JP5662513B2 - 水耕栽培装置及び水耕栽培方法 - Google Patents

Description

本発明は、水耕栽培によって植物体を育成する水耕栽培装置及び水耕栽培方法に関する。

水耕栽培に関する技術としては、下記の特許文献１が知られている。この特許文献１には、ミスト栽培と湛液栽培とを用いて根物作物の根部を肥大させる養液栽培システム及び養液栽培方法が記載されている。

特開2012-100573号公報

しかしながら、上述した養液栽培システム及び養液栽培方法は、ミスト栽培のための液肥と湛液栽培のための液肥とが干渉してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、ミスト栽培のための液肥と湛液栽培のための液肥とが干渉することを抑制できる水耕栽培装置及び水耕栽培方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る水耕栽培装置は、主根と側根とを有する植物体を育成する水耕栽培装置であって、前記植物体を支持する支持部と、前記主根に霧状に液体を噴霧することにより前記主根への潅水を行う主根潅水部と、前記側根を液体に浸すことにより前記側根への潅水を行う側根潅水部と、前記側根潅水部に設けた液体の濃度を検出する検出部と、前記検出部により検出された濃度を参照し、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度と前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度との少なくとも一方を制御して、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度と前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度とを異なるようにする制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る水耕栽培装置は、上記第１の態様の水耕栽培装置であって、前記制御部は、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度が前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度よりも低くなるように、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度と前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度との少なくとも一方を制御することを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る水耕栽培装置は、上記第１の態様の水耕栽培装置であって、前記主根潅水部と前記側根潅水部との少なくとも一部を物理的に分離して、前記主根潅水部により噴霧された液体を回収する回収層を形成する分離部と、前記回収層における前記主根潅水部により噴霧された液体を回収して、前記主根潅水部により噴霧される液体として再生する回収再生部とを備えることを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る水耕栽培装置は、上記第３の態様の水耕栽培装置であって、前記制御部は、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度が前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度よりも高くなるように、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度と前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度との少なくとも一方を制御することを特徴とする。

本発明の第５の態様に係る水耕栽培装置は、上記第４の態様の水耕栽培装置であって、前記主根潅水部は、前記回収層に、前記植物体における高さ方向が異なる複数の噴霧口を備え、前記植物体における高さ方向が高いほど濃度の高い液体を噴霧することを特徴とする。

本発明の水耕栽培装置に関連する参考例の水耕栽培方法は、主根と側根とを有する植物体を育成する水耕栽培方法であって、前記主根への潅水を霧状の液体を噴霧することにより行うと共に、前記側根への潅水を当該側根を液体に浸すことにより行い、前記側根に潅水している液体の濃度を検出し、検出した濃度を参照し、前記主根に噴霧される液体の濃度と前記側根が浸されている液体の濃度との少なくとも一方を制御することを特徴とする。

本発明によれば、ミスト栽培のための液肥と湛液栽培のための液肥とが干渉することを抑制できる。

本発明の実施形態として示す水耕栽培装置の一構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形態として示す水耕栽培装置の他の構成例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明の実施形態として示す水耕栽培装置は例えば図１に示すように構成される。

この水耕栽培装置は、植物体１００の育成のために土を使わず、植物体１００の主根部１０２及び側根部１０３（地下部）に液体を供給して、植物体１００を栽培する水耕栽培を行うものである。特に、この水耕栽培装置は、ミスト栽培と湛液栽培の両方の方式を実施する。本実施形態として示す水耕栽培装置は、主根部１０２と側根部１０３を有するものであれば植物体１００の種類は任意である。また、本実施形態では植物体１００に液体を供給するものについて説明するが、当該液体としては、水や水に栄養分を加えた培養液（液肥）を含む。

図１に示す水耕栽培装置は、上方に茎及び葉１０１が伸び、主根部１０２と側根部１０３とを有する植物体１００を育成する。水耕栽培装置は、植物栽培槽１、植物支持体２、主根潅水部３、液肥追肥部４、液肥濃度管理センサ５、及び、制御部６を有する。

植物栽培槽１は、箱状の形態を有しており、底部に湛液養液１０を蓄える。この植物栽培槽１の底部に配置した湛液養液１０は、側根潅水部に相当する。なお、この実施形態において、湛液養液１０には、後述するミスト噴霧口３ａから噴霧された液肥も混合される。湛液養液１０には、主根部１０２の先端や、側根部１０３、側根部１０３から伸びた細根が浸される。植物栽培槽１には、作業者や、図示しない配管やポンプによって植物栽培槽１内に湛液養液１０が供給される。植物栽培槽１は、側根部１０３を液体（湛液養液１０）に浸すことにより側根部１０３への潅水を行う側根潅水部として機能する。

植物栽培槽１の上端には植物支持体２が配置される。植物支持体２は、上方から植物体１００に照射される光を遮断する遮光シート等によって構成可能である。植物支持体２には、植物体１００が挿入された状態で、植物体１００を支持する支持部２ａが設けられる。支持部２ａは、植物体１００の側部から圧力を付して、植物体１００を支持する。支持部２ａは、円環状のスポンジが使用可能である。これにより植物支持体２は、スポンジと植物体１００の摩擦力で植物体１００を支持する。なお、植物体１００を支持できるものであれば、植物体１００の地上部をひも状のもので吊るなど、手段は問わない。

主根潅水部３は、植物栽培槽１内の主根部１０２に霧状の液肥（ミスト）を噴霧することにより主根部１０２への潅水を行う。主根潅水部３には、棒状の配管に設けられた複数の貫通穴によって構成されるミスト噴霧口３ａを有する。主根潅水部３は、図示しない液体供給配管と接続されている。ミスト噴霧口３ａは液体供給配管から供給された液体を霧状（ミスト状）にして噴射する。なお、ミスト噴霧口３ａは、図１に示した形態に限らず、植物栽培槽１内の各部、任意の高さに設けられたノズル部であってもよい。

主根潅水部３から噴霧される液体の濃度は、所定の濃度であってもよく、制御部６によって調整可能であってもよい。また、主根潅水部３は、ミストを噴霧する噴霧間隔及び各噴霧間隔における噴霧時間が制御部６によって調整可能である。

液肥追肥部４は、植物栽培槽１内の湛液養液１０に追肥を行う。液肥追肥部４は、上部４ａが植物支持体２から突出し、下部４ｂが植物支持体２に伸びている。液肥追肥部４は、上部４ａから肥料が供給され、下部４ｂから湛液養液１０に肥料を供給する。これにより液肥追肥部４は、湛液養液１０の濃度を調整する。液肥追肥部４は、例えば制御部６から送信された制御信号に従って追肥を行う。なお、液肥追肥部４は、湛液養液１０の循環量、湛液養液１０の容量が既知であれば、所定の時刻に所定量の追肥を行ってもよい。

液肥濃度管理センサ５は、湛液養液１０に含まれる肥料に相当する成分の濃度を検出する検出部として機能する。液肥濃度管理センサ５によって検出された湛液養液１０の濃度は、制御部６に読み取られる。

制御部６は、センサ信号を入力し、制御信号を出力して、植物育成装置の各部を制御する。液肥濃度管理センサ５により検出された湛液養液１０の濃度を参照して、植物体１００に与える水分や肥料を制御する。制御部６は、湛液養液１０の濃度に基づいて、ミスト噴霧口３ａにより噴霧される液体の濃度と側根部１０３が浸されている湛液養液１０の濃度との少なくとも一方を制御する。これにより、制御部６は、主根潅水部３により噴霧される液肥の濃度と側根部１０３が浸されている湛液養液１０の濃度とを異なるようにする。

制御部６は、ミスト噴霧口３ａにより噴霧される液体の濃度よりも側根部１０３が浸されている湛液養液１０の濃度を低くするように、側根部１０３が浸されている湛液養液１０の濃度を制御する。具体的には、ミスト噴霧口３ａから低濃度の液肥（ＥＣ：１．０ｍＳ／ｃｍ以下）を主根部１０２に噴霧させる。一方、制御部６は、湛液養液１０には高濃度の液肥（ＥＣ：１．３ｍＳ／ｃｍ以上）を用いて主根部１０２の先端及び側根部１０３に浸す。なお、ECは電気伝導度（Electric Conductivity）を表す。このために、本実施形態における制御部６は、液肥追肥部４を制御して、液肥追肥部４から湛液養液１０に追肥を行わせる。なお、制御部６は、液肥追肥部４を制御するもののみならず、主根潅水部３から噴霧する液肥の濃度を制御するものであってもよい。

以上のように、この水耕栽培装置（水耕栽培方法）は、主根部１０２と側根部１０３を有する植物体１００の主根部１０２を肥大及び育成させるために、主根部１０２と側根部１０３とで濃度の異なる液肥によって潅水できる。したがって、この水耕栽培装置によれば、ミスト栽培と湛液栽培との２種類以上の液肥を同時に使用して植物体１００を育成するに際し、液肥濃度の干渉を抑制することができる。これにより、水耕栽培装置は、植物体１００の根の肥大や肥大方向をコントロールすることが可能となり、さらには、植物体１００の根を垂直方向に伸長させることができる。特に、根に商品価値がある植物体１００においては根の肥大や肥大方向をコントロールすることで価値を上げることができる。同時に、主根潅水部３を使用することによって、根の栽培における乾燥と腐敗を抑制できる。

さらに、この水耕栽培装置によれば、主根潅水部３により噴霧される液肥の濃度を側根部１０３が浸されている湛液養液１０の濃度よりも低くしているので、上述の効果に加え、植物体１００の根を垂直方向に伸長させることができる。

つぎに、本発明の他の実施形態として示す水耕栽培装置について、図２を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成については同じ符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

この実施形態における水耕栽培装置は、上述した水耕栽培装置に加え、分離部２１、ミスト養液回収管２２、及び、湛液養液回収管２３を有する。

分離部２１は、植物栽培槽１内における湛液養液１０の上方に設けられている。この分離部２１は、植物栽培槽１における上方の主根潅水部３と植物栽培槽１における下方の側根潅水部との少なくとも一部を物理的に分離するよう配置される。これにより、分離部２１は、ミスト噴霧口３ａにより噴霧された液体を回収する回収層３１を形成する。この重回収層３１の下方が、湛液養液１０が存在する浸漬層３２となる。

分離部２１には、植物体１００の伸びる方向に穴部２１ａが設けられている。これにより、主根部１０２の先端及び側根部１０３が成長したときに湛液養液１０に浸すことができる。

主根潅水部３Ａ、３Ｂは、植物栽培槽１の壁面に沿うように複数箇所に亘り配管を設けて構成される。各主根潅水部３Ａ、３Ｂは、回収層３１に、植物体１００における高さ方向が異なるよう複数配置している。これにより、ミスト噴霧口３ａから噴霧された液体は、その一部が植物体１００の主根部１０２や側根部１０３に付着し、他の一部が分離部２１に落ちる。

ミスト養液回収管２２は、分離部２１により形成された植物栽培槽１における回収層３１に接続されている。ミスト養液回収管２２は、回収層３１における主根潅水部３により噴霧された液体を回収する。この回収された液体は再生されて、噴霧される液肥又は湛液養液１０となる。これによりミスト養液回収管２２は、ミスト噴霧口３ａから噴霧される液体や湛液養液１０として再生する回収再生部として機能する。

湛液養液回収管２３は、植物栽培槽１のうち、湛液養液１０が貯められた回収層３１の下方に接続される。湛液養液回収管２３は、湛液養液１０を回収する。ミスト養液回収管２２は、例えば、図示しない配管及びポンプによって植物栽培槽１に供給される湛液養液１０を回収する。

この水耕栽培装置において、制御部６は、主根部１０２が浸されている湛液養液１０の濃度がミスト噴霧口３ａから噴霧される液体の濃度よりも低くなるように制御する。このとき、制御部６は、湛液養液１０における肥料に相当する成分の濃度を制御する。これにより、制御部６は、植物体１００の根の肥大や肥大方向をコントロールする。

更に具体的には、主根潅水部３Ａから高濃度の液肥（ＥＣ：１．３ｍＳ／ｃｍ以上）を噴霧する。主根潅水部３Ｂから中濃度の液肥（ＥＣ：１．０〜１．３ｍＳ／ｃｍ）を噴霧する。これにより、主根潅水部３Ａ及び主根潅水部３Ｂによって、主根部１０２及び主根部１０２から伸びた細根に高濃度の液肥及び中濃度の液肥を噴霧する。さらに、湛液養液１０は低濃度の液肥（ＥＣ：１．０ｍＳ／ｃｍ以下）を用いる。これにより、主根部１０２の先端には低濃度の湛液養液１０を供給する。このとき、制御部６は、上述した実施形態と同様に、液肥追肥部４を制御して湛液養液１０の濃度を調整する。なお、水耕栽培装置は、湛液養液１０の濃度又は主根潅水部３から噴霧する濃度の何れか一方が制御可能であってもよい。

以上のように、この植物栽培槽１によれば、分離部２１によって、主根潅水部と側根潅水部との少なくとも一部を物理的に分離する。これにより、分離部２１は、主根潅水部３により噴霧された液肥を回収する回収層３１を形成する。これにより、ミスト噴霧口３ａから噴霧された液肥を分離して回収でき、異なる濃度の液肥を再利用し循環させて、植物体１００を栽培することができる。

また、この水耕栽培装置によれば、ミスト噴霧口３ａにより噴霧される液体の濃度を側根部１０３が浸されている湛液養液１０の濃度よりも高くしている。これにより、水耕栽培装置によれば、植物体１００の根を水平方向に伸長させることができる。

さらに、この水耕栽培装置によれば、回収層３１に、植物体１００における高さ方向が異なる複数のミスト噴霧口３ａを備える。そして、水耕栽培装置は、植物体１００における高さ方向が高いほど濃度の高い液肥を噴霧する。これにより、水耕栽培装置によれば、植物体１００の根をさらに水平方向に伸長させることができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１ 植物栽培槽（側根潅水部）
２ 植物支持体（支持部）
２ａ 支持部
３ 主根潅水部
３ａ ミスト噴霧口
４ 液肥追肥部（制御部）
５ 液肥濃度管理センサ（検出部）
６ 制御部
１０ 湛液養液（側根潅水部）
２１ 分離部
２２ ミスト養液回収管
２３ 湛液養液回収管
３１ 回収層

Claims (5)

1. 主根と側根とを有する植物体を育成する水耕栽培装置であって、
   前記植物体を支持する支持部と、
   前記主根に霧状に液体を噴霧することにより前記主根への潅水を行う主根潅水部と、
   前記側根を液体に浸すことにより前記側根への潅水を行う側根潅水部と、
   前記側根潅水部に設けた液体の濃度を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された濃度を参照し、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度と前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度との少なくとも一方を制御して、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度と前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度とを異なるようにする制御部と
   を備えることを特徴とする水耕栽培装置。
2. 前記制御部は、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度が前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度よりも低くなるように、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度と前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度との少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培装置。
3. 前記主根潅水部と前記側根潅水部との少なくとも一部を物理的に分離して、前記主根潅水部により噴霧された液体を回収する回収層を形成する分離部と、
   前記回収層における前記主根潅水部により噴霧された液体を回収して、前記主根潅水部により噴霧される液体として再生する回収再生部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培装置。
4. 前記制御部は、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度が前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度よりも高くなるように、前記主根潅水部により噴霧される液体の濃度と前記側根潅水部にて前記側根が浸されている液体の濃度との少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項３に記載の水耕栽培装置。
5. 前記主根潅水部は、前記回収層に、前記植物体における高さ方向が異なる複数の噴霧口を備え、前記植物体における高さ方向が高いほど濃度の高い液体を噴霧することを特徴とする請求項４に記載の水耕栽培装置。

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