植物生成用吸水保持剤およびその使用方法
【課題】植物の生育に対して水分の吸収および放出に優れた特性を有する植物生成用吸水保持剤を提供する。
【解決手段】植物１０が生育のために水分を要求する湿度領域である湿度３０〜１００％の範囲内において、該湿度領域よりも低い湿度のときよりも相対湿度の変化に対する放出水分量が大きく、かつ、化学的な結合によって吸着することで水分を保持する材料で植物生成用吸水保持剤を構成する。例えば、メソポーラスシリカやシリカヒドロゲルを用いることができる。
【解決手段】植物１０が生育のために水分を要求する湿度領域である湿度３０〜１００％の範囲内において、該湿度領域よりも低い湿度のときよりも相対湿度の変化に対する放出水分量が大きく、かつ、化学的な結合によって吸着することで水分を保持する材料で植物生成用吸水保持剤を構成する。例えば、メソポーラスシリカやシリカヒドロゲルを用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の生育に用いることができる植物生成用吸水保持剤およびその使用方法に関するもので、特に、砂漠などのように水が供給され難い場所での植物の生育に用いると好適である。また、乾燥を嫌う植物の栽培に適するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオテクノロジーにより、例えば、自動車部品等に用いられる樹脂製品を植物から製造するということが考えられている。そして、この植物の生産を現在植物が植えられていない地域で行うことで、現存の植物伐採による自然破壊、地球の砂漠化、二酸化炭素（ＣＯ2）の増加の抑制を図りつつ、樹脂製品の植物からの製造を可能にすることが試みられている。
【０００３】
しかしながら、例えば中国やモンゴルなどの砂漠に近い地域では、雨水の量が年間２００ｍｍ程度と非常に少なく、雨が降るときは集中して降るが降らない時には長期間にわたって降らないため、降った雨を長期間にわたって植物に供給することができない。このため、これらの地域で降る雨は植物にとって有用な水分にはなり難い。
【０００４】
また、日本の砂丘や砂地の場合には、上記地域と比べれば雨が多く降るが、雨を蓄えられるような土壌ではないため、雨が降っても直ぐに地中深くまで染み込み、植物の根元に残る水分は非常に少ないものとなる。
【０００５】
このため、従来では、植物の生育に用いられる土にゼオライトを混入し、水分の保水性を良くすることが提案されている（特許文献１参照）。また、植物の根元に鹿沼土や苔を設置し、水分の給水量を高めるという方法も用いられている。さらに、植物の根元に生理用オムツなどに使用されている吸水性樹脂やシリカゲルを設置する方法もある。
【特許文献１】特開平５−１７６６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ゼオライトは、吸水性に優れているものの、吸着した水を放水するためには高温度（約８０〜１５０℃）が必要になるため、植物が必要とする温度範囲では、水を供給することができない。
【０００７】
また、鹿沼土や苔も、吸水性は良いが、高湿度域で水分を放出するので、植物が最も欲しがる湿度領域（例えば土の中の湿度３０〜１００％の領域）において、高い放出量（または、有効な水分の放出）を得ることができず、植物に有用な水分を提供することができないという問題がある。
【０００８】
さらに、吸水性樹脂やシリカゲルを用いる場合、水分を非常に多く吸収するが、植物が水分を必要とする温度・湿度域では全く水分を放出しないため、吸収した水を植物に提供することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、植物の生育に対して水分の吸収および放出に優れた特性を有する植物生成用吸水保持剤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】
【００１０】
上記目的を達成するため、植物（１０）が生育のために水分を要求する湿度領域である湿度３０〜１００％の範囲内において、該湿度領域内における相対湿度の変化に対する放出水分量が、該湿度領域の外における相対湿度の変化に対する放出水分量に比較して大きく、かつ、化学的な結合によって吸着することで水分を保持する材料で植物生成用吸水保持剤を構成することを特徴としている。
【００１１】
乾燥地の植物は一般的には３０〜１００％の湿度領域内で湿度を欲しがる。この湿度が３０％より少なくなると、枯れてしまう。保水している水分は、３０〜５０％の湿度範囲で、保水している全部の水分を放出する材料が好ましい。温暖な地方で生育されている植物の場合は約４０〜１００％で水分を吸収する。この場合は４０〜６０％の範囲で保水している水分を全部放出する機能を有することが好ましい。湿潤地方に生息する植物の場合は６０〜１００で水分を欲しがる。６０〜８０％の範囲で、吸収した水分を全部放出することが好ましい。
【００１２】
これに対して、植物（１０）が生育のために水分を要求する湿度領域である湿度３０〜１００％の範囲内において、該湿度領域内における相対湿度の変化に対する放出水分量が、該湿度領域の外における相対湿度の変化に対する放出水分量に比較して大きく、かつ、化学的な結合によって吸着することで水分を保持する材料は、化学的な結合により、湿度が高いときから水分を放出するのではなく、植物が水分を要求する湿度３０〜１００％の範囲内においてで多くの水分を放出することができる。つまり、植物の生育に対して水分の吸収および放出に優れた特性を有する材料となる。
【００１３】
従って、このような植物生成用吸水保持剤を植物の育成に用いれば、砂漠地域などのように降雨量が少ない地域で植樹を行ったとしても、植物が水分を要求する湿度領域において、植物に有用な水分を供給することが可能となる。このため、植物が枯れてしまうことを防止できる。
【００１４】
例えば、このような材料としては、メソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルを用いることができる。具体的には、２０ｎｍ以上かつ１００００ｎｍ以下の細孔が無数に形成されたメソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルを用いることができる。
【００１５】
この場合、メソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルを粉末状で使用すれば、粉末が周囲の土と一体になり、土が硬化することを防止することができ、植物の生育に好ましい土壌、つまり根が成長する空間を維持できる土壌とすることが可能となる。
【００１６】
また、メソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルは袋状もしくはケース状のケース部材（４０）に含まれるようにすれば、植樹を行う際に、ケース部材（４０）ごと行えば良いため、植樹の効率を高めることが可能となる。
【００１７】
さらに、細孔内に界面活性剤（３３）を残すようにすれば、植物の成長の養分として用いられるようにすることが可能となる。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる植物生成用吸水保持剤を用いて植えられた防砂林１０を植樹したときの様子を示した斜視図であり、図２は、図１に示す防砂林１０の生育に用いられた土壌の様子を示した部分断面図である。
【００２１】
図１に示されるように、防砂林１０が植物の生育を行うための農園２０を囲むように生育されている。砂漠などに近い地域においては、黄砂と呼ばれる砂が風に吹かれて飛散し、農園２０に堆積することになるため、まず、農園２０の周囲を防砂林１０で囲むことが必要になる。本実施形態は、このような農園２０の周囲を囲む防砂林１０に植物生成用吸水保持剤３０（図２参照）を適用し、さらに、その防砂林１０で囲まれた農園２０で育てられる植物にも植物生成用吸水保持剤３０を適用している。
【００２２】
なお、防砂林１０としては、丈が高く、かつ、生育に必要な水分が比較的少ない植物、例えばポプラや松等が好ましい。また、農園２０で育てられる植物としては、色々な農作物や砂漠化防止のための植物を挙げることができるが、自動車部品等に用られる樹脂部品の製造のために使用する植物としては、トウモロコシやサツマイモなどが好ましい。すなわち、トウモロコシからリポ乳酸を生成し、生成されたリポ乳酸から樹脂部品を製造することができる。
【００２３】
防砂林１０によって囲まれる農園２０の一辺の長さは、農園２０に植えた植物の生育が黄砂の堆積によって防がれない程度とされ、例えば１００ｍ程度とされる。
【００２４】
そして、防砂林１０として使用されている各木が植えられる位置において、図２に示されるように、地表から例えば５０ｃｍ程度の深さ若しくはそれ以上の深さまで、植物生成用吸水保持剤３０が設置されている。該植物生成用吸水保持剤３０の設置深さは、植樹する木の体格の大きさや根の大きさによって変る。例えば、木の体格が小さい場合は浅く設置し、木の体格が大きい場合は深く設置することが好ましい。
【００２５】
植物生成用吸水保持剤３０は、メソポーラスシリカ（メソポア材料もしくは高密度メソ多孔体）の粉末で構成されている。図３は、植物生成用吸水保持剤３０を構成するメソポーラスシリカの分子構造を示した拡大図である。
【００２６】
この図に示されるように、メソポーラスシリカは、無数の細孔３１が形成された蜂の巣状の構造を有しており、各細孔３１の直径は、２０〜１００００ｎｍ程度となっている。なお、現在、カーエアコンなどにおいてメソポーラスシリカが使用されているが、カーエアコン用のメソポーラスシリカの細孔の直径は例えば２〜１０ｎｍ程度となっており、本実施形態で用いているメソポーラスシリカの細孔３１の直径と比較すると、本実施形態で用いているメソポーラスシリカの細孔３１が非常に大きなものであることが判る。
【００２７】
このような構造のメソポーラスシリカは、例えば、細孔３１によって表面積を稼いでいるため、メソポーラスシリカ１ｇ当たりの表面積が例えば５０〜２０００ｍ2という大きな値となる。
【００２８】
このような細孔３１および表面積となっているため、メソポーラスシリカ１ｇ当たりの吸収水分量も非常に大きく、例えば０．２〜０．８ｇ程度となる。
【００２９】
このようなメソポーラスシリカは、例えば、特開平１０−８７３１９号公報に示される手法によって形成される。図４は、メソポーラスシリカの製造工程を示した図である。この図に示されるように、まず、粘土鉱物に酸を作用させて層状珪酸３２としたのち、層状珪酸３２に対してアルカリ金属化合物を作用させることで層状珪酸塩を形成する。次に、層状珪酸塩に対して界面活性剤（テンプレート材料）３３を作用させることで、無数の細孔３１が形成されたハニカム状の珪酸塩三次元構造体３４を生成する。このとき、無数の細孔３１の内壁には界面活性剤が付着した状態で残る。このように界面活性剤３３が付着したままのメソポーラスシリカが本実施形態の植物生成用吸水保持剤３０として使用されている。なお、界面活性剤３３は、窒素、リン、カリウムの植物の養分３要素の少なくともいずれか１種を含有する。
【００３０】
ここで、各細孔３１の直径は、層状珪酸塩に作用させる界面活性剤３３の種類に応じて決まる。界面活性剤３３としては、例えばカルボン酸塩等を用いることができるが、カルボン酸塩におけるＲ＝Ｃ8、Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ22、Ｃ24を用いると、細孔３１の直径が上記の範囲となる。このため、重合度が大きなＲ＝Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ22、Ｃ24を用いると、より細孔３１の直径を大きく取ることが可能となるため好ましく、Ｒ＝Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ22、Ｃ24るを用いるとより直径を大きく取れるため好ましい。なお、メソポーラスシリカの細孔３１の直径は、メソポーラスシリカの水分の吸収・放出特性と相関関係があるため、生育したい植物種類、つまりその植物が要求する湿度に対する水分量等に鑑みて、メソポーラスシリカの生成のために使用されるカルボン酸塩のＲを決定することもできる。
【００３１】
また、メソポーラスシリカの微細孔を生成する工程では、界面活性剤３３は必要である。
その後の焼成工程で、この界面活性材は焼失して無くするのが一般的である。しかし、本実施形態の場合、上記製造工程の焼成工程で界面活性剤３３を除去することも可能であるが、界面活性剤３３に植物の生育の栄養となる分子（窒素、リン、カリウム等）が含まれていれば、それをそのまま残す方が好ましい。即ち、焼成工程、一般的には５７０℃×１時間の焼成を完全に行なわないで、例えば、約２００〜５５０℃×１時間の焼成で、界面活性剤３３を完全に分解せず一部分解した状態のメソポーラスシリカを植物生成用吸水保持剤３０として用いている。
【００３２】
なお、上記のように形成されたメソポーラスシリカを焼成し、焼成後のメソポーラスシリカを植物生成用吸水保持剤３０に用いることも可能であるが、その場合にも焼成によって植物の生育の栄養となる分子（窒素、リン、カリウム等）を含んだ界面活性剤３３が除去されてしまわないように、焼成時間や焼成温度を調整するのが好ましい。例えば、一般的な焼成が５７０℃程度で１時間行われるとすると、本実施形態では、５７０℃、１０分間の焼成に留めたり、もしくは、２００〜５５０℃の例えば５００℃程度の比較的低温で数十分という焼成にすれば、界面活性剤３３がＣＯ2とＨ2Ｏとなってしまって植物の生育の栄養となる分子（窒素、リン、カリウム等）が流れ落ちることを防止することができる。
【００３３】
次に、上記のように構成されたメソポーラスシリカの湿度に対する水分の吸収・放出特性について説明する。図５は、この特性を示したグラフである。参考として、本図中にエアコン用の細孔３１の非常に小さなメソポーラスシリカやゼオライト、鹿沼土、蘭などの生育に用いられる苔（水苔）の特性についても記載してある。なお、この図の縦軸の水分量は、各吸水材料１ｇ当たりの吸収水分量もしくは放出水分量を意味している。
【００３４】
この図に示すように、相対湿度が０％という乾燥状態から湿度１００％の状態（例えば雨降り状態）の領域において、本実施形態のメソポーラスシリカ、エアコン用のメソポーラスシリカ、ゼオライト、鹿沼土および苔の湿度に対する吸収水分量の特性がそれぞれ異なる特性となっている。本実施形態のメソポーラスシリカおよびエアコン用のメソポーラスシリカは共に、相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性にヒステリシスがあり、ゼオライト、鹿沼土や苔は、ほぼ相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性が一致している。
【００３５】
これらのように特性に相違ができるのは、鹿沼土や苔等は物理的に水分を吸着・放出する（毛細管現象により水分を吸着・放水する）が、本実施形態のメソポーラスシリカやエアコン用のメソポーラスシリカは化学的に水分を吸着・放出するためである。物理的に水分を吸着・放水する場合、単に水分が細孔３１や隙間などに付着し、その付着した水分を放出するだけであるため、相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性に変化がない。化学的に水分を吸着する場合、水分が細孔３１を構成する壁面に化学的な結合によって吸着されるため、ある湿度領域に達するまであまり水分の吸収が見られないが、化学的な結合が始まる湿度領域内では非常に高い割合で水分が吸収され、その後、その湿度領域を超えると再び水分の吸収の割合が低くなる。このため、化学的に吸着された水分が放出されるときにも、化学的な結合が分解される湿度領域に至るまであまり水分の放出が無いが、その湿度領域に至ると多くの水分が放出されることになる。
【００３６】
植物が水分を要求する湿度領域は、植物の種類等によって異なるが、基本的に相対湿度が３０〜１００％の範囲に含まれる。このため、この湿度領域において、相対湿度に対する吸収水分量の特性の変化が大きいもの、つまり相対湿度の変化に対して放出できる水分量の変化が大きいものが、植物に対して多くの有用な水分を供給することができると言える。そして、そのような多くの有用な水分を供給できる湿度領域が植物の種類に応じて決まる水分が要求される湿度領域と一致していれば、植物に対して湿度変化に対応した水分供給を行うことができると言える。
【００３７】
このような観点から上述した各種の植物生成用吸水保持剤３０の相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性を見てみる。
【００３８】
従来のエアコンのメソポーラスシリカでは、相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性が共に、相対湿度の変化に対して放出できる水分量の変化が大きくなっている湿度範囲があるものの、この湿度範囲は約１２％から始まっており、植物が水分を要求する湿度領域３０〜１００％ではない。つまり、従来のエアコンのメソポーラスシリカが水分を放出する約２０数％〜１００％の相対湿度領域では、既に植物が枯れてしまっており、そのような湿度領域で幾ら多くの水分を放出して植物に供給できたとしても、植物にとって有用な水分の供給とは言えない。
【００３９】
ゼオライトに関しても同様であり、水分の吸収は優れているものの、吸収した水分を放出できる湿度領域が非常に低く約０％から始まり、ほとんど乾燥状態にならなければ水分を放出できないため、植物にとって有用な水分を供給することができない。
【００４０】
鹿沼土に関しては、植物が水分を要求する湿度領域３０〜１００％において、広い湿度領域全域において比較的高い水分量を吸収し、かつ、放出することができる。
しかしながら、湿度の変化に対して放出できる水分量がまだ十分ではなく、より放出できる水分量を多くできるようにすることが望まれる。すなわち、鹿沼土は、広い湿度領域全域においてある程度高い水分を放出することが可能であるが、植物の種類に対応してどの湿度領域において水分が要求されるかが異なっているため、上述した相対湿度３０〜１００％の湿度領域の中でも特定の湿度領域において高い水分量を放出できるようにするのが望まれる。
【００４１】
苔に関しては、高い湿度のときに非常に多くの水分量を吸収することができるが、多くの水分量を放出できる湿度も非常に高い領域にあり、、ほとんどが湿度９５％以上の湿度領域において水分を放出しきってしまう。このような湿度領域は、植物が水分を要求する湿度領域であるものの、元々雨降り状態のように十分な水分が存在する領域でもある。このため、苔による水分の吸収・放出では、水分が少なくなり始めたときに植物に対して有用な水分を供給したいという要求を満たすことができない。
【００４２】
これらに対して、本実施形態のメソポーラスシリカでは、植物が水分を要求する３０〜１００％の湿度領域において、高い吸収水分量および高い放出水分量となっており、かつ、そのように高い放出水分量となる湿度領域は植物が水分を要求する湿度領域のうち限定された範囲となっている。具体的には、本実施形態のメソポーラスシリカの場合には、相対湿度が３０〜７０％程度の時に非常に湿度の変化に対する水分の放出量が非常に多くなっている。このため、本実施形態のメソポーラスシリカを使用することにより、この湿度領域において水分を要求する植物に対して、最も有用に水分を供給することが可能となる。
【００４３】
具体的には、本実施形態のメソポーラスシリカは、相対湿度３０〜７０％において吸収した水分量のほとんどを放出できる。このため、本実施形態のメソポーラスシリカ１ｇ当たりの吸収水分量が０．８ｇ程度となっていることから、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０．２ｇ程度となる。
【００４４】
これに対し、鹿沼土は、相対湿度３０〜１００％において吸収した水分量のほとんどを放水しており、鹿沼土１ｇ当たりの吸収水分量が０．８ｇ程度であることから、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０．１１ｇ程度となる。苔は、相対湿度９５〜１００％において吸収した水分量のほとんどを放水しているため、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０ｇに近い値となる。また、エアコン用のメソポーラスシリカは、相対湿度１０〜３０％において吸収した水分量のほとんどを放水するため、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０ｇに近い値となる。ゼオライトも同様、相対湿度０〜５％において吸収した水分量のほとんどを放水するため、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０ｇに近い値となる。
【００４５】
したがって、本実施形態のメソポーラスシリカが相対湿度３０〜７０％の湿度領域において最も相対湿度の変化量に対する放出水分量が大きくなっていることが判る。
【００４６】
以上説明した本実施形態のメソポーラスシリカを植物生成用吸水保持剤３０として用いることによる効果について説明する。
【００４７】
（１）本実施形態の植物生成用吸水保持剤３０として用いられているメソポーラスシリカは、植物の生育に対して水分の吸収および放出に優れた特性を有する材料となる。このため、本実施形態で示した植物生成用吸水保持剤３０であるメソポーラスシリカを用いることで、砂漠地域などのように降雨量が少ない地域で植樹を行ったとしても、植物が水分を要求する湿度領域において、植物に有用な水分を供給することが可能となる。このため、植物が枯れてしまうことを防止できる。
【００４８】
（２）また、現在、中国などにおいて、植樹が積極的に行われているが、植樹を行っただけでは木が育たないため、水遣りなどのメンテナンスが必要になる。しかしながら、そのメンテナンスが非常に莫大なものとなるため、十分なメンテナンスを行うことが困難である。昨今行われている植樹では、できる限りメンテナンスを行ってはいるものの、植樹したうちの半分程度しか育たないのが現状である。このため、本実施形態のように植物生成用吸水保持剤３０としてメソポーラスシリカを使用することで、雨水やメンテナンスに水遣りしたときの水を長期間にわたって保持でき、長期間にわたって植物に供給することができる。
【００４９】
具体的に雨が降った場合を想定すると、図２中に示したように、例えば雨水のうちの３割程度が地中に浸透し、３割程度は大気中に気化すると考えられるため、多くても３割ないし４割しか植物の成長に寄与していないと言える。このうち、地中に浸透してしまう３割の雨水や大気中に気化する前の雨水を本実施形態に示すメソポーラスシリカに取り込むことができれば、植樹を行った土壌の水分が不足し始めたときに、メソポーラスシリカに保持しておいた水分を供給することができる。
【００５０】
したがって、植物生成用吸水保持剤３０を用いることで、植物への水遣りなどのメンテナンスの回数の低減を図ることが可能になると共に、メンテナンス時に必要とされる水量を低減することが可能となり、メンテナンスに必要な作業の軽減およびコストの削減を図ることが可能となるという効果も得られる。
【００５１】
（３）バイオテクノロジーにより、例えば、自動車部品等に用いられる樹脂製品を植物から製造するに当たり、樹脂製品の原材料となる植物の生産を現在植物が植えられていない地域で行うことが可能となる。このため、現存の植物伐採による自然破壊、地球の砂漠化、二酸化炭素（ＣＯ2）の増加の抑制を図りつつ、樹脂製品の植物からの製造が可能となる。
【００５２】
（４）本実施形態では、メソポーラスシリカの細孔３１内に界面活性剤３３を残したままの状態としている。この界面活性剤３３に含まれる分子が土壌中に溶出し、植物の養分として用いられるため、植物の成長の手助けをすることが可能となる。このような効果は、特に、砂丘・砂地などのように、例えば肥料を供給しても、雨に溶出してしまって地中深くに浸透してしまい、肥料の保持が行えないような場所に有用である。
【００５３】
（５）本実施形態では、植物生成用吸水保持剤３０としてメソポーラスシリカの粉末を用いている。このため、粉末が周囲の土と一体になり、土が硬化することを防止することができ、植物の生育に好ましい土壌、つまり根が成長する空間を維持できる土壌とすることが可能となる。
【００５４】
なお、育った植物の根が植物生成用吸水保持剤３０を通り越してそれよりも深い場所までたどり着くことになった場合、植物生成用吸水保持剤３０から放出された水分を受け取ることができなくなるとも考えられるが、砂漠に近い地域では、黄砂が地表から１ｍ位の深さまで堆積しているものの、それよりも深い場所には地下水脈も眠っており、そこから水分を受け取ることができる。このため、例えば植樹から３年程度たって根が地下水脈まで到達すると、その後は、植物生成用吸水保持剤３０からの水分の供給を受けなくても、木が枯れることはない。
【００５５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、メソポーラスシリカで構成される植物生成用吸水保持剤３０を粉末のまま用いているが、本実施形態では、その粉末を袋状もしくは植木鉢のようなケース状に加工したケース状部材とした場合について説明する。なお、その他の点に関しては、本実施形態の植物生成用吸水保持剤３０は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
図６は、本実施形態の防砂林１０の生育に用いられた土壌の様子を示した部分断面図である。この図に示されるように、防砂林１０の根を囲むように、メソポーラスシリカの粉末を袋状もしくは植木鉢のようなケース状に加工したケース状部材４０が備えられている。袋状のものは、例えば、樹脂材料などに第１実施形態で示したメソポーラスシリカからなる植物生成用吸水保持剤３０を混合して袋に加工することで製造され、鉢植えのようなケース状のものは、例えば、樹脂材料もしくは粘土材料などに第１実施形態で示したメソポーラスシリカを混合して成形型にて成形することで製造される。
【００５７】
このような袋状もしくは鉢植えのようなケース部材４０の植物生成用吸水保持剤３０を用いれば、植樹を行う際に、ケース部材４０ごと行えば良いため、植樹の効率を高めることが可能となる。
【００５８】
また、植物生成用吸水保持剤３０をケース部材４０で構成することにより、根が生える領域を囲んだ状態とすることができる。このため、部分的に植物生成用吸水保持剤３０が無い領域が存在するなどの不具合を減らすことが可能となり、バランス良い水分の供給を行うことが可能となる。
【００５９】
なお、ケース部材４０を完全に穴などが無いもので構成した場合、根がケース部材４０から先に成長しなくなることも懸念される。このため、ケース部材４０を網目状にするなどの対策をとったり、成長した根がケース部材４０を突き破ることができる程度の強度のケース部材４０とする等の対策を採るのが好ましい。
【００６０】
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、植物生成用吸水保持剤３０としてメソポーラスシリカを用いる場合について説明したが、シリカヒドロゲルを用いても良い。
【００６１】
シリカヒドロゲルとは、ＳｉＯ2を主成分とし、水分を含有した材料であり、ＳｉＯ2とＨ2Ｏの比率が１：９〜１：３．５４となっており、ＳｉＯ2の含有量が１０〜２２重量％、水分が残部（９０〜７８重量％）として構成されている。このシリカヒドロゲルに関しては、例えば特開昭５８−１３５１１９に示されるものが挙げられるが、この公報に記載されているシリカヒドロゲルを合成したのち、水分を乾燥させない状態のものを植物生成用吸水保持剤３０として用いる。
【００６２】
図７は、シリカヒドロゲルの湿度に対する水分の吸収・放出特性を示したグラフである。参考として、本図中にエアコン用の細孔の非常に小さなメソポーラスシリカやゼオライト、鹿沼土、蘭などの生育に用いられる苔（水苔）の特性についても記載してある。
【００６３】
本実施形態で示すシリカヒドロゲルでは、植物が水分を要求する湿度領域において、高い吸収水分量および高い放出水分量となっており、かつ、そのように高い放出水分量となる湿度領域は植物が水分を要求する湿度領域のうち限定された範囲となっている。具体的には、本実施形態のシリカヒドロゲルの場合には、相対湿度が６０〜１００％程度の時に非常に湿度の変化に対する水分の放出量が非常に多くなっている。このため、本実施形態のシリカヒドロゲルを使用することにより、この湿度領域において水分を要求する植物に対して、最も有用に水分を供給することが可能となる。
【００６４】
具体的には、本実施形態のシリカヒドロゲルは、相対湿度３０〜７０％において吸収した水分量のほとんどを放出できるため、本実施形態のシリカヒドロゲル１ｇ当たりの吸収水分量が１ｇ程度となっているため、相対湿度６０〜１００％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０．２５ｇ程度となる。
【００６５】
なお、相対湿度が１００％近傍においては、元々雨降り状態のように十分な水分が存在する領域でもあるため、この領域では植物に対して有用な水分を供給できるとは言えないが、それ未満の湿度領域においても、十分に多くの水分を放出することが可能であるため、例えば湿度領域が６０〜８０％において水分を必要とする植物に関しては、有用な水分を供給することが可能になると言える。
【００６６】
また、シリカヒドロゲルに含有される水は、一部ＳｉＯＨのシラノールの状態であるが、大部分がシリカ粒子間の間隙（細孔）に吸着されるため、その水分を植物に供給することが可能である。
【００６７】
（他の実施形態）
上記実施形態では、特に需要が考えられる砂漠などの地域において植物生成用吸水保持剤３０を使用する場合について説明したが、屋上などでの植物栽培などにおいても、本発明で示す植物生成用吸水保持剤３０を適用することが可能である。この場合、植物生成用吸水保持剤３０として使用されるメソポーラスシリカなどが非常に軽く、養分を多く含む材料であるため、屋上などでの植物栽培にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる植物生成用吸水保持剤３０を用いて植えられたポプラ等の防砂林１０を植樹したときの様子を示した斜視図である。
【図２】図１に示す防砂林１０の生育に用いられた土壌の様子を示した部分断面図である。
【図３】植物生成用吸水保持剤３０を構成するメソポーラスシリカの分子構造を示した拡大図である。
【図４】メソポーラスシリカの製造工程を示した図である。
【図５】メソポーラスシリカの湿度に対する水分の吸収・放出特性を示したグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる植物生成用吸水保持剤３０を用いて植えられた防砂林１０の生育に用いられた土壌の様子を示した部分断面図である。
【図７】シリカヒドロゲルの湿度に対する水分の吸収・放出特性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１０…防砂林、２０…農園、３０…植物生成用吸水保持剤、
３１…細孔、４０…ケース部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の生育に用いることができる植物生成用吸水保持剤およびその使用方法に関するもので、特に、砂漠などのように水が供給され難い場所での植物の生育に用いると好適である。また、乾燥を嫌う植物の栽培に適するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオテクノロジーにより、例えば、自動車部品等に用いられる樹脂製品を植物から製造するということが考えられている。そして、この植物の生産を現在植物が植えられていない地域で行うことで、現存の植物伐採による自然破壊、地球の砂漠化、二酸化炭素（ＣＯ2）の増加の抑制を図りつつ、樹脂製品の植物からの製造を可能にすることが試みられている。
【０００３】
しかしながら、例えば中国やモンゴルなどの砂漠に近い地域では、雨水の量が年間２００ｍｍ程度と非常に少なく、雨が降るときは集中して降るが降らない時には長期間にわたって降らないため、降った雨を長期間にわたって植物に供給することができない。このため、これらの地域で降る雨は植物にとって有用な水分にはなり難い。
【０００４】
また、日本の砂丘や砂地の場合には、上記地域と比べれば雨が多く降るが、雨を蓄えられるような土壌ではないため、雨が降っても直ぐに地中深くまで染み込み、植物の根元に残る水分は非常に少ないものとなる。
【０００５】
このため、従来では、植物の生育に用いられる土にゼオライトを混入し、水分の保水性を良くすることが提案されている（特許文献１参照）。また、植物の根元に鹿沼土や苔を設置し、水分の給水量を高めるという方法も用いられている。さらに、植物の根元に生理用オムツなどに使用されている吸水性樹脂やシリカゲルを設置する方法もある。
【特許文献１】特開平５−１７６６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ゼオライトは、吸水性に優れているものの、吸着した水を放水するためには高温度（約８０〜１５０℃）が必要になるため、植物が必要とする温度範囲では、水を供給することができない。
【０００７】
また、鹿沼土や苔も、吸水性は良いが、高湿度域で水分を放出するので、植物が最も欲しがる湿度領域（例えば土の中の湿度３０〜１００％の領域）において、高い放出量（または、有効な水分の放出）を得ることができず、植物に有用な水分を提供することができないという問題がある。
【０００８】
さらに、吸水性樹脂やシリカゲルを用いる場合、水分を非常に多く吸収するが、植物が水分を必要とする温度・湿度域では全く水分を放出しないため、吸収した水を植物に提供することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、植物の生育に対して水分の吸収および放出に優れた特性を有する植物生成用吸水保持剤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】
【００１０】
上記目的を達成するため、植物（１０）が生育のために水分を要求する湿度領域である湿度３０〜１００％の範囲内において、該湿度領域内における相対湿度の変化に対する放出水分量が、該湿度領域の外における相対湿度の変化に対する放出水分量に比較して大きく、かつ、化学的な結合によって吸着することで水分を保持する材料で植物生成用吸水保持剤を構成することを特徴としている。
【００１１】
乾燥地の植物は一般的には３０〜１００％の湿度領域内で湿度を欲しがる。この湿度が３０％より少なくなると、枯れてしまう。保水している水分は、３０〜５０％の湿度範囲で、保水している全部の水分を放出する材料が好ましい。温暖な地方で生育されている植物の場合は約４０〜１００％で水分を吸収する。この場合は４０〜６０％の範囲で保水している水分を全部放出する機能を有することが好ましい。湿潤地方に生息する植物の場合は６０〜１００で水分を欲しがる。６０〜８０％の範囲で、吸収した水分を全部放出することが好ましい。
【００１２】
これに対して、植物（１０）が生育のために水分を要求する湿度領域である湿度３０〜１００％の範囲内において、該湿度領域内における相対湿度の変化に対する放出水分量が、該湿度領域の外における相対湿度の変化に対する放出水分量に比較して大きく、かつ、化学的な結合によって吸着することで水分を保持する材料は、化学的な結合により、湿度が高いときから水分を放出するのではなく、植物が水分を要求する湿度３０〜１００％の範囲内においてで多くの水分を放出することができる。つまり、植物の生育に対して水分の吸収および放出に優れた特性を有する材料となる。
【００１３】
従って、このような植物生成用吸水保持剤を植物の育成に用いれば、砂漠地域などのように降雨量が少ない地域で植樹を行ったとしても、植物が水分を要求する湿度領域において、植物に有用な水分を供給することが可能となる。このため、植物が枯れてしまうことを防止できる。
【００１４】
例えば、このような材料としては、メソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルを用いることができる。具体的には、２０ｎｍ以上かつ１００００ｎｍ以下の細孔が無数に形成されたメソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルを用いることができる。
【００１５】
この場合、メソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルを粉末状で使用すれば、粉末が周囲の土と一体になり、土が硬化することを防止することができ、植物の生育に好ましい土壌、つまり根が成長する空間を維持できる土壌とすることが可能となる。
【００１６】
また、メソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルは袋状もしくはケース状のケース部材（４０）に含まれるようにすれば、植樹を行う際に、ケース部材（４０）ごと行えば良いため、植樹の効率を高めることが可能となる。
【００１７】
さらに、細孔内に界面活性剤（３３）を残すようにすれば、植物の成長の養分として用いられるようにすることが可能となる。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる植物生成用吸水保持剤を用いて植えられた防砂林１０を植樹したときの様子を示した斜視図であり、図２は、図１に示す防砂林１０の生育に用いられた土壌の様子を示した部分断面図である。
【００２１】
図１に示されるように、防砂林１０が植物の生育を行うための農園２０を囲むように生育されている。砂漠などに近い地域においては、黄砂と呼ばれる砂が風に吹かれて飛散し、農園２０に堆積することになるため、まず、農園２０の周囲を防砂林１０で囲むことが必要になる。本実施形態は、このような農園２０の周囲を囲む防砂林１０に植物生成用吸水保持剤３０（図２参照）を適用し、さらに、その防砂林１０で囲まれた農園２０で育てられる植物にも植物生成用吸水保持剤３０を適用している。
【００２２】
なお、防砂林１０としては、丈が高く、かつ、生育に必要な水分が比較的少ない植物、例えばポプラや松等が好ましい。また、農園２０で育てられる植物としては、色々な農作物や砂漠化防止のための植物を挙げることができるが、自動車部品等に用られる樹脂部品の製造のために使用する植物としては、トウモロコシやサツマイモなどが好ましい。すなわち、トウモロコシからリポ乳酸を生成し、生成されたリポ乳酸から樹脂部品を製造することができる。
【００２３】
防砂林１０によって囲まれる農園２０の一辺の長さは、農園２０に植えた植物の生育が黄砂の堆積によって防がれない程度とされ、例えば１００ｍ程度とされる。
【００２４】
そして、防砂林１０として使用されている各木が植えられる位置において、図２に示されるように、地表から例えば５０ｃｍ程度の深さ若しくはそれ以上の深さまで、植物生成用吸水保持剤３０が設置されている。該植物生成用吸水保持剤３０の設置深さは、植樹する木の体格の大きさや根の大きさによって変る。例えば、木の体格が小さい場合は浅く設置し、木の体格が大きい場合は深く設置することが好ましい。
【００２５】
植物生成用吸水保持剤３０は、メソポーラスシリカ（メソポア材料もしくは高密度メソ多孔体）の粉末で構成されている。図３は、植物生成用吸水保持剤３０を構成するメソポーラスシリカの分子構造を示した拡大図である。
【００２６】
この図に示されるように、メソポーラスシリカは、無数の細孔３１が形成された蜂の巣状の構造を有しており、各細孔３１の直径は、２０〜１００００ｎｍ程度となっている。なお、現在、カーエアコンなどにおいてメソポーラスシリカが使用されているが、カーエアコン用のメソポーラスシリカの細孔の直径は例えば２〜１０ｎｍ程度となっており、本実施形態で用いているメソポーラスシリカの細孔３１の直径と比較すると、本実施形態で用いているメソポーラスシリカの細孔３１が非常に大きなものであることが判る。
【００２７】
このような構造のメソポーラスシリカは、例えば、細孔３１によって表面積を稼いでいるため、メソポーラスシリカ１ｇ当たりの表面積が例えば５０〜２０００ｍ2という大きな値となる。
【００２８】
このような細孔３１および表面積となっているため、メソポーラスシリカ１ｇ当たりの吸収水分量も非常に大きく、例えば０．２〜０．８ｇ程度となる。
【００２９】
このようなメソポーラスシリカは、例えば、特開平１０−８７３１９号公報に示される手法によって形成される。図４は、メソポーラスシリカの製造工程を示した図である。この図に示されるように、まず、粘土鉱物に酸を作用させて層状珪酸３２としたのち、層状珪酸３２に対してアルカリ金属化合物を作用させることで層状珪酸塩を形成する。次に、層状珪酸塩に対して界面活性剤（テンプレート材料）３３を作用させることで、無数の細孔３１が形成されたハニカム状の珪酸塩三次元構造体３４を生成する。このとき、無数の細孔３１の内壁には界面活性剤が付着した状態で残る。このように界面活性剤３３が付着したままのメソポーラスシリカが本実施形態の植物生成用吸水保持剤３０として使用されている。なお、界面活性剤３３は、窒素、リン、カリウムの植物の養分３要素の少なくともいずれか１種を含有する。
【００３０】
ここで、各細孔３１の直径は、層状珪酸塩に作用させる界面活性剤３３の種類に応じて決まる。界面活性剤３３としては、例えばカルボン酸塩等を用いることができるが、カルボン酸塩におけるＲ＝Ｃ8、Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ22、Ｃ24を用いると、細孔３１の直径が上記の範囲となる。このため、重合度が大きなＲ＝Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ22、Ｃ24を用いると、より細孔３１の直径を大きく取ることが可能となるため好ましく、Ｒ＝Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ22、Ｃ24るを用いるとより直径を大きく取れるため好ましい。なお、メソポーラスシリカの細孔３１の直径は、メソポーラスシリカの水分の吸収・放出特性と相関関係があるため、生育したい植物種類、つまりその植物が要求する湿度に対する水分量等に鑑みて、メソポーラスシリカの生成のために使用されるカルボン酸塩のＲを決定することもできる。
【００３１】
また、メソポーラスシリカの微細孔を生成する工程では、界面活性剤３３は必要である。
その後の焼成工程で、この界面活性材は焼失して無くするのが一般的である。しかし、本実施形態の場合、上記製造工程の焼成工程で界面活性剤３３を除去することも可能であるが、界面活性剤３３に植物の生育の栄養となる分子（窒素、リン、カリウム等）が含まれていれば、それをそのまま残す方が好ましい。即ち、焼成工程、一般的には５７０℃×１時間の焼成を完全に行なわないで、例えば、約２００〜５５０℃×１時間の焼成で、界面活性剤３３を完全に分解せず一部分解した状態のメソポーラスシリカを植物生成用吸水保持剤３０として用いている。
【００３２】
なお、上記のように形成されたメソポーラスシリカを焼成し、焼成後のメソポーラスシリカを植物生成用吸水保持剤３０に用いることも可能であるが、その場合にも焼成によって植物の生育の栄養となる分子（窒素、リン、カリウム等）を含んだ界面活性剤３３が除去されてしまわないように、焼成時間や焼成温度を調整するのが好ましい。例えば、一般的な焼成が５７０℃程度で１時間行われるとすると、本実施形態では、５７０℃、１０分間の焼成に留めたり、もしくは、２００〜５５０℃の例えば５００℃程度の比較的低温で数十分という焼成にすれば、界面活性剤３３がＣＯ2とＨ2Ｏとなってしまって植物の生育の栄養となる分子（窒素、リン、カリウム等）が流れ落ちることを防止することができる。
【００３３】
次に、上記のように構成されたメソポーラスシリカの湿度に対する水分の吸収・放出特性について説明する。図５は、この特性を示したグラフである。参考として、本図中にエアコン用の細孔３１の非常に小さなメソポーラスシリカやゼオライト、鹿沼土、蘭などの生育に用いられる苔（水苔）の特性についても記載してある。なお、この図の縦軸の水分量は、各吸水材料１ｇ当たりの吸収水分量もしくは放出水分量を意味している。
【００３４】
この図に示すように、相対湿度が０％という乾燥状態から湿度１００％の状態（例えば雨降り状態）の領域において、本実施形態のメソポーラスシリカ、エアコン用のメソポーラスシリカ、ゼオライト、鹿沼土および苔の湿度に対する吸収水分量の特性がそれぞれ異なる特性となっている。本実施形態のメソポーラスシリカおよびエアコン用のメソポーラスシリカは共に、相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性にヒステリシスがあり、ゼオライト、鹿沼土や苔は、ほぼ相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性が一致している。
【００３５】
これらのように特性に相違ができるのは、鹿沼土や苔等は物理的に水分を吸着・放出する（毛細管現象により水分を吸着・放水する）が、本実施形態のメソポーラスシリカやエアコン用のメソポーラスシリカは化学的に水分を吸着・放出するためである。物理的に水分を吸着・放水する場合、単に水分が細孔３１や隙間などに付着し、その付着した水分を放出するだけであるため、相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性に変化がない。化学的に水分を吸着する場合、水分が細孔３１を構成する壁面に化学的な結合によって吸着されるため、ある湿度領域に達するまであまり水分の吸収が見られないが、化学的な結合が始まる湿度領域内では非常に高い割合で水分が吸収され、その後、その湿度領域を超えると再び水分の吸収の割合が低くなる。このため、化学的に吸着された水分が放出されるときにも、化学的な結合が分解される湿度領域に至るまであまり水分の放出が無いが、その湿度領域に至ると多くの水分が放出されることになる。
【００３６】
植物が水分を要求する湿度領域は、植物の種類等によって異なるが、基本的に相対湿度が３０〜１００％の範囲に含まれる。このため、この湿度領域において、相対湿度に対する吸収水分量の特性の変化が大きいもの、つまり相対湿度の変化に対して放出できる水分量の変化が大きいものが、植物に対して多くの有用な水分を供給することができると言える。そして、そのような多くの有用な水分を供給できる湿度領域が植物の種類に応じて決まる水分が要求される湿度領域と一致していれば、植物に対して湿度変化に対応した水分供給を行うことができると言える。
【００３７】
このような観点から上述した各種の植物生成用吸水保持剤３０の相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性を見てみる。
【００３８】
従来のエアコンのメソポーラスシリカでは、相対湿度に対する吸収水分量の特性と放出水分量の特性が共に、相対湿度の変化に対して放出できる水分量の変化が大きくなっている湿度範囲があるものの、この湿度範囲は約１２％から始まっており、植物が水分を要求する湿度領域３０〜１００％ではない。つまり、従来のエアコンのメソポーラスシリカが水分を放出する約２０数％〜１００％の相対湿度領域では、既に植物が枯れてしまっており、そのような湿度領域で幾ら多くの水分を放出して植物に供給できたとしても、植物にとって有用な水分の供給とは言えない。
【００３９】
ゼオライトに関しても同様であり、水分の吸収は優れているものの、吸収した水分を放出できる湿度領域が非常に低く約０％から始まり、ほとんど乾燥状態にならなければ水分を放出できないため、植物にとって有用な水分を供給することができない。
【００４０】
鹿沼土に関しては、植物が水分を要求する湿度領域３０〜１００％において、広い湿度領域全域において比較的高い水分量を吸収し、かつ、放出することができる。
しかしながら、湿度の変化に対して放出できる水分量がまだ十分ではなく、より放出できる水分量を多くできるようにすることが望まれる。すなわち、鹿沼土は、広い湿度領域全域においてある程度高い水分を放出することが可能であるが、植物の種類に対応してどの湿度領域において水分が要求されるかが異なっているため、上述した相対湿度３０〜１００％の湿度領域の中でも特定の湿度領域において高い水分量を放出できるようにするのが望まれる。
【００４１】
苔に関しては、高い湿度のときに非常に多くの水分量を吸収することができるが、多くの水分量を放出できる湿度も非常に高い領域にあり、、ほとんどが湿度９５％以上の湿度領域において水分を放出しきってしまう。このような湿度領域は、植物が水分を要求する湿度領域であるものの、元々雨降り状態のように十分な水分が存在する領域でもある。このため、苔による水分の吸収・放出では、水分が少なくなり始めたときに植物に対して有用な水分を供給したいという要求を満たすことができない。
【００４２】
これらに対して、本実施形態のメソポーラスシリカでは、植物が水分を要求する３０〜１００％の湿度領域において、高い吸収水分量および高い放出水分量となっており、かつ、そのように高い放出水分量となる湿度領域は植物が水分を要求する湿度領域のうち限定された範囲となっている。具体的には、本実施形態のメソポーラスシリカの場合には、相対湿度が３０〜７０％程度の時に非常に湿度の変化に対する水分の放出量が非常に多くなっている。このため、本実施形態のメソポーラスシリカを使用することにより、この湿度領域において水分を要求する植物に対して、最も有用に水分を供給することが可能となる。
【００４３】
具体的には、本実施形態のメソポーラスシリカは、相対湿度３０〜７０％において吸収した水分量のほとんどを放出できる。このため、本実施形態のメソポーラスシリカ１ｇ当たりの吸収水分量が０．８ｇ程度となっていることから、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０．２ｇ程度となる。
【００４４】
これに対し、鹿沼土は、相対湿度３０〜１００％において吸収した水分量のほとんどを放水しており、鹿沼土１ｇ当たりの吸収水分量が０．８ｇ程度であることから、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０．１１ｇ程度となる。苔は、相対湿度９５〜１００％において吸収した水分量のほとんどを放水しているため、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０ｇに近い値となる。また、エアコン用のメソポーラスシリカは、相対湿度１０〜３０％において吸収した水分量のほとんどを放水するため、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０ｇに近い値となる。ゼオライトも同様、相対湿度０〜５％において吸収した水分量のほとんどを放水するため、相対湿度３０〜７０％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０ｇに近い値となる。
【００４５】
したがって、本実施形態のメソポーラスシリカが相対湿度３０〜７０％の湿度領域において最も相対湿度の変化量に対する放出水分量が大きくなっていることが判る。
【００４６】
以上説明した本実施形態のメソポーラスシリカを植物生成用吸水保持剤３０として用いることによる効果について説明する。
【００４７】
（１）本実施形態の植物生成用吸水保持剤３０として用いられているメソポーラスシリカは、植物の生育に対して水分の吸収および放出に優れた特性を有する材料となる。このため、本実施形態で示した植物生成用吸水保持剤３０であるメソポーラスシリカを用いることで、砂漠地域などのように降雨量が少ない地域で植樹を行ったとしても、植物が水分を要求する湿度領域において、植物に有用な水分を供給することが可能となる。このため、植物が枯れてしまうことを防止できる。
【００４８】
（２）また、現在、中国などにおいて、植樹が積極的に行われているが、植樹を行っただけでは木が育たないため、水遣りなどのメンテナンスが必要になる。しかしながら、そのメンテナンスが非常に莫大なものとなるため、十分なメンテナンスを行うことが困難である。昨今行われている植樹では、できる限りメンテナンスを行ってはいるものの、植樹したうちの半分程度しか育たないのが現状である。このため、本実施形態のように植物生成用吸水保持剤３０としてメソポーラスシリカを使用することで、雨水やメンテナンスに水遣りしたときの水を長期間にわたって保持でき、長期間にわたって植物に供給することができる。
【００４９】
具体的に雨が降った場合を想定すると、図２中に示したように、例えば雨水のうちの３割程度が地中に浸透し、３割程度は大気中に気化すると考えられるため、多くても３割ないし４割しか植物の成長に寄与していないと言える。このうち、地中に浸透してしまう３割の雨水や大気中に気化する前の雨水を本実施形態に示すメソポーラスシリカに取り込むことができれば、植樹を行った土壌の水分が不足し始めたときに、メソポーラスシリカに保持しておいた水分を供給することができる。
【００５０】
したがって、植物生成用吸水保持剤３０を用いることで、植物への水遣りなどのメンテナンスの回数の低減を図ることが可能になると共に、メンテナンス時に必要とされる水量を低減することが可能となり、メンテナンスに必要な作業の軽減およびコストの削減を図ることが可能となるという効果も得られる。
【００５１】
（３）バイオテクノロジーにより、例えば、自動車部品等に用いられる樹脂製品を植物から製造するに当たり、樹脂製品の原材料となる植物の生産を現在植物が植えられていない地域で行うことが可能となる。このため、現存の植物伐採による自然破壊、地球の砂漠化、二酸化炭素（ＣＯ2）の増加の抑制を図りつつ、樹脂製品の植物からの製造が可能となる。
【００５２】
（４）本実施形態では、メソポーラスシリカの細孔３１内に界面活性剤３３を残したままの状態としている。この界面活性剤３３に含まれる分子が土壌中に溶出し、植物の養分として用いられるため、植物の成長の手助けをすることが可能となる。このような効果は、特に、砂丘・砂地などのように、例えば肥料を供給しても、雨に溶出してしまって地中深くに浸透してしまい、肥料の保持が行えないような場所に有用である。
【００５３】
（５）本実施形態では、植物生成用吸水保持剤３０としてメソポーラスシリカの粉末を用いている。このため、粉末が周囲の土と一体になり、土が硬化することを防止することができ、植物の生育に好ましい土壌、つまり根が成長する空間を維持できる土壌とすることが可能となる。
【００５４】
なお、育った植物の根が植物生成用吸水保持剤３０を通り越してそれよりも深い場所までたどり着くことになった場合、植物生成用吸水保持剤３０から放出された水分を受け取ることができなくなるとも考えられるが、砂漠に近い地域では、黄砂が地表から１ｍ位の深さまで堆積しているものの、それよりも深い場所には地下水脈も眠っており、そこから水分を受け取ることができる。このため、例えば植樹から３年程度たって根が地下水脈まで到達すると、その後は、植物生成用吸水保持剤３０からの水分の供給を受けなくても、木が枯れることはない。
【００５５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、メソポーラスシリカで構成される植物生成用吸水保持剤３０を粉末のまま用いているが、本実施形態では、その粉末を袋状もしくは植木鉢のようなケース状に加工したケース状部材とした場合について説明する。なお、その他の点に関しては、本実施形態の植物生成用吸水保持剤３０は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
図６は、本実施形態の防砂林１０の生育に用いられた土壌の様子を示した部分断面図である。この図に示されるように、防砂林１０の根を囲むように、メソポーラスシリカの粉末を袋状もしくは植木鉢のようなケース状に加工したケース状部材４０が備えられている。袋状のものは、例えば、樹脂材料などに第１実施形態で示したメソポーラスシリカからなる植物生成用吸水保持剤３０を混合して袋に加工することで製造され、鉢植えのようなケース状のものは、例えば、樹脂材料もしくは粘土材料などに第１実施形態で示したメソポーラスシリカを混合して成形型にて成形することで製造される。
【００５７】
このような袋状もしくは鉢植えのようなケース部材４０の植物生成用吸水保持剤３０を用いれば、植樹を行う際に、ケース部材４０ごと行えば良いため、植樹の効率を高めることが可能となる。
【００５８】
また、植物生成用吸水保持剤３０をケース部材４０で構成することにより、根が生える領域を囲んだ状態とすることができる。このため、部分的に植物生成用吸水保持剤３０が無い領域が存在するなどの不具合を減らすことが可能となり、バランス良い水分の供給を行うことが可能となる。
【００５９】
なお、ケース部材４０を完全に穴などが無いもので構成した場合、根がケース部材４０から先に成長しなくなることも懸念される。このため、ケース部材４０を網目状にするなどの対策をとったり、成長した根がケース部材４０を突き破ることができる程度の強度のケース部材４０とする等の対策を採るのが好ましい。
【００６０】
（第３実施形態）
上記第１実施形態では、植物生成用吸水保持剤３０としてメソポーラスシリカを用いる場合について説明したが、シリカヒドロゲルを用いても良い。
【００６１】
シリカヒドロゲルとは、ＳｉＯ2を主成分とし、水分を含有した材料であり、ＳｉＯ2とＨ2Ｏの比率が１：９〜１：３．５４となっており、ＳｉＯ2の含有量が１０〜２２重量％、水分が残部（９０〜７８重量％）として構成されている。このシリカヒドロゲルに関しては、例えば特開昭５８−１３５１１９に示されるものが挙げられるが、この公報に記載されているシリカヒドロゲルを合成したのち、水分を乾燥させない状態のものを植物生成用吸水保持剤３０として用いる。
【００６２】
図７は、シリカヒドロゲルの湿度に対する水分の吸収・放出特性を示したグラフである。参考として、本図中にエアコン用の細孔の非常に小さなメソポーラスシリカやゼオライト、鹿沼土、蘭などの生育に用いられる苔（水苔）の特性についても記載してある。
【００６３】
本実施形態で示すシリカヒドロゲルでは、植物が水分を要求する湿度領域において、高い吸収水分量および高い放出水分量となっており、かつ、そのように高い放出水分量となる湿度領域は植物が水分を要求する湿度領域のうち限定された範囲となっている。具体的には、本実施形態のシリカヒドロゲルの場合には、相対湿度が６０〜１００％程度の時に非常に湿度の変化に対する水分の放出量が非常に多くなっている。このため、本実施形態のシリカヒドロゲルを使用することにより、この湿度領域において水分を要求する植物に対して、最も有用に水分を供給することが可能となる。
【００６４】
具体的には、本実施形態のシリカヒドロゲルは、相対湿度３０〜７０％において吸収した水分量のほとんどを放出できるため、本実施形態のシリカヒドロゲル１ｇ当たりの吸収水分量が１ｇ程度となっているため、相対湿度６０〜１００％の範囲における相対湿度１０％の変化量に対する放出水分量は０．２５ｇ程度となる。
【００６５】
なお、相対湿度が１００％近傍においては、元々雨降り状態のように十分な水分が存在する領域でもあるため、この領域では植物に対して有用な水分を供給できるとは言えないが、それ未満の湿度領域においても、十分に多くの水分を放出することが可能であるため、例えば湿度領域が６０〜８０％において水分を必要とする植物に関しては、有用な水分を供給することが可能になると言える。
【００６６】
また、シリカヒドロゲルに含有される水は、一部ＳｉＯＨのシラノールの状態であるが、大部分がシリカ粒子間の間隙（細孔）に吸着されるため、その水分を植物に供給することが可能である。
【００６７】
（他の実施形態）
上記実施形態では、特に需要が考えられる砂漠などの地域において植物生成用吸水保持剤３０を使用する場合について説明したが、屋上などでの植物栽培などにおいても、本発明で示す植物生成用吸水保持剤３０を適用することが可能である。この場合、植物生成用吸水保持剤３０として使用されるメソポーラスシリカなどが非常に軽く、養分を多く含む材料であるため、屋上などでの植物栽培にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる植物生成用吸水保持剤３０を用いて植えられたポプラ等の防砂林１０を植樹したときの様子を示した斜視図である。
【図２】図１に示す防砂林１０の生育に用いられた土壌の様子を示した部分断面図である。
【図３】植物生成用吸水保持剤３０を構成するメソポーラスシリカの分子構造を示した拡大図である。
【図４】メソポーラスシリカの製造工程を示した図である。
【図５】メソポーラスシリカの湿度に対する水分の吸収・放出特性を示したグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる植物生成用吸水保持剤３０を用いて植えられた防砂林１０の生育に用いられた土壌の様子を示した部分断面図である。
【図７】シリカヒドロゲルの湿度に対する水分の吸収・放出特性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１０…防砂林、２０…農園、３０…植物生成用吸水保持剤、
３１…細孔、４０…ケース部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物（１０）と共に土壌中に設置され、複数の細孔内に水分を吸収すると共に吸収した水分の放出を行うことで、前記植物（１０）への水分の供給を行う植物生成用吸水保持剤であって、
前記植物（１０）が生育のために水分を要求する湿度領域である湿度３０〜１００％の範囲内において、該湿度領域内における相対湿度の変化に対する放出水分量が、該湿度領域の外における相対湿度の変化に対する放出水分量に比較して大きく、かつ、化学的な結合によって吸着することで水分を保持する材料で構成されていることを特徴とする植物生成用吸水保持剤。
【請求項２】
前記材料は、メソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルであることを特徴とする請求項１に記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項３】
前記メソポーラスシリカもしくは前記シリカヒドロゲルに形成された前記細孔は、２０ｎｍ以上かつ１００００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項４】
前記メソポーラスシリカもしくは前記シリカヒドロゲルは粉末状であることを特徴とする請求項２または３に記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項５】
前記メソポーラスシリカもしくは前記シリカヒドロゲルは袋状もしくはケース状のケース部材（４０）に含まれていることを特徴とする請求項２または３に記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項６】
前記細孔内に界面活性剤（３３）が含まれていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の植物生成用吸水保持剤を用いて、該植物生成用吸水保持剤（３０）を前記植物（１０）が生育される土壌中に設置した状態で前記植物（１０）を植えることを特徴とする植物の生育方法。
【請求項１】
植物（１０）と共に土壌中に設置され、複数の細孔内に水分を吸収すると共に吸収した水分の放出を行うことで、前記植物（１０）への水分の供給を行う植物生成用吸水保持剤であって、
前記植物（１０）が生育のために水分を要求する湿度領域である湿度３０〜１００％の範囲内において、該湿度領域内における相対湿度の変化に対する放出水分量が、該湿度領域の外における相対湿度の変化に対する放出水分量に比較して大きく、かつ、化学的な結合によって吸着することで水分を保持する材料で構成されていることを特徴とする植物生成用吸水保持剤。
【請求項２】
前記材料は、メソポーラスシリカもしくはシリカヒドロゲルであることを特徴とする請求項１に記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項３】
前記メソポーラスシリカもしくは前記シリカヒドロゲルに形成された前記細孔は、２０ｎｍ以上かつ１００００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項４】
前記メソポーラスシリカもしくは前記シリカヒドロゲルは粉末状であることを特徴とする請求項２または３に記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項５】
前記メソポーラスシリカもしくは前記シリカヒドロゲルは袋状もしくはケース状のケース部材（４０）に含まれていることを特徴とする請求項２または３に記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項６】
前記細孔内に界面活性剤（３３）が含まれていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の植物生成用吸水保持剤。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の植物生成用吸水保持剤を用いて、該植物生成用吸水保持剤（３０）を前記植物（１０）が生育される土壌中に設置した状態で前記植物（１０）を植えることを特徴とする植物の生育方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２３６３３７（Ｐ２００７−２３６３３７Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６５９５７（Ｐ２００６−６５９５７）
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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