(57)【要約】  水溶液を植物に効率的に供給するためのシステム及び方法が、植物の根系の付近に配置できる末端部分と水溶液を入口から末端部分に運ぶための内側空洞とを有する親水性の供給装置、例えば配管を備える。末端部分に沿った供給装置の壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物及び／又は水圧で根によって発生される負の圧力が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備える。水溶液を保持できるリザーバが、親水性装置の入口と流体連通して設置される。
2008539739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性手段とリザーバとを備え、
前記親水性手段が、植物の根系の付近に配置できる末端部分と、水溶液を入口から前記末端部分に送るため該手段を貫く内側空洞と、前記内側空洞を取り囲む壁とを有し、前記末端部分に沿った壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると前記水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記リザーバはその中に前記水溶液を保持し、前記親水性手段の入口と流体連通している；
ことを特徴とする水溶液を植物に効率的に与えるためのシステム。
【請求項２】
前記親水性手段が、微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有する配管から成る、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記配管が、植物の根系の付近に配置される領域において微孔性の親水性材料からなり、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記配管が複数の貫通穴を有して実質的に疎水性の材料からなり、親水性で微孔性の材料が前記穴を覆うように貼り付けられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
第１の端部にて前記リザーバと流体連通し、第２の端部にて前記配管の入口と流体連通している実質的に水不透過性の中間管を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記植物の根系が栽培媒体の表面より下に配置され、前記中間管の少なくとも一部が前記栽培媒体の表面より上に配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記配管が第１の管を有し、前記リザーバが少なくとも水を保持するための第１のリザーバを有する請求項２に記載のシステムであって、
第２の管と第２のリザーバとを更に備え、
前記第２の管が、前記植物の根系の付近に配置できる末端部分と、栄養素溶液を入口から前記末端部分に送るため該管を貫く内側空洞と、前記内側空洞を取り囲む壁とを有し、前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると前記栄養素溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え、前記第２の管は微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を含み；
前記第２のリザーバはその中に前記栄養素溶液を保持し、前記第２の管の入口と流体連通している；
ことを特徴とする前記システム。
【請求項８】
植物を支持し栽培するための支持媒体を更に含み、前記親水性の末端部分を前記支持媒体の表面より下に配置できる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記支持媒体がほぼ連続的で親水性で多孔質の繊維材料からなる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記リザーバが、
前記水溶液を保持するための内部空間を有すると共に、溶液を含んでいるときの膨張状態と溶液を除去したときの収縮状態との間を移動できる容器と；
前記容器の内部空間と流体連通し、該内部空間に溶液を加えるための注入口と；
前記容器の内部空間及び前記親水性手段の入口に流体連通し、溶液を前記親水性手段の内側空洞に供給するための分配管であって、溶液が前記親水性手段の内側空洞から前記容器の内部空間に逆流するのを防止する逆止弁を有する前記分配管と；
を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
植物の根系の付近に親水性手段の末端部分を配置する段階と、ただし、前記親水性手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記水溶液を前記親水性手段の入口に導入する段階と；
前記水溶液を前記親水性手段の入口から前記末端部分に送る段階と；
からなる水溶液を植物に効率的に与える方法。
【請求項１２】
前記配置する段階が、微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有する配管を前記植物の根系の付近に配置することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記配管が第１の管を有する請求項１２に記載の方法であって、
前記植物の根系の付近に第２の管の末端部分を配置する段階と、ただし、前記第２の管は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると栄養素溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え、前記第２の管が微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有し；
前記栄養素溶液を前記第２の管の入口に導入する段階と；
前記栄養素溶液を前記第２の管の入口から前記第２の管の末端部分に送る段階と；
を更に含む上記方法。
【請求項１４】
前記配置する段階が、植物を支持し栽培するよう適合した支持媒体の表面より下に前記親水性の末端部分を配置することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
植物の根系の付近に親水性手段の末端部分を配置する段階と、ただし、前記親水性手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記水溶液を保持すると共に前記親水性手段の入口と流体連通したリザーバを設ける段階と；
前記水溶液が前記リザーバから前記親水性手段の入口に流れることができるようにチャネルを設ける段階と；
からなる水溶液を植物に効率的に与えるシステムの構築方法。
【請求項１６】
少なくとも前記末端部分に沿った疎水性管の表面の少なくとも一部を実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆することによって前記親水性手段を得る段階を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ポリマーがポリヒドロキシスチレンを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記親水性手段が、前記末端部分に沿った管表面の少なくとも一部が実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆された疎水性管からなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ポリマーがポリヒドロキシスチレンを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも前記末端部分に沿った疎水性管の少なくとも一部を実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆する段階を更に含み、前記親水性手段が被覆された疎水性管からなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリマーがポリヒドロキシスチレンを含む、請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に本発明は植物に水をやり栄養素を供給するためのシステム及び方法に関するものであり、特に、水の使用を最小にし、作物密度を最大にするシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物への自動水やりシステムのニーズはかなりあり、程度の差はあってもこのニーズを満たすために多くの製品が設計され製造されてきた。システムのあるものは、少量の水を連続して供給し（しばしば点滴灌漑又は細流灌漑と称される）、あるものは、土壌中の水分レベルに基づいて水の必要性を知らせる。また、あるものは、表面張力及び毛管上昇効果によって水を植物に運ぶウイックを使用する。
【０００３】
点滴灌漑又は細流灌漑は、乾燥した地域で作物を栽培する確立した方法である。これは、水の使用においてスプリンクラーシステムの場合に７５〜８５％の効率であるのに比べて、９０％の効率である。一般に基本的な点滴灌漑システムは、小型のドリッパー管／エミッタが取り付けられた表面管から構成され、供給管の一方の側で供給管から植物の根に水を与える。ドリッパー管／エミッタは、エミッタ／ドリッパー管内での水流に対する粘性抵抗に基づいて一滴ずつ根への水の流れを制限する。点滴速度は、特定の植物の計算された必要量、土壌の状態、予想される降雨量、及び蒸発散速度によって決められ、１植物当たり１〜４Ｌ／時の範囲である。
【０００４】
作物に必要な水及びこの水に供給されるべき栄養素の量についての概算はほとんど正確でなく、いつも水を浪費することになる。植物の根は多孔質の親水性薄膜の背後に蓄えられた水の放出を制御でき、この薄膜は水中の有機不純物の吸着によって疎水性になると考えられることが示された。そのメカニズムは十分に理解されていないが、根の滲出物の一つが、吸着された水中の有機不純物によって疎水性になった膜の細孔を開かせる界面活性剤であると推測される。この疎水性膜は植物への水の流れを止める。しかしながら、植物の根は、親水性にすることによって膜の細孔を開かせる界面活性剤を含んだ種々の化学物質を滲み出す。このようにして水が根に流れることができ、そして植物が十分な水を受け入れたときに膜が疎水性になる。
【０００５】
機能し得る別のメカニズムでは、水／栄養素を満たした膜管と接触している植物の根が「負圧」効果によって水を引き出す。植物とその根は、周囲から水を得るために「負圧」を用いることができる。植物が用いる負圧が大きくなればなるほど、植物に加わる水圧が大きくなる。したがって、システムにおける水圧は、植物の生物気候学の観点から最適な負圧に一致するよう調整され得る。
【０００６】
膜を有する２つのリザーバ（一方は水を、もう一方は栄養素溶液を含む）が植物に提供されると、植物はこれら２つの供給源を区別して、必要な十分な水と必要な十分な栄養素を取り入れることができることも分かった。栄養素に対する水の比は、栄養素溶液の濃度に依存して２から５まで変わり得る。
【０００７】
水を連続的にゆっくり放出できるように多孔質であるか又は穴の開けられた管を備えた地中システムが幾つか開発されている。しかしながら、これらの疎水性管は、最大で２気圧までの水圧を必要とし、植物が水を十分取り込むか又は例えば雨が降っている場合でも、水の供給を自動的に停止しない。
【０００８】
膜システムを用いた市販の灌漑システムが無い理由の１つは、発芽して果実と農産物を産出している十分に成長した成熟した植物のみならず、若い植物又は苗木にも必要な量の水を供給できる膜を得ることが難しいことである。別の考えられる理由は、水中の一定の微量の有機溶質が、膜の親水性細孔チャネルの出口壁に吸着され、膜を疎水性システムに変えることで、膜を通る水の流れを停止するか又は大きく減少させることに基づいている。別の理由は、本プロセスを経済的なものにするのに十分な耐久性を有する適切な壁厚と直径の親水性管を得ることの難しさである。
【０００９】
ロシアのＳＶＥＴ宇宙植物栽培システムは、高さが４０ｃｍ以下の植物のための空間を有し、１０００ｃｍ２の栽培面積を有する箱形温室から成る。天然の多孔質ゼオライト上で、高度の純水が根を必要な水分レベルに保って根を成長させた。ＮＡＳＡが使用した無重力栽培室には、微孔性のセラミック又はステンレス鋼製の管が含まれ、この管を通して水と栄養素が供給され温室植物に与えられた。多孔質のセラミック、ステンレス又は疎水性膜を用いて水及び／又は栄養素を植物に与えるシステムは、基本的に、植物が必要としようがしまいが常に水／栄養素が与えられる点滴灌漑式である。当業者には明らかであろうが、セラミック又はステンレス管の方が厚く、チャネルの全長に有機成分が吸着されて、植物の滲出物によって除去することができない。
【００１０】
建物に含まれる人気のある設計要素は、植物が建物の壁の上で成長できるいわゆる「生きた壁」である。１平方メートルの花は、建物内の換気を１秒当たり２５リットルほど削減できると推定されており、暖房及び空調によるエネルギー使用の節約ができる。
【特許文献１】米国特許第６，０４５，８６９号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の概要
本発明の一面は、水溶液を植物に効率的に与えるシステムに関する。このシステムは、植物の根系の付近に配置できる末端部分を有する親水性手段を備える。この親水性手段は該手段を貫く内側空洞を有し、それを通して水溶液を入口から末端部分に送ることができる。親水性手段は内側空洞を取り囲む壁をさらに有する。末端部分に沿った壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物、又は植物の根が受ける水圧によって生成される負圧が作用すると細孔を通って水溶液が流れることを可能にできるような多数の細孔を有する。
【００１２】
このシステムはまた、水溶液を保持できるリザーバを有する。リザーバは親水性手段の入口に流体連通して配置される。
【００１３】
本発明の別の面は、水溶液を植物に効率的に与える方法に関する。この態様の方法は、上記システムで説明したように、植物の根系の付近に親水性手段の末端部分を配置するステップを含む。水溶液は親水性手段の入口に導入され、親水性手段の入口から末端部分に送られる。
【００１４】
本発明のさらに別の面は、水溶液を植物に与える効率的なシステムを構築する方法に関する。この態様の方法は、上述したように、植物の根系の付近に親水性手段の末端部分を配置するステップを含む。
【００１５】
水溶液を保持できるリザーバが設けられ、このリザーバは親水性手段の入口に流体連通している。リザーバから親水性手段の入口に水溶液を流すことのできるチャネルも設けられる。
【００１６】
添付図面と共に下記の説明から、構成及び操作方法の両方について本発明を特徴付ける事項、並びに本発明の別の目的及び効果が理解されよう。図面は説明のために示されており、本発明を限定するものではないことを理解されたい。添付図面と共に下記の説明を読めば、本発明により達せられるこれらの目的及びその他の目的並びに本発明により与えられる効果が十分に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１-５Ｂを参照して本発明の好ましい態様を説明する。
明細書中で用いられているように、「管」又は「配管」なる用語は水及び／又は栄養素を供給するための供給導管を意味する。当業者には理解されるように、このような「管」又は「配管」は必ずしも円筒形である必要はなく、任意の適当な形状にでき、これらの用語によって何ら限定されない。
【００１８】
本明細書では水及び／又は栄養素を成長する植物の根に供給するシステム及び方法が記載され、個々の植物の必要に応じて水及び／又は栄養素を植物に与える。本発明を限定するものではないが、水の圧力下にあるとき、植物の根は負の圧力を発生し且つ／又は滲出物若しくは界面活性剤を放出でき、これらが後に述べる条件下で蓄積された水及び／又は栄養素の放出を促進すると考えられる。具体的には、少なくとも一部が親水性である供給導管又は供給管から水及び／又は栄養素が植物に供給される。
【００１９】
特定の態様では、この配管は親水性膜により覆われた複数の穴を備えてもよく、別の態様では配管全体、配管の下面部分、又は配管の重要な部分が親水性である。さらに別の態様では、システムは水を通さない即ち疎水性の表面管を有してもよく、この管が複数の親水性管に連結され、この親水性管が根を支持する支持媒体中に挿入される。
【００２０】
１個以上の親水性管は、該親水性管が少なくとも部分的には支持媒体の表面より下にあるように、多量の支持媒体中に挿入され得る。支持媒体は、成長する植物及び根を支持するのに適した任意の媒体又はそのような媒体の混合物から選択できる。限定するものではないが、このような支持媒体の例として、砂、土、Ｒｏｃｋｗｏｏｌ、ポリウレタンフォーム、Ｆｌｅｘｉｍａｔ（商標）などが挙げられる。例えば連続繊維の栽培媒体など当該技術において公知の他の適当な媒体を使用することもできる。
【００２１】
別の態様では、実質的に垂直方向の表面、例えば壁の上で成長するように植物を配置し、上述したように「生きた壁」を作ることもできる。この態様では、根系はこの壁に取り付けられた２つの繊維シート間に配置され、配管がシート間において根系付近を通っている。
【００２２】
特定の態様では、植物が支持媒体中に植えられ、それぞれの管が、水、栄養素、又はそれらの混合物を含んだリザーバに連結される。特定の態様では、２つの管、すなわち水管と栄養素管とによって、一列の植物に水と栄養素を供給できる。上述したように、植物はこれらの管を区別できることが既に分かっている。
【００２３】
灌漑配管として使用できる市販の薄壁で微孔性の親水性管は知られていない。特定の態様では、Ｃｅｌｌ-Ｆｏｒｃｅ（商標）及びＦｌｅｘｉ-Ｓｉｌ（商標）を含めて親水性材料を親水性管にすることができる。別法として、水不溶性の親水性ポリマー（例えば、ポリヒドロキシスチレン、米国特許第６，０４５，８６９号参照）を表面被覆として使用するプロセスによって、既存の特定の疎水性薄壁管を親水性にできる。微孔性の疎水性プラスチック配管に被覆として塗布されるこのような溶液は、細孔を詰まらせず、多年にわたって親水性を維持することが示された。このようにして、半径が５〜１０ｍｍでＴｙｖｅｋ（ＤｕＰｏｎｔ製の微孔性ポリエチレン）から作られた連続管（Irrigro-lnternational Irrigation System）が親水性にされた後に使用され、地中の灌漑システムにおいて植物の根に対応できる膜として機能することが示された。
【００２４】
上記述べたように、時間が経てば水中の有機不純物が膜に吸着されて疎水性になり得ることが示された。水中の不純物は変わりやすいので、多孔壁に吸着させることのできる有機物質を水に添加した。この有機物質が膜を疎水性にすることで、膜を通る水又は栄養素溶液の流れを抑制する。限定するものではないが、適当な有機物質の例として、フミン酸、ケロシン、ターペンタイン、ピネン、及びヘキサデカンが挙げられる。別の態様では、他の適当なＣ８-Ｃ１６飽和炭化水素を使用してもよい。添加した量は灌漑媒体に対して１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍの範囲であった。当業者には分かるであろうが、特定の態様では、有機物質の添加は必須ではなく、水質に依存する。
【００２５】
土壌中で作物を栽培する場合には、継続的な栄養素の追加は必須ではない。しかしながら、砂、Ｆｌｅｘｉｍａｔ又はＲｏｃｋｗｏｏｌの中で作物を栽培する場合には、栄養素溶液、例えば、水栽培システムで一般に用いられている栄養素溶液などの当該技術において公知の任意の適当な栄養素溶液（例えばＨｏｅｇｌａｎｄ溶液、Ｐｅｔｅｒ溶液、又はＭｉｒａｃｌｅ-Ｇｒｏ）を、給水に加えるか、又は上記説明したように別の管で植物に直接与えることができる。このようにして、植物の根は必要なだけの量の水及び栄養素を取り入れることができる。
【００２６】
図１Ａ及び１Ｂは、栽培媒体１４中で成長する植物１３に水及び栄養素の溶液を与えるために対の灌漑管１１、１２を使用するシステム１０を示す。この態様１０では、管１１、１２が植物１３の根系１５を通って延びている。砂と鉢植え用の土の両方における実験で、使用する栄養素の濃度が高くなればなるほど、根１５に放出される栄養素溶液の体積が小さくなることが分かったが、これは本発明により達成される水の節約を例証している。
【００２７】
図２は芝生２１の灌漑システム２０を示し、地中管２２が１〜２フィートの間隔で配置され、一定の圧力下で水がほぼ連続的に供給され、必要に応じて栄養素が水溶液に加えられる。
【００２８】
ここに記載の灌漑システム及び方法は、現在使用されている他のいずれの水やりシステムよりも優れていると考えられ、さらに大気圧に依存しない。本発明の一態様３０（図３）では、例えば、Ｒｏｃｋｗｏｏｌ又はスポンジ状Ｆｌｅｘｉｍａｔ（Ｇｒｏｗ-Ｔｅｃｈ提供）などの連続繊維の栽培媒体３１が植物３２とその根３３を支持するのに使用できる。この態様３０では、リザーバ３４は両方とも、水と栄養素の溶液を中に保持するための内部空間３６を有する容器３５を含む。容器３５はベローズと同じように形成され、溶液を含んでいるときの膨張状態と、溶液が取り出された収縮状態との間で移動できる。
【００２９】
容器３５はまた、容器の内部空間３６に流体連通して該空間３６に溶液を加えるための注入口３７を備える。分配管３８もまた、容器の内部空間３６及び親水性管４０の入口３９に流体連通している。この構成で溶液を配管の内側空洞４０に供給する。分配管３８はまた、溶液が管４０から容器の内部空間３６に逆流するのを防止するため分配管内に逆止弁４１を備える。
【００３０】
無重力下での本システムにおいて、例えば、Ｒｏｃｋｗｏｏｌ又はＦｌｅｘｉｍａｔなどのモノリシックの連続材料や、Ｇｒｏｗ-Ｔｅｃｈ製のスポンジ状親水性多孔質材料を用いて植物及びその根の支持材を提供できる。これらの材料を用いて微孔性で親水性の灌漑管の対（一方は水を供給し、もう一方は栄養素溶液を供給する）を包囲することにより、栽培植物に供給される水と栄養素の徹底した節約を行なうことができる。このシステムはまた、水の節約が望まれるような乾燥した又は砂漠の環境にも適用できる。
【００３１】
初期の実験室試験では、水中で栄養素を用いると、地中のＰＶＣ管４４の穴４３の上にＡｍｅｒａｃｅ  Ａ１０膜４２（ＰＶＣ中に５０％シリカゲル）を設けて砂の中でトマトを栽培できることが分かった（図４）。ＰＶＣ管４４の穴４３の直径は０．５インチであった。この直径が栽培植物に利用できる水及び栄養素の量を制限したものと考えられる。より多くの穴を開けて覆うことによって膜の全表面積を増やすことにより、システムを改良した。しかしながら、現時点で本発明を実施する最良のモードでは、連続的な管の使用が好ましい。Ａｍｅｒａｃｅの脆性ゆえに、この材料から作られた膜管は亀裂が入ったり漏れたりする傾向があった。
【００３２】
管型のＴｙｖｅｋ（ＤｕＰｏｎｔ）が灌漑のために使用されてきた。しかしながら、ポリエチレン材料の疎水性により、植物の根の滲出物により何ら制御されることなく植物への水滴源として機能できる。疎水性表面を親水性に変換することは記載さており（米国特許第６，０４５，８６９号）、Ｔｙｖｅｋ配管を親水性にして水及び／又は栄養素に対する植物の要求に応じることを可能にするのに使用できる。
【００３３】
本発明は、複数の植物又は１列の植物に供給すべく支持媒体の表面下で延びるよう構成された複数の供給管を提供する初めてのものである。また、親水性材料からなる管の明らかな利点は、単一の水平な膜に比べて、支持媒体のより大きな領域に水と栄養素が供給されることである。加えて、本システムは、管から溶液を引き出す植物の毛管力に基づいて、負の圧力下で動作できる。
【００３４】
以下、実施例によって本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
４フィートの長さのＴｙｖｅｋ配管（＃１０５３Ｄ）をポリヒドロキシスチレンのアルコール溶液で親水性にし、長さ４．５フィート、幅１３ｃｍ、深さ１０ｃｍのプランターに埋め、土で覆い、３５ｃｍの一定の水頭にて栄養素溶液の一定の供給源に連結した。チェリートマトの苗木１０個を、水と栄養素とが供給される管の付近にて等距離に植えた。１日当たり１８時間、蛍光灯で植物を照らした。植物の高さが１５ｃｍのときの水の平均消費量は７５±１０ｍＬ／時であり、植物の高さが２５ｃｍのときの水の平均消費量は１２５±２０ｍＬ／時であった。苗床を１００ｍＬの水で噴霧することにより降雨をシミュレートすると、水の消費量は２時間の間ゼロに下がり、次の３時間で通常速度にゆっくりと戻った。植物は高さが２フィートまで成長し、多くのトマトを収穫した。
【００３６】
実験の終わりにシステムを調べ、膜上の空間に対して植物間で奪い合いがあったか否かを判断した。根系を調べると、植物の茎から約１〜２インチ内でのみ根が膜を取り巻いているのが分かった。このことは、利用できる光化学放射量及び相互干渉によってのみ制限される程度まで、植物の栽培密度を増すことができることを示している。
【００３７】
水と栄養素を別々に供給するために二重管システムを用いた場合、消費された栄養素溶液に対する消費された水の比は、砂中の８つのチェリートマト植物について約２．５であった。さらに、植物の大きさが高さ３５ｃｍに達したときに観測された変動はほとんど無い或いは無かった。
【実施例２】
【００３８】
２０〜４０ｃｍほど互いに離れて広がるブドウの蔓やキーウィの蔓などの植物の場合には、連続的な灌漑管は不要なことがあり得る。このような状況５０では、図５Ａ及び５Ｂに示されるように、内径が２０〜３０ｍｍの柔軟な表面分配メイン管５１を使用し、それからサテライト管５２を引き出すのがより実際的である。サテライト管５２は、蔓のサイズに依存して１０〜３０ｃｍの短い長さの薄壁で微孔性の親水性灌漑管５３に供給する。親水性灌漑管５３はその端部５４が閉じており、蔓又は低木５６の根５５を取り囲んでいる。
【実施例３】
【００３９】
１５ｃｍ×１５ｃｍで長さ１１５ｃｍの苗床の中心を通って水と栄養素を供給する二重供給膜管を有する温室内にプランターを設定した。この苗床は、５０ｃｍのＦｌｅｘｉｍａｔと５０ｃｍのＲｏｃｋｗｏｏｌとが１５ｃｍのポリウレタンフォームによって分離されて構成されていた。カノーラ、豆、トウモロコシ、及びトマトの種又は苗木をこれら３つの媒体の各々に蒔いて又は植えて、その栽培パターンを観察した。ポリウレタンフォーム以外では栽培が正常に進行し、各作物は５０〜６０ｍＷ／ｃｍ２の光束の下でそれぞれの速度で成長した。
【実施例４】
【００４０】
トマト植物を鉢植え用土に植え、その土の中に長さ２０ｃｍで半径１ｃｍの微孔性の親水性管を２本配置した。これらの管は、水と栄養素とを十分に保持しているリザーバに連結させた。土は乾燥したままであったが、植物は成長して多くのトマトを付けた。
【実施例５】
【００４１】
地中膜システムを用いて水をやった３つの鉢植えのレタス植物と、地表で手による水やりで等量の水を与えた３つの植物の対照群とについて、水の使用を比較する実験を行なった。比較の結果、膜システムを用いた植物はよく成育したが、対照群の植物は枯れたことが示された。この相違は対照植物の土の表面から蒸発して損失することに起因しているのかもしれない。膜で水やりした植物の表面上の土は実験の間中、実質的に乾燥したままであったので、実験群の植物の表面からの蒸発による損失は最小であった。この例は水を節約する本発明の特徴を再度例証する。
【００４２】
当業者には分かるであろうが、本発明の態様は水の要求が変化する植物を充足させることができ、その際、各々の植物が他の植物とは独立に水を要求できるように、１つの連続的な多孔質の親水性灌漑管が用いられる。このような要求は、１つの屋根の下で多くの異なる植物が栽培されている温室においてはしばしば存在する。
【００４３】
２つのチャネル（一方は水用、もう一方は栄養素用）を有する親水性灌漑管が植物の要望を十分に満たすことができ、植物の密度を増やすこともでき、この密度は利用できる日光によってのみ制限されることも示された。
【００４４】
市販の壁の薄い微孔性の疎水性管を親水性管に変換することで、植物及びその根に対して対応可能となることも示された。
【００４５】
個々のリザーバから水と栄養素の両方を要求に応じて植物に供給できるように、１種以上の植物について二重膜管をどのように容器に組み込むことができるかも示された。植物は負の圧力条件下で水及び／又は栄養素を得ることができるので管リザーバ中に利用できる水が存在する限り、注意を払ったり監視したりする必要がない。
【００４６】
加えて、汚染された有機物質が存在せず灌漑システムにおいて反応できない水システムでも、１種以上の微量な炭化水素を給水に加えることにより、灌漑システムに対して反応可能になり得ることも示された。
【００４７】
点滴灌漑システムのエミッタに取って代るべく本発明の灌漑システムを使用し、根に応じて水及び／又は栄養素を放出できることも示された。
【００４８】
上記説明では、簡潔さ、明確さ、及び容易な理解のために特定の用語を使用してきたが、従来技術の要求を超えて不必要な限定を意味するものではない。これらの用語はここでは説明のために用いられているのであり、広く解釈されるべきである。さらに、ここに記載された装置の態様は例として挙げられており、本発明の範囲は構成の正確な詳細に限定されない。
【００４９】
本発明について説明してきたが、本発明の好ましい態様の構成、操作及び使用、及びそれにより得られる有利で新しく有用な結果、新規で有用な構成、並びに当業者に自明な妥当な機械的等価物が特許請求の範囲に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１Ａ及び１Ｂは水と栄養素を植物の根に供給するための二重灌漑管を平面図及び横断面図にてそれぞれ示す。
【図２】芝生に水をやるためのシステムの横断面図である。
【図３】無重力環境下で動作可能な代表的な植物栽培システムを示す。
【図４】親水性膜で覆われた穴を有する管の態様の側面斜視図である。
【図５】図５Ａ及び５Ｂは地表部分と地中部分の両方を含んだ栽培システムを平面図及び横断面図にてそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００５１】
１０  灌漑システム
１１  灌漑管
１２  灌漑管
１３  植物
１４  栽培媒体
１５  根
【図１】
2008539739.tif 000003
【図２】
2008539739.tif 000004
【図３】
2008539739.tif 000005
【図４】
2008539739.tif 000006
【図５】
2008539739.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月8日(2007.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
親水性手段とリザーバとを備え、
前記親水性手段が、植物の根系の付近に配置できる末端部分と、水溶液を入口から前記
末端部分に送るため該手段を貫く内側空洞と、前記内側空洞を取り囲む壁とを有し、前記
末端部分に沿った壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると前記水
溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記リザーバはその中に前記水溶液を保持し、前記親水性手段の入口と流体連通してお
り；
前記リザーバが、
前記水溶液を保持するための内部空間を有すると共に、溶液を含んでいるときの膨張状
態と溶液を除去したときの収縮状態との間を移動できる容器と；
前記容器の内部空間と流体連通し、該内部空間に溶液を加えるための注入口と；
前記容器の内部空間及び前記親水性手段の入口に流体連通し、溶液を前記親水性手段の
内側空洞に供給するための分配管であって、溶液が前記親水性手段の内側空洞から前記容
器の内部空間に逆流するのを防止する逆止弁を有する前記分配管と；
を備える水溶液を植物に効率的に与えるためのシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも該疎水性管の末端部分に沿った部分
を、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆して親水性手段を形成する段階と；
植物の根系の付近に前記親水性手段の末端部分を配置する段階と、ただし、前記親水性
手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、
界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多
数の細孔を備え；
前記水溶液を前記親水性手段の入口に導入する段階と；
前記水溶液を前記親水性手段の入口から前記末端部分に送る段階と；
からなる水溶液を植物に効率的に与える方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２０】
微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有する第1の管の末端部分を
植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記第1の管は内側空洞を取り囲む壁を有
し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用
すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記水溶液を前記第1の管の入口に導入する段階と；
前記水溶液を前記第1の管の入口から前記末端部分に送る段階と；
第２の管の末端部分を前記植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記第２の管
は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物
が作用すると栄養素溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え、前記
第２の管が微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有し；
前記栄養素溶液を前記第２の管の入口に導入する段階と；
前記栄養素溶液を前記第２の管の入口から前記第２の管の末端部分に送る段階と；
からなる水溶液を植物に効率的に与える方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２１】
疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも該疎水性管の末端部分に沿った部分
を、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆して親水性手段を形成する段階と；
前記親水性手段の末端部分を植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記親水性
手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、
界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多
数の細孔を備え；
前記水溶液を保持すると共に前記親水性手段の入口と流体連通したリザーバを設ける段
階と；
前記水溶液が前記リザーバから前記親水性手段の入口に流れることができるようにチャ
ネルを設ける段階と；
からなる水溶液を植物に効率的に与えるシステムの構築方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２６】
疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも該疎水性管の末端部分に沿った部分
を、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆して親水性手段を形成する段階と；
前記親水性手段の末端部分を植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記親水性
手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、
界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多
数の細孔を備え；
前記水溶液を保持すると共に前記親水性手段の入口と流体連通したリザーバから、前記
水溶液を前記親水性手段の入口に導入する段階と；
前記水溶液を前記親水性手段の入口から分配管を通って前記末端部分に送る段階と；
からなり、ただし、前記リザーバが、
前記水溶液を保持するための内部空間を有すると共に、溶液を含んでいるときの膨張状
態と溶液を除去したときの収縮状態との間を移動できる容器と；
前記容器の内部空間と流体連通し、該内部空間に溶液を加えるための注入口と；
前記容器の内部空間及び前記親水性手段の入口に流体連通し、溶液を前記親水性手段の
内側空洞に供給するための前記分配管であって、溶液が前記親水性手段の内側空洞から前
記容器の内部空間に逆流するのを防止する逆止弁を有する前記分配管と；
を備える水溶液を植物に効率的に与える方法。
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月18日(2007.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
疎水性管とリザーバとを備え、
前記疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも末端部分に沿った部分は、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆されて親水性手段を形成し、前記末端部分は植物の根系の付近に配置でき、前記親水性手段は水溶液を入口から前記末端部分に送るため該手段を貫く内側空洞を有し、前記親水性手段は更に前記内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると前記水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記リザーバはその中に前記水溶液を保持し、前記親水性手段の入口と流体連通している；
ことを特徴とする水溶液を植物に効率的に与えるためのシステム。
【請求項２】
前記親水性手段が、微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有する配管から成る、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記配管が、植物の根系の付近に配置される領域において微孔性の親水性材料からなり、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記配管が複数の貫通穴を有して実質的に疎水性の材料からなり、親水性で微孔性の材料が前記穴を覆うように貼り付けられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
第１の端部にて前記リザーバと流体連通し、第２の端部にて前記配管の入口と流体連通している実質的に水不透過性の中間管を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記植物の根系が栽培媒体の表面より下に配置され、前記中間管の少なくとも一部が前記栽培媒体の表面より上に配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ポリマーがポリヒドロキシスチレンを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
植物を支持し栽培するための支持媒体を更に含み、前記親水性手段を前記支持媒体の表面より下に配置できる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記支持媒体がほぼ連続的で親水性で多孔質の繊維材料からなる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記水溶液に１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍの濃度範囲で有機物質を添加した、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記有機物質がフミン酸、ケロシン、ターペンタイン、ピネン、ヘキサデカン、及びＣ８-Ｃ１６飽和炭化水素からなる群から選ばれる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
第1の管と第1のリザーバとを備え、
前記第1の管は、微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有すると共に、植物の根系の付近に配置することができる末端部分を備え、前記第1の管は水溶液を入口から前記末端部分に送るため該管を貫く内側空洞を有し、前記第1の管は更に前記内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると前記水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記第1のリザーバはその中に少なくとも水を保持し、前記第1の管の入口と流体連通し；
更に、第２の巻と第２のリザーバとを備え、
前記第２の管が、前記植物の根系の付近に配置できる末端部分と、栄養素溶液を入口から前記末端部分に送るため該管を貫く内側空洞と、前記内側空洞を取り囲む壁とを有し、前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると前記栄養素溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え、前記第２の管は微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を含み；
前記第２のリザーバはその中に前記栄養素溶液を保持し、前記第２の管の入口と流体連通している；
ことを特徴とする水溶液を植物に効率的に与えるためのシステム。
【請求項１３】
親水性手段とリザーバとを備え、
前記親水性手段が、植物の根系の付近に配置できる末端部分と、水溶液を入口から前記末端部分に送るため該手段を貫く内側空洞と、前記内側空洞を取り囲む壁とを有し、前記末端部分に沿った壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると前記水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記リザーバはその中に前記水溶液を保持し、前記親水性手段の入口と流体連通しており；
前記リザーバが、
前記水溶液を保持するための内部空間を有すると共に、溶液を含んでいるときの膨張状態と溶液を除去したときの収縮状態との間を移動できる容器と；
前記容器の内部空間と流体連通し、該内部空間に溶液を加えるための注入口と；
前記容器の内部空間及び前記親水性手段の入口に流体連通し、溶液を前記親水性手段の内側空洞に供給するための分配管であって、溶液が前記親水性手段の内側空洞から前記容器の内部空間に逆流するのを防止する逆止弁を有する前記分配管と；
を備える水溶液を植物に効率的に与えるためのシステム。
【請求項１４】
疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも該疎水性管の末端部分に沿った部分を、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆して親水性手段を形成する段階と；
植物の根系の付近に前記親水性手段の末端部分を配置する段階と、ただし、前記親水性手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記水溶液を前記親水性手段の入口に導入する段階と；
前記水溶液を前記親水性手段の入口から前記末端部分に送る段階と；
からなる水溶液を植物に効率的に与える方法。
【請求項１５】
前記配置する段階が、微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有する配管を前記植物の根系の付近に配置することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記配置する段階が、植物を支持し栽培するよう適合した支持媒体の表面より下に前記親水性の末端部分を配置することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記導入する段階の前に、有機物質を前記水溶液に１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍの濃度範囲で添加する段階を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記有機物質がフミン酸、ケロシン、ターペンタイン、ピネン、ヘキサデカン、及びＣ８-Ｃ１６飽和炭化水素からなる群から選ばれる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ポリマーがポリヒドロキシスチレンを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有する第1の管の末端部分を植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記第1の管は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記水溶液を前記第1の管の入口に導入する段階と；
前記水溶液を前記第1の管の入口から前記末端部分に送る段階と；
第２の管の末端部分を前記植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記第２の管は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると栄養素溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え、前記第２の管が微孔性の親水性材料から作られた少なくとも１つの領域を有し；
前記栄養素溶液を前記第２の管の入口に導入する段階と；
前記栄養素溶液を前記第２の管の入口から前記第２の管の末端部分に送る段階と；
からなる水溶液を植物に効率的に与える方法。
【請求項２１】
疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも該疎水性管の末端部分に沿った部分を、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆して親水性手段を形成する段階と；
前記親水性手段の末端部分を植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記親水性手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記水溶液を保持すると共に前記親水性手段の入口と流体連通したリザーバを設ける段階と；
前記水溶液が前記リザーバから前記親水性手段の入口に流れることができるようにチャネルを設ける段階と；
からなる水溶液を植物に効率的に与えるシステムの構築方法。
【請求項２２】
前記ポリマーがポリヒドロキシスチレンを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
有機物質を前記水溶液に１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍの濃度範囲で添加する段階を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記有機物質がフミン酸、ケロシン、ターペンタイン、ピネン、ヘキサデカン、及びＣ８-Ｃ１６飽和炭化水素からなる群から選ばれる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも該疎水性管の末端部分に沿った部分を、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆して親水性手段を形成する段階と；
前記親水性手段の末端部分を植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記親水性手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記水溶液を保持すると共に前記親水性手段の入口と流体連通したリザーバを設ける段階と；
からなり、前記リザーバが、
前記水溶液を保持するための内部空間を有すると共に、溶液を含んでいるときの膨張状態と溶液を除去したときの収縮状態との間を移動できる容器と；
前記容器の内部空間と流体連通し、該内部空間に溶液を加えるための注入口と；
前記容器の内部空間及び前記親水性手段の入口に流体連通し、溶液を前記親水性手段の内側空洞に供給するための分配管であって、溶液が前記親水性手段の内側空洞から前記容器の内部空間に逆流するのを防止する逆止弁を有する前記分配管と；
を備えることを特徴とする水溶液を植物に効率的に与えるシステムの構築方法。
【請求項２６】
疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも該疎水性管の末端部分に沿った部分を、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆して親水性手段を形成する段階と；
前記親水性手段の末端部分を植物の根系の付近に配置する段階と、ただし、前記親水性手段は内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った前記壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備え；
前記水溶液を保持すると共に前記親水性手段の入口と流体連通したリザーバから、前記水溶液を前記親水性手段の入口に導入する段階と；
前記水溶液を前記親水性手段の入口から分配管を通って前記末端部分に送る段階と；
からなり、ただし、前記リザーバが、
前記水溶液を保持するための内部空間を有すると共に、溶液を含んでいるときの膨張状態と溶液を除去したときの収縮状態との間を移動できる容器と；
前記容器の内部空間と流体連通し、該内部空間に溶液を加えるための注入口と；
前記容器の内部空間及び前記親水性手段の入口に流体連通し、溶液を前記親水性手段の内側空洞に供給するための前記分配管であって、溶液が前記親水性手段の内側空洞から前記容器の内部空間に逆流するのを防止する逆止弁を有する前記分配管と；
を備える水溶液を植物に効率的に与える方法。
【請求項２７】
純水をリザーバに加えるための手段と；
前記リザーバ中の純水に有機添加剤を導入するための手段と；
疎水性管とを備え、
前記疎水性管の表面の少なくとも一部でかつ少なくとも末端部分に沿った部分は、実質的に水不溶性の親水性ポリマーで被覆され、前記末端部分は植物の根系の付近に配置でき、前記親水性手段は、前記リザーバに流体連通している入口から前記末端部分に水溶液を送るため該手段を貫く内側空洞を有し、前記親水性手段は更に前記内側空洞を取り囲む壁を有し、前記末端部分に沿った壁の少なくとも一部は、界面活性剤たる根の滲出物が作用すると前記水溶液が細孔を通って流れることが可能になる多数の細孔を備える；
ことを特徴とする低重力の環境において水溶液を植物に効率的に与えるためのシステム。
【請求項２８】
前記有機添加剤がＣ８-Ｃ１４炭化水素及びケロシンからなる群から選ばれる、請求項２７に記載のシステム。
【国際調査報告】
2008539739.tif 000008
2008539739.tif 000009