トマトロックウール栽培における排液の再利用技術 三重県科学技術振興センター農業研究部 はじめに 全 国 の 野 菜 、 花 き を 合 わ せ た 養 液 栽 培 実 面 積 は 平 成 元 年 374ha で あ っ た が 、 そ の 後 も 順 調 に増加し、平成 11 年はついに 1000ha の 大台を越え 1,056ha と なっている（図１）。また、方式別 では、ロックウール耕栽培が、野菜分野での順調な増加と花き分野での急激な増加により、急 速に面積を拡大し、平成５年以降、栽培実面積ではもっとも多くなっている（図２）。 600 1000 花き 野菜 500 栽培実面積（ha） 800 600 400 400 300 ロックウール耕 ＤＦＴ(たん液型） NＦＴ その他固形培地耕 その他 200 100 200 0 0 平元 3 5 7 9 11 図１ 全国の養液栽培面積の推移 平元 3 5 7 9 11 図２ 養液栽培方式別設置実面積 図１、２とも農林水産省「園芸用ガラス室・ハウス等の設置状況」より 一般的にロックウール栽培は、いわゆる「かけ流し」で栽培されているため、他の栽培方式に 比 べ 培 養 液 の 栽 培 系 外 へ の 排 出 量 が 多 いこ とが 報 告 され て いる（ 表 １） 。 特 に、 ト マ ト のロ ックウ ール栽培の１作当たりの排出量は約 120 ∼ 150 t/10a に 達し NFT 、湛 液型に比べ約２倍と多く なっている(表１）。 オランダでは 2000 年 から，培養液中のナトリウム濃度が 8mmol/L （ 184ppm ）以 上に達した場 合 を 除 き 、 培 養 液 を 系 外 に 廃 棄 す る こ と は 禁 止 さ れ て い る （ 丸 尾 ， 1996 ） 。 我 が 国 で は こ の よう な 法 律 は 制 定 さ れ て い な い も の の 、 培 地 か ら 排 出 さ れ た 培 養 液 （ 以 下 、排 液 ） を 系 外 に 廃 棄 し な い養液栽培システムの確立は緊急を要する課題となっている。 国内でも，排液を回収してそれを新たに調製した培養液に加える方法や培地からの排液を一 時 貯 留 し ， 果 実 発 育 期 の 給 液 と し て再利用する方法など， 様々な方法が検討されている（中 島， 表 １ 養 液 栽 培 に お け る 作 物 ・方 式 別 の 排 液 量 及 び 濃 度 の 例 種 類 方 式 排液量 ( t/ 1 0 a / 年 ) 排 液 の N O 3- N 量 ( k g/ 1 0 a / 年 ) ト マト NF T ﾛｯ ｸｳｰﾙ 湛液型 湛液型 40 ∼ 60 1 2 0∼ 1 5 0 60 ∼ 80 50 ∼ 60 6∼ 13 17 ∼ 26 8∼ 18 11 ∼ 18 NF T 湛液型 NF T ﾛｯ ｸｳｰﾙ 50 ∼ 60 50 ∼ 60 40 ∼ 60 60 ∼ 80 11 ∼ 16 13 ∼ 19 4∼ 8 5∼ 10 ミツ バ ネ ギ イチ ゴ （千 葉 県 農 林 技 術 会 議 指 導 資 料 よ り 、 一 部 改 変 ） 1994 ； 岩 崎 ， 1999 ； 岡 野 ら ， 1999 ；奈 良， 2001 ） 。 これらのシステムは新規に養 液栽培を始める時には，有効に 利用できるが，既存のかけ流し 式のロックウールシステムの構 造とは大きく異なるため，これら のシステムを既存の掛け流し式 ロックウール栽培システムに組 み込み，排液を再利用することは難しい． また，排液の再利用は，根部伝染性病害が発生すると排液を通して急速に拡散する危険性 があるため，排液再利用前に殺菌が必要である（小倉， 1982 ；草刈， 1990 ）．オランダなどの閉 鎖式ロックウールシステムでは紫外線，熱，オゾンなどを利用した排液の殺菌装置が装備され ており（西， 1999 ） ，国内においても，紫外線，オゾン，緩速ろ過などを用いた排液の殺菌または 除菌方法が検討されている（新本ら， 1977 ； 木下・家村， 1986 ；青山ら， 1987 ；竹内ら， 1988 ； Yamamoto ら ， 1990 ； 冨川ら， 1993 ； 黒田ら， 1997 ； 草刈， 2000 ； 峯ら， 2000 ； 寺林ら， 2001 ） ． しかし，初期投資およびランニングコストが高いなどの理由により，実際の栽培システムに取り 入れられている例はきわめて少なく，実用化が望まれている． これらのことから、三重県科学技術振興センター農業研究部では、従来のかけ流し栽培の給 液 量を維持 し ながら、栽 培系外 への排液 量を 90 ％ 削減することをめざした、トマトロックウール 栽培における排液再利用システム（黒田ら， 2002 ；小西ら， 2003 ； 礒崎ら， 2003 ）について研究 開 発を進めている ので、紹 介 する。なお、排 液再利用 システムは、（株）誠 和。および（有）ハッシ ンとの共同で開発を行った。 排液再利用システムについて (1) 排液再利用システムの概要 排液 再 利 用シ ステ ム （ 排 液 殺 菌装 置 及 び 植物 栽 培 用給 液 シ ステ ム ， 特 許第 3396686 号 ）は、 既存の肥料混合用装置（給液装置）と排液タンクを利用する仕組みになっているため、現在利 用しているロックウールシステムに追加して設置することが可能である。本システムは、排液を 一 時 的 に 貯 め る た め の ス ト ッ ク タ ンク 、 排 液 を オ ゾ ンに より 殺 菌 す る ため の 殺 菌タ ンク 、 および そ れらを制御するための制御装置から構成されている（図３、４）。 図３ 生産者圃場に設置した制御装置とストックタンク （制御装置の端からストックタンクの端までの幅 3m 、奥行き 2 ｍ） 殺菌装置 肥料混合装置 ストックタンク 肥料原液タンク１ 肥料原液タンク２ 栽培槽へ 栽培槽 水位センサー ポンプ 希釈タンク 殺菌タンク 図４ 水位センサー ポンプ 排液タンク 排液再利用システムの模式図 排液再利用の流れは以下のようになる。まず、給液時間になると、肥料混合装置の希釈タン クへ原水が入ると同時に、殺菌タンクから給液量の０∼３０％に設定された殺菌済みの排液が 混合される。その後 、希釈タンク内 の培養 液が指定 の EC に なるように希釈タンクへ肥料原液タ ンクから肥料が混合され、給液が行われる。一方、殺菌タンクでは、タンク内の排液が希釈タン クに移動した直後に、ストックタンクから排液が補充され、３０分間オゾンにより殺菌される。殺 菌が終了した排液は、次の給液時間まで殺菌タンク内に保存される。 殺 菌 タ ン ク お よ び ス ト ッ ク タ ン ク の サ イ ズ は 、 生 産 者 の 圃 場 （ 40a ） に 試 験 的 に 導 入 し た 例 で は、殺菌タンクが 300L 、 ストックタンクが３ｍ ３ を用いている。 (2)排液再利用システムによる排液削減効果 現 在 、 三 重 県 桑 名 郡 木 曽 岬 町 の 生 産 者 、 JA く わ な 木 曽 岬 支 店 や 地 域 普 及 セ ン タ ー の 方 々 の 多 大 な る 協 力 に よ り 、 生 産 者 圃 場 （ 栽 培 面 積 40a ） で 、 排 液 再 利 用 シ ス テ ム を 試 験 的 に 導 入 し、栽培が行われている。かけ流し栽培（平成 11 年 7 月∼平成 13 年 7 月までの 4 作）と、排液 の再利用による栽培（平成 13 年 8 月∼平成 14 年 7 月 までの 2 作 ）の結果を見ると、栽培系外 への排液は、目標であった「かけ流し栽培の排液量 90 ％削減」には達しなかったものの、約 65 ％ 削減 され た （ 表 ２、 ３ ）。 排 液 削減 量 が 90 ％ に 達 し なか っ た のは 、試作品 であるシステ ムの 故 障により、排液の再利用が約４週間中止されたことが主な原因と考えている。 表２ 生産者圃場の栽培概要と使用肥料 作型・栽培概要 方式 作型 定植 収穫終了 かけ流し 1 抑制 H11.7.27 H11.12月末 半促成 H12.1.8 H12.7月中旬 2 抑制 H12.8.1 H13.1月中旬 半促成 H13.1.21 H13.7月中旬 再利用 抑制 H13.8.9 H14.1月下旬 半促成 H14.2.6 H14.7月中旬 品 種 ﾊｳｽ桃太郎自根 ﾊｳｽ桃太郎+ﾏｸﾞﾈｯﾄ ﾊｳｽ桃太郎+ﾏｸﾞﾈｯﾄ ﾊｳｽ桃太郎+ﾏｸﾞﾈｯﾄ ﾊｳｽ桃太郎+がんばる根 ﾊｳｽ桃太郎+ﾏｸﾞﾈｯﾄ 肥料の種類 複合肥料１ 複合肥料２ 単肥肥料 表３ 再利用システムの利用による排液削減率 栽培系外への 栽培系外へ 排液量 の排液率 3 3 3 3 （％） （m /10a/年） （m /10a/年） （m /10a/年） （m /10a/年） 総給液量 750 培地からの 排液量 199 排液の 再利用量 130 69 排液削減率 9.2 （％） 65.3 (3)肥料代と肥料作成回数 排液再利用システムは、排液量の削減を第１の目的としているが、同時に、肥料代の削減に もつながる。仮に、年間の肥料代を 26 万円／ 10a 、排液率を 27 ％ として単純計算すると、現在 の か け 流 し 方 式 で は 、 肥 料 代 の 27 ％ 分 、 つ ま り 約 ７ 万 円 は 捨 て て い る こ と に な る 。 本 シ ス テ ム は、排液を再利用するので、 100%再 利用できれば、７万円だけ肥料代が安くなることが期待され る。今回の試験では、かけ流し方式が 10a 当 たり約 25 ∼ 28 万 円使用したのに対し、排液の再 利用を行うことで約 18 万円となり、かけ流し栽培との比較では 65 ∼ 70 ％、約７∼ 10 万 円安く なった（表４） 。 また、肥料の使用量が減ることから、肥料を作成する回数も、かけ流しの 54 ∼ 64 ％ に減った （表５）。 1 回の肥料の作成に要する時間は 30 ∼ 40 分 で、総労働時間に占める割合は微々た るものだが、高温期などの大量に給液をする時期には、この圃場では１週間に１回は肥料を作 成 し て お り 、 こ れが １ ０日 に １回 に なる こ と は 、生 産 者 の労 力 的 、心 理的 な 負 担も 軽 減 され ると 考 える。 表４ 排液再利用による肥料代の比較（10a当たり） 方式 作型 肥料代(円) 肥料代比率 かけ流し 1 抑制 119,464 半促成 161,980 年間合計 281,444 100.0% 2 抑制 101,736 半促成 155,077 年間合計 256,812 91.2% 100.0% 再利用 抑制 79,227 半促成 104,063 年間合計 183,290 65.1% 71.4% 表５ 排液再利用による肥料作成回数の比較 肥料作成 方式 作型 期間(日) 回数 回数比率 150 14 かけ流し 1 抑制 半促成 174 19 年間合計 324 33 100.0% 2 抑制 165 14 半促成 174 25 年間合計 339 39 118.2% 100.0% 再利用 抑制 167 9 半促成 150 12 年間合計 317 21 63.6% 53.8% (3)排液を再利用するための肥料計算について 植物は生育ステージ、栽培時期や給液量など応じて、必要とする肥料成分を吸収するため、 排 液として出 てくる培養液は 肥料成分 が一定していない。これを一 定量混入 しなが ら、従来の か け 流 し 方 式 の 肥 料 処 方 で 栽 培 を続 け る と 、 肥 料 分 の 過 不 足 が 生 じ る 。用 いる処 方 や 栽 培 時 期 に より若干の違いがあると思われるが、今回の栽培では、 Ca 、 Mg 、 Fe 、 B などが過剰気味にな り、 P 、 K な どは不 足する傾向にあった（図５）。また 、アンモニア態窒素は 、排液中には、ほ と んど含まれていないので、作成する肥料にあらかじめ多めに入れておく必要がある。 肥料成分の調整には、まず、排液を貯めているストックタンクの肥料成分を分析する必要が ある。 N （硝酸態窒素、アンモニア態窒素とも）、 P 、 K 、 Ca 、 Mg 、 Fe 、 B 、 Na は、調整が必 要となると思われるので、常に分析することが必要である。 Na は肥 料成分ではないので調整で き な い が 、 後 述 す る 集 積 の 問 題 が あ る の で 分 析 が 必 要 で あ る 。 そ の 他 の 肥 料 成 分 は 、 か け流 し の肥料をそのまま利用していても問題ないと現時点では考えている。 次に、希釈タンクへ排液を何％混入するかを決める。そして、この混入割合を基に、排液から 各成分がどれだけの量が供給されるかを計算し、残った成分量が肥料混合用装置（給液装置） にある肥料タンク から供 給されるように、肥料 配合量 を決定する。手計 算では なかなか 大変なの で、排液を再利用するときの肥料計算ソフトを作成した（図６）。 NO3-N 肥料濃度 (me/l) 肥料濃度 (me/l) 15 10 5 希釈ﾀﾝｸ 培地内 ｽﾄｯｸﾀﾝｸ 0 8 9/1 11/1 1/1 3/1 5/1 P 4 2 0 7/1 12 9/1 11/1 1/1 4 2 5/1 7/1 5/1 7/1 4 0 9/1 11/1 1/1 3/1 5/1 7/1 Mg 8 10 肥料濃度 (mg/l) 肥料濃度 (me/l) 7/1 8 0 10 5/1 Ca 肥料濃度 (me/l) 肥料濃度 (me/l) K 6 3/1 6 4 2 0 9/1 11/1 1/1 3/1 Fe 8 6 4 2 0 9/1 11/1 1/1 3/1 5/1 7/1 9/1 11/1 1/1 3/1 図５ 排液タンク内排液、ストックタンク内排液および給液の各成分の推移 ★培養液分析の結果から循環型培養液の単肥の投入量を計算します。 分析結果の数値単位は？ 手順１ ppmですか？ me/lですか？ 1 分析結果を入力してください。 手順２ 排液タンク1 排液タンク2 排液タンク3 平均値 EC pH 1.44 7.75 NO3-N P K Mo Zn Na Cl NH4-N ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm 0.03 1.47 0.08 0.04 0.13 49.1 16.71 0.74 6.8 1.09 7.79 5.21 6.63 7.35 6.36 0.03 1.47 0.08 0.04 0.13 49.1 16.71 0.74 手順６ 0% 600㍑ 50 30 9 2 2 2 2 2 2 2 50 17 硝酸 150% 印刷 100% SO4 50 30 9 0 0 0 0 0 0 0 50 0 微量要素 アンモニア 費用 50% 0% Mg リン酸 Ca カリ 基準(参考)の培養液 排液分析結果 蓄積成分を加減した施肥 この値が100になるように施肥量を増減 4.0 図６ 誠和(第１処方） する FALSE 原液タンクに溶かす量(kg) /600㍑ 20 Cu ppm 6.36 排液混入率 SR-M(かんたんぴ) B ppm 7.35 手順５ 硝酸カルシウム 14 Mn ppm 6.63 設定培養液を微調整しますか？ リン酸アンモニウム 10 Fe ppm 5.21 手順４ 8硝酸カリウム 9硫酸マグネシウム SO4- ppm 7.79 基準(参考)とする培養液のタイプは？ 多量要素 Mg ppm 1.09 手順３ 作成量 Ca ppm 6.8 作成した肥料計算ソフトによる計算例 (4)排液再利用システムの今後の課題 主な課題は２つある。ひとつは、排液がストックタンクからあふれてしまうことである。 通 常 、 ロ ッ ク ウ ー ル 栽培 では 排 液 率を 20 ∼ 30 ％ に な るよう 給液 量 を 設定 し て いるが 、 排 液 の再利用量（混入率）も、この設定量と同じであれば、理論上は 100 ％ 利用できることになる。と ころが、雨の日などは、この設定量を大幅に超えて排液が戻ることがよくある。 一方 、再 利用する排液量は 、排液 の混入率 に合わ せて肥料 計算して、肥料が作 成されている ので、排液の再利用量を大幅に変更することは、給液する組成のバランスを崩してしまうことに なるため、安易に変更することは適当でない。この排液量と再利用量の差が大きいほど、ストッ ク タ ン ク に 貯 ま る 排 液 量 が 多 くな り 、 や が てあ ふ れ て し まう こ とに な る。 生 産 者圃 場 で は３ｔ の ス ト ックタンクを使用しているが、試算によると７％の排液が失われていると推定された（表６） 。 表６ ストックタンク容量の違いによる排液オーバーフロー量（損失量）の推定＊ タンク容量(t) 1 3 5 10 20 30 60 40aあたり 91.5 62.1 52.0 42.1 32.1 22.1 0 総廃棄量(m3) 排液廃棄割合(%) 10.3% 7.0% 5.8% 4.7% 3.6% 2.5% 0.0% * 現地圃場の１日の給・排液量のデーター（平成13年８月∼平成14年７月）から、希釈タンクへの混入率 を28％として、推定した ２つ目の課題は培養液中の Na の集 積である。原水の Na 濃 度は地域によってかなり異なり、 高いところでは 142 mg/L に も達するところがある（金子， 1995 ） が、 Na は植物体はあまり吸収 しないために、排液の再利用を行うと徐々に蓄積されてくる。今回の生産者圃場で栽培に利用 している原水中の Na 濃度 は 8 ∼ 20 mg/L で あったが、排液中の Na の濃度は徐々に高くなった （図７）。 冒頭でも述べたが、オランダでは現在排液の廃棄は禁止され、排液の再利用が義務づけら れているが、培養液中の Na が 8mmol/L （ 約 184ppm ） 以上に達したときは、トマトの生育への影 響に配慮し、廃棄が許されている。日本のトマト品種はオランダで用いられている品種とは全く 異なるので、わが国の主な品種に対応した基準を早急に作成する必要がある。 100 原水 希釈ﾀﾝｸ 培地内 ｽﾄｯｸﾀﾝｸ Na 肥料濃度(mg/l) 80 60 40 20 0 9/1 11/1 1/1 3/1 5/1 7/1 図７ 栽培中のNaの推移 最後に かけ流し栽培の排液の再利用については、排液の殺菌方法や排液の再利用方法など、以前 か ら 様 々 な と こ ろ で 話 題 に な っ て き た 。 再 利 用 に 要 す る コ ス ト が 高 くて 利 用 で き な い と い う 声 も 大 きかった。しかし、今回の試験でも示されたように、再利用に必要な初期投資分は、肥料代によ って、ほとんど回収できることが明らかにされつつある。 三 重 県 科 学 技 術 振 興 セ ン タ ー 農 業 研 究 部 で は 、 さ ら に デ ー タ ー を 蓄 積 する と と も に 、 当 た り 前 の 技 術 と し て 利 用 さ れ るよ う に 、 関 係す る方 々に ご 協 力 いた だ くと と もに 、 広く 知っ てい た だ くき 、 環境に優しい養液栽培技術の確立と普及に努めてまいりたい。 引用文献 青山博一・寺田友良・今井俊夫・足立和義・宮田善雄. 1987. 水 耕病害防除のためのオゾン・ 紫 外線殺菌処理装置の開発と効果試験．日植病報． 54: 412. 礒崎真英・黒田克利・糀谷 斉・小西信幸・鈴木啓史・田中一久・冨川 章． 2003. ト マトロック ウール栽培における排液再利用システムの開発（第１報）装置の開発．園学東海支部要旨 （印刷中）． 岩崎泰永. 1999. 培 地の干渉能を活用したトマトの循環型養液栽培システムの開発．東北大学 大学院論文． 金子文宜. 1995. 千葉県における地下水の利用とその農業利用に関する研究.千葉農試特報. 29: 1-60. 木下繁慶・家村浩海. 1986. 養 液栽培のトマト青がれ病に対する紫外線殺菌灯の水中照射灯に よる防除効果．日植病報． 53: 396. 黒田克利・河野 満・冨川 章. 1997. 紫 外線とセラミックスを併用した養液栽培殺菌システムに よるトマト根腐萎ちょう病の制御．三重農技セ研報． 24: 7-15. 黒田克利・冨川 章・佐藤法子． 2002. オ ゾンによる循環式養液栽培における培養液殺菌シス テムの開発．日植病学要旨（印刷中）． 草刈眞一. 1990. 流 水殺菌灯による養液栽培の病害防除．植物防疫． 44: 267 - 271. 草刈眞一. 2000. 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