(57)【要約】【課題】センサー等を備えてｐＨ値を自動調整する高価なシステムを用いることなく、培養液のｐＨ値変動をできるだけ抑制することができるｐＨ緩衝剤を提供する。【解決手段】本発明に係るｐＨ緩衝剤は、水耕栽培に用いる培養液のｐＨ緩衝剤であって、微生物に資化され難い有機酸を主成分として含有し、上記培養液のｐＨ値を初期的に調整し、且つ、当該ｐＨ値の経時的変化を緩やかにすることを特徴とするものであり、水耕栽培に用いる培養液の水質に依存することなく、ｐＨ緩衝効果を発揮するものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水耕栽培に用いる培養液のｐＨ緩衝剤であって、
微生物に資化され難い有機酸を主成分として含有し、
上記培養液のｐＨ値を初期的に調整し、且つ、当該ｐＨ値の経時的変化を緩やかにする
ことを特徴とするｐＨ緩衝剤。
【請求項２】
初期的なｐＨ値を調整するための無機強酸または無機塩基を含有する
ことを特徴とする請求項１に記載のｐＨ緩衝剤。
【請求項３】
上記微生物に資化され難い有機酸は腐植酸である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のｐＨ緩衝剤。
【請求項４】
上記腐植酸はフルボ酸またはフミン酸である
ことを特徴とする請求項３に記載のｐＨ緩衝剤。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のｐＨ緩衝剤を用いる
ことを特徴とする水耕栽培におけるｐＨ緩衝方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培の培養液に用いるｐＨ緩衝剤、およびそれを用いたｐＨ緩衝方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、野菜や花等の植物の水耕栽培が広く行われるようになった。土壌の栽培において必要であった土壌の耕しや除草が不要であり、手間を省けるためである。また、肥料を水に溶かして液肥として与えることができるので、ポンプ等を利用することで、さらに省力化が可能である。さらに、液肥は植物の根から直接吸収されるため、土壌栽培に比べて、遥かに効率的に肥料を植物に与えることができる。
その他にも、天候に左右されないことや、栽培する植物を容易に変更できるといった利点もある。
【０００３】
一方で、培養液のｐＨ値が変動しやすいことは、水耕栽培における大きな問題のひとつであり、いかにｐＨ値変動を抑えるかが水耕栽培を成功させるためのポイントである。培養液のｐＨ値を所定の酸性領域に安定させることで、根からの養分吸収が良くなり、植物を健全に成長させることができる。
また、土壌と異なり、拮抗生物が存在しない培養液中では、細菌等の微生物が繁殖しやすい。したがって、微生物の繁殖を抑えるためにも、培養液のｐＨ値を所定の酸性領域に安定させることは極めて重要である。
【０００４】
培養液のｐＨ値を安定させるための一手法として、水耕栽培に用いる培養液のｐＨ値を
経時的に測定し、測定値に応じてｐＨ調整液を自動的に添加し、一定範囲の設定ｐＨ値を維持することを目的としたシステムも提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１９０４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されたシステムは、植物工場のように大規模な栽培を行う場合には適用することができるものの、小規模の栽培においては、導入コストや管理コストが掛かり過ぎるため、適用が困難である。
また、植物によって培養液のｐＨ値の変動は大きく異なるため、細かく作付けを行う際には、栽培する植物ごとにシステムを準備する必要があり、さらに大きなコストが掛かるという問題がある。
【０００７】
したがって、このような高価なシステムを用いることなく、培養液のｐＨ値変動をできるだけ抑制するｐＨ調整剤が望まれている。しかしながら、ｐＨ調整剤として硫酸等を用いた場合には、短期間で大きなｐＨ変動が起こるため、頻繁にｐＨ値調整を行う必要がある。また、培養液として使用する水の水質に依っても、所定のｐＨ値を得るための硫酸等の量は数倍も異なる場合もあり、広く一般的に水耕栽培に利用できるｐＨ調整剤の開発は十分に進んでいないのが現状である。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、使用する水や栽培する植物の種類に拘わらず、培養液のｐＨ値変動を長期間に渡り抑制できるｐＨ緩衝剤を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るｐＨ緩衝剤は、
水耕栽培に用いる培養液のｐＨ緩衝剤であって、
微生物に資化され難い有機酸を主成分として含有し、
上記培養液のｐＨ値を初期的に調整し、且つ、当該ｐＨ値の経時的変化を緩やかにする
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るｐＨ緩衝剤は、以上のように構成されているので、水耕栽培に用いる培養液の水の水質に依存せず、培養液の初期的なｐＨ値を調整し、且つ、その経時変化を緩やかにするｐＨ緩衝効果を発揮するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態．
本発明に係るｐＨ緩衝剤の調製およびその効能等を確認する実験結果に関して、以下において説明する。なお、以下の説明は本発明に関する良好な一例を開示するものであり、本発明が当該実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
本発明に係るｐＨ緩衝剤は、単に培養水のｐＨ値を所定の範囲に調整するだけではなく、そのｐＨ値の経時的変化を緩やかにし、できるだけ長期間に渡り良好なｐＨ値を維持するものである。
ｐＨ緩衝剤は、必須成分として微生物に資化され難い有機酸を含有する。
【００１３】
微生物に資化され難い有機酸としては、フルボ酸やフミン酸といった腐植酸が最適である。
ここでフルボ酸とは、植物などが微生物により分解される最終生成物である腐植物質のうち、酸によって沈殿しない無定形高分子有機酸のことである。
また、フミン酸とは、植物などが微生物による分解を経て形成された最終生成物であるフミン質（腐植物質）のうち、酸性の無定形高分子有機物のことをいう。
【００１４】
微生物に資化され難い有機酸以外に、無機強酸や強塩基を含んでも良い。無機強酸として、硫酸が適切である。硝酸を用いても良いが、硝酸には肥料の三大要素のひとつである窒素が含まれるため、与える液肥の成分比が最適値からずれてしまうという問題が生じる。硫酸であれば、このような問題は生じないため、ｐＨ緩衝剤の成分とは無関係に、栽培する植物にも最適な成分比の肥料を与えることができる。すなわち、肥料を独立に最適化して与えることができる。
無機の強塩基としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムを用いることができる。
【００１５】
無機強酸や強塩基は、培養液の初期的なｐＨ値を調整するために用いられる。
植物が養分を根から吸収するための最適なｐＨ値は、植物に依っても異なるが、概ね５から６程度である。植物が経時的に培養液のｐＨ値を高ｐＨ側に変動させる性質を持つ場合には、最適なｐＨ値の下限である５付近に、初期的なｐＨ値を調整することが望ましい。初期的なｐＨ値調整を微生物に資化され難い有機酸の濃度調整だけで行おうとした場合、有機酸濃度を大きく変える必要があり、なんらかの植物への影響等が生じる可能性があり、そこで、無機の強酸や強塩基を用いて、ｐＨ値の初期値調整を行う。
【００１６】
以下においては、本発明に係るｐＨ緩衝剤の効能を確認するために行った検証実験の結果について説明する
（検証実験１−１）
本発明に係るｐＨ緩衝剤の効能を確認するため、小松菜を用いて、水耕栽培の実験を行った。この実験の手順について以下に説明する。
【００１７】
１．発芽
シャーレに濾紙を引き、小松菜の種を置いた後、種全体がほぼ浸かる程度に水を入れ、アルミホイルで遮光し、２５℃の恒温機で一晩発芽させる。
２．発芽後の初期成長
トレーにバーミキュライトを入れ、発芽させた小松菜を播種する。そして、トレーに水を入れてバーミキュライトに給水。トレーをグロースキャビネットに移し、本葉が展開する程度まで、摂氏２５度、７０００ルクスの明期１６時間、暗期８時間の周期で数日栽培する。
３．水耕栽培
小松菜をトレーからはずして、根を洗い、できる限りバーミキュライトを落とした後、培養スポンジで挟み込み、発泡スチロールのフロートにセットする。樹脂製コンテナに培養液を１５００ｇ入れ、フロートを浮かべると共に、エアーポンプとストーンでバブリングを行う。培養液に関しては、成分の異なる７種類の液を用いた。７種類の培養液の詳細については後述する。
４．ｐＨ値の計測
上記７種類の培養液それぞれのｐＨ値を毎日計測。
【００１８】
培養液は、脱イオン水に、小松菜に最適な成分の液肥と、以下に示す７種類の異なる成分の製剤を加えたものである。
Ｎｏ．１  硫酸のみ
Ｎｏ．２  鉱物由来のフルボ酸＋硫酸
Ｎｏ．３  植物由来のフルボ酸＋硫酸
Ｎｏ．４  フミン酸＋硫酸
Ｎｏ．５  クエン酸＋水酸化ナトリウム
Ｎｏ．６  乳酸＋水酸化ナトリウム
Ｎｏ．７  ソルビン酸＋水酸化ナトリウム
【００１９】
Ｎｏ．２からＮｏ．７の製剤は、ｐＨ緩衝効果を期待できる異なる成分に、微量の硫酸や水酸化ナトリウムを加えて、ｐＨの初期値が５．２５近傍になるように調整したものである。なお、培養液全体に対する製剤の有効成分の重量比率は、Ｎｏ．１の製剤を除いて、いずれも約０．０５％とした。ここで有効成分とは、例えば、Ｎｏ．４の製剤ではフルボ酸、Ｎｏ．７の製剤ではソルビン酸である。
Ｎｏ．１の製剤は、それらと比較するために、上記の初期ｐＨ値調整のために加えたほぼ等量の硫酸のみのものである。
以上の７種類の培養液を使用した検証実験の結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2016049062.tif 000002
【００２１】
クエン酸（Ｎｏ．５）と乳酸（Ｎｏ．６）の培養液に関しては、１日目で既にクエン酸と乳酸量が大きく減少しており、微生物による資化が急速に進んだため、ｐＨ値が大きく上昇し、培養液が腐敗した。
【００２２】
一方、同じ有機酸でも、資化され難い有機酸であるフルボ酸（Ｎｏ．２、Ｎｏ．３）、フミン酸（Ｎｏ．４）、およびソルビン酸（Ｎｏ．７）の培養液に関しては、硫酸のみの培養液（Ｎｏ．１）と比べて、ｐＨ値の上昇は緩やかであり、ｐＨ緩衝剤として機能することが分かった。
【００２３】
しかし、ソルビン酸（Ｎｏ．７）の培養液に関しては、小松菜の成長がやや悪かった。これは、有機酸の中でも特に強い静菌作用を持つソルビン酸が、小松菜に対しても何らかの成長阻害をもたらしたためと考えられる。
【００２４】
（検証実験１−２）
検証実験１−１においては、水として脱イオン水を用いたが、水質の違いによる影響が生じるかを確かめるために、脱イオン水に代えて水道水を用いた。それ以外の実験手順や使用した製剤等は、検証実験１−１と同様である。
水道水を用いて行った実験結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
2016049062.tif 000003
【００２６】
水道水を用いた場合も、脱イオン水と全く同様の傾向を示した。すなわち、培養液に用いる水の水質に依らずに、資化され難い有機酸の培養液（Ｎｏ．２、３、４および７）に関しては、硫酸のみの培養液（Ｎｏ．１）と比べて、ｐＨ値の上昇は緩やかであり、ｐＨ緩衝剤として機能することを確認できた。
【００２７】
（検証実験１−３）
検証実験１−１においては水として脱イオン水を、検証実験１−２においては水道水を用いたが、さらに、水質の違いによる影響が生じるかを確かめるために、井戸水を用いた検証実験を行った。それ以外の実験条件は、検証実験１−１と同様である。ただし、使用した製剤は、検証実験１−１および１−２において、小松菜の発育が良好であった腐植酸系の製剤（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４）と、比較のための硫酸のみの製剤（Ｎｏ．１）の４種を用いた。
井戸水を用いて行った実験結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】
2016049062.tif 000004
【００２９】
このように、井戸水を用いた場合も、脱イオン水や水道水を用いた場合と全く同様の傾向を示した。
【００３０】
（検証実験１−４）
次に農業用水を用いて、検証実験を行った。それ以外の実験条件は、検証実験１−３と全く同様である。
農業用水を用いて行った実験結果を表４に示す。
【００３１】
【表４】
2016049062.tif 000005
【００３２】
表４に示すように、農業用水を用いた場合も、脱イオン水、水道水、および井戸水を用いた場合と全く同様の傾向を示した。したがって、培養液に用いる水は、どのような水質のものであっても、腐植酸系の資化され難い有機酸を用いた場合には、培養液のｐＨ値は長期間に渡って良好な値に維持され、小松菜は良好に生育することを確認できた。
【００３３】
（検証実験２）
検証実験１−１から１−４においては、小松菜を用いたが、ここでは、レタスを用いて検証実験を行った。水は水道水を用いた。また、製剤としては、検証実験１−３および１−４と同様に、Ｎｏ．１からＮｏ．４の製剤を用いた。ただし、Ｎｏ．２からＮｏ．４の製剤を用いた培養液の初期的なｐＨ値は、適正と考えられるｐＨ値の上限付近である５．９近傍に硫酸を用いて調整した。レタスは、小松菜とは異なり、経時的に培養液のｐＨ値を低ｐＨ側に変動させる性質を持っているからである。
検証実験２の結果を表５に示す。
【００３４】
【表５】
2016049062.tif 000006
【００３５】
表５に示すように、レタスの場合においても、腐植酸系の資化され難い有機酸を用いた場合には、培養液のｐＨ値は長期間に渡って良好な値に維持され、レタスは良好に生育することを確認できた。
なお、初期的なｐＨ値を５．９程度に調整することは、硫酸を用いずとも可能である。資化され難い有機酸の量を増やすことで調整できる。しかしながら、本検証実験において
硫酸を用いて初期的なｐＨ値調整を行った理由は、検証実験１−１から１−４と同様に、培養液に対する製剤の重量比を０．０５％程度にし、検証実験としての条件をできるだけ同一にするためである。
【００３６】
資化され難い有機酸の培養液に対する製剤の重量比については、上記のすべての検証実験において０．０５％程度に設定したが、０．０２５％から０．１％の範囲では、上記の検証実験と同様に良好な結果が得られた。
【００３７】
以下、本発明の意義及び優れた特長についてまとめる。
植物の水耕栽培は、土壌栽培に比べて、作業の大きな効率化をもたらし、また、天候に左右されず、あるいは、作付け植物の変更が容易であるといった数々のメリットを有するため、今後の農業の可能性を大きく広げるものと期待されている。
【００３８】
しかしながら、培養液は土壌と異なり、いくつかの問題点を有するため、それらを克服することが急務となっている。
その一つが、ｐＨ値が変化しやすく、根からの効率的な吸収を行えるｐＨ領域に培養液のｐＨ値を維持することが困難な点である。特に、ｐＨ調整が、使用される水質に大きく依存するため、一層問題を困難なものとしている。
もう一つは、培養液には土壌のように拮抗微生物が存在しないため、微生物が増殖しやすい点である。
【００３９】
有機酸は、農業用製剤として広く使用されているにもかかわらず、水耕栽培においては、一部の製剤の添加剤としてしか使用されておらず、本発明のｐＨ緩衝剤のように、必須の主成分として用いられることはなかった。この原因は、上述した培養液の有する２つの大きな問題点にあると考えられる。
【００４０】
すなわち、一般に微生物により資化されやすい有機酸は、微生物が増殖しやすい環境にある培養液での使用には不向きであると考えられてきたためである。そして、微生物に資化されることで、有機酸の量が減少すると、培養液のｐＨ値の変化はさらに激しくなるため、主成分として大量の有機酸を培養液中に投じることは、普通はありえないことである。
【００４１】
しかしながら、腐植酸やソルビン酸といった、水耕栽培に用いる培養液に存在する微生物には資化され難い有機酸が存在することを見出したことが、有機酸を必須の主成分とする製剤である本発明の開発を始める際のきっかけとなった。
【００４２】
また、これらの有機酸は、培養液に用いる水の水質に依らずに、培養液のｐＨ値を適切なｐＨ値に調整し、長期間に渡って維持できることも、本発明の開発過程で見出すことができた。
【００４３】
腐植酸やソルビン酸が持つこのような優れた特性は、上述した培養液の持つ二つの問題点をまさに解決し、水耕栽培用のｐＨ緩衝剤として最適な特性であるといえる。
すなわち、従来から用いられている無機の酸を主成分とするｐＨ調整剤は、水質に大きく依存してしまい、使用すべき量が数倍も変わり、また経時的なｐＨ変動が激しく適切なｐＨ値を維持できなかったが、本発明のｐＨ緩衝剤は、水質にはほとんど依存せずに、どのような水質に対しても安定な効能を得ることができる。さらに、初期的なｐＨ値調整だけではなく、長期のｐＨ値維持を実現することで、培養液の管理を容易にし、水耕栽培の特長である省力化を助長することができる。
【００４４】
また、硫酸等の無機の強酸や水酸化ナトリウム等の無機の塩基を添加することで、初期的なｐＨ値調整が容易となり、有機酸だけでは達成できない低ｐＨ値にも調整することができる。これにより、より広い種類の植物の水耕栽培に使用できるようになった。
無機の強酸や無機の塩基の添加のもう一つの効果としては、植物の種類に依存せずに、有機酸の含有比率を一定に保つようにできることである。これにより、製剤のコストの低減が可能となり、また、一定の有機酸の効果をどのような植物の水耕栽培に対しても安定的に発揮できるようになった。