水耕栽培システム及び水耕栽培方法
【課題】農作物が配置された栽培槽と溶液タンクとの間で、肥料が溶解する溶液を循環させ、また、農作物の根の成長に応じて水位を任意に調整可能にすることにより、コマツナ、ネギ、ホウレンソウ等の葉菜類、また、トマト、イチゴ等の果菜類等の多種類の農作物を効率よく栽培する汎用性の高い水耕栽培システム及び水耕栽培方法を提供すること。
【解決手段】栽培槽２１に貯留された養液８０の水位を、タイマの出力に基づいて、調整する。これにより、例えば、苗５０が養分をあまり必要としない夜間において、苗５０の根に効果的に空気を供給することができる。その結果、苗５０の根に障害が発生することが回避される。また、苗５０が、養分を必要とする昼間に、肥料が溶け込む養液８０を、養液タンク３０と栽培槽２１との間で循環させることができる。これにより、苗５０の生長を、効果的に促進することができる。
【解決手段】栽培槽２１に貯留された養液８０の水位を、タイマの出力に基づいて、調整する。これにより、例えば、苗５０が養分をあまり必要としない夜間において、苗５０の根に効果的に空気を供給することができる。その結果、苗５０の根に障害が発生することが回避される。また、苗５０が、養分を必要とする昼間に、肥料が溶け込む養液８０を、養液タンク３０と栽培槽２１との間で循環させることができる。これにより、苗５０の生長を、効果的に促進することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培システム及び水耕栽培方法に関し、更に詳しくは、農作物の生長状況に応じて、養液の循環及び養液の水位を制御することにより、根の発達を著しく促進し、且つ農作物の生長を促進させる水耕栽培システム及び水耕栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土耕栽培では、栽培対象となる植物の生育等が、その土地の気象や栽培環境に大きく左右される。また、畑の土作りにもかなりの時間が必要となる。一方、水耕栽培では、初期投資は大きくなるものの、栽培する場所が限定されない。また、栽培管理の簡易化や連作も可能であり、安定的に収量を維持することができる。このため、水耕栽培は、企業的な農業に適しているといえる。
【０００３】
従来の水耕栽培としては、薄膜型水耕（ＮＦＴ：Nutrient Film Technique）、湛液型水耕（ＤＦＴ：Deep Flow Technique）に代表されるように、肥料が溶け込む水（養液）を循環させる栽培方式等が用いられている。特許文献１又は２に示されるように、養液が蓄えられた養液タンクと、農作物が配置される栽培槽との間で、養液を循環させることで、農作物の根に養分を効率よく供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７４２６号公報
【特許文献２】特開平９−２２４５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の水耕栽培方式における薄膜型水耕（ＮＦＴ）では、水深が浅いため根への酸素供給が容易であるが、根の伸長が妨げられることによる農作物の生長不良、老化現象等様々な障害が発生する欠点がある。また、湛液型水耕（ＤＦＴ）では、薄膜型水耕（ＮＦＴ）に比べ水深も深く、根の伸長が妨げられることはないが、栽培槽内の養液の量が多くなり、養液の溶存酸素濃度が低くなる。このため、根圏酸素要求量が多い作物を栽培した場合には、根腐れや、農作物の生長不良が発生するといった欠点がある。
【０００６】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、養液を循環し、且つ、農作物の根の伸長に応じて養液の水位を調整することにより、コマツナ、ネギ、ホウレンソウ等の葉菜類、また、トマト、イチゴ等の果菜類等の多種類の農作物を効率よく栽培することが可能な汎用性の高い水耕栽培システム及び水耕栽培方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る水耕栽培システムは、
農作物を水耕栽培する水耕栽培システムであって、
排水口が形成され、前記農作物が配置される栽培槽と、
肥料が溶解する養液を前記栽培槽に供給する供給手段と、
前記排水口を開閉する開閉手段と、
前記供給手段を駆動して、前記栽培槽へ周期的に前記養液を供給するとともに、前記開閉手段を駆動して、前記供給手段が駆動しているときに、前記排水口を閉じる制御装置と、
を備える。
【０００８】
また、水耕栽培システムは、前記養液を貯留する養液タンクを備え、
前記供給手段は、前記養液タンクの前記養液を、前記栽培槽へ供給することとしてもよい。
【０００９】
また、水耕栽培システムは、前記排水口から排水された前記養液を、前記養液タンクへ戻すための排水路を備えていてもよい。
【００１０】
また、前記制御装置は、前記供給手段を、日照時間に同期して駆動することとしてもよい。
【００１１】
また、前記制御装置は、前記日照時間以外の時間に、周期的に前記給水手段を駆動することとしてもよい。
【００１２】
また、水耕栽培システムは、
前記農作物を支持する支持部材と、
表面に複数の開口が形成され、前記支持部材と、前記栽培槽の底部との間に配置されたスペーサと、
を備えていてもよい。
【００１３】
また、前記スペーサは、メッシュ素材で形成されたパイプであることとしてもよい。
【００１４】
水耕栽培システムは、
前記支持部材を、前記栽培槽の内部で高さを調整可能に保持する保持台を備えていてもよい。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点にかかる水耕栽培システムは、
農作物を水耕栽培する水耕栽培システムであって、
排水口が形成され、前記農作物が配置される栽培槽と、
前記栽培槽の内部を、前記排水口を含む第１空間と、それ以外の第２空間に区分するフィルタと、
養液が供給された前記栽培槽の内部の、前記フィルタ近傍に空気を供給する曝気手段と、
を備える。
【００１６】
また、前記曝気手段は、前記第１空間に空気を供給することとしてもよい。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る水耕栽培方法は、
農作物を栽培するための水耕栽培方法であって、
前記農作物の根の伸長に応じて、前記農作物が配置される栽培槽内の水位を調整する工程と、
所定の期間に、前記栽培槽内の水位を上下させて、間欠的に、前記農作物の根を露出させる工程と、
を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の水耕栽培システム及び水耕栽培方法によれば、以下の効果を奏することができる。
【００１９】
栽培槽に貯留される養液を循環させることにより、栽培槽の養液の濃度を均一化することができ、また、溶存酸素濃度を高くすることができる。
【００２０】
栽培槽の水位を任意に調整することが可能であるから、根の伸長に応じて水位を上げることができる。また、日照時間に同期して水位を調整することが可能であるから、日中は、水位を上げて養分を吸収し易くし、夜間は、水位を下げて農作物の呼吸を助けることができる。
【００２１】
栽培槽の底部にメッシュ素材で形成されたパイプを配置することにより、根が伸長しても、栽培槽の養液の循環を容易にすることができる。
【００２２】
農作物を支持する支持部材を、栽培槽の底部に対して任意の高さに保持する保持台を備えることにより、根の伸長に応じて農作物を支持する位置を高くすることができ、根をストレスなく伸長させることができる。
【００２３】
栽培槽の排水口に通じるフィルタ近傍に爆気手段を備えることにより、養液の溶存酸素濃度を高くするとともに、フィルタの目詰まりを回避することができる。
【００２４】
本願発明は、根の伸長に応じて、根に十分な量の酸素を供給することができ、且つ、根の障害の発生を抑止し、多種類の農作物を効率よく生長させることができる汎用性の高い水耕栽培システム及び水耕栽培方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る水耕栽培システムの概要を示す図である。
【図２】栽培ユニットの斜視図である。
【図３】保持台の斜視図である。
【図４】フィルタユニットの斜視図である。
【図５】フィルタユニットの展開斜視図である。
【図６】水耕栽培システムの電力系統を示す図である。
【図７】水耕栽培システムの制御系を示す図である。
【図８】水耕栽培システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る水耕栽培システム１０の概要を示す図である。水耕栽培システム１０は、例えばトマトなどの苗５０を栽培するためのシステムである。図１に示されるように、水耕栽培システム１０は、苗５０が配置される栽培ユニット２０、栽培ユニット２０へ供給される養液８０を貯留する養液タンク３０、養液８０に酸素を供給するためのブロア３５、及び上記各部を制御する制御装置１２（図６参照）を備えている。
【００２７】
苗５０は、例えば培土から発芽したトマトの苗を、株ごとに切り分けて、苗の根の周囲を覆う培土ごと取り出したものである。
【００２８】
図２は、栽培ユニット２０の斜視図である。図２に示されるように、栽培ユニット２０は、栽培槽２１、栽培槽２１の内部に敷設された１組のスペーサ２４、苗５０を保持する保持シート２２、保持シート２２を保持する保持台７０、栽培槽２１からの排水を濾過するフィルタユニット２７を有している。
【００２９】
栽培槽２１は、上方が開放された、長手方向をＸ軸方向とする水槽である。この栽培槽２１は、例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）、ポリプロピレン、或いはポリカーボネートを素材とする。
【００３０】
栽培槽２１の、＋Ｘ側の側壁の下端部には、栽培槽２１の内部に供給された養液８０を排出するための排水口２１ａが形成されている。排水口２１ａは、＋Ｘ方向に突出する円筒状に整形されている。図１を参照するとわかるように、この排水口２１ａには、排出された養液８０を、養液タンク３０へ導くための導管４３が接続されている。
【００３１】
この導管４３は、途中で、第１導管４３ａと、第２導管４３ｂに分岐している。第１導管４３ａは、ほぼ水平に配置された部分と、下方に立ち下がった部分とからなるＬ字状の管路である。また、第１導管４３ａには、排出される養液８０を止水するための第１電磁弁５１が設けられている。この第１電磁弁５１は、通常は閉状態で、通電されると開状態となる。
【００３２】
第２導管４３ｂは、栽培槽２１に貯留される養液８０の水面のレベルを一定に維持するための管路である。この第２導管４３ｂは、上方に立ち上がった部分と、水平に配置された部分と、下方に立ち下がった部分の３部分からなる管路である。本実施形態では、第２導管４３ｂの立ち上がった部分の高さを変えることで、栽培槽２１に貯留される養液８０の水位の調整をすることができる。
【００３３】
上述した第１導管４３ａ及び第２導管４３ｂの下端部は、養液タンク３０に引き込まれている。
【００３４】
図２に戻り、スペーサ２４それぞれは、例えばポリエチレンを素材とし、表面に複数の開口が形成されたメッシュ状のシートを筒状に整形することによって形成されている。これらのスペーサ２４は、栽培槽２１の底面に、長手方向をＸ軸方向として配置されている。
【００３５】
保持シート２２は、例えば発砲プラスチックを素材とし、長手方向をＸ軸方向とする板状の部材である。保持シート２２には、上面から下面に貫通する円形の開口部２２ａが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に、例えば２００ｍｍ間隔で形成されている。この保持シート２２は、栽培槽２１の内部で、ほぼ水平となるように支持されている。
【００３６】
苗５０は、図１及び図２を参照するとわかるように、培土の部分が保持シート２２に形成された開口部２２ａに充填されることで、保持シート２２によって保持されている。
【００３７】
図３は、保持台７０の斜視図である。図３に示されるように、保持台７０は、長方形枠状のフレーム７１と、フレーム７１のコーナー部分を支持する４本の脚７２とを有している。
【００３８】
フレーム７１は、Ｘ軸方向の寸法及びＹ軸方向の寸法が、保持シート２２の寸法と同等の大きさになるように整形されている。
【００３９】
脚７２それぞれは、上下方向に伸縮し、上端がフレーム７１の下面に固定されている。この保持台７０は、脚７２の長さを調整することで、フレーム７１上に配置された保持シート２２を、栽培槽２１の内部で、任意の高さで保持することができるようになっている。なお、保持台７０は、長さの異なる脚７２に交換することにより、保持シート２２を保持する高さを調整する構造を有していてもよい。
【００４０】
図４は、フィルタユニット２７の斜視図である。また、図５は、フィルタユニット２７の展開斜視図である。図４及び図５を参照するとわかるように、フィルタユニット２７は、長手方向をＸ軸方向とする円筒状のフィルタキャップ２５と、フィルタキャップ２５の内部に収容されるノズル２６を有している。
【００４１】
フィルタキャップ２５は、＋Ｘ側が開放された円筒状のフィルタ部２５ａと、フィルタ部２５ａの＋Ｘ側端部に固定された環状のフランジ部２５ｂの２部分を有している。フィルタ部２５ａは、メッシュ状の素材からなり、＋Ｘ側端部上面に、円形の開口２５ｃが形成されている。
【００４２】
ノズル２６は、例えばセラミックなどに代表される多孔質を素材とする中空の部材である。このノズル２６は、長手方向をＸ軸方向とする直方体状に整形され、＋Ｘ側端部にはエアホース２６ａが接続されている。
【００４３】
上述のフィルタキャップ２５及びノズル２６は、エアホース２６ａが開口２５ｃから引き出された状態で、ノズル２６が、フィルタキャップ２５の内部に挿入されることで一体化される。そして、フィルタキャップ２５のフランジ部２５ｂが、栽培槽２１の内壁に、排水口２１ａを囲んだ状態で固定される。これにより、ノズル２６は、フィルタキャップ２５と栽培槽２１の内壁とで規定される空間に配置される。
【００４４】
上述のように構成された栽培ユニット２０は、図１に示されるように、床面Ｆに配置された架台６０によって、養液タンク３０よりも高い位置で支持されている。
【００４５】
養液タンク３０は、苗５０が必要とする肥料分が溶け込んだ養液８０を貯留する貯留タンクである。養液タンク３０としては、例えばＦＲＰ、ポリプロピレン、或いはポリカーボネートを素材とする容器が用いられる。この養液タンク３０には、導管４５が引き込まれている。また、養液タンク３０の内部には、循環ポンプ３１と、ノズル３２と、水位センサ３３が配置されている。
【００４６】
導管４５は、養液タンク３０の内部へ水道水を供給するための管路である。この導管４５の一端は、商用の水道管に接続されている。また、他端側には、導管４５を流れる水道水を止水するための第２電磁弁５２が設けられている。この第２電磁弁５２は、通常閉状態で、通電されると開状態となる。
【００４７】
ノズル３２は、上述したノズル２６と同等の構成を有している。このノズル３２は、養液タンク３０の底部に配置されている。
【００４８】
循環ポンプ３１は、養液タンク３０の内部に配置されている。この循環ポンプ３１は、養液タンク３０に貯留された養液８０を、供給管４１を介して、栽培槽２１へ供給する。
【００４９】
水位センサ３３は、例えばフロート式のセンサである。この水位センサ３３は、フロートにより養液タンク３０に貯留された養液８０の水面のレベルを検出する。そして、養液８０の水面のレベルが、所定の基準レベルより低くなるとオンになり、基準レベルよりも高くなるとオフになる接点を有している。
【００５０】
ブロア３５は、エアホース２６ａを介して、フィルタユニット２７を構成するノズル２６に空気を供給する。また、不図示のエアホースを介して、養液タンク３０の底部に配置されたノズル３２に空気を供給する。
【００５１】
図６は、上述した循環ポンプ３１、第１電磁弁５１、第２電磁弁５２、及びブロア３５の電力系統を示す図である。循環ポンプ３１及び第１電磁弁５１それぞれは、リレーＲ１のａ接点及びｂ接点を介して商用電源に接続されている。また、ブロア３５及び第２電磁弁５２は、それぞれリレーＲ２のａ接点、及びリレーＲ３のａ接点を介して、商用電源に接続されている。
【００５２】
なお、ａ接点とは、リレーに電圧が印加されていないとき、すなわち、リレーがオフのときにオープンとなり、リレーに電圧が印加されたとき、すなわち、リレーがオンのときにクローズする接点である。また、ｂ接点とは、リレーがオフのときにクローズし、リレーがオンのときにオープンする接点である。
【００５３】
図７は、制御装置１２を中心とする、水耕栽培システム１０の制御系を示すブロック図である。制御装置１２は、入力インターフェイス、出力インターフェイス、及び入力インターフェイスへ入力された信号に基づいて生成した信号を、出力インターフェイスへ出力するＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えるシーケンサを含んで構成されている。この制御装置１２は、例えば入力部１３を介して、ユーザからの起動指令を受信すると、水位センサ３３及びタイマ９０からの出力に基づいて、リレーＲ１〜Ｒ３の制御を開始する。
【００５４】
以下、制御装置１２の動作について、図８のタイミングチャートを参照しつつ説明する。なお、前提として、栽培槽２１の水位は、零（ローレベル）であるものとする。
【００５５】
上述のタイマ９０は、時刻ｔ１にオンとなり、時刻ｔ１から時間Ｔ１経過した時刻ｔ２でオフとなり、時刻ｔ２から時間Ｔ２経過した時刻ｔ１で再びオンとなる接点を有している。ここでは、例えば時刻ｔ１は、午前６時であり、時刻ｔ２は午後８時である。つまり、タイマ９０の接点は、時刻ｔ１から１４時間経過した時刻ｔ２までオンとなり、時刻ｔ２から１０時間経過した時刻ｔ１までオフとなる。
【００５６】
制御装置１２は、タイマ９０の接点がオンのときに、リレーＲ１を駆動するための駆動信号Ｓ１をハイレベルにする。駆動信号Ｓ１がハイレベルになると、リレーＲ１がオンとなり、循環ポンプ３１が運転されるとともに、第１電磁弁５１が閉となる。これにより、養液タンク３０の養液８０が、供給管４１を介して、栽培槽２１へ給水される。
【００５７】
栽培槽２１への給水が開始されると、栽培槽２１での水位が徐々に上昇し始める。そして、栽培槽２１での水位が、第２導管４３ｂの、上方へ立ち上がった部分の上端と一致すると、栽培槽２１での水位の上昇が停止する。以降、第２導管４３ｂから、養液８０が排水されることで、栽培槽２１の水位は一定のレベル（ハイレベル）に維持される。そして、養液８０は、供給管４１と第２導管４３ｂとを介して、養液タンク３０と栽培槽２１との間を循環する。これにより、栽培槽２１の水位は、タイマ９０の接点がオンの間、ハイレベルとなる。
【００５８】
制御装置１２は、時刻ｔ２でタイマ９０の接点がオフになると、まず、駆動信号Ｓ１を時間Ｔ３だけローレベルにする。駆動信号Ｓ１がローレベルになると、リレーＲ１がオフとなり、循環ポンプ３１が停止するとともに、第１電磁弁５１が開となる。これにより、養液タンク３０の養液８０が、第１導管４３ａを介して養液タンク３０に排水される。
【００５９】
制御装置１２は、時刻ｔ２から時間Ｔ３経過すると、次に、駆動信号Ｓ１を時間Ｔ４だけハイレベルにする。駆動信号Ｓ１がハイレベルになると、リレーＲ１がオンとなり、循環ポンプ３１が運転されるとともに、第１電磁弁５１が閉となる。これにより、栽培槽２１からの排水が停止するとともに、栽培槽２１への給水が開始される。
【００６０】
制御装置１２は、上述の動作を、タイマ９０の接点がオフの間繰り返す。これにより、栽培槽２１の水位は、タイマ９０の接点がオフの間、ハイレベルとローレベルとを繰り返す。
【００６１】
また、制御装置１２は、ユーザからの起動指令を受けると、リレーＲ２を駆動するために、駆動信号Ｓ２をハイレベルにする。駆動信号Ｓ２がハイレベルになることによって、リレーＲ２がオン状態となり、ブロア３５が運転される。これにより、栽培槽２１に配置されたノズル２６と、養液タンク３０に配置されたノズル３２を介して、栽培槽２１の内部に貯留された養液８０、及び養液タンク３０の内部に貯留された養液８０に空気が供給される。
【００６２】
また、制御装置１２は、水位センサ３３の接点がオンのときに、リレーＲ２を駆動するための駆動信号Ｓ３をハイレベルにする。これにより、リレーＲ３がオンとなり、第２電磁弁５２が開となる。一方、制御装置１２は、水位センサ３３の接点がオフのときに、リレーＲ２を駆動するための駆動信号Ｓ３をローレベルにする。これにより、リレーＲ３がオフとなり、第２電磁弁５２が閉となる。
【００６３】
上述の動作により、養液タンク３０の水位が基準レベルを下回ると、養液タンク３０へ水道水が供給され、養液タンク３０の水位が基準レベルを上回ると、養液タンク３０への水道水の供給が停止する。これにより、養液タンク３０に貯留される養液８０の量がほぼ一定に維持される。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の水耕栽培システム１０では、栽培槽２１に貯留された養液８０の水位が、タイマ９０の出力に基づいて、調整される。このため、例えば、苗５０が養分をあまり必要としない夜間において、苗５０の根に効果的に空気を供給することができる。これにより、苗５０の根に障害が発生することを回避することができる。
【００６５】
また、本実施形態の水耕栽培システム１０では、苗５０が、養分を必要とする昼間に、養分が溶け込む養液８０を、養液タンク３０と栽培槽２１との間で循環させることができる。これにより、苗５０の成長を、効果的に促進することができる。
【００６６】
また、本実施形態の水耕栽培システム１０では、栽培槽２１の底部と、苗５０を保持する保持シート２２との間に、スペーサ２４が配置されている。スペーサ２４は、ポリエチレン、塩化ビニール等を素材とし、表面に複数の開口が形成されたメッシュ状のシートからなるパイプ状の部材である。スペーサ２４の内側に養液８０が流れ込むことにより、スペーサ２４の表面に設けられた複数の開口から、スペーサ２４の外側に向かって養液８０が流出する。これにより、苗５０の根が伸長して栽培槽２１の内部に張り巡らされたとしても、栽培槽２１での養液８０の循環が滞ることがなくなる。このため、苗５０には、養分と酸素とが効果的に供給される。
【００６７】
また、本実施形態の水耕栽培システム１０では、ブロア３５とノズル２６とを含んで、栽培槽２１に貯留された養液８０に空気を供給するための曝気装置が構成される。この曝気装置は、排水口２１ａのフィルタとして機能するフィルタキャップ２５を介して、栽培槽２１に貯留された養液８０へ空気を供給する。これにより、フィルタキャップ２５の目詰まりを回避しつつ、栽培槽２１に貯留された養液８０の曝気を行うことが可能となる。
【００６８】
特に、水耕栽培システム１０に用いられる養液８０が、有機肥料が溶け込む養液である場合には、微生物によるバイオフィルムなどにより、フィルタキャップ２５に目詰まりが発生する度合いが高くなる。本実施形態では、フィルタキャップ２５の内部に、空気を供給することにより、フィルタキャップ２５の目詰まりの防止と、養液中への十分な酸素供給が実現される。
【００６９】
また、本実施形態に係る水耕栽培システム１０は、栽培槽２１の内部で、保持シートの高さを任意に調整することが可能な保持台７０を有している。したがって、苗５０の根の生長に合わせて、保持される苗５０の位置を変更することができる。
【００７０】
これにより、苗５０を定植した直後は、作物の吸肥を促進するために、保持台７０の脚７２の長さを短くすることで、保持される苗５０の位置を低くして栽培槽２１の水位を少なくするとともに、根が栽培槽２１の底に接触しないような位置で、苗５０を保持することができる。また、苗５０の根の生長に合わせて保持台７０の脚７２の長さを長くして、保持される苗５０の位置を高くするとともに、栽培槽２１の水位を上昇させることで、常に根が栽培槽２１の底に接触しないような位置で、苗５０を保持することができる。このため、苗５０の根が伸長しても、苗５０を保持する位置を変更することで、根と栽培槽２１との干渉を回避しつつ、根が養液８０に浸かった状態を維持することができる。これにより、根の伸長が促進される。そして、農作物の生長不良が防止され、苗の生長が促進される。
【００７１】
また、栽培槽２１での水位を、苗５０の根の長さに応じた水位とすることで、余分な養液８０が栽培槽２１に貯留されることが回避され、養液８０の循環効率が向上する。これにより、栽培槽に貯留される養液８０の溶存酸素濃度の低下を防止することが可能となる。また、栽培槽内に貯留される養液８０の濃度が均一化されるため、苗５０に効率的に養分を供給することが可能となる。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。
【００７３】
例えば、上記実施形態では、図８に示されるように、午後８時から午前６時の間に、栽培槽２１の水位が調整される場合について説明した。これに限らず、栽培槽２１の水位を調整する時間帯については、栽培対象となる農作物に応じて決定することができる。また、日照時間外で、栽培槽２１の水位を調整することとしてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、スペーサ２４は、例えばポリエチレンを素材とし、表面に複数の開口が形成されたメッシュ状のシートかなる部材であるものとした。これに限らず、スペーサ２４として、例えば、表面に複数の開口が形成された塩化ビニルパイプなどを用いてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、栽培槽２１には、１組のスペーサ２４が敷設されている場合について説明した。これに限らず、栽培槽２１には、３つ以上のスペーサが敷設されていてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、ノズル２６は、フィルタキャップ２５の内部に配置されている。これに限らず、ノズル２６は、フィルタキャップ２５の近傍に配置されていてもよい。この場合も、フィルタキャップ２５の目詰まりを回避することができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、養液８０に関しては、苗５０が必要とする肥料を有機液肥とした。これに限らず、養液８０は、無機液肥であってもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、制御装置１２が、シーケンサを含んで構成されていることとした。これに限らず、水耕栽培システム１０の制御系を、リレーやタイマからなるリレー回路で構成してもよい。
【００７９】
また、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明においては、農作物の種類に応じて、最適な液肥の濃度、養液の循環速度、養液の水位等の栽培管理条件を日単位、週単位、月単位で制御装置に設定することにより、
コマツナ、ネギ、ホウレンソウ等の葉菜類、また、トマト、イチゴ等の果菜類等の多品種、多種類の農作物を自在に栽培することが可能である。また、気温、湿度、日照時間等を検出するセンサを設け、制御装置に計測結果をフィードバックすることにより、更に精度の高い最適な栽培管理をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 水耕栽培システム
１２ 制御装置
１３ 入力部
２０ 栽培ユニット
２１ 栽培槽
２１ａ 排水口
２２ 保持シート
２２ａ 開口部
２４ スペーサ
２５ フィルタキャップ
２５ａ フィルタ部
２５ｂ フランジ部
２５ｃ 開口
２６ ノズル
２６ａ エアホース
２７ フィルタユニット
３０ 養液タンク
３１ 循環ポンプ
３２ ノズル
３３ 水位センサ
３５ ブロア
４１ 供給管
４３ 導管
４３ａ 第１導管
４３ｂ 第２導管
４５ 導管
５０ 苗
５１ 第１電磁弁
５２ 第２電磁弁
６０ 架台
７０ 保持台
７１ フレーム
７２ 脚
８０ 養液
９０ タイマ
Ｆ 床面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培システム及び水耕栽培方法に関し、更に詳しくは、農作物の生長状況に応じて、養液の循環及び養液の水位を制御することにより、根の発達を著しく促進し、且つ農作物の生長を促進させる水耕栽培システム及び水耕栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土耕栽培では、栽培対象となる植物の生育等が、その土地の気象や栽培環境に大きく左右される。また、畑の土作りにもかなりの時間が必要となる。一方、水耕栽培では、初期投資は大きくなるものの、栽培する場所が限定されない。また、栽培管理の簡易化や連作も可能であり、安定的に収量を維持することができる。このため、水耕栽培は、企業的な農業に適しているといえる。
【０００３】
従来の水耕栽培としては、薄膜型水耕（ＮＦＴ：Nutrient Film Technique）、湛液型水耕（ＤＦＴ：Deep Flow Technique）に代表されるように、肥料が溶け込む水（養液）を循環させる栽培方式等が用いられている。特許文献１又は２に示されるように、養液が蓄えられた養液タンクと、農作物が配置される栽培槽との間で、養液を循環させることで、農作物の根に養分を効率よく供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７４２６号公報
【特許文献２】特開平９−２２４５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の水耕栽培方式における薄膜型水耕（ＮＦＴ）では、水深が浅いため根への酸素供給が容易であるが、根の伸長が妨げられることによる農作物の生長不良、老化現象等様々な障害が発生する欠点がある。また、湛液型水耕（ＤＦＴ）では、薄膜型水耕（ＮＦＴ）に比べ水深も深く、根の伸長が妨げられることはないが、栽培槽内の養液の量が多くなり、養液の溶存酸素濃度が低くなる。このため、根圏酸素要求量が多い作物を栽培した場合には、根腐れや、農作物の生長不良が発生するといった欠点がある。
【０００６】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、養液を循環し、且つ、農作物の根の伸長に応じて養液の水位を調整することにより、コマツナ、ネギ、ホウレンソウ等の葉菜類、また、トマト、イチゴ等の果菜類等の多種類の農作物を効率よく栽培することが可能な汎用性の高い水耕栽培システム及び水耕栽培方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る水耕栽培システムは、
農作物を水耕栽培する水耕栽培システムであって、
排水口が形成され、前記農作物が配置される栽培槽と、
肥料が溶解する養液を前記栽培槽に供給する供給手段と、
前記排水口を開閉する開閉手段と、
前記供給手段を駆動して、前記栽培槽へ周期的に前記養液を供給するとともに、前記開閉手段を駆動して、前記供給手段が駆動しているときに、前記排水口を閉じる制御装置と、
を備える。
【０００８】
また、水耕栽培システムは、前記養液を貯留する養液タンクを備え、
前記供給手段は、前記養液タンクの前記養液を、前記栽培槽へ供給することとしてもよい。
【０００９】
また、水耕栽培システムは、前記排水口から排水された前記養液を、前記養液タンクへ戻すための排水路を備えていてもよい。
【００１０】
また、前記制御装置は、前記供給手段を、日照時間に同期して駆動することとしてもよい。
【００１１】
また、前記制御装置は、前記日照時間以外の時間に、周期的に前記給水手段を駆動することとしてもよい。
【００１２】
また、水耕栽培システムは、
前記農作物を支持する支持部材と、
表面に複数の開口が形成され、前記支持部材と、前記栽培槽の底部との間に配置されたスペーサと、
を備えていてもよい。
【００１３】
また、前記スペーサは、メッシュ素材で形成されたパイプであることとしてもよい。
【００１４】
水耕栽培システムは、
前記支持部材を、前記栽培槽の内部で高さを調整可能に保持する保持台を備えていてもよい。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点にかかる水耕栽培システムは、
農作物を水耕栽培する水耕栽培システムであって、
排水口が形成され、前記農作物が配置される栽培槽と、
前記栽培槽の内部を、前記排水口を含む第１空間と、それ以外の第２空間に区分するフィルタと、
養液が供給された前記栽培槽の内部の、前記フィルタ近傍に空気を供給する曝気手段と、
を備える。
【００１６】
また、前記曝気手段は、前記第１空間に空気を供給することとしてもよい。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る水耕栽培方法は、
農作物を栽培するための水耕栽培方法であって、
前記農作物の根の伸長に応じて、前記農作物が配置される栽培槽内の水位を調整する工程と、
所定の期間に、前記栽培槽内の水位を上下させて、間欠的に、前記農作物の根を露出させる工程と、
を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の水耕栽培システム及び水耕栽培方法によれば、以下の効果を奏することができる。
【００１９】
栽培槽に貯留される養液を循環させることにより、栽培槽の養液の濃度を均一化することができ、また、溶存酸素濃度を高くすることができる。
【００２０】
栽培槽の水位を任意に調整することが可能であるから、根の伸長に応じて水位を上げることができる。また、日照時間に同期して水位を調整することが可能であるから、日中は、水位を上げて養分を吸収し易くし、夜間は、水位を下げて農作物の呼吸を助けることができる。
【００２１】
栽培槽の底部にメッシュ素材で形成されたパイプを配置することにより、根が伸長しても、栽培槽の養液の循環を容易にすることができる。
【００２２】
農作物を支持する支持部材を、栽培槽の底部に対して任意の高さに保持する保持台を備えることにより、根の伸長に応じて農作物を支持する位置を高くすることができ、根をストレスなく伸長させることができる。
【００２３】
栽培槽の排水口に通じるフィルタ近傍に爆気手段を備えることにより、養液の溶存酸素濃度を高くするとともに、フィルタの目詰まりを回避することができる。
【００２４】
本願発明は、根の伸長に応じて、根に十分な量の酸素を供給することができ、且つ、根の障害の発生を抑止し、多種類の農作物を効率よく生長させることができる汎用性の高い水耕栽培システム及び水耕栽培方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る水耕栽培システムの概要を示す図である。
【図２】栽培ユニットの斜視図である。
【図３】保持台の斜視図である。
【図４】フィルタユニットの斜視図である。
【図５】フィルタユニットの展開斜視図である。
【図６】水耕栽培システムの電力系統を示す図である。
【図７】水耕栽培システムの制御系を示す図である。
【図８】水耕栽培システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る水耕栽培システム１０の概要を示す図である。水耕栽培システム１０は、例えばトマトなどの苗５０を栽培するためのシステムである。図１に示されるように、水耕栽培システム１０は、苗５０が配置される栽培ユニット２０、栽培ユニット２０へ供給される養液８０を貯留する養液タンク３０、養液８０に酸素を供給するためのブロア３５、及び上記各部を制御する制御装置１２（図６参照）を備えている。
【００２７】
苗５０は、例えば培土から発芽したトマトの苗を、株ごとに切り分けて、苗の根の周囲を覆う培土ごと取り出したものである。
【００２８】
図２は、栽培ユニット２０の斜視図である。図２に示されるように、栽培ユニット２０は、栽培槽２１、栽培槽２１の内部に敷設された１組のスペーサ２４、苗５０を保持する保持シート２２、保持シート２２を保持する保持台７０、栽培槽２１からの排水を濾過するフィルタユニット２７を有している。
【００２９】
栽培槽２１は、上方が開放された、長手方向をＸ軸方向とする水槽である。この栽培槽２１は、例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）、ポリプロピレン、或いはポリカーボネートを素材とする。
【００３０】
栽培槽２１の、＋Ｘ側の側壁の下端部には、栽培槽２１の内部に供給された養液８０を排出するための排水口２１ａが形成されている。排水口２１ａは、＋Ｘ方向に突出する円筒状に整形されている。図１を参照するとわかるように、この排水口２１ａには、排出された養液８０を、養液タンク３０へ導くための導管４３が接続されている。
【００３１】
この導管４３は、途中で、第１導管４３ａと、第２導管４３ｂに分岐している。第１導管４３ａは、ほぼ水平に配置された部分と、下方に立ち下がった部分とからなるＬ字状の管路である。また、第１導管４３ａには、排出される養液８０を止水するための第１電磁弁５１が設けられている。この第１電磁弁５１は、通常は閉状態で、通電されると開状態となる。
【００３２】
第２導管４３ｂは、栽培槽２１に貯留される養液８０の水面のレベルを一定に維持するための管路である。この第２導管４３ｂは、上方に立ち上がった部分と、水平に配置された部分と、下方に立ち下がった部分の３部分からなる管路である。本実施形態では、第２導管４３ｂの立ち上がった部分の高さを変えることで、栽培槽２１に貯留される養液８０の水位の調整をすることができる。
【００３３】
上述した第１導管４３ａ及び第２導管４３ｂの下端部は、養液タンク３０に引き込まれている。
【００３４】
図２に戻り、スペーサ２４それぞれは、例えばポリエチレンを素材とし、表面に複数の開口が形成されたメッシュ状のシートを筒状に整形することによって形成されている。これらのスペーサ２４は、栽培槽２１の底面に、長手方向をＸ軸方向として配置されている。
【００３５】
保持シート２２は、例えば発砲プラスチックを素材とし、長手方向をＸ軸方向とする板状の部材である。保持シート２２には、上面から下面に貫通する円形の開口部２２ａが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に、例えば２００ｍｍ間隔で形成されている。この保持シート２２は、栽培槽２１の内部で、ほぼ水平となるように支持されている。
【００３６】
苗５０は、図１及び図２を参照するとわかるように、培土の部分が保持シート２２に形成された開口部２２ａに充填されることで、保持シート２２によって保持されている。
【００３７】
図３は、保持台７０の斜視図である。図３に示されるように、保持台７０は、長方形枠状のフレーム７１と、フレーム７１のコーナー部分を支持する４本の脚７２とを有している。
【００３８】
フレーム７１は、Ｘ軸方向の寸法及びＹ軸方向の寸法が、保持シート２２の寸法と同等の大きさになるように整形されている。
【００３９】
脚７２それぞれは、上下方向に伸縮し、上端がフレーム７１の下面に固定されている。この保持台７０は、脚７２の長さを調整することで、フレーム７１上に配置された保持シート２２を、栽培槽２１の内部で、任意の高さで保持することができるようになっている。なお、保持台７０は、長さの異なる脚７２に交換することにより、保持シート２２を保持する高さを調整する構造を有していてもよい。
【００４０】
図４は、フィルタユニット２７の斜視図である。また、図５は、フィルタユニット２７の展開斜視図である。図４及び図５を参照するとわかるように、フィルタユニット２７は、長手方向をＸ軸方向とする円筒状のフィルタキャップ２５と、フィルタキャップ２５の内部に収容されるノズル２６を有している。
【００４１】
フィルタキャップ２５は、＋Ｘ側が開放された円筒状のフィルタ部２５ａと、フィルタ部２５ａの＋Ｘ側端部に固定された環状のフランジ部２５ｂの２部分を有している。フィルタ部２５ａは、メッシュ状の素材からなり、＋Ｘ側端部上面に、円形の開口２５ｃが形成されている。
【００４２】
ノズル２６は、例えばセラミックなどに代表される多孔質を素材とする中空の部材である。このノズル２６は、長手方向をＸ軸方向とする直方体状に整形され、＋Ｘ側端部にはエアホース２６ａが接続されている。
【００４３】
上述のフィルタキャップ２５及びノズル２６は、エアホース２６ａが開口２５ｃから引き出された状態で、ノズル２６が、フィルタキャップ２５の内部に挿入されることで一体化される。そして、フィルタキャップ２５のフランジ部２５ｂが、栽培槽２１の内壁に、排水口２１ａを囲んだ状態で固定される。これにより、ノズル２６は、フィルタキャップ２５と栽培槽２１の内壁とで規定される空間に配置される。
【００４４】
上述のように構成された栽培ユニット２０は、図１に示されるように、床面Ｆに配置された架台６０によって、養液タンク３０よりも高い位置で支持されている。
【００４５】
養液タンク３０は、苗５０が必要とする肥料分が溶け込んだ養液８０を貯留する貯留タンクである。養液タンク３０としては、例えばＦＲＰ、ポリプロピレン、或いはポリカーボネートを素材とする容器が用いられる。この養液タンク３０には、導管４５が引き込まれている。また、養液タンク３０の内部には、循環ポンプ３１と、ノズル３２と、水位センサ３３が配置されている。
【００４６】
導管４５は、養液タンク３０の内部へ水道水を供給するための管路である。この導管４５の一端は、商用の水道管に接続されている。また、他端側には、導管４５を流れる水道水を止水するための第２電磁弁５２が設けられている。この第２電磁弁５２は、通常閉状態で、通電されると開状態となる。
【００４７】
ノズル３２は、上述したノズル２６と同等の構成を有している。このノズル３２は、養液タンク３０の底部に配置されている。
【００４８】
循環ポンプ３１は、養液タンク３０の内部に配置されている。この循環ポンプ３１は、養液タンク３０に貯留された養液８０を、供給管４１を介して、栽培槽２１へ供給する。
【００４９】
水位センサ３３は、例えばフロート式のセンサである。この水位センサ３３は、フロートにより養液タンク３０に貯留された養液８０の水面のレベルを検出する。そして、養液８０の水面のレベルが、所定の基準レベルより低くなるとオンになり、基準レベルよりも高くなるとオフになる接点を有している。
【００５０】
ブロア３５は、エアホース２６ａを介して、フィルタユニット２７を構成するノズル２６に空気を供給する。また、不図示のエアホースを介して、養液タンク３０の底部に配置されたノズル３２に空気を供給する。
【００５１】
図６は、上述した循環ポンプ３１、第１電磁弁５１、第２電磁弁５２、及びブロア３５の電力系統を示す図である。循環ポンプ３１及び第１電磁弁５１それぞれは、リレーＲ１のａ接点及びｂ接点を介して商用電源に接続されている。また、ブロア３５及び第２電磁弁５２は、それぞれリレーＲ２のａ接点、及びリレーＲ３のａ接点を介して、商用電源に接続されている。
【００５２】
なお、ａ接点とは、リレーに電圧が印加されていないとき、すなわち、リレーがオフのときにオープンとなり、リレーに電圧が印加されたとき、すなわち、リレーがオンのときにクローズする接点である。また、ｂ接点とは、リレーがオフのときにクローズし、リレーがオンのときにオープンする接点である。
【００５３】
図７は、制御装置１２を中心とする、水耕栽培システム１０の制御系を示すブロック図である。制御装置１２は、入力インターフェイス、出力インターフェイス、及び入力インターフェイスへ入力された信号に基づいて生成した信号を、出力インターフェイスへ出力するＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えるシーケンサを含んで構成されている。この制御装置１２は、例えば入力部１３を介して、ユーザからの起動指令を受信すると、水位センサ３３及びタイマ９０からの出力に基づいて、リレーＲ１〜Ｒ３の制御を開始する。
【００５４】
以下、制御装置１２の動作について、図８のタイミングチャートを参照しつつ説明する。なお、前提として、栽培槽２１の水位は、零（ローレベル）であるものとする。
【００５５】
上述のタイマ９０は、時刻ｔ１にオンとなり、時刻ｔ１から時間Ｔ１経過した時刻ｔ２でオフとなり、時刻ｔ２から時間Ｔ２経過した時刻ｔ１で再びオンとなる接点を有している。ここでは、例えば時刻ｔ１は、午前６時であり、時刻ｔ２は午後８時である。つまり、タイマ９０の接点は、時刻ｔ１から１４時間経過した時刻ｔ２までオンとなり、時刻ｔ２から１０時間経過した時刻ｔ１までオフとなる。
【００５６】
制御装置１２は、タイマ９０の接点がオンのときに、リレーＲ１を駆動するための駆動信号Ｓ１をハイレベルにする。駆動信号Ｓ１がハイレベルになると、リレーＲ１がオンとなり、循環ポンプ３１が運転されるとともに、第１電磁弁５１が閉となる。これにより、養液タンク３０の養液８０が、供給管４１を介して、栽培槽２１へ給水される。
【００５７】
栽培槽２１への給水が開始されると、栽培槽２１での水位が徐々に上昇し始める。そして、栽培槽２１での水位が、第２導管４３ｂの、上方へ立ち上がった部分の上端と一致すると、栽培槽２１での水位の上昇が停止する。以降、第２導管４３ｂから、養液８０が排水されることで、栽培槽２１の水位は一定のレベル（ハイレベル）に維持される。そして、養液８０は、供給管４１と第２導管４３ｂとを介して、養液タンク３０と栽培槽２１との間を循環する。これにより、栽培槽２１の水位は、タイマ９０の接点がオンの間、ハイレベルとなる。
【００５８】
制御装置１２は、時刻ｔ２でタイマ９０の接点がオフになると、まず、駆動信号Ｓ１を時間Ｔ３だけローレベルにする。駆動信号Ｓ１がローレベルになると、リレーＲ１がオフとなり、循環ポンプ３１が停止するとともに、第１電磁弁５１が開となる。これにより、養液タンク３０の養液８０が、第１導管４３ａを介して養液タンク３０に排水される。
【００５９】
制御装置１２は、時刻ｔ２から時間Ｔ３経過すると、次に、駆動信号Ｓ１を時間Ｔ４だけハイレベルにする。駆動信号Ｓ１がハイレベルになると、リレーＲ１がオンとなり、循環ポンプ３１が運転されるとともに、第１電磁弁５１が閉となる。これにより、栽培槽２１からの排水が停止するとともに、栽培槽２１への給水が開始される。
【００６０】
制御装置１２は、上述の動作を、タイマ９０の接点がオフの間繰り返す。これにより、栽培槽２１の水位は、タイマ９０の接点がオフの間、ハイレベルとローレベルとを繰り返す。
【００６１】
また、制御装置１２は、ユーザからの起動指令を受けると、リレーＲ２を駆動するために、駆動信号Ｓ２をハイレベルにする。駆動信号Ｓ２がハイレベルになることによって、リレーＲ２がオン状態となり、ブロア３５が運転される。これにより、栽培槽２１に配置されたノズル２６と、養液タンク３０に配置されたノズル３２を介して、栽培槽２１の内部に貯留された養液８０、及び養液タンク３０の内部に貯留された養液８０に空気が供給される。
【００６２】
また、制御装置１２は、水位センサ３３の接点がオンのときに、リレーＲ２を駆動するための駆動信号Ｓ３をハイレベルにする。これにより、リレーＲ３がオンとなり、第２電磁弁５２が開となる。一方、制御装置１２は、水位センサ３３の接点がオフのときに、リレーＲ２を駆動するための駆動信号Ｓ３をローレベルにする。これにより、リレーＲ３がオフとなり、第２電磁弁５２が閉となる。
【００６３】
上述の動作により、養液タンク３０の水位が基準レベルを下回ると、養液タンク３０へ水道水が供給され、養液タンク３０の水位が基準レベルを上回ると、養液タンク３０への水道水の供給が停止する。これにより、養液タンク３０に貯留される養液８０の量がほぼ一定に維持される。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の水耕栽培システム１０では、栽培槽２１に貯留された養液８０の水位が、タイマ９０の出力に基づいて、調整される。このため、例えば、苗５０が養分をあまり必要としない夜間において、苗５０の根に効果的に空気を供給することができる。これにより、苗５０の根に障害が発生することを回避することができる。
【００６５】
また、本実施形態の水耕栽培システム１０では、苗５０が、養分を必要とする昼間に、養分が溶け込む養液８０を、養液タンク３０と栽培槽２１との間で循環させることができる。これにより、苗５０の成長を、効果的に促進することができる。
【００６６】
また、本実施形態の水耕栽培システム１０では、栽培槽２１の底部と、苗５０を保持する保持シート２２との間に、スペーサ２４が配置されている。スペーサ２４は、ポリエチレン、塩化ビニール等を素材とし、表面に複数の開口が形成されたメッシュ状のシートからなるパイプ状の部材である。スペーサ２４の内側に養液８０が流れ込むことにより、スペーサ２４の表面に設けられた複数の開口から、スペーサ２４の外側に向かって養液８０が流出する。これにより、苗５０の根が伸長して栽培槽２１の内部に張り巡らされたとしても、栽培槽２１での養液８０の循環が滞ることがなくなる。このため、苗５０には、養分と酸素とが効果的に供給される。
【００６７】
また、本実施形態の水耕栽培システム１０では、ブロア３５とノズル２６とを含んで、栽培槽２１に貯留された養液８０に空気を供給するための曝気装置が構成される。この曝気装置は、排水口２１ａのフィルタとして機能するフィルタキャップ２５を介して、栽培槽２１に貯留された養液８０へ空気を供給する。これにより、フィルタキャップ２５の目詰まりを回避しつつ、栽培槽２１に貯留された養液８０の曝気を行うことが可能となる。
【００６８】
特に、水耕栽培システム１０に用いられる養液８０が、有機肥料が溶け込む養液である場合には、微生物によるバイオフィルムなどにより、フィルタキャップ２５に目詰まりが発生する度合いが高くなる。本実施形態では、フィルタキャップ２５の内部に、空気を供給することにより、フィルタキャップ２５の目詰まりの防止と、養液中への十分な酸素供給が実現される。
【００６９】
また、本実施形態に係る水耕栽培システム１０は、栽培槽２１の内部で、保持シートの高さを任意に調整することが可能な保持台７０を有している。したがって、苗５０の根の生長に合わせて、保持される苗５０の位置を変更することができる。
【００７０】
これにより、苗５０を定植した直後は、作物の吸肥を促進するために、保持台７０の脚７２の長さを短くすることで、保持される苗５０の位置を低くして栽培槽２１の水位を少なくするとともに、根が栽培槽２１の底に接触しないような位置で、苗５０を保持することができる。また、苗５０の根の生長に合わせて保持台７０の脚７２の長さを長くして、保持される苗５０の位置を高くするとともに、栽培槽２１の水位を上昇させることで、常に根が栽培槽２１の底に接触しないような位置で、苗５０を保持することができる。このため、苗５０の根が伸長しても、苗５０を保持する位置を変更することで、根と栽培槽２１との干渉を回避しつつ、根が養液８０に浸かった状態を維持することができる。これにより、根の伸長が促進される。そして、農作物の生長不良が防止され、苗の生長が促進される。
【００７１】
また、栽培槽２１での水位を、苗５０の根の長さに応じた水位とすることで、余分な養液８０が栽培槽２１に貯留されることが回避され、養液８０の循環効率が向上する。これにより、栽培槽に貯留される養液８０の溶存酸素濃度の低下を防止することが可能となる。また、栽培槽内に貯留される養液８０の濃度が均一化されるため、苗５０に効率的に養分を供給することが可能となる。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。
【００７３】
例えば、上記実施形態では、図８に示されるように、午後８時から午前６時の間に、栽培槽２１の水位が調整される場合について説明した。これに限らず、栽培槽２１の水位を調整する時間帯については、栽培対象となる農作物に応じて決定することができる。また、日照時間外で、栽培槽２１の水位を調整することとしてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、スペーサ２４は、例えばポリエチレンを素材とし、表面に複数の開口が形成されたメッシュ状のシートかなる部材であるものとした。これに限らず、スペーサ２４として、例えば、表面に複数の開口が形成された塩化ビニルパイプなどを用いてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、栽培槽２１には、１組のスペーサ２４が敷設されている場合について説明した。これに限らず、栽培槽２１には、３つ以上のスペーサが敷設されていてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、ノズル２６は、フィルタキャップ２５の内部に配置されている。これに限らず、ノズル２６は、フィルタキャップ２５の近傍に配置されていてもよい。この場合も、フィルタキャップ２５の目詰まりを回避することができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、養液８０に関しては、苗５０が必要とする肥料を有機液肥とした。これに限らず、養液８０は、無機液肥であってもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、制御装置１２が、シーケンサを含んで構成されていることとした。これに限らず、水耕栽培システム１０の制御系を、リレーやタイマからなるリレー回路で構成してもよい。
【００７９】
また、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明においては、農作物の種類に応じて、最適な液肥の濃度、養液の循環速度、養液の水位等の栽培管理条件を日単位、週単位、月単位で制御装置に設定することにより、
コマツナ、ネギ、ホウレンソウ等の葉菜類、また、トマト、イチゴ等の果菜類等の多品種、多種類の農作物を自在に栽培することが可能である。また、気温、湿度、日照時間等を検出するセンサを設け、制御装置に計測結果をフィードバックすることにより、更に精度の高い最適な栽培管理をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 水耕栽培システム
１２ 制御装置
１３ 入力部
２０ 栽培ユニット
２１ 栽培槽
２１ａ 排水口
２２ 保持シート
２２ａ 開口部
２４ スペーサ
２５ フィルタキャップ
２５ａ フィルタ部
２５ｂ フランジ部
２５ｃ 開口
２６ ノズル
２６ａ エアホース
２７ フィルタユニット
３０ 養液タンク
３１ 循環ポンプ
３２ ノズル
３３ 水位センサ
３５ ブロア
４１ 供給管
４３ 導管
４３ａ 第１導管
４３ｂ 第２導管
４５ 導管
５０ 苗
５１ 第１電磁弁
５２ 第２電磁弁
６０ 架台
７０ 保持台
７１ フレーム
７２ 脚
８０ 養液
９０ タイマ
Ｆ 床面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
農作物を水耕栽培する水耕栽培システムであって、
排水口が形成され、前記農作物が配置される栽培槽と、
肥料が溶解する養液を前記栽培槽に供給する供給手段と、
前記排水口を開閉する開閉手段と、
前記供給手段を駆動して、前記栽培槽へ周期的に前記養液を供給するとともに、前記開閉手段を駆動して、前記供給手段が駆動しているときに、前記排水口を閉じる制御装置と、
を備える水耕栽培システム。
【請求項２】
前記養液を貯留する養液タンクを備え、
前記供給手段は、前記養液タンクの前記養液を、前記栽培槽へ供給する請求項１に記載の水耕栽培システム。
【請求項３】
前記排水口から排水された前記養液を、前記養液タンクへ戻すための排水路を備える請求項２に記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記供給手段を、日照時間に同期して駆動する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記日照時間以外の時間に、周期的に前記給水手段を駆動する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項６】
前記農作物を支持する支持部材と、
表面に複数の開口が形成され、前記支持部材と、前記栽培槽の底部との間に配置されたスペーサと、
を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項７】
前記スペーサは、メッシュ素材で形成されたパイプである請求項６に記載の水耕栽培システム。
【請求項８】
前記支持部材を、前記栽培槽の内部で高さを調整可能に保持する保持台を備える請求項６又は７に記載の水耕栽培システム。
【請求項９】
農作物を水耕栽培する水耕栽培システムであって、
排水口が形成され、前記農作物が配置される栽培槽と、
前記栽培槽の内部を、前記排水口を含む第１空間と、それ以外の第２空間に区分するフィルタと、
養液が供給された前記栽培槽の内部の、前記フィルタ近傍に空気を供給する曝気手段と、
を備える水耕栽培システム。
【請求項１０】
前記曝気手段は、前記第１空間に空気を供給する請求項９に記載の水耕栽培システム。
【請求項１１】
農作物を栽培するための水耕栽培方法であって、
前記農作物の根の伸長に応じて、前記農作物が配置される栽培槽内の水位を調整する工程と、
所定の期間に、前記栽培槽内の水位を上下させて、間欠的に、前記農作物の根を露出させる工程と、
を含む水耕栽培方法。
【請求項１】
農作物を水耕栽培する水耕栽培システムであって、
排水口が形成され、前記農作物が配置される栽培槽と、
肥料が溶解する養液を前記栽培槽に供給する供給手段と、
前記排水口を開閉する開閉手段と、
前記供給手段を駆動して、前記栽培槽へ周期的に前記養液を供給するとともに、前記開閉手段を駆動して、前記供給手段が駆動しているときに、前記排水口を閉じる制御装置と、
を備える水耕栽培システム。
【請求項２】
前記養液を貯留する養液タンクを備え、
前記供給手段は、前記養液タンクの前記養液を、前記栽培槽へ供給する請求項１に記載の水耕栽培システム。
【請求項３】
前記排水口から排水された前記養液を、前記養液タンクへ戻すための排水路を備える請求項２に記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記供給手段を、日照時間に同期して駆動する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記日照時間以外の時間に、周期的に前記給水手段を駆動する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項６】
前記農作物を支持する支持部材と、
表面に複数の開口が形成され、前記支持部材と、前記栽培槽の底部との間に配置されたスペーサと、
を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項７】
前記スペーサは、メッシュ素材で形成されたパイプである請求項６に記載の水耕栽培システム。
【請求項８】
前記支持部材を、前記栽培槽の内部で高さを調整可能に保持する保持台を備える請求項６又は７に記載の水耕栽培システム。
【請求項９】
農作物を水耕栽培する水耕栽培システムであって、
排水口が形成され、前記農作物が配置される栽培槽と、
前記栽培槽の内部を、前記排水口を含む第１空間と、それ以外の第２空間に区分するフィルタと、
養液が供給された前記栽培槽の内部の、前記フィルタ近傍に空気を供給する曝気手段と、
を備える水耕栽培システム。
【請求項１０】
前記曝気手段は、前記第１空間に空気を供給する請求項９に記載の水耕栽培システム。
【請求項１１】
農作物を栽培するための水耕栽培方法であって、
前記農作物の根の伸長に応じて、前記農作物が配置される栽培槽内の水位を調整する工程と、
所定の期間に、前記栽培槽内の水位を上下させて、間欠的に、前記農作物の根を露出させる工程と、
を含む水耕栽培方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１７７１３０（Ｐ２０１１−１７７１３０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５８９５（Ｐ２０１０−４５８９５）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（３９１００８５１５）株式会社アイエイアイ (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（３９１００８５１５）株式会社アイエイアイ (107)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]