(57)【要約】【課題】  既存の微生物共生型水耕栽培は、有用微生物の投与のみで植物と微生物との共生活動を制御しようとしているが、根圏の有用微生物密度、作物の生育段階、水耕装置の構造的特徴、主作物の種類等の条件を考慮しておらず、これらの条件の変化によって共生の状態が種々変化するため、作物と微生物との共生活動を安定的に維持することは困難であった。本発明は、植物と微生物との共生活動の制御が簡便にできる水耕栽培方法を提供することを目的とする。【解決手段】  開放型温室に設置された水耕装置において、微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植し、別途、当該混植植物と同種の植物を使い植物と微生物との共生活動を利用して製造した有用自然共生菌を継続的に投与し、養液温度を制御する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培ベッドと養液タンクを養液が循環する水耕装置において、主となる作物より、根圏に微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植し、光合成細菌と当該混植植物と同種の植物との共生活動を利用して製造した有用自然共生菌を、養液中に継続的に投与することを特徴とする水耕栽培方法。
【請求項２】
栽培ベッドと別の栽培ベッドとの間を養液が循環する水耕装置において、主となる作物より、根圏に微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植し、光合成細菌と当該混植植物と同種の植物との共生活動を利用して製造した有用自然共生菌を、養液中に継続的に投与することを特徴とする水耕栽培方法。
【請求項３】
請求項１及び２の水耕装置の養液温度が、植物根の生育適温範囲より上昇する場合には養液温度を下げ、微生物の繁殖適温範囲より下降する場合には養液温度を上げることを特徴とする水耕栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、植物と微生物との共生を利用した水耕栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  自然界において、植物が生育する場所では、植物は、根から有機酸、糖類、アミノ酸、核酸、酵素、ムシゲル、剥離根等の有機物を分泌・放出し、微生物はそれらをエサとして繁殖している。一方、微生物は、植物ホルモン、アミノ酸を代謝し、土壌、水中の有機物を低分子レベルまで分解し、無機イオンを可溶化し、空気中の窒素を固定してアンモニア態、硝酸態窒素を生成し、放出している。植物はこれらの微生物の代謝・放出物を根から吸収し、生長に利用している。この相互作用は植物と微生物との共生作用であり公知のものである。【０００３】  一方、本出願人は、特許文献１において、植物と微生物との共生を水耕栽培に利用した、水耕装置及び水耕栽培方法を開示している（例えば、特許文献１参照。）。【０００４】  また、本出願人は、特許文献２において、特許文献１の水耕装置及び水耕栽培方法を用いた、微生物資材の製造装置及び製造方法を開示している（例えば、特許文献２参照。）。【０００５】
【特許文献１】特許４０１９３３０号公報
【特許文献２】特許４１８２２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  以上に述べた従来技術では、
例えば特許文献１においては、植物と根圏微生物との共生活動は種々の条件の影響を受けることを考慮していないことである。【０００７】  第一は水耕栽培においては、植物根と根圏微生物の活動は温度条件、特に養液温度に左右されることである。植物根においては、生育適温範囲より養液温度が上昇すると、根の活性が衰えてくる。根圏微生物においては、繁殖適温範囲より養液温度が下降すると、微生物活動は停滞する。植物根と根圏微生物の両方の活性が維持できないと共生活動が不十分となる。【０００８】  第二は根圏の有用微生物密度である。植物根からの有機物の分泌・放出量に対し、微生物密度が低すぎる場合は共生活動を活発化させるのに時間を要し、逆に植物根からの分泌・放出量に対し、微生物密度が高過ぎる場合は植物根自体に微生物がアタックして、根の生長の抑制→養分・水分の吸収抑制→植物自体の生長抑制が起きることである。【０００９】  第三は、植物の生育段階により、植物根からの分泌・放出物の量に差があることである。定植時の幼苗では少なく、生育が進むにつれて多くなり、収穫期には最大になるが、収穫または株の更新作業による株の撤去により大幅に減少することになる。【００１０】  第四は植物の種類の違いにより、植物根から分泌・放出され、根圏微生物のエサとなる有機物の質と量に違いがあることである。本発明者は、有用根圏微生物が繁殖すれば養液に消臭効果が生じること、実際の軟弱植物との混植により、軟弱植物の生育をどの程度助けることができるかという観点から、次のように分類した。植物根から分泌・放出される量の低い順に並べると、株ごと収穫する葉菜類（レタス類、ホウレン草、ミツバ、水菜、チンゲン菜、小松菜等）＜株から茎葉を順次収穫する葉菜類（サンチュ、モロヘイヤ、春菊、わさび菜等）＜株から茎葉を順次収穫する葉菜類の内、長期栽培が可能なもの（空心菜、クレソン、金時草等）である。【００１１】  植物根が根圏に微生物を集め繁殖させる力（土壌微生物の研究者は「微生物の凝集性」と呼んでいる。）は、植物根から分泌・放出される有機物の質と量との関係が深いと考えられる。株ごと収穫する葉菜類（レタス類、ホウレン草、ミツバ、水菜、チンゲン菜、小松菜等）については、植物根から分泌・放出される有機物の量が少ないため、根圏に微生物を集め繁殖させる力が弱く、株から茎葉を順次収穫する葉菜類の内、長期栽培が可能な空心菜、クレソン、金時草等は、根圏に微生物を集め繁殖させる力が強く、分泌・放出される有機物の量だけではなく、質が関係している可能性が高いと考える。植物の種類の違いによる根圏に微生物を集め繁殖させる力の違いは、植物と微生物との共生活動を活発化させるうえでの重要な要因となる。【００１２】  第五は、水耕装置の養液の流れと、栽培ベッドの養液量の条件である。栽培ベッドと養液タンクを養液が循環するＮＦＴまたはＤＮＦＴ式の水耕装置においては、装置の特徴である養液量が少ないことは、有用好気性菌の繁殖を盛んにするが、養液の流れがつよいことは、植物根が繁茂する段階までは、微生物の根への定着を抑制する。【００１３】  栽培ベッドと別の栽培ベッドの間を養液が循環する堪液式においては、装置の特徴である養液量が多いことは���有用好気性菌の繁殖を抑制し、植物根からの分泌・放出物を希釈するが、養液の流れが小さいことは、微生物の根への定着を促進する。【００１４】  特許文献１においては、有用微生物の投与のみで、植物と微生物との共生活動を制御しようとしているが、上記の条件を考慮して投与しなければ、植物と微生物との共生活動を活発化させることは難しく、共生の活発化した状態を実現出来たとしても、種々の条件の変化によって共生の状態が変化するため、共生状態を安定的に維持することは困難である。【００１５】  また、投与の仕方によっては逆に生育抑制（株の矮化、老化）、生育異常茎葉の発生等の副作用が出るおそれがある。【００１６】  以上の点から、特許文献１の方法では、共生の活発化した状態を実現し、安定的に維持することは困難で、栽培管理者は、植物と微生物の両方に関する専門知識と経験が不可欠となるという問題がある。【００１７】  特許文献２においては、植物と微生物との共生活動を利用して有用菌を繁殖させ、消臭、有機物の分解、不溶化した無機イオンの分解、ガス発生抑止、植物の生長促進等の作用のある微生物資材を製造する装置と方法を開示している。【００１８】  製造される微生物資材は、家庭用等の小規模な用途に使用するならば、有用菌が効果を発揮できる量で存在するため、使用に支障を来さない。【００１９】  しかし、最低規模でも養液総量１０〜２０トン（水耕温室１０００平方メートルあたり）ある生産現場の水耕装置において、他の雑菌との競合に打ち勝ち、植物と微生物との共生活動の活発化を実現させる量の有用共生菌を投与するには、特許文献２の微生物資材では継続的な大量投与が必要となり、実際の水耕生産現場での使用には適さないという問題がある。【００２０】  本発明は、上記の問題を解決するために、開放型温室に、栽培ベッドと養液タンクを養液が循環する水耕装置（ＮＦＴまたはＤＮＦＴ式）または栽培ベッドと別の栽培ベッドとの間を養液が循環する水耕装置（堪液式）を設置した水耕温室において、植物と微生物との共生活動を最大レベルまで活発化させること、活発化した状態を維持・安定させること、場合によっては活発化した状態を通常レベルに戻すこと等の、植物と微生物との共生活動の制御が簡便にできる水耕栽培方法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】
【００２１】  上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、栽培ベッドと養液タンクを養液が循環する水耕装置において、主となる作物より、根圏に微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植し、光合成細菌と当該植物と同種の植物との共生により製造した有用自然共生菌を養液中に継続的に投与することを特徴とするものである。【００２２】    請求項２の発明は、栽培ベッドと別の栽培ベッドとの間を養液が循環する水耕装置において、主となる作物より、根圏に微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植し、光合成細菌と当該植物と同種の植物との共生により製造した有用自然共生菌を養液中に継続的に投与することを特徴とするものである。【００２３】  請求項３の発明は、請求項１及び２の水耕装置の養液温度が、植物根の生育適温範囲より上昇する場合には養液温度を下げ、微生物の繁殖適温範囲より下降する場合には養液温度を上げることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】  請求項１に記載の発明によれば、栽培ベッドと養液タンクを養液が循環する水耕装置において、主作物より微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植したうえ、当該植物と同種の植物と光合成細菌との共生により製造した有用自然共生菌を投与することにより、混植植物が微生物を集め繁殖させる力が強いため、栽培ベッド上の混植植物の栽植地点で、局所的に植物と微生物の共生活動が維持されることになり、この水耕方式の装置の特徴である養液の流れの強さによる微生物の定着抑制を補うことになる。【００２５】  主作物の生育が進んでいない生育段階で、養液中の微生物密度が低い場合は、微生物を集め繁殖させる力が強い混植植物の栽植地点から主作物へ有用微生物が移行し、混植植物の栽植地点は有用微生物の供給元となる。【００２６】  主作物の生育が進んでいない生育段階で、有用微生物を過剰投与し、結果的に養液中の微生物密度が高くなった場合は、主作物より微生物を集め繁殖させる力が強い混植植物の栽植地点の方が微生物がより集まりやすいため、主作物根への微生物の攻撃を緩和することができる。【００２７】  株ごと収穫する葉菜類（レタス類、ホウレン草、ミツバ、水菜、チンゲン菜、小松菜等）のように、根からの分泌・放出物の量が少ない作物を主作物とした場合においては、主作物の密植により栽培ベッド全体で根の総量を増大させたうえ、有用自然共生菌を投与した場合、微生物を集め繁殖させる力が強い混植植物の栽植地点は、有用微生物の繁殖の最初の拠点となる。【００２８】  主作物と微生物の共生活動が活発になった後も、他の雑菌との競合により有用微生物密度が低下した場合は、微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植した地点から主作物へ有用微生物が移行し、有用微生物密度が高まった場合は、主作物から微生物を集め繁殖させる力が強い混植した植物根に微生物が移行するため、主作物と有用微生物との共生活動を安定させることができる。このように、主作物より微生物を集め繁殖させる力が強い混植植物の存在により、有用微生物密度の高低に対し緩衝作用が働くようになり、混植植物は、主作物と有用微生物との共生活動の制御に寄与することになる。【００２９】  活発化した植物と微生物との共生活動を通常レベルに戻したい場合は、有用自然共生菌の投与を中止し、混植植物を撤去することで可能となる。【００３０】  このように、専門知識と経験が少なくても、有用微生物密度、植物の生育段階、水耕装置の構造的特徴、主作物の種類等の条件の変化に対して、主作物と有用微生物との共生活動の制御が簡便に出来るようになるという効果がある。【００３１】  他の雑菌との競合による有用自然共生菌の減少に対処するため、有用自然共生菌の少量の継続投与が必要であるが、大量投与は不要となるという効果がある。【００３２】    請求項２に記載の発明によれば、栽培ベッドと別の栽培ベッドの間を養液が循環する水耕装置においては、主作物より微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植したうえ、当該植物と同種の植物と光合成細菌との共生により製造した有用自然共生菌を投与することにより、この水耕方式の装置の特徴である養液量が多く、養液の流れが小さいことにより植物根からの分泌・放出物が希釈さ���ること、有用好気性菌の繁殖が抑制されることについては、混植地点での混植植物と有用自然共生菌との共生が維持されるため、請求項１に記載の水耕装置より、有用好気性菌の繁殖の抑制と嫌気性菌を含めた有用自然共生菌全体の繁殖の抑制が生じるが、抑制は相対的ものであり、主作物と有用自然共生菌との共生活動自体は同様に行われる。【００３３】  主作物の生育が進んでいない生育段階で、養液中の微生物密度が低い場合は、微生物を集め繁殖させる力が強い混植植物の栽植地点から主作物へ有用微生物が移行し、混植植物の栽植地点は有用微生物の供給元となる。【００３４】  主作物の生育が進んでいない生育段階で、有用微生物を過剰投与し、結果的に養液中の微生物密度が高くなった場合は、主作物より微生物を集め繁殖させる力が強い混植植物の栽植地点の方が微生物がより集まりやすいため、主作物根への微生物の攻撃を緩和することができる。【００３５】  株ごと収穫する葉菜類（レタス類、ホウレン草、ミツバ、水菜、チンゲン菜、小松菜等）のように、根からの分泌・放出物の量が少ない作物を主作物とした場合においては、主作物の密植により栽培ベッド全体で根の総量を増大させたうえ、有用自然共生菌を投与した場合、微生物を集め繁殖させる力が強い混植植物の栽植地点は、有用微生物の繁殖の最初の拠点となる。【００３６】  主作物と微生物の共生活動が活発になった後も、他の雑菌との競合により有用微生物密度が低下した場合は、微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植した地点から主作物へ有用微生物が移行し、有用微生物密度が高まった場合は、主作物から微生物を集め繁殖させる力が強い混植した植物根に微生物が移行するため、主作物と有用微生物との共生活動を安定させることができる。このように、主作物より微生物を集め繁殖させる力が強い混植植物の存在により、有用微生物密度の高低に対し緩衝作用が働くようになり、混植植物は、主作物と有用微生物の共生活動の制御に寄与することになる。【００３７】  活発化した植物と微生物との共生活動を通常レベルに戻したい場合は、有用自然共生菌の投与を中止し、混植植物を撤去することで可能となる。【００３８】  このように、専門知識と経験が少なくても、有用微生物密度、植物の生育段階、水耕装置の構造的特徴、主作物の種類等の条件の変化に対して、主作物と有用微生物との共生活動の制御が簡便に出来るようになるという効果がある。【００３９】  他の雑菌との競合による有用自然共生菌の減少に対処するため、有用自然共生菌の少量の継続投与が必要であるが、大量投与は不要となるという効果がある。【００４０】  請求項３に記載の発明によれば、実際に植物と微生物との共生活動を行ううえで、養液の温度条件の影響は大きい。植物根はその生育適温範囲より養液温度が上昇すると活性が低下し、微生物はその繁殖適温範囲より養液温度が下降すると活動が停滞する。植物と微生物との共生活動は、両方がそろって活性化している状態でないと十分な成果を生み出さず、活性低下している側が制限要因となる。摂氏２５度を超える養液の高温域での植物根の活性低下、摂氏１５度以下の養液の低温域での微生物活動の停滞が制限要因となる可能性が高い。【００４１】  そのため、適���範囲を超える養液温度を制御することにより、植物と微生物との共生活動の活発化を制限する要因を取り除くという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】    本発明は、開放型温室に設置された養液のみを循環させる２種類の方式の水耕装置に、主作物より微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植し、別途、当該混植植物と同種の植物と光合成細菌との共生活動を利用して製造した有用自然共生菌を継続的に投与するものである。また、主作物と有用自然共生菌との共生活動を十分に行わせるため、設備を使い、養液温度が摂氏２５度以上に上昇する場合は養液温度を下げる方向に、養液温度が摂氏１５度以下に下降する場合は養液温度を上げる方向に制御する。【００４３】  以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、プラスティックフィルム、ガラス、ポリフィルム、ポリカーボネート、塩化ビニール等を屋根面の被覆材に使った鉄骨温室またはパイプハウスに、養液タンクと栽培ベッドを配管で接続し、養液タンクからポンプにて栽培ベッドの先端に養液を送り、水平または勾配をつけた栽培ベッド内を養液が流下し、栽培ベッドの末端から養液タンクへ自然流下で養液が戻る構造の水耕装置（ＮＦＴまたはＤＮＦＴ式）、または、栽培ベッドと別の栽培ベッド間を配管で接続し、配管の途中にポンプを接続して養液を圧送することにより、栽培ベッド間を養液が循環する構造の水耕装置（堪液式）に適用される。【００４４】  なお、どちらの水耕方式においても、ベンチュリー管、散気管方式等による曝気システムにより、養液中の溶存酸素を常時補給する機能を備えていることが不可欠である。【００４５】  また、ＮＦＴまたはＤＮＦＴ式においては、井戸水が確保出来る場所では、養液タンク内に熱交換器を設置し、井戸水のかけ流し方式による液温の冷却・加温システムを導入する必要がある。また、井戸水が確保できない場所ではチラー設備を導入する必要がある。なお、栽培ベッド内への養液冷却・加温用の配管は必要性が低い。【００４６】  堪液式においては、栽培ベッド内に養液の冷却・加温用の配管が必要になる。井戸水が確保できる場所では、井戸水をこの配管内に通水・かけ流しし、井戸水が確保できない場所では、チラーにより冷却・加温した水を通水・循環させる必要がある。【００４７】  実際の養液温度制御のポイントは、液温の急激な上昇・下降を抑制することである。特に、夏季高温時の日中養液温度の急激な上昇は植物根を弱らせるため、養液の冷却による緩慢な液温上昇を実現することにより、植物根は液温上昇に慣れ、高液温においても、根の活性が維持できるようになる。冬季低温時においても、養液の若干の継続的加温による緩慢な液温低下を実現することにより、主作物と有用自然共生菌との共生活動の低下を最小限度に止めることができる。【００４８】  本発明者は、混植する微生物を集め繁殖させる力が強い植物としては、株から茎葉を順次収穫する作物の内、長期栽培が可能なものを推奨する。【００４９】  観察された、混植植物が主作物の生育を助ける点では、金時草とクレソンが優れ、空心菜は劣る。また、クレソン、空心菜はつる性であるのに対し、金時草は樹木の性質をもち主作物の生育を妨げないことから、実用上は金時草が望ましい。ただし、実用上、金時草は挿し木でしか増やせないことが短所である。【００５０】  金時草は２５センチメートル程度の挿し木苗を、栽培ベッドの長さ３メートルに１株程度の間隔で、栽培ベッド全体に植え付ける。【００５１】  投与する有用自然共生菌は、別途、特許文献２の製造装置と製造方法で製造したものを用い、金時草を混植植物に選んだ場合は、金時草を使って製造したものを使用する。【００５２】  標準投与量は、水耕温室１０００平方メートルあたり、ＮＦＴまたはＤＮＦＴ式の場合は、１０日に一回２００ミリリットル程度を養液タンクに投与する。【００５３】  堪液式の場合は、１０日に一回１０００ミリリットル程度を栽培ベッドに投与する。【００５４】  上記した実施形態は一例であり、本��明の技術思想の範囲で種々の変形が可能である。
【実施例１】
【００５５】  有用自然共生菌を投与するだけの微生物共生型水耕栽培（微生物共生型）と、主作物より微生物を集め繁殖させる力が強い植物を混植し有用自然共生菌を投与する、微生物を集め繁殖させる力の強い植物の混植による微生物共生型水耕栽培（混植微生物共生型）との生育の違いについて、比較栽培した結果の概要は次のとおりである。【００５６】  １３２０平方メートルのポリフィルム及びポリカーボネート張り鉄骨温室にＮＦＴ式水耕装置を設置した水耕温室にて、ふたつの養液タンク（３立方メートル）と栽培ベッドが独立した系統にて、微生物共生型と混植微生物共生型の２種類の方法にてサンチュを２月中旬から５月中旬までの３か月間収穫した。なお、混植微生物共生型の栽培ベッド（長さ４０メートル）には、２５センチメートル程度の金時草挿し木苗を３メートルおきに１株混植した。どちらの方法にても、有用自然共生菌は１０日に一回、２００ミリリットル程度を養液タンクに投与した。【００５７】  その結果、微生物共生型では３ヵ月の収穫期間の途中で抽苔がはじまったが、混植微生物共生型では抽苔が起こらなかった．そのため、期間あたりの収穫量が大幅に増えた。【００５８】  また、微生物共生型では肉厚ではあるが矮化傾向の草姿であったのに対し、混植微生物共生型では同じく肉厚ではあるが、草姿に矮化傾向はみられず、平均して収穫葉が大きかった。【００５９】  収穫期間中、微生物共生型では栽培ベッドの場所の違いにより、生育の停滞や促進等のバラツキがみられたが、混植微生物共生型では、はっきりした生育のバラツキは認められず、全体的に均一に生育している印象となった。【００６０】  微生物共生型では、葉が外側にカップ状に歪曲し葉の縁の一部が褐変する生育異常葉が一部発生した。混植微生物共生型でも、同様の生育異常葉が発生したが、軽微であった。【００６１】  収穫期間の後半の気温が上昇しはじめてから、混植微生物共生型では、葉の縁の一部が黄化または白化する症状が全体に現われはじめた。この症状は、養液タンク内熱交換器への井戸水の通水・かけ流し開始後、数日で治まり、その後の気温の上昇においても、症状は現れなかった。