(57)【要約】【課題】栽培液に二酸化炭素のナノバブルを供給することで、植物の光合成の促進を図るようにした植物栽培方法及び植物栽培装置を提供する。【解決手段】  栽培液２に浮上配置された栽培床３に植物苗２０を配置して生育させる植物栽培方法において、二酸化炭素のナノバブルを栽培液２に供給して植物苗２０にその根部２２から吸収させる。係る構成によれば、二酸化炭素ナノバブルが植物の根から細胞内に取り込まれ、葉の気孔からの二酸化炭素の吸入との相乗作用によって、葉緑素への二酸化炭素の吸収量が増加し、植物の光合成が促進される。また、栽培液２が投入された栽培水槽１と植物苗２０を支持する栽培床３と、二酸化炭素の供給を受けてナノバブルを発生しこの二酸化炭素のナノバブルを栽培液２に供給するナノバブル供給装置１０を備えた植物栽培装置によれば、二酸化炭素ナノバブルを栽培液２に効率良く供給でき、二酸化炭素の吸収量が増加し、植物の光合成が促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培液（２）の液面部分に配置された栽培床（３）にその根部（２２）を上記栽培液（２）に浸漬させた状態で植物苗（２０）を配置して上記植物苗（２０）を生育させる植物栽培方法であって、
二酸化炭素のナノバブルを上記栽培液（２）に供給して上記植物苗（２０）にその根部（２２）から上記栽培液（２）中の水分、養分等とともに吸収させることを特徴とする植物栽培方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記二酸化炭素のナノバブルを含んだナノバブル含有液（１１）を生成し、このナノバブル含有液（１１）を上記栽培液（２）に供給することを特徴とする植物栽培方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記植物苗（２０）の上方側に配置した照明器（９）からの照明光を上記植物苗（２０）に照射することを特徴とする植物栽培方法。
【請求項４】
栽培液（２）が投入された栽培水槽（１）と、
上記栽培液（２）の液面部分に配置され且つ植物苗（２０）をその根部（２２）を上記栽培液（２）に浸漬させた状態で支持する栽培床（３）と、
二酸化炭素の供給を受けてナノバブルを発生しこの二酸化炭素のナノバブルを上記栽培液（２）に供給するナノバブル供給装置（１０）を備えたことを特徴とする植物栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、水耕栽培において植物の光合成作用を高めてその生育の促進を図るようにした植物栽培方法及びこの栽培方法に適した植物栽培装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物の生育は、葉細胞中の葉緑素において、太陽光から吸収した光エネルギーを使い、葉の気孔から吸収した大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）と根から吸収した水を用いて酸素と糖類を作り出す、いわゆる光合成に支配される。従って、植物の生育を促進するためには、光合成作用を高めることが有効である（非特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上掲の非特許文献１にも示されるように、植物の光合成は、光の強さ（光エネルギーの大きさ）、環境温度、環境中の二酸化炭素濃度によって変化することが知られている。また、光が強い条件下では、光合成速度には環境温度は殆ど関与せず、専ら光の強さと二酸化炭素濃度に支配され、強い光の下で二酸化炭素濃度を高めることで光合成速度が高められることも知られている。このことは、例えば、光の強さを適正に保持した場合、光合成速度は二酸化炭素濃度のみに支配され、二酸化炭素濃度が高いほど光合成速度が高められる（光合成が促進される）ということになる。
【０００４】
このような栽培環境における二酸化炭素濃度を高める技術として、例えば、特許文献１には、イチゴ等のハウス栽培において、植物の栽培環境に二酸化炭素を供給してその濃度を高める技術が示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、二酸化炭素濃度の高い空気を栽培液中に供給して、植物の根の周りの酸素濃度を高めると同時に、二酸化炭素によって栽培液の酸化を抑制（即ち、栽培液のＰＨ調整）する技術が示されている。
【０００６】
一方、非特許文献２には、マイクロバブル及びナノバブルの生成、及び液中にナノバブルを供給する技術が提案されている。ここで、マイクロバブルは直径が５０μｍ以下の微細気泡である。また、ナノバブルは、マイクロバブルよりもさらに微細な気泡（直径が１μｍ以下）であって、マイクロバブルが水中で圧壊する過程において生成される。このナノバブルは非常に不安定であってナノバブルを長期に亘って液中に保持することが技術的に困難とされていたが、近年の研究によって、ナノバブルの安定化技術が開発されたことから、その活用法が求められている。
【０００７】
なお、このようなナノバブルの安定性の原因については未だ研究段階にあって明確な結論はでていないものの、実験結果等から、非特許文献２においては以下のように推論している。
【０００８】
第１の推論は、電解質イオンを含む水の中でマイクロバブルの圧壊する過程で、水中のイオン類が気泡周囲に凝縮することで静電気的な反発力を生じて気泡が完全に消滅するのが抑制され、これによってナノバブルが安定的に存在するというものであり、第２の推論は、濃縮したイオン類が気泡を包み込む殻として作用することで、内部の気体の散逸が防止され、これによってナノバブルが安定的に存在するというものである。
【０００９】
ナノバブルの安定化技術の開発に伴う上記要求に応えるべく、マイクロバブルとかナノバブルを水耕栽培に利用する技術が開発され、これが提案されるに至った（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
【００１０】
特許文献３に示される技術は、空気をマイクロバブルとして栽培液に供給した場合における該栽培液に対する酸素の溶解度は、空気をそのまま栽培液に供給した場合における酸素の溶解度に比して、格段に高いとの知見に基づいて、空気をマイクロバブルとして栽培液に供給することで、該栽培液中の溶存酸素量を増加させて植物の根からの酸素吸入を促進させる技術である。
【００１１】
特許文献４に示される技術は、オゾンをマイクロバブルとかナノバブルとして栽培液中に供給し、オゾンの有する殺菌性を利用して栽培液の殺菌・除菌を行なう技術である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ＮＨＫ高校講座  生物  「第３８回  第６部  環境と植物の反応  光合成と環境条件」        http://www.nhk.or.jp/kokokoza/tv/seibutsu/archive/resume038.html
【非特許文献２】独立行政法人産業総合研究所  プレスリリース  「世界で初めてナノバブルの製造・安定化技術を確立」            http://www.aist.go.jp/aist-j/press-relesse/pr2004/pr20040315/pr20040315.html
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−２１３４１４号公報
【特許文献２】特開平１１−００００６６号公報
【特許文献３】特開２００２−１４２５８２号公報
【特許文献４】特開２００８−２０６４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、植物の光合成を促進させるには、植物の葉への二酸化炭素の取込量を増加させることが有効であることは既述の通りであり、またその手法としては、栽培環境の二酸化炭素濃度を増加させる手法が主流であって、ナノバブルを利用して植物の根から二酸化炭素を取り込む技術は提案されていない。なお、ナノバブルを栽培液中に供給する技術はあるものの、ここに示されるものは、水への溶解度の高い酸素をナノバブルとして供給することで溶存酸素量を増加させるものであって、植物の光合成の促進に直接結びつくものではない。
【００１５】
そこで本願発明は、栽培液に二酸化炭素のナノバブルを供給することで、植物の光合成の促進を図るようにした植物栽培方法及び植物栽培装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。
【００１７】
本願の第１の発明では、栽培液２の液面部分に配置された栽培床３にその根部２２を上記栽培液２に浸漬させた状態で植物苗２０を配置して上記植物苗２０を生育させる植物栽培方法において、二酸化炭素のナノバブルを上記栽培液２に供給して上記植物苗２０にその根部２２から上記栽培液２中の水分、養分等とともに吸収させることを特徴としている。
【００１８】
本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る植物栽培方法において、上記二酸化炭素のナノバブルを含んだナノバブル含有液１１を生成し、このナノバブル含有液１１を上記栽培液２に供給することを特徴としている。
【００１９】
本願の第３の発明では、上記第１又は第２の発明に係る植物栽培方法において、上記植物苗２０の上方側に配置した照明器９からの照明光を上記植物苗２０に照射することを特徴としている。
【００２０】
本願の第４の発明に係る植物栽培装置では、栽培液２が投入された栽培水槽１と、上記栽培液２の液面部分に配置され且つ植物苗２０をその根部２２を上記栽培液２に浸漬させた状態で支持する栽培床３と、二酸化炭素の供給を受けてナノバブルを発生しこの二酸化炭素のナノバブルを上記栽培液２に供給するナノバブル供給装置１０を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本願発明では次のような効果が得られる。
【００２２】
（ａ）本願の第１の発明に係る植物栽培方法によれば、栽培液２の液面部分に配置された栽培床３にその根部２２を上記栽培液２に浸漬させた状態で植物苗２０を配置して上記植物苗２０を生育させる植物栽培方法において、二酸化炭素のナノバブルを上記栽培液２に供給して上記植物苗２０にその根部２２から上記栽培液２中の水分、養分等とともに吸収させるようにしている。
【００２３】
この場合、ナノバブルはその安定性に優れ長期に亘って栽培液２中に残存し、しかもその直径が１μｍ以下と超微細であって、水、養分等とともに植物の根の細胞内に取り込まれ得ることから、葉の気孔からの二酸化炭素の吸入作用と、根からの二酸化炭素の吸入作用の相乗効果によって、葉緑素への二酸化炭素の吸収量が増加し、それだけ植物の光合成が促進され、結果的に植物の生育促進が図られることになる。
【００２４】
（ｂ）  本願の第２の発明に係る植物栽培方法によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、二酸化炭素のナノバブルを含んだナノバブル含有液１１を生成し、このナノバブル含有液１１を上記栽培液２に供給するようにしているので、例えば、ナノバブルを栽培液２に直接供給する場合に比して、上記栽培液２内におけるナノバブルの分布状態が均等化され、栽培植物を可及的に均等に生育させることができ、延いては栽培植物の品質向上が期待できる。
【００２５】
（ｃ）  本願の第３の発明に係る植物栽培方法によれば、上記（ａ）又は（ｂ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、植物苗２０の上方側に配置した照明器９からの照明光を上記植物苗２０に照射するようにしているので、屋内での植物栽培に適した植物栽培方法を提供できる。しかも、植物の光合成には、光エネルギーが大きく且つ二酸化炭素濃度が高いほど光合成速度が大きくなる、という特性があることから、二酸化炭素濃度と照明光の強さの関係を適宜設定することで、光合成速度を調整して植物の生育状態（例えば、植物の収穫時期）を管理することが容易となる。
【００２６】
（ｄ）  本願の第４の発明に係る植物栽培装置によれば、栽培液２が投入された栽培水槽１と、上記栽培液２の液面部分に配置され且つ植物苗２０をその根部２２を上記栽培液２に浸漬させた状態で支持する栽培床３と、二酸化炭素の供給を受けてナノバブルを発生しこの二酸化炭素のナノバブルを上記栽培液２に供給するナノバブル供給装置１０を備えているので、二酸化炭素のナノバブルを上記栽培水槽１内の上記栽培液２に効率良く供給することができる。この場合、ナノバブルはその安定性に優れ長期に亘って栽培液２中に残存し、しかもその直径が１μｍ以下と超微細であって、水、養分とともに植物の根の細胞内に取り込まれ得ることから、葉の気孔からの二酸化炭素の吸入作用と根からの二酸化炭素の吸入作用の相乗効果によって、葉緑素への二酸化炭素の吸収量が確実に増加し、それだけ植物の光合成が促進され、その結果、植物の生育促進効果の高い植物栽培装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明の実施の形態に係る植物栽培方法の実施に供される植物栽培装置のシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００２９】
図１には、本願発明の実施形態に係る植物栽培方法の実施に供される植物栽培装置の一例として、栽培施設内で使用される植物栽培装置の全体システム構成を示しており、同図において符号１は所定大きさをもつ栽培水槽である。
【００３０】
上記栽培水槽１内には所定量の栽培液２が投入されており、さらに、この栽培液２の液面側には栽培床３が浮上載置されている。
【００３１】
上記栽培床３は、所要の浮力をもつ板状体で構成され、その平面方向の内側には該栽培床３を板厚方向へ貫通して複数個の植物支持孔３ａが所定間隔で設けられている。
【００３２】
上記栽培床３の上記植物支持孔３ａには、植物苗２０が植栽された苗カップ４が収納配置されている。上記植物苗２０は、その葉部２１が上記苗カップ４から上方へ延び上がる一方、その根部２２は上記苗カップ４から下方へ延びて上記栽培液２にその全体が浸漬されている。
【００３３】
また、上記栽培水槽１には、循環ポンプ３２を備えるとともにその吸込端が貯留タンク３１内の栽培液２中に位置する供液管５と、その吐出端が上記貯留タンク３１に接続された排液管６が、それぞれ設けられており、上記循環ポンプ３２の運転によって上記栽培液２は上記栽培水槽１と上記貯留液タンク３１の間で循環される。なお、上記貯留液タンク３１には後述のナノバブル供給装置１０のナノバブル発生装置７からナノバブル含有液が供給されるため、実際的には、上記循環ポンプ３２によって上記栽培水槽１に還流されるのは、栽培液２とナノバブル含有液の混合液１２とされる。
【００３４】
一方、上記栽培水槽１には、次述のナノバブル供給装置１０が付設されている。このナノバブル供給装置１０は、上記貯留タンク３１と、ナノバブル発生装置７と二酸化炭素供給源８、上記循環ポンプ３２（特許請求の範囲中の「混合液供給部」に該当する）及び循環ポンプ３３を備えて構成される。
【００３５】
上記ナノバブル発生装置７は、上記循環ポンプ３３を備えた吸込管３４から供給される上記貯留タンク３１内の栽培液２と、二酸化炭素供給源８から供給される二酸化炭素を受けて、ナノバブル含有液１１を生成し且つこのナノバブル含有液１１を吐出管３５を通して上記貯留タンク３１の栽培液２に供給してこれに混合させる。従って、上記貯留タンク３１内には上記栽培水槽１から還流した上記栽培液２と上記ナノバブル発生装置７から供給されるナノバブル含有液１１が混合した混合液１２とされる。
【００３６】
そして、上記混合液１２は、上記循環ポンプ３２によって上記供液管５から上記栽培水槽１内に供給される。この結果、上記栽培水槽１内の栽培液２は、二酸化炭素ナノバブルが高濃度に混入した栽培液２となるが、この二酸化炭素ナノバブルは安定したものであって、その圧壊に至るまでの期間が長い（例えば、数ヶ月）ため、上記ナノバブル供給装置１０を常時運転せずとも、上記栽培水槽１内の栽培液２は長期間に亘って高濃度の二酸化炭素ナノバブルを含んだ液として存在することになる。なお、上記循環ポンプ３２は、特許請求の範囲中の「混合液供給部」に該当する。
【００３７】
このように二酸化炭素ナノバブルを含んだ栽培液２に浮かべられた上記栽培床３に上記植物苗２０を載置し、且つ上記照明器９からの照明光を上記植物苗２０に照射することで、該植物苗２０の生育促進が図られる。
【００３８】
即ち、上記植物苗２０の根部２２が浸漬される上記栽培水槽１の栽培液２が二酸化炭素ナノバブルを含む液であり、またこの二酸化炭素ナノバブルは安定性に優れ長期に亘って圧壊されることなく上記栽培液２中に残存し、しかもその直径が１μｍ以下と超微細であることから、水とか養分とともに上記植物苗２０の根部２２の表面から浸透圧等の作用によって根の細胞内に取り込まれる。細胞内に取り込まれた二酸化炭素ナノバブルは、その周囲に存在する電解質イオンの溶媒である水の量が、上記栽培液２内に在るときに比して激減することから、該二酸化炭素ナノバブルの周囲に凝縮していたイオン類の殻が崩壊消滅し、その内部の二酸化炭素が水、養分等とともに根部２２から葉部２１に移動し、これによって植物苗２０の根部２２からの二酸化炭素の吸入が実現される。
【００３９】
従って、上記植物苗２０においては、自然界での本来的な二酸化炭素の吸入作用、即ち、葉部２１の気孔からの二酸化炭素の吸入に加えて、上記根部２２からも二酸化炭素が取り込まれるため、この根部２２からの取り込み分だけ、上記植物苗２０の葉部２１への二酸化炭素の吸収量が格段に増加し、それだけ葉緑素における光合成が促進され、結果的に上記植物苗２０の生育促進が図られるものである。
【００４０】
また、この場合、二酸化炭素のナノバブルを含んだナノバブル含有液１１を直接上記栽培水槽１内の栽培液２に供給するのではなく、先ず上記貯留タンク３１において上記栽培水槽１から還流する栽培液２に上記ナノバブル含有液１１を供給して混合し、この混合液１２を上記栽培水槽１内の栽培液２に供給することで、該栽培液２内における二酸化炭素ナノバブルの分布状態が可及的に均等化され、植物苗２０を均等に生育させることができ、延いては植物苗２０の品質向上が期待できる。
【００４１】
尚、本願発明は、この実施形態のように、二酸化炭素のナノバブルを含んだナノバブル含有液１１を上記貯留タンク３１内の栽培液２に供給し、該貯留タンク３１を介して上記栽培水槽１内の栽培液２に供給する構成に限定されるものではなく、二酸化炭素のナノバブルを含んだナノバブル含有液１１を上記栽培水槽１内の栽培液２に直接供給するように構成することもできる。
【００４２】
さらに、この実施形態では、上記栽培水槽１内の栽培液２を、上記排液管６を介して上記貯留タンク３１の還流させるように構成しているが、本願発明は係る構成に限定されるものではなく、例えば、上記栽培水槽１内の栽培液２を他の栽培水槽１間において循環させ、該各栽培水槽１における栽培液２の量が減じたとき、この減量分に対応する量だけ、上記貯留タンク３１内の栽培液２を上記栽培水槽１に供給するように構成することもできる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ・・栽培水槽
２  ・・栽培液
３  ・・栽培床
４  ・・苗カップ
５  ・・供液管
６  ・・排液管
７  ・・ナノバブル発生装置
８  ・・二酸化炭素供給源
９  ・・照明器
１０  ・・ナノバブル供給装置
１１  ・・ナノバブル含有液
１２  ・・混合液
２０  ・・植物苗
２１  ・・葉部
２２  ・・根部
３１  ・・貯留タンク
３２  ・・循環ポンプ（混合液供給部）
３３  ・・循環ポンプ
３４  ・・吸込管
３５  ・・吐出管
【図１】
2011110028.tif 000003