エアロポニックス – 知っておくべきことすべて

エアロポニックスとは何ですか?

エアロポニックスとは、土を使わずに植物を育てる栽培方法です。これは、より広範な「土なし」栽培法の一部であり、以下のものも含まれます。 水栽培 と アクアポニックス.

ただし、これらの他の 2 つの方法とは異なり、骨材や基質は使用されません。場合によっては、植物はコココイアのような非常に軽い基質で所定の位置に保持され、根はサポートなしでぶら下がっている場合があります。

代わりに、栄養素は、溶解した栄養素を含むエアロゾル化された水の液滴または噴霧ミストを通じて植物に届けられます。

出典： 現代の農家

この方法の主なポイントは、植物の成長条件を最大限に制御し、病気の媒体（土壌と水）をほとんど除去することです。

エアロポニックスの市場規模は次のとおりです。 2.7 年には 2023 億ドルに達し、17.4% の CAGR で 2033 年までに 20.5 億ドルに成長すると予想されています。

エアロポニックスの科学

エアロポニックスでは、リン酸塩、カリウム、窒素 (「NPK」) などの栄養素や微量栄養素が水に溶解され、肥料の使用効率がほぼ 100% になります。水耕栽培との違いは、水が常に存在するわけではなく、定期的に根に噴霧されることです。

エアロポニックスは、低圧システムと高圧システムの 2 つの異なる設計に分けることができます。

高圧システム 強力なポンプと高圧ノズルを使用して、高圧ミストを根元に直接噴射します。圧力は 60 ～ 90 psi にも達します。ミストには酸素が豊富に含まれており、効率よく栄養素を摂取できます。

低圧システム 穏やかな霧や水滴を使って植物の根に水を与えます。このシステムでは、ミストは液滴の軽いスプレーであり、栄養素をゆっくりと定期的に吸収することができます。これは、高圧によって根が損傷する可能性がある敏感な植物にとって、またはこの方法へのローテクなアプローチにとって、高圧よりも好ましいです。低圧は、高圧でターゲットを絞るのではなく根をミストに浸すため、「ソーアカポニックス」と呼ばれることもあります。

エアロポニックスで何が栽培できるの?

理論的には、ほぼすべての植物をエアロポニックスで栽培できます。しかし、コストを考慮すると、空気耕栽培で栽培される作物は水耕栽培とほぼ同じになり、季節を問わず安定した市場需要がある高価値で高品質の作物になります。

そのため、エアロポニックス システムは特に成長に適しています。

• 葉物野菜（サラダ、ほうれん草など）。
• ハーブ。
• いちご。
• トマト。
• パプリカ。
• きゅうり。

これらの水耕栽培や空気栽培に適した作物に加えて、空気栽培では、常に水に浸かっていると腐ってしまう根菜類も栽培できます。したがって、ジャガイモやニンジン、その他の塊茎も同様に栽培できます。

マリファナのように、化学組成が重要で安定した予測可能な生育条件を必要とする作物も、エアロポニックス手法の恩恵を受けます。

エアロポニックスの利点

エアロポニックスの利点の一部は、他の土を使わない方法の利点と似ており、これについては記事で詳しく説明しています。水耕栽培 – 知っておくべきことすべて"と"アクアポニックス – 知っておくべきことすべて"

• 水の使用量を従来の農業の 80 ～ 95% 削減します。
• 肥料をほぼ100％使用しており、汚染はありません。
• 除草剤は必要ありません。
• 成長条件の制御。
• 特に垂直農業と組み合わせた場合、スペースを最大限に利用できます。

これらに加えて、エアロポニックスにはいくつかのユニークな利点があります。

害虫と病気の管理

土壌を使用しないことにより、土壌由来の病気のリスクが明らかに排除されます。しかし、水耕栽培では根が常に同じ水の中にぶら下がっているため、水が媒介する病気に対して依然として脆弱です。

システム内の水の量を大幅に減らすことで、水中の病原体の存在を監視することが容易になります。また、汚染が検出された場合でも、水の洗浄、濾過、滅菌が容易になります。

その結果、エアロポニックスは、水耕栽培よりもはるかに少ない農薬の使用を必要とする農法です。

非常にきれいな水と土を使用しないエアロポニックスは、消費者にとって最も安全な栽培方法の 1 つとなり、有害な細菌による汚染の可能性がほとんどありません。

より迅速な成長

根の極度の酸素供給のおかげで、空気栽培条件の植物は水耕栽培よりも 2 ～ 3 倍早く成長することができ、それ自体が温室や露地での鉢植えの植物よりも速い場合がよくあります。

これにより、同じ栽培面で葉物野菜などのすぐに収穫できる作物の生産性を高めることができます。

根菜類

前述したように、エアロポニックスは、ジャガイモ、ニンジン、パースニップなどの根菜類の栽培に適合する唯一の無土垂直農法です。

出典： シポタート 

また、根に直接垂らして散布するため、直接根にアクセスすることが可能です。これは、収穫を非常に実用的にし、収穫した塊茎からきれいにする土を必要としないため、垂直農法で根菜類を栽培する場合に確かな利点となります。

エアロポニックスの短所

コスト

すべての無土栽培方法と同様に、コスト、特に初期費用が問題になります。エアロポニックスには、専用の施設、機器、センサー、フィルターなどが必要です。水耕栽培システムに加えて、ノズル (高圧システム用の商用グレード) と強力なポンプ、および加圧タンクも必要です。

pHと栄養素のモニタリング

これはエアロポニックスに特有のものではありませんが、ここではさらに敏感です。これは、水の体積が大幅に減少し、栄養素の濃度がはるかに高くなるためです。

これは、栄養素が集中しすぎない必要があることも意味します。緩衝剤となる土壌や水がないため、植物に供給される栄養素の量を正確に計算する必要があります。

そのため、多少の栄養素の過剰摂取は問題にならない他の栽培方法よりも、はるかに複雑で知識集約的なものになります。

そのため、エアロポニックスシステムは、栄養素濃度が高すぎる場合（植物にイオンおよび pH ストレスを引き起こす）と、栄養素濃度が低すぎる場合（次善の成長を引き起こす）の間で常に紙一重を行き来しています。

回復力

水耕栽培システムは、本来、野外の作物よりも人工的なものです。これは、物事がスムーズに進むことに依存していることを意味します。

• 部品およびコンポーネントのサプライ チェーン。
• 電力供給。
• 高度に自動化された高度な操作を実現する電子接続システム。
• 必要な監視とメンテナンスを効率的に実行できる熟練労働者。

これらのリスクを軽減する方法はありますが、たとえば、システムの冗長化や在庫の拡大（セットアップコストが増加します）、または再生可能発電によるエネルギーの局地的供給などがありますが、エアロポニックスは、屋外で雨水を浴びた作物ほど回復力はありません。分野。

これらはすべて水耕栽培にも言えます。しかし、エアロポニックスにとってこれはさらに重要であり、根に水分を与えてダメージを受けないようにするには、継続的な霧が必要です。

そのため、ポンプや電源の故障により数時間停止しただけでも、空気耕栽培の収穫全体が台無しになる可能性があります。このため、一部の航空栽培システムには、航空栽培が一時的に失敗した場合に作物を浸水させるための水耕栽培バックアップが備えられています。もちろん、このようなバックアップはコストと複雑さを増すだけです。

複雑

そして、複雑さもエアロポニックスのもう一つの問題です。このシステムは病気や栄養バランスを監視する必要があるだけでなく、水耕栽培システムよりも多くの部品が含まれています。ミストを放出する 1 つまたは複数のノズルによって各根に個別にスプレーされます。これらのノズルは目詰まりまたは故障している可能性があります。それぞれに独自の配管システムが付属しています。

部品の数が増えると、何か問題が発生する可能性が高くなり、エアロポニクス全体のメンテナンスと監視がより集中的になり、最初のセットアップがより複雑になります。

エアロポニックスのイノベーション

LED照明

LED ライトは、エアロポニックスにおける重要な技術介入です。これらのライトは、他の光源よりも消費エネルギーがはるかに少なく、熱の放出も少なく、寿命が長くなります。

さらに、可視光スペクトルのすべてが植物の光合成に役立つわけではないため、緑色光を含まない専用の LED を使用すると、人工照明によって消費される電力をさらに削減できます。

出典： 農業

IoT およびセンサーベースの自動化

センサーや電子機器のコストが下がったことにより、温度、湿度、光、pH レベル、栄養素の量を継続的に監視することが可能になりました。

このセンサーベースの農業は、リアルタイムでの追跡と調整に役立ち、常に最適な状態を維持します。エアロポニックスでは特に高度なモニタリングが必要であることを考慮すると、この方法では安価で強力なセンサーが他の方法よりもさらに重要になります。

AIベースのテクノロジー

前述したように、エアロポニックスでは、水システム、病気、栄養素レベルなどを徹底的に監視する必要があります。

AI は、光、湿度、栄養素レベルなどの環境条件の最適化に役立ちます。 AI は、植物の種類ごとにパーソナライズされた成長計画を作成することで、投資の最適化とコストの削減にも役立ちます。

また、マシンビジョンや生化学検査を利用して、植物が一部の栄養素を十分に摂取していないか、あるいは過剰に摂取しているかを人間が判断する前に病原体について警告したりすることもできる。

最後に、自律型農業ロボットの台頭により、植物の植え付け、剪定、収穫、交換を完全に自動化できるエアロポニクス システムを想像することができます。

超音波噴霧器

「従来の」エアロポニックスでは、低圧または高圧のノズルを使用して、多かれ少なかれ大きなエアロゾル化した水の粒子を含むミストを生成します。

別の方法は、超音波を使用して霧に似た超小さな水滴を作成することです。粒子は 10 ミクロンほど小さいものもあります。このため、これは「フォグポニックス」と呼ばれることもあります。

出典： Trees.com

霧の使用から恩恵を受ける文化の 1 つのタイプは、実際にはまだ根系を持たない苗木とクローンです。空気栽培では、これらの植物は摂取量が少なすぎて乾燥するか、多すぎて詰まり、窒息/腐敗する可能性があります。

Fogponic ははるかに低い圧力を提供するため、壊れやすい植物に最適です。また、霧をより広い範囲に広げることもできるため、ノズルが多すぎることによる複雑さと問題が軽減され、数個の噴霧器で置き換えることができます。

また、供給される栄養素も少なくなり、クローンや苗木にとっては有利ですが、より大きな成熟した植物にとっては問題になる可能性があります。

ただし、このシステムにはいくつかの制限があります。

• 発熱: アトマイザーが過熱する可能性があり、霧が乾燥します。
• 塩分の蓄積: エアロポニックスの場合よりもさらに、栄養素からの塩の堆積物が蓄積し、アトマイザーや配管を詰まらせる可能性があります。定期的にブラッシングしたり、酢や酸に塩を溶かしたりして掃除する必要があるかもしれません。

出典： ルッタスグロウ

宇宙ベースのエアロポニクス

新たな宇宙開発競争が進行し、米国、ロシア、中国による月と火星への恒久基地設置計画により、数十人、場合によっては数百人の宇宙飛行士に食事をどうやって与えるかという問題がより緊急になっている。

人口が増えれば増えるほど、地球からすべての食料を輸入することは経済的に合理的になります。それでも、これらの人工生息地は小さく、生息地と最終的な温室を 1 キロ/立方メートルごとに建設し、敷地内に持ち込むには多額の費用がかかります。

したがって、食料を地元で生産することは輸送コストを削減するために理にかなっており、副次的なボーナスとして酸素を生成し、空気をリサイクルすることになりますが、それはそれが非常に効率的である場合に限ります。スペースと水のコストと不足により、航空栽培システムは宇宙ベースの食料生産にとって非常に優れた選択肢となっており、植物の病気のリスクが軽減されるというもう一つの有利な議論もあります。

ジャガイモのような非常にエネルギー密度の高い根菜類を栽培できる可能性もあり、（穀物とは対照的に）あまり複雑な調理をしなくても簡単に食べられるため、他のソリューションよりもエアロポニックスが好まれています。

さらに、重力のない液体の水よりも、水の霧の方がはるかに実用的である可能性があります。

そして、これは単なるコンセプトではなく、プロトタイプはすでに ISS でテストされています。 eXused Root On-Orbit Test System (XROOTS) 技術デモ プログラム.

出典： 米航空宇宙局（NASA）

エアロポニック設備の構築

全体として、水耕栽培は空気栽培よりもシンプルで、建設費が安く、維持も簡単です。

したがって、エアロポニック設備の構築を計画する場合、答えるべき良い質問は次のとおりです。 なぜ水耕栽培ではなく空気栽培を選ぶのでしょうか?

それでも、エアロポニックスを好むことが理にかなっているユースケースはたくさんあります。

• 苗木またはクローンの成長。
• 垂直農法で根菜類を栽培。
• 水系の病気に非常に敏感な植物種を育てています。
• 水の供給を極端に制限し（砂漠地帯）、水耕栽培よりもさらに少ない水の使用に重点を置きます。
• 急速な成長により付加価値が高まります。
  • 都市農業や超ローカル栽培などでは、スペースの利用可能性が重要です。
  • 需要は急速に変動するか、予測が難しいため、売上高が速ければ、需要の増加または縮小に迅速に対応できます。

ほとんどの場合、商業的運営では空気栽培が使用されます。これは、単純な水耕栽培よりもセットアップと操作が複雑であるためです。

それでも、自家製の小規模システムを使用することは可能です。これは、少量でも非常に迅速に売上高が得られるため、たとえば、水耕栽培の流水や水タンクが設置されている家やアパートに小規模なシステムを設置することができます。不便になる。

まとめ

エアロポニックスは、特定の条件下での水耕栽培を強力にアップグレードしたもので、成長速度、水の使用量、病気のリスク、スペースの使用量に関して優れたパフォーマンスを提供します。
ただし、これはさらに複雑で、高価で、保守が難しいシステムです。

ノズルの数が多かったり、霧耕栽培の場合は塩分が蓄積したりするため、システムの最適な調整を維持するために常に注意を払う必要があります。そして、失敗するとすぐに植物はしおれて枯れてしまいます。

したがって、エアロポニックスは、スペースが最大の制約で迅速な売上が確保される小規模な趣味のプロジェクト、または屋内農業作業の最適化を検討する準備ができているハイテクで経験豊富な商業チームのいずれかに適したシステムである可能性があります。

そして、根菜類を含む作物の範囲が広がり、水の使用量が減り、病気による損失が減り、さらには作物の回転がさらに速くなることから、エアロポニックスは屋内農業の未来となる可能性があります。
それは、人類が宇宙に進出したときにも当てはまるかもしれません。