(57)【要約】【課題】人工土壌としての軽量性を維持しながら、樹高又は草丈の高い植物や植物の成長体を確実に支持することができ、さらに人工土壌の飛散や流出を防止することができる人工土壌培地を提供する。【解決手段】磁性体２が担持された人工土壌粒子５０を含む人工土壌培地１００であって、磁性体２は、互いに引き合うように着磁されている。磁性体２は、前記人工土壌粒子５０の表面又は表面近傍に担持され、ネオジム磁石を含み、人工土壌培地１００中に磁性体２を１〜５０質量％含有し、人工土壌粒子５０は、０．１〜３０ｍＴの磁力を有する。【選択図】図２
2015130797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体が担持された人工土壌粒子を含む人工土壌培地であって、
前記磁性体は、互いに引き合うように着磁されている人工土壌培地。
【請求項２】
前記磁性体は、前記人工土壌粒子の表面又は表面近傍に担持されている請求項１に記載の人工土壌培地。
【請求項３】
前記磁性体は、ネオジム磁石を含む請求項１又は２に記載の人工土壌培地。
【請求項４】
前記磁性体を１〜５０質量％含有する請求項１〜３の何れか一項に記載の人工土壌培地。
【請求項５】
前記人工土壌粒子は、０．１〜３０ｍＴの磁力を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の人工土壌培地。
【請求項６】
前記人工土壌粒子は、ゼオライト、ベントナイト、ハイドロタルサイト、及び繊維からなる群から選択される少なくとも一種を集合した基部を備える請求項１〜５の何れか一項に記載の人工土壌培地。
【請求項７】
前記人工土壌粒子の粒子径が０．２〜１０ｍｍである請求項１〜６の何れか一項に記載の人工土壌培地。
【請求項８】
前記人工土壌粒子は、親水性粒子である請求項１〜７の何れか一項に記載の人工土壌培地。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体が担持された人工土壌粒子を含む人工土壌培地に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、居住空間を緑化する屋内緑化や、野菜等の植物を屋内で栽培する植物工場が増加している。このような屋内緑化や植物工場等において、天然土壌に代えて高度な機能を付加した人工土壌を用いる動きがある。人工土壌は、天然土壌と比較して粒子が大きく、比重が軽いものが多い。このため、人工土壌を用いて樹高又は草丈の高い植物を栽培すると、植物が傾いたり、倒壊したりすることがある。また、屋内は、比較的乾燥状態にあるため、人工土壌の表層が乾燥し易く、乾燥した人工土壌が飛散するという問題もある。
【０００３】
上記問題点を解消するため、特許文献１に記載の人工土壌では、発泡資材の表面に天然用土や土壌改良剤等の緑化資材を被覆した被覆層を形成している。このため、特許文献１の人工土壌はある程度の重みを備えることとなり、人工土壌全体が安定化するものと考えられる。その結果、風や雨水等による人工土壌の飛散や流出を防止できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の人工土壌において、植物の成長体を支持し、風や雨水等による人工土壌の飛散や流出を防止するためには、被覆層をある程度厚くする必要がある。そのような場合、人工土壌の特徴である軽量性と良好な排水性とが損なわれる虞がある。一方、軽量化を意識して被覆層を薄くすると、植物が成長した場合に根元を十分支持することができず、さらに風や雨水等による人工土壌の飛散や流出も防止することができない虞がある。また、特許文献１の人工土壌は、天然用土や土壌改良剤等の緑化資材を用いているため、衛生的であるという人工土壌の特徴が損なわれることにもなる。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、人工土壌としての軽量性を維持しながら、樹高又は草丈の高い植物や植物の成長体を確実に支持することができ、さらに人工土壌の飛散や流出を防止することができる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】
【０００７】
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、
磁性体が担持された人工土壌粒子を含む人工土壌培地であって、
前記磁性体は、互いに引き合うように着磁されていることにある。
【０００８】
本構成の人工土壌培地によれば、人工土壌粒子が磁性体の作用によって互いに引き合うため、人工土壌培地内で人工土壌粒子同士が凝集し、団粒構造を形成することができる。その結果、軽量な人工土壌粒子であっても、人工土壌培地としての強度が一定以上に維持される。このため、この人工土壌培地に樹高又は草丈の高い植物や植物の成長体を植栽しても、それらが傾いたり倒れたりすることはなく、確実に支持することができる。また、人工土壌培地内で人工土壌粒子同士が凝集しているため、人工土壌粒子が風や雨水等によって飛散したり、流出する虞も少ない。仮に、人工土壌粒子がプランター等からこぼれ落ちた場合でも、磁石を使用すれば容易に回収することができる。
【０００９】
本発明に係る人工土壌培地において、
前記磁性体は、前記人工土壌粒子の表面又は表面近傍に担持されていることが好ましい。
【００１０】
本構成の人工土壌培地によれば、人工土壌粒子が磁性体の作用によって互いに強く引き合うため、人工土壌培地内で人工土壌粒子同士が強力に凝集し、より強い団粒構造を形成することができる。その結果、人工土壌粒子の軽量性を維持しながら、安定した人工土壌培地を実現することができる。
【００１１】
本発明に係る人工土壌培地において、
前記磁性体は、ネオジム磁石を含むことが好ましい。
【００１２】
本構成の人工土壌培地によれば、ネオジム磁石による強い磁力により、人工土壌培地内で人工土壌粒子同士を強力に凝集させ、強固な団粒構造を形成することができる。その結果、人工土壌粒子の軽量性を維持しながら、安定した人工土壌培地を実現することができる。
【００１３】
本発明に係る人工土壌培地において、
前記磁性体を１〜５０質量％含有することが好ましい。
【００１４】
本構成の人工土壌培地によれば、人工土壌培地内で人工土壌粒子同士を凝集させるために十分且つ適量の磁性体が含まれているため、強固な団粒構造を形成することができる。その結果、人工土壌粒子の軽量性を維持しながら、安定した人工土壌培地を実現することができる。また、磁性体の含有量が適量に調整されているため、凝集力とコストとのバランスに優れた人工土壌培地を提供することができる。
【００１５】
本発明に係る人工土壌培地において、
前記人工土壌粒子は、０．１〜３０ｍＴの磁力を有することが好ましい。
【００１６】
本構成の人工土壌培地によれば、人工土壌粒子が適度な磁力範囲に調整されているため、人工土壌培地の安定性と取扱いの容易性とを両立させることができる。
【００１７】
本発明に係る人工土壌培地において、
前記人工土壌粒子は、ゼオライト、ベントナイト、ハイドロタルサイト、及び繊維からなる群から選択される少なくとも一種を集合した基部を備えることが好ましい。
【００１８】
本構成の人工土壌培地によれば、人工土壌粒子の基部が多孔質構造又は空隙を備えることになるため、当該多孔質構造又は空隙に磁性体を担持することで、人工土壌粒子間に効果的に磁力を作用させることができる。その結果、人工土壌培地内で人工土壌粒子同士が程良く凝集し、偏りのない団粒構造を形成することができる。また、本構成の人工土壌培地は、高い保水性を備えるため、水遣り等の回数を減らすことができる。従って、作業者の労力を低減しながら、植物の栽培を効率的に行うことができる。
【００１９】
本発明に係る人工土壌培地において、
前記人工土壌粒子の粒子径が０．２〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
本構成の人工土壌培地によれば、粒子径が０．２〜１０ｍｍであることから、人工土壌粒子間に効果的に磁力を作用させることができる。その結果、人工土壌培地内で人工土壌粒子同士が程良く凝集し、偏りのない団粒構造を形成することができる。また、人工土壌粒子の粒子径が０．２〜１０ｍｍであれば、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。
【００２１】
本発明に係る人工土壌培地において、
前記人工土壌粒子は、親水性粒子であることが好ましい。
【００２２】
本構成の人工土壌培地によれば、人工土壌粒子は親水性粒子であることから、人工土壌粒子間に水を保持することができる。すなわち、保水性を高めた人工土壌培地を提供することができる。このような人工土壌培地を使用すれば、栽培植物への水遣り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とともに、効率的な植物栽培が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の人工土壌培地として使用可能な二種類の人工土壌粒子を概念的に示した説明図である。
【図２】図２は、着磁による人工土壌培地の状態を段階的に示した説明図である。
【図３】図３は、粒状物として構成した人工土壌粒子を概念的に示した説明図である。
【図４】図４は、繊維塊状体として構成した人工土壌粒子を概念的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る人工土壌培地に関する実施形態を図１〜図４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。
【００２５】
＜人工土壌培地＞
図１は、本発明の人工土壌培地１００として使用可能な二種類の人工土壌粒子５０を概念的に示した説明図である。図１（ａ）は、複数のフィラー１を集合して粒状物１０ａ（基部）を構成し、当該粒状物１０ａの内部に磁性体２を坦持させた人工土壌粒子５０ａを例示したものである。ただし、粒状物１０ａの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させることも可能である。図１（ｂ）は、繊維３が集合して繊維塊状体１０ｂ（基部）を構成し、当該繊維塊状体１０ｂの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させた人工土壌粒子５０ｂを例示したものである。ただし、繊維塊状体１０ｂを構成する繊維３同士の隙間６に磁性体２を坦持させることも可能である。人工土壌粒子５０ａ及び人工土壌粒子５０ｂの作製方法については、後に詳細に説明する。人工土壌培地１００は、人工土壌粒子５０ａ又は人工土壌粒子５０ｂを着磁することにより調製される。着磁は、電磁石装置等によって行うことができる。
【００２６】
図２は、着磁による人工土壌培地１００の状態を段階的に示した説明図である。図２では、図１（ａ）の人工土壌粒子５０ａから調製した人工土壌培地１００を例示する。着磁前の人工土壌培地１００は、図２（ａ）に示すように、人工土壌粒子５０ａの間に実質的な相互作用は存在せず、分散可能な状態となっている。なお、図２（ａ）では、説明の便宜上、人工土壌粒子５０ａの間に空間が存在するように描かれているが、実際の人工土壌粒子５０ａは互いに接触した状態で人工土壌培地１００中に存在する。この分散可能状態にある人工土壌粒子５０ａに強力な磁界を付与し、人工土壌粒子５０ａに含まれる磁性体２を着磁すると、図２（ｂ）に示すように、人工土壌粒子５０ａの間に互いに引き合う磁力が生成する。そうすると、図２（ｃ）に示すように、人工土壌粒子５０ａが凝集し、複数の人工土壌粒子５０ａが結合した団粒構造が形成される。団粒構造を有する人工土壌培地１００は、軽量な人工土壌粒子５０ａから構成されるものであるが、人工土壌培地１００としての強度は一定以上に維持されている。この人工土壌培地１００に植物を植栽した場合、当該植物の根元周囲に人工土壌粒子５０ａが互いに引き合うように凝集し、強度の高い土壌を形成する。従って、人工土壌培地１００に植栽する植物が樹高又は草丈が高いものや植物の成長体であったとしても、それらを確実に支持することができる。また、人工土壌培地１００内で人工土壌粒子５０ａ同士が凝集しているため、人工土壌粒子５０ａが風や雨水等によって飛散したり、流出する虞も少ないものとなる。
以下、人工土壌培地１００を構成する磁性体２を含む人工土壌粒子５０の詳細について説明する。
【００２７】
＜粒状物の構造＞
図３は、粒状物１０ａとして構成した人工土壌粒子５０ａを概念的に示した説明図である。図３（ａ）は、フィラー１を集合させて粒状物１０ａを構成し、当該粒状物１０ａの内部に磁性体２を坦持させた人工土壌粒子５０ａを例示したものである。図３（ｂ）は、当該粒状物１０ａの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させた人工土壌粒子５０ａを例示したものである。
【００２８】
人工土壌粒子５０ａ中の複数のフィラー１は、それらが互いに接触していることは必須ではなく、一粒子内でバインダー等を介して一定範囲内の相対的な位置関係を維持していれば、複数のフィラー１が集合して粒状に構成したものと考えることができる。人工土壌粒子５０ａを構成するフィラー１は、表面から内部にかけて多数の細孔４を有する。細孔４は、種々の形態を含み、例えば、フィラー１が、図３（ａ）に示すゼオライト１ａの場合、当該ゼオライト１ａの結晶構造中に存在する空隙が細孔４である。人工土壌粒子５０ａは、複数のフィラー１の間には磁性体２を保持可能な連通孔５が形成される。連通孔５は、人工土壌粒子５０ａの内部全体に等方的に存在している。従って、人工土壌粒子５０ａに磁性体２を導入すると、磁性体２は連通孔５の内部表面に付着し、その結果、図３（ａ）に示すように、人工土壌粒子５０ａの内部に磁性体２が均一に担持される。このような人工土壌粒子５０ａは、その粒子表面全体から全方位に一定以上の磁力を発生させることが可能となる。
【００２９】
人工土壌粒子５０ａに磁性体２を導入するにあたっては、図３（ｂ）に示すように、粒状物１０ａの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させることが好ましい。この場合、磁性体２が人工土壌粒子５０ａの表面又は表面近傍に存在することから、人工土壌粒子５０ａの表面に磁性体２が密集することとなる。その結果、人工土壌粒子５０ａ同士が互いに強く引き合い、人工土壌培地１００内で人工土壌粒子５０同士が強力に凝集し、より強い団粒構造を形成することができる。磁性体２を粒状物１０ａの表面又は表面近傍に坦持する方法の詳細は後述するが、粒状物１０ａの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持するようにフィラー１を造粒する方法や、粒状物１０ａの表面又は表面近傍に磁性体２を含む被覆層を形成する方法が挙げられる。
【００３０】
磁性体２は、人工土壌粒子５０を凝集させるため、互いに引き合うように着磁可能な磁石が使用される。磁性体２の種類としては、フェライト磁石、アルニコ磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石、サマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石、サマリウム鉄窒素磁石、ネオジム磁石等が挙げられる。これらの磁性体２は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。本発明では、磁性体２として、ネオジム磁石が好適に使用される。ネオジム磁石は強力な磁力を有するため、人工土壌培地１００内で人工土壌粒子５０同士を強力に凝集させ、強固な団粒構造を形成させることができる。
【００３１】
磁性体２の含有量は、人工土壌培地１００中の磁性体２の質量百分率として、１〜５０質量％、好適には５〜５０質量％、さらに好適には１０〜４０質量％に設定される。磁性体２の含有量が１質量％未満の場合、互いに引き合う磁力が十分に発揮できないため、人工土壌粒子５０の凝集性が低下し、団粒構造を形成できない虞がある。その結果、樹高又は草丈の高い植物や植物の成長体を植栽した場合、植物を確実に支持することができない虞がある。一方、人工土壌培地１００に５０質量％を超えて磁性体２を含有させると、互いに引き合う磁力が過大になり、人工土壌粒子５０同士が堅く結合するため、人工土壌培地１００としての取扱いが困難となる。また、磁性体２としてネオジム磁石等の高価な磁石を使用した場合は、人工土壌粒子５０の製造コストが大きく上昇するため、現実的な選択とはなり得ない。
【００３２】
磁性体２を担持した人工土壌粒子５０は、電磁石を備えた着磁装置を使用して着磁することができる。人工土壌粒子５０は、０．１〜３０ｍＴ、好適には０．１〜１０ｍＴ、さらに好適には０．５〜５ｍＴの磁力を有するように着磁される。着磁後の人工土壌粒子５０の磁力が０．１ｍＴ未満の場合、互いに引き合う磁力が十分に発揮できないため、人工土壌粒子５０の凝集性が低下し、団粒構造を形成できない虞がある。その結果、樹高又は草丈の高い植物を植栽した場合、植物体を確実に支持することができない虞がある。一方、着磁後の人工土壌粒子５０の磁力が３０ｍＴを超えると、互いに引き合う磁力が過大になり、人工土壌粒子５０同士が堅く結合するため、人工土壌培地１００としての取扱いが困難となる。なお、人工土壌粒子５０の磁力（ｍＴ）は、人工土壌粒子５０の表面を均した状態で１ｍｍ離した距離からガウスメーターで測定することができる。
【００３３】
人工土壌粒子５０ａの好ましい粒径は、０．２〜１０ｍｍの範囲である。これにより、人工土壌粒子５０ａ間に効果的に磁力を作用させることができるため、人工土壌粒子５０ａ同士が程良く凝集し、偏りのない団粒構造を形成する。その結果、樹高又は草丈の高い植物や植物の成長体でも確実に支持することができる。また、上記の粒径範囲を有する人工土壌粒子５０ａを使用すれば、特に根菜類の栽培に適した人工土壌培地１００を構成することができる。
【００３４】
フィラー１は、例えば、パーライト、タルク、珪藻土、カオリン、ロックウール、イオン交換性鉱物等の無機鉱物、ピートモス、ウレタンフォーム、ヤシ殻、クリプトモス（登録商標）、セルロース等の有機素材等が挙げられる。この中でもイオン交換性鉱物は、人工土壌粒子５０に十分な保肥性を与えるため好適に用いられる。イオン交換性鉱物としては、陽イオン交換性鉱物、陰イオン交換性鉱物、及び腐植等が挙げられる。また、人工土壌粒子５０に保肥性を与えるために、イオン交換能を有さない多孔質材料（例えば、高分子発泡体、ガラス発泡体等）を別に用意し、当該多孔質材料の細孔にイオン交換能が付与された材料を圧入や含浸等によって導入し、これをフィラー１として使用することも可能である。また、イオン交換性樹脂を導入することも可能である。
【００３５】
陽イオン交換性鉱物は、例えば、モンモリロナイト、ベントナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等のスメクタイト系鉱物、雲母系鉱物、バーミキュライト、ゼオライト等が挙げられる。陽イオン交換樹脂は、例えば、弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ゼオライト、又はベントナイトが好ましい。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂における陽イオン交換容量は、１０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、好ましくは２０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、より好ましくは３０〜７００ｍｅｑ／１００ｇに設定される。陽イオン交換容量が１０ｍｅｑ／１００ｇ未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陽イオン交換容量が７００ｍｅｑ／１００ｇを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。
【００３６】
陰イオン交換性鉱物は、例えば、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオーライト、シェーグレン石、緑青等の主骨格として複水酸化物を有する天然層状複水酸化物、合成ハイドロタルサイト及びハイドロタルサイト様物質、アロフェン、イモゴライト、カオリン等の粘土鉱物が挙げられる。陰イオン交換樹脂は、例えば、弱塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、ハイドロタルサイトが好ましい。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂における陰イオン交換容量は、５〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、好ましくは２０〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定され、より好ましくは３０〜５００ｍｅｑ／１００ｇに設定される。陰イオン交換容量が５ｍｅｑ／１００ｇ未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陰イオン交換容量が５００ｍｅｑ／１００ｇを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。
【００３７】
＜粒状物の形成方法＞
粒状物１０ａとしての人工土壌粒子５０ａの形成にあたっては、バインダーを用いて複数のフィラー１を粒状化する。このフィラー１の粒状化は、例えば、フィラー１及び磁性体２にバインダーや溶媒等を加えて混合し、混合物を造粒機に導入し、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、破砕造粒、溶融造粒、噴霧造粒等の公知の造粒法により行うことができる。得られた粒状物１０ａは、必要に応じて乾燥及び分級が行われる。これにより、図３（ａ）に示す、連通孔５に磁性体２が坦持された人工土壌粒子５０ａを得ることができる。また、フィラー１及び磁性体２にバインダーを加え、さらに必要に応じて溶媒等を加えて混練し、これを乾燥してブロック状にしたものを、乳鉢及び乳棒、ハンマーミル、ロールクラッシャー等の粉砕手段で適宜粉砕して粒状物１０ａとすることも可能である。この粒状物１０ａは、そのまま人工土壌粒子５０ａとして用いることもできるが、篩にかけて所望の粒径に調整することが好ましい。得られた粒状物１０ａを、電磁石装置等にかけて着磁し、人工土壌粒子５０ａが完成する。着磁の条件としては、人工土壌粒子５０に２テスラ（Ｔ）以上の磁力を掛けて着磁させることが好ましい。人工土壌粒子５０に掛ける磁力が２テスラ（Ｔ）未満の場合、人工土壌粒子５０が十分磁化されないため、人工土壌粒子５０同士が十分引き合わせることができず、団粒構造が脆弱になる虞がある。
【００３８】
人工土壌粒子５０ａを造粒するためのバインダーとしては、有機バインダー又は無機バインダーの何れも使用可能である。有機バインダーは、例えば、エチルセルロースなどの変性セルロース系バインダー、ポリオレフィン系バインダー、ポリビニルアルコール系バインダー、ポリウレタン系バインダー、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル等の酢酸ビニル系バインダー、ウレタン樹脂、ビニルウレタン樹脂等のウレタン樹脂系バインダー、アクリル樹脂系バインダー、シリコーン樹脂系バインダー等の合成樹脂系バインダー；デンプン、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、アルギン酸塩等の多糖類、ポリアミノ酸、膠等のたんぱく質等の天然物系バインダーが挙げられる。無機バインダーは、例えば、水ガラス等のケイ酸塩系バインダー、リン酸アルミニウム等のリン酸塩系バインダー、ホウ酸アルミニウム等のホウ酸塩系バインダー、セメント等の水硬性バインダーが挙げられる。有機バインダー及び無機バインダーは、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。
【００３９】
磁性体２を粒状物１０ａの表面又は表面近傍に坦持させる場合は、例えば、次の方法で行うことができる。先ず、フィラー１にバインダーや溶媒等を加えて混合し、混合物を造粒機に導入し、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、破砕造粒、溶融造粒、噴霧造粒等の公知の造粒法を用いて粒状物１０ａを形成する。次いで、形成された粒状物１０ａに、追加のフィラー１と、磁性体２と、バインダーとを添加してさらに造粒を行い、図３（ｂ）に示すように粒状物１０ａの表面又は表面近傍に磁性体２を付着させる。これにより、粒状物１０ａの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させた人工土壌粒子５０ａを得ることができる。使用するバインダーは、水不溶性のバインダーを用いることが好ましい。これにより、灌水等により、人工土壌粒子５０の構造が崩壊するのを防ぐことができる。磁性体２の着磁方法及び着磁条件は、上述した着磁方法及び着磁条件と同様とすることができる。
【００４０】
人工土壌粒子５０ａの形成にあたっては、高分子ゲル化剤のゲル化反応を利用して粒状化させることができる。高分子ゲル化剤のゲル化反応として、例えば、アルギン酸塩、アルギン酸プロピレングルコールエステル、ジェランガム、グルコマンナン、ペクチン、又はカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と多価金属イオンとのゲル化反応、カラギーナン、寒天、キサンタンガム、ローカストビーンガム、タラガムなどの多糖類の二重らせん構造化反応によるゲル化反応が挙げられる。このうち、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応について説明する。アルギン酸塩の一つであるアルギン酸ナトリウムは、アルギン酸のカルボキシル基がＮａイオンと結合した形態の中性塩である。アルギン酸は水に不要であるが、アルギン酸ナトリウムは水溶性である。アルギン酸ナトリウム水溶液を多価金属イオン（例えば、Ｃａイオン）の水溶液中に添加すると、アルギン酸ナトリウムの分子間でイオン架橋が起こりゲル化する。本実施形態の場合、ゲル化反応は、以下の工程により行うことができる。初めに、アルギン酸塩を水に溶解させてアルギン酸塩水溶液を調製し、アルギン酸塩水溶液にフィラー１及び磁性体２を添加し、これを十分攪拌して、アルギン酸塩水溶液中にフィラー１及び磁性体２が分散した混合液を形成する。次に、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下し、混合液に含まれるアルギン酸塩を粒状にゲル化させる。フィラー１及び磁性体２は、このゲル中に取り込まれる。その後、ゲル化した粒子を回収して水洗し、十分に乾燥させる。これにより、アルギン酸塩及び多価金属イオンから形成されるアルギン酸ゲル中にフィラー１及び磁性体２が分散した粒状物１０ａが得られる。粒状物１０ａは、必要に応じて乾燥及び分級が行われ、人工土壌粒子５０ａとされる。
【００４１】
ゲル化反応に使用可能なアルギン酸塩は、例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウムが挙げられる。これらのアルギン酸塩は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。アルギン酸塩水溶液の濃度は、０．１〜５質量％とし、好ましくは０．２〜５質量％とし、より好ましくは０．２〜３質量％とする。アルギン酸塩水溶液の濃度が０．１質量％未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、５質量％を超えると、アルギン酸塩水溶液の粘度が大きくなり過ぎるため、フィラー１及び磁性体２を添加した混合液の攪拌や、当該混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下することが困難になる。
【００４２】
アルギン酸塩水溶液を滴下する多価金属イオン水溶液は、アルギン酸塩と反応してゲル化する２価以上の金属イオン水溶液であればよい。そのような多価金属イオン水溶液の例として、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化ストロンチウム、塩化ニッケル、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化コバルト等の多価金属の塩化物水溶液、硝酸カルシウム、硝酸バリウム、硝酸アルミニウム、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸コバルト等の多価金属の硝酸塩水溶液、乳酸カルシウム、乳酸バリウム、乳酸アルミニウム、乳酸亜鉛等の多価金属の乳酸塩水溶液、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸コバルト等の多価金属の硫酸塩水溶液が挙げられる。これらの多価金属イオン水溶液は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。多価金属イオン水溶液の濃度は、１〜２０質量％とし、好ましくは２〜１５質量％とし、より好ましくは３〜１０質量％とする。多価金属イオン水溶液の濃度が１質量％未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、２０質量％を超えると、金属塩の溶解に時間が掛かるとともに、過剰の材料を使用することになるため、経済的でない。
【００４３】
＜繊維塊状体の構造＞
図４は、繊維塊状体１０ｂとして構成した人工土壌粒子５０ｂを概念的に示した説明図である。図４（ａ）は、繊維３を集合させて繊維塊状体１０ｂを構成し、当該繊維塊状体１０ｂの内部に磁性体２を坦持させた人工土壌粒子５０ｂを例示したものである。図４（ｂ）は、当該繊維塊状体１０ｂの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させた人工土壌粒子５０ｂを例示したものである。人工土壌粒子５０ｂの磁性体２の含有量、磁力、粒径は、上記の粒状物１０ａとして構成した人工土壌粒子５０ａと同程度に調整可能であるため、詳細な説明は省略する。
【００４４】
繊維塊状体１０ｂは、繊維３の集合体として構成される。人工土壌粒子５０ｂを構成する繊維３の間には、空隙６が形成されている。空隙６は、人工土壌粒子５０ｂの内部全体に等方的に存在している。従って、人工土壌粒子５０ｂに磁性体２を導入すると、磁性体２は空隙６を形成する繊維３の表面に付着し、その結果、図４（ａ）に示すように、人工土壌粒子５０ｂの内部に磁性体２が均一に担持される。このような人工土壌粒子５０ｂは、その粒子表面全体から全方位に一定以上の磁力を発生させることが可能となる。また、空隙６には、水分を保持することができる。従って、空隙６の状態は、繊維塊状体１０ｂの保水性に関係する。空隙６の状態は、繊維塊状体１０ｂを形成する際の繊維３の使用量（密度）、繊維３の種類、太さ、長さ等を変更することにより調整可能である。なお、繊維３のサイズは、太さが５〜１００μｍのものが好ましく、長さが０．５〜１０ｍｍのものが好ましい。
【００４５】
人工土壌粒子５０ｂに磁性体２を導入するにあたっては、図４（ｂ）に示すように、繊維塊状体１０ｂの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させることが好ましい。この場合、磁性体２が人工土壌粒子５０ｂの表面又は表面近傍に存在することから、人工土壌粒子５０ｂの表面に磁性体２が密集することとなる。その結果、人工土壌粒子５０ｂ同士が互いに強く引き合い、人工土壌培地１００内で人工土壌粒子５０ｂ同士が強力に凝集して、より強い団粒構造を形成することができる。
【００４６】
繊維塊状体１０ｂは、その内部により多くの水分を保持できるように構成するため、繊維３として親水性の繊維を使用することが好ましい。繊維３の種類は天然繊維又は合成繊維の何れでもよく、人工土壌粒子５０ｂの種類に応じて、適宜選択される。好ましい親水性の繊維として、例えば、天然繊維として綿、羊毛、レーヨンが挙げられ、合成繊維として、例えば、ビニロン、ウレタン、ナイロン、アセテートが挙げられ、これらのうち、綿及びビニロンがより好ましい。天然繊維と合成繊維とを混繊したものでも構わない。
【００４７】
＜繊維塊状体の形成方法＞
繊維塊状体１０ｂとしての人工土壌粒子５０ｂの形成にあたっては、種々の方法を採用することができる。例えば、繊維塊状体１０ｂの内部に磁性体２を坦持させる場合は、繊維３をカーディング装置等で引揃え、３〜１０ｍｍ程度の長さに切断する。次いで、切断した繊維３に磁性体２を添加して混合物を形成し、当該混合物を転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒等の方法で造粒して、図４（ａ）に示すような繊維塊状体１０ｂである人工土壌粒子５０ｂを得ることができる。造粒の際、繊維３に樹脂や糊等のバインダーを混合して造粒を行ってもよいが、繊維３は互いに絡まり合って固着化し易いため、バインダーを使用しなくても繊維３を塊状に加工することが可能である。
【００４８】
繊維塊状体１０ｂの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させる場合は、形成された繊維塊状体１０ｂに、追加の繊維３と、磁性体２と、バインダーとを添加してさらに造粒を継続する。これにより、図４（ｂ）に示すような繊維塊状体１０ｂの表面又は表面近傍に磁性体２を坦持させた人工土壌粒子５０ｂを得ることができる。この場合、繊維塊状体１０ｂの内部に磁性体２が存在することを必須としない。追加の繊維３は、通常、上記繊維３と同じものが用いられるが、磁性体２の粒径に合わせて、繊維３の種類、長さ、及び太さを変えることも可能である。使用するバインダーは、水不溶性のバインダーを用いることが好ましい。これにより、灌水等により、人工土壌粒子５０の構造が崩壊することを防ぐことができる。繊維塊状体１０ｂを形成する際の各原材料の配合量は、使用目的等に応じて、適宜調整される。
【００４９】
繊維塊状体１０ｂを造粒するにあたり、繊維３として短繊維を使用することも可能である。この場合、短繊維を撹拌混合造粒装置で撹拌しながら樹脂エマルジョンを少量ずつ投入して造粒する。これにより、繊維塊状体１０ｂを形成する短繊維同士が一部で固定化され、強固な繊維塊状体１０ｂを形成することができる。
【００５０】
繊維塊状体１０ｂの表面又は表面近傍に、磁性体２を含む被覆層を形成することで、磁性体２が担持された人工土壌粒子５０ｂを形成することも可能である。この場合、被覆層は、水浸透性の良好な材質で形成することが好ましい。
【００５１】
被覆層の形成方法としては、例えば、以下に説明する含浸法が挙げられる。上記繊維塊状体１０ｂを容器に投入し、繊維塊状体１０ｂの体積（占有容積）の半分程度の水を加え、繊維塊状体１０ｂに水を浸み込ませる。次に、水を浸み込ませた繊維塊状体１０ｂを、繊維塊状体１０ｂの体積の１／３〜１／２の磁性体２を含んだ被覆用の樹脂エマルジョンを添加する。次に、繊維塊状体１０ｂの外表部に樹脂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１０ｂの外表部から樹脂エマルジョンを含浸させる。このとき、繊維塊状体１０ｂの中心部には水が浸み込んでいるため、樹脂エマルジョンは繊維塊状体１０ｂの外表部付近で留まる。その後、樹脂エマルジョンが付着した繊維塊状体１０ｂをオーブンで乾燥させ、次いで、樹脂を溶融させ、繊維塊状体１０ｂの外表部付近の繊維３に樹脂を融着させて被覆層としての樹脂被膜を形成する。これにより、磁性体２を含む被覆層で被覆した人工土壌粒子５０ｂを得ることができる。被覆層は、繊維塊状体１０ｂを構成する繊維３の絡み合い部分（繊維３同士が接触する部分）を補強するように、繊維塊状体１０ｂの表面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５０ｂの強度及び耐久性を向上させることができる。被覆層の膜厚は、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。得られた繊維塊状体１０ｂを、電磁石装置等にかけて着磁し、人工土壌粒子５０ｂが完成する。着磁の方法は、上記粒状物１０ａと同じ方法が利用できる。
【００５２】
被覆層の材質は、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。
【実施例】
【００５３】
本発明の人工土壌培地について、団粒構造、及び飛散・流出性の評価を目視により行った。また、各人工土壌培地の磁力を測定した。
【００５４】
＜人工土壌粒子の作製＞
下記の表１に記載される配合（重量部）に従って、フィラーとして陽イオン交換性鉱物であるゼオライト（琉球ライトＣＥＣ６００、株式会社エコウェル製）及び陰イオン交換性鉱物であるハイドロタルサイト（和光純薬工業株式会社製）と、ネオジム磁石（ＭＰ−１５、愛知製鋼株式会社製）とを混合し、混合物をバインダーにより固めて実施例１及び実施例２の人工土壌粒子を作製した。バインダーには、アルギン酸ナトリウム（和光純薬工業株式会社製）を使用した。アルギン酸ナトリウム０．５％水溶液に、ゼオライト及びハイドロタルサイトと、ネオジム磁石とを添加し、ミキサー（ＳＭ−Ｌ５７：三洋電機株式会社製）を用いて３分間撹拌し、得られた混合液を、多価金属イオン水溶液である５％塩化カルシウム水溶液に滴下してゲル化物を生成した。生成したゲル化物を液から回収し、洗浄した後、５５℃の乾燥機中で２４時間乾燥させたものを人工土壌粒子とした。人工土壌粒子を電磁石装置（型番：ＴＭ−Ｙ８４Ｅ、株式会社玉川製作所製）に固定し、２テスラ（Ｔ）の磁場をかけて着磁した。比較のため、ネオジム磁石を添加しない人工土壌粒子を準備した。実施例１の人工土壌粒子は、ネオジム磁石を約３２．８質量％含有し、実施例２の人工土壌粒子は、ネオジム磁石を約１０．９質量％含有している。
【００５５】
【表１】
2015130797.tif 000003
【００５６】
＜人工土壌粒子の磁力の測定方法＞
人工土壌粒子の磁力の測定方法としては、ガウスメーター（型番：ＧＭ−５００５、電子磁気工業株式会社製）を用いて行った。ネオジム磁石を坦持させた人工土壌粒子の表面を均した状態で１ｍｍ離した距離からガウスメーターで測定し、結果を表２に示した。
【００５７】
＜団粒構造、及び飛散・流出性の評価＞
人工土壌培地の団粒構造の評価に関しては、人工土壌培地中で人工土壌粒子が強く引き合い、団粒構造を形成したものを◎、人工土壌粒子同士が引き合うものを○、人工土壌粒子が引き合わないものを×とした。飛散・流出性の評価に関しては、各人工土壌培地を容器に入れて、外部環境で６０日間放置し、人工土壌粒子の飛散・流出性を評価した。人工土壌粒子の飛散及び流出が認められなかったものを○、飛散及び流出性が認められたものを×とした。結果を表２に示した。
【００５８】
【表２】
2015130797.tif 000004
【００５９】
表２の結果に示すように、実施例１及び実施例２の人工土壌培地は、人工土壌粒子が互いに効果的に引き合い、団粒構造を維持しようとすることが確認された。また、ネオジム磁石の添加量を多くするほど人工土壌粒子の磁力が強まり、ネオジム磁石を１０重量部含有させた実施例１の人工土壌培地（３．１ｍＴ）では、強固な団粒構造を形成した。これに対して、比較例の人工土壌粒子は、団粒構造を形成せず分散状態であった。人工土壌培地の飛散・流出性に関しては、実施例１及び２の何れの人工土壌培地でも飛散や流出は全く認められなかった。これに対して、比較例の人工土壌培地では、風等による容器からの飛散、及び灌水時おける容器からの人工土壌粒子の流出が認められた。上記結果から、本発明の人工土壌培地は、樹高及び草丈の高い植物でも十分支持することが可能であり、風や雨水等による飛散や流出を防止できると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の人工土壌培地は、植物工場等で行われる植物の栽培に利用可能であるが、その他の用途として、施設園芸用土壌培地、緑化用土壌培地、成型土壌培地、土壌改良剤等にも利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ（１）                  ゼオライト
２                          磁性体
３                          繊維
１０                        基部
５０                        人工土壌粒子
１００                      人工土壌培地
【図１】
2015130797.tif 000005
【図２】
2015130797.tif 000006
【図３】
2015130797.tif 000007
【図４】
2015130797.tif 000008