特開 2022-35344 水耕栽培用装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022035344

(43)【公開日】2022-03-04

(54)【発明の名称】水耕栽培用装置

(51)【国際特許分類】

   A01G 31/00 20180101AFI20220225BHJP

   A01P 21/00 20060101ALI20220225BHJP

   A01P 7/04 20060101ALI20220225BHJP

   A01N 59/16 20060101ALI20220225BHJP

   A01N 25/02 20060101ALI20220225BHJP

   C05D 9/02 20060101ALI20220225BHJP

【ＦＩ】

A01G31/00 601A

A01P21/00

A01P7/04

A01N59/16 A

A01N25/02

C05D9/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020139588

(22)【出願日】2020-08-20

(71)【出願人】

【識別番号】510067393

【氏名又は名称】アイティーエヌ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】秀城 剛

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 銀朗

(72)【発明者】

【氏名】秀城 留美子

(72)【発明者】

【氏名】松山 絵理奈

【テーマコード（参考）】

2B314

4H011

4H061

【Ｆターム（参考）】

2B314MA14

2B314MA17

4H011AB03

4H011AC01

4H011BB18

4H011DA13

4H061AA01

4H061DD07

4H061EE32

4H061FF01

4H061HH08

4H061JJ03

4H061KK08

(57)【要約】

【課題】植物栽培において必要とされる消毒剤等に代わって、植物内部共生微生物を完全に排除することのない濃度範囲で、かつ植物の健全な成長を促進する濃度の銀イオンが供給できる水耕栽培装置を提供する。また、養液土耕栽培における収穫量の増大をもたらし、かつ植物栽培における消毒剤等の薬剤の使用を不要にできる水耕栽培を可能にする。
【解決手段】銀イオンの状態を安定に保持できるようにするために銀イオン濃度を５mg/Ｌ以上の保存原液として調製するとともに、それを水耕栽培用栄養素溶液によって希釈して、共生微生物を完全に排除しない濃度である０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下となるように銀イオンを水耕用栄養液に添加する装置を使用する。また、この装置の使用に当たって、水耕栽培用の栄養素溶液として無機栄養素溶液の他に有機性液状肥料を採用することにより、水耕栽培による植物生産量をより増大させることを可能にする。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物を水耕により栽培する装置において、水耕栽培に使用する植物栄養成分を溶解した栄養素溶液を供給する設備に加えて、植物生育活性化成分として５mg／Ｌ以上の濃度で銀イオンを含有する水溶液を当該栄養素溶液に定量的に添加する設備を別に設け、当該栄養素溶液によって希釈された後の植物生育を活性化成分である銀イオンの濃度が０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下で含まれることを可能にした水耕栽培用装置。

【請求項2】

植物の水耕に使用する植物栄養成分を溶解した栄養素溶液が、有機性液状肥料であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の水耕栽培用装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、植物の水耕栽培を行う際に用いる水耕溶液にこれまで知られている植物栄養成分に加えて、植物生育活性化成分としてすくなくとも銀イオンを有効な状態と濃度で添加することを可能にする水耕栽培用装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

銀イオンはウイルス及び細菌等の病原微生物の抗菌剤・消毒剤・除菌剤として使用され、所定の効果を持つ製品及び用法に有効に適用されてきた。したがって、銀イオンは主として健康衛生分野、医療分野、食品産業分野等において微生物病の発生を予防し阻止するための資材として使用されてきている。

【0003】

本出願人及び本発明者は、植物栽培土壌微生物及び植物栽培養液微生物及び植物の付着共生微生物及び／又は植物の内部共生微生物を不完全にしか排除できない低濃度の銀イオンを含有する水溶液が、植物育成環境改善に顕著な効果を持つことを発見し、さらに銀イオンが植物の活性化能を維持できる状態でこれを水耕栽培用栄養液に効果的に添加することについて検討し本装置の発明に至った。

【0004】

土壌栽培及び／又は養液栽培により生育する植物は、全くの無菌環境（微生物フリー）で生きていることは極めて特殊な環境における以外にはあり得ず、多くの場合においては細菌や古細菌及び菌類等の微生物と共存及び／又は共生して生育している。それら微生物と植物との共生は、単に生存場を共にしているだけという場合もあるが、多くのケースでは片利的或は相利的な共生関係を形成している。片利共生の関係においては、微生物が植物に対して病原性を持つ場合があるが、そうではない片利共生及び相利共生の関係が普遍的に見られことに比較して、病原性を示すに至る片利共生のケースは稀に見られるに過ぎない。したがって、土壌環境や水環境に生存する多くの微生物は植物の生育にとって無害であるか、むしろその生育を促進させる役割を有している。

【0005】

一定濃度以上の銀イオンを含有するウイルス及び細菌等の病原微生物の抗菌剤・消毒剤は、微生物を排除することによって微生物感染症の発生を防止することに有効に使われており、健康衛生分野・医療分野・食品産業分野等において重要な銀イオンの適用技術分野を形成するに至っている。しかしながら、農業・林業・園芸等の植物の栽培を必須とする産業分野においては、前述の微生物と植物との共生関係の維持が必要とされることから、ほぼ全ての微生物を排除する一定濃度以上の高濃度の銀イオンが示す制菌や殺菌といった特性は、むしろ逆効果をもたらすことが多かった。

【0006】

本発明の製品及びその適用技術は、銀イオンの抗菌剤・消毒剤として有効な最低濃度を検討する研究において得られた研究結果により発見するに至った。精製水を用いて希釈した銀イオン（Ag+）濃度が０．０６０ mg/Ｌ以上の水溶液に３０分間暴露しその後ＮＢ寒天平板培地に塗布して生残菌数を測定したところ、供試したPseudomonas属細菌、Escherichia属細菌及びBacillus属細菌はすべて増殖活性を失いこの濃度の銀イオン水は完全な消毒効果を示した。精製水を用いて希釈した銀イオン(Ag+)濃度が０．０５０ mg/Ｌから０．０３０ mg/Ｌの溶液に３０分間暴露した供試細菌は、用いた３種類の供試細菌によって異なるものの、この範囲の銀イオン濃度にほぼ比例して増殖活性を失い、その平均失活率は４７～６９％であった。つぎに、銀イオン濃度を０．０２５ mg/Ｌ以下に低下させて同様に暴露しその消毒効果を見たところ、３種すべての供試細菌の平均失活率は２２％以下（生残率として７８%以上）となった。

【0007】

次に、このようなPseudomonas属細菌、Escherichia属細菌及びBacillus属細菌を失活させることのない低濃度の銀イオンを添加した水耕用栄養素溶液を用いることによって、植物の水耕栽培にどのような効果をもたらすかを、ルッコラを用いた水耕栽培実験により調べた。

【0008】

発泡スチロール枠（丸枠型）に埋め込まれたウレタンフォーム培地にルッコラの種子を播種し、精製水を添加して発芽・発根させ、発芽後１０日齢まで栽培した３６株を１２株ずつＡ、Ｂ、Ｃの３つの試験群に分けて実験に用いた。発芽した各ウレタンフォーム培地はほぼ同様に生長したルッコラ苗が１本となるように間引きし、そのウレタンフォーム培地が埋め込まれた発泡スチロールを３×４の１２株ブロックごとの３つのブロックに切り分け、それぞれを同一矩形の水耕栽培容器に浮かべ、水耕液量を１.５Ｌとして以下に記載する条件で水耕栽培を行った。Ａ試験群の栽培容器には精製水を供給、Ｂ試験群の栽培容器には市販栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）を供給、Ｃ試験群の栽培容器には同一の市販栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）に０．０１０mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加したものを供給し、１サイクルが１４時間２５００ ｌｘ 白色蛍光灯照射（明条件）・１０時間蛍光灯非照射（暗条件）に設定しかつ気温２２℃及び湿度７０％の恒温恒湿に設定した人工気象機に入れて、その後蒸散した水耕液量を３～４日ごとに測定し、Ａ、Ｂ、Ｃの３つの試験群の初期設定時にそれぞれに添加したものと同じ水耕液を蒸散量分だけ補給しながら、２０日の水耕栽培におけるルッコラの生長量を測定したところ下記の試験結果を得た。

【0009】

水耕栽培開始から２０日後にルッコラをウレタンフォーム培地ごと発泡スチロール枠から抜き出し、ウレタンフォーム上端から上に出た部分を鋏により切り取りこれをルッコラのシュート部とした。その後、４８℃にセットした恒温乾燥機内で４日間乾燥処理し、シュート部の乾燥重量を測定し、Ａ、Ｂ、Ｃの各試験群の１２株ずつの平均値を求めた。ルッコラのシュート部バイオマス重量の平均値は、この切り取ったシュート部の乾燥重量の平均値に等しいとした。一方、上記の各群のルッコラからシュート部を切り除いた残りのルート部を含むウレタンフォームは、４８℃にセットした恒温乾燥機内で５日間乾燥処理しその乾燥重量を測定した。また、それらとは別に発泡スチロール枠に埋め込んだルッコラを播種しなかった１２個のウレタンフォームを水耕液１.５Ｌを加えたトレーに浮かべ、ルッコラの水耕栽培に用いたものと同一人工気象機内に２０日間おいたものを、ルッコラ栽培後のルート部だけを含むウレタンフォームと同じように４８℃にセットした恒温乾燥機内で５日間乾燥処理した後に乾燥重量を測定しその平均乾燥重量を求めた。水耕栽培２０日後におけるＡ、Ｂ、Ｃの各試験群の１２株の平均ルート部バイオマス重量は、上記の各群のルッコラからシュート部を切り除いた残りのルート部を含むウレタンフォームの平均乾燥重量から上記のルッコラを栽培しなかったウレタンフォーム培地の平均乾燥重量を差し引いて求めた。ルッコラの各群ごとの平均全バイオマス重量は、上記の各群ごとに求めたシュート部とルート部の合計値とした。得られた各群ごとの平均全バイオマス重量は、Ａ試験群１.１６g、Ｂ試験群３.４３g、Ｃ試験群５.０３gであった。また、各１２株の平均シュート部のバイオマス重量は、Ａ試験群０.７２g、Ｂ試験群２.３８g、Ｃ試験群２.４５gであった。また、平均ルート部のバイオマス重量は、Ａ試験群０.４４g、Ｂ試験群１.０５g、Ｃ試験群２.５８gであった。

【0010】

上記の結果より、市販栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）に０．０１０mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加した水耕液を用いた場合のルッコラ（Ｃ試験群）は、同一の市販栄養素溶液のみを用いた場合のルッコラ（Ｂ試験群）と比較して、植物全体としてバイオマス重量を１.４７倍に増大させたことが知られた。一方、ルッコラのルート部のバイオマス重量は、銀イオンを添加した水耕液を用いることにより市販栄養素溶液のみを用いた場合と比較して２.４６倍となり、水耕液への銀イオンの添加は根の生長を顕著に促進させることが分かった。

【0011】

次に、ルッコラを上記と同じウレタンフォーム培地に播種し発芽・発根させ、発芽後１０日齢となった苗８１株を９株ずつの第１群～第９群の９つの試験群に分けて実験に用いた。発芽した各ウレタンフォーム培地はほぼ同様に生長したルッコラ苗が１本となるように間引きし、そのウレタンフォーム培地が埋め込まれた発泡スチロールを３×３の９株ブロックの９区画に切り分け、それぞれを同一矩形の水耕栽培容器に浮かべ、水耕液量を1.０Ｌとして以下に記載する条件で水耕栽培を行った。それぞれの水耕容器には、第１群の水耕栽培容器には市販栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）を1.０Ｌ入れた。一方、第２群～第９群の栽培容器には、それぞれ同一の市販栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）に、０.０００２５mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加（第２群）、０.０００５mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加（第３群）、０.００１mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加（第４群）、０.００５mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加（第５群）、０.０１０mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加（第６群）、０.０２５mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加（第７群）、０.０５０mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加（第８群）、０.１０mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加（第９群）した市販栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）を各1.０Ｌ用いた。１サイクルが１４時間２５００ ｌｘ 白色蛍光灯照射（明条件）・１０時間蛍光灯非照射（暗条件）に設定しかつ気温２２℃及び湿度７０％の恒温恒湿に設定した人工気象機に入れて、その後蒸散した水耕液量を３～４日ごとに測定し、第１群～第９群の試験群の初期設定時に添加したものと同じ水耕液を蒸散量分だけ補給しながら栽培し、２０日後の水耕栽培におけるルッコラの生長量をバイオマス量（乾燥重量）として測定した。

【0012】

水耕栽培開始から２０日後にルッコラをウレタンフォーム培地ごと発泡スチロール枠から抜き出し、それをウレタンフォームごと４８℃にセットした恒温乾燥機内で５日間乾燥処理した後に乾燥重量を測定した。一方、発泡スチロール枠に埋め込んだ９個のルッコラを播種しなかったウレタンフォームを水耕液量を１.０Ｌを加えたトレーに浮かべ、ルッコラの水耕栽培に用いたものと同一人工気象機内に２０日おいたものを、ルッコラ栽培後のウレタンフォームと同じように４８℃にセットした恒温乾燥機内で５日間乾燥処理した後に乾燥重量を測定しその平均乾燥重量を測定した。水耕栽培２０日後における第１～第９の試験群の各９株の平均全バイオマス重量は、上記各群の栽培ルッコラを含むウレタンフォーム培地の平均乾燥重量から上記のルッコラを栽培しなかったウレタンフォーム培地の平均乾燥重量を差し引いて求めた。これらの平均バイオマス重量は、市販の栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）だけの水耕液を用いて栽培したルッコラ９株の平均全バイオマス重量（第１群）と比較して、同一市販栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）に銀イオン濃度が０.０００２５mg／Ｌとなるように添加して栽培した第２群のルッコラ９株の平均全バイオマス重量は０.９７５倍となり、この濃度で銀イオンを添加してもルッコラの生長に大きな違いは見られなかった。

【0013】

一方、同一市販栄養素溶液（無機栄養素を配合して市販されている肥料液）を精製水により１０００倍希釈したものに、銀イオン濃度が０.０００５mg／Ｌ（第３群）、０.００１mg／Ｌ（第４群）、０.００５mg／Ｌ（第５群）、０.０１０mg／Ｌ（第６群）、０.０２５mg／Ｌ（第７群）となるように銀イオンを添加した水耕液を用いて２０日間栽培した各群のルッコラ９株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）は、市販の栄養素溶液（精製水により１０００倍希釈したもの）だけの水耕液を用いて栽培したルッコラ９株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）（第１群）と比較して、それぞれ１.０６倍（第３群）、１.１５倍（第４群）、１.２８倍（第５群）、１.４４倍（第６群）、１.５６倍（第７群）となり、この範囲の水耕液中の銀イオンの濃度の増大に伴ってルッコラのバイオマス量が有意に増大した。

【0014】

しかし、市販栄養素溶液（無機栄養素を配合して市販されている肥料液）を精製水により１０００倍希釈したものに、銀イオン濃度が０.０５mg／Ｌ（第８群）、０.１０mg／Ｌ（第９群）となるように銀イオンを添加した水耕液を用いて２０日間栽培した際の各群のルッコラ９株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）は、市販栄養素溶液（無機栄養素を配合して市販されている肥料液）を精製水により１０００倍希釈したものだけの水耕液を用いて栽培したルッコラ９株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）（第１群）に比較して、それぞれ１.３５倍（第８群）、１.１７倍（第９群）と、銀イオンを０.０２５mg／Ｌとなるように添加した第７群（１.５６倍）よりも逆にルッコラの生長促進効果が減少した。

【0015】

上記のように、水耕栽培液に０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の範囲で銀イオンを添加することが、水耕栽培における植物の生長を促進できることが知られた。しかし、０.０２５mg／Ｌ以下の銀イオンは４ヶ月間以上安定に一定濃度で保存することが困難であった。そこで本発明では、安定した濃度として長期間銀イオン水を保存可能にできる５mg／Ｌ以上の高濃度の銀イオン保存水溶液として作製し、水耕栽培に使用する直前に栄養素溶液に混合して栽培植物に供給することで、この問題を解決することを考えた

【0016】

そこで、通常水耕栽培装置に使用される無機栄養成分を溶解した水耕用栄養素溶液を栽培植物に供給する設備に加えて、植物生育活性化成分として５mg／Ｌ以上の濃度で銀イオンを含有する水溶液を当該栄養素溶液に定量的に添加する設備を追加設置することによって、植物栄養成分を溶解した無機栄養素溶液によって希釈された後の銀イオンの濃度が安定して０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下となるようにする水耕栽培装置を考案した。

【0017】

次に、本発明では、無機栄養素溶液（無機栄養素のみを配合して市販されている肥料液）と有機栄養素溶液（イワシを煮干に加工する際に副産物として得られる煮汁を好気的に攪拌発酵させて製造した栄養素溶液）の何れが、上述の銀イオン液を植物成長促進液として用いる水耕栽培における栄養液として効果的かを水耕栽培実験により調べた。

【0018】

この実験では、ルッコラをウレタンフォーム培地に播種し発芽・発根させ、発芽後１０日齢となった苗４８株を１２株ずつのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの試験群に分けて実施した。発芽した各ウレタンフォーム培地はほぼ同様に生長したルッコラ苗が１本となるように間引きし、そのウレタンフォーム培地が埋め込まれた発泡スチロールを３×４の１２株ブロックの４つの発泡スチロールのブロックに切り分け、それぞれを同一矩形の水耕栽培容器に浮かべ、水耕液量を１.５Ｌになるようにして以下に記載する条件で栽培実験を行った。それぞれの水耕容器のうち、Ａ試験群の水耕栽培容器には市販無機栄養素溶液（無機栄養素のみを配合して市販されている肥料液を精製水により１／１０００に希釈したもの）を1.５Ｌ入れて水耕栽培を開始した。Ｂ試験群の水耕栽培容器には有機栄養素溶液（イワシを煮干に加工する際に副産物として得られる煮汁を３０日間好気的に攪拌発酵させて製造した栄養素溶液を、精製水により１／１０００に希釈したもの）を1.５Ｌ入れて水耕栽培を開始した。一方、Ｃ試験群とＤ試験群の水耕容器には、上記の市販無機栄養素溶液（精製水により１／１０００に希釈したもの）に０.０１０mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加したもの１.５Ｌを入れて（Ｃ試験群）その後の水耕栽培を行い、また残り１群には上記の有機物を含む原料を発酵させて製造した有機栄養素溶液（精製水により１／１０００に希釈したもの）に０.０１０mg／Ｌの濃度となるように銀イオンを添加したもの１.５Ｌを入れて（Ｄ試験群）水耕栽培を行った。これらの水耕栽培実験は、１サイクルが１４時間２５００ ｌｘ 白色蛍光灯照射（明条件）・１０時間蛍光灯非照射（暗条件）に設定しかつ気温２２℃及び湿度７０％の恒温恒湿に設定した人工気気象機の中で行い、その後２０日間の水耕栽培における各水耕実験群のルッコラの成長量を記録した

【0019】

水耕栽培開始から２０日後にルッコラをウレタンフォーム培地ごと発泡スチロール枠から抜き出し、それをウレタンフォームごと４８℃にセットした恒温乾燥機内で５日間乾燥処理した後に乾燥重量を測定した。一方、発泡スチロール枠に埋め込みルッコラを播種しなかった１２個のウレタンフォームを水耕液量を1.５Ｌを加えたトレーに浮かべ、ルッコラの水耕栽培に用いたものと同一人工気象機内に２０日おいたものを、ルッコラ栽培後のウレタンフォームと同じように４８℃にセットした恒温乾燥機内で５日間乾燥処理した後に乾燥重量を測定しその平均乾燥重量を測定した。水耕栽培２０日後におけるＡ～Ｄの試験群の各１２株の平均全バイオマス重量は、上記各群の栽培ルッコラを含むウレタンフォーム培地の平均乾燥重量から上記のルッコラを栽培しなかったウレタンフォーム培地の平均乾燥重量を差し引いて求めた。水耕栽培開始２０日後におけるＡ～Ｄの試験群の各１２株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）は、上記市販無機栄養素溶液だけを添加した水耕液を用いて栽培したルッコラ１２株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）（Ａ試験群）と比較して、上記市販栄養素溶液の替わりに上記水耕用有機栄養素溶液を添加した水耕液を用いて栽培した場合のルッコラ１２株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）（Ｂ試験群）は１．１５倍であった。また、上記市販栄養素溶液に濃度が０.０１０mg／Ｌとなるように銀イオンを添加して栽培したＣ試験群のルッコラ１２株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）はＡ試験群のそれの１．４３倍となった。一方、上記水耕用有機栄養素溶液に濃度が０.０１０mg／Ｌとなるように銀イオンを添加して栽培したＤ試験群のルッコラ１２株の平均全バイオマス重量（乾燥重量）はＡ試験群のそれの１．９２倍となった。

【0020】

上記の結果より、水耕栽培養液への銀イオンの添加は、無機栄養素溶液に銀イオンを添加した場合よりも、水耕用有機栄養素溶液に銀イオンを添加した場合に、より植物の生育を活性化させることができることが明らかとなった。これとほぼ同じ実験結果は、有機栄養素溶液は大豆煮汁（味噌製造副産物）、カツオ煮汁（鰹節製造副産物）およびサバ煮汁（鯖節製造副産物）を好気的に攪拌発酵して得られた有機性液状肥料を希釈し水耕用有機栄養素溶液として用いた際にも得られた。したがって、水耕栽培用栄養素溶液への銀イオンの添加は、栄養素溶液に有機性液状肥料を用いた際に、特に植物生育に相乗的な効果をもたらすことができると見なされた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0021】

【特許文献1】特開昭６３－０６０９０４

【特許文献2】特開昭６３－０６０９０５

【特許文献3】特開２００１－０１０９１３

【特許文献4】特開２００６－１４１２５２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0022】

本発明が解決しようとする課題は、植物の水耕栽培において通常の栄養素溶液とは別に、植物の生育活性を増大する活性化液を供給することにより、収穫量の増大を図ることである。また、植物病発生の防止のためにこれまで必要であった消毒剤等の使用量の削減を可能にすること、あるいは消毒剤の無使用化を可能にすることである。また、消毒剤や殺虫剤の継続使用によって引き起こされる消毒殺虫剤耐性植物病原微生物の新たな出現を阻止できるようにすることも解決課題とする。さらには、植物の水耕栽培における殺虫剤の使用量を削減するか無使用化にすることによって、水耕栽培農業をより環境配慮型の産業に転換する装置を開発することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0023】

上記の課題を解決するために、本発明では植物の水耕栽培における収穫量の増大を過剰な栄養素の供給や消毒剤や殺虫剤等の防除薬剤の使用に頼るのではなく、植物が本来保有している生長能力と病原微生物と昆虫等による食害に対する抵抗力や免疫力を増強することを基本的手段としている。この手段の採用により、水耕栽培における生産量増大の課題を達成するとともに、植物の水耕栽培における消毒剤と殺虫剤の使用量の削減又は不要化の課題を解決する。また、この手段を実現するためには、植物が持つ栄養摂取能と生長能を最大限に引き出すことが重要と考えられる。本発明の水耕栽培の栄養素養液に銀イオンを追加して添加することによってもたらされる植物の栄養摂取能力と生長能の増強は、水耕栽培における植物の健全な生育を促進させ、その結果として収穫量の増大をもたらすだけではなく、植物病原微生物への免疫力及び抵抗力と昆虫等による食害への抵抗力も付与することができる。

【0024】

しかし、水耕栽培液に０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度の銀イオンを添加することでは、この０.０２５mg／Ｌ以下の銀イオンは９０日間以上安定に一定濃度で保存することは困難であった。そこで本発明では、安定した濃度として長期間銀イオン水を保存可能にするために、銀イオン保存原液を銀イオン濃度が５mg／Ｌ以上の高濃度の水溶液として作製し、これを水耕栽培における植物生育活性化液として使用する際に、栄養素溶液に混合することによって希釈し、０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度銀イオン水として水耕栽培に添加する装置を付加することによりこの課題を解決することを考えた。

【0025】

本発明では、栄養素溶液に銀イオンを追加して添加するようにした水耕栽培装置を採用することによる効果は、無機栄養素のみで構成された水耕用栄養素溶液を供給する水耕栽培装置よりも、発酵させた有機栄養素溶液に銀イオンを添加できるようにした水耕栽培装置を採用した場合により高いことが知られた。このことから、本発明では、水耕用無機栄養素溶液に替えて有機性液状肥料を水耕栽培のための栄養素養液として供給することも、０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度銀イオン水を水耕栽培養液に添加する装置を使用することに相乗的な効果をもたらすと考えられた。

【0026】

０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度の銀イオンによる植物ルート部及びシュート部の伸長促進に加えて、０.００１mg／Ｌ以上１.０mg／Ｌ以下の使用濃度で亜鉛イオンを添加した植物生育活性化液を使用することにより、植物の内部共生微生物の増殖活性を高めることが可能となる。これは、０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度の銀イオンは土壌微生物や養液微生物や植物内部共生微生物の増殖活性にほぼ影響を与えないことに起因する。その銀イオンの存在とは独立して、０.００１mg／Ｌ以上１.０mg／Ｌ以下の亜鉛イオンによる微生物の増殖活性特に植物内部共生微生物の増殖活性増進の効果を十分に発揮できる。この内部共生微生物の増殖が旺盛化することにより、水耕栽培植物の生育をさらに増進できるという利点がある。

【0027】

同様に、０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度の銀イオンを含む水耕栽培液に０.００１mg／Ｌ以上２.０mg／Ｌ以下の濃度でマグネシウムイオンを添加することも、亜鉛イオンの添加と同様に植物内部共生微生物の増殖活性の増進に有意な効果をもたらす。亜鉛イオンを添加した場合との相違点は、０.００１mg／Ｌ以上２.０mg／Ｌ以下の濃度でマグネシウムイオンは、銀イオンとの相乗効果により植物幼苗根の伸長をさらに促進することである。この特長によって、マグネシウムイオンは銀イオンとの併用で直接的にも植物生育の増強効果を発揮することができる。

【0028】

このような植物内共生微生物の増殖の活性化は、亜鉛イオン及びマグネシウムイオンに限らず、第一鉄イオン、第二鉄イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、銅イオン、カリウムイオン、硝酸イオン、リン酸イオン、タングステン酸イオン、モリブデン酸イオンを、それぞれ使用濃度として０.００１ mmol/Ｌ以上２ mmol/Ｌ以下の濃度で添加したルッコラ発芽発根試験の場合にも確認された。したがって、少なくとも上記１０種のイオンの試験に供した範囲の濃度での添加は、０.０２５ mg/Ｌ以下の低濃度銀イオンによる植物生長促進とは別に、植物内部共生微生物の増殖活性を高め結果的に植物の成長を促すための追加的手段として有効であると考えられた。

【発明の効果】

【0029】

植物が本来持っている栄養摂取能力と生長能力を最大限に引き出すことは、植物の健全な生長と収穫物の生産にとって重要である。特に、水耕栽培においては幼苗期における植物ルート部（根）の旺盛で健全な生育を促すことが必要である。水耕栽培のための栄養素溶液に０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度銀イオンを添加することにより、植物根の伸長を促進させて栽培植物が水耕液から栄養をより多く吸収できるようにし、結果的に栽培植物全体の生長を旺盛にする。また、このような低濃度の銀イオンは植物内共生微生物（エンドファイト）を抑制あるいは排除することがないため、植物・微生物の好ましい共生関係を崩壊させることがないと考えられる。

【0030】

以上に記載したように、０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度の銀イオンを本発明の装置によって生育期の植物に与えることで、植物の健全な生長を可能にできる。これより、植物が本来持っている病原微生物に対する免疫能力や昆虫等による食害に対する抵抗能力を引き出し、従来栽培植物の病害や食害を防止するためにどうしても必要であった消毒剤や殺虫剤等の農薬を使用することなく、あるいはそのような農薬の使用量を最小限にすることによって、植物栽培をより安全で安心なものに転換し、さらには環境配慮型に転換できる利点がある。その効果として、農業・林業・園芸・緑地造成といった植物栽培によって成立している産業の持続的な発展を可能にする。

【0031】

さらに、０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度銀イオンを添加するようにした水耕栽培装置を用いて、水耕用無機栄養素溶液の他に有機性液状肥料を水耕栽培のための栄養素養液として採用することにより、水耕栽培による植物生産量を相乗的に増大することができることが明らかになった。このことは、養液土耕栽培の有機栽培化を確立する上で重要な効果をもたらし、今後の水耕栽培農業の有機農業化に貢献できると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】供試細菌（Pseudomonas putida, Escherichia coli, Bacillus subtilis）の各銀イオン濃度液に３０分暴露した後の生残率

【図2】銀イオン水溶液保存原液調製直後の銀イオン濃度と、その原液を９０日間常温でポリエチレン瓶に密封保存した後の原液に残存する銀イオンの残存率との関係

【図3】発芽後１０日齢のルッコラ苗をその後２０日間水耕栽培した際のルッコラ生長への銀イオン添加の効果

【図4】水耕栽培液に添加した銀イオンの濃度によるルッコラの生長量の変化

【図5】無機栄養素溶液と有機物を含む液を好気発酵することにより得られた有機栄養素溶液を用いた際の水耕栽培におけるルッコラの生長への銀イオン添加の効果

【図6】植物生育活性化成分の銀イオン水溶液を添加する設備を付け加えた本発明の水耕装置の全体図

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明を実施するための形態を、実施例１～４によって例示する。

【実施例0034】

＜実施例１＞
ルッコラ（ロケット）栽培における実施例：４月末にウレタンフォーム培地にルッコラを播種し、発芽・発根させ根の伸長が１０cm以上となった５月中旬に、培地ごと水耕用育成ポットに入れて浮揚式定植パネルの水耕畝に移植し、室温が１７～２３℃に制御された温室内に設置された循環式水耕装置（水耕畝長２５ｍ、畝幅５０cm）により水耕栽培を行った。この際、水耕用無機栄養素水耕溶液だけを供給する従来の水耕装置による水耕畝を対照区として設け、実証区には植物生育活性化成分として１０mg／Ｌの銀イオンの水溶液を添加する設備を付加した本発明の水耕装置を用いた。この実証区における銀イオン水溶液の添加流量は、水耕用養液流量の１／１０００となるように設定した。
６月初旬から５週間に亘って、生長したルッコラ葉の収穫を１週間に５日ずつ行なったが、銀イオン水を植物生育活性化成分として添加する本発明の装置を採用した実証区における累積収穫量（湿重量）は、本発明の装置を採用しなかった従来方式の水耕装置を用いた対照区における累積収穫量（湿重量）の２.３５倍に増大した。また、同一温室内に設置した水耕畝であったにも拘らず、本発明の装置を採用しなかった従来方式の水耕装置によって栽培した対照区のルッコラは一部にアブラムシによる食害が観察されたが、本発明の水耕装置を用いた実証区のルッコラは、アブラムシによる食害が全く観察されなかった。

【0035】

＜実施例２＞
セリ栽培における実施例：４月初旬にその前月まで水耕により栽培したセリの根を約半分の長さに切り詰め、新たに用意した浮揚式水耕畝に移し、室温が１５～２２℃に制御された温室内に設置された循環式水耕装置（水耕畝長２５ｍ、畝幅５０cm）を用いて水耕栽培を行った。この際、無機栄養素水耕溶液だけを供給する従来の水耕装置による水耕畝を対照区として設けた。一方、実証区には植物生育活性化成分として１０mg／Ｌの銀イオンの水溶液を添加する設備を付加した本発明の水耕装置を用いた。この実証区における銀イオン水溶液の添加流量は、水耕用養液流量の１／１０００となるように設定した。
移植した４５日後に、両実験区の生長したセリの水耕用育成ポットより上部を収穫し、その重量を測定した。その結果、銀イオン水を植物生育活性化成分として添加する本発明の装置を採用した実証区における累積収穫量（湿重量）は、本発明の装置を採用しなかった従来方式の水耕装置を用いた対照区における収穫量（湿重量）の１.７２倍と多かった。

【0036】

＜実施例３＞
サニーレタス栽培における実施例：４月中旬にウレタンフォーム培地にサニーレタスを播種し、発芽・発根させ根の伸長が８cm以上となった４月末に、培地ごと水耕用育成ポットに入れて浮揚式定植パネルの水耕畝に移植し、室温が１８～２３℃に制御された温室内に設置された循環式水耕装置（水耕畝長２０ｍ、畝幅８０cm）により水耕栽培を行った。この際、無機栄養素水耕溶液だけを供給する従来の水耕装置による水耕畝を対照区として設け、実証区には無機栄養素水耕溶液に植物生育活性化成分として１０mg／Ｌの銀イオンの水溶液を添加する設備を付加した本発明の水耕装置を用いた。この実証区における銀イオン水溶液の添加流量は、水耕用養液流量の１／１０００となるように設定した。
水耕装置に移植した３５日後に、水耕で栽培したサニーレタスの収穫を行なったが、銀イオン水を植物生育活性化成分として添加する本発明の装置を採用した実証区における収穫量（湿重量）は、本発明の装置を採用しなかった従来方式の水耕装置を用いた対照区における収穫量（湿重量）の１.３４倍に増大した。
次に、サニーレタスの水耕栽培において、播種から発芽・発根及び苗の浮揚式定植パネルへの水耕畝への移植までを前記の通りとした水耕実験畝を２畝用意し、同様に室温が１８～２３℃に制御された温室内に設置された循環式水耕装置（水耕畝長２０ｍ、畝幅８０cm）により追加の水耕栽培試験を行った。この追加試験では、無機栄養素水耕溶液ではなくイワシを煮干に加工する際に副産物として得られる煮汁を３０日間好気的に攪拌発酵させて製造した栄養素溶液を精製水により１／１０００に希釈した有機栄養素水耕溶液を供給した。無機栄養素水耕溶液を供給する従来の水耕装置による水耕畝を対照区とし、実証区として上記有機栄養素水耕溶液のみを供給して従来方式でサニーレタスを水耕栽培したもの、及び上記有機栄養素水耕溶液に植物生育活性化成分として１０mg／Ｌの銀イオンの水溶液を添加する設備を付加した本発明の水耕装置を用いた水耕栽培を行った。また、この実証区における銀イオン水溶液の添加流量は、有機水耕用養液流量の１／１０００となるように設定した。
水耕装置に移植した３５日後に、この水耕で栽培したサニーレタスの収穫を行なったところ、無機栄養素水耕溶液を供給した対照区に比較して、無機栄養素水耕溶液に代えて有機栄養素水耕溶液を供給した試験区のサニーレタスの収穫量（湿重量）は１.２５倍であった。一方、有機栄養素水耕溶液に銀イオン水を植物生育活性化成分として添加する本発明の装置を採用した実証区における収穫量（湿重量）は、本発明の装置を採用しなかった従来方式の水耕装置を用いた対照区における累積収穫量（湿重量）の１.５３倍に増大し、銀イオンの添加によるサニーレタスの収穫量の増加は、前記の機栄養素水耕溶液を用いた場合に得られた結果（１.３４倍）よりもさらに大きかった。

【0037】

＜実施例４＞
トルコギキョウ栽培における実施例：閉鎖型育苗器により播種から５週間栽培して育成したトルコギキョウのプラグ苗を、薄膜水耕式の定植パネルに移植し、室温が１８℃～２２℃に制御された温室内に設置した高設掛け流し式薄膜水耕装置（水耕畝長２０ｍ、水耕畝幅８０cm）により水耕栽培を行った。この際、栄養素水耕溶液だけを供給する従来の水耕装置による水耕畝を対照区として設け、実証区としては植物生育活性化成分として１５mg／Ｌの銀イオン水溶液を添加する設備を付加した本発明の水耕装置を用いた。この実証区における銀イオン水溶液の添加流量は、水耕用養液流量の１／１０００となるように設定した。
切り花としてトルコギキョウを収穫できるようになるまでの栽培期間は、栄養素水耕溶液だけを供給した対照区では３.５ヶ月～４ヶ月であったが、銀イオン水溶液を添加する設備を付加した本発明の水耕装置を用いた実証区では２.５ヶ月～３.０ヶ月となり、収穫までの期間が約１ヶ月短くなった。また、切り花として収穫したトルコギキョウの１株当たりの平均花弁数は従来式薄膜水耕装置の対照区が４.２であったのに対して、銀イオン水溶液を添加する本発明の水耕装置を用いた実証区では、１株当たりの平均花弁数が５.４に増加した。

【産業上の利用可能性】

【0038】

植物の水耕栽培における植物病発生防止のためにこれまで必要とされてきた消毒に代わって、０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度の銀イオンを本発明の方法に従って伸長期の植物に与えることにより、消毒剤及び殺虫剤等の農薬の使用量を削減できるあるいは無使用化できる。これにより、植物の水耕栽培によって成立している産業をより安全で安心なものに転換し、さらには環境配慮型でかつ持続可能な産業に変えることに利用できる。また、水耕栽培における農薬使用量を減らすあるいは無くすことは、植物の栽培コストを低減できることから、植物の水耕栽培が関与する産業の収益性を増大することができ、かつ農薬散布等の省力化によるこれら産業の労働力削減に寄与できる。

【0039】

０.０００５mg／Ｌ以上０.０２５mg／Ｌ以下の低濃度の銀イオンを添加する本発明の水耕栽培装置は、農産物収穫量の増大と農業経営における増収をもたらすだけではなく、上記のように農薬使用によって繰り返されてきた農薬耐性の植物病原微生物や食害昆虫等の新規な出現を防止することにも効果的である。また、有機物を含む原料を発酵させて製造した栄養素溶液を水耕用栄養素溶液に使用することにより、さらにこの水耕栄養素養液に銀イオンを添加する装置を付加することの効果を高めることができることから、水耕栽培の有機農業化にも利用可能である。

【符号の説明】

【0040】

α養液土耕用原水（地下水等）
β原水供給ポンプ
γ原水フィルター
δ水耕用養液混合希釈槽
ε栄養素溶液タンク
ζ栄養素溶液供給ポンプ
η銀イオン含有活性化液タンク
θ銀イオン含有活性化液供給ポンプ
ι養液活性化液供給ポンプ
κ電磁弁
λ混合撹拌機モーター
μ流量コントローラ（タイムシーケンサー）
ν水耕栽培畝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2020-08-21

【手続補正1】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】