JP2008278796A

JP2008278796A - 植物栽培方法及び植物栽培装置

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Publication number: JP2008278796A
Application number: JP2007125552A
Authority: JP
Inventors: Yuhei Kurata; 雄平倉田; Hidetoshi Furushima; 英俊古嶌; Hirofumi Kai; 広文甲斐
Original assignee: TSUCHIYA RUBBER KK; Kumamoto University NUC
Current assignee: TSUCHIYA RUBBER KK; Kumamoto University NUC
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-11-20

Abstract

【課題】より実用的で成長促進効果を十分に得ることができる植物栽培方法、及びその実施に適用する植物栽培装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る植物栽培装置１にあっては、容器２内に所要距離を隔てて対向配置した電極３，３、パルス発生器５及び電源装置６を備えており、パルス発生器５及び電源装置６によって、両電極３，３間の基質Ｓに、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下の電界、及び、電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の電流が、略５０〜６０回／秒の割合で発生するようになしてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、通電下で植物を栽培する方法、及びその実施に適用する植物栽培装置に関する。

通電下で植物を栽培する方法として後記する特許文献１には、植物体に一対の電極を取り付ける一方、太陽電池によって太陽光発電し、得られた電力を定電流器によって所要の値の電流になし、それを前記両電極に与えて植物体に供給する方法が開示されている。
また、特許文献２には、４０Ｈｚ以下の低周波の刺激を植物に付与して、当該植物を栽培する方法が開示されている。
特開２００４−２４８５２０号公報特開２００４−８９０３１号公報

しかしながら、前者の方法では、複数の植物体を栽培する場合、各植物体にそれぞれ電極を取り付けなければならないため、実用的ではない。
一方、後者の方法では植物に対して十分な成長促進効果が得られていない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、より実用的で成長促進効果を十分に得ることができる植物栽培方法、及びその実施に適用する植物栽培装置を提供する。

（１）本発明の植物栽培方法では、植物を栽培する基質中に、対をなす電極を互いに所定距離を隔てて対向配置し、両電極間の前記基質に、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下の電界、及び電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の電流を発生させて、当該基質に配した植物を栽培することを特徴とする。

（２）また、本発明では、前記基質として液体を用い、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域を略１２０００ｃｍ³にすることも特徴とする。

（３）前記基質として土壌を用い、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域を略３９５０００ｃｍ³にすることも特徴とする。

（４）一方、本発明の植物栽培装置では、植物を栽培する基質中に互いに所定距離を隔てて対向配置した対をなす電極と、両電極に直流電圧を印加する電源装置とを備え、該電源装置は、両電極間の前記基質に、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下の電界、及び電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の電流を発生させるようになしてあることを特徴とする。

（５）また、本発明では、基質たる液体を貯留する容器を更に備え、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域が略１２０００ｃｍ³になしてあることも特徴とする。

（６）また、基質たる土壌を収納する容器を更に備え、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域が略３９５０００ｃｍ³になしてあることも特徴とする。

植物を栽培する液状又は固体状の基質中に、対をなす電極を互いに所定距離を隔てて対向配置し、電源装置によって両電極に直流電圧を印加して、両電極間の前記基質に、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下の電界、及び電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の電流を発生させて、両電極間の基質に配した植物を栽培する。

このような微弱な電界・電流によって植物を刺激することによって、植物の成長が十分に促進される。従って、植物の栽培期間を短くすることができ、また、植物の収穫量を増大させることができる。
また、対をなす電極間の基質に植物を栽培するため、植物への電極の取り付け・取り外し作業が不要である一方、一度に複数の植物を栽培することができるため、実用的である。

水耕栽培の場合、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域が略１２０００ｃｍ³になす。一方、土耕栽培の場合、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域が略３９５０００ｃｍ³になす。これによって、前述した栽培条件を容易・確実に実現することができる。
対をなす電極への電圧の印加は、パルス状の直流電圧を印加するのが好ましい。パルス周期は、５０〜６０回／秒程度が好ましい。

一方、電極に電圧の印加を開始する時刻は、太陽光によって植物の光合成活性が上昇した午前９時ごろが好ましく、印加時間は、１日当たり２０分以上３時間以下が好ましい。２０分より短い場合は、植物に対する電気的刺激が十分でなく、３時間より長い場合は、植物に対する電気的刺激が過剰となり当該植物の成長を阻害する。

従って、本発明は、前記電界及び電流を発生させる時間は、１日当たり２０分以上３時間以下にする植物栽培方法も提供している。
更に、本発明は、前記電界及び電流を発生させる時間は、１日当たり２０分以上３時間以下になしてある植物栽培装置も提供している。

（本発明の第１の実施形態）
図１は、本発明に係る植物栽培装置の正面断面を要部ブロック図とともに示す模式図であり、水耕栽培に適用した場合を示している。
図１に示したように、本発明に係る植物栽培装置１は、例えば長方形箱状の容器２を備えており、容器２内には所要の栄養素を溶解させてなる液状の基質Ｓが容器２の上縁近傍の深さまで流入させてある。

容器２内は、適宜深さの位置に容器２の底壁と平行になるように配設した分離壁２１によって上下層２２，２３に分割されており、下層２３の基質Ｓはポンプ２４によって汲み上げられ、該ポンプ２４に連結したチューブ２５にて上層２２の一側へ供給されるようになっている。上層２２の他側には、該上層２２内の基質Ｓを下層２３へ導入する導液路２６が設けてあり、ポンプ２４によって下層２３から上層２２に供給された基質Ｓが該導液路２６によって上層２２の基質Ｓが下層２３へ導入されることによって、基質Ｓが循環するようになっている。

上層２２の容器２内には、容器２の奥行きと略同じ長さの平帯状の電極３，３が、容器２の幅方向へ適宜の距離を隔てて対向配置してあり、両電極３，３の上縁が基質Ｓ表面から突出するようにしてある。これら両電極３，３の互いに対向する面であって、基質Ｓに浸漬された部分が、両電極３，３の有効部分である。
なお、電極３，３は、導電性金属材、炭素材、導電性樹脂材等、種々の導電性材料を用いることができる。

両電極３，３間には、発泡性樹脂材というように浮水性材料を整形してなり植物体を支持する平板状の支持台２７が着脱自在に配置してあり、この支持台２７には、該支持台２７を貫通する複数の貫通孔２８，２８，…が互いに適宜の距離を隔てて開設してある。各貫通孔２８，２８，…内にはスポンジ状の支持体２９，２９，…がそれぞれ嵌合させてあり、各支持体２９，２９，…に播種されて発芽した植物体Ｖ，Ｖ，…が、支持体２９，２９，…及び支持台２７によって基質Ｓ上に支持されている。

前述した電極３，３にはパルス発生器５からパルス状の直流電圧が印加されるようになっており、パルス発生器５には商用交流電圧を所要の直流電圧に変換して出力する電源装置６から直流電圧が供給されるようになっている。

そして、本発明に係る植物栽培装置１にあっては、両電極３，３間の基質Ｓに、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下の電界、及び、電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の電流が、略５０〜６０回／秒の割合で発生するようになしてある。

このような微弱な電界・電流によって植物を刺激することによって、植物の成長が十分に促進される。従って、植物の栽培期間を短くすることができ、また、植物の収穫量を増大させることができる。

また、電極３，３は植物体Ｖに取り付けるのではなく、基質Ｓ内に配設してあるため、電極３，３の取り付け・取り外し作業が不要であり、また、電極３，３間の基質Ｓに、複数の植物体Ｖ，Ｖ，…を栽培することができるため、実用的な植物栽培装置１を提供することができる。

図２は図１に示したパルス発生器５の出力を示す波形図であり、図３は図２に示した波形の一部拡大図である。
図２及び図３に示したように、パルス発生器５から出力されるパルスは、オンされたタイミングで略垂直に立ち上がった後、所要の値に減衰してゆき、その後オフされたタイミングから、直角に立ち下がるのではなく、下に凸の曲線的に減少する波形を有している。

このように、パルスの立上り時に急激に立ち上がって植物の成長作用を刺激すると共に、パルスの立下り時に漸次減少させることにより植物に対する負荷を極力抑制して植物の成長を促すことができる。

一方、電極３，３に電圧の印加を開始する時刻は、太陽光によって植物の光合成活性が上昇した午前９時ごろが好ましく、印加時間は、１日当たり２０分以上３時間以下が好ましい。２０分より短い場合は、植物に対する電気的刺激が十分でなく、３時間より長い場合は、植物に対する電気的刺激が過剰となり当該植物の成長を阻害する。

ところで、図１に示した電極３，３は、略（５×４０）ｃｍ²の有効部分を有する板状の電極３，３を互いに略６０ｃｍ隔てて対向配置してある。すなわち、対向配置した両電極３，３の有効部分で囲まれる領域が略１２０００ｃｍ³になしてある。なお、両電極３，３の有効部分で囲まれる領域が略１２０００ｃｍ³になれば、電極３，３の大きさ及び電極３，３の距離は適宜選択することができる。これによって、前述した栽培条件を容易・確実に実現することができる。

図４は、電界強度及び電流密度の発生量と植物の生育との関係を示すヒストグラムである。図中、縦軸は生育率を、また横軸は発生させた電界強度及び電流密度をそれぞれ示している。

それぞれの電界強度及び電流密度を１日あたり１時間だけ発生させて発芽後２３日間栽培した後の植物体の重量で比較した。なお、生育率は電界強度及び電流密度が零の場合の対照を１００％として算出した。

図４から明らかなように、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下、及び電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の場合に生育率は対照より向上しており、電界強度が０．１００Ｖ／ｃｍであり、電流密度が０．１１６０ｍＡ／ｃｍ²の場合から電界強度が０．１３３Ｖ／ｃｍであり、電流密度が０．１２５０ｍＡ／ｃｍ²の場合までの生育率が最も高かった。

一方、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍより低く、及び電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²より低い場合、生育率は対照と殆ど変わらず、電界強度が０．１６６７Ｖ／ｃｍより大きく、及び電流密度が０．１８０ｍＡ／ｃｍ²より大きい場合、生育率は対照より低下していた。

また、図５は、電界強度及び電流密度の１日当たりの発生時間と植物の生育との関係を示すヒストグラムである。図中、縦軸は生育率を、また横軸は発生させた時間をそれぞれ示している。発生させた電界強度は０．０４１７Ｖ／ｃｍであり、電流密度は０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²であり、発芽後２３日間栽培した後の植物体の重量で比較した。なお、生育率は電界強度及び電流密度が零の場合の対照を１００％として算出した。
図５から明らかなように、１日当たり２０分間以上３時間以下発生させた場合、生育率は対照より向上しており、１日当たり１時間発生させた場合、生育率が最も高かった。

一方、１日当たり１０分間発生させた場合、生育率は対照と略同じであり、１日当たり５時間発生させた場合、生育率は対照より低下していた。
なお、本実施の形態では、上層２２及び下層２３を有する容器２を備える植物栽培装置１について説明したが、本発明は、これに限らず、一層の容器を設けてもよいことはいうまでもない。

また、容器２の奥行き方向の寸法を長くし、当該容器２の奥行き寸法に応じた長さの電極３，３を配設することによって、植物体Ｖ，Ｖ，…の栽培数を増大させることができる。この場合、両電極３，３をそれぞれ、複数の電極で構成してもよい。

（本発明の第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る植物栽培装置の正面断面を要部ブロック図とともに示す模式図であり、土耕栽培に適用した場合を示している。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してある。

図６に示したように、植物栽培装置１Ａは適宜サイズの容器４を備えており、該容器４内に植物を栽培する土壌たる基質Ｓが充填されており、この基質Ｓ内に電極３，３が互いに所要距離を隔てて埋設してある。

例えば、容器４に略（１３０×１６０）ｃｍ²の有効部分を有する電極３，３を、互いに略１９ｃｍ隔てて配置する。すなわち、対向配置した両電極３，３の有効部分で囲まれる領域が略３９５０００ｃｍ³になしてある。なお、両電極３，３の有効部分で囲まれる領域が略３９５０００ｃｍ³になれば、電極３，３の大きさ及び電極３，３の距離は適宜選択することができる。これによって、前述した栽培条件を容易・確実に実現することができる。

そして、電源装置６及びパルス発生器５によって、両電極３，３間の基質Ｓに、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下の電界、及び、電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の電流が、略５０〜６０回／秒の割合で発生するようになしてある。

なお、前同様、電極３，３に電圧の印加を開始する時刻は午前９時ごろが好ましく、印加時間は、１日当たり２０分以上３時間以下が好ましい。

なお、パルス発生器５によって図２及び図３に示したようなパルス電流を電極３，３間の基質Ｓ及び植物体Ｖ，Ｖ，…に通流するので、植物体Ｖ，Ｖ，…に対する害虫に間欠的な刺激を与えて、かかる害虫を当該基質Ｓ及び植物体Ｖ，Ｖ，…から忌避させることもでき、害虫から植物体Ｖ，Ｖ，…を守って、植物体Ｖ，Ｖ，…の成長を保持するという効果も奏している。

（実施例）
次に、図１に示した植物栽培装置１によって植物の栽培試験を実施した結果について説明する。
試験植物としては、はつか大根、からしな及びちんげんさいを用いた。各試験植物の種子をスポンジ状の複数の支持体２９，２９，…内にそれぞれ播き、各支持体２９，２９，…を支持台２７に開設した複数の貫通孔２８，２８，…にそれぞれ嵌合固定した。

液状の基質Ｓとして、ホームハイポニカ（登録商標）３０３（協和株式会社）のＡ液及びＢ液それぞれ１１０ｍｌずつを５０リットルの水に添加したものを用いた。
試験区では、対をなす両電極３，３に直流電圧を印加して両電極３，３間の基質Ｓに、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍの電界、及び電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²の電流を、５５回／秒の割合で発生させた。
発生開始時刻は午前９時とし、１時間発生させた。

一方、対照区では、対をなす両電極３，３間への直流電圧の印加を行わないこと以外は、試験区と同じ条件で栽培試験を行った。
そして、２３日間栽培した後、試験区の植物体及び対照区の植物体の重量をそれぞれ測定した。なお、重量の測定に当たって、前述した支持体２９は除いてある。
栽培試験の結果を次表に示す。

表に示したように、はつか大根、からしな及びちんげんさいの何れの試験植物においても、対照区の重量に比べて試験区の重量の方が増大していた。そして、重量の増大率、すなわち成長率は、はつか大根では４０．５％であり、からしなでは２９５．８％であり、ちんげんさいでは６１．９％であった。

本発明に係る植物栽培装置の正面断面を要部ブロック図とともに示す模式図である。図１に示したパルス発生器の出力を示す波形図である。図２に示した波形の一部拡大図である。電界強度及び電流密度の発生量と植物の生育との関係を示すヒストグラムである。電界強度及び電流密度の１日当たりの発生時間と植物の生育との関係を示すヒストグラムである。本発明の第２の実施形態に係る植物栽培装置の正面断面を要部ブロック図とともに示す模式図である。

符号の説明

１植物栽培装置
２容器
３電極
５パルス発生器
６電源装置
２２上層
２３下層
２７支持台
２９支持体
Ｓ基質
Ｖ植物体

Claims

植物を栽培する基質中に、対をなす電極を互いに所定距離を隔てて対向配置し、両電極間の前記基質に、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下の電界、及び電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の電流を発生させて、当該基質に配した植物を栽培することを特徴とする植物栽培方法。
前記基質として液体を用い、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域を略１２０００ｃｍ³にする請求項１記載の植物栽培方法。
前記基質として土壌を用い、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域を略３９５０００ｃｍ³にする請求項１記載の植物栽培方法。
植物を栽培する基質中に互いに所定距離を隔てて対向配置した対をなす電極と、両電極に直流電圧を印加する電源装置とを備え、該電源装置は、両電極間の前記基質に、電界強度が０．０４１７Ｖ／ｃｍ以上０．１６６７Ｖ／ｃｍ以下の電界、及び電流密度が０．０１１０ｍＡ／ｃｍ²以上０．１８０ｍＡ／ｃｍ²以下の電流を発生させるようになしてあることを特徴とする植物栽培装置。
基質たる液体を貯留する容器を更に備え、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域が略１２０００ｃｍ³になしてある請求項４記載の植物栽培装置。
基質たる土壌を収納する容器を更に備え、対向配置した両電極の有効部分で囲まれる領域が略３９５０００ｃｍ³になしてある請求項４記載の植物栽培装置。