「水耕栽培」とは?水耕栽培キットを自作するための基礎知識

「水耕栽培」とは?

「水耕栽培」とは土を使わずに、植物に必要な栄養素を溶かした「培養液」を使用する栽培方法です。ほとんどの人工光型の植物工場はこの水耕栽培を用いて栽培をしています。
植物工場についての詳細はこちら(植物工場とは?

「水耕栽培」を利用できるのは大規模な植物工場だけではありません。小規模でも水耕栽培は可能です。自分で材料を購入し、水耕栽培セットを自作することもできます。水耕栽培を使えば、畑を持っていないご家庭でも安心・安全な農作物の自家栽培が可能になります。

今回の記事では水耕栽培キットを自作するための「基礎知識」についてまとめていきます。

水耕栽培のメリット(長所)とデメリット(短所)は何か?

水耕栽培の「メリット(長所)」

「水耕栽培」は肥料の成分組成と濃度を自由にコントロールすることが可能です。そのため、最適な育成条件が1度分かってしまえば再現性を持たせて「安定生産が可能」になります。さらに、培養液を調整することで「植物の成長を速めたり」「栄養成分を変化させたり(低カリウムのレタスなど)」「味や食感をコントロールする」こともできるようになります。

水耕栽培の「デメリット(短所)」

水耕栽培で最適な育成条件がきちんとわかっている植物は少なく、「生産できる作物の種類が限られてしまう」といったデメリットがあります。培養液は品種ごとに異なり、育成環境によっても変わってきます。
さらに植物工場などの大規模化した栽培では培養液を細かく管理しなければ、「成長が遅れて生産性が落ちたり」、「病気になる」といった問題が発生します。この管理には「多くの手間がかかる」だけでなく、「植物に適正な環境を用意するために多くのコストもかかる」といったデメリットがあります。。

養液での「栽培方式」はどんなものがあるのか?

「水耕栽培」「養液で植物を栽培する方法」です。
「養液栽培の方式」には「水耕方式」「固定培地耕方式」の2種類があります。「水耕方式」は養液を循環させる「循環式が多く」、「固定培地方式」は作物に吸収されなかった養液をそのまま廃棄する「かけ流し式が多い」といった特徴があります。
下記に代表的な「水耕法」「固定培地法」の特徴をまとめました。

「水耕法」の栽培方式とは?

「DFT(湛液水耕)」方式

「DFT」方式とは「deep flow technique」の略で培養液をしっかりと溜めて、根を浸すスタイルです。根は培養液中に常に浸っているため、培養液に酸素を供給しないと酸欠を引き起こします。

「NFT(薄膜流水)」方式

「NFT」方式とは「nutrient film technique」の略でゆるく傾斜した栽培ベットに培養液が薄く流れるようにしたスタイルの栽培方法です。根は空気中に出ているため、培養液中に酸素を供給しなくても大丈夫です。

「噴霧耕」方式

「噴霧耕」方式とは根を水で浸さずに、培養液をミスト状(霧状)にして根に噴霧する方法です。 こちらも根は空気中に出ているため、別途に酸素を供給しなくても大丈夫です。過剰な水分に弱い植物に対しては特に有効な方法です。

「毛細水耕(浮き根式水耕)」方式

「毛細水耕」方式とは根は浸水しないですが、養分は水中から吸収します。根は空気中に出ているため、別途に酸素を供給する必要はありません。

「固形培地法」の栽培方式とは?

「固形培地耕」方式

「固形培地耕」方式とは根を支える土の代わりに固形培地を使用します。固形の培地にある程度の培養液を吸わせることで「緩衝作用」を持たせます。固形培地にはロックウールやヤシガラ繊維など様々な培地があり、この方法は根を支える必要のある果菜類(太陽光型のトマト栽培等など)で使用されることが多い方法です。

「培養液」の調整方法は?

水耕栽培で植物を育てるためには育てる植物が必要な栄養素の成分を十分に含んだ培養液を配合しなければならなりません。植物が必要な栄養素には「多量要素」「微量要素」の2種類があります。

植物に必要な「多量要素」とは?

植物に必要な「多量要素」は9種類あります。
9種類のうち3種類は「空気中と水から供給」されて、6種類は「培養液中の肥料として供給」されます。

「空気中や水」から供給される多量要素(3種類)

酸素(O)炭素(C)水素(H)の3種類です。
これらは空気中の酸素(O2)や二酸化炭素(CO2)、溶液中の水(H2O)から吸収します。

「培養液中に溶けた成分」から供給される多量要素(6種類)

こちらの成分は窒素(N)リン酸(P)カリウム(K)カルシウム(Ca)マグネシウム(Mg)硫黄(S)の6種類です。

植物に必要な「微量要素」とは?

上記の多量要素のように植物に多くは含まれていませんが、植物が成長するのに必要な「微量要素は8種類」あります。
その「微量要素」鉄(Fe)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、銅(Cu)、塩素(Cl)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、ホウ素(B)の8種類です。これらはどれも植物の成長には欠かせない要素です。

培養液の「水質管理方法」とは?

水耕栽培で植物を育成する際には培養液の水質管理が必要です。しかし、培養液の成分比率は育てる植物によって異なるため、1つの配合の培養液だけを使っていては作物が育ちません。そのため、その都度調整をしなければなりませんが今回は標準的な培養液の水質管理方法(管理項目)について解説してきます。

~水耕栽培の水質管理のポイント~
水耕栽培の培養液の水質管理で重要なポイントは3つあります。
それは「pHの管理」「EC(電気伝導度)の管理」「DO(溶存酸素量)」の管理です。

「pHの管理」とは?

水耕栽培の培養液中に十分な栄養素が含まれていても培養液が「酸性」や「アルカリ性」になると植物が栄養を吸収できなくなり、成長が阻害されます。そのため、培養液が「酸性」や「アルカリ性」にならないようにpHを管理する必要があります。水耕栽培では「多くの作物の最適なpHは5.5~6.5」です。
pHについての詳細はこちら(pHについて

~水耕栽培でのpH調整方法~
水耕栽培でpHが5.5以下に低下した場合は水酸化ナトリウムでpHを上昇させます。
pHが6.5以上に上昇した場合は硝酸を加えてpHを低下させます。
(硝酸は植物の栄養にもなります。)

~pHの簡易測定方法~
簡易的にpHを測定するには下記のpH測定キットがオススメです!

「EC(電気伝導度)の管理」とは?

水耕栽培で育成を続けていると培養液中の養分濃度がどんどん低下していきます。その際に培養液の養分濃度(総イオン濃度)の指標として「EC(電気伝導度)」を測定して管理します。EC(電気伝導度)の測定では硝酸態窒素(NO3)との相関が強く、カリウムやカルシウムの量の目安にもなります。
しかし、EC(電気伝導度)の測定ではあくまで総イオン濃度を記す指標のため培養液の中の個別の栄養素を測定ができるわけではないため注意が必要です。(定期的に個別の成分測定を行うことで、生育不良等の問題を防ぐことができます。)

~「EC(電気伝導)」の測定方法~
「EC(電気伝導度)」の単位はms/cmの単位で測定します。野菜の種類や生育状況によって最適な値は異なりますが、一般的な目安としては1~2ms/cmで管理します。(葉菜類は低めの1程度、果菜類は高めの2程度が良いです。)

~オススメEC(電気伝導度)測定メーター~
一般家庭での水耕栽培で使用するECメータとしては価格も安く1台あるととても便利です!

「DO(溶存酸素量)の管理」とは?

「DFT(湛液水耕)」方式のように植物の根が完全に培養液に浸っている場合は培養液中が酸欠になり根が腐る原因となります。そのため、培養液中の溶存酸素量は定期的に測定する必要があります。酸素が不足している際はエアレーション等の酸素供給方法を検討する必要があります。
酸素供給についての詳しい内容はこちら(酸素供給方法について

まとめ

今回の記事では「水耕栽培」の基礎知識についてまとめてきました。
この知識をベースに循環式の水耕栽培システムを自作しました。DIYしたシステムの詳細は下記の記事をご覧ください。
循環式水耕栽培システム作成(自作DIYチャレンジ)

~参考書籍~
・図解 よくわかる植物工場 高辻 正基

・図解でよくわかる植物工場のきほん
設備投資や生産コストから、溶液栽培の技術、流通、販売、経営まで

~植物工場 おすすめ書籍~

・図解でよくわかる植物工場のきほん 古在 豊樹 監修
植物工場のだけでなく「水耕栽培」についても詳しく解説されています。初めて水耕栽培にチャレンジする際の入門書としても必見の一冊です。

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