深水養殖
水耕栽培による植物生産
レタス生産における深水栽培の例。

深水栽培（DWC）は、栄養分が豊富で酸素を含んだ水溶液に植物の根を吊るすことによって植物を生産する水耕栽培法である。ディープフローテクニック（DFT）、フローティングラフトテクノロジー（FRT）、またはレースウェイとも呼ばれるこの方法では、深さ1フィート未満の長方形のタンクに栄養分を豊富に含んだ溶液を満たし、その上に植物を浮かべる。[1]ボードを栄養溶液の上に浮かべるこの方法は、浮遊ラフトの摩擦のないコンベアベルトを作り出す。[2] DWCは、栄養フィルムテクニック（NFT）、集合培養とともに、今日使用される最も一般的な水耕栽培システムの1つと考えられている。通常、DWCは葉物野菜やハーブなどの短期的で結実しない作物を栽培するために使用される。イギリスの医師ジョン・ウッドワードは、通常、水耕栽培で植物を栽培した最初の人物として記憶されているが、ウッドワードはロバート・ボイルが同様の実験を行っていたことに気づいていた。[3]しかし、ウッドワードの研究はDWCシステムに特化したものではありませんでした。このシステムは2010年に改訂され、RDWCが開発されました。[4]大量の水は、温度、pH、電気伝導率（EC）、そして栄養液組成の急激な変化を緩和するのに役立ちます。[5]

趣味の方法

深水栽培は、趣味の栽培者にも利用されています。ネットポット（根が表面から伸びるための網目模様が付いたプラスチック製の鉢）に、膨張粘土やミネラルウールなどの水耕用培地を入れて植物の根元を固定します。場合によっては、ネットポットは不要です。水耕液に酸素を供給するために、エアストーンを追加します。このエアストーンは、エアポンプにつながるエアラインに接続されます。

植物が成長するにつれ、根の塊はミネラルウール（ロックウールなど）またはECA（ハイドロトンなど）を通り抜けて下の水に伸びます。理想的な生育条件下では、植物はビン全体を緩く詰めた塊にするような根の塊を生やすことができます。植物が成長し、栄養素を消費するにつれ、水のpHとECは変動します。このため、栄養溶液を頻繁に監視し、作物の吸収範囲内にとどまるようにする必要があります。pHが高すぎても低すぎても、植物が特定の栄養素を吸収できなくなります。ECに関しては、低すぎることは塩分濃度が低いことを意味し、通常は肥料不足を意味し、ECが高すぎることは塩分濃度が高く、作物の根を損傷する可能性があることを示します。望ましいECは、生育する作物によって異なります。

DWCにおける植物の成長要件

DWC システムを利用する栽培者は、最適な成長に適した条件を整えるために環境を修正する必要があります。これは、温室、屋内システム、垂直農場など、あらゆる保護された作物生産システムに当てはまりますが、DWC の利用には、栽培者が留意すべき特定の責任が伴います。最も注目すべきは、植物の根が成長培地ではなく栄養溶液に浮遊していることです。このため、以下で詳しく説明する特定のパラメータ (酸素、温度、pH、栄養濃度) に特別な注意を払う必要があります。他の方法と同様に、土壌や無土壌培地は、病気や水質の問題など、潜在的に有害な要因に対する緩衝材として機能します。根は栄養溶液で直接培養されるため、水質は最大の懸念事項です。

植物は、健全な成長に不可欠な根呼吸（肥料塩の吸収など）を行うために酸素を必要とします。[6]養液への酸素供給は、様々な方法でガスを注入することで行われます。最も一般的な方法は、「エアストーン」を用いて養液に酸素を供給することです。エアストーンは多孔質の素材で作られており、空気が通過すると泡が発生します。泡が表面に浮かび上がると拡散が起こり、周囲の水に酸素が供給されます。素材の多孔性に応じて、これらの泡の大きさは異なります。エアストーンから放出される泡が小さいほど、泡の表面積は大きくなります。これは拡散速度の向上につながり、例えば「マイクロバブル」ストーンは一般的な水槽用ストーンよりもはるかに効率的です。[7]

養液に酸素を注入するもう一つの方法は、液体酸素（LOx）を使用することです。この方法は初期投資額が大きいため、商業施設ではより一般的です。しかし、中規模から大規模な事業では経済的な選択肢となり得ます。この方法では、純酸素をタンク内で圧縮し、養液に放出することで、高い拡散速度と酸素化を促します。この方法を用いることで、飽和後レベルまで到達することが可能です。[8]

水温は養液中の酸素保持において重要な要素です。水温の低下に伴い水中の酸素溶解度が上昇するため、適切な溶存酸素濃度を維持するために、水は通常18～24℃に冷却されます。また、冷却水はピシウムなどの病原菌の繁殖を防ぎ、抽苔を遅らせ、収量増加にも役立ちます。[9] [10]

過酸化水素（H 2 O 2）を使用することで酸素供給を行うこともできます。過酸化水素は殺菌剤としても機能します。しかし、過剰に使用すると根にダメージを与えやすいため、適切な量を使用することが非常に重要です。過酸化水素だけでは、植物の最適な生育に必要なDO量を達成するには適していません。[11]

pH、アルカリ度、ECといった他の水質パラメータも管理が不可欠であり、通常はインジェクターや培養技術を用いて管理されます。例えばレタスは、pH5.6～6.0、EC1.1～1.4 dS·m −1、1日当たりの光量積算値17 mol·m −2 ·d −1（自然光と補助光の組み合わせ）、昼気温24℃／夜間19℃、水温25℃、溶存酸素7 mg·L −3以上の条件下で最もよく生育します。[12]

循環型深水養殖

連結されていないバケツを使用する従来の方法では、各バケツのpHと導電率（CF）を個別に検査する必要がありました。これが、循環式深水養殖（RDWC）システムの誕生につながりました。RDWCのバケツは、個々のバケツを使用するのではなく、一般的にはPVCパイプで連結されます。システムの前面にはポンプも設置され、システム背面から配管を通して水をコントロールバケツに引き込みます。この戻り配管には通常、スピンフィルターが取り付けられており、ポンプに到達する前に水から微粒子を除去します。コントロールバケツを含む個々のバケツはエアレーションされています。RDWCの主な欠点は、これらのシステムでは病気が急速に蔓延し、病原体が一つの貯水槽から別の貯水槽へと移動しやすくなることです。[13]

商業用深海養殖

商業的には、DWCシステムは通常、FRTシステムの形で提供されます。FRTシステムは、池に浮かぶラフトを利用し、植物の根を栄養（肥料）溶液に浮遊させます。[14]商業用システムは通常温室内に設置されますが、屋外、その他の保護下、または完全に屋内に設置することもできます。ほとんどの商業用DWCシステムは、レタス、ベビーリーフ、大葉、ハーブなどの葉物野菜の栽培用に設計されています。DWCを利用して麻などの農産物を栽培している施設もありますが、これはあまり一般的ではありません。

栽培する農産物の種類に応じて、システムの設計と園芸技術は異なります。結球レタスなどの大葉野菜の場合、苗は通常、無土壌培地セル（ロックウールやココナッツ繊維など）で発芽させ、その後、食品グレードのポリスチレンなどの低密度プラスチックで作られたフローティングラフトに移植されます。ベビーリーフレタスの場合、種子は無土壌培地を収容するために作られた専用のラフトに高密度で播種され、発芽させられます。これらのラフトの中には、個々のセルではなく、ラフト全体に溝が設けられたものもあり、個々のセルに播種したり、低密度の種子を播種したりするのに最適です。これにより、高密度で均一な作物の栽培が可能になります。

水耕栽培法は、畑作物や土壌栽培の作物と比べて、本質的に優れた作物を生育させるわけではありません。むしろ、より直接的かつ綿密に管理された環境こそが、より高い収量につながるのです。適切な管理を行えば、土壌で理想的な条件下で栽培されたレタスは、水耕栽培システムで栽培された同じ品種と同等の生育を示します。[15]

DWCシステムが他の水耕栽培法に比べて優れている点の一つは、生育期間中に植物の間隔を調整できるため、樹冠被覆率と光利用の観点から栽培面積を最適化できることです。発芽および移植時には、種子と苗はライフサイクルの後半よりもはるかに密集しています。例えば、結球レタスの生産では、苗の初期間隔は1平方フィートあたり9株ですが、成木になると最終的には1平方フィートあたり3.5株になります。[16]

ラフトは通常、収穫ごとに有機物を除去するために洗浄され、漂白剤などの消毒剤を散布して病害の発生を抑制します。商業システムでは、この工程は自動化されていることが多く、ラフトはベルトコンベアで機械に送り込まれ、そこで洗浄、消毒、乾燥が順次行われます。

参照

参考文献

  1. ^ Roberts, Olu (2019年8月).深水栽培における水耕レタス生産のための食品安全ハンドブック（論文）. hdl : 1813/69355 .
  2. ^ ジェンセン、マール・H.; コリンズ、WL (2011). 「水耕栽培による野菜生産」.園芸評論. pp.  483– 558. doi :10.1002/9781118060735.ch10. ISBN 978-1-118-06073-5。
  3. ^ ハーシー、デイビッド・R. (1994). 「溶液培養水耕栽培：歴史と安価な設備」 .アメリカ生物学教師. 56 (2): 111– 118. doi :10.2307/4449764. ISSN  0002-7685.
  4. ^ Gómez, Celina; Currey, Christopher J.; Dickson, Ryan W.; Kim, Hye-Ji; Hernández, Ricardo; Sabeh, Nadia C.; Raudales, Rosa E.; Brumfield, Robin G.; Laury-Shaw, Angela; Wilke, Adam K.; Lopez, Roberto G.; Burnett, Stephanie E. (2019年9月). 「都市農業のための制御環境下での食料生産」. HortScience . 54 (9): 1448– 1458. doi : 10.21273/HORTSCI14073-19 .
  5. ^ 「水耕栽培による葉物野菜の栽培」温室製品ニュース。2020年12月11日閲覧。
  6. ^ Lundegardh, H. (1958年7月). 「塩類の吸収と蓄積のメカニズムに関する研究 III. 塩類の吸収と呼吸の定量的関係」. Physiologia Plantarum . 11 (3): 585– 598. doi :10.1111/j.1399-3054.1958.tb08254.x.
  7. ^ Park, Jong-Seok; Kurata, Kenji (2009年1月). 「マイクロバブルを水耕栽培液に利用することでレタスの成長が促進される」HortTechnology . 19 (1): 212– 215. doi : 10.21273/HORTSCI.19.1.212 .
  8. ^ Goto, E.; Both, AJ; Albright, LD; Langhans, RW; Leed, AR (1996年12月). 「浮遊式水耕栽培におけるレタスの生育に対する溶存酸素濃度の影響」. Acta Horticulturae . 440 (440): 205– 210. doi :10.17660/actahortic.1996.440.36. PMID  11541573.
  9. ^ アモリー、キースリー・レンワース (1996).熱帯環境下におけるヘッドレタスの抽苔に対する水耕栽培の栄養組成の変化と葉または根の冷却反応（論文）. OCLC  36388482. ProQuest  304283364.
  10. ^ Thompson, Helen C.; Langhans, Robert W.; Both, Arend-Jan; Albright, Louis D. (1998年5月). 「浮体式水耕システムにおけるレタスの生育に対するシュートと根の温度の影響」アメリカ園芸学会誌. 123 (3): 361– 364. doi : 10.21273/JASHS.123.3.361 .
  11. ^ Butcher, Joshua D.; Laubscher, Charles P.; Coetzee, Johannes C. (2017年7月). 「深水培養水耕栽培におけるペラルゴニウム・トメントサムの酸素化技術とクロロフィル応答に関する研究」HortScience . 52 (7): 952– 957. doi : 10.21273/HORTSCI11707-16 .
  12. ^ ブレヒナー、メリッサ、ボス、AJ「水耕栽培レタスハンドブック」（PDF）。コーネル大学制御環境農業。
  13. ^ 「DWC vs rDWC」。GrowDoctorGuides.com。
  14. ^ マットソン、ニール、リース、J. ハインリッヒ (2019). 「液体培養水耕システムの操作」.無土壌栽培. pp.  567– 585. doi :10.1016/b978-0-444-63696-6.00012-8. ISBN 978-0-444-63696-6. S2CID  186572399。
  15. ^ Hoagland, DR; Arnon, DI (1950). 土壌を使わずに植物を栽培する水耕栽培法. バークレー: カリフォルニア大学農学部. OCLC  870261797.[ページが必要]
  16. ^ アンダーソン, トーマス・R.; スロットキン, セオドア・A. (1975年8月). 「副腎髄質の成熟—IV」.生化学薬理学. 24 (16): 1469– 1474. doi :10.1016/0006-2952(75)90020-9. PMID  7.
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