CO₂施用(しーおーつーせよう)

CO₂施用

CO₂施用とは

CO₂施用（しーおーつーせよう）とは、施設園芸で作物の光合成を促すために、ビニールハウスや温室内、または作物の群落周辺へ二酸化炭素（CO₂）を供給する環境制御技術です。炭酸ガス施用と呼ばれることもあります。

CO₂は光合成の材料ですが、ハウス内では日中の光合成によってCO₂濃度が外気より低下することがあります。そのため、CO₂発生装置、液化炭酸ガス、配管、チューブ、環境センサーなどを使い、作物が光合成しやすい時間帯にCO₂不足を補います。

ただし、CO₂施用は「ガスを入れれば増収する」という単純な技術ではありません。日射、温度、飽差、湿度、気流、換気、水分、肥料、葉面積、着果負担が合っていなければ、CO₂を施用しても効果は限定的です。特に、ハウス内が高温になりすぎたり、飽差が上がりすぎたりすると、作物は気孔を閉じやすくなり、CO₂を取り込みにくくなります。

CO₂施用で重要なのは、単に濃度を高くすることではなく、日射があり光合成が進む時間帯に、作物周辺のCO₂濃度を外気程度より大きく低下させないことです。導入前には、まず自分のハウスでCO₂濃度が本当に不足しているかを測定する必要があります。

CO₂施用の基本模式図

CO₂施用で重要な考え方

CO₂施用でまず重要なのは、施設内のCO₂濃度を測定し、日中に外気程度より大きく低下させないことです。ハウス内では、日射があり作物の光合成が進む時間帯ほどCO₂が消費され、換気や土壌・作物の呼吸だけでは補いきれず、外気より低い濃度まで下がることがあります。

従来は、ハウスが閉まっている早朝に高めの濃度で短時間施用する考え方が多く見られました。しかし近年は、早朝だけでなく、日中に外気程度からやや高い濃度を長く保つ低濃度長時間施用や、温室内外のCO₂濃度差を小さくするゼロ濃度差施用も重視されています。作物が光合成している時間帯に、CO₂不足を起こさせないことが基本です。

一方で、濃度を高くすればするほど効果が増えるわけではありません。濃度の目標は、作物、栽培方式、ハウスの気密性、換気状態、日射量、施用方式、作業者の安全管理によって変わります。CO₂濃度だけでなく、温度、湿度、飽差、気流、かん水、施肥、着果負担を合わせて管理しなければ、収量増加に結びつかない場合があります。

なお、CO₂施用の方式には、燃焼式の発生装置から送風機・親ダクト・子ダクトを通じてハウス内へ供給する方法、液化炭酸ガスをボンベやタンクから供給する方法、作物群落の近くへチューブで供給する局所施用などがあります。どの方式が適するかは、ハウス規模、作物、換気量、燃料費、ガス供給体制、既存設備によって変わります。

CO₂だけでは効かない条件図

CO₂濃度の目安は作物と換気状態で変わる

CO₂施用の濃度は、一律に「何ppmが正解」とは断定できません。作物、作型、ハウス構造、換気状態、日射量、施用方式、センサー位置によって適正値が変わるためです。ただし、研究事例から、導入時に参考にできる考え方はあります。

条件	考え方・目安	注意点
日中の基本	外気程度を大きく下回らせない	無施用では、晴天時に外気よりかなり低下する場合があります。
施設トマトの試験事例	400〜600ppm程度の低濃度日中施用	新潟県の試験では、7〜16時に換気停止中600ppm、換気中400ppm以上を目安に管理した事例があります。
換気停止中	600ppm程度を目安にした試験事例あり	900ppmと600ppmで収量差がない事例もあり、高ければ高いほどよいわけではありません。
換気中	400ppm以上、つまり外気相当を下回らせない考え方	換気中はCO₂が逃げやすいため、全体施用より局所施用や制御方法の検討が重要になります。
イチゴ	トマトと同じ単純な濃度管理ではなく、時間帯・換気・局所施用との組み合わせが重要	午前中の光合成、葉近傍の濃度、換気による損失を見て判断します。

この表は、すべての圃場にそのまま当てはめる基準ではありません。特に、研究事例の増収率やppm設定を、自分のハウスにそのまま当てはめるのは危険です。まずは、無施用時のCO₂濃度、日射、温度、湿度、飽差、換気開始時刻を記録し、どの時間帯にCO₂不足が起きているかを確認する必要があります。

CO₂濃度センサーの設置位置と測定の注意点

CO₂施用では、濃度を測る場所を間違えると、判断を誤ります。発生装置の近く、ダクト直下、天井付近だけで測定しても、作物が実際にCO₂を取り込む葉の周辺や群落内の濃度を反映しない場合があります。

センサーは、原則として作物の葉層付近、群落内、または作物がCO₂を取り込む高さで確認します。局所施用では、チューブ出口の濃度ではなく、葉の近くでCO₂濃度が維持されているかを確認することが重要です。

発生装置の近く：実際より高く表示されやすく、作物周辺の不足を見落とす場合があります。
天井付近：ハウス全体の空気の傾向は見られますが、群落内の濃度とは一致しない場合があります。
葉層・群落内：作物が実際にCO₂を取り込む場所に近く、局所施用の効果確認に向いています。
換気窓や出入口付近：外気の影響を受けやすく、代表値として使うには注意が必要です。

CO₂濃度は、1点だけでなく、必要に応じてハウス中央、端部、風下、群落内など複数地点で確認します。濃度むらが大きい場合は、チューブ配置、送風量、循環扇、換気、畝方向を見直します。

主なCO₂施用の方式

燃焼式：灯油やLPGを燃焼させてCO₂を発生させる方式です。ハウス内に発生装置を設置し、送風機、親ダクト、子ダクトなどを使って作物群落へ送る方法があります。導入しやすい一方、不完全燃焼、一酸化炭素、排ガス、熱、燃料管理、定期点検に注意が必要です。
液化炭酸ガス式：ボンベやタンクのCO₂を供給する方式です。燃焼を伴わないため、熱や燃焼排ガスを発生させずに制御しやすい一方、ガス代、供給体制、ボンベ・タンクの設置場所、安全管理の確認が必要です。
局所施用：チューブやダクトを使って、作物の株元、葉の近く、群落内へCO₂を近距離で供給する方法です。ハウス全体に施用するより無駄を減らせる場合がありますが、チューブ配置、送風量、センサー位置が不適切だと効果は落ちます。
排ガス回収・熱利用型：暖房機やエネルギー設備と組み合わせて、熱やCO₂を利用する方式です。大規模施設では検討されますが、設備設計、排ガス処理、安全管理、コスト試算が前提になります。

全体施用と局所施用の比較図

CO₂施用で誤解されやすい点

「CO₂施用機を入れれば必ず増収する」は誤りです。光、温度、飽差、気流、水分、肥料、葉面積、着果負担が整っていなければ、CO₂は収量に結びつきません。
「濃度は高いほどよい」は危険です。機器ごとの使用上限、安全基準、作物への効果限界があります。高濃度運転を安易にすすめる説明は不適切です。
「夜間も施用すればよい」は原則として不適切です。CO₂施用の主目的は光合成促進であり、日射のない時間帯に漫然と施用しても燃料やガスの無駄になりやすいです。
「換気中は意味がない」と決めつけるのも不正確です。確かにCO₂は逃げやすくなりますが、局所施用や換気制御により、作物周辺の濃度低下を抑えられる場合があります。
「炭素濃度」と表現するのは避けるべきです。施設園芸で管理するのは通常、空気中のCO₂濃度です。炭素そのものの濃度と混同させる表現は不適切です。
「早朝に高濃度で入れれば十分」と考えるのも不十分です。早朝施用だけでは、日中にCO₂不足が起きる場合があります。日中の低濃度長時間施用や、換気中に外気程度を下回らせない管理が有効な場合もあります。
「センサーが1台あれば十分」と考えるのも危険です。発生装置付近やダクト直下の濃度だけを見ても、群落内のCO₂不足を見落とす場合があります。

CO₂施用の時間帯図

イチゴ・トマトでのCO₂施用

CO₂施用は、イチゴ、トマト、ミニトマト、キュウリ、ピーマン、花き類、葉菜類などの施設栽培で利用されます。特にイチゴやトマトでは、冬季から春先にかけてハウスを閉める時間が長く、日中にCO₂不足が起きやすいため、施用効果を検討しやすい作物です。

ただし、イチゴとトマトでは、管理の考え方を同じにしてはいけません。トマトでは、日中の低濃度長時間施用や、換気中に外気程度を下回らせない管理が検討されます。一方、イチゴでは、葉の位置が低く、群落内の空気の動きや換気による損失の影響を受けやすいため、全体施用だけでなく、葉の近くへ供給する局所施用も重要な選択肢になります。

研究事例では、施設トマトで400〜600ppm程度の日中低濃度施用により増収した例や、イチゴ促成栽培で群落内へ局所CO₂施用することで、ハウス全体施用よりもCO₂施用効率が改善した例があります。ただし、これらの結果は試験条件に基づくものであり、品種、作型、ハウス構造、換気、暖房、チューブ配置、栽培管理が異なる圃場へそのまま当てはめることはできません。

導入判断では、「イチゴだから効く」「トマトだから効く」と考えるのではなく、無施用時のCO₂濃度低下、日射、温湿度、飽差、草勢、着果負担、換気状態を確認した上で、施用方式と濃度設定を決める必要があります。

CO₂局所施用とは

CO₂局所施用とは、ハウス全体の空間にCO₂を広げるのではなく、チューブやダクトを使って作物の株元や群落内へCO₂を近距離で供給する方法です。作物の近くに供給するため、換気時や大きなハウスでCO₂が拡散して無駄になる問題を減らせる場合があります。

一方で、チューブの穴位置、送風量、作物の草丈、ベッド構造、循環扇の位置が不適切だと、CO₂が作物に届かなかったり、濃度むらが発生したりします。局所施用は「チューブを置けばよい」という技術ではなく、群落内CO₂濃度を測定しながら調整する必要があります。

特にイチゴでは、株元や葉の近くにCO₂を届ける局所施用によって、ハウス全体に施用するより効率が高まる場合があります。ただし、局所施用であっても、換気、風向き、ベンチ構造、チューブの目詰まり、センサー位置が悪ければ効果は不安定になります。

CO₂施用の安全管理

CO₂施用では、作物の光合成を目的とする栽培管理値と、作業者が安全に作業できる濃度を分けて考える必要があります。高濃度施用、密閉状態、地下ピット、ボンベ保管場所、燃焼式発生装置の周辺では、CO₂濃度の上昇や酸欠、不完全燃焼による一酸化炭素の発生に注意が必要です。

日本産業衛生学会の許容濃度では、二酸化炭素の許容濃度は5,000ppmとされています。ただし、これは労働衛生上の参考値であり、施設園芸での栽培目標濃度ではありません。栽培管理で使うCO₂濃度と、作業者安全のための管理濃度を混同してはいけません。

燃焼式では、不完全燃焼、一酸化炭素、排ガス、熱の確認を行います。
液化炭酸ガス式では、ボンベ・タンクの転倒防止、漏えい、保管場所、換気を確認します。
密閉状態で高濃度運転した直後は、入室前に換気と濃度確認を行います。
警報器、換気手段、点検記録、作業者への周知がない状態で高濃度運転してはいけません。

導入前に確認すべき項目

日中のハウス内CO₂濃度が実際に低下しているか
CO₂濃度を、発生装置付近ではなく葉層・群落内でも測定しているか
日射量、温度、湿度、飽差、気流を測定しているか
換気開始時刻とCO₂施用時間がぶつかっていないか
作物の草勢、葉面積、着果負担、養水分管理が整っているか
燃焼式の場合、不完全燃焼・一酸化炭素・排ガス・熱の対策ができるか
作業者が入る空間として、安全な濃度管理と警報・換気手段があるか
導入費、燃料費、ガス代、メンテナンス費を収量増で回収できるか

CO₂施用の導入を急がない方がよい条件

次の条件に当てはまる場合、CO₂発生装置や液化炭酸ガス設備の導入を急ぐべきではありません。先に測定、換気、温湿度管理、かん水、肥培管理、草勢管理を見直す必要があります。

日中のCO₂濃度低下を測定していない場合：不足しているか分からない状態では、投資判断ができません。
温度・湿度・飽差を測っていない場合：CO₂だけ増やしても、気孔が閉じていれば効果は出にくくなります。
換気でCO₂がすぐ逃げる構造の場合：全体施用では無駄が多く、局所施用や換気制御の検討が必要です。
根傷み、過湿、乾燥、肥料過不足がある場合：光合成を促しても、吸水・養分吸収・転流が追いつかない可能性があります。
過着果で草勢が落ちている場合：CO₂施用より先に、着果負担、摘果、かん水、肥培管理を見直す必要があります。
安全管理ができない場合：警報器、換気、点検、作業手順がない状態での高濃度運転は危険です。

よくある質問

CO₂施用の読み方は？

一般には「シーオーツーせよう」と読みます。農業現場では「炭酸ガス施用」と呼ばれることもあります。

CO₂施用は肥料ですか？

肥料そのものではありません。植物の光合成に必要な二酸化炭素を補う環境制御技術です。肥料、かん水、温度、湿度、日射の管理と組み合わせて使います。

なお、「CO₂施肥」「炭酸ガス施肥」と呼ばれる場合がありますが、一般的な肥料成分を土壌や培地へ施す作業とは異なり、空気中の二酸化炭素を補う環境制御技術として理解する必要があります。

CO₂施用は何ppmがよいですか？

一律には断定できません。作物、ハウスの気密性、換気状態、日射量、機器仕様、安全管理によって変わります。施設トマトでは、日中に400〜600ppm程度で管理した試験事例がありますが、これは全圃場にそのまま当てはまる基準ではありません。まずはハウス内CO₂濃度を測定し、日中に外気程度を大きく下回っていないかを確認することが重要です。

CO₂施用は夜にも必要ですか？

通常の施設園芸では、主な目的は日中の光合成促進です。夜間に漫然と施用しても効果は期待しにくく、燃料やガスの無駄、安全リスクにつながる可能性があります。

CO₂施用機だけ買えば増収しますか？

判断不能です。CO₂不足が実際に起きているか、日射・温度・飽差・気流・水分・肥培管理が整っているか、換気でCO₂が逃げていないかを確認しなければ、投資判断はできません。測定記録なしに機器だけ導入するのは、誤投資になりやすい判断です。

CO₂施用は早朝だけ行えばよいですか？

早朝だけで十分とは限りません。従来は、ハウスを閉め切りやすい早朝に高めのCO₂濃度で施用する方法が多く見られました。しかし、日中に光合成が進むとハウス内CO₂濃度が外気より低下することがあり、低濃度長時間施用やゼロ濃度差施用が有効な場合もあります。作物、作型、換気状態、日射条件を見て判断する必要があります。

CO₂濃度センサーはどこに置けばよいですか？

発生装置の近くや天井付近だけでは不十分です。作物が実際にCO₂を取り込む葉層付近、群落内、または作物の高さに近い位置で確認します。局所施用では、チューブ出口ではなく、葉の近くでCO₂濃度が維持されているかを見ることが重要です。