光合成と呼吸は、健康な植物と高品質の作物の鍵となる 2 つの主要な植物成長プロセスです。
光合成中、光合成の葉と幹細胞は太陽のエネルギーを利用して、空気中の二酸化炭素 (CO2) と根細胞が吸収した水とを結合させてグルコースの形で糖を生成します。このグルコースは、セルロースやデンプンの生成を含む、植物のあらゆる部分の多くの代謝プロセスに使用されます。
グルコースは、本質的に光合成の逆のプロセスである根細胞呼吸の重要な燃料源でもあります。
呼吸中、呼吸中の根細胞は葉から輸送されたグルコースを燃焼します。グルコースは細胞エネルギー (アデノシン三リン酸、または ATP と呼ばれます) に変換され、代謝プロセス、主に水と栄養素の取り込みを促進するために使用されます。
酸素がなければ呼吸は起こりません。酸素は最後の電子受容体です。グルコースをATPに変換するには好気呼吸が必要です。
酸素は作物の品質を制限する要因です
根細胞が利用できる酸素の量は、植物の健全な成長速度と作物の収量に関係します。十分な酸素がないと、根の細胞が燃焼できる糖分の量と、吸収できる水と栄養素の量が制限されます。
植物による水分と栄養素の摂取速度が低下すると、全体の成長速度、果実の収量と品質が直接制限されます。弱った植物は病気にかかりやすくなり、暖かい季節の高温などの環境ストレスに対する耐性が低くなります。
根域の酸素供給は温室では一般的に行われています。温暖な気候では、温度が高くなると水中の溶存酸素（DO）が少なくなるため、これはさらに重要です。
さらに、灌漑水を再利用する生産者は、灌漑のたびに水質を改善する必要があります。
露地作物栽培と散水
温室栽培者に加えて、特殊な畑作物の栽培者も灌漑用水のエアレーションから恩恵を受けます。
井戸水や井戸水を含む貯水池には、植物の健康を維持するのに十分な酸素が不足していることがよくあります。貯水池に有機化合物（通常は風に吹かれた葉や種子、鳥の糞、病原菌、藻類など）が存在すると、水の生物化学的酸素要求量（BOD）が高くなります。
これは、微生物が存在する有機成分を分解するためにより多くの溶存酸素を必要とすることを意味します。酸素供給方法は、BOD を低減し、植物の根の健康を促進するために許容可能な DO を達成するための鍵となります。
さらに、2022年の新しい研究では、（超酸化水処理による）土壌酸素レベルの上昇により、土壌の石化や栄養素の変換などの有益な土壌微生物の活動が促進され、作物の収量、水の利用効率、土壌肥沃度が向上することが確認されています。
貯水池に貯めた水を使用する場合でも、水源から直接水を使用する場合でも、根の発達と植物の成長には、高酸素で高品質の灌漑用水が不可欠です。
酸素と病気
酸素は、ピシウム種やフィトフトラ感染症などの病気を軽減および抑制するための鍵でもあります。超高濃度の溶存酸素は、菌根などの有益な微生物の増殖を促進し、嫌気性病原体を抑制します。
根域の溶存酸素レベルが低い場合、根や植物の形態、代謝、成長に影響を与える可能性があります。
これらの逸脱は植物の成長に悪影響を及ぼし、病気にかかりやすくなります。
酸素化技術
最近まで、生産者はいくつかの伝統的な水曝気方法から選択できましたが、これらの方法のパフォーマンスはかなり悪かったです。
ディフューザーの酸素移動効率は 1-2%、ベンチュリおよびスパージャー システムの酸素移動効率は約 20-40% です。ベンチュリとミスターは移送率が高いですが、生産者にとっては非効率的で非経済的です。
温度が上昇すると水の溶存酸素を保持する能力が低下するため、多くの栽培者は従来の曝気システムに水冷システムを使用しています。冷却システムは大量のエネルギーを消費し、運用コストが大幅に増加し、特にエネルギーコストが増加し続ける中で、持続可能性と経済性が低下します。
ナノバブル技術
ナノバブル技術は、ルートゾーンの溶存酸素を最適なレベルまで増加させる、持続可能で費用対効果の高い方法です。 Moleaer の特許技術は 85% 以上の酸素移動率を備えており、生産者はより少ない資源で効果的に溶存酸素を増やすことができます。
ナノバブルはまた、水と灌漑ラインを効果的に消毒し、水由来の根の病気やバイオフィルムの蓄積を防ぐ、実証済みの化学薬品を使用しない方法を提供します。これらの利点により、水質が改善され、植物の活力が高まり、化学薬品への依存が軽減されます。
ナノバブル超酸素化
より高いガス移動速度により、ナノバブル発生器は溶存酸素レベルを迅速かつ効果的に増加させることができます。生産者は、作物に最適な酸素利用を実現するために、溶存酸素をターゲットにするようにナノバブル発生器を設定できます。 Moleaer の技術により、栽培者は根域の DO レベルを少なくとも 50 ～ 100% 増加させることができ、温水中でも一貫した濃度を維持できます。
このレベルでは、根細胞は水と栄養素をより効率的に吸収します。根の細胞ができるだけ多くの水分と栄養素を吸収できると、根の発達、植物の成長、作物の収量が最大化されます。
ナノバブルは病原菌やバイオフィルムも減少させます
効率的な酸素化に加えて、ナノバブル技術は、独特の化学的および物理的特性を持つナノバブルを生成します。これらの特性により、ナノバブルは水系の病原菌やバイオフィルムを減少させます。
ナノバブルは中性浮力であり、より大きな泡のように表面に上昇して破裂するのではなく、液体中に浮遊したままであることを意味します。灌漑用水が流れると、ナノバブルはブラウン運動によって水系の一部を通って常にランダムに移動します。
それらは灌漑パイプの壁などの表面に引き寄せられ、そこで水と接触するほとんどの表面に形成されるマトリックスであるバイオフィルムをすり減らして磨きます。バイオフィルムには病原体が潜んでいて、蓄積すると灌漑エミッターを詰まらせる可能性があります。
バイオフィルムの減少により、病原体の拡散が制限され、灌漑システムの寿命が延びます。さらに、栽培者はバイオフィルム除去のための化学薬品の使用を減らすことができます。
化学物質を使用せずに、ナノバブルは水中の細菌細胞を溶解し、病原体を酸化することもできます。ナノバブルが汚染物質に遭遇すると、破裂して活性酸素種 (ROS) を生成します。活性酸素種は、過酸化水素や塩素などの穏やかな酸化剤です。
マサチューセッツ大学とアリゾナ州立大学の科学者らが最近説明したように、「ナノバブルで生成された ROS は、処理に費用がかかる化学ベースの酸化剤 (塩素、オゾン) からの脱却を可能にするため、水処理に最も有望である可能性があります。重要な治療目標（有機汚染物質、病原体、バイオフィルムの破壊など）の達成に貢献しながら、危険で有害な副産物を生成します。」
栽培者はナノバブル技術を利用して病原菌とバイオフィルムを削減
生産者は、ナノバブルを注入した灌漑用水中のピシウムやフィトフトラなどの水系病原菌が大幅に減少していることを確認しています。
オランダの研究機関 NovaCropControl は、ナノバブルを注入した灌漑用水で灌漑した温室トマト作物の研究を実施しました。彼らは、根の健康に影響を与える一般的な水系病原菌であるピシウムのレベルが 80% 減少したことを確認しました。
オランダのデルフィ研究所では、イチゴ作物を対象とした別の研究が行われました。研究者らは、ピシウム数が 74% 減少し、フィトフトラ病の発生が減少し、根の全体的な品質がより健康になったことを発見しました。
