栽培システム構造
【課題】トリジェネ供給の対象となる大規模温室において、根域からの窒素など養分および水分の吸収力を向上させて、光合成の活性化に伴うタンパク質、でんぷん等の生成を増加させる栽培形態を可能とするとともに、人工照明を利用し、無農薬、減農薬栽培を目指す野菜工場などへの適用も可能とする栽培システム構造を提供する。
【解決手段】コジェネレーション設備に系統電力と温水ボイラー（又は冷凍機）とを組合わされてなり、栽培温室４に電気と熱と炭酸ガスとを供給するトリジェネレーションシステム３０と、高濃度酸素水を栽培作物の根域に供給する高濃度酸素水供給装置４０と、トリジェネレーションシステム３０と高濃度酸素水供給装置４０とを個々および統括的に制御する制御システム６０とを備える。
【解決手段】コジェネレーション設備に系統電力と温水ボイラー（又は冷凍機）とを組合わされてなり、栽培温室４に電気と熱と炭酸ガスとを供給するトリジェネレーションシステム３０と、高濃度酸素水を栽培作物の根域に供給する高濃度酸素水供給装置４０と、トリジェネレーションシステム３０と高濃度酸素水供給装置４０とを個々および統括的に制御する制御システム６０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、栽培システム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、植物成長に必要な根からの養分、水分の吸収力を向上させるため、根域の成長を活性化する高濃度酸素気泡水供給装置が開発されている（特許文献１）。この装置は、気泡水を生成する気泡水発生装置と、気泡水発生装置にて生成された気泡水を一次的に貯蔵する気泡水貯蔵タンクとを備えたものである。
【０００３】
この高濃度酸素気泡水供給装置では、飽和溶存酸素濃度よりも高い高濃度酸素水を作物の根域に供給し、これによって、夏場等、植物根域の酸素濃度が低下しやすい環境下でも、潅水中も含めて酸素欠乏状態に陥ることがなく、連続して溶存酸素濃度の高い気泡水を根域に供給することができるようにしている。
【０００４】
また、近年では、トリジェネレーションシステム（コジェネレーション設備から生産される熱、電気に加え、発生する炭酸ガス（ＣＯ2）も温室栽培などで有効活用するエネルギー供給システム）が開発されている。このようにトリジェネレーションシステムを利用すれば、電照による日照量の補完や炭酸ガス（ＣＯ2）濃度を増加させることができる。これによって、作物の光合成の活性化を図っている。
【特許文献１】特開２００６−３０４７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トリジェネレーション（主に電照やＣＯ2）供給で作物の光合成の活性化を図ったとしても、光合成で作物の成長に必要なタンパク質やでんぷん質の生成を活性化するには、根から窒素などの養分や水の吸収力を増加する必要があり、このためには根域の酸素供給が不可欠であるが、ＣＯ2や電照にのみ傾注し、根域の活性化に対する対策が見過ごされているため、十分なトリジェネ効果が得られていない。
【０００６】
また、根域への高濃度酸素水の供給についても、加圧ポンプで加圧タンク内に高圧空気を注入し、加圧環境下で水と気泡を混合させて、潅水中の酸素濃度を高める方法が一般的に適用されているが、潅水装置が複雑になるとともに、加圧条件で溶存酸素濃度が変動し、長時間安定した高濃度酸素水を供給することは困難であり、思うような成果を得られていないのが実態である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて、栽培作物の種類や成長状況に応じて高濃度酸素水供給装置の適用効果をより多く引き出す栽培管理が可能になることにより、トリジェネ供給の対象となる大規模温室の総ての栽培形態に対応するとともに、人工照明を利用し、無農薬、減農薬栽培を目指す野菜工場などへの適用も可能とする栽培システム構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の栽培システム構造は、コジェネレーション設備に系統電力と温水ボイラー（又は冷凍機）とが組合わされて、栽培作物に電気と熱と炭酸ガスとを供給するトリジェネレーションシステムと、高濃度酸素水を栽培作物の根域に供給する高濃度酸素水供給装置と、前記トリジェネレーションシステムと高濃度酸素水供給装置とを統括的に制御する制御システムとを備えたものである。
【０００９】
本発明の栽培システム構造によれば、トリジェネレーションシステムにより、栽培温室に電力と熱と炭酸ガスとを供給することができ、また、高濃度酸素水供給装置により、高濃度酸素水を栽培温室の根域に供給することができる。
【００１０】
作物育成を行う温室には、電気、温水や蒸気での熱、さらには炭酸ガスが供給される。
【００１１】
高濃度酸素水供給装置の高濃度酸素水発生システムは、気泡水生成装置と、この気泡水生成装置にて生成した高濃度酸素水を一時的に貯める貯蔵タンクを備え、この貯蔵タンクから高濃度酸素水を前記栽培温室の根域に供給するようにするのが好ましい。この高濃度酸素水発生システムでは、高濃度酸素水を貯めた貯蔵タンクから栽培温室の根域に高濃度酸素水を供給することになる。このため、栽培温室の根域に、安定して間断なく高濃度酸素水を供給することができる。
【００１２】
栽培温室にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段と、前記栽培温室が設定手段にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御する制御手段を備えるのが好ましい。
【００１３】
栽培温室にて栽培する栽培作物にはそれぞれの最適環境がある。最適環境を設定する場合、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメント各値によって決定できる。このため、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御することによって、栽培温室がこの設定した最適環境となる。ここで、潅水系のエレメントには、潅水供給量、Ｅ／Ｃ濃度（電気伝導度）、潅水時間、潅水周期、溶存（水中に溶存する酸素の量）酸素濃度等である。また、栽培環境系のエレメントには、日射量、補光制御、電照時間制御(短日性、長日性)、温度制御、湿度制御、ＣＯ2濃度制御、換気制御等である。エネルギー供給系のエレメントには、出力制御（系統電力とのバランス）、熱供給バランス（既設ボイラーとのバランス）、冷房／除湿制御（ヒートポンプとのバランス）、ＣＯ2排出量制御（ＣＯ2供給とのバランス）等である。
【００１４】
本発明の他の栽培システム構造は、高濃度酸素水を生成して、生成した高濃度酸素水を栽培温室の根域に供給する高濃度酸素水発生システムとを備えた栽培システム構造であって、栽培温室にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段と、前記栽培温室が設定手段にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメントを制御する制御手段とを備えたものである。ここで、潅水系のエレメントとは、潅水供給量、Ｅ／Ｃ濃度（電気伝導度）、潅水時間、潅水周期、溶存（水中に溶存する酸素の量）酸素濃度等である。
【００１５】
この他の栽培システム構造では、高濃度酸素水を栽培温室の根域に供給することができ、しかも、潅水時刻、潅水間隔、潅水量、液比濃度などを設定して自動的に潅水を供給したり、栽培作物の種類や成長状況に応じて潅水を供給できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の栽培システム構造では、高濃度酸素水発生システムにて、根域に豊富な溶存酸素を供給することにより、根域の成長を活性化でき、これによって、タンパク質やでんぷん質の生成に必要な窒素などの養分を作物の根域から十分に吸収できる。また、トリジェネレーションシステムにて、栽培温室内に積極的に炭酸ガスを補給して温室内の炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成に適した濃度にすることができる。
【００１７】
このように、本発明では、トリジェネレーションシステムと高濃度酸素水発生システムとを組み合わせることによって、通年通じて２０〜３０％の増収と品質向上が期待でき、ＣＯ2供給のみでも１０％前後（トマトでは６〜２７％）の増収が期待できる。このため、数年で大きな投資効果を得ることが可能になる。
【００１８】
また、一般的に夏季の温室は高温多湿な栽培環境を改善するために、温室の天窓を開放して栽培環境を調整することが行われており、ＣＯ2供給による増収効果の減少が懸念される。しかしながら、その成長の過程で高濃度酸素水を用いた液肥の濃度を栽培作物の潅水管理方法に合わせて制御することにより、液肥濃度を増加させない場合と比較して、さらに２０〜３０％の成長促進効果が得られる。このため、特に水温が上昇する夏季こそ本発明の適用効果が大きい。
【００１９】
しかも、トリジェネ（主の電照とＣＯ2の積極的施用）と高濃度酸素水の供給（合わせて液肥などの潅水制御）により作物の健全性が向上（丈夫な作物になる）するので、耐病性が向上し、減農薬や無農薬栽培が可能になる。
【００２０】
このように、本発明では、複雑な潅水管理を簡単に実現することが可能になるだけでなく、栽培作物の種類や成長状況に応じて高濃度酸素水供給装置の適用効果をより多く引き出す栽培管理が可能になる。このため、トリジェネ供給の対象となる大規模温室の総ての栽培形態に対応するとともに、人工照明を利用し、無農薬、減農薬栽培を目指す野菜工場などへの適用も可能となる。また、新設、既設や規模の大小を問わず、高濃度酸素水を利用した高効率の施設栽培への適用を可能となる。すなわち、この高濃度酸素水供給装置を適用したトマトおよびミニバラの試験栽培で、作物の成長に合わせて潅水量や液比濃度を制御することにより、従来の潅水方法に高濃度酸素水を適用した場合より、大きな成長促進効果が得られている。
【００２１】
高濃度酸素水供給装置は、栽培作物の根域に、安定して間断なく高濃度酸素水を供給することができる。このため、根域の成長の活性化が安定する。
【００２２】
また、高濃度酸素水の供給に当たっては、栽培作物ごとおよび成長過程ごとに潅水時刻、潅水間隔、潅水量、液比濃度などを設定して、自動的に潅水を供給したり、栽培作物の種類や成長状況に応じて潅水供給を制御できる。既設の潅水制御装置などの外部制御装置からの制御指令信号も制御プロセッサーユニットに取り込み、これに基づいて本装置を運転、制御することも可能である。
【００２３】
本発明の他の栽培システム構造では、潅水の液比濃度も従来の濃度どおり設定、管理するだけであり、日射量の変化などに応じて潅水量を制御している潅水制御装置も従来の設定条件に基づいて運用することができる。しかも、高濃度酸素水供給により、根域の成長が活性化され、養分吸収も活発化して、作物の成長が促進される。この際、高濃度酸素水の供給効果を最大限に享受することができ、作物の種類や作物の根域および本体の成長に応じた適切な潅水を実施することにより、高い生産性を達成することが可能となる。また、新設、既設や規模の大小を問わず、高濃度酸素水を利用した高効率の施設栽培への適用を可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００２５】
図１に本発明に係る栽培システム構造の全体構成図を示す。この栽培システム構造は、コージェネレーションシステムの排気ガス中に含まれる炭酸ガス（ＣＯ2）を栽培温室４に供給するトリジェネレーションシステム３０と、高濃度酸素水を生成して、生成した高濃度酸素水を栽培温室４の根域に供給する高濃度酸素水供給装置４０と、トリジェネレーションシステム３０と高濃度酸素水供給装置４０とを図２に示すように統括的に制御する制御システム(制御部)６０とを備える。
【００２６】
トリジェネレーションシステム３０は、コジェネレーション設備に系統電力と温水ボイラー（又は冷凍機）とが組合わされてなり、栽培作物に電気と熱と炭酸ガスとを供給するものである。
【００２７】
高濃度酸素水供給システム４０は、図１に示すように、高濃度酸素水発生システム４０ａと液肥制御システム４０ｂで構成され、高濃度酸素水発生システム４０ａは、加圧水ポンプ４４と、気泡水生成装置４１と、貯蔵タンク４２と、高濃度酸素水送水ポンプ５３とを備える。貯蔵タンク４２に一時的に貯えられた高濃度酸素水は溶存酸素濃度が低下すると、循環ポンプ４６の駆動によって再循環路４５を介して気泡水生成装置４１に導かれ、再び高濃度酸素水として貯蔵タンク４２に供給・貯蔵され、常に貯蔵タンクの溶存酸素濃度が低下しないように運転される。また、加圧水ポンプ４４、高濃度酸素水送水ポンプ５３および循環ポンプ４６の出口側には電磁弁５６ａ、５６ｂ、５６ｃが設けられており、各ポンプ４４、５３、４６の運転に応じて開閉される。
【００２８】
液肥制御システム４０ｂは、液肥タンク４７ａ，４７ｂおよび液肥混合器４９と養液混合器５２を備え、液肥比率が所定比率になるように電磁弁５５ａ、５５ｂの開度を調節されるとともに、養液の液肥濃度（Ｅ／Ｃ値）が所定濃度になるように潅水流量計５４の計測値に応じて開度を増減する。
【００２９】
次に図２は、本システム構造の制御部（制御システム）６０を示し、この制御部６０は、栽培温室４にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段７０と、栽培温室４が設定手段７０にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御する制御手段７１とを備える。この設定手段７０と制御手段７１とを備えた制御部は、マイクロコンピュータ等にて構成することができる。
【００３０】
すなわち、栽培温室にて栽培する栽培作物にはそれぞれの最適環境がある。最適環境を設定する場合、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメント各値によって決定できる。このため、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御することによって、栽培温室がこの設定した最適環境となる。
【００３１】
このため、制御手段７１には、潅水系制御部７２と、栽培環境系制御部７３と、エネルギー系制御部７４とを備える。潅水系のエレメントには、潅水供給量、Ｅ／Ｃ濃度（電気伝導度）、潅水時間、潅水周期、溶存（水中に溶存する酸素の量）酸素濃度等である。また、栽培環境系のエレメントには、日射量、補光制御、電照時間制御(短日性、長日性)、温度制御、湿度制御、ＣＯ２濃度制御、換気制御等である。エネルギー供給系のエレメントには、出力制御（系統電力とのバランス）、熱供給バランス（既設ボイラーとのバランス）、冷房／除湿制御（ヒートポンプとのバランス）、ＣＯ２排出量制御（ＣＯ２供給とのバランス）等である。
【００３２】
すなわち、制御手段７１は、図１に示すような潅水制御装置等の外部制御装置７５からの制御プロセッサ７６に取り込み、操作パネル７７の操作によって、栽培作物ごとおよび成長過程ごとに、「潅水時間、潅水間隔、潅水量、液比濃度等」を設定して、自動的に潅水を供給したり、栽培作物の種類や成長状況に応じて潅水を制御できる。
【００３３】
次に、図４を使用して、高濃度酸素水供給装置４０の運転フローを説明する。まず、気泡水生成装置４１の高濃度酸素水生成運転を開始して高濃度酸素水を生成する（ステップＳ１）。この生成した高濃度酸素水を貯蔵タンク４２に供給する。そして、この貯蔵タンク４２に貯まった高濃度酸素水の水位が上限に達したか否かが判定され、上限に達していなけいれば、生成運転が継続される（ステップＳ２）。なお、貯蔵タンク４２に電極式水位計等の水位センサが付設され、このセンサにて高濃度酸素水も水面の位置が検出される。
【００３４】
高濃度酸素水の水位が上限に達していれば、高濃度酸素水生成運転は停止する（ステップＳ７）。また、潅水開始時刻でなければ、貯蔵タンク４２内のＤＯ（溶存酸素濃度）を検出(チェック)し、低下していれば、ステップＳ４へ移行して循環用ポンプ４６を駆動して、再循環路４５を使用した高濃度酸素水の循環を開始する。高濃度酸素水が上限に達していなければ、ステップＳ２へ移行して、上限に達するまで、生成運転を継続する。
【００３５】
ＤＯ値の低下がなくて潅水開始時刻になっていれば、ステップＳ３へ移行して、温室への潅水開始を準備する。すなわち、液肥制御システム４０ｂが運転を開始し、養液混合器５２への液比供給を可能とし、温室への潅水を開始する。
【００３６】
温室への潅水を開始し所定潅水時間を経過すれば、ステップＳ６へ移行して、高濃度酸素水送水ポンプの運転を停止し、潅水供給が終了する。また、このとき、高濃度酸素水生成運転中であれば、ステップＳ７へ移行し、運転を停止する。なお、貯蔵タンク水位が低下していれば、ステップＳ１へ戻る。
【００３７】
また、図５は、高濃度酸素水発生システム４０ａの潅水制御条件設定方法を示し、装置（システム）の運用方法により、運転方法の選択が可能である。すなわち、運転方法（運転方法設定）には、手動設定運転と、外部設定運転と、詳細設定運転と、簡易設定運転とがある。
【００３８】
手動設定運転とは、この装置の運転（各スイッチの切り替え等の操作）を手動にて行う運転である。外部設定運転とは、既設の外部制御装置７５等の操作による信号での運転である。この場合、信号（受信信号）としては潅水開始信号等である。詳細設定運転とは、前記図４のフローチャート図で示すように、潅水時間等を予め設定しておき、設定時刻になれば、設定条件に基づき潅水を行う。設定項目は複数個（ｎ個）あり、一の設定項目として、潅水時刻、潅水量等であり、他の設定項目として、潅水時刻、潅水量等がある。簡易設定運転とは、潅水開始時刻、潅水終了時刻、潅水間隔等を予め設定しておき、設定時刻になれば設定条件に基づき潅水を行う運転である。この場合の設定項目としては、潅水開始時刻、潅水終了時刻、潅水間隔、潅水量等がある。
【００３９】
また、図６に示すように、高濃度酸素水発生システム４０ａには種々の制御条件を設定することができる。図６には、タンク内循環運転方法や夜間運転方法等がある。タンク内循環運転方法には、前記したように、測定器を使用する場合と、時間管理で行う場合とがある。測定器を使用する場合の設定項目には、循環運転開始濃度、循環運転停止濃度等がある。また、時間管理の場合の設定項目には、循環運転時間設定、循環停止時間設定等がある。
【００４０】
夜間運転方法には、夜間運転をする場合と、夜間運転をしない場合とがある。夜間運転をする場合の設定項目には、夜間運転開始時刻、夜間運転終了時刻等がある。なお、夜間運転をしない場合には、設定項目はない。
【００４１】
このように、本発明では、トリジェネレーションシステム３０と高濃度酸素水供給装置４０とを組み合わせることによって、通年通じて２０〜３０％の増収と品質向上が期待でき、ＣＯ２供給のみでも１０％前後（トマトでは６〜２７％）の増収が期待できる。このため、数年で大きな投資効果を得ることが可能になる。
【００４２】
また、一般的に夏季の温室は高温多湿な栽培環境を改善するために、温室の天窓を開放して栽培環境を調整することが行われており、ＣＯ2供給による増収効果の減少が懸念される。しかしながら、その成長の過程で高濃度酸素水を用いた液肥の濃度を栽培作物の潅水管理方法に合わせて制御することにより、液肥濃度を増加させない場合と比較して、さらに２０〜３０％の成長促進効果が得られる。このため、特に水温が上昇する夏季こそ本発明の適用効果が大きい。
【００４３】
潅水の液比濃度も従来の濃度どおり設定、管理するだけであり、日射量の変化などに応じて潅水量を制御している潅水制御装置も従来の設定条件に基づいて運用することができる。しかも、高濃度酸素水供給により、根域の成長が活性化され、養分吸収も活発化して、作物の成長が促進される。この際、高濃度酸素水の供給効果を最大限に享受することができ、作物の種類や作物の根域および本体の成長に応じた適切な潅水を実施することにより、高い生産性を達成することが可能となる。
【００４４】
また、トリジェネ（主の電照とＣＯ2の積極的施用）と高濃度酸素水の供給（合わせて液肥などの潅水制御）により作物の健全性が向上（丈夫な作物になる）するので、耐病性が向上し、減農薬や無農薬栽培が可能になる。
【００４５】
このように、複雑な潅水管理を簡単に実現することが可能になるだけでなく、栽培作物の種類や成長状況に応じて高濃度酸素水供給装置の適用効果をより多く引き出す栽培管理が可能になる。このため、トリジェネ供給の対象となる大規模温室の総ての栽培形態に対応するとともに、人工照明を利用し、無農薬、減農薬栽培を目指す野菜工場などへの適用も可能となる。また、新設、既設や規模の大小を問わず、高濃度酸素水を利用した高効率の施設栽培への適用が可能となる。すなわち、この高濃度酸素水供給装置を適用したトマトおよびミニバラの試験栽培で、作物の成長に合わせて潅水量や液比濃度を制御することにより、従来の潅水方法に高濃度酸素水を適用した場合より、大きな成長促進効果が得られている。
【００４６】
ところで、前記実施形態では、トリジェネレーションシステム３０を備えていたが、このようなトリジェネレーションシステム３０を有しないものであってもよい。この場合、制御部の制御手段７１は、栽培環境系制御部７３及びエネルギー系制御部７４が省略される。
【００４７】
このため、トリジェネレーションシステム３０を備えていないものであっても、高濃度酸素水を栽培温室の根域に供給することができ、しかも、潅水時刻、潅水間隔、潅水量、液比濃度などを設定して自動的に潅水を供給したり、栽培作物の種類や成長状況に応じて潅水供給することができる。
【００４８】
この他の栽培システム構造では、潅水の液比濃度も従来の濃度どおり設定、管理するだけであり、日射量の変化などに応じて潅水量を制御している潅水制御装置も従来の設定条件に基づいて運用することができる。しかも、高濃度酸素水供給により、根域の成長が活性化され、養分吸収も活発化して、作物の成長が促進される。この際、高濃度酸素水の供給効果を最大限に享受することができ、作物の種類や作物の根域および本体の成長に応じた適切な潅水を実施することにより、高い生産性を達成することが可能となる。また、新設、既設や規模の大小を問わず、高濃度酸素水を利用した高効率の施設栽培への適用が可能となる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、制御手段７１として、前記実施形態では、潅水系制御部７２と、栽培環境系制御部７３と、エネルギー系制御部７４とを備えていたが、これら全て具備する必要はなく、また、各制御部７２、７３、７４の各エレメントとして、図３に示したものに限るものではない。
【００５０】
また、気泡水生成装置４１としては既存の種々のタイプものを使用することができる。すなわち、酸素を含む気体と液体とを加圧下で混合できて、液体中に気体を溶解させて気泡水が生成されればよい。
【００５１】
なお、本発明は、主として養液を再循環方式で再利用する温室栽培（自然光および自然光と人工照明補光）や野菜工場（人工照明を利用）の栽培事業者およびその施設供給者（温室メーカーおよび潅水設備メーカー）などに利用できる。そして、その利用方法としては、現状栽培における増産を目指した潅水設備との組合せおよび大規模温室でトリジェネ栽培による増産、品質向上を目指した総合的な組合せが可能である。
【実施例】
【００５２】
温室を高濃度酸素水育成区と水道育成区とに分けてトマトの育成試験を行った。この場合、栽培品種としては、ファースト系トマトであり、播種を２００５年１０月１８日に行い、定植を２００５年１１月２９に行った。また、温室を日中においては２３℃に管理し、夜間においては１８℃に管理した。なお、温室の暖房には、トリジェネレーションシステムを使用せずに、灯油式温室暖房機を使用した。また、温室は、いわゆるパイプハウスである。
【００５３】
培地としては、発泡スチロール容器（Ｗ３０ｃｍ、Ｈ１５ｃｍ、Ｄ３５０ｃｍ）にバックカルチャーを入れ、区画あたり１５株を２０ｃｍ間隔に定植したものと、ロックウールに、1区画当たり４株として、２０ｃｍ間隔で定植したものの２種類を、高濃度酸素水育成区と水道育成区とにそれぞれ配置した。ロックウールとは、輝緑岩や玄武岩、あるいは鉄鋼石から鉄を取り除いたスラグを、コークスや石灰石と混合して1600度の高熱で溶解し、その後、回転シリンダーにかけ、綿あめ状に繊維化して圧縮熱処理したものである。なお、ロックウールは無菌で無機質。植物が根を伸ばしていくための空隙が95％以上あり、通気性、保水性、保肥性に優れ、生長の過程も早く、土につく病害虫も心配いらない。土地生産性は土耕の1.5〜2倍はあるので、狭いスペースで高い収穫量が期待できる。
【００５４】
潅水方法としては、高濃度酸素水育成区では、毎日、６：００、１０：００、１２：００、１５：００に培地に点滴式潅水ホース（２０ｃｍ間隔）を用いて高濃度酸素水と液肥とが混合された養液を潅水した。また、水道育成区では、高濃度酸素水育成区の各１５分後に水道水にて潅水を行った。潅水量と液肥濃度は次の表１に示す。
【表１】
【００５５】
この結果、高濃度酸素水育成区の方が水道水育成区に比べて育成が早くなることが確認できた。なお、この試験においては、１果房当たり７〜８個程度に果実が付くように摘花を行っている。このため、１果房当たりの収穫量はほぼ同じである。
【００５６】
草丈、節間長を比較し、その結果を次の図７に示した。このグラフから分かるように、草丈は、ほぼ同じであるが、高濃度酸素水育成区の方が果房間の節間が短く、３果房早く成長しており、高濃度酸素水の効果が認められる。
【００５７】
次に着蕾、開花、着果の変化について調べ、その結果を次の表２に示した。測定条件としては、蕾（蕾と認識できる大きさ約５ｍｍ程度）、花（開花状態）、実（花びらが落ちた物）をそれぞれカウントし栽培区毎に平均した。
【表２】
【００５８】
また、根域としては、高濃度酸素水育成区のものでは、全体として球状で大きいのに対して、水道水育成区のものでは、半球状で小さかった。また、根毛としては、高濃度酸素水育成区のものでは、多くの根毛が繁殖しているのに対して、水道水育成区のものでは、根毛が少なかった。
【００５９】
次に収穫の変化について調べ、その結果を次の表３に示した。条件としては、果実が赤く熟した物を収穫し、重量、直径、糖度を測定し各栽培区毎に平均した。但し、果実重量が１００ｇ以下と果実糖度が５．０以下を集計に入れなかった。果重量で１９％、収量で約３０％、糖度で１以上の違いがあることが分かる。
【表３】
【００６０】
なお、ミズナ（ロックウール栽培）、ミニばら（鉢栽培）について適用試験を行った結果、ミズナやミニばらについては、２０〜３０％の収量アップを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態を示す栽培システム構造の全体の簡略図である。
【図２】栽培システム構造の制御部の簡略ブロック図である。
【図３】栽培システム構造の制御部の各エレメントを示す図である。
【図４】高濃度酸素水供給装置の運転方法を示すフローチャート図である。
【図５】高濃度酸素水供給装置の運転条件設定機能を示す簡略ブロック図である。
【図６】高濃度酸素水供給装置の他の運転条件設定機能を示す簡略ブロック図である。
【図７】草丈及び節間長の比較を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００６２】
３０ トリジェネレーションシステム
４０ 高濃度酸素水供給装置
４０ａ 高濃度酸素水生成システム
４１ 気泡水生成装置
４２ 貯蔵タンク
６０ 制御システム
７０ 設定手段
７１ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、栽培システム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、植物成長に必要な根からの養分、水分の吸収力を向上させるため、根域の成長を活性化する高濃度酸素気泡水供給装置が開発されている（特許文献１）。この装置は、気泡水を生成する気泡水発生装置と、気泡水発生装置にて生成された気泡水を一次的に貯蔵する気泡水貯蔵タンクとを備えたものである。
【０００３】
この高濃度酸素気泡水供給装置では、飽和溶存酸素濃度よりも高い高濃度酸素水を作物の根域に供給し、これによって、夏場等、植物根域の酸素濃度が低下しやすい環境下でも、潅水中も含めて酸素欠乏状態に陥ることがなく、連続して溶存酸素濃度の高い気泡水を根域に供給することができるようにしている。
【０００４】
また、近年では、トリジェネレーションシステム（コジェネレーション設備から生産される熱、電気に加え、発生する炭酸ガス（ＣＯ2）も温室栽培などで有効活用するエネルギー供給システム）が開発されている。このようにトリジェネレーションシステムを利用すれば、電照による日照量の補完や炭酸ガス（ＣＯ2）濃度を増加させることができる。これによって、作物の光合成の活性化を図っている。
【特許文献１】特開２００６−３０４７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トリジェネレーション（主に電照やＣＯ2）供給で作物の光合成の活性化を図ったとしても、光合成で作物の成長に必要なタンパク質やでんぷん質の生成を活性化するには、根から窒素などの養分や水の吸収力を増加する必要があり、このためには根域の酸素供給が不可欠であるが、ＣＯ2や電照にのみ傾注し、根域の活性化に対する対策が見過ごされているため、十分なトリジェネ効果が得られていない。
【０００６】
また、根域への高濃度酸素水の供給についても、加圧ポンプで加圧タンク内に高圧空気を注入し、加圧環境下で水と気泡を混合させて、潅水中の酸素濃度を高める方法が一般的に適用されているが、潅水装置が複雑になるとともに、加圧条件で溶存酸素濃度が変動し、長時間安定した高濃度酸素水を供給することは困難であり、思うような成果を得られていないのが実態である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて、栽培作物の種類や成長状況に応じて高濃度酸素水供給装置の適用効果をより多く引き出す栽培管理が可能になることにより、トリジェネ供給の対象となる大規模温室の総ての栽培形態に対応するとともに、人工照明を利用し、無農薬、減農薬栽培を目指す野菜工場などへの適用も可能とする栽培システム構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の栽培システム構造は、コジェネレーション設備に系統電力と温水ボイラー（又は冷凍機）とが組合わされて、栽培作物に電気と熱と炭酸ガスとを供給するトリジェネレーションシステムと、高濃度酸素水を栽培作物の根域に供給する高濃度酸素水供給装置と、前記トリジェネレーションシステムと高濃度酸素水供給装置とを統括的に制御する制御システムとを備えたものである。
【０００９】
本発明の栽培システム構造によれば、トリジェネレーションシステムにより、栽培温室に電力と熱と炭酸ガスとを供給することができ、また、高濃度酸素水供給装置により、高濃度酸素水を栽培温室の根域に供給することができる。
【００１０】
作物育成を行う温室には、電気、温水や蒸気での熱、さらには炭酸ガスが供給される。
【００１１】
高濃度酸素水供給装置の高濃度酸素水発生システムは、気泡水生成装置と、この気泡水生成装置にて生成した高濃度酸素水を一時的に貯める貯蔵タンクを備え、この貯蔵タンクから高濃度酸素水を前記栽培温室の根域に供給するようにするのが好ましい。この高濃度酸素水発生システムでは、高濃度酸素水を貯めた貯蔵タンクから栽培温室の根域に高濃度酸素水を供給することになる。このため、栽培温室の根域に、安定して間断なく高濃度酸素水を供給することができる。
【００１２】
栽培温室にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段と、前記栽培温室が設定手段にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御する制御手段を備えるのが好ましい。
【００１３】
栽培温室にて栽培する栽培作物にはそれぞれの最適環境がある。最適環境を設定する場合、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメント各値によって決定できる。このため、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御することによって、栽培温室がこの設定した最適環境となる。ここで、潅水系のエレメントには、潅水供給量、Ｅ／Ｃ濃度（電気伝導度）、潅水時間、潅水周期、溶存（水中に溶存する酸素の量）酸素濃度等である。また、栽培環境系のエレメントには、日射量、補光制御、電照時間制御(短日性、長日性)、温度制御、湿度制御、ＣＯ2濃度制御、換気制御等である。エネルギー供給系のエレメントには、出力制御（系統電力とのバランス）、熱供給バランス（既設ボイラーとのバランス）、冷房／除湿制御（ヒートポンプとのバランス）、ＣＯ2排出量制御（ＣＯ2供給とのバランス）等である。
【００１４】
本発明の他の栽培システム構造は、高濃度酸素水を生成して、生成した高濃度酸素水を栽培温室の根域に供給する高濃度酸素水発生システムとを備えた栽培システム構造であって、栽培温室にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段と、前記栽培温室が設定手段にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメントを制御する制御手段とを備えたものである。ここで、潅水系のエレメントとは、潅水供給量、Ｅ／Ｃ濃度（電気伝導度）、潅水時間、潅水周期、溶存（水中に溶存する酸素の量）酸素濃度等である。
【００１５】
この他の栽培システム構造では、高濃度酸素水を栽培温室の根域に供給することができ、しかも、潅水時刻、潅水間隔、潅水量、液比濃度などを設定して自動的に潅水を供給したり、栽培作物の種類や成長状況に応じて潅水を供給できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の栽培システム構造では、高濃度酸素水発生システムにて、根域に豊富な溶存酸素を供給することにより、根域の成長を活性化でき、これによって、タンパク質やでんぷん質の生成に必要な窒素などの養分を作物の根域から十分に吸収できる。また、トリジェネレーションシステムにて、栽培温室内に積極的に炭酸ガスを補給して温室内の炭酸ガス濃度を栽培作物の光合成に適した濃度にすることができる。
【００１７】
このように、本発明では、トリジェネレーションシステムと高濃度酸素水発生システムとを組み合わせることによって、通年通じて２０〜３０％の増収と品質向上が期待でき、ＣＯ2供給のみでも１０％前後（トマトでは６〜２７％）の増収が期待できる。このため、数年で大きな投資効果を得ることが可能になる。
【００１８】
また、一般的に夏季の温室は高温多湿な栽培環境を改善するために、温室の天窓を開放して栽培環境を調整することが行われており、ＣＯ2供給による増収効果の減少が懸念される。しかしながら、その成長の過程で高濃度酸素水を用いた液肥の濃度を栽培作物の潅水管理方法に合わせて制御することにより、液肥濃度を増加させない場合と比較して、さらに２０〜３０％の成長促進効果が得られる。このため、特に水温が上昇する夏季こそ本発明の適用効果が大きい。
【００１９】
しかも、トリジェネ（主の電照とＣＯ2の積極的施用）と高濃度酸素水の供給（合わせて液肥などの潅水制御）により作物の健全性が向上（丈夫な作物になる）するので、耐病性が向上し、減農薬や無農薬栽培が可能になる。
【００２０】
このように、本発明では、複雑な潅水管理を簡単に実現することが可能になるだけでなく、栽培作物の種類や成長状況に応じて高濃度酸素水供給装置の適用効果をより多く引き出す栽培管理が可能になる。このため、トリジェネ供給の対象となる大規模温室の総ての栽培形態に対応するとともに、人工照明を利用し、無農薬、減農薬栽培を目指す野菜工場などへの適用も可能となる。また、新設、既設や規模の大小を問わず、高濃度酸素水を利用した高効率の施設栽培への適用を可能となる。すなわち、この高濃度酸素水供給装置を適用したトマトおよびミニバラの試験栽培で、作物の成長に合わせて潅水量や液比濃度を制御することにより、従来の潅水方法に高濃度酸素水を適用した場合より、大きな成長促進効果が得られている。
【００２１】
高濃度酸素水供給装置は、栽培作物の根域に、安定して間断なく高濃度酸素水を供給することができる。このため、根域の成長の活性化が安定する。
【００２２】
また、高濃度酸素水の供給に当たっては、栽培作物ごとおよび成長過程ごとに潅水時刻、潅水間隔、潅水量、液比濃度などを設定して、自動的に潅水を供給したり、栽培作物の種類や成長状況に応じて潅水供給を制御できる。既設の潅水制御装置などの外部制御装置からの制御指令信号も制御プロセッサーユニットに取り込み、これに基づいて本装置を運転、制御することも可能である。
【００２３】
本発明の他の栽培システム構造では、潅水の液比濃度も従来の濃度どおり設定、管理するだけであり、日射量の変化などに応じて潅水量を制御している潅水制御装置も従来の設定条件に基づいて運用することができる。しかも、高濃度酸素水供給により、根域の成長が活性化され、養分吸収も活発化して、作物の成長が促進される。この際、高濃度酸素水の供給効果を最大限に享受することができ、作物の種類や作物の根域および本体の成長に応じた適切な潅水を実施することにより、高い生産性を達成することが可能となる。また、新設、既設や規模の大小を問わず、高濃度酸素水を利用した高効率の施設栽培への適用を可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００２５】
図１に本発明に係る栽培システム構造の全体構成図を示す。この栽培システム構造は、コージェネレーションシステムの排気ガス中に含まれる炭酸ガス（ＣＯ2）を栽培温室４に供給するトリジェネレーションシステム３０と、高濃度酸素水を生成して、生成した高濃度酸素水を栽培温室４の根域に供給する高濃度酸素水供給装置４０と、トリジェネレーションシステム３０と高濃度酸素水供給装置４０とを図２に示すように統括的に制御する制御システム(制御部)６０とを備える。
【００２６】
トリジェネレーションシステム３０は、コジェネレーション設備に系統電力と温水ボイラー（又は冷凍機）とが組合わされてなり、栽培作物に電気と熱と炭酸ガスとを供給するものである。
【００２７】
高濃度酸素水供給システム４０は、図１に示すように、高濃度酸素水発生システム４０ａと液肥制御システム４０ｂで構成され、高濃度酸素水発生システム４０ａは、加圧水ポンプ４４と、気泡水生成装置４１と、貯蔵タンク４２と、高濃度酸素水送水ポンプ５３とを備える。貯蔵タンク４２に一時的に貯えられた高濃度酸素水は溶存酸素濃度が低下すると、循環ポンプ４６の駆動によって再循環路４５を介して気泡水生成装置４１に導かれ、再び高濃度酸素水として貯蔵タンク４２に供給・貯蔵され、常に貯蔵タンクの溶存酸素濃度が低下しないように運転される。また、加圧水ポンプ４４、高濃度酸素水送水ポンプ５３および循環ポンプ４６の出口側には電磁弁５６ａ、５６ｂ、５６ｃが設けられており、各ポンプ４４、５３、４６の運転に応じて開閉される。
【００２８】
液肥制御システム４０ｂは、液肥タンク４７ａ，４７ｂおよび液肥混合器４９と養液混合器５２を備え、液肥比率が所定比率になるように電磁弁５５ａ、５５ｂの開度を調節されるとともに、養液の液肥濃度（Ｅ／Ｃ値）が所定濃度になるように潅水流量計５４の計測値に応じて開度を増減する。
【００２９】
次に図２は、本システム構造の制御部（制御システム）６０を示し、この制御部６０は、栽培温室４にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段７０と、栽培温室４が設定手段７０にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御する制御手段７１とを備える。この設定手段７０と制御手段７１とを備えた制御部は、マイクロコンピュータ等にて構成することができる。
【００３０】
すなわち、栽培温室にて栽培する栽培作物にはそれぞれの最適環境がある。最適環境を設定する場合、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメント各値によって決定できる。このため、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御することによって、栽培温室がこの設定した最適環境となる。
【００３１】
このため、制御手段７１には、潅水系制御部７２と、栽培環境系制御部７３と、エネルギー系制御部７４とを備える。潅水系のエレメントには、潅水供給量、Ｅ／Ｃ濃度（電気伝導度）、潅水時間、潅水周期、溶存（水中に溶存する酸素の量）酸素濃度等である。また、栽培環境系のエレメントには、日射量、補光制御、電照時間制御(短日性、長日性)、温度制御、湿度制御、ＣＯ２濃度制御、換気制御等である。エネルギー供給系のエレメントには、出力制御（系統電力とのバランス）、熱供給バランス（既設ボイラーとのバランス）、冷房／除湿制御（ヒートポンプとのバランス）、ＣＯ２排出量制御（ＣＯ２供給とのバランス）等である。
【００３２】
すなわち、制御手段７１は、図１に示すような潅水制御装置等の外部制御装置７５からの制御プロセッサ７６に取り込み、操作パネル７７の操作によって、栽培作物ごとおよび成長過程ごとに、「潅水時間、潅水間隔、潅水量、液比濃度等」を設定して、自動的に潅水を供給したり、栽培作物の種類や成長状況に応じて潅水を制御できる。
【００３３】
次に、図４を使用して、高濃度酸素水供給装置４０の運転フローを説明する。まず、気泡水生成装置４１の高濃度酸素水生成運転を開始して高濃度酸素水を生成する（ステップＳ１）。この生成した高濃度酸素水を貯蔵タンク４２に供給する。そして、この貯蔵タンク４２に貯まった高濃度酸素水の水位が上限に達したか否かが判定され、上限に達していなけいれば、生成運転が継続される（ステップＳ２）。なお、貯蔵タンク４２に電極式水位計等の水位センサが付設され、このセンサにて高濃度酸素水も水面の位置が検出される。
【００３４】
高濃度酸素水の水位が上限に達していれば、高濃度酸素水生成運転は停止する（ステップＳ７）。また、潅水開始時刻でなければ、貯蔵タンク４２内のＤＯ（溶存酸素濃度）を検出(チェック)し、低下していれば、ステップＳ４へ移行して循環用ポンプ４６を駆動して、再循環路４５を使用した高濃度酸素水の循環を開始する。高濃度酸素水が上限に達していなければ、ステップＳ２へ移行して、上限に達するまで、生成運転を継続する。
【００３５】
ＤＯ値の低下がなくて潅水開始時刻になっていれば、ステップＳ３へ移行して、温室への潅水開始を準備する。すなわち、液肥制御システム４０ｂが運転を開始し、養液混合器５２への液比供給を可能とし、温室への潅水を開始する。
【００３６】
温室への潅水を開始し所定潅水時間を経過すれば、ステップＳ６へ移行して、高濃度酸素水送水ポンプの運転を停止し、潅水供給が終了する。また、このとき、高濃度酸素水生成運転中であれば、ステップＳ７へ移行し、運転を停止する。なお、貯蔵タンク水位が低下していれば、ステップＳ１へ戻る。
【００３７】
また、図５は、高濃度酸素水発生システム４０ａの潅水制御条件設定方法を示し、装置（システム）の運用方法により、運転方法の選択が可能である。すなわち、運転方法（運転方法設定）には、手動設定運転と、外部設定運転と、詳細設定運転と、簡易設定運転とがある。
【００３８】
手動設定運転とは、この装置の運転（各スイッチの切り替え等の操作）を手動にて行う運転である。外部設定運転とは、既設の外部制御装置７５等の操作による信号での運転である。この場合、信号（受信信号）としては潅水開始信号等である。詳細設定運転とは、前記図４のフローチャート図で示すように、潅水時間等を予め設定しておき、設定時刻になれば、設定条件に基づき潅水を行う。設定項目は複数個（ｎ個）あり、一の設定項目として、潅水時刻、潅水量等であり、他の設定項目として、潅水時刻、潅水量等がある。簡易設定運転とは、潅水開始時刻、潅水終了時刻、潅水間隔等を予め設定しておき、設定時刻になれば設定条件に基づき潅水を行う運転である。この場合の設定項目としては、潅水開始時刻、潅水終了時刻、潅水間隔、潅水量等がある。
【００３９】
また、図６に示すように、高濃度酸素水発生システム４０ａには種々の制御条件を設定することができる。図６には、タンク内循環運転方法や夜間運転方法等がある。タンク内循環運転方法には、前記したように、測定器を使用する場合と、時間管理で行う場合とがある。測定器を使用する場合の設定項目には、循環運転開始濃度、循環運転停止濃度等がある。また、時間管理の場合の設定項目には、循環運転時間設定、循環停止時間設定等がある。
【００４０】
夜間運転方法には、夜間運転をする場合と、夜間運転をしない場合とがある。夜間運転をする場合の設定項目には、夜間運転開始時刻、夜間運転終了時刻等がある。なお、夜間運転をしない場合には、設定項目はない。
【００４１】
このように、本発明では、トリジェネレーションシステム３０と高濃度酸素水供給装置４０とを組み合わせることによって、通年通じて２０〜３０％の増収と品質向上が期待でき、ＣＯ２供給のみでも１０％前後（トマトでは６〜２７％）の増収が期待できる。このため、数年で大きな投資効果を得ることが可能になる。
【００４２】
また、一般的に夏季の温室は高温多湿な栽培環境を改善するために、温室の天窓を開放して栽培環境を調整することが行われており、ＣＯ2供給による増収効果の減少が懸念される。しかしながら、その成長の過程で高濃度酸素水を用いた液肥の濃度を栽培作物の潅水管理方法に合わせて制御することにより、液肥濃度を増加させない場合と比較して、さらに２０〜３０％の成長促進効果が得られる。このため、特に水温が上昇する夏季こそ本発明の適用効果が大きい。
【００４３】
潅水の液比濃度も従来の濃度どおり設定、管理するだけであり、日射量の変化などに応じて潅水量を制御している潅水制御装置も従来の設定条件に基づいて運用することができる。しかも、高濃度酸素水供給により、根域の成長が活性化され、養分吸収も活発化して、作物の成長が促進される。この際、高濃度酸素水の供給効果を最大限に享受することができ、作物の種類や作物の根域および本体の成長に応じた適切な潅水を実施することにより、高い生産性を達成することが可能となる。
【００４４】
また、トリジェネ（主の電照とＣＯ2の積極的施用）と高濃度酸素水の供給（合わせて液肥などの潅水制御）により作物の健全性が向上（丈夫な作物になる）するので、耐病性が向上し、減農薬や無農薬栽培が可能になる。
【００４５】
このように、複雑な潅水管理を簡単に実現することが可能になるだけでなく、栽培作物の種類や成長状況に応じて高濃度酸素水供給装置の適用効果をより多く引き出す栽培管理が可能になる。このため、トリジェネ供給の対象となる大規模温室の総ての栽培形態に対応するとともに、人工照明を利用し、無農薬、減農薬栽培を目指す野菜工場などへの適用も可能となる。また、新設、既設や規模の大小を問わず、高濃度酸素水を利用した高効率の施設栽培への適用が可能となる。すなわち、この高濃度酸素水供給装置を適用したトマトおよびミニバラの試験栽培で、作物の成長に合わせて潅水量や液比濃度を制御することにより、従来の潅水方法に高濃度酸素水を適用した場合より、大きな成長促進効果が得られている。
【００４６】
ところで、前記実施形態では、トリジェネレーションシステム３０を備えていたが、このようなトリジェネレーションシステム３０を有しないものであってもよい。この場合、制御部の制御手段７１は、栽培環境系制御部７３及びエネルギー系制御部７４が省略される。
【００４７】
このため、トリジェネレーションシステム３０を備えていないものであっても、高濃度酸素水を栽培温室の根域に供給することができ、しかも、潅水時刻、潅水間隔、潅水量、液比濃度などを設定して自動的に潅水を供給したり、栽培作物の種類や成長状況に応じて潅水供給することができる。
【００４８】
この他の栽培システム構造では、潅水の液比濃度も従来の濃度どおり設定、管理するだけであり、日射量の変化などに応じて潅水量を制御している潅水制御装置も従来の設定条件に基づいて運用することができる。しかも、高濃度酸素水供給により、根域の成長が活性化され、養分吸収も活発化して、作物の成長が促進される。この際、高濃度酸素水の供給効果を最大限に享受することができ、作物の種類や作物の根域および本体の成長に応じた適切な潅水を実施することにより、高い生産性を達成することが可能となる。また、新設、既設や規模の大小を問わず、高濃度酸素水を利用した高効率の施設栽培への適用が可能となる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、制御手段７１として、前記実施形態では、潅水系制御部７２と、栽培環境系制御部７３と、エネルギー系制御部７４とを備えていたが、これら全て具備する必要はなく、また、各制御部７２、７３、７４の各エレメントとして、図３に示したものに限るものではない。
【００５０】
また、気泡水生成装置４１としては既存の種々のタイプものを使用することができる。すなわち、酸素を含む気体と液体とを加圧下で混合できて、液体中に気体を溶解させて気泡水が生成されればよい。
【００５１】
なお、本発明は、主として養液を再循環方式で再利用する温室栽培（自然光および自然光と人工照明補光）や野菜工場（人工照明を利用）の栽培事業者およびその施設供給者（温室メーカーおよび潅水設備メーカー）などに利用できる。そして、その利用方法としては、現状栽培における増産を目指した潅水設備との組合せおよび大規模温室でトリジェネ栽培による増産、品質向上を目指した総合的な組合せが可能である。
【実施例】
【００５２】
温室を高濃度酸素水育成区と水道育成区とに分けてトマトの育成試験を行った。この場合、栽培品種としては、ファースト系トマトであり、播種を２００５年１０月１８日に行い、定植を２００５年１１月２９に行った。また、温室を日中においては２３℃に管理し、夜間においては１８℃に管理した。なお、温室の暖房には、トリジェネレーションシステムを使用せずに、灯油式温室暖房機を使用した。また、温室は、いわゆるパイプハウスである。
【００５３】
培地としては、発泡スチロール容器（Ｗ３０ｃｍ、Ｈ１５ｃｍ、Ｄ３５０ｃｍ）にバックカルチャーを入れ、区画あたり１５株を２０ｃｍ間隔に定植したものと、ロックウールに、1区画当たり４株として、２０ｃｍ間隔で定植したものの２種類を、高濃度酸素水育成区と水道育成区とにそれぞれ配置した。ロックウールとは、輝緑岩や玄武岩、あるいは鉄鋼石から鉄を取り除いたスラグを、コークスや石灰石と混合して1600度の高熱で溶解し、その後、回転シリンダーにかけ、綿あめ状に繊維化して圧縮熱処理したものである。なお、ロックウールは無菌で無機質。植物が根を伸ばしていくための空隙が95％以上あり、通気性、保水性、保肥性に優れ、生長の過程も早く、土につく病害虫も心配いらない。土地生産性は土耕の1.5〜2倍はあるので、狭いスペースで高い収穫量が期待できる。
【００５４】
潅水方法としては、高濃度酸素水育成区では、毎日、６：００、１０：００、１２：００、１５：００に培地に点滴式潅水ホース（２０ｃｍ間隔）を用いて高濃度酸素水と液肥とが混合された養液を潅水した。また、水道育成区では、高濃度酸素水育成区の各１５分後に水道水にて潅水を行った。潅水量と液肥濃度は次の表１に示す。
【表１】
【００５５】
この結果、高濃度酸素水育成区の方が水道水育成区に比べて育成が早くなることが確認できた。なお、この試験においては、１果房当たり７〜８個程度に果実が付くように摘花を行っている。このため、１果房当たりの収穫量はほぼ同じである。
【００５６】
草丈、節間長を比較し、その結果を次の図７に示した。このグラフから分かるように、草丈は、ほぼ同じであるが、高濃度酸素水育成区の方が果房間の節間が短く、３果房早く成長しており、高濃度酸素水の効果が認められる。
【００５７】
次に着蕾、開花、着果の変化について調べ、その結果を次の表２に示した。測定条件としては、蕾（蕾と認識できる大きさ約５ｍｍ程度）、花（開花状態）、実（花びらが落ちた物）をそれぞれカウントし栽培区毎に平均した。
【表２】
【００５８】
また、根域としては、高濃度酸素水育成区のものでは、全体として球状で大きいのに対して、水道水育成区のものでは、半球状で小さかった。また、根毛としては、高濃度酸素水育成区のものでは、多くの根毛が繁殖しているのに対して、水道水育成区のものでは、根毛が少なかった。
【００５９】
次に収穫の変化について調べ、その結果を次の表３に示した。条件としては、果実が赤く熟した物を収穫し、重量、直径、糖度を測定し各栽培区毎に平均した。但し、果実重量が１００ｇ以下と果実糖度が５．０以下を集計に入れなかった。果重量で１９％、収量で約３０％、糖度で１以上の違いがあることが分かる。
【表３】
【００６０】
なお、ミズナ（ロックウール栽培）、ミニばら（鉢栽培）について適用試験を行った結果、ミズナやミニばらについては、２０〜３０％の収量アップを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態を示す栽培システム構造の全体の簡略図である。
【図２】栽培システム構造の制御部の簡略ブロック図である。
【図３】栽培システム構造の制御部の各エレメントを示す図である。
【図４】高濃度酸素水供給装置の運転方法を示すフローチャート図である。
【図５】高濃度酸素水供給装置の運転条件設定機能を示す簡略ブロック図である。
【図６】高濃度酸素水供給装置の他の運転条件設定機能を示す簡略ブロック図である。
【図７】草丈及び節間長の比較を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００６２】
３０ トリジェネレーションシステム
４０ 高濃度酸素水供給装置
４０ａ 高濃度酸素水生成システム
４１ 気泡水生成装置
４２ 貯蔵タンク
６０ 制御システム
７０ 設定手段
７１ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コジェネレーション設備に系統電力と温水ボイラー（又は冷凍機）とが組合わされて、栽培作物に電気と熱と炭酸ガスとを供給するトリジェネレーションシステムと、
高濃度酸素水を栽培作物の根域に供給する高濃度酸素水供給装置と、
前記トリジェネレーションシステムと高濃度酸素水供給装置とを統括的に制御する制御システムとを備えたことを特徴とする栽培システム構造。
【請求項２】
前記高濃度酸素水供給装置は高濃度酸素水発生システムを備え、高濃度酸素水発生システムは、気泡水生成装置と、この気泡水生成装置にて生成した高濃度酸素水を一時的に貯める貯蔵タンクを備え、この貯蔵タンクから高濃度酸素水を前記栽培温室の根域に供給することを特徴とする請求項１に記載の栽培システム構造。
【請求項３】
栽培温室にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段と、前記栽培温室が設定手段にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の栽培システム構造。
【請求項４】
高濃度酸素水を生成して、生成した高濃度酸素水を栽培作物の根域に供給する高濃度酸素水発生システムとを備えた栽培システム構造であって、
栽培温室にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段と、前記栽培温室が設定手段にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメントを制御する制御手段を備えたことを特徴とする栽培システム構造。
【請求項１】
コジェネレーション設備に系統電力と温水ボイラー（又は冷凍機）とが組合わされて、栽培作物に電気と熱と炭酸ガスとを供給するトリジェネレーションシステムと、
高濃度酸素水を栽培作物の根域に供給する高濃度酸素水供給装置と、
前記トリジェネレーションシステムと高濃度酸素水供給装置とを統括的に制御する制御システムとを備えたことを特徴とする栽培システム構造。
【請求項２】
前記高濃度酸素水供給装置は高濃度酸素水発生システムを備え、高濃度酸素水発生システムは、気泡水生成装置と、この気泡水生成装置にて生成した高濃度酸素水を一時的に貯める貯蔵タンクを備え、この貯蔵タンクから高濃度酸素水を前記栽培温室の根域に供給することを特徴とする請求項１に記載の栽培システム構造。
【請求項３】
栽培温室にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段と、前記栽培温室が設定手段にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメント、栽培環境系のエレメント、及びエネルギー供給系のエレメントの少なくともいずれかのエレメントを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の栽培システム構造。
【請求項４】
高濃度酸素水を生成して、生成した高濃度酸素水を栽培作物の根域に供給する高濃度酸素水発生システムとを備えた栽培システム構造であって、
栽培温室にて栽培する栽培作物の最適環境を設定する設定手段と、前記栽培温室が設定手段にて設定された最適環境となるように、潅水系のエレメントを制御する制御手段を備えたことを特徴とする栽培システム構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−４５０３６（Ｐ２００９−４５０３６Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１６２４２（Ｐ２００７−２１６２４２）
【出願日】平成１９年８月２２日（２００７．８．２２）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（５０５１６２３８６）グローバリーテック株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２２日（２００７．８．２２）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（５０５１６２３８６）グローバリーテック株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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