水耕用植物栽培装置及び水耕用植物栽培方法
【課題】養液の断続供給と人工光の照射に所定のタイミングが得られるように完全制御することにより、所望の植物栽培条件を簡単に得ることができて、植物の品質や商品価値を十分に高めることが可能な水耕用植物栽培装置及び水耕用植物栽培方法を提供する。
【解決手段】弱い流路勾配を持ち雨樋状の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体と、各養液流路に養液を循環して供給させる養液給水機構と、各養液流路に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネルと、該パネルの上方に配置されて植物に人工光を照射させる照明と、養液給水機構と照明をオンオフさせるタイマと、を備え、養液給水機構と照明をタイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、養液給水機構による養液の供給と照明による人工光の照射を所定のタイミングで制御し養液を断続供給可能に構成したことを特徴とする。
【解決手段】弱い流路勾配を持ち雨樋状の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体と、各養液流路に養液を循環して供給させる養液給水機構と、各養液流路に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネルと、該パネルの上方に配置されて植物に人工光を照射させる照明と、養液給水機構と照明をオンオフさせるタイマと、を備え、養液給水機構と照明をタイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、養液給水機構による養液の供給と照明による人工光の照射を所定のタイミングで制御し養液を断続供給可能に構成したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業分野において使用されている水耕用植物栽培装置の改良に係わるもので、特に、人工光を照射して栽培する完全制御型の植物栽培工場に使用して好適な水耕用植物栽培装置及び水耕用植物栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水耕用植物栽培装置として種々のものが提案使用されているが、最近最も広く使用されているのは、ＮＦＴ方式の植物栽培装置である。このＮＦＴ方式の植物栽培装置は、湛水式のため養液の使用量が多くなりがちで、その取扱いや処理が面倒になって、養液の供給量を野菜等の植物の栽培条件や品質が最適となるように調整することが極めて困難であった。そこで、このような不具合を解決するために、特許文献１に示す水耕用植物栽培装置が提案された。この水耕用植物栽培装置は、雨樋を傾斜状態で複数本並列に並べた流路部と、この流路部を支持する脚部と、雨樋に養液を供給する給水部と、雨樋から養液を排出させる排水部と、雨樋の上部に載置されて植物を植栽する穴を有する板状の栽培パネルと、栽培パネルの上方に配置された照明等を備え、雨樋内に養液を供給しつつ照明の人工光を栽培パネルに照射するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９７８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような完全制御型の人工光による水耕用植物栽培装置にあっては、一般的に植物を栽培する養液給水装置が湛水型（ＮＦＴ方式）のため、養液の交換が不可能であったり、また、養液が交換可能であったとしても湛水量が多いためその交換作業自体が面倒となって、流路部内に養液を連続して供給しているのが実情である。そのため、養液の流路部内における供給（流通）を制御することが困難で、植物に対して過剰な栄養供給となり植物が無駄に成長してしまう等、植物の品質や商品価値を十分に高めることが難しい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、養液の断続供給と人工光の照射に所定のタイミングが得られるように完全制御することにより、所望の植物栽培条件を簡単に得ることができて、植物の品質や商品価値を十分に高めることが可能な水耕用植物栽培装置及び水耕用植物栽培方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の水耕用植物栽培装置は、弱い流路勾配を持ち雨樋状に形成された複数の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体と、前記各養液流路のそれぞれの上流端から供給された養液を当該養液流路を流下させてその下流端から回収し該回収した養液を再び養液流路の上流端に供給して循環させる養液給水機構と、前記各養液流路の上部に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネルと、該パネルの上方に配置されて前記植物に人工光を照射させる照明と、前記養液給水機構と照明をオンオフさせるタイマと、を備え、前記養液給水機構と照明を前記タイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、前記養液給水機構による養液の供給と前記照明による人工光の照射を所定のタイミングで制御し、前記各養液流路に養液を断続供給可能に構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の水耕用植物栽培方法は、弱い流路勾配を持ち雨樋状に形成された複数の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体の各養液流路に、養液給水機構により、その上流端から供給した養液を各養液流路を流下させてその下流端から回収し該回収した養液を再び養液流路の上流端に供給して循環させると共に、前記各養液流路の上部に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネル上方に前記植物に人工光を照射させる照明を配置し、該照明と前記養液給水機構をタイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、前記養液給水機構による養液の供給と前記照明による人工光の照射を所定の相互に関連するタイミングで制御し、前記各養液流路に養液を断続供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の水耕用植物栽培装置及び水耕用植物栽培方法によれば、雨樋状の養液流路内に養液を供給する養液給水機構と植物に人工光を照射する照明をタイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、養液給水機構による養液の供給と照明による人工光の照射を所定のタイミングで制御し養液を断続供給可能に構成しているため、雨樋状の養液流路内への養液の断続供給（流通）と植物への人工光の照射を完全制御することができて、例えば植物への過剰な栄養供給を抑制できる等、所望の植物栽培条件を簡単に得ることができて、植物の品質や商品価値を十分に高めることができる。
【０００９】
また、タイマにより、養液給水機構による養液の供給もしくは停止と、照明の点灯もしくは消灯を完全重複もしくは一部重複させる等、所望に制御することができるため、人工光の照射と養液の断続供給を効果的に行うことができて、例えば植物の乾物重量割合を増したり、糖度を濃縮させたり、あるいは植物にストレスを好適に作用させて側枝や花雷を早く誘導できる等、植物の品質と商品価値を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係わる水耕用植物栽培装置の一例を示す基本構成図
【図２】同その要部の縦断面図
【図３】同養液給水機構と照明の動作の一例を示すタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明に係わる水耕用植物栽培装置の一実施形態を示している。図１に示すように、水耕用植物栽培装置１（以下、栽培装置１という）は、複数（図では３本）の養液流路３を有する流路列構造体２と、この流路列構造体２の上部（養液流路３の上部）に配置されたパネル４と、このパネル４の上方に所定間隔を有して配置された照明５と、前記養液流路３の上流端３ａと下流端３ｂ間に接続配置された養液給水機構６と、この養液給水機構６や照明５を制御するタイマ装置７等を備えている。
【００１２】
前記流路列構造体２は、枠組み構造の脚部２ａを有し、この脚部２ａの上部に弱い勾配α（図２参照）により傾斜状態で前記養液流路３が配置されている。この養液流路３は、脚部２ａ上に固定状態で配置され、断面半円弧形状の雨樋形状に形成され、その上流端３ａから供給された養液８が傾斜に沿って所定の速度で流下してその下流端３ｂから排水されるようになっている。
【００１３】
前記パネル４は、適宜の材質で所定の厚さを有する平面視長方形状（もしくは正方形状）の板体で形成され、前記養液流路３の間隔及び後述する筒状体９の形状や植物の種類等に対応して二次元的に規則的間隔で複数個（図では９個）の穴４ａが形成されている。この穴４ａは、パネル４の表裏面に例えばストレートに貫通した貫通穴で形成されており、このパネルの各穴４ａには、カップ形状の筒状体９がそれぞれ着脱可能に挿入されている。
【００１４】
また、前記筒状体９の外周面の底部９ａ側の対向位置には、図２に示すように、養液８の流通（吸排水）経路を形成する一組もしくは複数組の適宜形状の開口１０が設けられている。なお、養液８の流通経路としては、筒状体９の側面に設けられる開口１０に限らず、筒状体９の底部９ａの一部（もしくは全部）に開口１０を設けることで構成することもできる。この底部９ａに開口１０を設ける構成においては、栽培植物が例えば小松菜、野沢菜、ミズナ、チンゲンサイ等の大型野菜の場合は、所定の大きさまで育成された苗を筒状体９内に定植するようにしたり、あるいは小型野菜の場合は、栽培植物の種を播種した発泡ウレタン等を筒状体９内の底部に配置するようにすれば良い。この筒状体９としては、本出願人が出願して登録された特許第４５０７４４４号公報に開示されている筒状体を使用することが好ましい。
【００１５】
前記照明５は、例えば高圧ナトリウムランプあるいは植物の栽培に適した所定色の発光ダイオード（ＬＥＤ）等により形成され、その照明光（人工光）が下方のパネル４に向けて照射されるようになっている。この照明５には、タイマ装置７の後述する第２タイマ７ｂが接続され、この第２タイマ７ｂでオンオフ制御（点灯もしくは消灯）されるようになっている。
【００１６】
前記養液給水機構６は、給水口１１ａを有して前記養液流路３の上流端３ａの上方に配置された給水管１１と、養液流路３の下流端３ｂの下方に配置された排水タンク１２と、この排水タンク１２と前記給水管１１との間に接続されたポンプ１３（図１参照）等を有している。そして、ポンプ１３がオンして作動することにより、養液流路３の上流端３ａに養液８が供給されると共に、養液流路３内を流下して排水タンク１２内に回収された養液８が汲み上げられて再び給水管１１に供給されるようになっている。
【００１７】
前記タイマ装置７は、前記養液給水機構６のポンプ１３に接続された第１タイマ７ａと、前記照明５に接続された第２タイマ７ｂを有している。なお、第１タイマ７ａ及び第２タイマ７ｂは、図示しない所定の電源（ポンプ駆動用電源と照明用電源）に接続されている。そして、タイマ装置７の各タイマ７ａ、７ｂにより、ポンプ１３と照明５がオンオフされ、養液給水機構６により養液８が供給もしくは停止（遮断）されたり、照明５が点灯もしくは消灯されるようになっている。なお、タイマ装置７としては、ポンプ１３と照明５を後述するタイミングでオンオフ制御可能な別体型もしくは一体型の適宜のタイマが使用される。
【００１８】
次に、このように構成された栽培装置１の動作を、図３に示すタイミングチャート等を参照して説明する。先ず、前記栽培装置１の養液流路３として、建築用規格の硬質ポリ塩化ビニル製で幅１１４ｍｍの雨樋を使用し、これを７本並列に並べて、前記勾配αが３％程度の弱い勾配となるように脚部２ａに固定した。また、筒状体９としては、直径が３０〜７０ｍｍの範囲で外周面がテーパ形状のものを使用すると共に、照明５は高圧ナトリウムランプでほぼ３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１を保つようにした。さらに、養液８としては、サラダ菜用の標準園試処方とし、その電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍで、そのｐＨは５．５〜６．５とした。
【００１９】
そして、このような条件下で、栽培植物として大型野菜であるチンゲンサイをサンプルとし、その種を苗箱に播種し、発芽後に７日間育成し、さらに苗圃に移動して７日間育成した苗を、前記栽培装置１の筒状体９に定植し、この定植後約１５日で収穫した。この実験を、図３に示す実施例１（ａ）、実施例２（ｂ）、実施例３（ｃ）についてそれぞれ行った。
【００２０】
先ず、照明５がオンオフ制御（点灯・消灯）され、ポンプ１３が照明の点灯や消灯に関係なく連続してオン（作動）して、養液８が断続することなく連続供給される従来例（比較例）として、人工光の照射時間を１日２４時間のうち１２時間毎にオンオフさせ、前記植物（チンゲンサイ）を２０株栽培した。その結果、収穫時の１日の生体重量は平均１２０ｇ程度で、出荷に適当な大きさとなった。
【００２１】
これに対し、図３（ａ）に示す実施例１は、照明５が点灯中の時間Ｔ１中にポンプ１３をオンさせて養液８を供給し、照明５が消灯中の時間Ｔ２には、養液８の供給を停止するようにしたものである。すなわち、１２時間の人工光の照射と同期させて養液８の供給を行い、１２時間の消灯時（暗時）には、養液８の供給を停止する。この暗時における養液８の停止の理由は、葉緑素における光合成の際には根部より水の供給が要求されるが、光合成が行われていない暗時には水はそれほど必要でないためである。この実施例１の実験によれば、収穫時の生体重量は前記比較例に比べてやや減少する傾向を持つが、その差は大きくないことが確認された。つまり、養液８を断続供給してもしなくても、収穫された生体重量差は１０％程度の範囲内にとどまり、必ずしも有意の差ではなくバラツキの範囲内と言える。この実施例１の場合は、ポンプ１３の使用電力は、比較例に比べて当然ながら節約できることになる。
【００２２】
また、図３（ｂ）に示す実施例２は、１２時間の照明５の点灯時間内に、実施例１に比べて養液供給の時間を２時間だけ後にずらせて、照明５の点灯時間と一部重複させると共に、養液供給の時間Ｔ３を１０時間としたものである。この実施例２の実験によれば、収穫された植物は前記比較例に比べて成長が遅れたため、生体重量は平均して約１０％減少した。しかし、乾物重量で比較すると、減少は生体重量の場合より少なく、比較例の乾物重量と比較して半分の５％程度の減少にとどまった。
【００２３】
この５％の差は、それぞれの測定値のバラツキを考慮した場合、それらの平均した値の５％は有意であると言える。つまり、実施例２の場合、植物はそれぞれ緻密に成長したことになり、これは水分過剰にならずに成長できたことを示している。また、食味についても、良好な結果を得ることができた。
【００２４】
さらに、図３（ｃ）に示す実施例３は、養液供給の時間Ｔ４を照明５の点灯と完全に重複させ、照明５の点灯開始から２時間後に養液供給を開始すると共に、照明５の消灯と同時に養液供給を停止させて、養液供給の時間Ｔ４を１０時間としたものである。この実施例３の実験によれば、収穫時の平均重量は誤差ばらつきの範囲で実施例２とほぼ同じであった。すなわち、植物にとって水を必要とするのは主に光合成時であって、暗時の給水はあまり影響しないことが判る。この実施例３は、実施例２のポンプ１３の消費電力の節約をさらに進めたものであって、この実施例３から従来のような養液の連続供給は必ずしも必要でないことが判明した。
【００２５】
これらの実施例１〜３の実験結果から、間歇給水は露地栽培や土耕、ハウス温室栽培では公知であるものの、水耕栽培では間歇給水が行われておらず、養液流路３に勾配αを持たせ、各タイマ７ａ、７ｂにより照明５とポンプ１３をそれぞれ独立してオンオフ制御可能な前記栽培装置１に適用して間歇給水を行うことで、多様な種類の植物を水耕栽培できる等、水耕栽培の分野において大きな効果が期待できることが証明されたことになる。
【００２６】
以上のことから、点灯時間の長さは基本的に光合成による成長を決定するが、一方で新しく設定した養液供給の時間との関係が初めて知られるようになった。つまり、照明５の点灯時間と重複する部分の養液供給の時間の長さ、あるいは照明５の点灯時間中の養液供給の停止時間の長さは、植物の品質に影響するのである。
【００２７】
また、照明５の点灯タイミングと養液供給のタイミングとの関係については、相互に時間帯が重複する程度によって、また栽培植物によって、さらに収穫物の要求特性によっても異なり、それぞれの植物について決定する必要があることが判明した。このような関係があることは、前記実験によって初めて得られたものであり、養液供給時間が点灯時間に比較してどのくらい重複するかまたは重複しないかは、栽培する植物毎に実験によって決定しておくことが好ましい。
【００２８】
このように、前記栽培装置１によれば、雨樋状の養液流路３内に養液８を循環供給させる養液給水機構６と植物に人工光を照射する照明５を、第１タイマ７ａと第２タイマ７ｂによりそれぞれ独立してオンオフさせることにより、養液給水機構６による養液８の供給と照明５による人工光の照射を所定のタイミングで制御するため、雨樋状の養液流路３内への養液８の断続供給（流通）と植物への人工光の照射を完全制御することができ、例えば植物への過剰な栄養供給を抑制できる等、所望の植物栽培条件を簡単に得ることができて、植物の品質や商品価値を十分に高めることができる。
【００２９】
特に、タイマ７ａ、７ｂにより、養液給水機構６による養液８の供給もしくは停止と、照明５の点灯もしくは消灯を完全重複もしくは一部重複させる等、所望に制御することができるため、人工光の照射と養液８の断続供給を効果的に行うことができて、例えば植物の乾物重量割合を増したり、糖度を濃縮させたり、あるいは植物にストレスを好適に作用させて側枝や花雷を早く誘導できる等、植物の品質と商品価値を一層高めることができる。
【００３０】
また、従来の湛水型の場合において、養液の供給を停止する場合は、最低でも１トン以上の水量を断続させる必要があり、装置や仕掛けが大がかりとなり、切り替えにも時間がかかり、しかも水が完全に切れる状態とすることが困難であったが、前記栽培装置１の場合は、勾配αを有する雨樋状の養液流路３を使用すると共に、タイマ７ａによりポンプ１３をオンオフして養液８の供給・停止を簡単に実現できることから、養液流路３に流す養液８の総液量を例えば数十リットルと量を少なくできると共に、養液流路８の勾配αのため水切りも自動的に終わらせることができる。
【００３１】
また、各タイマ７ａ、７ｂにより養液８の供給を制御する際に、養液８を無駄に循環させる必要がないため、養液流路３内における養液８の流量を一層少なくすることができる。特に、養液流路３として断面半円弧形状を採用しその最深部３ｃに細い流路が形成されているため、栽培装置１で使用される養液８の量自体をより一層少なくすることができると共に、養液８の供給もしくは停止時に、養液８と植物の根部との接触を素早くかつ確実に行うことができて、養液８の供給・停止時の待ち時間を少なくすることもできる。
【００３２】
また、養液８の断続供給により、養液８の絶対流量を少なくできるため、ポンプ１３を計画的にオンオフ制御することで、湛水型等に比較して容易かつ短時間で植物の根部への養液８の供給と停止（水切り）とを繰り返すことができる。また、全体の養液量自体も湛水型やその他の従来方式に比べてはるかに少なくて済むため、養液循環用のポンプ１３を小型とすることができて、ポンプ１３自体のコストダウンやその消費電力の低減化等を図ることができる。
【００３３】
さらに、従来の水耕用植物栽培装置においては、静止水中か流動水中のいずれの場合であっても、植物の根部は常時養液中に浸漬されており、その結果過剰の養液が供給されがちで、収穫物はいわゆる「水ぶくれ」の状態となって生体重量は増加するが、品質は必ずしも優れるわけではない。これに対して、前記栽培装置１の場合は、収穫直前ではなくとも植物成長中に、所定の時間帯を区切って養液８を断続して供給していることから、「水ぶくれ」等が防止されて、植物の品質の一層の向上を図ることができる。
【００３４】
特に、植物の光合成作用について養液８や植物の成長時間に無駄がない条件で各タイマ７ａ、７ｂによりポンプ１３や照明５をオンオフ制御することができるため、植物の所定の収穫サイクルに対して効率的な早い成長が可能になると共に、植物の水ポテンシャルを養液８の断続供給によって調節することができることから、植物の風味や含有栄養素の量等を調整することも可能となる。
【００３５】
また、養液８の供給時間を調整できるため、照明５の点灯時間とのタイミング等の相互関係、例えば点灯時間（もしくは消灯時間）と養液８の供給時間を完全あるいは部分的に重複させたり、全く重複させない等の関係を、栽培する植物に応じて設定することができて、各種植物の水耕栽培に適用することができる。
【００３６】
なお、前記実施形態においては、栽培装置１のタイマ装置７が第１タイマ７ａと第２タイマ７ｂを有する構成としたが、本発明はこの構成に限定されず、例えば栽培台が広くて複数の照明用タイマ群と複数の養液用タイマ群が存在する量産型の植物工場等においては、前記タイマ装置を、工場全体として複数の照明用タイマ群と複数の養液用タイマ群とからなる複数用途のタイマ装置としたり、これらを複数設ける構成とすることも可能である。また、前記実施形態における、パネル４の穴４ａの数や養液流路３の本数、給水管１１の構成、養液８の供給時間帯の長さや照明５の点灯とのタイミング等は一例であって、本発明に係わる各発明と同等の作用効果が得られる適宜の構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、パネルに筒状体を着脱可能に挿入して栽培する栽培装置に限らず、例えば筒状体を使用することなくパネルの穴に、各種植物の種を播種した発泡ウレタン等を直接挿入して栽培する各種形態の栽培装置及び栽培方法にも利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・・・・・・・・水耕用植物栽培装置
２・・・・・・・・・・流路列構造体
２ａ・・・・・・・・・脚部
３・・・・・・・・・・養液流路
３ａ・・・・・・・・・上流端
３ｂ・・・・・・・・・下流端
３ｃ・・・・・・・・・最深部
４・・・・・・・・・・パネル
４ａ・・・・・・・・・穴
５・・・・・・・・・・照明
６・・・・・・・・・・養液給水機構
７・・・・・・・・・・タイマ装置
７ａ・・・・・・・・・第１タイマ
７ｂ・・・・・・・・・第２タイマ
８・・・・・・・・・・養液
９・・・・・・・・・・筒状体
９ａ・・・・・・・・・底部
１０・・・・・・・・・開口
１１・・・・・・・・・給水管
１１ａ・・・・・・・・給水口
１２・・・・・・・・・排水タンク
１３・・・・・・・・・ポンプ
α・・・・・・・・・・勾配
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業分野において使用されている水耕用植物栽培装置の改良に係わるもので、特に、人工光を照射して栽培する完全制御型の植物栽培工場に使用して好適な水耕用植物栽培装置及び水耕用植物栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水耕用植物栽培装置として種々のものが提案使用されているが、最近最も広く使用されているのは、ＮＦＴ方式の植物栽培装置である。このＮＦＴ方式の植物栽培装置は、湛水式のため養液の使用量が多くなりがちで、その取扱いや処理が面倒になって、養液の供給量を野菜等の植物の栽培条件や品質が最適となるように調整することが極めて困難であった。そこで、このような不具合を解決するために、特許文献１に示す水耕用植物栽培装置が提案された。この水耕用植物栽培装置は、雨樋を傾斜状態で複数本並列に並べた流路部と、この流路部を支持する脚部と、雨樋に養液を供給する給水部と、雨樋から養液を排出させる排水部と、雨樋の上部に載置されて植物を植栽する穴を有する板状の栽培パネルと、栽培パネルの上方に配置された照明等を備え、雨樋内に養液を供給しつつ照明の人工光を栽培パネルに照射するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９７８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような完全制御型の人工光による水耕用植物栽培装置にあっては、一般的に植物を栽培する養液給水装置が湛水型（ＮＦＴ方式）のため、養液の交換が不可能であったり、また、養液が交換可能であったとしても湛水量が多いためその交換作業自体が面倒となって、流路部内に養液を連続して供給しているのが実情である。そのため、養液の流路部内における供給（流通）を制御することが困難で、植物に対して過剰な栄養供給となり植物が無駄に成長してしまう等、植物の品質や商品価値を十分に高めることが難しい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、養液の断続供給と人工光の照射に所定のタイミングが得られるように完全制御することにより、所望の植物栽培条件を簡単に得ることができて、植物の品質や商品価値を十分に高めることが可能な水耕用植物栽培装置及び水耕用植物栽培方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の水耕用植物栽培装置は、弱い流路勾配を持ち雨樋状に形成された複数の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体と、前記各養液流路のそれぞれの上流端から供給された養液を当該養液流路を流下させてその下流端から回収し該回収した養液を再び養液流路の上流端に供給して循環させる養液給水機構と、前記各養液流路の上部に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネルと、該パネルの上方に配置されて前記植物に人工光を照射させる照明と、前記養液給水機構と照明をオンオフさせるタイマと、を備え、前記養液給水機構と照明を前記タイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、前記養液給水機構による養液の供給と前記照明による人工光の照射を所定のタイミングで制御し、前記各養液流路に養液を断続供給可能に構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の水耕用植物栽培方法は、弱い流路勾配を持ち雨樋状に形成された複数の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体の各養液流路に、養液給水機構により、その上流端から供給した養液を各養液流路を流下させてその下流端から回収し該回収した養液を再び養液流路の上流端に供給して循環させると共に、前記各養液流路の上部に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネル上方に前記植物に人工光を照射させる照明を配置し、該照明と前記養液給水機構をタイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、前記養液給水機構による養液の供給と前記照明による人工光の照射を所定の相互に関連するタイミングで制御し、前記各養液流路に養液を断続供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の水耕用植物栽培装置及び水耕用植物栽培方法によれば、雨樋状の養液流路内に養液を供給する養液給水機構と植物に人工光を照射する照明をタイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、養液給水機構による養液の供給と照明による人工光の照射を所定のタイミングで制御し養液を断続供給可能に構成しているため、雨樋状の養液流路内への養液の断続供給（流通）と植物への人工光の照射を完全制御することができて、例えば植物への過剰な栄養供給を抑制できる等、所望の植物栽培条件を簡単に得ることができて、植物の品質や商品価値を十分に高めることができる。
【０００９】
また、タイマにより、養液給水機構による養液の供給もしくは停止と、照明の点灯もしくは消灯を完全重複もしくは一部重複させる等、所望に制御することができるため、人工光の照射と養液の断続供給を効果的に行うことができて、例えば植物の乾物重量割合を増したり、糖度を濃縮させたり、あるいは植物にストレスを好適に作用させて側枝や花雷を早く誘導できる等、植物の品質と商品価値を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係わる水耕用植物栽培装置の一例を示す基本構成図
【図２】同その要部の縦断面図
【図３】同養液給水機構と照明の動作の一例を示すタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明に係わる水耕用植物栽培装置の一実施形態を示している。図１に示すように、水耕用植物栽培装置１（以下、栽培装置１という）は、複数（図では３本）の養液流路３を有する流路列構造体２と、この流路列構造体２の上部（養液流路３の上部）に配置されたパネル４と、このパネル４の上方に所定間隔を有して配置された照明５と、前記養液流路３の上流端３ａと下流端３ｂ間に接続配置された養液給水機構６と、この養液給水機構６や照明５を制御するタイマ装置７等を備えている。
【００１２】
前記流路列構造体２は、枠組み構造の脚部２ａを有し、この脚部２ａの上部に弱い勾配α（図２参照）により傾斜状態で前記養液流路３が配置されている。この養液流路３は、脚部２ａ上に固定状態で配置され、断面半円弧形状の雨樋形状に形成され、その上流端３ａから供給された養液８が傾斜に沿って所定の速度で流下してその下流端３ｂから排水されるようになっている。
【００１３】
前記パネル４は、適宜の材質で所定の厚さを有する平面視長方形状（もしくは正方形状）の板体で形成され、前記養液流路３の間隔及び後述する筒状体９の形状や植物の種類等に対応して二次元的に規則的間隔で複数個（図では９個）の穴４ａが形成されている。この穴４ａは、パネル４の表裏面に例えばストレートに貫通した貫通穴で形成されており、このパネルの各穴４ａには、カップ形状の筒状体９がそれぞれ着脱可能に挿入されている。
【００１４】
また、前記筒状体９の外周面の底部９ａ側の対向位置には、図２に示すように、養液８の流通（吸排水）経路を形成する一組もしくは複数組の適宜形状の開口１０が設けられている。なお、養液８の流通経路としては、筒状体９の側面に設けられる開口１０に限らず、筒状体９の底部９ａの一部（もしくは全部）に開口１０を設けることで構成することもできる。この底部９ａに開口１０を設ける構成においては、栽培植物が例えば小松菜、野沢菜、ミズナ、チンゲンサイ等の大型野菜の場合は、所定の大きさまで育成された苗を筒状体９内に定植するようにしたり、あるいは小型野菜の場合は、栽培植物の種を播種した発泡ウレタン等を筒状体９内の底部に配置するようにすれば良い。この筒状体９としては、本出願人が出願して登録された特許第４５０７４４４号公報に開示されている筒状体を使用することが好ましい。
【００１５】
前記照明５は、例えば高圧ナトリウムランプあるいは植物の栽培に適した所定色の発光ダイオード（ＬＥＤ）等により形成され、その照明光（人工光）が下方のパネル４に向けて照射されるようになっている。この照明５には、タイマ装置７の後述する第２タイマ７ｂが接続され、この第２タイマ７ｂでオンオフ制御（点灯もしくは消灯）されるようになっている。
【００１６】
前記養液給水機構６は、給水口１１ａを有して前記養液流路３の上流端３ａの上方に配置された給水管１１と、養液流路３の下流端３ｂの下方に配置された排水タンク１２と、この排水タンク１２と前記給水管１１との間に接続されたポンプ１３（図１参照）等を有している。そして、ポンプ１３がオンして作動することにより、養液流路３の上流端３ａに養液８が供給されると共に、養液流路３内を流下して排水タンク１２内に回収された養液８が汲み上げられて再び給水管１１に供給されるようになっている。
【００１７】
前記タイマ装置７は、前記養液給水機構６のポンプ１３に接続された第１タイマ７ａと、前記照明５に接続された第２タイマ７ｂを有している。なお、第１タイマ７ａ及び第２タイマ７ｂは、図示しない所定の電源（ポンプ駆動用電源と照明用電源）に接続されている。そして、タイマ装置７の各タイマ７ａ、７ｂにより、ポンプ１３と照明５がオンオフされ、養液給水機構６により養液８が供給もしくは停止（遮断）されたり、照明５が点灯もしくは消灯されるようになっている。なお、タイマ装置７としては、ポンプ１３と照明５を後述するタイミングでオンオフ制御可能な別体型もしくは一体型の適宜のタイマが使用される。
【００１８】
次に、このように構成された栽培装置１の動作を、図３に示すタイミングチャート等を参照して説明する。先ず、前記栽培装置１の養液流路３として、建築用規格の硬質ポリ塩化ビニル製で幅１１４ｍｍの雨樋を使用し、これを７本並列に並べて、前記勾配αが３％程度の弱い勾配となるように脚部２ａに固定した。また、筒状体９としては、直径が３０〜７０ｍｍの範囲で外周面がテーパ形状のものを使用すると共に、照明５は高圧ナトリウムランプでほぼ３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１を保つようにした。さらに、養液８としては、サラダ菜用の標準園試処方とし、その電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍで、そのｐＨは５．５〜６．５とした。
【００１９】
そして、このような条件下で、栽培植物として大型野菜であるチンゲンサイをサンプルとし、その種を苗箱に播種し、発芽後に７日間育成し、さらに苗圃に移動して７日間育成した苗を、前記栽培装置１の筒状体９に定植し、この定植後約１５日で収穫した。この実験を、図３に示す実施例１（ａ）、実施例２（ｂ）、実施例３（ｃ）についてそれぞれ行った。
【００２０】
先ず、照明５がオンオフ制御（点灯・消灯）され、ポンプ１３が照明の点灯や消灯に関係なく連続してオン（作動）して、養液８が断続することなく連続供給される従来例（比較例）として、人工光の照射時間を１日２４時間のうち１２時間毎にオンオフさせ、前記植物（チンゲンサイ）を２０株栽培した。その結果、収穫時の１日の生体重量は平均１２０ｇ程度で、出荷に適当な大きさとなった。
【００２１】
これに対し、図３（ａ）に示す実施例１は、照明５が点灯中の時間Ｔ１中にポンプ１３をオンさせて養液８を供給し、照明５が消灯中の時間Ｔ２には、養液８の供給を停止するようにしたものである。すなわち、１２時間の人工光の照射と同期させて養液８の供給を行い、１２時間の消灯時（暗時）には、養液８の供給を停止する。この暗時における養液８の停止の理由は、葉緑素における光合成の際には根部より水の供給が要求されるが、光合成が行われていない暗時には水はそれほど必要でないためである。この実施例１の実験によれば、収穫時の生体重量は前記比較例に比べてやや減少する傾向を持つが、その差は大きくないことが確認された。つまり、養液８を断続供給してもしなくても、収穫された生体重量差は１０％程度の範囲内にとどまり、必ずしも有意の差ではなくバラツキの範囲内と言える。この実施例１の場合は、ポンプ１３の使用電力は、比較例に比べて当然ながら節約できることになる。
【００２２】
また、図３（ｂ）に示す実施例２は、１２時間の照明５の点灯時間内に、実施例１に比べて養液供給の時間を２時間だけ後にずらせて、照明５の点灯時間と一部重複させると共に、養液供給の時間Ｔ３を１０時間としたものである。この実施例２の実験によれば、収穫された植物は前記比較例に比べて成長が遅れたため、生体重量は平均して約１０％減少した。しかし、乾物重量で比較すると、減少は生体重量の場合より少なく、比較例の乾物重量と比較して半分の５％程度の減少にとどまった。
【００２３】
この５％の差は、それぞれの測定値のバラツキを考慮した場合、それらの平均した値の５％は有意であると言える。つまり、実施例２の場合、植物はそれぞれ緻密に成長したことになり、これは水分過剰にならずに成長できたことを示している。また、食味についても、良好な結果を得ることができた。
【００２４】
さらに、図３（ｃ）に示す実施例３は、養液供給の時間Ｔ４を照明５の点灯と完全に重複させ、照明５の点灯開始から２時間後に養液供給を開始すると共に、照明５の消灯と同時に養液供給を停止させて、養液供給の時間Ｔ４を１０時間としたものである。この実施例３の実験によれば、収穫時の平均重量は誤差ばらつきの範囲で実施例２とほぼ同じであった。すなわち、植物にとって水を必要とするのは主に光合成時であって、暗時の給水はあまり影響しないことが判る。この実施例３は、実施例２のポンプ１３の消費電力の節約をさらに進めたものであって、この実施例３から従来のような養液の連続供給は必ずしも必要でないことが判明した。
【００２５】
これらの実施例１〜３の実験結果から、間歇給水は露地栽培や土耕、ハウス温室栽培では公知であるものの、水耕栽培では間歇給水が行われておらず、養液流路３に勾配αを持たせ、各タイマ７ａ、７ｂにより照明５とポンプ１３をそれぞれ独立してオンオフ制御可能な前記栽培装置１に適用して間歇給水を行うことで、多様な種類の植物を水耕栽培できる等、水耕栽培の分野において大きな効果が期待できることが証明されたことになる。
【００２６】
以上のことから、点灯時間の長さは基本的に光合成による成長を決定するが、一方で新しく設定した養液供給の時間との関係が初めて知られるようになった。つまり、照明５の点灯時間と重複する部分の養液供給の時間の長さ、あるいは照明５の点灯時間中の養液供給の停止時間の長さは、植物の品質に影響するのである。
【００２７】
また、照明５の点灯タイミングと養液供給のタイミングとの関係については、相互に時間帯が重複する程度によって、また栽培植物によって、さらに収穫物の要求特性によっても異なり、それぞれの植物について決定する必要があることが判明した。このような関係があることは、前記実験によって初めて得られたものであり、養液供給時間が点灯時間に比較してどのくらい重複するかまたは重複しないかは、栽培する植物毎に実験によって決定しておくことが好ましい。
【００２８】
このように、前記栽培装置１によれば、雨樋状の養液流路３内に養液８を循環供給させる養液給水機構６と植物に人工光を照射する照明５を、第１タイマ７ａと第２タイマ７ｂによりそれぞれ独立してオンオフさせることにより、養液給水機構６による養液８の供給と照明５による人工光の照射を所定のタイミングで制御するため、雨樋状の養液流路３内への養液８の断続供給（流通）と植物への人工光の照射を完全制御することができ、例えば植物への過剰な栄養供給を抑制できる等、所望の植物栽培条件を簡単に得ることができて、植物の品質や商品価値を十分に高めることができる。
【００２９】
特に、タイマ７ａ、７ｂにより、養液給水機構６による養液８の供給もしくは停止と、照明５の点灯もしくは消灯を完全重複もしくは一部重複させる等、所望に制御することができるため、人工光の照射と養液８の断続供給を効果的に行うことができて、例えば植物の乾物重量割合を増したり、糖度を濃縮させたり、あるいは植物にストレスを好適に作用させて側枝や花雷を早く誘導できる等、植物の品質と商品価値を一層高めることができる。
【００３０】
また、従来の湛水型の場合において、養液の供給を停止する場合は、最低でも１トン以上の水量を断続させる必要があり、装置や仕掛けが大がかりとなり、切り替えにも時間がかかり、しかも水が完全に切れる状態とすることが困難であったが、前記栽培装置１の場合は、勾配αを有する雨樋状の養液流路３を使用すると共に、タイマ７ａによりポンプ１３をオンオフして養液８の供給・停止を簡単に実現できることから、養液流路３に流す養液８の総液量を例えば数十リットルと量を少なくできると共に、養液流路８の勾配αのため水切りも自動的に終わらせることができる。
【００３１】
また、各タイマ７ａ、７ｂにより養液８の供給を制御する際に、養液８を無駄に循環させる必要がないため、養液流路３内における養液８の流量を一層少なくすることができる。特に、養液流路３として断面半円弧形状を採用しその最深部３ｃに細い流路が形成されているため、栽培装置１で使用される養液８の量自体をより一層少なくすることができると共に、養液８の供給もしくは停止時に、養液８と植物の根部との接触を素早くかつ確実に行うことができて、養液８の供給・停止時の待ち時間を少なくすることもできる。
【００３２】
また、養液８の断続供給により、養液８の絶対流量を少なくできるため、ポンプ１３を計画的にオンオフ制御することで、湛水型等に比較して容易かつ短時間で植物の根部への養液８の供給と停止（水切り）とを繰り返すことができる。また、全体の養液量自体も湛水型やその他の従来方式に比べてはるかに少なくて済むため、養液循環用のポンプ１３を小型とすることができて、ポンプ１３自体のコストダウンやその消費電力の低減化等を図ることができる。
【００３３】
さらに、従来の水耕用植物栽培装置においては、静止水中か流動水中のいずれの場合であっても、植物の根部は常時養液中に浸漬されており、その結果過剰の養液が供給されがちで、収穫物はいわゆる「水ぶくれ」の状態となって生体重量は増加するが、品質は必ずしも優れるわけではない。これに対して、前記栽培装置１の場合は、収穫直前ではなくとも植物成長中に、所定の時間帯を区切って養液８を断続して供給していることから、「水ぶくれ」等が防止されて、植物の品質の一層の向上を図ることができる。
【００３４】
特に、植物の光合成作用について養液８や植物の成長時間に無駄がない条件で各タイマ７ａ、７ｂによりポンプ１３や照明５をオンオフ制御することができるため、植物の所定の収穫サイクルに対して効率的な早い成長が可能になると共に、植物の水ポテンシャルを養液８の断続供給によって調節することができることから、植物の風味や含有栄養素の量等を調整することも可能となる。
【００３５】
また、養液８の供給時間を調整できるため、照明５の点灯時間とのタイミング等の相互関係、例えば点灯時間（もしくは消灯時間）と養液８の供給時間を完全あるいは部分的に重複させたり、全く重複させない等の関係を、栽培する植物に応じて設定することができて、各種植物の水耕栽培に適用することができる。
【００３６】
なお、前記実施形態においては、栽培装置１のタイマ装置７が第１タイマ７ａと第２タイマ７ｂを有する構成としたが、本発明はこの構成に限定されず、例えば栽培台が広くて複数の照明用タイマ群と複数の養液用タイマ群が存在する量産型の植物工場等においては、前記タイマ装置を、工場全体として複数の照明用タイマ群と複数の養液用タイマ群とからなる複数用途のタイマ装置としたり、これらを複数設ける構成とすることも可能である。また、前記実施形態における、パネル４の穴４ａの数や養液流路３の本数、給水管１１の構成、養液８の供給時間帯の長さや照明５の点灯とのタイミング等は一例であって、本発明に係わる各発明と同等の作用効果が得られる適宜の構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、パネルに筒状体を着脱可能に挿入して栽培する栽培装置に限らず、例えば筒状体を使用することなくパネルの穴に、各種植物の種を播種した発泡ウレタン等を直接挿入して栽培する各種形態の栽培装置及び栽培方法にも利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・・・・・・・・水耕用植物栽培装置
２・・・・・・・・・・流路列構造体
２ａ・・・・・・・・・脚部
３・・・・・・・・・・養液流路
３ａ・・・・・・・・・上流端
３ｂ・・・・・・・・・下流端
３ｃ・・・・・・・・・最深部
４・・・・・・・・・・パネル
４ａ・・・・・・・・・穴
５・・・・・・・・・・照明
６・・・・・・・・・・養液給水機構
７・・・・・・・・・・タイマ装置
７ａ・・・・・・・・・第１タイマ
７ｂ・・・・・・・・・第２タイマ
８・・・・・・・・・・養液
９・・・・・・・・・・筒状体
９ａ・・・・・・・・・底部
１０・・・・・・・・・開口
１１・・・・・・・・・給水管
１１ａ・・・・・・・・給水口
１２・・・・・・・・・排水タンク
１３・・・・・・・・・ポンプ
α・・・・・・・・・・勾配
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弱い流路勾配を持ち雨樋状に形成された複数の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体と、前記各養液流路のそれぞれの上流端から供給された養液を当該養液流路を流下させてその下流端から回収し該回収した養液を再び養液流路の上流端に供給して循環させる養液給水機構と、前記各養液流路の上部に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネルと、該パネルの上方に配置されて前記植物に人工光を照射させる照明と、前記養液給水機構と照明をオンオフさせるタイマと、を備え、
前記養液給水機構と照明を前記タイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、前記養液給水機構による養液の供給と前記照明による人工光の照射を所定のタイミングで制御し、前記各養液流路に養液を断続供給可能に構成したことを特徴とする水耕用植物栽培装置。
【請求項２】
弱い流路勾配を持ち雨樋状に形成された複数の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体の各養液流路に、養液給水機構により、その上流端から供給した養液を各養液流路を流下させてその下流端から回収し該回収した養液を再び養液流路の上流端に供給して循環させると共に、前記各養液流路の上部に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネル上方に前記植物に人工光を照射させる照明を配置し、該照明と前記養液給水機構をタイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、前記養液給水機構による養液の供給と前記照明による人工光の照射を所定の相互に関連するタイミングで制御し、前記各養液流路に養液を断続供給することを特徴とする水耕用植物栽培方法。
【請求項１】
弱い流路勾配を持ち雨樋状に形成された複数の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体と、前記各養液流路のそれぞれの上流端から供給された養液を当該養液流路を流下させてその下流端から回収し該回収した養液を再び養液流路の上流端に供給して循環させる養液給水機構と、前記各養液流路の上部に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネルと、該パネルの上方に配置されて前記植物に人工光を照射させる照明と、前記養液給水機構と照明をオンオフさせるタイマと、を備え、
前記養液給水機構と照明を前記タイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、前記養液給水機構による養液の供給と前記照明による人工光の照射を所定のタイミングで制御し、前記各養液流路に養液を断続供給可能に構成したことを特徴とする水耕用植物栽培装置。
【請求項２】
弱い流路勾配を持ち雨樋状に形成された複数の養液流路が並列状態で配置された流路列構造体の各養液流路に、養液給水機構により、その上流端から供給した養液を各養液流路を流下させてその下流端から回収し該回収した養液を再び養液流路の上流端に供給して循環させると共に、前記各養液流路の上部に配置されて栽培する植物が保持もしくは収容されるパネル上方に前記植物に人工光を照射させる照明を配置し、該照明と前記養液給水機構をタイマでそれぞれ独立してオンオフさせることにより、前記養液給水機構による養液の供給と前記照明による人工光の照射を所定の相互に関連するタイミングで制御し、前記各養液流路に養液を断続供給することを特徴とする水耕用植物栽培方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−２７３６９（Ｐ２０１３−２７３６９Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６８２９（Ｐ２０１１−１６６８２９）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（５９９１１６８４５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（５９９１１６８４５）
【Ｆターム（参考）】
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