウムに厚さ3μm白金めっきを施した電極を不溶性電極として、該電極の電解面積が縦横50mmである一対の電極板に鉄-ホウ素合金溶性電極が陽極となるよう直流電流を0.2A通電し、さらに1.5Aの交流電流を重畳して電解処理を行った。電解処理水を原水として、肥料調製・供給後、チャンネル出口の培養液中の溶存酸素濃度及びホウ素濃度を測定し、本発明の電解による培養液調整方法で培養に必要とされる培養液中の溶存酸素及び微量要素であるホウ素が管理濃度範囲に確保されるか否かについて、電解をしなかった場合と比較検討を行った。比較例の結果を図11、本発明の電解結果を図12に示した。
【００５３】
図11の結果より、電解を行わなかった場合、培養液中のpH、溶存酸素及びホウ素濃度が時間と共に変動し、管理濃度範囲より外れるようになることが判る。一方、図12の本発明の実施例の結果より、本発明の電解方法を導入することにより、培養液のpH、溶存酸素、及びホウ素濃度が管理濃度範囲に維持することが可能であるが判明した。このことにより、本発明の電解方法を導入することで、目的とする生産条件が維持され安定した高品質の製品と高い生産量が期待できる。
【実施例７】
【００５４】
縦100mm、横100mm、厚さ1mmの電解面積を有するチタン製エキスパンドメタル(目開き：LW6mm、SW3mm)に酸化ルテニウムを電極触媒とする複合酸化物の被覆を熱分解により施した焼成電極である日本カーリット株式会社製エクセロードCを不溶性陽極、同様の形状のチタン製エキスパンドメタルに白金を電極触媒とするエクセロードR-1000を不溶性陰極として用い、溶性電極として銅とリンの合金である含リン銅板を使用し、不溶性陽極と溶性電極を同極、陰極側を共通の不溶性陰極とし不溶性陽極と不溶性陰極間に20Aの直流電流を、溶性電極と不溶性陰極の間に20〜30mAの交流電流を通電し、直流回路と交流回路間に抵抗器を接続して目的とする電流を通電可能な回路を形成し、該培養液を電解液として約3ヶ月の連続無隔膜直接電解を行いながらトマトの水耕栽培を行った。この間のpH、銅濃度及び該培養液を採取し、スリーエムヘルスケア株式会社製一般細菌数測定用ペトリフィルム培地を用い、35℃で48時間培養後、コロニー数を計測した培養結果を図13に示した。
【００５５】
図13の結果より、pHは、ほぼpH6に、銅濃度は、0.04ppm〜0.05ppmに維持された。また、一般細菌数は、初期量に比較して3ヵ月後には約99%殺菌された。本発明の方法により、長期間に亘り培養液の調整、管理が可能であり、殺菌効果も得られることが可能であった。
【実施例８】
【００５６】
縦100mm、横100mm、厚さ1mmの電解面積を有するチタン製エキスパンドメタル(目開き：LW6mm、SW3mm)に酸化ルテニウムを電極触媒とする複合酸化物の被覆を大気中で熱分解により施した焼成電極である日本カーリット株式会社製エクセロードCを不溶性陽極、同様の形状のチタン製エキスパンドメタルに白金を電極触媒とするエクセロードR-1000を不溶性陰極として用い、20Aの直流電流を通電した。一方、縦横100mm、厚み3mmの電解面積を有する板状の石福興業株式会社製MODE-200焼成電極を不溶性陽極と不溶性陰極として該一対の不溶性電極間に溶性電極として厚み3mmの銅とリンの合金である含リン銅板を使用し、該溶性電極を極間が2mmとなるよう2mm厚みのバイトン製絶縁パッキンを介し挟み込み、20〜30mAの交流電流を通電し、直流電解と交流電解を併用して約3ヶ月の連続電解を行いながら培養液によるバラ水耕栽培を行った。この間培養液を採取し、pH、全有機炭素濃度、スリーエムヘルスケアー株式会社製一般細菌数測定用ペトリフィルム培地を用い、35℃で48時間培養後、コロニー数を計測した一般細菌数及び銅濃度を測定した結果を図14に示した。
【００５７】
図14の結果より、pHは、ほぼpH6に、全有機炭素濃度は100ppm以下、銅濃度は、約0.06ppmに維持された。また、一般細菌数は、初期量に比較して3ヵ月後には約99%殺菌された。本発明の方法により、長期間に亘り培養液の調整、管理が可能であり、殺菌効果も得られることが可能であった。
【実施例９】
【００５８】
バラの培養液に、実施例8と同様にして、電解面積を縦横500mm、厚さ1mmのサイズのチタン製エキスパンドメタル(目開き：LW8mm、SW4mm)に培養液調整用不溶性陽極として白金を１μmの厚さで電気めっきを施工した白金めっき電極、不溶性陰極として不溶性陽極と同じ形状の固体高分子形燃料電池用電極材料である多孔質炭素繊維に白金を担持させた電極触媒層と酸素ガスの拡散層を有するガス拡散電極を不溶性陰極とし、山陽電子株式会社製PSA酸素濃縮装置SO-004B型を酸素供給装置として使用し、該不溶性陽極と不溶性陰極であるガス拡散陰極に20Aの直流電流を通電し、養液栽培用培養液を電解液として電解した。一方、微量成分供給用不溶性電極として電解面積が縦横100mmの日本カーリット株式会社製エクセロードCを不溶性陽極、同様の形状のチタン製エキスパンドメタルに白金を電極触媒とするエクセロードR-1000を不溶性陰極として用い、該不溶性陽極と不溶性陰極の間に溶性電極として板状の鉄-ホウ素合金と鉄-珪素合金を溶性電極として絶縁パッキンを用いて挟み込み不溶性陽極と不溶性陰極に1Aの直流電流と1Aの交流電流を重畳し培養液を通液して培養液を電解液として電解した。さらに、同様の不溶性陽極と不溶性陰極の間に厚さ3mmの板状金属電解マンガンと同形状の金属亜鉛板を挟み込み0.1Aの直流電流と交流電流を重畳して培養液を通液して培養液を電解液として電解した。また、同様に不溶性陽極と不溶性陰極の間に厚さ3mmの銅とリンの合金である含リン銅板と同形状の金属モリブデン板を挟み込み50mAの直流電流と交流電流を重畳して通電した。これらの電解装置を用い、培養液を電解液として約3ヶ月の連続無隔膜直接電解を行いながら不溶性陰極より水素ガスの発生しないバラの水耕栽培を行った。この間該培養液を採取し、pH、ホウ素、鉄、マンガン、亜鉛、銅、モリブデン及び全炭素濃度とスリーエムヘルスケアー株式会社製一般細菌数測定用ペトリフィルム培地を用い、35℃で48時間培養後のコロニー数を計測した一般細菌数を測定した結果を図15に示した。
【００５９】
図15の結果より、pHはpH5〜pH6の範囲に、ホウ素濃度は0.2ppm〜0.3ppm、鉄濃度は1.2ppm〜1.5ppm、マンガン濃度は0.17ppm〜0.2ppm、亜鉛濃度は0.2ppm、銅濃度は0.06ppm、モリブデン濃度は0.05ppmに維持された。また、全炭素濃度は12ppmまで低減し、初期量より97.5%減少した。さらに、一般細菌数は、初期量に比較して3ヵ月後には約99.5%殺菌された。本発明の方法により、長期間に亘り培養液の調整、管理が可能であり、殺菌効果が得られ、微量成分を供給し、該濃度を目的とする濃度に維持することが可能であった。
【実施例１０】
【００６０】
ブドウ「デラウェア」のNFTによる栽培方式で、3年生接ぎ木苗を使用し、水気耕栽培の培養液濃度をEC0.5dS/m、硝酸性窒素とアンモニア性窒素比を2：1とした。また、全窒素濃度を20ppm(約1.4me/L)に維持した。該栽培ベッドの底部に電解面積が直径3mm、長さ5000mmであるチタン製丸形状ワイヤーの表面に電気めっき法により白金を被覆した石福金属興業株式会社製白金めっきチタン電極PLATINODE-101Bと同じ形状のチタン製ワイヤーを不溶性陰極として該不溶性陽極と不溶性陰極の極間を5mmとして5Aの直流電流を通電し、該電流値を制御して根域領域を２６℃とした根域加温栽培を行いながら同時にpHをpH6からpH7の範囲に維持した。一方、微量成分供給用不溶性電極として電解面積が縦横100mmのチタン製エキスパンドメタルを電極基板とする日本カーリット株式会社製エクセロードCを不溶性陽極、同様の形状のチタン製エキスパンドメタルに白金を電極触媒とするエクセロードR-1000を不溶性陰極として用い、該不溶性陽極と不溶性陰極の間に溶性電極として厚さ3mmの金属電解マンガン板と同形状の金属亜鉛板を絶縁パッキンで挟み込み0.1Aの直流電流と交流電流を重畳して通電した。さらに、同様に不溶性陽極と不溶性陰極の間に溶性電極として厚さ3mmの銅とリンの合金である含リン銅板と同形状の金属モリブデン板を挟み込み50mAの直流電流と交流電流を重畳して通電した。これらの電解装置を用い、さらに該電解装置の電源として夫々複数台の三洋電機株式会社製HIP-200型太陽電池を併用し、根域領域温度を26℃に維持するよう通電電流値を調節しながら培養液を電解液として連続無隔膜直接電解を行いブドウ「デラウェア」の根域領域加温栽培を行った。この間本発明の培養液を採取し、pH、マンガン、亜鉛、銅、モリブデン濃度及びスリーエムヘルスケアー株式会社製一般細菌数測定用ペトリフィルム培地を用い、35℃で48時間培養後のコロニー数を計測した一般細菌数を測定した結果及び根域領域の温度を測定した結果を図16に示した。また、生育した果実に関し、本発明の養液栽培管理と根域領域加温栽培を実施した果実と実施しなかった果実について品質を比較した結果を表1に示した。
【００６１】
図16の結果より、pHはpH6.6〜pH6.8の範囲に、マンガン濃度は0.1ppm〜0.2ppm、亜鉛濃度は0.3ppm〜0.4ppm、銅濃度は0.06ppm〜0.07ppm、モリブデン濃度は0.04ppm〜0.05ppmに維持された。また、根域領域の温度は、26℃〜２８℃に維持された。さらに、一般細菌数は、初期量に比較して約98.8%殺菌された。本発明の方法により、長期間に亘り培養液の調整、管理が可能であり、殺菌効果が得られ、微量成分を供給し、該微量成分濃度を目的とする濃度に維持することが可能であった。
【００６２】
【表１】
2006158384.tif 000003
表1の結果より、収量で約2.6倍及び房重で約2倍の増収が得られ、糖度でも本発明の方法によって生育した果実の品質が本発明を実施しない比較例と比較して優れていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】トマト培養液のpH及びZn濃度経時変化を示す図面
【図２】本発明のトマト培養液のpH及びZn濃度経時変化を示す図面
【図３】トマト培養液のpH及びMn濃度経時変化を示す図面
【図４】本発明のトマト培養液のpH及びMn濃度経時変化を示す図面
【図５】本発明のトマト培養液のpH及びMn濃度経時変化を示す図面
【図６】トマト培養液のpH及びMo濃度経時変化を示す図面
【図７】本発明のトマト培養液のpH及びMo濃度経時変化を示す図面
【図８】トマト培養液のpH及びCu濃度経時変化を示す図面
【図９】本発明のトマト培養液のpH及びCu濃度経時変化を示す図面
【図１０】トマト培養液の電解の有無によるATP発光量経時変化を示す図面
【図１１】トマト培養液のpH、B濃度及び溶存酸素濃度経時変化を示す図面
【図１２】本発明のトマト培養液のpH、B濃度及び溶存酸素濃度経時変化を示す図面
【図１３】本発明のトマト培養液のpH、Cu濃度及び一般細菌数経時変化を示す図面
【図１４】本発明のバラ培養液のpH、全有機炭素濃度、Cu濃度及び一般細菌数経時変化を示す図面
【図１５】本発明のバラ培養液のpH、微量要素濃度、全有機炭素濃度及び一般細菌数経時変化を示す図面
【図１６】本発明のウドウ「デラウェア」培養液根域加温栽培のpH、根域温度、微量要素濃度及び一般細菌数経時変化を示す図面
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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