レタス栽培システムおよび方法
【課題】既存技術を組み合わせてトータル制御することにより、露地栽培環境を作り出することにより、レタスを結球させることが可能な条件を満たしたレタスの栽培システムおよび方法を得る。
【解決手段】栽培槽１１と、給水槽２０と、肥料タンク２１と、ＣＯ２タンク１８と、光源１３と、エアコン１４と、ファン１５と、各種センサと、ＣＯ２センサ１７と、コントローラ２とを備える。コントローラ２は、栽培槽１１への給水状態を制御するとともに、ＣＯ２濃度が露地栽培よりも高い濃度となるようにＣＯ２タンク１８を制御し、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、光源１３を周期的に制御し、環境温度および気流が変動するように、エアコン１４およびファン１５を制御する。
【解決手段】栽培槽１１と、給水槽２０と、肥料タンク２１と、ＣＯ２タンク１８と、光源１３と、エアコン１４と、ファン１５と、各種センサと、ＣＯ２センサ１７と、コントローラ２とを備える。コントローラ２は、栽培槽１１への給水状態を制御するとともに、ＣＯ２濃度が露地栽培よりも高い濃度となるようにＣＯ２タンク１８を制御し、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、光源１３を周期的に制御し、環境温度および気流が変動するように、エアコン１４およびファン１５を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レタスの栽培システムおよび方法に関し、特に、ＬＥＤ灯を用いた閉鎖型完全人工光型植物工場の環境制御によりレタスを栽培して、レタスを結球させるためのシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、閉鎖型完全人工光型植物工場による水耕栽培法に関しては、種々の技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
また、レタス栽培において、食感の優れた結球レタスを実現させるためには、適度なストレスを与える必要があるので、栽培環境条件が変化する露地栽培が適していることが知られている。
【０００３】
しかしながら、従来の閉鎖型完全人工光型植物工場においては、閉鎖空間中で露地栽培環境を人工的に作り出すことは非常に困難であるうえ、コストアップが著しいことから、閉鎖型完全人工光型植物工場内においてレタスを結球させることは、現実的に不可能といわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、閉鎖型完全人工光型植物工場において、露地栽培の個々の栽培環境を各々単独で設定していたので、レタスを結球させることができないという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、既存技術（照明技術、空調制御技術、養液栽培技術など）を組み合わせてトータル制御し、露地栽培環境を作り出することにより、レタスを結球させることが可能な条件を満たした閉鎖型完全人工光型植物工場によるレタスの栽培システムおよび方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る閉鎖型完全人工光型植物工場によるレタス栽培システムは、レタスの栽培槽と、栽培槽に肥料成分が調整された給水を行う給水槽と、給水槽に肥料を供給する肥料タンクと、レタスの環境中にＣＯ２（炭酸ガス）を供給するＣＯ２タンクと、レタスに人工光を照射する光源と、レタスの空気環境を調整するエアコンと、レタスに向けて気流を発生するファンと、栽培槽および給水槽の給水情報を検出する各種センサと、レタスの環境中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサと、給水槽、肥料タンク、ＣＯ２タンク、光源、エアコンおよびファンを制御するコントローラと、を備え、コントローラは、給水情報に基づき、栽培槽への給水状態が一定となるように給水槽および肥料タンクを制御するとともに、レタスの環境中のＣＯ２濃度が、露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるようにＣＯ２タンクを制御し、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、光源を周期的に制御し、明期および暗期の周期と同期して、レタスの環境温度および気流が変動するように、エアコンおよびファンを周期的に制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ＬＥＤ灯を使用するとともに、栽培環境条件をトータル制御することにより、閉鎖型完全人工光型植物工場においてレタスを結球させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレタス栽培システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるトータル制御手順を露地栽培状態と比較して示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるトータル制御手順を時間軸方向に拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係るレタス栽培システムの全体構成を示すブロック図である。
図１において、レタス栽培システムは、閉鎖型完全人工光型植物工場１と、コントローラ２と、ＣＯ２タンク１８およびバルブ１９と、給水槽２０と、肥料タンク２１と、水タンク２２と、水位センサ２３と、導電率センサ２４と、ｐＨ（水素イオン指数）センサ２５と、ポンプ２６〜２８と、を備えている。
【００１１】
閉鎖型完全人工光型植物工場１は、複数のレタス１２が設置される栽培槽１１と、レタス１２に人工光を照射する光源１３と、レタス１２の空気環境を調整するエアコン１４と、レタス１２に向けて気流を発生するファン１５と、レタス１２の環境湿度を調整する除湿機１６と、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサ１７と、を備えている。
【００１２】
光源１３は、レタス１２の成長を促す波長（６２０ｎｍ）の人工光を出射する赤色（Ｒ）ＬＥＤと、レタス１２の強度向上を促す波長（４５０ｎｍ）の人工光を出射する青色（Ｂ）ＬＥＤと、レタス１２に適度なストレスを与える波長（２８０ｎｍ）の人工光を出射する紫外線（ＵＶ）ＬＥＤと、を備えている。
【００１３】
ＣＯ２タンク１８は、バルブ１９を介して、レタス１２の環境中にＣＯ２を供給する。
肥料タンク２１は、ポンプ２７を介して給水槽２０に肥料（酸、アルカリ、カリウム、窒素など）を供給し、水タンク２２は、ポンプ２８を介して給水槽２０に水を供給する。
給水槽２０は、ポンプ２６を介して、栽培槽１１に対し、肥料成分が調整された給水を行う。
【００１４】
水位センサ２３、導電率センサ２４およびｐＨセンサ２５は、栽培槽１１および給水槽２０の給水情報を検出する各種センサを構成している。
ＣＯ２センサ１７および各種センサ２３〜２５の検出情報は、コントローラ２に入力される。なお、図示しないが、除湿機１６は、湿度センサを内蔵し、湿度センサの検出情報がコントローラ２に入力されてもよい。
【００１５】
コントローラ２内のメモリ（図示せず）には、レタス１２を結球させるために最適な制御シーケンスがあらかじめ格納されている。
コントローラ２は、各種検出情報に基づき、給水槽２０のポンプ２６、肥料タンク２１のポンプ２７、ＣＯ２タンク１８のバルブ１９、光源１３、エアコン１４、ファン１５および除湿機１６を制御する。
【００１６】
具体的には、コントローラ２は、各種センサ２３〜２５からの給水情報に基づき、栽培槽１１への給水状態（水位、肥料成分など）が一定となるように、給水槽２０（ポンプ２６）および肥料タンク（ポンプ２７）を制御する。
【００１７】
また、コントローラ２は、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度が、露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるようにＣＯ２タンク（バルブ１９）を制御する。
さらに、コントローラ２は、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、光源１３を周期的に制御し、明期および暗期の周期と同期して、レタス１２の環境温度および気流が変動するように、エアコン１４およびファン１５を周期的に制御する。
【００１８】
次に、図１とともに、図２および図３を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るレタス栽培システムによるトータル的な環境制御手順について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１によるトータル制御手順（ｂ）を露地栽培状態（ａ）と比較して示す説明図であり、図３は図２（ｂ）のトータル制御手順を時間軸方向に拡大して示す説明図である。図２および図３においては、実証試験に基づくデータとして示している。
【００１９】
一般に、閉鎖型完全人工光型植物工場１において要求される最適栽培条件としては、以下の４つの条件（１）〜（４）が挙げられる。
（１）日長時間の設定、
（２）栽培空調制御の設定、
（３）気流の設定、
（４）栽培養液とＣＯ２（二酸化炭素）濃度の設定。
【００２０】
まず、条件（１）「日長時間の設定」について説明する。
周知のように、植物は、吸収した炭酸ガスを光合成により糖の形で固定するが、糖は、澱粉などの多糖類との間で代謝が行われて、セルローズ、ヘミセルローズ、ペクチン質、リグニンなどに変化し、セルローズなどは、細胞膜や繊維などの植物体の構造および体勢の維持に寄与する。
【００２１】
また、糖から生成された有機酸は、根から吸収された窒素と結合して、グルタミン酸などのアミノ酸に転換され、グルタミン酸からアミノ酸への転換により、各種のアミノ酸が生成される。
これら一連の物質代謝は、昼と夜との時間長さに大きく左右されるので、閉鎖型完全人工光型植物工場１において、照明による最適照射時間を設定する必要がある。
【００２２】
図２（ａ）は通常の露地栽培での環境条件の時間変化を示している。
図２（ａ）においては、日の出時刻が６：００で、日の入時刻が１８：００であって、５：００頃から光量（光質）が上昇を開始し、８：００〜１６：００にわたって光量のピーク期間となり、２１：００頃および２３：００頃において、段階的に光量が下降する状態を示している。
【００２３】
また、図２（ａ）において、レタス１２の光合成能力（太線参照）は、日の出時刻（６時頃）で上昇を開始するものの、日の入時刻の手前（１６：００頃）で無効レベル（０％）となる。
また、糖分転流能力（破線参照）は、光合成能力の上昇開始時刻から１時間後（７：００）に上昇を開始し、光合成能力が最大値となる時刻（１０：００）から１時間後（１１：００）に下降を開始する。
【００２４】
さらに、図２（ａ）において、２１：００〜２４：００（０：００）および０：００〜１１：００は、糖分蓄積期間であり、１１：００〜１７：００は、糖分転流期間であり、１７：００〜２１：００は、糖分転流促進期間である。
【００２５】
図２（ａ）から明らかなように、実質的に糖分転流に寄与する光合成期間は、実線特性の前半部（６：００〜１１：００）の４時間〜５時間程度であり、糖分転流能力が有効な光合成促進期間は、破線特性の前半部（７：００〜１０：３０）の３．５時間程度であることが分かる。
【００２６】
すなわち、光合成により炭酸ガスから生成される糖分は、光が存在する限り生成され続けるのではなく、約５時間の光照射時間を境として実質的に無効となり、その後は、糖分の生成量が増えることはない。
一方、糖分が各種の多糖類へと代謝される夜間においては、約６時間の暗期間が必要といわれている。
【００２７】
そこで、図１の閉鎖型完全人工光型植物工場１においては、暗室の中で、光源１３（ＬＥＤ照明）の点灯時間および不点灯時間を、コントローラ２のメモリにあらかじめ設定されたシーケンス（図２（ｂ）、図３）にしたがって制御することにより、最適な日長時間を作り出している。
【００２８】
具体的には、図２（ｂ）および図３に示すように、コントローラ２は、時刻２：３０に光源１３（ＬＥＤ灯）を点灯し、７時間後の時刻９：３０に光源１３（ＬＥＤ灯）を消灯する。
また、消灯時刻９：３０から５時間後の時刻１４：３０に光源１３（ＬＥＤ灯）を点灯し、７時間後の時刻２１：３０に光源１３（ＬＥＤ灯）を消灯する。
【００２９】
つまり、図２（ｂ）および図３においては、露地栽培（図２（ａ））における日の出時刻６：００が、点灯時刻２：３０にシフトアップされ、露地栽培における日の入時刻１８：００が、消灯時刻９：３０にシフトアップされ、露地栽培における時刻２４：００が、時刻１２：００にシフトアップされたことになり、１日の周期が半分に短縮されている。
【００３０】
光源１３の具体的構成としては、たとえば、赤色ＬＥＤ（λ＝６２０ｎｍ）５４本と、青色ＬＥＤ（λ＝４５０ｎｍ）１８本と、紫外線ＬＥＤ（λ＝３８０ｎｍ）９本とを用いる。これにより、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、紫外線（ＵＶ）のＬＥＤ比率が、それぞれ、６７％、２２％、１１％となる。
【００３１】
また、赤色の光量子量は２３７μｍｏｌ、青色の光量子量は８３μｍｏｌ、全体の光量子量が３２６μｍｏｌとなる。
光源１３の上記構成例は、レタス１２の栽培促進を実現するとともに、適度な紫外線ストレスによりレタス１２の結球を促すことになる。
【００３２】
なお、図２（ｂ）および図３においては、光源１３の点灯時間を７時間とし、光源１３の消灯時間を５時間としたが、光源１３の点灯時間を５〜８時間の範囲内に設定し、光源１３の消灯時間を５〜７時間の範囲内に設定してもよい。
【００３３】
次に、条件（２）「栽培空調制御の設定」および条件（３）「気流の設定」について説明する。
周知のように、レタス１２は、比較的冷涼な気候を好み、適温は、栽培適正平均温度で１５℃〜２５℃の範囲内である。
【００３４】
また、露地栽培環境においては、昼間と夜間とで湿度変化、気温変化、気流変化が発生するので、これらの変化を相殺するように、閉鎖型完全人工光型植物工場１において、エアコン１４、ファン１５および除湿機１６を用いて空調制御を行うことにより、環境湿度、環境温度（気温）、気流を最適栽培環境に設定する必要がある。
【００３５】
また、植物（レタス１２）は、光合成中において、葉の表面にある気孔を介して、水分およびＣＯ２（二酸化炭素）を吸収または放出しているが、光合成量は、光合成時の葉温が重要に影響し、葉温は、日射量、気温、湿度および風（気流）によって変化する。
【００３６】
そこで、図１の閉鎖型完全人工光型植物工場１においては、光源１３の点灯時間および消灯時間（不点灯時間）と同期するように、エアコン１４および除湿機１６を用いて気温および湿度の変化を相殺させるとともに、ファン１５により風の変化を作り出している。
【００３７】
具体的には、図３に示すように、時刻３：００（光源１３の点灯開始から３０分後）から時刻９：００（点灯終了から３０分前）までの期間（明期）での環境温度は、約２２℃に一定制御され、時刻９：００から次の点灯開始から１時間後の時刻までの期間（暗期）での環境温度は、約１９℃に一定制御される。
これにより、１２時間周期内での実質的な平均温度は、約２０℃（１５℃〜２５℃の中間値）となる。
【００３８】
また、図３において、ファン１５の駆動により発生する気流は、光源１３の点灯期間（時刻２：３０〜９：３０）では０．５ｍ／ｓｅｃに制御され、光源１３の消灯期間では、０．３ｍ／ｓｅｃに制御される。
これにより、レタス１２の葉の表面近傍における空気流が適性に設定されて、光合成能力が向上するとともに、レタス１２に対して適度なストレスが与えられて、レタス１２が結球し易くなる。
【００３９】
なお、図３には示されていないが、除湿機１６の駆動による環境湿度は、通常の露地栽培環境での７０％程度よりも低い６０％程度に制御される。
これにより、農薬を用いない栽培槽１１の上部に設置されたレタス１２において、細菌の繁殖を抑制することができる。
【００４０】
また、図３において、時刻０：００〜１２：００の１２時間のうち、時刻０：００〜３：００および時刻９：００〜１２：００は、吸収抑制期間となり、点灯開始時刻２：３０〜光合成能力ピーク時刻６：００（３．５時間）は、光合成促進期間となり、消灯時刻９：３０〜１２：００（２．５時間）は、糖分転流促進期間となる。
【００４１】
最後に、条件（４）「栽培養液とＣＯ２濃度の設定」について説明する。
一般に、露地栽培による通常のレタスは、発芽してから４０日〜５０日で結球開始となり、その後、結球が進行して、５０日〜６０日で収穫に達するので、百日野菜と考えられる。つまり、露地栽培においては、１年間に３〜４回の収穫が見込まれている。
【００４２】
このとき、レタスが結球していく過程での葉数、葉形および葉面積を増加させる要因としては、栽培養液成分およびＣＯ２濃度が大きく関係するので、図１の閉鎖型完全人工光型植物工場１においては、栽培養液成分およびＣＯ２濃度を最適な栽培環境に設定する必要がある。
【００４３】
また、植物（レタス１２）において、根から吸収された養水分は、維管束の導管を通って植物体内を上昇する。一方、根が養水分を吸収するために必要な呼吸基質となる糖は、地上部での光合成によって生成され、導管を通って植物体内を下降して根に送られる。
このとき、養水分および糖分は、各細胞間の「浸透圧勾配」が生じることによって送られる。
【００４４】
そこで、図１の閉鎖型完全人工光型植物工場１においては、レタス１２の養水分の吸収および輸送能力を向上させるために、葉（上部）での光合成を促進する環境と、根（下部）での呼吸を盛んにする環境とを作り出している。
【００４５】
具体的には、コントローラ２は、ＣＯ２センサ１７の検出情報に基づき、ＣＯ２タンク１８のバルブ１９を開放し、ＣＯ２濃度を通常環境値（２００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ）の３倍以上の１０００ｐｐｍ程度に制御し、光合成能力を向上させる。
また、コントローラ２は、各センサ２４、２５の検出情報に基づき、肥料タンク２１のポンプ２７を開放して所要の肥料成分を給水槽２０に供給する。
【００４６】
このように、閉鎖型完全人工光型植物工場１のコントローラ２は、露地栽培環境の条件（１）〜（４）を、レタス１２を結球させるための「最適栽培条件」として、実証試験に基づきあらかじめシーケンス制御情報として決定し、時間軸を基準に複合的に組み合わせて、各条件（１）〜（４）を個別に且つトータル的に制御することにより、最適な環境設定を実現することができる。
【００４７】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図３）に係る閉鎖型完全人工光型植物工場１によるレタス栽培システムは、レタス１２の栽培槽１１と、栽培槽１１に肥料成分が調整された給水を行う給水槽２０と、給水槽２０に肥料を供給する肥料タンク２１と、レタス１２の環境中にＣＯ２を供給するＣＯ２タンク１８と、レタス１２に人工光を照射する光源１３と、レタス１２の空気環境を調整するエアコン１４と、レタス１２に向けて気流を発生するファン１５と、栽培槽１１および給水槽２０の給水情報を検出する各種センサ（水位センサ２３、導電率センサ２４、ｐＨセンサ２５）と、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサ１７と、給水槽２０（ポンプ２６、２８）、肥料タンク２１（ポンプ２７）、ＣＯ２タンク１８（バルブ１９）、光源１３、エアコン１４およびファン１５を制御するコントローラ２と、を備えている。
【００４８】
コントローラ２は、給水情報に基づき、栽培槽１１への給水状態が一定となるように給水槽２０（ポンプ２６、２８）および肥料タンク２１（ポンプ２６）を制御するとともに、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度が、露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるようにＣＯ２タンク１８（バルブ１９）を制御する。
【００４９】
また、コントローラ２は、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、光源１３を周期的に制御し、明期および暗期の周期と同期して、レタス１２の環境温度および気流が変動するように、エアコン１４およびファン１５を周期的に制御する。
また、コントローラ２は、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度が約１０００ｐｐｍとなるように、ＣＯ２タンク１８を制御する。
【００５０】
具体的には、コントローラ２は、明期が５時間〜８時間の範囲内となり、暗期が５時間〜７時間の範囲内となるように、光源１３を制御する。
また、コントローラ２は、明期での環境温度が約２２℃となり、暗期での環境温度が約１９℃となるように、エアコン１４を制御する。
また、コントローラ２は、明期での気流が約０．５ｍ／ｓｅｃとなり、暗期での気流が約０．３ｍ／ｓｅｃとなるように、ファン１５を制御する。
【００５１】
また、この発明の実施の形態１（図１）に係るレタス栽培システムは、レタス１２の環境湿度を調整する除湿機１６を備えており、コントローラ２は、環境湿度が約６０％となるように除湿機１６を制御する。
さらに、光源１３は、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと、紫外線ＬＥＤとを有し、コントローラ２は、赤色ＬＥＤの光量子量が約６６％となり、青色ＬＥＤの光量子量が約２２％となり、紫外線ＬＥＤの光量子量が約１１％となるように光源１３を制御する。
【００５２】
上記構成に加えて、レタス１２を結球させるための露地栽培環境での最適な４つの栽培条件、すなわち（１）「日長時間の設定」、（２）「栽培空調制御の設定」、（３）「気流の設定」、（４）「栽培養液とＣＯ２濃度の設定」を、あらかじめ実証試験で求め、４条件を個別に満たし、且つ時間軸を基準に複合的に組み合わせて、トータル的にシーケンス制御することにより、トータル環境設定が可能となり、レタス１２を確実に結球させることができる。
【００５３】
さらに、明期および暗期を必要最小限の短い周期で繰り返すことにより、通常の露地栽培では３〜４回／年の収穫回数を、５〜６回／年の収穫回数に増やすことができ、閉鎖型完全人工光型植物工場１の設備投資を考慮しても、コストダウンを実現することが可能となる。また、衛生的にも安全な結球レタスを安定的に供給し続けることができる。
【００５４】
同様に、この発明の実施の形態１（図１）に係る閉鎖型完全人工光型植物工場１によるレタス栽培方法は、レタス１２が設置された栽培槽１１への給水状態を一定に制御する第１の工程と、露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるように、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度を制御する第２の工程と、レタス１２に対し、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように人工光を照射する第３の工程と、明期および暗期の周期と同期して、レタス１２の環境温度および気流を変動させる第４の工程と、を備えている。
【００５５】
第２の工程において、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度は、約１０００ｐｐｍに制御される。
第３の工程において、明期は、５時間〜８時間の範囲内に制御され、暗期は、５時間〜７時間の範囲内に制御される。
第４の工程において、明期での環境温度は、約２２℃に制御され、暗期での環境温度は、約１９℃に制御される。
【００５６】
また、第４の工程において、明期での気流は、約０．５ｍ／ｓｅｃに制御され、暗期での気流は、約０．３ｍ／ｓｅｃに制御される。
また、レタス１２の環境湿度を調整する第５の工程を備え、第５の工程において、環境湿度は、約６０％に制御される。
【００５７】
人工光は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび紫外線ＬＥＤにより生成され、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび紫外線ＬＥＤの各光量子量の比率は、それぞれ、約６６％、約２２％および約１１％に制御される。
【００５８】
このように、システム管理シーケンサを導入した簡単な制御方法により、レタス１２を結球させるための最適な栽培条件を満たすトータル環境設定制御が可能となるので、レタス１２を確実に結球させることができる。
また、人工光を発生させるための光源１３として、赤色、青色および紫外線のＬＥＤを使用することにより、閉鎖型完全人工光型植物工場１において、容易にレタスを結球させることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 閉鎖型完全人工光型植物工場、２ コントローラ、６ 光合成能力ピーク時刻、１１ 栽培槽、１２ レタス、１３ 光源、１４ エアコン、１５ ファン、１６ 除湿機、１７ ＣＯ２センサ、１８ ＣＯ２タンク、１９ バルブ、２０ 給水槽、２１ 肥料タンク、２２ 水タンク、２３ 水位センサ、２４ 導電率センサ、２５ ｐＨセンサ、２６、２７、２８ ポンプ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レタスの栽培システムおよび方法に関し、特に、ＬＥＤ灯を用いた閉鎖型完全人工光型植物工場の環境制御によりレタスを栽培して、レタスを結球させるためのシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、閉鎖型完全人工光型植物工場による水耕栽培法に関しては、種々の技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
また、レタス栽培において、食感の優れた結球レタスを実現させるためには、適度なストレスを与える必要があるので、栽培環境条件が変化する露地栽培が適していることが知られている。
【０００３】
しかしながら、従来の閉鎖型完全人工光型植物工場においては、閉鎖空間中で露地栽培環境を人工的に作り出すことは非常に困難であるうえ、コストアップが著しいことから、閉鎖型完全人工光型植物工場内においてレタスを結球させることは、現実的に不可能といわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、閉鎖型完全人工光型植物工場において、露地栽培の個々の栽培環境を各々単独で設定していたので、レタスを結球させることができないという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、既存技術（照明技術、空調制御技術、養液栽培技術など）を組み合わせてトータル制御し、露地栽培環境を作り出することにより、レタスを結球させることが可能な条件を満たした閉鎖型完全人工光型植物工場によるレタスの栽培システムおよび方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る閉鎖型完全人工光型植物工場によるレタス栽培システムは、レタスの栽培槽と、栽培槽に肥料成分が調整された給水を行う給水槽と、給水槽に肥料を供給する肥料タンクと、レタスの環境中にＣＯ２（炭酸ガス）を供給するＣＯ２タンクと、レタスに人工光を照射する光源と、レタスの空気環境を調整するエアコンと、レタスに向けて気流を発生するファンと、栽培槽および給水槽の給水情報を検出する各種センサと、レタスの環境中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサと、給水槽、肥料タンク、ＣＯ２タンク、光源、エアコンおよびファンを制御するコントローラと、を備え、コントローラは、給水情報に基づき、栽培槽への給水状態が一定となるように給水槽および肥料タンクを制御するとともに、レタスの環境中のＣＯ２濃度が、露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるようにＣＯ２タンクを制御し、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、光源を周期的に制御し、明期および暗期の周期と同期して、レタスの環境温度および気流が変動するように、エアコンおよびファンを周期的に制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ＬＥＤ灯を使用するとともに、栽培環境条件をトータル制御することにより、閉鎖型完全人工光型植物工場においてレタスを結球させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレタス栽培システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるトータル制御手順を露地栽培状態と比較して示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるトータル制御手順を時間軸方向に拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係るレタス栽培システムの全体構成を示すブロック図である。
図１において、レタス栽培システムは、閉鎖型完全人工光型植物工場１と、コントローラ２と、ＣＯ２タンク１８およびバルブ１９と、給水槽２０と、肥料タンク２１と、水タンク２２と、水位センサ２３と、導電率センサ２４と、ｐＨ（水素イオン指数）センサ２５と、ポンプ２６〜２８と、を備えている。
【００１１】
閉鎖型完全人工光型植物工場１は、複数のレタス１２が設置される栽培槽１１と、レタス１２に人工光を照射する光源１３と、レタス１２の空気環境を調整するエアコン１４と、レタス１２に向けて気流を発生するファン１５と、レタス１２の環境湿度を調整する除湿機１６と、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサ１７と、を備えている。
【００１２】
光源１３は、レタス１２の成長を促す波長（６２０ｎｍ）の人工光を出射する赤色（Ｒ）ＬＥＤと、レタス１２の強度向上を促す波長（４５０ｎｍ）の人工光を出射する青色（Ｂ）ＬＥＤと、レタス１２に適度なストレスを与える波長（２８０ｎｍ）の人工光を出射する紫外線（ＵＶ）ＬＥＤと、を備えている。
【００１３】
ＣＯ２タンク１８は、バルブ１９を介して、レタス１２の環境中にＣＯ２を供給する。
肥料タンク２１は、ポンプ２７を介して給水槽２０に肥料（酸、アルカリ、カリウム、窒素など）を供給し、水タンク２２は、ポンプ２８を介して給水槽２０に水を供給する。
給水槽２０は、ポンプ２６を介して、栽培槽１１に対し、肥料成分が調整された給水を行う。
【００１４】
水位センサ２３、導電率センサ２４およびｐＨセンサ２５は、栽培槽１１および給水槽２０の給水情報を検出する各種センサを構成している。
ＣＯ２センサ１７および各種センサ２３〜２５の検出情報は、コントローラ２に入力される。なお、図示しないが、除湿機１６は、湿度センサを内蔵し、湿度センサの検出情報がコントローラ２に入力されてもよい。
【００１５】
コントローラ２内のメモリ（図示せず）には、レタス１２を結球させるために最適な制御シーケンスがあらかじめ格納されている。
コントローラ２は、各種検出情報に基づき、給水槽２０のポンプ２６、肥料タンク２１のポンプ２７、ＣＯ２タンク１８のバルブ１９、光源１３、エアコン１４、ファン１５および除湿機１６を制御する。
【００１６】
具体的には、コントローラ２は、各種センサ２３〜２５からの給水情報に基づき、栽培槽１１への給水状態（水位、肥料成分など）が一定となるように、給水槽２０（ポンプ２６）および肥料タンク（ポンプ２７）を制御する。
【００１７】
また、コントローラ２は、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度が、露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるようにＣＯ２タンク（バルブ１９）を制御する。
さらに、コントローラ２は、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、光源１３を周期的に制御し、明期および暗期の周期と同期して、レタス１２の環境温度および気流が変動するように、エアコン１４およびファン１５を周期的に制御する。
【００１８】
次に、図１とともに、図２および図３を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るレタス栽培システムによるトータル的な環境制御手順について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１によるトータル制御手順（ｂ）を露地栽培状態（ａ）と比較して示す説明図であり、図３は図２（ｂ）のトータル制御手順を時間軸方向に拡大して示す説明図である。図２および図３においては、実証試験に基づくデータとして示している。
【００１９】
一般に、閉鎖型完全人工光型植物工場１において要求される最適栽培条件としては、以下の４つの条件（１）〜（４）が挙げられる。
（１）日長時間の設定、
（２）栽培空調制御の設定、
（３）気流の設定、
（４）栽培養液とＣＯ２（二酸化炭素）濃度の設定。
【００２０】
まず、条件（１）「日長時間の設定」について説明する。
周知のように、植物は、吸収した炭酸ガスを光合成により糖の形で固定するが、糖は、澱粉などの多糖類との間で代謝が行われて、セルローズ、ヘミセルローズ、ペクチン質、リグニンなどに変化し、セルローズなどは、細胞膜や繊維などの植物体の構造および体勢の維持に寄与する。
【００２１】
また、糖から生成された有機酸は、根から吸収された窒素と結合して、グルタミン酸などのアミノ酸に転換され、グルタミン酸からアミノ酸への転換により、各種のアミノ酸が生成される。
これら一連の物質代謝は、昼と夜との時間長さに大きく左右されるので、閉鎖型完全人工光型植物工場１において、照明による最適照射時間を設定する必要がある。
【００２２】
図２（ａ）は通常の露地栽培での環境条件の時間変化を示している。
図２（ａ）においては、日の出時刻が６：００で、日の入時刻が１８：００であって、５：００頃から光量（光質）が上昇を開始し、８：００〜１６：００にわたって光量のピーク期間となり、２１：００頃および２３：００頃において、段階的に光量が下降する状態を示している。
【００２３】
また、図２（ａ）において、レタス１２の光合成能力（太線参照）は、日の出時刻（６時頃）で上昇を開始するものの、日の入時刻の手前（１６：００頃）で無効レベル（０％）となる。
また、糖分転流能力（破線参照）は、光合成能力の上昇開始時刻から１時間後（７：００）に上昇を開始し、光合成能力が最大値となる時刻（１０：００）から１時間後（１１：００）に下降を開始する。
【００２４】
さらに、図２（ａ）において、２１：００〜２４：００（０：００）および０：００〜１１：００は、糖分蓄積期間であり、１１：００〜１７：００は、糖分転流期間であり、１７：００〜２１：００は、糖分転流促進期間である。
【００２５】
図２（ａ）から明らかなように、実質的に糖分転流に寄与する光合成期間は、実線特性の前半部（６：００〜１１：００）の４時間〜５時間程度であり、糖分転流能力が有効な光合成促進期間は、破線特性の前半部（７：００〜１０：３０）の３．５時間程度であることが分かる。
【００２６】
すなわち、光合成により炭酸ガスから生成される糖分は、光が存在する限り生成され続けるのではなく、約５時間の光照射時間を境として実質的に無効となり、その後は、糖分の生成量が増えることはない。
一方、糖分が各種の多糖類へと代謝される夜間においては、約６時間の暗期間が必要といわれている。
【００２７】
そこで、図１の閉鎖型完全人工光型植物工場１においては、暗室の中で、光源１３（ＬＥＤ照明）の点灯時間および不点灯時間を、コントローラ２のメモリにあらかじめ設定されたシーケンス（図２（ｂ）、図３）にしたがって制御することにより、最適な日長時間を作り出している。
【００２８】
具体的には、図２（ｂ）および図３に示すように、コントローラ２は、時刻２：３０に光源１３（ＬＥＤ灯）を点灯し、７時間後の時刻９：３０に光源１３（ＬＥＤ灯）を消灯する。
また、消灯時刻９：３０から５時間後の時刻１４：３０に光源１３（ＬＥＤ灯）を点灯し、７時間後の時刻２１：３０に光源１３（ＬＥＤ灯）を消灯する。
【００２９】
つまり、図２（ｂ）および図３においては、露地栽培（図２（ａ））における日の出時刻６：００が、点灯時刻２：３０にシフトアップされ、露地栽培における日の入時刻１８：００が、消灯時刻９：３０にシフトアップされ、露地栽培における時刻２４：００が、時刻１２：００にシフトアップされたことになり、１日の周期が半分に短縮されている。
【００３０】
光源１３の具体的構成としては、たとえば、赤色ＬＥＤ（λ＝６２０ｎｍ）５４本と、青色ＬＥＤ（λ＝４５０ｎｍ）１８本と、紫外線ＬＥＤ（λ＝３８０ｎｍ）９本とを用いる。これにより、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、紫外線（ＵＶ）のＬＥＤ比率が、それぞれ、６７％、２２％、１１％となる。
【００３１】
また、赤色の光量子量は２３７μｍｏｌ、青色の光量子量は８３μｍｏｌ、全体の光量子量が３２６μｍｏｌとなる。
光源１３の上記構成例は、レタス１２の栽培促進を実現するとともに、適度な紫外線ストレスによりレタス１２の結球を促すことになる。
【００３２】
なお、図２（ｂ）および図３においては、光源１３の点灯時間を７時間とし、光源１３の消灯時間を５時間としたが、光源１３の点灯時間を５〜８時間の範囲内に設定し、光源１３の消灯時間を５〜７時間の範囲内に設定してもよい。
【００３３】
次に、条件（２）「栽培空調制御の設定」および条件（３）「気流の設定」について説明する。
周知のように、レタス１２は、比較的冷涼な気候を好み、適温は、栽培適正平均温度で１５℃〜２５℃の範囲内である。
【００３４】
また、露地栽培環境においては、昼間と夜間とで湿度変化、気温変化、気流変化が発生するので、これらの変化を相殺するように、閉鎖型完全人工光型植物工場１において、エアコン１４、ファン１５および除湿機１６を用いて空調制御を行うことにより、環境湿度、環境温度（気温）、気流を最適栽培環境に設定する必要がある。
【００３５】
また、植物（レタス１２）は、光合成中において、葉の表面にある気孔を介して、水分およびＣＯ２（二酸化炭素）を吸収または放出しているが、光合成量は、光合成時の葉温が重要に影響し、葉温は、日射量、気温、湿度および風（気流）によって変化する。
【００３６】
そこで、図１の閉鎖型完全人工光型植物工場１においては、光源１３の点灯時間および消灯時間（不点灯時間）と同期するように、エアコン１４および除湿機１６を用いて気温および湿度の変化を相殺させるとともに、ファン１５により風の変化を作り出している。
【００３７】
具体的には、図３に示すように、時刻３：００（光源１３の点灯開始から３０分後）から時刻９：００（点灯終了から３０分前）までの期間（明期）での環境温度は、約２２℃に一定制御され、時刻９：００から次の点灯開始から１時間後の時刻までの期間（暗期）での環境温度は、約１９℃に一定制御される。
これにより、１２時間周期内での実質的な平均温度は、約２０℃（１５℃〜２５℃の中間値）となる。
【００３８】
また、図３において、ファン１５の駆動により発生する気流は、光源１３の点灯期間（時刻２：３０〜９：３０）では０．５ｍ／ｓｅｃに制御され、光源１３の消灯期間では、０．３ｍ／ｓｅｃに制御される。
これにより、レタス１２の葉の表面近傍における空気流が適性に設定されて、光合成能力が向上するとともに、レタス１２に対して適度なストレスが与えられて、レタス１２が結球し易くなる。
【００３９】
なお、図３には示されていないが、除湿機１６の駆動による環境湿度は、通常の露地栽培環境での７０％程度よりも低い６０％程度に制御される。
これにより、農薬を用いない栽培槽１１の上部に設置されたレタス１２において、細菌の繁殖を抑制することができる。
【００４０】
また、図３において、時刻０：００〜１２：００の１２時間のうち、時刻０：００〜３：００および時刻９：００〜１２：００は、吸収抑制期間となり、点灯開始時刻２：３０〜光合成能力ピーク時刻６：００（３．５時間）は、光合成促進期間となり、消灯時刻９：３０〜１２：００（２．５時間）は、糖分転流促進期間となる。
【００４１】
最後に、条件（４）「栽培養液とＣＯ２濃度の設定」について説明する。
一般に、露地栽培による通常のレタスは、発芽してから４０日〜５０日で結球開始となり、その後、結球が進行して、５０日〜６０日で収穫に達するので、百日野菜と考えられる。つまり、露地栽培においては、１年間に３〜４回の収穫が見込まれている。
【００４２】
このとき、レタスが結球していく過程での葉数、葉形および葉面積を増加させる要因としては、栽培養液成分およびＣＯ２濃度が大きく関係するので、図１の閉鎖型完全人工光型植物工場１においては、栽培養液成分およびＣＯ２濃度を最適な栽培環境に設定する必要がある。
【００４３】
また、植物（レタス１２）において、根から吸収された養水分は、維管束の導管を通って植物体内を上昇する。一方、根が養水分を吸収するために必要な呼吸基質となる糖は、地上部での光合成によって生成され、導管を通って植物体内を下降して根に送られる。
このとき、養水分および糖分は、各細胞間の「浸透圧勾配」が生じることによって送られる。
【００４４】
そこで、図１の閉鎖型完全人工光型植物工場１においては、レタス１２の養水分の吸収および輸送能力を向上させるために、葉（上部）での光合成を促進する環境と、根（下部）での呼吸を盛んにする環境とを作り出している。
【００４５】
具体的には、コントローラ２は、ＣＯ２センサ１７の検出情報に基づき、ＣＯ２タンク１８のバルブ１９を開放し、ＣＯ２濃度を通常環境値（２００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ）の３倍以上の１０００ｐｐｍ程度に制御し、光合成能力を向上させる。
また、コントローラ２は、各センサ２４、２５の検出情報に基づき、肥料タンク２１のポンプ２７を開放して所要の肥料成分を給水槽２０に供給する。
【００４６】
このように、閉鎖型完全人工光型植物工場１のコントローラ２は、露地栽培環境の条件（１）〜（４）を、レタス１２を結球させるための「最適栽培条件」として、実証試験に基づきあらかじめシーケンス制御情報として決定し、時間軸を基準に複合的に組み合わせて、各条件（１）〜（４）を個別に且つトータル的に制御することにより、最適な環境設定を実現することができる。
【００４７】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図３）に係る閉鎖型完全人工光型植物工場１によるレタス栽培システムは、レタス１２の栽培槽１１と、栽培槽１１に肥料成分が調整された給水を行う給水槽２０と、給水槽２０に肥料を供給する肥料タンク２１と、レタス１２の環境中にＣＯ２を供給するＣＯ２タンク１８と、レタス１２に人工光を照射する光源１３と、レタス１２の空気環境を調整するエアコン１４と、レタス１２に向けて気流を発生するファン１５と、栽培槽１１および給水槽２０の給水情報を検出する各種センサ（水位センサ２３、導電率センサ２４、ｐＨセンサ２５）と、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサ１７と、給水槽２０（ポンプ２６、２８）、肥料タンク２１（ポンプ２７）、ＣＯ２タンク１８（バルブ１９）、光源１３、エアコン１４およびファン１５を制御するコントローラ２と、を備えている。
【００４８】
コントローラ２は、給水情報に基づき、栽培槽１１への給水状態が一定となるように給水槽２０（ポンプ２６、２８）および肥料タンク２１（ポンプ２６）を制御するとともに、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度が、露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるようにＣＯ２タンク１８（バルブ１９）を制御する。
【００４９】
また、コントローラ２は、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、光源１３を周期的に制御し、明期および暗期の周期と同期して、レタス１２の環境温度および気流が変動するように、エアコン１４およびファン１５を周期的に制御する。
また、コントローラ２は、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度が約１０００ｐｐｍとなるように、ＣＯ２タンク１８を制御する。
【００５０】
具体的には、コントローラ２は、明期が５時間〜８時間の範囲内となり、暗期が５時間〜７時間の範囲内となるように、光源１３を制御する。
また、コントローラ２は、明期での環境温度が約２２℃となり、暗期での環境温度が約１９℃となるように、エアコン１４を制御する。
また、コントローラ２は、明期での気流が約０．５ｍ／ｓｅｃとなり、暗期での気流が約０．３ｍ／ｓｅｃとなるように、ファン１５を制御する。
【００５１】
また、この発明の実施の形態１（図１）に係るレタス栽培システムは、レタス１２の環境湿度を調整する除湿機１６を備えており、コントローラ２は、環境湿度が約６０％となるように除湿機１６を制御する。
さらに、光源１３は、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと、紫外線ＬＥＤとを有し、コントローラ２は、赤色ＬＥＤの光量子量が約６６％となり、青色ＬＥＤの光量子量が約２２％となり、紫外線ＬＥＤの光量子量が約１１％となるように光源１３を制御する。
【００５２】
上記構成に加えて、レタス１２を結球させるための露地栽培環境での最適な４つの栽培条件、すなわち（１）「日長時間の設定」、（２）「栽培空調制御の設定」、（３）「気流の設定」、（４）「栽培養液とＣＯ２濃度の設定」を、あらかじめ実証試験で求め、４条件を個別に満たし、且つ時間軸を基準に複合的に組み合わせて、トータル的にシーケンス制御することにより、トータル環境設定が可能となり、レタス１２を確実に結球させることができる。
【００５３】
さらに、明期および暗期を必要最小限の短い周期で繰り返すことにより、通常の露地栽培では３〜４回／年の収穫回数を、５〜６回／年の収穫回数に増やすことができ、閉鎖型完全人工光型植物工場１の設備投資を考慮しても、コストダウンを実現することが可能となる。また、衛生的にも安全な結球レタスを安定的に供給し続けることができる。
【００５４】
同様に、この発明の実施の形態１（図１）に係る閉鎖型完全人工光型植物工場１によるレタス栽培方法は、レタス１２が設置された栽培槽１１への給水状態を一定に制御する第１の工程と、露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるように、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度を制御する第２の工程と、レタス１２に対し、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように人工光を照射する第３の工程と、明期および暗期の周期と同期して、レタス１２の環境温度および気流を変動させる第４の工程と、を備えている。
【００５５】
第２の工程において、レタス１２の環境中のＣＯ２濃度は、約１０００ｐｐｍに制御される。
第３の工程において、明期は、５時間〜８時間の範囲内に制御され、暗期は、５時間〜７時間の範囲内に制御される。
第４の工程において、明期での環境温度は、約２２℃に制御され、暗期での環境温度は、約１９℃に制御される。
【００５６】
また、第４の工程において、明期での気流は、約０．５ｍ／ｓｅｃに制御され、暗期での気流は、約０．３ｍ／ｓｅｃに制御される。
また、レタス１２の環境湿度を調整する第５の工程を備え、第５の工程において、環境湿度は、約６０％に制御される。
【００５７】
人工光は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび紫外線ＬＥＤにより生成され、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび紫外線ＬＥＤの各光量子量の比率は、それぞれ、約６６％、約２２％および約１１％に制御される。
【００５８】
このように、システム管理シーケンサを導入した簡単な制御方法により、レタス１２を結球させるための最適な栽培条件を満たすトータル環境設定制御が可能となるので、レタス１２を確実に結球させることができる。
また、人工光を発生させるための光源１３として、赤色、青色および紫外線のＬＥＤを使用することにより、閉鎖型完全人工光型植物工場１において、容易にレタスを結球させることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 閉鎖型完全人工光型植物工場、２ コントローラ、６ 光合成能力ピーク時刻、１１ 栽培槽、１２ レタス、１３ 光源、１４ エアコン、１５ ファン、１６ 除湿機、１７ ＣＯ２センサ、１８ ＣＯ２タンク、１９ バルブ、２０ 給水槽、２１ 肥料タンク、２２ 水タンク、２３ 水位センサ、２４ 導電率センサ、２５ ｐＨセンサ、２６、２７、２８ ポンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖型完全人工光型植物工場によるレタス栽培システムであって、
レタスの栽培槽と、
前記栽培槽に肥料成分が調整された給水を行う給水槽と、
前記給水槽に肥料を供給する肥料タンクと、
前記レタスの環境中にＣＯ２を供給するＣＯ２タンクと、
前記レタスに人工光を照射する光源と、
前記レタスの空気環境を調整するエアコンと、
前記レタスに向けて気流を発生するファンと、
前記栽培槽および前記給水槽の給水情報を検出する各種センサと、
前記レタスの環境中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサと、
前記給水槽、前記肥料タンク、前記ＣＯ２タンク、前記光源、前記エアコンおよび前記ファンを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記給水情報に基づき、前記栽培槽への給水状態が一定となるように前記給水槽および前記肥料タンクを制御するとともに、
前記レタスの環境中のＣＯ２濃度が、前記露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるように前記ＣＯ２タンクを制御し、
露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、前記光源を周期的に制御し、
前記明期および前記暗期の周期と同期して、前記レタスの環境温度および前記気流が変動するように、前記エアコンおよび前記ファンを周期的に制御することを特徴とするレタス栽培システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記レタスの環境中のＣＯ２濃度が約１０００ｐｐｍとなるように、前記ＣＯ２タンクを制御することを特徴とする請求項１に記載のレタス栽培システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記明期が５時間〜８時間の範囲内となり、前記暗期が５時間〜７時間の範囲内となるように、前記光源を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレタス栽培システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記明期での環境温度が約２２℃となり、前記暗期での環境温度が約１９℃となるように、前記エアコンを制御することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレタス栽培システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記明期での気流が約０．５ｍ／ｓｅｃとなり、前記暗期での気流が約０．３ｍ／ｓｅｃとなるように、前記ファンを制御することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレタス栽培システム。
【請求項６】
前記レタスの環境湿度を調整する除湿機を備え、
前記コントローラは、前記環境湿度が約６０％となるように前記除湿機を制御することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のレタス栽培システム。
【請求項７】
前記光源は、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと、紫外線ＬＥＤとを有し、
前記コントローラは、前記赤色ＬＥＤの光量子量が約６６％となり、前記青色ＬＥＤの光量子量が約２２％となり、前記紫外線ＬＥＤの光量子量が約１１％となるように前記光源を制御することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のレタス栽培システム。
【請求項８】
閉鎖型完全人工光型植物工場によるレタス栽培方法であって、
レタスが設置された栽培槽への給水状態を一定に制御する第１の工程と、
前記露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるように、前記レタスの環境中のＣＯ２濃度を制御する第２の工程と、
前記レタスに対し、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように人工光を照射する第３の工程と、
前記明期および前記暗期の周期と同期して、前記レタスの環境温度および前記気流を変動させる第４の工程と、
を備えたことを特徴とするレタス栽培方法。
【請求項９】
前記第２の工程において、レタスの環境中のＣＯ２濃度は、約１０００ｐｐｍに制御されることを特徴とする請求項８に記載のレタス栽培方法。
【請求項１０】
前記第３の工程において、前記明期は、５時間〜８時間の範囲内に制御され、前記暗期は、５時間〜７時間の範囲内に制御されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のレタス栽培方法。
【請求項１１】
前記第４の工程において、前記明期での環境温度は、約２２℃に制御され、前記暗期での環境温度は、約１９℃に制御されることを特徴とする請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載のレタス栽培方法。
【請求項１２】
前記第４の工程において、前記明期での気流は、約０．５ｍ／ｓｅｃに制御され、前記暗期での気流は、約０．３ｍ／ｓｅｃに制御されることを特徴とする請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載のレタス栽培方法。
【請求項１３】
前記レタスの環境湿度を調整する第５の工程を備え、
前記第５の工程において、前記環境湿度は、約６０％に制御されることを特徴とする請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載のレタス栽培方法。
【請求項１４】
前記人工光は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび紫外線ＬＥＤにより生成され、
前記赤色ＬＥＤ、前記青色ＬＥＤおよび前記紫外線ＬＥＤの各光量子量の比率は、それぞれ、約６６％、約２２％および約１１％に制御されることを特徴とする請求項８から請求項１３までのいずれか１項に記載のレタス栽培方法。
【請求項１】
閉鎖型完全人工光型植物工場によるレタス栽培システムであって、
レタスの栽培槽と、
前記栽培槽に肥料成分が調整された給水を行う給水槽と、
前記給水槽に肥料を供給する肥料タンクと、
前記レタスの環境中にＣＯ２を供給するＣＯ２タンクと、
前記レタスに人工光を照射する光源と、
前記レタスの空気環境を調整するエアコンと、
前記レタスに向けて気流を発生するファンと、
前記栽培槽および前記給水槽の給水情報を検出する各種センサと、
前記レタスの環境中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサと、
前記給水槽、前記肥料タンク、前記ＣＯ２タンク、前記光源、前記エアコンおよび前記ファンを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記給水情報に基づき、前記栽培槽への給水状態が一定となるように前記給水槽および前記肥料タンクを制御するとともに、
前記レタスの環境中のＣＯ２濃度が、前記露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるように前記ＣＯ２タンクを制御し、
露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように、前記光源を周期的に制御し、
前記明期および前記暗期の周期と同期して、前記レタスの環境温度および前記気流が変動するように、前記エアコンおよび前記ファンを周期的に制御することを特徴とするレタス栽培システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記レタスの環境中のＣＯ２濃度が約１０００ｐｐｍとなるように、前記ＣＯ２タンクを制御することを特徴とする請求項１に記載のレタス栽培システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記明期が５時間〜８時間の範囲内となり、前記暗期が５時間〜７時間の範囲内となるように、前記光源を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレタス栽培システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記明期での環境温度が約２２℃となり、前記暗期での環境温度が約１９℃となるように、前記エアコンを制御することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレタス栽培システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記明期での気流が約０．５ｍ／ｓｅｃとなり、前記暗期での気流が約０．３ｍ／ｓｅｃとなるように、前記ファンを制御することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレタス栽培システム。
【請求項６】
前記レタスの環境湿度を調整する除湿機を備え、
前記コントローラは、前記環境湿度が約６０％となるように前記除湿機を制御することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のレタス栽培システム。
【請求項７】
前記光源は、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと、紫外線ＬＥＤとを有し、
前記コントローラは、前記赤色ＬＥＤの光量子量が約６６％となり、前記青色ＬＥＤの光量子量が約２２％となり、前記紫外線ＬＥＤの光量子量が約１１％となるように前記光源を制御することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のレタス栽培システム。
【請求項８】
閉鎖型完全人工光型植物工場によるレタス栽培方法であって、
レタスが設置された栽培槽への給水状態を一定に制御する第１の工程と、
前記露地栽培でのＣＯ２濃度よりも高い濃度となるように、前記レタスの環境中のＣＯ２濃度を制御する第２の工程と、
前記レタスに対し、露地栽培での周期よりも短い周期で明期および暗期を繰り返すように人工光を照射する第３の工程と、
前記明期および前記暗期の周期と同期して、前記レタスの環境温度および前記気流を変動させる第４の工程と、
を備えたことを特徴とするレタス栽培方法。
【請求項９】
前記第２の工程において、レタスの環境中のＣＯ２濃度は、約１０００ｐｐｍに制御されることを特徴とする請求項８に記載のレタス栽培方法。
【請求項１０】
前記第３の工程において、前記明期は、５時間〜８時間の範囲内に制御され、前記暗期は、５時間〜７時間の範囲内に制御されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のレタス栽培方法。
【請求項１１】
前記第４の工程において、前記明期での環境温度は、約２２℃に制御され、前記暗期での環境温度は、約１９℃に制御されることを特徴とする請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載のレタス栽培方法。
【請求項１２】
前記第４の工程において、前記明期での気流は、約０．５ｍ／ｓｅｃに制御され、前記暗期での気流は、約０．３ｍ／ｓｅｃに制御されることを特徴とする請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載のレタス栽培方法。
【請求項１３】
前記レタスの環境湿度を調整する第５の工程を備え、
前記第５の工程において、前記環境湿度は、約６０％に制御されることを特徴とする請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載のレタス栽培方法。
【請求項１４】
前記人工光は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび紫外線ＬＥＤにより生成され、
前記赤色ＬＥＤ、前記青色ＬＥＤおよび前記紫外線ＬＥＤの各光量子量の比率は、それぞれ、約６６％、約２２％および約１１％に制御されることを特徴とする請求項８から請求項１３までのいずれか１項に記載のレタス栽培方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１１１０７３（Ｐ２０１３−１１１０７３Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３４７２（Ｐ２０１１−２６３４７２）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（５９９０４１６０６）三菱電機プラントエンジニアリング株式会社 (21)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（５９９０４１６０６）三菱電機プラントエンジニアリング株式会社 (21)
【Ｆターム（参考）】
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