(57)【要約】【課題】植物の生育に必要な水分を幅広い吸着状態の易効水として保持することが可能な人工土壌粒子を提供する。【解決手段】複数種の繊維を混合してなる繊維塊状体１０を備えた人工土壌粒子５０であって、複数種の繊維は、少なくとも、保水性を有する第一繊維１と、親水性を有する第二繊維２とを含み、第一繊維１の公定水分率は、８．５以上であり、第二繊維２の公定水分率は、４．０〜７．０であり、第一繊維１は、セルロース繊維であり、第二繊維２は、ビニロン繊維である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種の繊維を混合してなる繊維塊状体を備えた人工土壌粒子であって、
前記複数種の繊維は、少なくとも、保水性を有する第一繊維と、親水性を有する第二繊維とを含む人工土壌粒子。
【請求項２】
前記第一繊維の公定水分率は、８．５以上であり、
前記第二繊維の公定水分率は、４．０〜７．０である請求項１に記載の人工土壌粒子。
【請求項３】
前記第一繊維は、セルロース繊維であり、
前記第二繊維は、ビニロン繊維である請求項１又は２に記載の人工土壌粒子。
【請求項４】
前記第一繊維（ａ）と前記第二繊維（ｂ）との配合比率（ａ／ｂ）が、質量比で０．０８〜１３に調整されている請求項１〜３の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
【請求項５】
前記繊維塊状体の表面側から内部側に向かう方向に、前記第一繊維の含有量が徐々に小さくなるよう調整されている請求項１〜４の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
【請求項６】
前記第一繊維は、０．５〜２０００μｍの繊維長を有し、
前記第二繊維は、１０〜１０００μｍの繊維長を有する請求項１〜５の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
【請求項７】
前記繊維塊状体の表面の少なくとも一部が通水性膜で被覆されている請求項１〜６の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
【請求項８】
珪藻土及び／又はパーライトを含む請求項１〜７の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
【請求項９】
１〜１０ｍｍの粒径を有する請求項１〜８の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の人工土壌粒子を団粒化してなる人工土壌培地。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の繊維を混合してなる繊維塊状体を備えた人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を用いた人工土壌培地に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生育条件がコントロールされた環境下で野菜等の植物を栽培する植物工場が増加している。これまでの植物工場は、レタス等の葉物野菜の水耕栽培が中心であったが、最近では水耕栽培には向かない根菜類についても植物工場での栽培を試みる動きがある。人工土壌を用いて根菜類を植物工場で栽培するためには、土壌としての基本性能に優れ、品質が高く、且つ取り扱いが容易な人工土壌粒子を開発する必要がある。また、人工土壌には、植物に対する水遣りの回数を低減でき、水分量の管理が容易になる等、天然土壌では実現が困難な独自の機能が求められるようになっている。
【０００３】
特許文献１には、無機物質材からなる粒体を、有機植物繊維等からなる有機物質材に絡ませるとともに、結合剤によって粒状に固結した人工団粒体が提案されている。この人工団粒体は、有機物質材として有機植物繊維等を用いることにより、保水性を向上させようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０４２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
土壌中の水分は、土壌粒子に吸着されることにより、土壌に保持される。これら土壌中の水分のうち植物が利用可能な水分、いわゆる易効水は、植物の生育にとって非常に重要な水分である。易効水には、降雨又は灌水から通常２４時間経過後に土壌に残存するものから、植物の根が吸収可能な程度に土壌粒子に吸着されているものまでが含まれる。土壌が水分を保持する力はｐＦ値として表され、易効水は一般にｐＦ値１．７〜２．７の範囲で土壌に吸着されている。
【０００６】
人工土壌の開発にあたっては、天然土壌と同等の植物育成力を達成しながら、保水性を適切に維持できる機能が求められる。特に、水分を幅広い吸着状態の易効水として保持することは、植物に対する水遣り回数の低減や、植物の種類に応じた最適な栽培スケジュールを実現するために必要なことである。
【０００７】
この点、特許文献１の人工団粒体は、無機物質材を有機植物繊維等に絡ませて結合剤によって粒状化したものであり、有機物質材である有機植物繊維が人工団粒体の表層部に存在している。有機植物繊維は、水分との吸着力が強いため人工団粒体の保水性は高まるが、弱い吸着状態の易効水を十分に保持できない虞がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、植物の生育に必要な水分を幅広い吸着状態の易効水として保持することが可能な人工土壌粒子を提供することを目的とする。また、当該人工土壌粒子を使用した人工土壌培地を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌粒子の特徴構成は、
複数種の繊維を混合してなる繊維塊状体を備えた人工土壌粒子であって、
前記複数種の繊維は、少なくとも、保水性を有する第一繊維と、親水性を有する第二繊維とを含むことにある。
【００１０】
本構成の人工土壌粒子によれば、保水性を有する第一繊維と、親水性を有する第二繊維とを含むため、人工土壌粒子を灌水させると、水分は第一繊維に対しては比較的強い力で吸着され、第二繊維に対しては比較的弱い力で吸着されることになる。このように、水分は吸着状態が異なる易効水として保持されるため、繊維塊状体の保水性がブロードになり、植物の栽培に適した人工土壌を形成することができる。また、水遣り等の回数を減らすことができるため、作業者の労力を低減することができる。
【００１１】
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記第一繊維の公定水分率は、８．５以上であり、
前記第二繊維の公定水分率は、４．０〜７．０であることが好ましい。
【００１２】
本構成の人工土壌粒子によれば、第一繊維及び第二繊維を適切な公定水分率に設定しているので、第一繊維及び第二繊維は、それぞれ吸着状態の異なる水分を保持することが可能となる。従って、人工土壌粒子を灌水させると、水分は幅広い吸着状態の易効水として繊維塊状体内に保持され、植物の栽培に適した人工土壌を形成することができる。
【００１３】
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記第一繊維は、セルロース繊維であり、
前記第二繊維は、ビニロン繊維であることが好ましい。
【００１４】
本構成の人工土壌粒子によれば、第一繊維及び第二繊維として適切な素材を選択しているので、第一繊維及び第二繊維は、それぞれ吸着状態の異なる水分を十分に保持することができる。
【００１５】
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記第一繊維（ａ）と前記第二繊維（ｂ）との配合比率（ａ／ｂ）が、質量比で０．０８〜１３に調整されていることが好ましい。
【００１６】
本構成の人工土壌粒子によれば、第一繊維と第二繊維との配合比率が適切な範囲に調製されていることから、吸着状態の異なる水分を易効水としてバランスよく保持することができる。
【００１７】
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記繊維塊状体の表面側から内部側に向かう方向に、前記第一繊維の含有量が徐々に小さくなるよう調整されていることが好ましい。
【００１８】
本構成の人工土壌粒子によれば、繊維塊状体の表面側から内部側に向かう方向に、第一繊維の含有量が徐々に小さくなるよう調整されているため、繊維塊状体の内部側に多く存在する親水性を有する第二繊維により、外部環境の水分が繊維塊状体内に吸収され、繊維塊状体の表面側に多く存在する保水性を有する第一繊維により、吸水された水分が繊維塊状体内に保持される。その結果、高い保水性を有することができる。
【００１９】
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記第一繊維は、０．５〜２０００μｍの繊維長を有し、
前記第二繊維は、１０〜１０００μｍの繊維長を有することが好ましい。
【００２０】
本構成の人工土壌粒子によれば、第一繊維及び第二繊維が最適な繊維長を有しているため、吸着状態の異なる水分を易効水としてバランスよく保持することができる。
【００２１】
本発明に係る人工土壌粒子において、
前記繊維塊状体の表面の少なくとも一部が通水性膜で被覆されていることが好ましい。
【００２２】
本構成の人工土壌粒子によれば、繊維塊状体の表面の少なくとも一部が通水性膜で被覆されていることから、繊維塊状体と外部環境との通水性を確保しつつ、一定の遮蔽性及び剛性を確立することができる。その結果、吸着状態の異なる水分を易効水としてバランスよく保持しながら、通水性膜により繊維塊状体の強度を維持することができる。
【００２３】
本発明に係る人工土壌粒子において、
珪藻土及び／又はパーライトを含むことが好ましい。
【００２４】
本構成の人工土壌粒子によれば、珪藻土及び／又はパーライトを含むことから、人工土壌粒子の外部に存在する水分を多孔質物質である珪藻土及び／又はパーライトに吸収し、外部の水分環境を調節することができる。その結果、人工土壌粒子の保水性及び通気性を確保することができ、栽培植物に対する水分環境を良好な状態に維持することができる。
【００２５】
本発明に係る人工土壌粒子において、
１〜１０ｍｍの粒径を有することが好ましい。
【００２６】
本構成の人工土壌粒子によれば、粒径が１〜１０ｍｍであることから、特に根菜類の栽培に適した取り扱いの容易な人工土壌培地を提供することができる。
【００２７】
上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌培地の特徴構成は、
上記の何れか一つの人工土壌粒子を団粒化してなることにある。
【００２８】
本構成の人工土壌培地によれば、本発明の人工土壌粒子を使用していることから、上述した人工土壌粒子の優れた効果を享受することができる。このような人工土壌培地は、植物工場等で好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明に係る人工土壌粒子を模式的に示した説明図である。
【図２】図２は、人工土壌培地の三相比率を示したグラフである。
【図３】図３は、人工土壌培地の三相比率の変化を示したグラフである。
【図４】図４は、人工土壌培地の含水率の経日変化を示したグラフである。
【図５】図５は、人工土壌培地のｐＦ値１．７〜２．３の範囲の水の保持期間を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を団粒化してなる人工土壌培地に関する実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。
【００３１】
先ず、易効水とｐＦ値との関係について説明する。土壌が水分を保持する力はｐＦ値として表される。ｐＦ値とは、水柱の高さで表した土壌水分の吸引圧（圧力水頭）の常用対数値であり、土壌中の水分が土壌の毛管力によって引き付けられている強さの程度を表す指標である。例えば、ｐＦ値が２．０のとき、水柱１００ｃｍの圧力に相当する。ｐＦ値は土壌と水分の吸着の強さを表すものでもあり、土壌と水分の吸着力が弱いとｐＦ値は低くなり、植物の根が水分を吸収し易い状態となる。一方、土壌と水分の吸着力が強いとｐＦ値は高くなり、植物の根が水分を吸収するためには大きな力を要する。土壌中の隙間に空気が存在せず、全て水で充たされているときの状態がｐＦ値０であり、１００℃の熱乾状態の土壌で、土壌と化合した水しか存在しない状態がｐＦ値７となる。植物が根から吸収できる土壌中の水分は、降雨又は灌水後、通常２４時間後に土壌中に残っている水分（ｐＦ１．７）から、植物が萎れ始める初期萎れ点（ｐＦ３．８）までの水分である。一般の土壌の場合、植物を栽培可能なｐＦ値、いわゆる易効水の範囲は１．７〜２．７である。しかし、本発明者らが実際に植物の栽培を行うと、ｐＦ値が２．３を超える場合、植物の生育性が低下する傾向があることが明らかとなった。そこで、本発明においては、人工土壌培地の易効水の範囲を１．７〜２．３（水柱５０〜２００ｃｍに相当）に規定する。ｐＦ値は、ｐＦメータ（テンシオメーター）を用いて測定することができる。
【００３２】
＜人工土壌粒子＞
図１は、本発明に係る人工土壌粒子５０を模式的に示した説明図である。図１（ａ）の人工土壌粒子５０ａは、保水性を有する第一繊維１と、親水性を有する第二繊維２とを集合させて繊維塊状体１０を構成している。図１（ｂ）の人工土壌粒子５０ｂは、第一繊維１及び第二繊維２を集合させて繊維塊状体１０を形成し、当該繊維塊状体１０の外表面を通水性膜２０で被覆している。繊維塊状体１０は、第一繊維１及び第二繊維２が複雑に集合した状態で造粒されたものであり、粒状に形成されている。繊維塊状体１０の内部の集合した繊維の間には空隙３が形成されている。繊維塊状体１０は、空隙３に水分を保持することができる。従って、空隙３の状態は、繊維塊状体１０の保水性に関係する。本発明に係る人工土壌粒子５０は、水分の吸着特性が異なる第一繊維１及び第二繊維２を使用することにより、繊維塊状体１０内に吸着状態の異なる水分を保持できるように構成されている。人工土壌粒子５０の形状は、図１では略球状に示されているが、例えば、扁平したラグビーボール形状、突起を有する金平糖形状、多面体形状、一定以上の厚みを有する板状、不定形状等に構成することも可能である。
【００３３】
（第一繊維及び第二繊維）
第一繊維１及び第二繊維２は、それぞれ水分の吸着特性が異なるように選択される。例えば、第一繊維１は、水分を保持することができる保水性を有する繊維であり、第二繊維２は、水分を吸放出し易い親水性を有する繊維である。保水性を有する第一繊維１は、水分を吸着させる力が強いため、水分を保持する力は高まるが、保持した水分を容易に吸放出し難いという特徴を有している。これに対して、親水性を有する第二繊維２は、水分を吸収する力は強いが、水分を吸着させる力が弱いため、水分を長期間保持せず、水分を放出し易いという特徴を有している。従って、仮に第一繊維１のみで繊維塊状体を構成すると、高い保水性を備える人工土壌粒子を構成することができるが、水分を吸放出し難いため、土壌との吸着力が弱い易効水が減少する場合がある。一方、仮に第二繊維２のみで繊維塊状体を構成すると、外部環境に存在する水分を繊維塊状体内に吸収し易くなるが、同時に繊維塊状体内に吸収した水分を外部環境に放出し易くなる。このため、人工土壌粒子の周囲の環境は、湿潤状態と乾燥状態との間で変化し易く、その結果、繊維塊状体内に易効水を長期間保持することが困難となる場合がある。そこで、本発明では、第一繊維１及び第二繊維２を適切な割合で配合して繊維塊状体１０を構成している。これにより、本発明の人工土壌粒子５０は、繊維に弱く吸着されている水分から強く吸着されている水分まで幅広い吸着状態の水分を繊維塊状体１０内に保持することができる。その結果、人工土壌粒子の保水性がブロードになり、植物に長期間水分を供給することが可能になる。
【００３４】
ここで、繊維塊状体を形成する繊維は、それ自体に水分が含まれており、気温や湿度等により水分含有量は異なる。繊維に含まれる水分の割合を水分率（％）といい、２０℃、６５％ＲＨの環境で繊維が有する水分率を公定水分率（％）という。公定水分率の高い繊維は、繊維内に吸収できる水分量が多く、水分と繊維との吸着力が強いため、水分を保持する力が強い。第一繊維１及び第二繊維２は、公定水分率（％）が異なるように選択される。第一繊維１の公定水分率は、８．５以上が好ましく、１１．０以上がより好ましい。第一繊維１の公定水分率が、８．５より低いと、人工土壌粒子５０の保水性が低くなり、十分は易効水を保持できなくなる虞がある。第二繊維２の公定水分率は、４．０〜７．０が好ましく、４．５〜６．５がより好ましい。第二繊維２の公定水分率が、４．０より低いと、人工土壌粒子５０が外部環境の水分を十分吸収できず、土壌との吸着力の弱い易効水が十分保持できなくなる虞がある。一方、第二繊維２の公定水分率が、７．０より高いと、保水性が高くなり過ぎて、人工土壌粒子５０が、保持した水分を放出し難くなる虞がある。
【００３５】
上記の公定水分率を有する繊維として、第一繊維１は、綿、羊毛、レーヨン、セルロース繊維等の天然繊維が挙げられ、第二繊維２は、ビニロン繊維、ナイロン繊維等の合成繊維；アセテート繊維、プロミックス繊維等の半合成繊維が挙げられる。これらのうち、第一繊維１としては、セルロース繊維が好ましく、第二繊維２としては、ビニロンが好ましい。第一繊維１及び第二繊維２は、夫々混繊したものを使用することも可能である。
【００３６】
人工土壌粒子５０は、繊維塊状体１０を、保水性を有する第一繊維１、及び親水性を有する第二繊維２で構成することにより外部に存在する水分を吸収し、繊維塊状体１０内に吸着力の異なる一定以上の易効水（ｐＦ値１．７〜２．３の水分）を保持するものである。従って、第一繊維１と第二繊維２との配合比率を適切な範囲に調整する必要がある。本実施形態では、第一繊維（ａ）と第二繊維（ｂ）との配合比率（ａ／ｂ）は、質量比で０．０８〜１３に調整され、より好ましくは０．１〜３に調整される。第一繊維１と第二繊維２との配合比率が０．０８より小さいと、人工土壌粒子としての保水性が十分向上せず、植物に長期間水分を供給できなくなる虞がある。一方、第一繊維１と第二繊維２との配合比率が１３より大きいと、繊維塊状体１０と水分との吸着力が強くなり過ぎて、土壌との吸着力の弱い易効水が少なくなり、植物の成長に悪影響が及ぶ虞がある。
【００３７】
また、繊維塊状体１０内の第一繊維１の含有量は、繊維塊状体１０の表面側から内部側に向かう方向に、第一繊維１の含有量が徐々に小さくなるように調整されることが好ましい。これにより、人工土壌粒子５０の表面側に第一繊維１が多く存在し、内部側に第二繊維２が多く存在するため、人工土壌粒子５０の表面の保水性が向上する。従って、人工土壌粒子５０の内部に吸収された水分は、繊維塊状体１０の内部に留まり易くなる。また、人工土壌粒子５０の表面は第一繊維１の含有量が高いことから、繊維塊状体１０の内部に吸収された水分は表面に染み出し難く、人工土壌粒子５０の表面は水で濡れた状態（べたついた状態）になり難いものとなる。これにより、人工土壌粒子５０間に形成される隙間に過剰な水分が溜まることが無く、人工土壌培地の通気性を一定以上に確保することができる。
【００３８】
第一繊維１及び第二繊維２の繊維長は、人工土壌粒子５０の保水性及び吸水性に関与している。第一繊維１の繊維長は、０．５〜２０００μｍであることが好ましい。第一繊維１の繊維長が０．５μｍより短いと、十分な保水性が得られない虞がある。一方、第一繊維１の繊維長が２０００μｍより長いと、水分と繊維との吸着性が強くなり過ぎて、土壌との吸着力の弱い易効水が少なくなる虞がある。第二繊維２の繊維長は、１０〜１０００μｍであることが好ましい。第二繊維２の繊維長が１０μｍより短いと、十分な吸水性が得られない虞がある。一方、第二繊維２の繊維長が１０００μｍより長いと、水分の吸放出性が高くなり過ぎて、人工土壌粒子の保水性が低下する虞がある。
【００３９】
人工土壌粒子５０の粒径は、栽培対象の植物により適宜選択されるが、好ましくは１〜１０ｍｍであり、より好ましくは２〜８ｍｍであり、さらに好ましくは２〜５ｍｍである。人工土壌粒子５０の粒径が１ｍｍ未満の場合、人工土壌粒子５０間の隙間が小さくなり、隙間の毛管力により水分が過剰に保持されることになる。その結果、排水性が低下することにより植物の根から酸素を吸収し難くなり、根腐れが発生する虞がある。一方、人工土壌粒子５０の粒径が１０ｍｍを超えると、人工土壌粒子５０間の隙間が大きくなって排水性が過剰になり過ぎることにより植物が十分な水分を吸収し難しくなったり、人工土壌粒子５０が疎になって植物が横倒れする虞がある。人工土壌粒子５０の粒径は、篩掛けにより調整することができる。人工土壌粒子５０の粒径は、例えば、画像処理法により求められる。先ず、測定対象の人工土壌粒子をスケールとともにカメラ又は顕微鏡で観察し、その画像を画像処理ソフト（二次元画像解析処理ソフトウェア「ＷｉｎＲＯＯＦ」、三谷商事株式会社製）を使用して取得する。画像から１００個の人工土壌粒子を選択し、人工土壌粒子の輪郭をトレースする。トレースした図形の周長から、相当円の直径を算出する。夫々の人工土壌粒子から求めた相当円の直径（１００個）の平均を平均サイズ（単位：ピクセル）とする。そして、平均サイズを画像中のスケールと比較し、単位長さ（μｍオーダー乃至ｍｍオーダー）に変換して、人工土壌粒子の粒径を算出する。
【００４０】
（通水性膜）
繊維塊状体１０の表面の少なくとも一部は、図１（ｂ）に示すように、通水性膜２０によって被覆されていてもよい。通水性膜２０は、水分子が通過可能な超微細孔を有する膜である。あるいは、水分が一方側から浸透して他方側に移動可能な浸透性膜とすることもできる。通水性膜２０は、繊維塊状体１０と外部環境との通水性を確保しつつ、一定の遮蔽性及び剛性を確立している。このため、通水性膜２０の膜厚や材質を変更することによっても、人工土壌粒子５０の保水性及び吸水性を調整することが可能となる。通水性膜２０は、外部環境からの水分の取り込み、及び外部環境への水分の放出が可能であるため、通水性膜２０を備えた人工土壌粒子５０は、人工土壌等の水分の移動を伴う用途において、優れた適応性を示すことができる。
【００４１】
また、繊維塊状体１０を通水性膜２０で覆うことにより、人工土壌粒子５０の強度が維持され、耐久性も向上する。従って、繊維塊状体１０の外表部を通水性膜２０で被覆することにより、保水性と強度とを両立させることができる。通水性膜２０は、繊維塊状体１０を構成する繊維の絡み合い部分（繊維同士が接触する部分）を補強するように、繊維塊状体１０の外表部から若干内側に浸透した状態にまで厚みを形成してもよい。これにより、人工土壌粒子５０の強度及び耐久性をさらに向上させることができる。通水性膜２０の膜厚は、１〜２００μｍに設定され、好ましくは１０〜１００μｍに設定され、より好ましくは２０〜６０μｍに設定される。
【００４２】
通水性膜２０の材質は、水に不溶性で酸化され難いものが好ましく、例えば、樹脂材料が挙げられる。そのような樹脂材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン等のスチロール系樹脂が挙げられる。これらのうち、ポリエチレンが好ましい。また、樹脂材料に代えて、ポリエチレングリコール等の合成高分子系のゲル化剤、又はアルギン酸ナトリウム等の天然ゲル化剤を使用することも可能である。アルギン酸ナトリウム等の天然ゲル化剤は食品にも利用されている。
【００４３】
人工土壌粒子５０を設計するに際し、繊維塊状体１０の保水性をさらに高めることも可能である。例えば、繊維塊状体１０が保水性材料を有するように構成する。この場合、人工土壌粒子５０は、繊維塊状体１０が本来有する第一繊維１による保水性に加え、保水性材料による保水力を備えることができる。保水性材料を繊維塊状体１０に導入する方法として、例えば、第一繊維１及び第二繊維２を造粒して繊維塊状体１０を形成する際に保水性材料を添加する。また、繊維の表面を保水性材料でコーティングする方法も有効である。
【００４４】
保水性材料は、吸水性を有する高分子保水材を使用することができる。例えば、ポリアクリル酸塩系ポリマー、ポリスルホン酸塩系ポリマー、ポリアクリルアミド系ポリマー、ポリビニルアルコール系ポリマー、ポリアルキレンオキサイド系ポリマー等の合成高分子系保水性材料、ポリアスパラギン酸塩系ポリマー、ポリグルタミン酸塩系ポリマー、ポリアルギン酸塩系ポリマー、セルロース系ポリマー、デンプン等の天然高分子系保水性材料が挙げられる。これらの保水性材料は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。また、保水性材料として、セラミックス等の多孔質材を使用することも可能である。
【００４５】
人工土壌粒子５０を設計するに際し、繊維塊状体１０に多孔質物質を導入したり、繊維塊状体１０の表面を多孔質物質でコーティングしたりすることも可能である。多孔質物質は、高い吸湿性を備えるため、水分を吸収してもその表面が水で濡れた状態（湿った状態）になり難いという特性を備えている。したがって、外部に水分が多量に存在するような環境でも、人工土壌粒子５０は、多孔質物質により外部に存在する水分を吸収して水分環境を調節することができるため、水で濡れていない状態（べたつかない状態）を維持することができる。これにより、人工土壌粒子５０間に水分が溜まりにくくなり、人工土壌培地としての通気性を確保することができる。その結果、培地の排水性の低下による植物の根腐れ等を防止することができる。
【００４６】
多孔質物質として、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、ゼオライト、ベントナイト、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチブンサイト、マガディアイト、カネマイト、ノントロナイト、ソーコナイト、タルク、マイカ（雲母）、アイラアイト、マカタイト、ケニヤアイト等が挙げられ、これらのうち珪藻土及びパーライトが好ましい。また、上掲の多孔質物質は二種以上を混合した状態で使用することも可能である。
【００４７】
＜人工土壌粒子の製造方法＞
本発明の人工土壌粒子５０の製造方法について説明する。先ず、所定量の第一繊維１及び第二繊維２を撹拌混合造粒装置で撹拌しながらエチレン−グリシジルメタクリレート系樹脂エマルジョンを少量ずつ投入して造粒する。得られた造粒物を、オーブンを用いて乾燥させ、次いでエマルジョン中のエチレン−グリシジルメタクリレート系樹脂を溶融させて繊維同士を固着させる。これにより、繊維塊状体１０が完成し、図１（ａ）に示した人工土壌粒子５０ａとして使用することができる。なお、第一繊維１及び第二繊維２に先に水を加えて造粒し、その後、エチレン−グリシジルメタクリレート系樹脂エマルジョンを添加して繊維塊状体１０を仕上げることも可能である。人工土壌粒子５０は、必要に応じて、乾燥及び分級が行われ、粒径が調整される。
【００４８】
図１（ｂ）に示した人工土壌粒子５０ｂは、人工土壌粒子５０ａの表面に通水性膜２０を形成したものである。人工土壌粒子５０ｂは、次のような製法で得ることができる。繊維塊状体１０を適切な容器に投入し、繊維塊状体１０の体積（占有容積）の半分程度の水を加え、繊維塊状体１０の空隙３に水を浸み込ませる。次に、水を浸み込ませた繊維塊状体１０に、繊維塊状体１０の体積の１／３〜１／２のポリエチレンエマルジョンを添加する。ポリエチレンエマルジョンには、顔料、香料、殺菌剤、抗菌剤、消臭剤、殺虫剤等の添加物を混合しておくことも可能である。次に、繊維塊状体１０の外表部にポリエチレンエマルジョンが均一に付着するように転動させながら、繊維塊状体１０の外表部からポリエチレンエマルジョンを含浸させる。このとき、繊維塊状体１０の中心部には水が浸み込んでいるため、ポリエチレンエマルジョンは繊維塊状体１０の外表部付近で留まる。その後、ポリエチレンエマルジョンが付着した繊維塊状体１０をオーブンで乾燥させ、次いで、ポリエチレンを溶融させ、繊維塊状体１０の外表部付近の繊維にポリエチレンを融着させて通水性膜２０を形成する。これにより、繊維塊状体１０は外表部がポリエチレンの通水性膜２０で被覆され、強度を有する人工土壌粒子５０ｂが完成する。通水性膜２０は、ポリエチレンが溶融する際にポリエチレンエマルジョンに含まれていた溶媒が蒸発し、多孔質構造が形成される。多孔質構造は、繊維塊状体１０と外部環境とを連通する連通孔として機能する。得られた人工土壌粒子５０ｂは、必要に応じて、乾燥及び分級が行われ、粒径が調整される。
【実施例】
【００４９】
本発明の人工土壌粒子を使用して人工土壌培地を調製し、土壌としての水分保持特性を評価した。具体的には、人工土壌培地の三相分布、及び人工土壌粒子のｐＦ値１．７〜２．３の範囲の水の保持期間を測定し、人工土壌培地を構成する人工土壌粒子の違いによる易効水の保持期間を評価した。
【００５０】
〔人工土壌粒子の作製及び人工土壌培地の調製〕
３００ｇの第一繊維であるセルロース繊維（ＢＷＷ４０、長さ０．３ｍｍ  レッテンマイヤー社製）と、４００ｇの第二繊維であるビニロン短繊維（長さ０．５ｍｍ  株式会社クラレ製）とを撹拌混合造粒装置（有限会社Ｇ−Ｌａｂｏ製）で撹拌、転動させながらエチレン−グリシジルメタクリレート系樹脂エマルジョン（住友精化株式会社製、濃度４０重量％）を約１０倍に希釈したものを加えて造粒し、内部に樹脂エマルジョンを含浸させた粒子状の繊維塊状体を形成した。繊維塊状体を、オーブンを用いて６０℃で乾燥した後、１００℃でエマルジョン中のエチレン−グリシジルメタクリレート系樹脂を溶融させて繊維に融着させることにより、繊維塊状体を形成するセルロース繊維及びビニロン繊維を固着させ、人工土壌粒子を得た。人工土壌粒子を篩掛けし、粒径が１〜２ｍｍ又は２〜４ｍｍとなるように調整した。なお、比較例１〜４は、セルロース繊維又はビニロン繊維のみを使用して人工土壌粒子を作製した。
【００５１】
実施例１及び２の人工土壌培地、及び比較例１〜４の人工土壌培地を以下のように調製した。
（１）実施例１：篩掛けにより人工土壌粒子を２〜４ｍｍの粒径に調製したものを人工土壌培地として使用した。
（２）実施例２：篩掛けにより人工土壌粒子を１〜２ｍｍの粒径に調製したものを人工土壌培地として使用した。
（３）比較例１：第二繊維であるビニロン繊維のみを用いて人工土壌粒子を作製し、篩掛けにより人工土壌粒子を２〜４ｍｍの粒径に調製したものを人工土壌培地として使用した。
（４）比較例２：第一繊維であるセルロース繊維のみを用いて人工土壌粒子を作製し、篩掛けにより人工土壌粒子を２〜４ｍｍの粒径に調製したものを人工土壌培地として使用した。
（５）比較例３：第二繊維であるビニロン繊維のみを用いて人工土壌粒子を作製し、篩掛けにより人工土壌粒子を１〜２ｍｍの粒径に調製したものを人工土壌培地として使用した。
（６）比較例４：第一繊維であるセルロース繊維のみを用いて人工土壌粒子を作製し、篩掛けにより人工土壌粒子を１〜２ｍｍの粒径に調製したものを人工土壌培地として使用した。
（７）比較例５：一般土壌培地を使用した。
【００５２】
〔人工土壌粒子の違いによる三相分布の評価〕
１００ｃｃカップに入った各人工土壌培地に１００ｃｃの水を滴下し、ｐＦメータ（テンシオメ−タ）により試料のｐＦ値が１．５を示したのを確認後、試料の重量変化を測定して、各人工土壌培地の固相率、液相率、及び気相率を算出した。
図２は、人工土壌培地の三相比率を示したグラフである。実施例１の人工土壌培地の気相率及び液相率は、人工土壌粒子の粒径（２〜４ｍｍ）が同じである、ビニロン繊維のみで構成した比較例１の人工土壌培地の気相率及び液相率と、セルロース繊維のみで構成した比較例２の人工土壌培地の気相率及び液相率との中間の値を示した。また、実施例２の人工土壌培地の気相率及び液相率も、人工土壌粒子の粒径（１〜２ｍｍ）が同じである、ビニロン繊維のみで構成した比較例３の人工土壌培地の気相率及び液相率と、セルロース繊維のみで構成した比較例４の人工土壌培地の気相率及び液相率との中間の値を示した。実施例１及び実施例２の人工土壌培地は、いずれも液相率及び気相率が２５％以上であり、比較例１〜４と比べて三相分布のバランスに優れていた。
【００５３】
〔人工土壌粒子の違いによる吸水性及び保水性の評価〕
(試験方法)
１．吸水性の評価試験
１００ｃｃカップに入った各人工土壌培地に１００ｃｃの水を滴下し、ｐＦメータ（テンシオメ−タ）により試料のｐＦ値が１．５を示したのを確認後、試料の重量変化を測定して、各人工土壌培地の固相率、液相率、及び気相率（三相分布）を算出した。当該水の滴下及び三相分布の測定を、各人工土壌培地の液相率の値が一定となるまで繰り返し実施した。
２．保水性の評価試験
２００ｃｃカップに入った各人工土壌培地に十分量の水を浸み込ませた後、各人工土壌培地が入ったカップを、温度２１℃、湿度６０％の恒温室に配置して、各人工土壌培地の含水率の経日変化を測定した。
（試験結果）
図３は、人工土壌培地の三相比率の変化を示したグラフである。図４は、人工土壌培地の含水率の経日変化を示したグラフである。実施例１の人工土壌培地は、図３に示すように、１回目の水の滴下で、液相率が３４％となり、十分な吸水性を備えていることが示された。また、保水性に関しては、図４に示すように、試験開始後７日を経過しても含水率１２重量％以上を維持しており、十分な保水性を備えていることが示された。特に、試験開始後６日目までは、比較例１及び２の何れの人工土壌培地よりも高い値を示し、非常にブロードな水分の吸放出特性を備えていることが確認された。これに対して、比較例１の人工土壌培地は、ビニロン繊維のみで構成された人工土壌粒子を用いているため、吸水性は高い値を示したが、図４に示すように、保水性は低く、試験開始後５日目で、含水率が５重量％程度にまで低下した。比較例２の人工土壌培地は、セルロース繊維のみで構成された人工土壌粒子を用いているため、保水性は高い値を示したが、図３に示すように、吸水性は低く、１回目の水の滴下では液相率が９％であり、液相率の値が一定になるまでの水の滴下回数も５回を要した。実施例１の人工土壌培地は、比較例１及び２と比較して、吸水性及び保水性のバランスに優れていた。
【００５４】
〔人工土壌粒子の違いによる圧力水頭の経時変化の評価〕
テンシオメ−タにより各試料の経時変化に伴う圧力水頭値を測定した。
図５は、人工土壌粒培地の圧力水頭の経時変化を示したグラフである。グラフに示されている圧力水頭５０ｃｍはｐＦ値１．７に相当し、圧力水頭２００ｃｍはｐＦ値２．３に相当する。実施例１の人工土壌培地と、比較例１、２、及び５の人工土壌培地とを比較すると、図５に示すように、実施例１の易効水（ｐＦ値１．７〜２．３の水分）の保持期間は、６日間と非常に長く、比較例１の易効水の保持期間（約２日間）の約３倍、比較例２の易効水の保持期間（約１．５日間）の約４倍、比較例５の易効水の保持期間（約２日間）の約３倍となった。このように、本発明の人工土壌培地は、第一繊維と第二繊維とをバランスよく含むため、易効水を長期間保持できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を用いた人工土壌培地は、家庭菜園、植物工場、屋内緑化等における農業、園芸分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１                        第一繊維
２                        第二繊維
３                        空隙
１０                      繊維塊状体
２０                      通水性膜
５０（５０ａ，５０ｂ）    人工土壌粒子
【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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