WO2014050765A1 - 人工土壌粒子、人工土壌団粒体、人工土壌成型体、並びに当該人工土壌成型体を使用した緑化用シート、壁面緑化パネル、及び園芸用ブロック - Google Patents

人工土壌粒子、人工土壌団粒体、人工土壌成型体、並びに当該人工土壌成型体を使用した緑化用シート、壁面緑化パネル、及び園芸用ブロック Download PDF

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soil particles
particles
artificial
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石坂　信吉
正行 坪井
真也 川村
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    • A01G24/40—Growth substrates; Culture media; Apparatus or methods therefor characterised by their structure
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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    • C01P2002/20—Two-dimensional structures
    • C01P2002/22—Two-dimensional structures layered hydroxide-type, e.g. of the hydrotalcite-type
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    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/78—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by stacking-plane distances or stacking sequences

Definitions

  • the present invention relates to an artificial soil particle in which a plurality of fillers are aggregated, and an artificial soil aggregate obtained by aggregating the artificial soil particle. Furthermore, the present invention relates to an artificial soil molded body obtained by molding artificial soil particles, a greening sheet, a wall greening panel, and a gardening block using the artificial soil molded body.
  • artificial soil is used for greening the city on the rooftops and balconies of buildings and houses.
  • Urban greening greatly contributes to the purification of the atmosphere and the mitigation of the heat island phenomenon, and also helps to create a comfortable living environment.
  • the soil used as cultivated soil should be lightweight and have water retention, and the workability when constructing on the floor and walls of buildings should be good. It becomes important. Therefore, instead of natural soil having a large weight and poor workability, a vegetation mat and the like using artificial soil that is lightweight, excellent in water retention, and excellent in workability have been developed.
  • the aggregated structure zeolite of Patent Document 1 is obtained by aggregating zeolite to improve water retention in order to use the porous structure and cation exchange capacity of zeolite with poor water retention as artificial soil.
  • Patent Document 2 a porous body having an open cell structure based on an organic polymer material has been developed (see, for example, Patent Document 2).
  • the open-cell porous body of Patent Document 2 is produced by thermally fusing a powdered thermoplastic resin, a binder component, and a surfactant, and has a low-density and open-cell structure. Therefore, it is said that it is easy to show good liquid absorbency.
  • This document describes that this open-cell porous body can be used as a plant culture medium.
  • a vegetation mat used for greening for example, planted soil is slid and filled into the fiber gap of a base mat formed by depositing fibers in a nonwoven fabric shape, the bottom layer is dense, the top layer is There was a vegetation mat in which a density gradient was provided so as to be rough and the lowermost layer was a water retention layer (see, for example, Patent Document 3).
  • water in the vegetation mat is filled by filling the uppermost fiber gap of the base mat with finely planted soil, and filling the lowermost fiber gap with coarsely planted soil. In addition to improving the holding power, it prevents soil runoff due to wind and rain.
  • JP 2000-336356 A (refer to claim 1 in particular) JP 2011-241262 A (refer to paragraphs 0050 to 0052 in particular) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-144749 (refer to paragraph 0015 in particular)
  • a control function capable of appropriately supplying moisture and nutrients to a plant to be cultivated is required while achieving plant growth ability equivalent to that of natural soil. That is, the artificial soil is required to exhibit the basic performance as a soil in a well-balanced manner.
  • the aggregate structure zeolite of Patent Document 1 is obtained by simply mixing and drying a powdered zeolite and a binder in the presence of water. It cannot be said that the structure is acting effectively, and the performance of zeolite is not always exhibited sufficiently. In addition, zeolite is likely to become lumpy during the production of aggregates, and water retention is not always sufficiently enhanced. Water retention, which is one of the basic performances of soil, affects fertilizer retention, so if the water retention capacity of aggregates cannot be sufficiently increased, the porous structure and positive polarity of zeolite related to fertilizer retention It is also difficult to effectively use the ion exchange capacity as artificial soil.
  • the open-cell porous body of Patent Document 2 is obtained by pulverizing a foam of a thermoplastic resin to obtain a raw material powder, and this powder is thermally fused to form a porous body having water absorption. ing.
  • the thermoplastic resin used in Patent Document 2 does not have fertilizer per se, when the generated open-cell porous material is used as artificial soil, the basic performance as soil is well balanced. It cannot be said that it can be demonstrated.
  • the vegetation mat of Patent Document 3 used for greening improves water retention by densely forming the lowermost fiber gap, and fills the lowermost fiber gap with planted soil having a coarse particle size. This prevents outflow of planted soil due to wind and rain.
  • the vegetation mat of Patent Document 3 when the external environment is in a wet state, water is excessively retained in the lowermost layer of the vegetation mat, and thus drainage performance is deteriorated. In such a case, the growth of the plant is inhibited and the building may be adversely affected. Furthermore, the vegetation mat of Patent Document 3 maintains water retention between densely formed fiber gaps and coarsely planted soil.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is capable of exhibiting the basic performance as a well-balanced, high-quality and easy-to-handle artificial soil, that is, artificial soil particles and artificial soil obtained by aggregating them.
  • the purpose is to provide aggregates.
  • the present invention provides an artificial soil molding formed by molding artificial soil particles that are lightweight and easy to handle, and a greening sheet, a wall greening panel, and a gardening block using the artificial soil molding. With the goal.
  • the characteristic configuration of the artificial soil particles according to the present invention for solving the above problems is as follows: Artificial soil particles in which a plurality of fillers having pores on the order of sub-nm to sub- ⁇ m are assembled, A communication hole in the order of sub ⁇ m to sub mm is formed between the fillers, The pores are dispersedly arranged around the communication holes so that the communication holes take in moisture and nutrients from the outside and the pores can receive the nutrients from the communication holes.
  • the pore diameter of the pores of the filler is on the order of sub-nm to sub- ⁇ m, it is possible to effectively incorporate nutrients necessary for improving the quality of plants into the pores. it can.
  • the hole diameter of the communicating hole formed between the aggregated fillers is on the order of sub- ⁇ m to sub-mm, moisture essential for the growth of plants can be effectively absorbed into the communicating hole.
  • the pores are distributed around the communication holes so that the communication holes take in moisture and nutrients from the outside and the pores can receive nutrients from the communication holes. Therefore, mainly the pores can be provided with fertilizer and the communication holes can be provided with water retention.
  • the artificial soil particles of this configuration have a specific relationship between the pores and the communication holes in one particle, and share different functions between the pores and the communication holes. Therefore, it is possible to realize high-quality and functional artificial soil particles that can exhibit the basic performance of the soil in a well-balanced manner (that is, excellent balance between water retention and fertilizer retention). In addition, since such artificial soil particles can appropriately supply moisture and nutrients to the plant to be cultivated, maintenance is not required and handling is easy.
  • the filler is preferably combined in a three-dimensional network so that the total volume of the communication hole is larger than the total volume of the pore.
  • the artificial soil particles of this configuration since the fillers are combined in a three-dimensional network, the structure of the artificial soil particles is stabilized. In addition, since the total volume of the communication holes in the coupled state is larger than the total volume of the pores, the artificial soil particles can be reduced in weight and can be handled easily.
  • a water retention material is introduced into at least a part of the communication hole and that the ion exchange ability is imparted to the pore.
  • the water retention capacity of the communication hole is further increased by introducing the water retention material into at least a part of the communication hole.
  • the fertilizer of a pore improves further by providing ion exchange ability to a pore.
  • the pore diameter is 0.2 to 800 nm, and the communication hole diameter is 0.1 to 500 ⁇ m.
  • the pore diameter is 0.2 to 800 nm, and the pore diameter of the communication hole is 0.1 to 500 ⁇ m. Sufficient moisture can be retained. As a result, artificial soil particles that can withstand long-term use can be realized.
  • the artificial soil particles according to the present invention It preferably has a particle size of 0.2 to 10 mm.
  • the artificial soil particles of this configuration by setting the particle size to 0.2 to 10 mm, it is possible to make the artificial soil easy to handle, particularly suitable for root vegetable cultivation.
  • the characteristic configuration of the artificial soil aggregate according to the present invention for solving the above problems is as follows.
  • the artificial soil particles according to any one of the above are aggregated.
  • the artificial soil aggregate of this configuration since the artificial soil particles of the present invention are agglomerated, the basic performance as soil can be exerted in a well-balanced manner (that is, in balance between water retention and fertilizer retention). Excellent), high quality and functional artificial soil aggregate can be realized. Moreover, since such an artificial soil aggregate can supply a water
  • the characteristic configuration of the artificial soil molded body according to the present invention for solving the above problems is as follows: The artificial soil particles according to any one of the above are formed.
  • the artificial soil molded body of this configuration since the artificial soil particles of the present invention are molded, the basic performance as artificial soil (balance between water retention and fertilizer retention) is excellent, There is no need for maintenance. Moreover, since it is lightweight and realizes good drainage, it is easy to handle.
  • the characteristic configuration of the greening sheet according to the present invention for solving the above problems is as follows. It exists in having laid the said artificial soil molded object in the sheet form.
  • the artificial soil molded body of the present invention since the artificial soil molded body of the present invention is laid in a sheet shape, it is lightweight and easy to handle. Such a greening sheet can be easily applied to a floor surface and a wall surface on the roof or balcony of a building. Moreover, since the artificial soil molded body which comprises the sheet
  • the characteristic configuration of the wall greening panel according to the present invention for solving the above problems is as follows:
  • the artificial soil molded body is held by a frame.
  • the artificial soil molded body of the present invention is held by the frame, it is lightweight and easy to handle.
  • Such a wall greening panel can be easily constructed on a floor surface and a wall surface on the roof or balcony of a building.
  • the artificial soil molding which comprises a wall surface greening panel is equipped with water retention property and fertilization property, a water
  • the characteristic configuration of the horticultural block according to the present invention for solving the above problems is as follows: It exists in having laminated
  • the artificial soil molded body of the present invention is laminated in a block shape, it is lightweight and easy to handle.
  • Such a horticultural block can be easily constructed on a floor surface and a wall surface of a building rooftop or balcony.
  • the artificial soil molding which comprises a horticultural block has water retention property and fertilization property, a water
  • FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing the artificial soil particles of the present invention.
  • FIG. 2 is a model diagram conceptually showing the positional relationship between the pores and the communicating holes of the artificial soil particles of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the artificial soil aggregate of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the artificial soil molded body of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the greening sheet of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a state in which a plant is planted on the greening sheet of the present invention.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the wall greening panel of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the gardening block of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing the measurement results of the pore size distribution of the artificial soil particles or artificial soil aggregates of the present invention by mercury porosimetry.
  • FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing an artificial soil particle 10 of the present invention.
  • FIG. 1A illustrates an artificial soil particle 10 using a zeolite 1a, which is a porous natural mineral, as the filler 1.
  • FIG. 1B illustrates an artificial soil particle 10 using a hydrotalcite 1 b that is a layered natural mineral as the filler 1. Note that the symbols x, y, and z shown in FIG. 1 represent the sizes of the pore 2, the communication hole 3, and the artificial soil particle 10 described later, respectively, but the sizes of x, y, and z on the drawing. Does not reflect the actual size.
  • Artificial soil particles 10 are a plurality of fillers 1 assembled into a granular shape. It is not essential that the fillers 1 in the artificial soil particles 10 are in contact with each other, and if a relative positional relationship within a certain range is maintained through a binder or the like in one particle, It can be considered that a plurality of fillers 1 are aggregated to form a granular shape.
  • the filler 1 constituting the artificial soil particle 10 has a large number of pores 2 from the surface to the inside.
  • the pore 2 includes various forms. For example, when the filler 1 is the zeolite 1a shown in FIG. 1 (a), the voids 2a existing in the crystal structure of the zeolite 1a are the pores 2, and the hydrotalcite 1b shown in FIG.
  • the interlayer 2b existing in the layer structure of the hydrotalcite 1b is the pore 2. That is, in the present invention, “pores” mean voids, interlayers, spaces, etc. existing in the structure of the filler 1, and these are not limited to “pore-like” forms.
  • the size of the pores 2 of the filler 1 (the average value of the size x of the void 2a or the interlayer 2b shown in FIG. 1) is in the order of sub nm to sub ⁇ m.
  • the size of the pores 2 can be set to about 0.2 to 800 nm, but when the filler 1 is the zeolite 1a shown in FIG. 1 (a), the voids 2a present in the crystal structure of the zeolite 1a.
  • the size (diameter) is about 0.3 to 1.3 nm.
  • the size (distance) of the interlayer 2b existing in the layer structure of the hydrotalcite 1b is about 0.3 to 3.0 nm.
  • an organic porous material which will be described later, can also be used as the filler 1, and the diameter x of the pores 2 in that case is about 0.1 to 0.8 ⁇ m.
  • the size of the pores 2 of the filler 1 is optimal using a gas adsorption method, a mercury intrusion method, a small-angle X-ray scattering method, an image processing method, or a combination of these methods depending on the state of the object to be measured. Measured by the method.
  • the filler 1 is preferably made of a material in which the pores 2 have an ion exchange ability so that the artificial soil particles 10 have sufficient fertilizer.
  • a material imparted with ion exchange ability a material imparted with cation exchange ability, a material imparted with anion exchange ability, or a mixture of both can be used.
  • a porous material that does not have ion exchange capacity for example, polymer foam, glass foam, etc.
  • press-fit the material with the above ion exchange capacity into the pores of the porous material It is also possible to introduce it by impregnation or the like and use it as the filler 1.
  • the material imparted with the cation exchange ability include cation exchange minerals, humus, and cation exchange resins.
  • the material imparted with the anion exchange ability include anion exchange minerals and anion exchange resins.
  • Examples of the cation exchange mineral include smectite minerals such as montmorillonite, bentonite, beidellite, hectorite, saponite, and stevensite, mica minerals, vermiculite, and zeolite.
  • Examples of the cation exchange resin include a weak acid cation exchange resin and a strong acid cation exchange resin. Among these, the zeolite or bentonite used in this embodiment is preferable.
  • the cation exchange mineral and the cation exchange resin can be used in combination of two or more.
  • the cation exchange capacity of the cation exchange mineral and the cation exchange resin is set to 10 to 700 meq / 100 cc, preferably 20 to 700 meq / 100 cc, and more preferably 30 to 700 meq / 100 cc.
  • the cation exchange capacity is less than 10 meq / 100 cc, nutrients cannot be taken in sufficiently, and the taken-up nutrients may be lost early due to irrigation or the like.
  • the fertilizer is excessively increased so that the cation exchange capacity exceeds 700 meq / 100 cc, the effect is not greatly improved and it is not economical.
  • Anion-exchange minerals include, for example, natural layered double hydroxides that have double hydroxides as the main skeleton such as hydrotalcite, manaceite, pyroaulite, sjoglenite, patina, synthetic hydrotalcite and hydrotalcite-like Materials, clay minerals such as allophane, imogolite, kaolin and the like.
  • the anion exchange resin include weakly basic anion exchange resins and strong basic anion exchange resins. Among these, the hydrotalcite used in this embodiment is preferable.
  • An anion exchange mineral and an anion exchange resin can be used in combination of two or more.
  • the anion exchange capacity in the anion exchange mineral and the anion exchange resin is set to 5 to 500 meq / 100 cc, preferably 20 to 500 meq / 100 cc, more preferably 30 to 500 meq / 100 cc.
  • the anion exchange capacity is less than 5 meq / 100 cc, nutrients cannot be taken in sufficiently, and the taken-up nutrients may be washed away early due to irrigation or the like.
  • the fertilizer is excessively increased so that the anion exchange capacity exceeds 500 meq / 100 cc, the effect is not greatly improved and it is not economical.
  • a binder is used to collect a plurality of fillers 1 to form a granular material (artificial soil particle 10). Can be granulated. Formation of artificial soil particles 10 using a binder is performed by adding a binder or a solvent to the filler 1 and mixing the mixture, introducing the mixture into a granulator, rolling granulation, fluidized bed granulation, stirring granulation, compression granulation. It can be performed by a known granulation method such as granulation, extrusion granulation, crushing granulation, melt granulation, spray granulation or the like.
  • the obtained granulated body is dried and classified as needed, and the artificial soil particle 10 is completed.
  • a binder is added to the filler 1 and, if necessary, a solvent or the like is added and kneaded, and the resulting dried block is pulverized as appropriate with a mortar and pestle, hammer mill, roll crusher or the like It is also possible to obtain a granular material.
  • This granular material can be used as the artificial soil particle 10 as it is, but it is preferable to adjust to a desired particle size by sieving.
  • Organic binders include, for example, synthetic resin binders such as polyolefin binders, polyvinyl alcohol binders, polyurethane binders, polyvinyl acetate binders, polysaccharides such as starch, carrageenan, xanthan gum, gellan gum, alginic acid, and animal properties such as glue. Examples include natural product-based binders such as proteins. Examples of the inorganic binder include silicate binders such as water glass, phosphate binders such as aluminum phosphate, borate binders such as aluminum borate, and hydraulic binders such as cement. An organic binder and an inorganic binder can be used in combination of two or more.
  • the artificial soil particles 10 may be formed by the same method as the above-described filler granulation method using a binder, but the filler 1 constitutes the filler 1. It is also possible to form the artificial soil particles 10 by heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the organic porous material (polymer material or the like) to be fused and granulating the surfaces of the plurality of fillers 1 by heat fusion. is there. In this case, a granular material in which a plurality of fillers 1 are assembled can be obtained without using a binder.
  • an organic porous material for example, an organic polymer foam obtained by foaming an organic polymer material such as polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl alcohol, and cellulose, and the powder of the organic polymer material is heated and melted.
  • An organic polymer porous body having an open cell structure is exemplified.
  • a gelation reaction of a polymer gelling agent can be used.
  • the gelation reaction of the polymer gelling agent include a gelation reaction of alginate, propylene glycol alginate, gellan gum, glucomannan, pectin, or carboxymethylcellulose (CMC) and a polyvalent metal ion, carrageenan, agar, Examples thereof include a gelation reaction by a double helix structuring reaction of polysaccharides such as xanthan gum, locust bean gum, and tara gum.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • Sodium alginate which is one of alginates, is a neutral salt in which the carboxyl group of alginic acid is bonded to Na ions. Alginic acid is insoluble in water, but sodium alginate is water soluble.
  • an aqueous sodium alginate solution is added to an aqueous solution of polyvalent metal ions (for example, Ca ions), ionic crosslinking occurs between the molecules of sodium alginate and gelation occurs.
  • the gelation reaction can be performed by the following steps.
  • an alginate aqueous solution is prepared by dissolving alginate in water, filler 1 is added to the alginate aqueous solution, and this is sufficiently stirred to form a mixed solution in which filler 1 is dispersed in the alginate aqueous solution. .
  • the mixed solution is dropped into the polyvalent metal ion aqueous solution, and the alginate contained in the mixed solution is gelled in a granular form. Thereafter, the gelled particles are collected, washed with water, and sufficiently dried. Thereby, the artificial soil particle 10 as the granular material which the filler 1 disperse
  • alginates examples include sodium alginate, potassium alginate, and ammonium alginate. These alginate can be used in combination of two or more.
  • the concentration of the alginate aqueous solution is 0.1 to 5% by weight, preferably 0.2 to 5% by weight, more preferably 0.2 to 3% by weight. When the concentration of the alginate aqueous solution is less than 0.1% by weight, the gelation reaction hardly occurs. When the concentration exceeds 5% by weight, the viscosity of the alginate aqueous solution becomes too large. In addition, it is difficult to drop the mixed solution into the aqueous solution of the polyvalent metal ion.
  • the polyvalent metal ion aqueous solution to which the alginate aqueous solution is dropped may be a divalent or higher metal ion aqueous solution that reacts with the alginate and causes gelation.
  • Examples of such polyvalent metal ion aqueous solutions include aqueous chloride solutions of polyvalent metals such as calcium chloride, barium chloride, strontium chloride, nickel chloride, aluminum chloride, iron chloride, cobalt chloride, calcium nitrate, barium nitrate, aluminum nitrate.
  • Nitrate aqueous solutions of polyvalent metals such as iron nitrate, copper nitrate and cobalt nitrate, lactate aqueous solutions of polyvalent metals such as calcium lactate, barium lactate, aluminum lactate and zinc lactate, aluminum sulfate, zinc sulfate, cobalt sulfate etc.
  • An aqueous solution of a valent metal sulfate is mentioned.
  • These polyvalent metal ion aqueous solutions can be used in combination of two or more.
  • the concentration of the polyvalent metal ion aqueous solution is 1 to 20% by weight, preferably 2 to 15% by weight, more preferably 3 to 10% by weight. When the concentration of the polyvalent metal ion aqueous solution is less than 1% by weight, the gelation reaction hardly occurs. When the concentration exceeds 20% by weight, it takes time to dissolve the metal salt and excessive materials are used. Not economical.
  • the granular material obtained by each method illustrated above constitutes the artificial soil particle 10 of the present invention in which a plurality of fillers 1 having pores 2 in the order of sub-nm to sub- ⁇ m are assembled.
  • the particle size of the artificial soil particles 10 (average value of the size z of the artificial soil particles 10 shown in FIG. 1) is 0.2 to 10 mm, preferably 0.5 to 5 mm, more preferably 1 to 5 mm. is there. Adjustment of the particle size of the artificial soil particle 10 can be performed by classification with a sieve, for example.
  • a communication hole 3 is formed between the plurality of fillers 1 constituting the artificial soil particle 10.
  • the particle diameter of the artificial soil particles 10 is less than 0.2 mm, the gap between the artificial soil particles 10 is reduced and the drainage performance is lowered, so that the plant to be cultivated may hardly absorb oxygen from the roots.
  • the particle size of the artificial soil particles 10 exceeds 10 mm, the gap between the artificial soil particles 10 becomes large and the drainage property becomes excessive, so that it becomes difficult for the plant to absorb moisture, or the artificial soil particles 10 There is a risk that the plant will fall on its side.
  • the size of the communication hole 3 (the average value of the distance y between adjacent fillers 1 shown in FIG. 1) can vary depending on the type, composition, and granulation conditions of the filler 1 and the binder. Become.
  • the size of the communication hole 3 can be set to about 0.1 to 500 ⁇ m, but the filler 1 is the zeolite 1a shown in FIG. 1 (a) or the hydrotalcite 1b shown in FIG. 2 (b).
  • the size of the communication hole 3 is 0.1 to 20 ⁇ m.
  • the size of the communication hole 3 is measured by an optimal method using a gas adsorption method, a mercury intrusion method, a small-angle X-ray scattering method, an image processing method, or a combination of these methods depending on the state of the measurement object. can do.
  • the particle diameter of the artificial soil particle 10 can be measured using, for example, optical microscope observation and an image processing method.
  • the size of the communication hole 3 and the particle size of the artificial soil particle 10 were measured by the following measurement method.
  • the artificial soil particles to be measured are observed together with a scale with a microscope, and the microscope image is acquired using image processing software (two-dimensional image analysis processing software “WinROOF”, manufactured by Mitani Corporation).
  • 100 artificial soil particles are selected from the image and the outline of the communication hole or artificial soil particle is traced.
  • the diameter of the equivalent circle is calculated from the circumference of the traced figure.
  • the average of the diameters (100) of the equivalent circles obtained from the respective communicating holes or artificial soil particles is defined as the average size (unit: pixel).
  • the average size is compared with the scale in the microscopic image, converted into a unit length ( ⁇ m order to mm order), and the size of the communication hole or the particle size of the artificial soil particles is calculated.
  • the artificial soil particle 10 of the present invention is unique in that a specific relationship is provided between the pore 2 of the filler 1 and the communication hole 3 formed between the filler 1 in one particle.
  • the pores 2 and the communication holes 3 existing in the artificial soil particle 10 are arranged so that the communication holes 3 take in moisture and nutrients from the outside, and the pores 2 can receive nutrients from the communication holes 3. Are distributed around the communication hole 3.
  • FIG. 2 is a model diagram conceptually showing the positional relationship between the pore 2 and the communication hole 3 of the artificial soil particle 10 of the present invention.
  • FIG. 2 models the internal structure of the artificial soil particle 10 shown in FIG. 1, but does not reflect the actual internal structure of the artificial soil particle 10 as it is.
  • the pores 2 are dispersedly arranged around the communication holes 3.
  • the pores 2 are connected to the communication holes 3 and the pores 2 connected to the communication holes 3. Is present substantially throughout the periphery of the communication hole 3. For example, referring to FIG. 2A, a large number of pores 2 of size x are connected to a communication hole 3 of size y, and a large number of pores 2 extend along the entire length of the communication hole 3.
  • the existing state is shown.
  • Such a specific positional relationship between the pore 2 and the communication hole 3 is a great feature of the present invention.
  • This specific positional relationship may be approximately half or more of the pores 2 and the communication holes 3.
  • FIG. 2A for the sake of space, a specific positional relationship between the pore 2 and the communication hole 3 is shown two-dimensionally, but the actual artificial soil particle 10 has a three-dimensional spread.
  • the above-described specific positional relationship is formed.
  • the conditions for causing the specific positional relationship between the pores 2 and the communication holes 3 to appear have not yet been clarified yet.
  • a material having high crystallinity can be selected as the filler 1
  • a material having a unique crystal structure is selected as the filler 1
  • a plurality of types are used as the filler 1 in a specific combination, the crystal structure or layer structure of the filler 1 is controlled, or the filler 1 is oriented. Possibility to make it appear stronger by processing, adding a specific additive when granulating the filler 1 or optimizing the granulation method (granulation conditions) of the filler 1 It is thought that there is.
  • FIGS. 2 (a) to (c) show the state in which moisture W and nutrients K, N, and P are taken into the artificial soil particles 10 from outside.
  • nutrient K represents potassium
  • nutrient N represents nitrogen
  • nutrient P represents phosphorus.
  • the artificial soil particles 10 are connected to the communication holes 3 and the communication holes 3.
  • the connecting pores 2 are voids.
  • the artificial soil particles 10 come into contact with the moisture W containing the nutrients K, N, and P, the moisture W and the nutrients K, N, and P are first taken into the communication holes 3 as shown in FIG.
  • the communication hole 3 is sufficiently wet, as shown in FIG. 2 (c), among the water W and the nutrients K, N, and P taken into the communication hole 3, the nutrients K, N, and P are the communication holes. 3 to the pore 2.
  • the artificial soil particle 10 of the present invention nutrients K, N, and P are mainly taken into the pores 2 and moisture W is held in the communication holes 3 so that the pores 2 are mainly responsible for fertilization.
  • the communication hole 3 is responsible for water retention.
  • the pores 2 and the communication holes 3 of the artificial soil particles 10 are preferably configured so that the total volume of the communication holes 3 is larger than the total volume of the pores 2. This is to ensure sufficient water retention of the communication holes 3 and to smoothly move nutrients from the communication holes 3 to the pores 2. Moreover, since the artificial soil particle 10 will become lightweight if the total volume of the communicating hole 3 becomes larger than the total volume of the pore 2, the bulk density will become small and the handling as artificial soil will also become easy. In order to make the total volume of the communication hole 3 larger than the total volume of the pore 2, the filler 1 is combined in a three-dimensional network.
  • the filler 1 when the filler 1 is granulated, for example, a porous binder is used, or the filler 1 is dried by a freeze-drying method or the like. This can be done by combining them.
  • the plurality of fillers 1 are three-dimensionally bonded while forming a large number of voids, and a filler aggregate (artificial soil particle 10) having a three-dimensional network structure is formed.
  • Filler aggregates combined in a three-dimensional network form are suitably used as artificial soil particles 10 that have the strength necessary for cultivation of root vegetables because they are low in bulk density and are light and structurally stable. it can.
  • the basic performance as soil such as water retention, fertilizer retention, drainage, and breathability is good, and artificial soil with high added value can be obtained.
  • the strength of the artificial soil particle 10 can be evaluated by a volume change rate by repeatedly applying a compressive load.
  • the artificial soil particle 10 of the present invention is designed such that the volume change rate after repeated application of a compressive load of 25 KPa is 20% or less. A preferable volume change rate is 15% or less.
  • the volume change rate exceeds 20%, the artificial soil particles 10 are easily pulverized when the planter is filled with artificial soil or seedlings are transplanted, and the structure of the artificial soil particles 10 (the pores 2 of the filler 1). May be dispersed around the communication holes 3 between the plurality of fillers 1, and the filler 1 may be lost in a three-dimensional network structure. As a result, the balance between water retention and fertilizer retention is lost. Further, when the structure of the artificial soil particles 10 is lost, the artificial soil is easily compacted, which may adversely affect the cultivation of root vegetables.
  • the artificial soil particle 10 of the present invention is suitable for cultivation of root vegetables, since it has excellent water retention as artificial soil, it is used for the cultivation of leafy vegetables that have been mainly hydroponically cultivated so far. It is also possible to apply.
  • the water retention capacity of the artificial soil can be evaluated based on the water retention capacity.
  • the water retention amount is obtained as a water retention amount (%) per 100 mL of artificial soil particles.
  • the artificial soil particle 10 of the present invention has a unique structure in which the pores 2 of the filler 1 are dispersedly arranged around the communication holes 3 between the plurality of fillers 1 and the filler 1 is combined in a three-dimensional network.
  • the water retention amount can be set to 20 to 70%.
  • the air permeability can be expressed by the gas phase rate of the artificial soil in a dry state.
  • the gas phase rate of the artificial soil using the artificial soil particles 10 of the present invention can be set to be 20 to 80%.
  • a preferable gas phase rate is 30 to 80%, and a more preferable gas phase rate is 30 to 70%.
  • the gas phase rate is less than 20%, the amount of air supplied to the plant root is insufficient, and when it exceeds 80%, there is a possibility that sufficient water retention cannot be secured.
  • One method for improving the water retention of the communication hole 3 is to introduce a water retention material into the communication hole 3 of the artificial soil particle 10.
  • the water retention material can be introduced, for example, by filling the entire communication hole 3 with a water retention material or coating the surface of the communication hole 3 with a film of the water retention material.
  • the water retaining material only needs to be present in at least a part of the communication hole 3.
  • the water-retaining material is introduced by mixing and granulating a water-retaining polymer material, or preparing a polymer solution by dissolving the water-retaining polymer material in a solvent, It is carried out by impregnating the artificial soil particles 10.
  • polymer materials that can be used as water-retaining materials include synthetic polymer water-retaining properties such as polyacrylate polymers, polysulfonate polymers, polyacrylamide polymers, polyvinyl alcohol polymers, and polyalkylene oxide polymers.
  • synthetic polymer water-retaining properties such as polyacrylate polymers, polysulfonate polymers, polyacrylamide polymers, polyvinyl alcohol polymers, and polyalkylene oxide polymers.
  • natural polymeric water-retaining materials such as materials, polyaspartate-based polymers, polyglutamate-based polymers, polyalginate-based polymers, cellulose-based polymers, and starches. These water retaining materials can be used in combination of two or more.
  • the solvent that dissolves the polymer material which is a water-retaining material, has a high solubility depending on the polymer material used, that is, a combination in which the solubility parameter (SP value) is close between the polymer material and the solvent is appropriate. Selected. For example, a combination in which the difference between the SP value of the polymer material and the SP value of the solvent is 5 or less (eg, a combination of nitrocellulose having an SP value of about 10 and methanol having an SP value of about 14.5) Is selected.
  • solvents include methanol, ethanol, isopropanol, butanol, ethyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone. These solvents can be used in combination of two or more.
  • Another method for improving the water retention of the communication hole 3 is to use a water retention filler for a part or all of the filler 1 as a raw material when the artificial soil particles 10 are prepared.
  • the generated artificial soil particles 10 themselves have water retention properties, so that a special post-treatment for improving the water retention properties is not necessary.
  • Hydrophilic fillers and porous granular materials can be used as water retention fillers, and examples of hydrophilic fillers include zeolite, smectite minerals, mica minerals, talc, silica, and double hydroxides.
  • the porous particulate material include foamed glass, porous metal, porous ceramic, polymer porous body, and hydrophilic fiber.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the artificial soil aggregate 100 of the present invention.
  • the artificial soil aggregate 100 which aggregated the artificial soil particle 10 using the zeolite 1a shown to Fig.1 (a) is illustrated.
  • the artificial soil aggregate 100 has a cluster structure in which a plurality of artificial soil particles 10 are connected.
  • the cluster structure is obtained by bonding a plurality of artificial soil particles 10 with a secondary binder.
  • the secondary binder used for the agglomeration can be the same as the binder (primary binder) used in the formation of the artificial soil particles 10, but may be a different type of binder.
  • the size of the artificial soil aggregate 100 (average value of the size w of the artificial soil aggregate 100 shown in FIG. 3) is 0.4 to 20 mm, preferably 0.5 to 18 mm, more preferably 1 ⁇ 15 mm.
  • the size of the artificial soil aggregate 100 is less than 0.4 mm, the gap between the artificial soil particles 10 constituting the artificial soil aggregate 100 is reduced and the drainage performance is reduced, so that the plant to be cultivated from the roots. There is a risk that it may be difficult to absorb oxygen.
  • the size of the artificial soil particle 10 exceeds 20 mm, the drainage property becomes excessive, and the plant may not easily absorb moisture, or the artificial soil aggregate 100 may be sparse and the plant may fall down. There is.
  • the size of the artificial soil aggregate 100 is measured using, for example, an optical microscope observation and an image processing method. In the present embodiment, the size of the artificial soil aggregate 100 is measured by the measurement method using the image processing described above, similarly to the size of the communication hole 3 and the particle size of the artificial soil particle 10.
  • the artificial soil aggregate 100 obtained by agglomerating the artificial soil particles 10 of the present invention has an excellent balance between water retention and fertilizer retention, and appropriately supplies moisture and nutrients to the plant to be cultivated. Can be supplied. Therefore, the artificial soil aggregate 100 of the present invention is useful as artificial soil that does not require maintenance and is easy to handle.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the artificial soil molded body 150 of the present invention.
  • a dotted circle shown in FIG. 4 is a partially enlarged view of the artificial soil particle 10 constituting the artificial soil molded body 150, and represents a cross section of the artificial soil particle 10.
  • the artificial soil molded body 150 is obtained by molding a plurality of artificial soil particles 10 into a predetermined shape.
  • the artificial soil molded body 150 can be processed into various shapes such as a sheet shape, a block shape, a plate shape, a belt shape, a spherical shape, a rod shape, and an indeterminate shape depending on applications.
  • the artificial soil molded body 150 has a certain gap 11 between adjacent artificial soil particles 10. Since this gap 11 allows air and water to pass therethrough, excess water can be discharged while holding water necessary for the plant. When the artificial soil molded body 150 is in a wet state, excess moisture is discharged from the gap 11, and when the artificial soil molded body 150 is in a dry state, moisture existing in the surroundings due to the capillary phenomenon of the gap 11. Can suck up. As described above, the artificial soil molded body 150 achieves excellent air permeability and drainage by the gaps 11 formed between the adjacent artificial soil particles 10. In addition, the gap 11 provides a space for the plant roots to grow, so that the plant roots can be easily stretched, and thus the plant growth can be promoted.
  • Examples of the molding method of the artificial soil molded body 150 include a method in which a secondary binder is added to the artificial soil particles 10 and kneaded, and the mixture is adjusted to a predetermined shape and dried.
  • a secondary binder the same binder (primary binder) used in the formation of the artificial soil particles 10 can be used, but different types of binders may be used.
  • the addition amount of the secondary binder can be, for example, 1 to 30% by weight.
  • the added amount of the secondary binder is less than 1% by weight, the binding force between the artificial soil particles 10 may be insufficient, and if the added amount of the secondary binder exceeds 30% by weight, the gap between the artificial soil particles 10 11 becomes small, and there is a possibility that the drainage property of the artificial soil molded body 150 may deteriorate.
  • a flexible granular material for example, a crushed product of polyurethane foam
  • the elongation of the root of the plant is not hindered, and the gap between the artificial soil particles 10 constituting the artificial soil molded body 150 can be expanded in accordance with the elongation of the root.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the greening sheet 200 of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a state in which the plant 24 is planted on the greening sheet 200 shown in FIG.
  • the greening sheet 200 is obtained by laying the artificial soil molded body 150 described above in a sheet shape.
  • FIG. It has the structure provided with the water-permeable sheet 20 to support and the planting base layer 21 which laminated
  • the planting base layer 21 is formed in two layers as shown in FIG.
  • a drainage layer 22 in which artificial soil particles 10 having a large particle size are stacked is formed in a lower layer, and a water retention layer 23 in which artificial soil particles 10 having a small particle size are stacked is formed in an upper layer.
  • the water-permeable sheet 20 is comprised with the material which can permeate
  • the plant 24 can use water stored in the upper water retention layer 23.
  • the water retention layer 23 retains moisture in the communication holes 3 of the artificial soil particles 10 and also retains moisture in the gaps 11 where the artificial soil particles 10 are densely formed. Can be supplied.
  • excess water contained in the gap 11 can be discharged while retaining water necessary for the plant 24 in the artificial soil particle 10, so that air permeability is secured to the root of the plant 24.
  • root rot of the plant 24 can be prevented.
  • the drainage layer 22 is roughly filled with the artificial soil particles 10, the roots of the plants 24 are easily stretched, and the plants 24 can be prevented from falling down.
  • the thickness of the greening sheet 200 can be easily adjusted and handled easily. For this reason, the workability
  • Many kinds of plants 24 can be cultivated by appropriately adjusting the thickness of the greening sheet 200.
  • the greening sheet 200 can adjust the thickness of the sheet more widely by using the artificial soil particles 10 to which the water retention material is added.
  • the thickness of the greening sheet 200 is different depending on the type of plant, that is, the depth of the root when used on the roof of a building or a house, or the floor of a balcony. Is preferable, and 30 to 100 mm is more preferable.
  • the structure of the planting base layer 21 can be appropriately changed depending on the use place and use form of the greening sheet 200.
  • the planting base layer 21 may be divided into three or more layers to change the density of the artificial soil particles 10, and the planting base layer 21 has a continuous density gradient in the thickness direction from the upper layer to the lower layer. You may form so that it may have. Or you may form so that the planting base layer 21 may become the same density in the thickness direction.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the wall surface greening panel 300 of the present invention.
  • the wall surface greening panel 300 is obtained by holding the above artificial soil molded body 150 on the frame body 30.
  • the artificial soil molded body 150 is disposed in the recess 31 formed in the frame body 30.
  • the artificial soil molded body 150 is provided with, for example, a plurality of hooks (not shown) in the recess 31 so that the artificial soil molded body 150 does not fall from the frame 30, and the artificial soil molded body 150 is held by being hooked on the hooks. ing.
  • the artificial soil molded body 150 is planted with plants 24 throughout, and when the plants 24 grow, the front surface of the wall greening panel 300 is substantially covered with the plants 24 and is greened.
  • the frame 30 used for the wall greening panel 300 is made of a lightweight material having water resistance and corrosion resistance so that it can be used outdoors.
  • the material of the frame 30 include synthetic resin materials such as polyethylene resin, polystyrene resin, PET resin, and ABS resin, lightweight metal materials such as aluminum alloy and magnesium alloy, and wood such as cedar, cypress, and bamboo. .
  • the frame body 30 used for the wall surface greening panel 300 of the present embodiment is configured to be rectangular when viewed from the front.
  • the shape and structure of the frame body 30 is such that the wall surface greening is performed. It can be changed as appropriate according to the situation of the location.
  • the structure of the artificial soil molded body 150 is stable, if the artificial soil molded body 150 is light to some extent, a reinforcing tape instead of the frame body 30 is wrapped around the artificial soil molded body 150.
  • the configuration of the frame body 30 can be simplified or omitted.
  • wall greening suitable for the situation of the place where the wall greening panel 300 is installed can be performed by combining the wall greening panels 300 of various forms.
  • the wall surface greening panel 300 when the wall surface greening panel 300 is attached to a vertical wall surface, when water is sprayed on the wall surface greening panel 300, the water held in the artificial soil molded body 150 falls by gravity.
  • the portion located above the wall greening panel 300 in the vertical direction is likely to dry, and the portion located below the vertical direction may be excessively watery due to water falling from above. Therefore, in the wall greening panel 300, the artificial soil is provided with a density gradient so that the density of the artificial soil particles 10 positioned in the upper vertical direction is dense and the density of the artificial soil particles 10 positioned in the lower vertical direction is coarse. It is also possible to configure the molded body 150.
  • the wall surface greening panel 300 is configured using such an artificial soil molded body 150, the unevenness of moisture held between the upper and lower sides in the vertical direction of the wall surface greening panel 300 is reduced, and plants are grown evenly on the entire wall surface. It becomes possible to make it.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the gardening block 400 of the present invention.
  • the horticultural block 400 is obtained by stacking the above artificial soil molded body 150 into a block shape.
  • the artificial soil molded body 150 is configured in the shape of a container for plant cultivation. It is.
  • the molding method of the artificial soil molded body 150 can be used.
  • a concave planting portion 40 for planting a plant is formed.
  • the gardening block 400 can be commercialized as a plant pot in which artificial soil and plants are integrated.
  • the horticultural block 400 can be added with a synthetic polymer material or a natural polymer material that can function as a water retention material when the artificial soil particles 10 are molded so that the irrigated water does not leak to the outside.
  • the same water retaining material as that used for the artificial soil particles 10 can be used as the water retaining material, but a different type of water retaining material may be used.
  • the horticultural block 400 can also be configured with a two-layer structure including an outer portion and an inner portion.
  • a layer with high water retention is formed by adding a water retention material to the outer side
  • a layer with high fertilization is formed by adding a material having ion exchange capacity to the inner side.
  • water does not leak to the outside of the horticultural block 400 even when irrigated while ensuring the water permeability and air permeability of the inner part.
  • a fertilizer is added to the planting part 40 of the gardening block 400, since an inner part has fertilizer, the plant can absorb nutrients reliably.
  • the artificial soil molded body, the greening sheet, the wall greening panel, and the horticultural block of the present invention are configured based on the artificial soil particles and the artificial soil aggregate of the present invention. Therefore, in the examples, the artificial soil particles and artificial soil aggregates of the present invention will be particularly described.
  • the artificial soil particles of the present invention were prepared by different granulation methods (granulation method, pulverization method, gelation method). Further, as Example 4, the artificial soil particles of the present invention were aggregated to prepare the artificial soil aggregate of the present invention. The characteristics of artificial soil particles and artificial soil aggregates were evaluated by the methods shown in the following (1) to (6).
  • Pore size The pore size of the pores of the filler constituting the artificial soil particles was measured by a gas adsorption method.
  • the pore diameter (pore diameter distribution) of the communication holes formed between the plurality of fillers was measured by a mercury intrusion method. The pore size distribution will be described in detail later in “Pore size distribution of artificial soil particles”.
  • Cation exchange capacity An artificial soil particle extract was prepared using a general-purpose extraction and filtration device “CEC-10 Ver.2” manufactured by Fujihira Kogyo Co., Ltd., and this was used as a sample for cation exchange capacity measurement. did. Then, the cation exchange capacity (CEC) of the artificial soil particles was measured using a comprehensive soil and crop body analyzer “SFP-3” manufactured by Fujihira Kogyo Co., Ltd.
  • Anion exchange capacity 20 mL of 0.05 M calcium nitrate solution was added to 2 g of the artificial soil particles and stirred for 1 hour. The solution was centrifuged (10,000 rpm) at room temperature for 1 minute, and the supernatant was used as a measurement sample. About the sample for a measurement, the light absorbency of wavelength 410nm was measured using the ultraviolet visible spectrophotometer, and the calcium nitrate density
  • AEC anion exchange capacity
  • the strength of the artificial soil particles was evaluated based on the volume change rate due to repeated addition of compressive load.
  • the volume change rate was determined by the following method. A sample cylinder (inner diameter: about 5 cm, height: about 5 cm, volume: 100 mL) for soil evaluation is filled with 100 mL of artificial soil as a sample, and a cylindrical weight (weight: 5 kg) slightly smaller in diameter than the sample cylinder was slowly placed on top of the sample. In that state, it was left for 60 seconds, and the weight was removed. These operations were repeated 10 times (repeated compression load 25 KPa).
  • Vapor rate A sample was prepared by immersing artificial soil composed of artificial soil particles in tap water for 24 hours to obtain a saturated water content, and the sample was allowed to stand for another hour. After flowing down the weight water of the sample, it was collected in a 100 mL sample cylinder while maintaining the shape as much as possible, and set in a digital real volume measuring device “DIK-1150” manufactured by Dairika Kogyo Co., Ltd. Was measured.
  • Example 1 Granulation method Zeolite was used as a filler and polyethylene emulsion was used as a binder. 100 parts by weight of an artificial zeolite “Ryukyu Light 600” manufactured by Ecowell Co., Ltd. and 5 parts by weight of a polyethylene emulsion “Sepoljon (registered trademark) G” manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd. are mixed and granulated with stirring. And then dried at 120 ° C. for 24 hours and classified with a sieve to obtain artificial soil particles with 2 mm over and 4 mm under.
  • an artificial zeolite “Ryukyu Light 600” manufactured by Ecowell Co., Ltd.
  • the obtained artificial soil particles had a plurality of fillers having pores in the order of sub-nm order to sub- ⁇ m order, and communication holes in the order of sub- ⁇ m order to sub-mm order were formed between the fillers. . Further, the pores were dispersedly arranged over the entire periphery of the communication hole.
  • the artificial soil particles had a cation exchange capacity of 18 meq / 100 cc. Furthermore, the strength (volume change rate) of the artificial soil using the artificial soil particles was 15%, the water retention amount (water retention amount) was 28%, and the gas phase rate was 35%.
  • Example 2 Grinding method Hydrotalcite was used as a filler and polyethylene emulsion was used as a binder. 100 parts by weight of reagent hydrotalcite manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and 5 parts by weight of polyethylene emulsion “Sepoljon (registered trademark) G” manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd. are mixed with stirring, and the mixture is used as a dryer. It was introduced and dried at 120 ° C. for 24 hours to obtain a block-like product. This block-like product was pulverized using a mortar and pestle and classified by sieving to obtain artificial soil particles having a 2 mm over and a 4 mm under.
  • the obtained artificial soil particles had a plurality of fillers having pores in the order of sub-nm order to sub- ⁇ m order, and communication holes in the order of sub- ⁇ m order to sub-mm order were formed between the fillers. . Further, the pores were dispersedly arranged over the entire periphery of the communication hole.
  • the anion exchange capacity of the artificial soil particles was 15 meq / 100 cc. Furthermore, the strength (volume change rate) of the artificial soil using the artificial soil particles was 12%, the water retention amount (water retention amount) was 25%, and the gas phase rate was 37%.
  • Example 3 Gelling method Zeolite and hydrotalcite were used as fillers, sodium alginate was used as an alginate, and a 5% calcium chloride aqueous solution was used as an aqueous polyvalent metal ion solution.
  • a reagent sodium alginate manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was dissolved in water to prepare an aqueous solution having a concentration of 0.5%, and an artificial zeolite “Ryukyu Light 600 manufactured by Ecowell Co., Ltd. was added to 100 parts by weight of an aqueous 0.5% sodium alginate solution. 10 parts by weight and 10 parts by weight of a reagent hydrotalcite manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. were added and mixed.
  • the mixed solution was dropped into a 5% calcium chloride aqueous solution at a rate of 1 drop / second. After the dropped droplets were gelled, the particulate gel was recovered, washed with water, and dried for 24 hours with a dryer set at 55 ° C. The dried particulate gel was classified by sieving to obtain artificial soil particles of 2 mm over and 4 mm under.
  • the obtained artificial soil particles had a plurality of fillers having pores in the order of sub-nm order to sub- ⁇ m order, and communication holes in the order of sub- ⁇ m order to sub-mm order were formed between the fillers. . Further, the pores were dispersedly arranged over the entire periphery of the communication hole.
  • the artificial soil particles had a cation exchange capacity of 14 meq / 100 cc and an anion exchange capacity of 15 meq / 100 cc. Furthermore, the strength (volume change rate) of the artificial soil using the artificial soil particles was 13%, the water retention amount (water retention amount) was 26%, and the gas phase rate was 33%.
  • Example 4 Artificial soil aggregate 100 parts by weight of a pulverized product of artificial soil particles obtained in Example 3 and a vinyl acetate resin adhesive “Bond (registered trademark)” manufactured by Konishi Co., Ltd. as a secondary binder. 5 parts by weight for woodworking were mixed, the mixture was introduced into a granulator and agglomerated to obtain an artificial soil aggregate.
  • the obtained artificial soil aggregate had a particle size of 3 to 18 mm and a cluster structure in which a plurality of artificial soil particles were connected.
  • FIG. 9 is a graph showing the measurement results of the pore size distribution of the artificial soil particles or artificial soil aggregates of the present invention by mercury porosimetry.
  • the pore size distribution was measured by (a) freeze-drying artificial soil particles (artificial soil particles obtained by changing the drying method to freeze-drying method in Example 3), and (b) artificial soil particles (0.1-0.
  • the peak near about 30 nm is presumed to be a minute gap formed between fillers, and the peak near about 2 ⁇ m is presumed to be a communicating hole.
  • the peak was confirmed by three places, about 50 nm vicinity, about 0.65 micrometer vicinity, and about 20 micrometer vicinity.
  • a peak near about 50 nm is presumed to be a minute gap formed between fillers, and a peak near about 0.65 ⁇ m is presumed to be a communicating hole.
  • the peak of about 20 micrometers is equivalent to the clearance gap between the particles by agglomeration, and this clearance gap can also be considered as a kind of communicating hole.
  • the artificial soil particle or artificial soil aggregate of the present invention has sub- ⁇ m order to sub-mm order communication holes, and is combined with the sub-nm order to sub- ⁇ m order pores of the filler. It was confirmed to have a unique porous structure with two types of size distributions.
  • the artificial soil particles and artificial soil aggregates of the present invention can be used for artificial soil used in plant factories, etc., but as other uses, facility horticultural soil, greening soil, molded soil, soil improvement It can also be used as an agent and soil for interiors.
  • the artificial soil molded body, the greening sheet, the wall greening panel, and the horticultural block of the present invention can be used for greening and planting on a rooftop or balcony of a building or a house.

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Description

人工土壌粒子、人工土壌団粒体、人工土壌成型体、並びに当該人工土壌成型体を使用した緑化用シート、壁面緑化パネル、及び園芸用ブロック
　本発明は、フィラーが複数集合してなる人工土壌粒子、及び当該人工土壌粒子を団粒化した人工土壌団粒体に関する。さらに、本発明は、人工土壌粒子を成型してなる人工土壌成型体、並びに当該人工土壌成型体を使用した緑化用シート、壁面緑化パネル、及び園芸用ブロックに関する。
　近年、生育条件がコントロールされた環境下で野菜等の植物を栽培する植物工場が増加している。従来の植物工場は、レタス等の葉物野菜の水耕栽培が中心であったが、最近では水耕栽培には向かない根菜類についても植物工場での栽培を試みる動きがある。根菜類を植物工場で栽培するためには、土壌としての基本性能に優れ、品質が高く、且つ取り扱いが容易な人工土壌を開発する必要がある。
　また、人工土壌は、ビルや住宅等の屋上やバルコニーにおける都市の緑化にも利用されている。都市の緑化は、大気の浄化やヒートアイランド現象の緩和などへの寄与が大きく、快適な住環境の形成にも役立っている。建物の屋上等を緑化するためには、培土として使用する土壌が軽量であり且つ保水性を有していること、及び建物の床面や壁面に施工する際の作業性が良好であることが重要となる。そこで、重量が大きく、作業性の悪い天然土壌に代えて、軽量で且つ保水性に優れ、作業性にも長けている人工土壌を使用した植生マット等の開発が行われている。
　これまでに開発された人工土壌として、粉状のゼオライトを水溶性高分子からなる結合材で結合して団粒化した団粒構造ゼオライトがあった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の団粒構造ゼオライトは、保水性が乏しいゼオライトの多孔質構造及び陽イオン交換能を人工土壌として利用するため、ゼオライトを団粒化して保水性を向上させたものである。
　また、有機高分子材料をベースとした連続気泡構造を有する多孔質体も開発されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２の連続気泡多孔質体は、粉体にした熱可塑性樹脂、バインダー成分、及び界面活性剤の混合物を熱融着させて製造されるものであり、低密度で連続気泡構造を有しているため、良好な液体吸収性を示し易いとされている。同文献には、この連続気泡多孔質体を植物の培地として利用可能であることが記載されている。
　一方、緑化に使用される植生マットとして、例えば、繊維を不織布状に堆積して形成した基盤マットの繊維間隙に植栽土壌を摺込み充填して一体化し、最下層は密に、最上層は粗となるように密度勾配を設け、最下層を保水層とした植生マットがあった（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の植生マットは、基盤マットの最上層の繊維間隙に粒度の細かい植栽土壌を充填し、最下層の繊維間隙に粒度の粗い植栽土壌を充填することで、植生マットの水の保持力を向上させるとともに、風雨による土壌の流出を防止している。
特開２０００－３３６３５６号公報（特に、請求項１を参照） 特開２０１１－２４１２６２号公報（特に、第００５０段落～第００５２段落を参照） 特開２０００－１４４７４９号公報（特に、第００１５段落を参照）
　人工土壌の開発に当たっては、天然土壌と同等の植物育成力を達成しながら、例えば、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給できるコントロール機能が求められる。すなわち、人工土壌には、土壌としての基本性能をバランスよく発揮することが求められる。
　この点、特許文献１の団粒構造ゼオライトは、水の存在下で粉末のゼオライトと結合材とを混合して乾燥させただけのものであるため、団粒体中のゼオライトの微視的な構造が有効に作用しているとは言えず、ゼオライトの性能が十分に発揮されているとは限らない。また、団粒体の製造中にゼオライトがダマになり易く、保水性が十分に高まるとは限らない。土壌の基本性能の一つである保水性は保肥性に影響を与えるため、団粒体の保水性を十分に高めることができなければ、保肥性に関係するゼオライトの多孔質構造や陽イオン交換能を人工土壌として有効に利用することも困難となる。
　特許文献２の連続気泡多孔質体は、熱可塑性樹脂の発泡体を粉砕して原料の粉体を得ており、この粉体を熱融着することで吸水性を有する多孔質体を構成している。しかしながら、特許文献２で使用される熱可塑性樹脂は、それ自体は保肥性を有していないため、生成した連続気泡多孔質体を人工土壌として利用する場合、土壌としての基本性能をバランスよく発揮できるとは言えない。
　一方、緑化に使用される特許文献３の植生マットは、最下層の繊維間隙を密に形成することにより保水性を向上させるとともに、当該最下層の繊維間隙に粒度の粗い植栽土壌を充填することにより植栽土壌の風雨による流出を防止している。しかし、特許文献３の植生マットは、外部環境が湿潤状態になると、植生マットの最下層に水が過剰に保持されることにより排水性が悪化する。このような場合、植物の成長が阻害されるとともに、建物に悪影響を及ぼす虞がある。さらに、特許文献３の植生マットは、密に形成した繊維間隙と粒度の粗い植栽土壌との間において保水性を維持している。このような場合、外部環境が乾燥状態になると、繊維間隙と粒度の粗い植栽土壌との間から水が外部に漏出するため、植物に必要な水を植生マットに十分保持することができなくなる。また、特許文献３の植生マットでは、保肥性を得るために植栽土壌としてバークとココピートとを含む人工土壌を使用しているが、この人工土壌は十分軽量であるとは言い難く、作業性に問題がある。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、土壌としての基本性能をバランスよく発揮し得る、高品質で取り扱い易い人工土壌、すなわち、人工土壌粒子及びそれを団粒化した人工土壌団粒体を提供することを目的とする。さらに、本発明は、軽量で取り扱いが容易な人工土壌粒子を成型してなる人工土壌成型体、並びに当該人工土壌成型体を使用した緑化用シート、壁面緑化パネル、及び園芸用ブロックを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌粒子の特徴構成は、
　サブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーの細孔を有するフィラーが複数集合してなる人工土壌粒子であって、
　前記フィラーの間にサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーの連通孔が形成され、
　前記連通孔が外部から水分及び養分を取り込むとともに、前記細孔が前記連通孔から前記養分を受け取り可能なように、前記細孔が前記連通孔の周囲に分散配置されていることにある。
　本構成の人工土壌粒子によれば、フィラーの細孔の孔径がサブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーであるため、当該細孔に植物の品質を向上させるために必要な養分を効果的に取り込むことができる。また、集合したフィラーの間に形成される連通孔の孔径がサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーであるため、当該連通孔に植物の生育に不可欠な水分を効果的に吸収することができる。しかも、細孔と連通孔との位置関係について、連通孔が外部から水分及び養分を取り込むとともに、細孔が連通孔から養分を受け取り可能なように、細孔が連通孔の周囲に分散配置されているため、主に細孔に保肥性を担わせ、連通孔に保水性を担わせることができる。
　このように、本構成の人工土壌粒子は、一つの粒子内において、細孔と連通孔との間に特定の関係を持たせており、細孔と連通孔とで異なる機能を分担させているため、土壌としての基本性能をバランスよく発揮し得る（すなわち、保水性と保肥性とのバランスに優れた）、高品質で機能的な人工土壌粒子を実現することができる。また、このような人工土壌粒子は、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給できるので、メンテナンスに手間が掛からず、取り扱いが容易なものとなる。
　本発明に係る人工土壌粒子において、
　前記連通孔の全容積が前記細孔の全容積より大きくなるように、前記フィラーは三次元ネットワーク状に結合されていることが好ましい。
　本構成の人工土壌粒子によれば、フィラーを三次元ネットワーク状に結合させているので、人工土壌粒子の構造が安定する。また、結合状態において連通孔の全容積が細孔の全容積より大きくなるようにされているため、人工土壌粒子を軽量化することができ、取り扱いが容易なものとなる。
　本発明に係る人工土壌粒子において、
　前記連通孔の少なくとも一部に保水性材料が導入されるとともに、前記細孔にイオン交換能を付与してあることが好ましい。
　本構成の人工土壌粒子によれば、連通孔の少なくとも一部に保水性材料を導入することで、連通孔の保水性がさらに高まる。また、細孔にイオン交換能を付与することで、細孔の保肥性がさらに高まる。その結果、長期の使用にも耐え得る人工土壌粒子を実現することができる。
　本発明に係る人工土壌粒子において、
　前記細孔の孔径が０．２～８００ｎｍであり、前記連通孔の孔径が０．１～５００μｍであることが好ましい。
　本構成の人工土壌粒子によれば、細孔の孔径が０．２～８００ｎｍであり、連通孔の孔径が０．１～５００μｍであるため、細孔に様々な養分を取り込むとともに、連通孔に十分な水分を保持することができる。その結果、長期の使用にも耐え得る人工土壌粒子を実現することができる。
　本発明に係る人工土壌粒子において、
　０．２～１０ｍｍの粒径を有することが好ましい。
　本構成の人工土壌粒子によれば、粒径を０．２～１０ｍｍとすることで、特に根菜類の栽培に適した取り扱いの容易な人工土壌とすることができる。
　上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌団粒体の特徴構成は、
　前記何れか一つに記載の人工土壌粒子を団粒化したことにある。
　本構成の人工土壌団粒体によれば、本発明の人工土壌粒子を団粒化しているため、土壌としての基本性能をバランスよく発揮し得る（すなわち、保水性と保肥性とのバランスに優れた）、高品質で機能的な人工土壌団粒体を実現することができる。また、このような人工土壌団粒体は、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給できるので、メンテナンスに手間が掛からず、取り扱いが容易なものとなる。
　上記課題を解決するための本発明に係る人工土壌成型体の特徴構成は、
　前記何れか一つに記載の人工土壌粒子を成型してなることにある。
　本構成の人工土壌成型体によれば、本発明の人工土壌粒子を成型してなるものであるため、人工土壌としての基本性能（保水性と保肥性とのバランス）が優れているとともに、メンテナンスに手間が掛からない。また、軽量であり且つ良好な排水性を実現しているため、取り扱いが容易である。
　上記課題を解決するための本発明に係る緑化用シートの特徴構成は、
　前記の人工土壌成型体をシート状に敷設したことにある。
　本構成の緑化用シートによれば、本発明の人工土壌成型体をシート状に敷設したものであるため、軽量で取り扱いが容易である。このような緑化用シートは、建物の屋上やバルコニーにおいて、床面及び壁面に容易に施工可能である。また、緑化用シートを構成する人工土壌成型体が保水性及び保肥性を備えることから、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給することができ、メンテナンスに手間が掛からない。
　上記課題を解決するための本発明に係る壁面緑化パネルの特徴構成は、
　前記の人工土壌成型体を枠体で保持したことにある。
　本構成の壁面緑化パネルによれば、本発明の人工土壌成型体を枠体で保持したものであるため、軽量で取り扱いが容易である。このような壁面緑化パネルは、建物の屋上やバルコニーにおいて、床面及び壁面に容易に施工可能である。また、壁面緑化パネルを構成する人工土壌成型体が保水性及び保肥性を備えることから、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給することができ、メンテナンスに手間が掛からない。
　上記課題を解決するための本発明に係る園芸用ブロックの特徴構成は、
　前記の人工土壌成型体をブロック状に積層したことにある。
　本構成の園芸用ブロックによれば、本発明の人工土壌成型体をブロック状に積層したものであるため、軽量で取り扱いが容易である。このような園芸用ブロックは、建物の屋上やバルコニーにおいて、床面及び壁面に容易に施工可能である。また、園芸用ブロックを構成する人工土壌成型体が保水性及び保肥性を備えることから、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給することができ、メンテナンスに手間が掛からない。
図１は、本発明の人工土壌粒子を概念的に表した説明図である。 図２は、本発明の人工土壌粒子の細孔と連通孔との位置関係を概念的に表したモデル図である。 図３は、本発明の人工土壌団粒体の説明図である。 図４は、本発明の人工土壌成型体の説明図である。 図５は、本発明の緑化用シートの説明図である。 図６は、本発明の緑化用シートに植物を植えた状態を示す一部断面図である。 図７は、本発明の壁面緑化パネルの説明図である。 図８は、本発明の園芸用ブロックの説明図である。 図９は、水銀圧入法による本発明の人工土壌粒子又は人工土壌団粒体の孔径分布の測定結果を示すグラフである。
　以下、本発明に係る人工土壌粒子、人工土壌団粒体、人工土壌成型体、緑化用シート、壁面緑化パネル、及び園芸用ブロックに関する実施形態を図１～図９に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。
＜人工土壌粒子の構成＞
　図１は、本発明の人工土壌粒子１０を概念的に表した説明図である。図１（ａ）は、フィラー１として、多孔質天然鉱物であるゼオライト１ａを使用した人工土壌粒子１０を例示したものである。図１（ｂ）は、フィラー１として、層状天然鉱物であるハイドロタルサイト１ｂを使用した人工土壌粒子１０を例示したものである。なお、図１中に示す記号ｘ、ｙ及びｚは、後述する細孔２、連通孔３及び人工土壌粒子１０のサイズを夫々表しているが、図面上でのｘ、ｙ及びｚの大きさは実際のサイズを反映したものではない。
　人工土壌粒子１０は、複数のフィラー１が集合して粒状に構成されたものである。人工土壌粒子１０中の複数のフィラー１は、それらが互いに接触していることは必須ではなく、一粒子内でバインダー等を介して一定範囲内の相対的な位置関係を維持していれば、複数のフィラー１が集合して粒状に構成したものと考えることができる。人工土壌粒子１０を構成するフィラー１は、表面から内部にかけて多数の細孔２を有する。細孔２は、種々の形態を含む。例えば、フィラー１が、図１（ａ）に示すゼオライト１ａの場合、当該ゼオライト１ａの結晶構造中に存在する空隙２ａが細孔２であり、図１（ｂ）に示すハイドロタルサイト１ｂの場合、当該ハイドロタルサイト１ｂの層構造中に存在する層間２ｂが細孔２である。つまり、本発明において「細孔」とは、フィラー１の構造中に存在する空隙部、層間部、空間部等を意図し、これらは「孔状」の形態に限定されるものではない。
　フィラー１の細孔２のサイズ（図１に示す空隙２ａ又は層間２ｂのサイズｘの平均値）は、サブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーとなる。例えば、細孔２のサイズは、０．２～８００ｎｍ程度に設定可能であるが、フィラー１が、図１（ａ）に示すゼオライト１ａの場合、当該ゼオライト１ａの結晶構造中に存在する空隙２ａのサイズ（径）は、０．３～１．３ｎｍ程度である。フィラー１が、図１（ｂ）に示すハイドロタルサイト１ｂの場合、当該ハイドロタルサイト１ｂの層構造中に存在する層間２ｂのサイズ（距離）は、０．３～３．０ｎｍ程度である。この他に、フィラー１として、後述する有機多孔質材料を使用することもでき、その場合の細孔２の径ｘは、０．１～０．８μｍ程度となる。フィラー１の細孔２のサイズは、測定対象の状態に応じて、ガス吸着法、水銀圧入法、小角Ｘ線散乱法、画像処理法等を用いて、又はこれらの方法を組み合わせて、最適な方法により測定される。
　フィラー１は、人工土壌粒子１０が十分な保肥力を有するように、細孔２にイオン交換能が付与された材料を使用することが好ましい。この場合、イオン交換能が付与された材料として、陽イオン交換能が付与された材料、陰イオン交換能が付与された材料、又は両者の混合物を使用することができる。また、イオン交換能を有さない多孔質材料（例えば、高分子発泡体、ガラス発泡体等）を別に用意し、当該多孔質材料の細孔に上記のイオン交換能が付与された材料を圧入や含浸等によって導入し、これをフィラー１として使用することも可能である。陽イオン交換能が付与された材料として、陽イオン交換性鉱物、腐植、及び陽イオン交換樹脂が挙げられる。陰イオン交換能が付与された材料として、陰イオン交換性鉱物、及び陰イオン交換樹脂が挙げられる。
　陽イオン交換性鉱物は、例えば、モンモリロナイト、ベントナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト等のスメクタイト系鉱物、雲母系鉱物、バーミキュライト、ゼオライト等が挙げられる。陽イオン交換樹脂は、例えば、弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、本実施形態において使用するゼオライト、又はベントナイトが好ましい。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陽イオン交換性鉱物及び陽イオン交換樹脂における陽イオン交換容量は、１０～７００ｍｅｑ／１００ｃｃに設定され、好ましくは２０～７００ｍｅｑ／１００ｃｃに設定され、より好ましくは３０～７００ｍｅｑ／１００ｃｃに設定される。陽イオン交換容量が１０ｍｅｑ／１００ｃｃ未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陽イオン交換容量が７００ｍｅｑ／１００ｃｃを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。
　陰イオン交換性鉱物は、例えば、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオーライト、シェーグレン石、緑青等の主骨格として複水酸化物を有する天然層状複水酸化物、合成ハイドロタルサイト及びハイドロタルサイト様物質、アロフェン、イモゴライト、カオリン等の粘土鉱物が挙げられる。陰イオン交換樹脂は、例えば、弱塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。これらのうち、本実施形態において使用するハイドロタルサイトが好ましい。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。陰イオン交換性鉱物及び陰イオン交換樹脂における陰イオン交換容量は、５～５００ｍｅｑ／１００ｃｃに設定され、好ましくは２０～５００ｍｅｑ／１００ｃｃに設定され、より好ましくは３０～５００ｍｅｑ／１００ｃｃに設定される。陰イオン交換容量が５ｍｅｑ／１００ｃｃ未満の場合、十分に養分を取り込むことができず、取り込まれた養分も灌水等により早期に流失する虞がある。一方、陰イオン交換容量が５００ｍｅｑ／１００ｃｃを超えるように保肥力を過剰に大きくしても、効果は大きく向上せず、経済的ではない。
＜フィラーの粒状化法＞
　フィラー１が本実施形態に示すゼオライト１ａやハイドロタルサイト１ｂのような無機天然鉱物である場合、複数のフィラー１を集合して粒状物（人工土壌粒子１０）を構成するために、バインダーを用いて粒状化を行うことができる。バインダーを用いた人工土壌粒子１０の形成は、フィラー１にバインダーや溶媒等を加えて混合し、混合物を造粒機に導入し、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、破砕造粒、溶融造粒、噴霧造粒等の公知の造粒法により行うことができる。得られた造粒体は、必要に応じて乾燥及び分級が行われ、人工土壌粒子１０が完成する。また、フィラー１にバインダーを加え、さらに必要に応じて溶媒等を加えて混練し、これを乾燥してブロック状にしたものを、乳鉢及び乳棒、ハンマーミル、ロールクラッシャー等の粉砕手段で適宜粉砕して粒状物とすることも可能である。この粒状物は、そのまま人工土壌粒子１０として用いることもできるが、篩にかけて所望の粒径に調整することが好ましい。
　バインダーは、有機バインダー又は無機バインダーの何れも使用可能である。有機バインダーは、例えば、ポリオレフィン系バインダー、ポリビニルアルコール系バインダー、ポリウレタン系バインダー、ポリ酢酸ビニル系バインダー等の合成樹脂系バインダー、デンプン、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、アルギン酸などの多糖類、膠などの動物性たんぱく質等の天然物系バインダーが挙げられる。無機バインダーは、例えば、水ガラス等のケイ酸系バインダー、リン酸アルミニウム等のリン酸塩系バインダー、ホウ酸アルミニウム等のホウ酸塩系バインダー、セメント等の水硬性バインダーが挙げられる。有機バインダー及び無機バインダーは、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。
　フィラー１が有機多孔質材料である場合、人工土壌粒子１０の形成は、バインダーを用いた上述のフィラーの粒状化法と同様の方法で行ってもよいが、フィラー１を、当該フィラー１を構成する有機多孔質材料（高分子材料等）の融点以上の温度に加熱し、複数のフィラー１の表面同士を熱融着させて粒状化することにより、人工土壌粒子１０を形成することも可能である。この場合、バインダーを使用しなくても、複数のフィラー１が集合した粒状物を得ることができる。そのような有機多孔質材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、セルロール等の有機高分子材料を発泡させた有機高分子発泡体、前記有機高分子材料の粉体を加熱溶融して連続気泡構造を形成した有機高分子多孔質体が挙げられる。
　人工土壌粒子１０の形成に当たっては、高分子ゲル化剤のゲル化反応を利用することもできる。高分子ゲル化剤のゲル化反応として、例えば、アルギン酸塩、アルギン酸プロピレングルコールエステル、ジェランガム、グルコマンナン、ペクチン、又はカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と多価金属イオンとのゲル化反応、カラギーナン、寒天、キサンタンガム、ローカストビーンガム、タラガムなどの多糖類の二重らせん構造化反応によるゲル化反応が挙げられる。このうち、アルギン酸塩と多価金属イオンとのゲル化反応について説明する。アルギン酸塩の一つであるアルギン酸ナトリウムは、アルギン酸のカルボキシル基がＮａイオンと結合した形態の中性塩である。アルギン酸は水に不溶であるが、アルギン酸ナトリウムは水溶性である。アルギン酸ナトリウム水溶液を多価金属イオン（例えば、Ｃａイオン）の水溶液中に添加すると、アルギン酸ナトリウムの分子間でイオン架橋が起こりゲル化する。本実施形態の場合、ゲル化反応は、以下の工程により行うことができる。初めに、アルギン酸塩を水に溶解させてアルギン酸塩水溶液を調製し、アルギン酸塩水溶液にフィラー１を添加し、これを十分攪拌して、アルギン酸塩水溶液中にフィラー１が分散した混合液を形成する。次に、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下し、混合液に含まれるアルギン酸塩を粒状にゲル化させる。その後、ゲル化した粒子を回収して水洗し、十分に乾燥させる。これにより、アルギン酸塩及び多価金属イオンから形成されるアルギン酸ゲル中にフィラー１が分散した粒状物としての人工土壌粒子１０が得られる。
　ゲル化反応に使用可能なアルギン酸塩は、例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウムが挙げられる。これらのアルギン酸塩は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。アルギン酸塩水溶液の濃度は、０．１～５重量％とし、好ましくは０．２～５重量％とし、より好ましくは０．２～３重量％とする。アルギン酸塩水溶液の濃度が０．１重量％未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、５重量％を超えると、アルギン酸塩水溶液の粘度が大きくなり過ぎるため、フィラー１を添加した混合液の攪拌や、混合液を多価金属イオン水溶液中に滴下することが困難になる。
　アルギン酸塩水溶液を滴下する多価金属イオン水溶液は、アルギン酸塩と反応してゲル化が起きる２価以上の金属イオン水溶液であればよい。そのような多価金属イオン水溶液の例として、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化ストロンチウム、塩化ニッケル、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化コバルト等の多価金属の塩化物水溶液、硝酸カルシウム、硝酸バリウム、硝酸アルミニウム、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸コバルト等の多価金属の硝酸塩水溶液、乳酸カルシウム、乳酸バリウム、乳酸アルミニウム、乳酸亜鉛等の多価金属の乳酸塩水溶液、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸コバルト等の多価金属の硫酸塩水溶液が挙げられる。これらの多価金属イオン水溶液は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。多価金属イオン水溶液の濃度は、１～２０重量％とし、好ましくは２～１５重量％とし、より好ましくは３～１０重量％とする。多価金属イオン水溶液の濃度が１重量％未満の場合、ゲル化反応が起こり難くなり、２０重量％を超えると、金属塩の溶解に時間が掛かるとともに、過剰の材料を使用することになるため、経済的でない。
＜人工土壌粒子の多孔構造＞
　上に例示した各方法によって得られた粒状物は、サブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーの細孔２を有するフィラー１が複数集合してなる本発明の人工土壌粒子１０を構成する。人工土壌粒子１０の粒径（図１に示す人工土壌粒子１０のサイズｚの平均値）は、０．２～１０ｍｍであり、好ましくは０．５～５ｍｍであり、より好ましくは１～５ｍｍである。人工土壌粒子１０の粒径の調整は、例えば、篩による分級で行うことができる。人工土壌粒子１０を構成する複数のフィラー１の間には連通孔３が形成される。人工土壌粒子１０の粒径が０．２ｍｍ未満の場合、人工土壌粒子１０間の間隙が小さくなって排水性が低下することにより、栽培する植物が根から酸素を吸収し難くなる虞がある。一方、人工土壌粒子１０の粒径が１０ｍｍを超えると、人工土壌粒子１０間の間隙が大きくなって排水性が過剰になり過ぎることにより、植物が水分を吸収し難くなったり、人工土壌粒子１０が疎になって植物が横倒れする虞がある。連通孔３のサイズ（図１に示す隣接するフィラー１間の距離ｙの平均値）は、フィラー１やバインダーの種類、組成、造粒条件により変化し得るが、サブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーとなる。例えば、連通孔３のサイズは、０．１～５００μｍ程度に設定可能であるが、フィラー１が、図１（ａ）に示すゼオライト１ａ、又は図２（ｂ）に示すハイドロタルサイト１ｂであり、高分子ゲル化剤を使用した場合、連通孔３のサイズは、０．１～２０μｍとなる。連通孔３のサイズは、測定対象の状態に応じて、ガス吸着法、水銀圧入法、小角Ｘ線散乱法、画像処理法等を用いて、又はこれらの方法を組み合わせて、最適な方法により測定することができる。人工土壌粒子１０の粒径は、例えば、光学顕微鏡観察及び画像処理法を用いて測定することができる。本実施形態では、以下の測定法により、連通孔３のサイズ、及び人工土壌粒子１０の粒径を測定した。先ず、測定対象の人工土壌粒子をスケールとともに顕微鏡で観察し、その顕微鏡画像を画像処理ソフト（二次元画像解析処理ソフトウェア「ＷｉｎＲＯＯＦ」、三谷商事株式会社製）を使用して取得する。画像から１００個の人工土壌粒子を選択し、連通孔又は人工土壌粒子の輪郭をトレースする。トレースした図形の周長から、相当円の直径を算出する。夫々の連通孔又は人工土壌粒子から求めた相当円の直径（１００個）の平均を平均サイズ（単位：ピクセル）とする。そして、平均サイズを顕微鏡画像中のスケールと比較し、単位長さ（μｍオーダー乃至ｍｍオーダー）に変換して、連通孔のサイズ又は人工土壌粒子の粒径を算出する。
　本発明の人工土壌粒子１０は、一つの粒子内において、フィラー１の細孔２とフィラー１の間に形成される連通孔３との間に特定の関係を持たせていることに独特の特徴を有する。すなわち、人工土壌粒子１０に存在する細孔２及び連通孔３は、連通孔３が外部から水分及び養分を取り込むとともに、細孔２が連通孔３から養分を受け取り可能なように、細孔２が連通孔３の周囲に分散配置されている。
　図２は、本発明の人工土壌粒子１０の細孔２と連通孔３との位置関係を概念的に表したモデル図である。なお、図２は、図１に示した人工土壌粒子１０の内部構造をモデル化したものであるが、実際の人工土壌粒子１０の内部構造がそのまま反映されたものではない。本発明の人工土壌粒子１０において、細孔２が連通孔３の周囲に分散配置されているとは、細孔２が連通孔３に接続しており、しかも連通孔３に接続する細孔２が実質的に連通孔３の周囲全体に存在していることを意味する。例えば、図２（ａ）を見ると、サイズｘの多数の細孔２がサイズｙの連通孔３に接続しており、しかも、多数の細孔２が連通孔３の長さ全体に沿って存在している状態が表されている。このような細孔２と連通孔３との特定の位置関係は、本発明の大きな特徴である。この特定の位置関係は、細孔２及び連通孔３の概ね半数以上にあればよい。なお、図２（ａ）では、紙面の都合上、細孔２と連通孔３との特定の位置関係を二次元的に示してあるが、実際の人工土壌粒子１０には三次元的な拡がりで上述の特定の位置関係が形成されている。細孔２と連通孔３との特定の位置関係を出現させるための条件は、現在のところまだ十分に明らかにはなっていないが、例えば、フィラー１として結晶性が高い材料を選択したり、フィラー１として特異な結晶構造を有する材料を選択したり、フィラー１として複数種を特定の組合せで使用したり、フィラー１が有する結晶構造や層構造を制御したり、フィラー１に配向性を与える処理をしたり、フィラー１を粒状化する際に特定の添加剤を添加したり、フィラー１の造粒法（粒状化条件）を最適化したりすることで、より強く出現させることができる可能性があると考えられる。
＜人工土壌粒子の保水性及び保肥性のメカニズム＞
　本発明の人工土壌粒子１０は、細孔２と連通孔３とが特定の位置関係を有するため、土壌としての基本性能（保水性及び保肥性）のバランスに優れた高品質で機能的な人工土壌とすることができる。ここで、人工土壌粒子１０が有する保水性及び保肥性のメカニズムを、図２（ａ）～（ｃ）を参照しながら詳細に説明する。図２（ａ）～（ｃ）は、人工土壌粒子１０に外部から水分Ｗ、及び養分Ｋ、Ｎ、Ｐが取り込まれる様子を段階的に示したものである。ここで、養分Ｋはカリウム分、養分Ｎは窒素分、養分Ｐはリン分を表している。
　人工土壌粒子１０に外部から未だ水分Ｎ、及び養分Ｋ、Ｎ、Ｐが取り込まれていない状態では、図２（ａ）に示すように、人工土壌粒子１０の連通孔３及び当該連通孔３に接続する細孔２は空隙となっている。人工土壌粒子１０が養分Ｋ、Ｎ、Ｐを含んだ水分Ｗに接触すると、図２（ｂ）に示すように、先ず連通孔３に水分Ｗ、及び養分Ｋ、Ｎ、Ｐが取り込まれる。連通孔３が十分に湿潤状態になると、図２（ｃ）に示すように、連通孔３に取り込まれた水分Ｗ、及び養分Ｋ、Ｎ、Ｐのうち、養分Ｋ、Ｎ、Ｐが連通孔３から細孔２に移動する。本発明の人工土壌粒子１０では、主に細孔２に養分Ｋ、Ｎ、Ｐが取り込まれるとともに、連通孔３で水分Ｗが保持されることで、主に細孔２に保肥性を担わせ、連通孔３に保水性を担わせている。このように、細孔２と連通孔３とで異なる機能を分担させることで、保水性と保肥性とのバランスに優れた機能的な人工土壌粒子１０とすることができる。また、このような人工土壌粒子１０を用いた人工土壌は、栽培対象の植物に対して水分Ｗや養分Ｋ、Ｎ、Ｐを適切に供給できるので、メンテナンスに手間が掛からず、取り扱いが容易なものとなる。
＜人工土壌粒子の物性＞
　人工土壌粒子１０の細孔２及び連通孔３は、連通孔３の全容積が細孔２の全容積より大きくなるように構成されることが好ましい。これは、連通孔３の保水性を十分に確保するとともに、連通孔３から細孔２への養分の移動がスムーズに行われるようにするためである。また、連通孔３の全容積が細孔２の全容積より大きくなれば、人工土壌粒子１０が軽量となるため、嵩密度が小さくなり、人工土壌としての取り扱いも容易となる。連通孔３の全容積を細孔２の全容積より大きくするためには、フィラー１を三次元ネットワーク状に結合する。これは、例えば、フィラー１を粒状化する際、例えば、多孔性のバインダーを使用したり、凍結乾燥法などで乾燥させたり、フィラー１とバインダーとの混合物に空気を含ませながらフィラー１を互いに結合させることによって行うことができる。この場合、複数のフィラー１は多数の空隙を形成しながら三次元的に結合し、三次元ネットワーク状の構造を有するフィラー集合体（人工土壌粒子１０）が形成される。三次元ネットワーク状に結合したフィラー集合体は、嵩密度が低く軽量でありながら構造的にも安定しているため、根菜類の栽培に必要な強度が確保された人工土壌粒子１０として好適に利用できる。また、内部に有する多数の空隙のため、保水性、保肥性、排水性、通気性等の土壌としての基本性能が良好なものとなり、付加価値の高い人工土壌とすることができる。
　人工土壌粒子１０の強度は、繰り返し圧縮荷重の付加による容積変化率で評価することができる。本発明の人工土壌粒子１０は、繰り返し圧縮荷重２５ＫＰａの付加後の容積変化率が２０％以下になるように設計される。好ましい容積変化率は１５％以下である。容積変化率が２０％を超えると、プランター等に人工土壌を充填したり、苗を移植する際に、人工土壌粒子１０が粉砕され易くなり、人工土壌粒子１０の構造（フィラー１の細孔２が複数のフィラー１間の連通孔３の周囲に分散配置され、さらに、フィラー１が三次元ネットワーク状に結合した構造）が失われる虞がある。その結果、保水性と保肥性とのバランスが崩れる。また、人工土壌粒子１０の構造が失われると、人工土壌の締め固めが起こり易くなるため、根菜類の栽培に悪影響を及ぼし得る。
　本発明の人工土壌粒子１０は根菜類の栽培に適したものであるが、人工土壌として優れた保水性を有しているため、これまで主に水耕栽培されていた葉物野菜の育成に適用することも可能である。ここで、人工土壌の保水性は、通水保水量によって評価することができる。通水保水量は、人工土壌粒子１００ｍＬ当たりの保水量（％）として求められる。本発明の人工土壌粒子１０は、フィラー１の細孔２が複数のフィラー１間の連通孔３の周囲に分散配置され、さらに、フィラー１が三次元ネットワーク状に結合した独特の構成を有するため、通水保水量を２０～７０％に設定することができる。通水保水量が２０％より低いと植物が成長するのに十分な水分を保持することが困難となり、７０％を超えると人工土壌の通気性が悪化し、植物の生育に悪影響を及ぼす可能性がある。通気性に関しては、乾燥状態における人工土壌の気相率で表すことができる。本発明の人工土壌粒子１０を使用した人工土壌の気相率は、２０～８０％となるように設定することができる。好ましい気相率は３０～８０％であり、より好ましい気相率は３０～７０％である。気相率が２０％未満の場合、植物の根への空気の供給量が不足し、８０％を超えると、保水性を十分に確保できなくなる虞がある。
　人工土壌粒子１０を設計するに際し、連通孔３の保水性をさらに高めることも可能である。連通孔３の保水性を向上させる一つの方法として、人工土壌粒子１０の連通孔３に保水性材料を導入することが挙げられる。保水性材料は、例えば、連通孔３の全体に保水性材料を充填したり、連通孔３の表面を保水性材料の膜でコーティングしたりすることで導入可能である。このとき、連通孔３の少なくとも一部に保水性材料が存在していればよい。保水性材料の導入は、例えば、保水性のある高分子材料を混合して造粒したり、保水性のある高分子材料を溶媒に溶解して高分子溶液を調製し、当該高分子溶液を人工土壌粒子１０に含浸させることによって行われる。
　保水性材料として使用可能な高分子材料は、例えば、ポリアクリル酸塩系ポリマー、ポリスルホン酸塩系ポリマー、ポリアクリルアミド系ポリマー、ポリビニルアルコール系ポリマー、ポリアルキレンオキサイド系ポリマー等の合成高分子系保水性材料、ポリアスパラギン酸塩系ポリマー、ポリグルタミン酸塩系ポリマー、ポリアルギン酸塩系ポリマー、セルロース系ポリマー、デンプン等の天然高分子系保水性材料が挙げられる。これらの保水性材料は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。
　保水性材料である上記高分子材料を溶解させる溶媒は、使用する高分子材料に応じて溶解性の高いもの、すなわち、高分子材料と溶媒とで溶解度パラメータ（ＳＰ値）が近くなる組み合せが適切に選択される。例えば、高分子材料のＳＰ値と溶媒のＳＰ値との差が５以下となるような組み合わせ（例：ＳＰ値が約１０のニトロセルロースと、ＳＰ値が約１４．５のメタノールとの組み合わせ）が選択される。そのような溶媒の例として、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが挙げられる。これらの溶媒は、二種以上を組み合わせて使用することも可能である。
　連通孔３の保水性を向上させる他の方法として、人工土壌粒子１０を調製するに際し、原料であるフィラー１の一部又は全部に保水性フィラーを使用することが挙げられる。この場合、生成した人工土壌粒子１０は、それ自体が保水性を有することになるので、保水性を向上させるための特別な後処理は不要となる。保水性フィラーには親水性フィラーや多孔質粒状物を使用することができ、親水性フィラーの例としては、ゼオライト、スメクタイト系鉱物、雲母系鉱物、タルク、シリカ、複水酸化物等が挙げられ、多孔質粒状物の例としては、発泡ガラス、多孔質金属、多孔質セラミック、高分子多孔体、親水性繊維等が挙げられる。
＜人工土壌団粒体＞
　本発明の人工土壌粒子１０は、さらに団粒化して人工土壌団粒体の形態で人工土壌として利用することも可能である。図３は、本発明の人工土壌団粒体１００の説明図である。ここでは、図１（ａ）に示すゼオライト１ａを使用した人工土壌粒子１０を団粒化した人工土壌団粒体１００を例示する。
　人工土壌団粒体１００は、複数の人工土壌粒子１０が連なったクラスター構造を有している。クラスター構造は、複数の人工土壌粒子１０を二次バインダーで接着することにより得られる。団粒化に使用する二次バインダーは、人工土壌粒子１０の形成で用いたバインダー（一次バインダー）と同じものを使用できるが、異なる種類のバインダーであっても構わない。人工土壌団粒体１００のサイズ（図３に示す人工土壌団粒体１００のサイズｗの平均値）は、０．４～２０ｍｍであり、好ましくは０．５～１８ｍｍであり、より好ましくは１～１５ｍｍである。人工土壌団粒体１００のサイズが０．４ｍｍ未満の場合、人工土壌団粒体１００を構成する人工土壌粒子１０間の間隙が小さくなって排水性が低下することにより、栽培する植物が根から酸素を吸収し難くなる虞がある。一方、人工土壌粒子１０のサイズが２０ｍｍを超えると、排水性が過剰になり過ぎることにより植物が水分を吸収し難くなったり、人工土壌団粒体１００が疎になって植物が横倒れする虞がある。人工土壌団粒体１００のサイズは、例えば、光学顕微鏡観察及び画像処理法を用いて測定される。本実施形態では、連通孔３のサイズ、及び人工土壌粒子１０の粒径と同様に、前述の画像処理を用いた測定法により、人工土壌団粒体１００のサイズを測定した。
　本発明の人工土壌粒子１０を団粒化して得られた人工土壌団粒体１００は、保水性と保肥性とのバランスに優れており、栽培対象の植物に対して水分や養分を適切に供給することができる。従って、本発明の人工土壌団粒体１００は、メンテナンスに手間が掛からず、取り扱いが容易な人工土壌として有用である。
＜人工土壌成型体＞
　本発明の人工土壌粒子１０は、任意の形状に成型した人工土壌成型体として利用することができる。図４は、本発明の人工土壌成型体１５０の説明図である。図４中に示す点線円は、人工土壌成型体１５０を構成する人工土壌粒子１０の一部拡大図であり、人工土壌粒子１０の断面を表している。人工土壌成型体１５０は、複数の人工土壌粒子１０を所定の形状に成型したものである。人工土壌成型体１５０は、用途に応じて、シート状、ブロック状、板状、帯状、球状、棒状、不定形状等、種々の形状に加工することができる。人工土壌成型体１５０は、隣接する人工土壌粒子１０の間に一定の隙間１１を有している。この隙間１１は、空気及び水が通過することができるため、植物に必要な水分を保持しながら余分な水分を排出することができる。人工土壌成型体１５０が湿潤状態となった場合、隙間１１から余分な水分を排出し、人工土壌成型体１５０が乾燥状態となった場合には、隙間１１の毛細管現象により、周囲に存在する水分を吸い上げることができる。このように、人工土壌成型体１５０は、隣接する人工土壌粒子１０の間に形成される隙間１１によって、優れた通気性及び排水性を実現している。また、隙間１１は、植物の根が成長するための空間を提供するため、植物の根が張り易く、ひいては植物の成長を促すことができる。
　人工土壌成型体１５０の成型方法としては、例えば、人工土壌粒子１０に二次バインダーを添加して混練し、混合物を所定形状に整えて乾燥させる方法が挙げられる。二次バインダーは、人工土壌粒子１０の形成で用いたバインダー（一次バインダー）と同じものを使用できるが、異なる種類のバインダーであっても構わない。二次バインダーの添加量は、例えば、１～３０重量％とすることができる。二次バインダーの添加量が１重量％より少ないと、人工土壌粒子１０どうしの結合力が不足する虞があり、二次バインダーの添加量が３０重量％を超えると、人工土壌粒子１０間の隙間１１が小さくなり、人工土壌成型体１５０の排水性が低下する虞がある。成型の際、二次バインダーに柔軟な粒状体（例えば、ポリウレタンフォームの破砕品等）を混合することも可能である。この場合、植物の根の伸長が妨げられず、根の伸長に合わせて人工土壌成型体１５０を構成する人工土壌粒子１０の間隙を拡張させることができる。なお、二次バインダーを使用せずに、人工土壌成型体１５０を生成することも可能である。例えば、所望の形状の型枠に人工土壌粒子１０を充填し、これを加圧すると、人工土壌粒子１０が互いに固着し、人工土壌成型体１５０が得られる。加圧の際、適切な温度で加熱を行うと、人工土壌粒子１０の表面が粘着性を呈するため、人工土壌粒子１０どうしの結合力を高めることができる。
＜緑化用シート＞
　図５は、本発明の緑化用シート２００の説明図である。図６は、図５に示した緑化用シート２００に植物２４を植えた状態を示す一部断面図である。緑化用シート２００は、上述の人工土壌成型体１５０をシート状に敷設したものであり、本実施形態では、図５に示すように、灌水時の水を適宜透過させつつ、人工土壌粒子１０を支持する透水性シート２０と、透水性シート２０の上に形成される人工土壌粒子１０を積層した植栽基盤層２１とを備えた構成を有する。植栽基盤層２１は、図５に示すように、２層に形成されている。植栽基盤層２１には、下層に粒度の大きい人工土壌粒子１０を積層した排水層２２が形成され、上層に粒度の小さい人工土壌粒子１０を積層した保水層２３が形成されている。植栽基盤層２１の成型方法としては、上記人工土壌成型体１５０の成型方法が用いられる。透水性シート２０は、植栽基盤層２１から排水される水分を透過できる材質で構成され、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成繊維からなる不織布が挙げられる。
　植物２４は、上層の保水層２３に溜められた水を利用することができる。保水層２３は、人工土壌粒子１０の連通孔３に水分を保持し、さらに人工土壌粒子１０が密に形成された隙間１１にも水分を保持しているため、植物２４に対して十分な水を供給することが可能となる。下層の排水層２２では、人工土壌粒子１０内に植物２４に必要な水を保持しながら、隙間１１に含まれる余分な水を排出することができるため植物２４の根に対して通気性が確保され、植物２４の根腐れを防止することができる。また、排水層２２は、人工土壌粒子１０を粗に充填しているため、植物２４の根が張り易く、植物２４の横倒れ等を防止することができる。
　緑化用シート２００に用いられる人工土壌粒子１０は、軽量であり、しかも安定な構造体であるため、緑化用シート２００の厚みを調整し易く、取り扱いが容易である。このため、建物の床面や壁面に施工する際の作業性が良好なものとなる。緑化用シート２００の厚みを適宜調整することにより、多くの種類の植物２４を栽培することが可能となる。また、緑化用シート２００は、保水性材料を添加した人工土壌粒子１０を使用することにより、シートの厚みをさらに幅広く調整することが可能となる。緑化用シート２００の厚みは、ビルや住宅等の屋上やバルコニーの床面に用いる場合、植物の種類、すなわち、根の深さによって最適値は異なるが、例えば、芝や低草では１０～２００ｍｍが好ましく、３０～１００ｍｍがより好ましい。
　本実施形態では、植栽基盤層２１を２層に分けた例を示したが、植栽基盤層２１の構造は、緑化用シート２００の使用場所、使用形態により適宜変更することが可能である。例えば、植栽基盤層２１を３層以上に分けて人工土壌粒子１０の密度を変えてもよく、さらには、植栽基盤層２１が上層から下層へと厚さ方向で連続的な密度勾配を有するように形成してもよい。あるいは、植栽基盤層２１が厚さ方向で同じ密度となるように形成してもよい。
＜壁面緑化パネル＞
　図７は、本発明の壁面緑化パネル３００の説明図である。壁面緑化パネル３００は、上述の人工土壌成型体１５０を枠体３０に保持したものである。本実施形態では、図７に示すように、枠体３０に形成した凹部３１に人工土壌成型体１５０が配置されている。人工土壌成型体１５０は、枠体３０から落下しないように、例えば、凹部３１に図示しない複数のフックが設けられており、このフックに人工土壌成型体１５０が引っ掛かることで保持されるようになっている。人工土壌成型体１５０には、全体に亘って植物２４が植えられており、植物２４が成長すると、壁面緑化パネル３００の前面が植物２４で略覆われて緑化される。壁面緑化パネル３００に使用する枠体３０は、屋外での使用に耐え得るように、耐水性及び耐腐食性を有し、且つ軽量な素材で構成することが好ましい。枠体３０の素材としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＡＢＳ樹脂などの合成樹脂材料、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの軽量金属材料、スギ、ヒノキ、竹などの木材等が挙げられる。
　本実施形態の壁面緑化パネル３００に使用する枠体３０は、図７に示すように、正面視で矩形となるように構成しているが、枠体３０の形状や構造は、壁面緑化が行われる場所の状況に応じて適宜変更することができる。また、人工土壌成型体１５０は構造が安定しているため、人工土壌成型体１５０がある程度軽量である場合は、人工土壌成型体１５０の周囲に枠体３０の代わりとなる補強テープを巻き付けるなどして、枠体３０の構成を簡素化又は省略することも可能である。本発明によれば、様々な形態の壁面緑化パネル３００を組み合わせることにより、壁面緑化パネル３００を設置する場所の状況に適した壁面緑化を行うことができる。
　ところで、壁面緑化パネル３００を垂直な壁面に取り付けた場合、壁面緑化パネル３００に散水を行うと、人工土壌成型体１５０に保持された水は重力で降下するため、人工土壌成型体１５０のうち、壁面緑化パネル３００の垂直方向上方に位置する部分が乾燥し易く、垂直方向下方に位置する部分は上方から降下する水により水分過多となることがある。そこで、壁面緑化パネル３００において、垂直方向上方に位置する人工土壌粒子１０の密度が密に、垂直方向下方に位置する人工土壌粒子１０の密度が粗となるように、密度勾配を設けて人工土壌成型体１５０を構成することも可能である。このような人工土壌成型体１５０を用いて壁面緑化パネル３００を構成すれば、壁面緑化パネル３００の垂直方向上方と下方とで保持される水分の偏りが少なくなり、壁面全体に植物を均等に生育させることが可能となる。
＜園芸用ブロック＞
　図８は、本発明の園芸用ブロック４００の説明図である。園芸用ブロック４００は、上述の人工土壌成型体１５０をブロック状に積層したものであり、本実施形態では、図８に示すように、人工土壌成型体１５０を植物栽培用の容器の形状に構成してある。園芸用ブロック４００の成型方法としては、上記人工土壌成型体１５０の成型方法を用いることができる。園芸用ブロック４００の上部中央付近には、植物を植えるための凹状の植栽部４０が形成されている。これにより、園芸用ブロック４００は、人工土壌と植物とを一体化させた植物ポットとして製品化することができる。園芸用ブロック４００は、灌水した水が外部に漏れないように、人工土壌粒子１０を成型する際に保水性材料として機能し得る合成高分子材料や天然高分子材料を添加することも可能である。この場合、保水性材料は人工土壌粒子１０に用いた保水性材料と同じものを使用できるが、異なる種類の保水性材料であっても構わない。園芸用ブロック４００の対漏水性を向上させることにより、室内においても好適に利用することが可能となる。
　園芸用ブロック４００は、外側部と内側部とを備えた二層構造で構成することも可能である。例えば、外側部に保水性材料を添加した保水性の高い層を形成し、内側部にイオン交換能を有する材料を添加した保肥性の高い層を形成する。この場合、内側部の通水性及び通気性を確保しながら、灌水しても園芸用ブロック４００の外部に水が漏れることはない。また、園芸用ブロック４００の植栽部４０に肥料を追加すると、内側部は保肥性を有しているため、植物は養分を確実に吸収することができる。
　本発明の人工土壌成型体、緑化用シート、壁面緑化パネル、及び園芸用ブロックは、本発明の人工土壌粒子、及び人工土壌団粒体をベースに構成されるものである。そこで、実施例では、特に、本発明の人工土壌粒子、及び人工土壌団粒体を取り上げて説明する。
　実施例１～３として、夫々異なる粒状化方法（造粒法、粉砕法、ゲル化法）により本発明の人工土壌粒子を調製した。また、実施例４として、本発明の人工土壌粒子を団粒化して本発明の人工土壌団粒体を調製した。人工土壌粒子、及び人工土壌団粒体の特性については、以下の（１）～（６）に示す方法により評価した。
（１）粒径
　人工土壌粒子又は人工土壌団粒体を篩によって予め所定の粒径に分級し、分級したものについて上記実施形態で説明した画像処理を用いた測定法で粒径を測定し、これを試料として使用した。
（２）孔径
　人工土壌粒子を構成するフィラーの細孔の孔径をガス吸着法により測定した。複数のフィラーの間に形成される連通孔の孔径（孔径分布）については水銀圧入法により測定した。孔径分布については、後述の「人工土壌粒子の孔径分布」で詳述する。
（３）陽イオン交換容量
　富士平工業株式会社製の汎用抽出・ろ過装置「ＣＥＣ－１０　Ｖｅｒ．２」を用いて人工土壌粒子の抽出液を作製し、これを陽イオン交換容量測定用試料とした。そして、富士平工業株式会社製の土壌・作物体総合分析装置「ＳＦＰ－３」を用いて、人工土壌粒子の陽イオン交換容量（ＣＥＣ）を測定した。
（４）陰イオン交換容量
　人工土壌粒子２ｇに０．０５Ｍ硝酸カルシウム溶液２０ｍＬを添加し、１時間攪拌した。溶液を室温で１分間遠心分離（１０，０００ｒｐｍ）し、上清を測定用試料とした。測定用試料について、紫外可視分光光度計を用いて波長４１０ｎｍの吸光度を測定し、硝酸カルシウム濃度を求めた。求めた硝酸カルシウム濃度とブランクの硝酸カルシウム濃度との差から、硝酸態窒素の重量当たりの吸着量を算出し、これを比重で換算し、容積当たりの陰イオン交換容量（ＡＥＣ）とした。
（５）強度
　人工土壌粒子の強度を、繰り返し圧縮荷重の付加による容積変化率によって評価した。容積変化率は、以下の方法で求めた。土壌評価用の試料円筒（内径：約５ｃｍ、高さ：約５ｃｍ、容積：１００ｍＬ）にサンプルとして人工土壌１００ｍＬを充填し、試料円筒よりも径が僅かに小さい円筒状の錘（重量：５ｋｇ）をゆっくりとサンプルの上に載置した。その状態で６０秒間放置し、錘を取り除いた。これらの操作を１０回繰り返した（繰り返し圧縮荷重２５ＫＰａ）。繰り返し圧縮荷重の付与が完了したら、サンプルをそのまま６０秒間放置し、メスシリンダー等を用いてサンプルの容積Ｖを測定し、容積変化率ΔＶを以下の式[１]から求めた。
　　　ΔＶ（％）　＝　（１００－Ｖ）／１００　×　１００　・・・　[１]
（６）保水量
　解放したクロマトグラフ管に人工土壌粒子１００ｍＬを充填し、上部から２００ｍＬの水をゆっくりと注水したときの人工土壌の保水量を通水保水量とした。
（７）気相率
　人工土壌粒子からなる人工土壌を水道水に２４時間浸漬して飽和含水状態にした試料を作成し、この試料をさらに１時間静置した。試料の重量水を流下させた後、形状を出来るだけ維持しながら１００ｍＬ試料用円筒に採取し、大起理化工業株式会社製のデジタル実容積測定装置「ＤＩＫ－１１５０」にセットして気相率を測定した。
〔実施例１〕：造粒法
　フィラーとしてゼオライトを使用し、バインダーとしてポリエチレンエマルジョンを使用した。株式会社エコウエル製の人工ゼオライト「琉球ライト６００」１００重量部と、住友精化株式会社製のポリエチレンエマルジョン「セポルジョン（登録商標）Ｇ」５重量部とを攪拌しながら混合・造粒し、８０℃で２４時間かけて一次乾燥し、次いで、１２０℃で２４時間かけて二次乾燥したものを篩にかけて分級し、２ｍｍオーバー、４ｍｍアンダーとした人工土壌粒子を得た。得られた人工土壌粒子は、サブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーの細孔を有するフィラーが複数集合しており、フィラーの間にサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーの連通孔が形成されたものであった。また、細孔は連通孔の周囲全体に亘って分散配置されていた。この人工土壌粒子の陽イオン交換容量は１８ｍｅｑ／１００ｃｃであった。さらに、この人工土壌粒子を使用した人工土壌の強度（容積変化率）は１５％であり、保水量（通水保水量）は２８％であり、気相率は３５％であった。
〔実施例２〕：粉砕法
　フィラーとしてハイドロタルサイトを使用し、バインダーとしてポリエチレンエマルジョンを使用した。和光純薬工業株式会社製の試薬ハイドロタルサイト１００重量部と、住友精化株式会社製のポリエチレンエマルジョン「セポルジョン（登録商標）Ｇ」５重量部とを攪拌しながら混合し、混合物を乾燥機に導入して１２０℃で２４時間かけて乾燥し、ブロック状物を得た。このブロック状物を乳鉢及び乳棒を用いて粉砕し、篩にかけて分級し、２ｍｍオーバー、４ｍｍアンダーとした人工土壌粒子を得た。得られた人工土壌粒子は、サブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーの細孔を有するフィラーが複数集合しており、フィラーの間にサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーの連通孔が形成されたものであった。また、細孔は連通孔の周囲全体に亘って分散配置されていた。この人工土壌粒子の陰イオン交換容量は１５ｍｅｑ／１００ｃｃであった。さらに、この人工土壌粒子を使用した人工土壌の強度（容積変化率）は１２％であり、保水量（通水保水量）は２５％であり、気相率は３７％であった。
〔実施例３〕：ゲル化法
　フィラーとしてゼオライト及びハイドロタルサイトを使用し、アルギン酸塩としてアルギン酸ナトリウムを使用し、多価金属イオン水溶液として５％塩化カルシウム水溶液を使用した。和光純薬工業株式会社製の試薬アルギン酸ナトリウムを水に溶解させて濃度０．５％の水溶液を調製し、アルギン酸ナトリウム０．５％水溶液１００重量部に株式会社エコウエル製の人工ゼオライト「琉球ライト６００」１０重量部、及び和光純薬工業株式会社製の試薬ハイドロタルサイト１０重量部を添加して混合した。混合液を５％塩化カルシウム水溶液中に１滴／秒の速度で滴下した。滴下した液滴が粒子状にゲル化した後、粒子状ゲルを回収して水洗し、５５℃に設定した乾燥機で２４時間かけて乾燥させた。乾燥を終えた粒子状ゲルを篩にかけて分級し、２ｍｍオーバー、４ｍｍアンダーとした人工土壌粒子を得た。得られた人工土壌粒子は、サブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーの細孔を有するフィラーが複数集合しており、フィラーの間にサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーの連通孔が形成されたものであった。また、細孔は連通孔の周囲全体に亘って分散配置されていた。この人工土壌粒子の陽イオン交換容量は１４ｍｅｑ／１００ｃｃであり、陰イオン交換容量は１５ｍｅｑ／１００ｃｃであった。さらに、この人工土壌粒子を使用した人工土壌の強度（容積変化率）は１３％であり、保水量（通水保水量）は２６％であり、気相率は３３％であった。
〔実施例４〕：人工土壌団粒体
　実施例３で得られた人工土壌粒子の粉砕物１００重量部と、二次バインダーとしてコニシ株式会社製の酢酸ビニル樹脂系接着剤「ボンド（登録商標）木工用」５重量部とを混合し、混合物を造粒機に導入して団粒化し、人工土壌団粒体を得た。得られた人工土壌団粒体は、粒径が３～１８ｍｍであり、複数の人工土壌粒子が連なったクラスター構造を有するものであった。
〔人工土壌粒子の孔径分布〕
　本発明の人工土壌粒子が多孔質構造を備えていることを確認するため、水銀圧入法による孔径分布の測定を行った。図９は、水銀圧入法による本発明の人工土壌粒子又は人工土壌団粒体の孔径分布の測定結果を示すグラフである。孔径分布の測定は、（ａ）人工土壌粒子を凍結乾燥したもの（実施例３において、乾燥法を凍結乾燥法に変更した人工土壌粒子）、（ｂ）人工土壌粒子（０．１～０．２５μｍの単粒体）を酢酸ビニル樹脂で固めて約３φ（３ｍｍ）に団粒化したもの（実施例４に相当する人工土壌団粒体）、（ｃ）人工土壌粒子に架橋剤（日清紡ケミカル株式会社製の架橋剤：カルボジライト（登録商標）０．７％）を適用してさらに架橋したもの（実施例３の人工土壌粒子をベースとし、架橋密度をさらに大きく調製した人工土壌粒子）、の三種類の人工土壌粒子又は人工土壌団粒体を対象とした。図９より、（ａ）の人工土壌粒子については、約３０ｎｍ付近、及び約２μｍ付近の二箇所にピークが確認された。約３０ｎｍ付近のピークはフィラーどうしの間に形成される微少な間隙であると推測され、約２μｍ付近のピークが連通孔であると推測される。（ｂ）の人工土壌団粒体については、約５０ｎｍ付近、約０．６５μｍ付近、及び約２０μｍ付近の三箇所にピークが確認された。約５０ｎｍ付近のピークはフィラーどうしの間に形成される微少な間隙であると推測され、約０．６５μｍ付近のピークが連通孔であると推測される。また、約２０μｍ付近のピークは、団粒化による粒子間の隙間に相当するものと推測され、この隙間も連通孔の一種とみなすことができる。（ｃ）の人工土壌粒子については、約５０ｎｍ付近、及び約０．６５μｍ付近の二箇所にピークが確認された。約５０ｎｍ付近のピークはフィラーどうしの間に形成される微少な間隙であると推測され、約０．６５μｍ付近のピークが連通孔であると推測される。このように、本発明の人工土壌粒子又は人工土壌団粒体は、サブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーの連通孔を有しており、フィラーが有するサブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーの細孔と合わせて、二種類のサイズ分布を備えた独特の多孔質構造を有することが確認された。
　本発明の人工土壌粒子、及び人工土壌団粒体は、植物工場等で使用される人工土壌に利用可能であるが、その他の用途として、施設園芸用土壌、緑化用土壌、成型土壌、土壌改良剤、インテリア用土壌等にも利用可能である。また、本発明の人工土壌成型体、緑化用シート、壁面緑化パネル、及び園芸用ブロックは、ビルや住宅等の屋上やバルコニーにおける緑化及び植栽に利用可能である。
　１　　　　フィラー
　２　　　　細孔
　３　　　　連通孔
　１０　　　人工土壌粒子
　１００　　人工土壌団粒体
　１５０　　人工土壌成型体
　２００　　緑化用シート
　３００　　壁面緑化パネル
　４００　　園芸用ブロック

Claims (10)

  1. 　サブｎｍオーダー乃至サブμｍオーダーの細孔を有するフィラーが複数集合してなる人工土壌粒子であって、
    　前記フィラーの間にサブμｍオーダー乃至サブｍｍオーダーの連通孔が形成され、
    　前記連通孔が外部から水分及び養分を取り込むとともに、前記細孔が前記連通孔から前記養分を受け取り可能なように、前記細孔が前記連通孔の周囲に分散配置されている人工土壌粒子。
  2. 　前記連通孔の全容積が前記細孔の全容積より大きくなるように、前記フィラーは三次元ネットワーク状に結合されている請求項１に記載の人工土壌粒子。
  3. 　前記連通孔の少なくとも一部に保水性材料が導入されるとともに、前記細孔にイオン交換能を付与してある請求項１又は２に記載の人工土壌粒子。
  4. 　前記細孔の孔径が０．２～８００ｎｍであり、前記連通孔の孔径が０．１～５００μｍである請求項１～３の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
  5. 　０．２～１０ｍｍの粒径を有する請求項１～４の何れか一項に記載の人工土壌粒子。
  6. 　請求項１～５の何れか一項に記載の人工土壌粒子を団粒化した人工土壌団粒体。
  7. 　請求項１～５の何れか一項に記載の人工土壌粒子を成型してなる人工土壌成型体。
  8. 　請求項７に記載の人工土壌成型体をシート状に敷設した緑化用シート。
  9. 　請求項７に記載の人工土壌成型体を枠体で保持した壁面緑化パネル。
  10. 　請求項７に記載の人工土壌成型体をブロック状に積層した園芸用ブロック。
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