JP6304732B2 - 海水を用いた水耕栽培システム、及び播種育苗用の栽培システム - Google Patents
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Description
本願は、2016年3月31日に日本に出願された特願2016−073439号、及び2016年3月31日に日本に出願された特願2016−073438号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、海水を用いて栽培する場合には、バクテリアの量や不要なゴミ、更には重金属など植物の生長や人に危害を与えるものを除去する必要があり、その点で改善の余地があった。
また、塩水を用いて栽培する場合では、海水程度の濃度の培地において発根が困難であることが知られている。つまり、発芽・発根させる工程は、非常に塩濃度に敏感であることから、海水レベルでの耐塩性を植物に付与する海水育苗用の苗床の具体的な構造は実現されていない。そのため、低コストで複雑な構造にならずに、植物を塩水を用いて効果的に栽培できる構造が求められていた。
(1)本発明の一態様に係る海水を用いた水耕栽培システムは、海水を用いて耐塩植物を水耕栽培するための海水を用いた水耕栽培システムであって、塩濃度、バクテリア量、及び不要物が一定基準以下の海水を海から汲み上げる給水ポンプと、該給水ポンプで汲み上げた海水を貯水するとともに、栽培する耐塩植物が配置される水槽と、海から取水した海水中のバクテリア及び不要物を除去する除去部と、を備え、前記除去部で前記バクテリア及び前記不要物が除去された海水が前記水槽に送られることを特徴としている。
また、水槽内の海水を海に排水する流路を構成することで水槽内の海水の一部又は全ての入れ替えを簡単な構造により行うことができる。
(7)本発明の他の態様に係る播種育苗用の栽培システムは、耐塩苗を耐塩付与剤を用いて育成するための播種育苗用の栽培システムであって、前記耐塩苗を淡水によって発芽・発根させるための淡水培地領域に設けられる淡水培地部と、発根した前記耐塩苗の根を塩水に浸けて育成させるための塩水培地領域に設けられる塩水部と、を備え、少なくとも前記淡水培地部で発芽・発根させる淡水育成期間において、前記淡水培地部と前記塩水部との間に塩拡散阻害部を有することを特徴としている。
また、本発明では、淡水培地部と塩水部との間に、例えば隙間部を設けるといった簡単な構成からなる塩拡散阻害部とすることが可能となるため、設備にかかるコストを抑えることができる。
(12)上記(11)に記載の、播種育苗用の栽培システムにおいて、前記クリアランスは、1mm以上、又は10cm以上30cm以下であってもよい。
また、クリアランスの大きさを変えることで、耐塩苗の根が塩水や耐塩付与剤に付着するタイミングをずらすことができるので、耐塩苗の育成のスピードを調整することができる。
また、半透膜の材質や厚さ等を変えることで、耐塩苗の根が塩水や耐塩付与剤に付着するタイミングをずらすことができるので、耐塩苗の育成のスピードを調整することができる。
図1に示すように、本実施の形態による水耕栽培システム1は、海Sから取水した海水W1を用いて耐塩植物Pを水耕栽培するためのものである。
水耕栽培システム1は、海水W1を海Sから汲み上げる給水ポンプ21と、給水ポンプ21で汲み上げた海水W1を貯水するとともに、栽培する耐塩植物Pが配置される水槽30と、水槽30内の海水W1を排水又は後述する循環系統60を通過させて循環させる循環ポンプ41と、を備えている。
また、本水耕栽培システム1では、複数の水槽30、30、…が設けられ、水槽30毎に栽培系統3(3A、3B、3C、…)が構成されている。なお、図1では、符号3Aの1系統のみを詳細に表示し、他の系統(符号3B、3C)は破線で示している。
ここで、給水ポンプ21A、21Bによる取水は、例えば海面から表面を除く、5cm以上の海水W1とすることが好ましい。
淡水給水タンク23に繋がる淡水配管231は、送水配管25(25a)の送水弁241と送水ポンプ24との間に接続されている。淡水配管231には、淡水供給ポンプ232が設けられている。具体的には、耐塩植物Pの栽培に害を及ぼす物質などを監視することで海水W1の水質を評価したうえで、淡水供給ポンプ232を作動させ、送水配管25内の海水W1に淡水W2を混合させることで水質を安定化させることが可能な構成となっている。
また、海水W1に投入される肥料としては、例えば、液体肥料のハイポネックス(ハイポネックスジャパン社製)、固形肥料の味菜野菜の肥料(タキイ種苗社製)、有機肥料の骨粉入り有機肥料(朝日工業社製)等が挙げられる。
半固形培地31は、例えば、プラスチック、セラミック、発泡樹脂、木材等の部材により形成される矩形筒状の支持体中に多孔質状のスポンジ材が嵌合されている。このスポンジ材としては、耐塩植物Pを種から発芽・発根するまで支持できる材料からなり、例えばポリウレタン等の合成樹脂を発泡成形させた合成スポンジや、生物の海綿を加工した天然スポンジを使用することができる。
水位検出部71は、水槽30内の海水W1の水位が測定される。水位検出部71で測定された水位から水槽30内の水量が管理され、例えば微生物の投入時において水位を下げる制御が行われる。
肥料検出部72は、水槽30内の海水W1の肥料濃度が測定され、或いは海水W1の流速が測定される。肥料検出部72によって測定された肥料濃度や流速に基づいて得られる肥料濃度から上述した肥料投入部52による肥料の投入量が制御される。
塩濃度検出部74は、水槽30内の海水W1の塩濃度が測定される。塩濃度検出部74によって測定された塩濃度が例えば所定の水準よりも高い場合には、水槽30内の海水W1の一部又は全てを入れ替える制御が行われ、或いは淡水給水タンク23より淡水W2を供給することで塩濃度を調整する制御が行われる。
なお、排水タンク42は、海Sの近傍に設けることで、タンク内の海水W1を自然流下により海Sに放水することができる。なお、図示しない排水ポンプを使用して海Sに排水するようにしてもよい。
冷却装置62は、マイクロナノバブル発生器61よりも下流寄りに設けられ、溶存酸素が確保された海水W1を海水温まで冷却する機能を有している。
このように、本水耕栽培システム1では、循環系統60にマイクロナノバブル発生器61及び冷却装置62を設けることで、水槽30内の海水温度と溶存酸素濃度を一定に保つことが可能となる。
先ず、給水ポンプ21A,21Bにより海Sから海水W1を汲み上げ、フィルタ27を通過させて海水給水タンク22に貯水される。このとき、海水W1のバクテリア、及び不要物がフィルタ27によって除去される。また、淡水給水タンク23には、図示しない淡水源(川や水道)から淡水W2が貯水される。
その後、送水ポンプ24による送水流路を淡水給水タンク23から海水W1が貯水されている海水給水タンク22に切り替え、その海水W1を水槽30に供給して貯水する。このとき、最初の段階では、微生物との接触機会を増やすために海水W1の水位を定常時よりも低くなるように設定する。なお、水槽30内の海水W1の水位を低く保つことで、微生物の投入量を低減できる利点もある。
図1に示すように、本実施の形態では、海Sから塩濃度、バクテリア量、及び不要物が一定基準以下の海水W1を給水ポンプ21で汲み上げ、この海水W1のバクテリア、及び不要物をフィルタ27で除去した後に水槽30に供給して貯水することができ、これにより水槽30内で耐塩植物Pを水耕栽培することができる。
このように海Sから取水した海水W1を利用した水耕栽培システム1となるので、大規模で生産性の高い海水水耕栽培の場を実現することができる。
さらにまた、水槽30内の海水W1を海Sに排水する排水系統40を構成することで、水槽30内の海水W1の一部又は全ての入れ替えを簡単な構造により行うことができる。
図2及び図3A〜図3Cに示すように、本実施の形態による播種育苗用の栽培システム101は、耐塩苗102を耐塩付与剤を用いて育成するものであって、淡水W2とともに海水W1(塩水)を用いて耐塩苗102の栽培を行うものである。
栽培システム101は、耐塩苗102を淡水W2によって発芽・発根させるための淡水培地領域P1に設けられる淡水培地部110と、発根した耐塩苗102の根102aを海水W1に浸けて育成させるための海水培地領域P2に設けられる海水部120(塩水部)と、を備えている。
そして、淡水栽培期間における淡水培地部110及び海水部120の間には、クリアランス103(塩拡散阻害部)が形成されている。
スポンジ材112は、支持筒111内において淡水W2を含んで耐塩苗102を種102cから発芽・発根するまで支持できる材料からなり、例えばポリウレタン等の合成樹脂を発泡成形させた合成スポンジや、生物の海綿を加工した天然スポンジを使用することができる。
ここで、微生物104としては、例えば、Journal of Plant Interactions, Volume 9, Issue 1, 2014に開示される微生物等を適用することができる。
図2に示すように、本実施の形態では、図3Aに示すように、淡水培地部110のスポンジ材112に含ませた淡水W2に耐塩苗102の種102cを播種する。このときの種102cは、スポンジ材112の上面に載置するだけでも良いし、スポンジ材112の表層部分に埋め込むように配置しても良い。これにより、種102cは、図3Bに示すように、スポンジ材112に含まれる淡水W2に接して発芽・発根する。さらに、スポンジ材112に対して適宜なタイミングで微生物104を付与する。これにより、スポンジ材112内で伸びている根102aに微生物104が付着することで、芽102b及び根102aを育成させることが可能となる。
このように、塩の付着により悪影響を及ぼす発芽・発根前の播種の段階では、海水W1から隔離された淡水W2のみで耐塩苗102を育成することができ、ある程度根が伸びて塩が育成を促進させる段階で、海水部120における海水W1により育成することが可能となる。そのため、耐塩苗102を枯死させることなく生産性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、淡水培地部110と海水部120との間に、クリアランス103を設けるといった簡単な構成となるため、設備にかかるコストを抑えることができる。
また、この場合には、耐塩苗102の育成中に微生物104が付着されるため、耐塩苗102を育成させることができる。
また、クリアランス103の大きさ(高さ)を変えることで、耐塩苗102の根102aが海水W1や微生物104に付着するタイミングをずらすことができるので、耐塩苗102の育成のスピードを調整することができる。
しかも、本実施の形態では、クリアランス103を1mm以上、又は10cm以上で30cm以下の範囲に設定することで、淡水培地部110や種102cに塩水が拡散することをより確実に抑えることができる。
図4に示す第3の実施の形態による栽培システム101Aは、複数のスポンジ材112を配設させたホルダー115(支持体)を有する淡水培地部110Aが設けられている。
ホルダー115は、図5に示すように、例えば、発泡スチロール、プラスチック、木材、石膏ボード等の軽量で水に浮く素材からなる板状部材をなし、面方向に沿って所定の間隔をあけて厚さ方向に貫通する複数の貫通孔115aが形成されている。複数のスポンジ材112には、複数の貫通孔115aのそれぞれに嵌入されている。なお、貫通孔115aは、図4に示すように縦横に一定の間隔をあけて配列されることに制限されず、栽培する耐塩苗102の種類等に合わせて適宜に配置することができる。
また、図4に示すように、海水部120Aには、上記の淡水用水槽116とは別体で設けられ、海水W1が貯留される海水用水槽121が設けられている。海水用水槽121には、図6Dに示すように、枠材122が連設されており、この枠材122にホルダー115を着脱可能に保持する保持部123が設けられている。保持部123は、L字状に形成され、海水用水槽121の周方向に沿って全周又は部分的に配置され、ホルダー115を下方から支持する構成となっている。なお、保持部123の取り付け位置は、海水用水槽121内の海水W1の水面から所定の間隔をあけた上方の位置に設定されている。つまり、保持部123に保持されるホルダー115の下面115bと海水W1との間にはクリアランス103が設けられた状態となる。
先ず、図6Aに示すように、淡水培地領域P1においてホルダー115の複数のスポンジ材112のそれぞれに耐塩苗102の種102cを播種した後、ホルダー115を淡水用水槽116に貯留された淡水W2内に浸水させる。その後、図6B、図6Cに示すように、耐塩苗102が発芽・発根した適宜なタイミングで、スポンジ材112に微生物104を付与する。続いて、図6Dに示すように、耐塩苗102の根102aがホルダー115の下方に伸び出した状態で、ホルダー115を淡水用水槽116から取り出して海水用水槽121の保持部123に保持させる。これにより、ホルダー115はクリアランス103をもって海水W1の上方に配置される。
そして、海水W1には、適宜なタイミングで微生物104が付与されている。この微生物104の付与するタイミングは、ホルダー115を保持部123に配置する前、あるいは配置した後のいずれでもかまわない。これにより、海水培地領域P2において淡水W2によって所定の長さに育成した耐塩苗102の根102aの先端が海水W1に浸かることになる。
さらに、この場合には、淡水用水槽116が、海水用水槽121とは別体で離れた位置に設けられるので、淡水用水槽116内の淡水W2で発芽・発根の際の耐塩苗2が塩に接することを防ぐことができる。
また、本実施の形態のように複数のスポンジ材112(耐塩苗102)に対してホルダー115が設けられる場合には、1つのホルダー115のみを海水部120に対して交換することで複数の耐塩苗2を同時に交換することができ、作業の効率化を図ることができる。
次に、図7に示す第4の実施の形態による栽培システム101Bは、上述した第2の実施の形態と同様のホルダー115と海水W1との間の境界部分にフィルム状の半透膜105(塩拡散阻害部)を着脱可能に配置した構成となっている。
半透膜105は、ホルダー115の下面115bを覆った状態で配設されている。半透膜105として、海水W1の塩が淡水培地部110B寄りのホルダー115に向けて透過しない材料のものが用いられる。
また、半透膜105の材質や厚さ等を変えることで、耐塩苗102の根102aが海水W1や微生物104に付着するタイミングをずらすことができるので、耐塩苗102の育成のスピードを調整することができる。
次に、図8A〜図8Cに示す第5の実施の形態による栽培システム101Cは、上述した第2の実施の形態のホルダー115を用いたものであって、図6A〜図6Cに示す淡水用水槽116が省略され、淡水・海水用水槽124を採用したものである。淡水・海水用水槽124は、上下方向の略中間部分に保持部123が設けられ、この保持部123に保持されるホルダー115が浸水される深さとなるように淡水W2又は海水W1が貯留されている。つまり、淡水・海水用水槽124には、淡水栽培期間において淡水W2が貯留され、海水栽培期間において海水W1が貯留される。このときの海水W1は、淡水W2に海水W1を追加したものでも良いし、淡水W2を海水W1に入れ替えることによるものでも良い。
第5の実施の形態では、淡水栽培期間において淡水・海水用水槽124には淡水W2のみが貯留されているので、ホルダー115及び耐塩苗102が塩に接することはなく、塩の影響を受けることなく発芽・発根することができる。
次に、図9A、図9Bに示す第6の実施の形態による栽培システム101Dは、上述した第1の実施の形態の支持筒111(支持体)を複数保持することが可能な枠状ホルダー117(支持体)が海水用水槽121内に設けられている。支持筒111は、第1の実施の形態と同様に内寄りにスポンジ材112が嵌入されている。
枠状ホルダー117は、板状をなし、外周縁117bが海水用水槽121に取り付けられた枠材122に固定、又は着脱自在に取り付けられている。枠状ホルダー117には、支持筒111を上側より嵌合させて保持する保持穴117aが複数形成されている。そして、枠状ホルダー117の取り付け位置は、枠状ホルダー117に保持された支持筒111の下面111aが海水用水槽121内の海水W1の水面から所定の間隔をあけた上方の位置に設定されている。つまり、支持筒111の下面111aと海水W1との間にはクリアランス103が設けられた状態となり、枠状ホルダー117に保持された支持筒111は淡水培地部110Dを構成している。
なお、海水W1には、予め微生物104を付与しておくことで、海水W1に浸かった根102aに微生物104を付着させることができる。
図12は、海水タンク133からの海水W1と淡水タンク136からの淡水W2とをそれぞれ別系統で海水用水槽121内に送水するシステムを示している。図12では、海水タンク133から海水用水槽121内に海水W1を貯水した状態で、淡水培地部110Aと海水部120Aの海水W1との間にクリアランス103が形成された状態を示している。
また、海水培地領域P2(塩水培地領域)の構成に関しても、例えば淡水培地領域P1の構成に合わせて適宜設定することができる。
3、3A、3B、3C 栽培系統
20 送水系統
21、21A、21B 給水ポンプ
22 給水タンク
23 淡水給水タンク
24 送水ポンプ
25 送水配管
27 フィルタ(除去部)
30 水槽
31 半固形培地
40 排水系統
41 循環ポンプ
42 排水タンク
43 排水処理部
50 育成促進材供給系統
51 微生物投入部
52 肥料投入部
60 循環系統
61 マイクロナノバブル発生器(溶存酸素供給部)
62 冷却装置(海水温度調節部)
70 水槽監視部(監視部)
71 水位検出部
72 肥料検出部
73 微生物検出部
74 塩濃度検出部
101、101A〜101E 栽培システム
102 耐塩苗
102a 根
103 クリアランス(塩拡散阻害部)
104 微生物(耐塩付与剤)
105 半透膜(塩拡散阻害部)
110、110A、110B、110D 淡水培地部
111 支持筒(支持体)
112 スポンジ材(半固形培地)
115 ホルダー(支持体)
115a 貫通孔
116 淡水用水槽
117 枠状ホルダー(支持体)
120、120A、120B、120D 海水部(塩水部)
121 海水用水槽
123 保持部
P 耐塩植物
S 海
W1 海水(塩水)
W2 淡水
Claims (15)
- 海水を用いて耐塩植物を水耕栽培するための海水を用いた水耕栽培システムであって、
塩濃度、バクテリア量、及び不要物が一定基準以下の海水を海から汲み上げる給水ポンプと、
該給水ポンプで汲み上げた海水を貯水するとともに、栽培する耐塩植物が配置される水槽と、
海から取水した海水中のバクテリア及び不要物を除去する除去部と、
を備え、
前記除去部で前記バクテリア及び前記不要物が除去された海水が前記水槽に送られることを特徴とする、海水を用いた水耕栽培システム。 - 前記除去部では、溶存酸素や重金属による前記耐塩植物の生長を阻害する物質、及び人に危害を及ぼす物質を除去する機能を有することを特徴とする、請求項1に記載の海水を用いた水耕栽培システム。
- 前記水槽に供給される前の海水と、前記水槽に供給された後の海水の性状を検出する監視部が設けられていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の海水を用いた水耕栽培システム。
- 前記海水の一部又は全てが交換可能に設けられていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の海水を用いた水耕栽培システム。
- 前記水槽に供給される前記海水の温度を調整する海水温度調節部が設けられていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の海水を用いた水耕栽培システム。
- 前記水槽に供給される前記海水に溶存酸素を供給する溶存酸素供給部が設けられていることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の海水を用いた水耕栽培システム。
- 耐塩苗を耐塩付与剤を用いて育成するための播種育苗用の栽培システムであって、
前記耐塩苗を淡水によって発芽・発根させるための淡水培地領域に設けられる淡水培地部と、
発根した前記耐塩苗の根を塩水に浸けて育成させるための塩水培地領域に設けられる塩水部と、
を備え、
少なくとも前記淡水培地部で発芽・発根させる淡水育成期間において、前記淡水培地部と前記塩水部との間に塩拡散阻害部を有することを特徴とする、播種育苗用の栽培システム。 - 前記淡水培地部は、前記塩水部に対して着脱可能な支持体を備え、
前記支持体は、前記塩水部の塩水よりも上方に位置していることを特徴とする、請求項7に記載の播種育苗用の栽培システム。 - 前記耐塩付与剤は、前記淡水培地部の淡水及び前記塩水部の塩水の少なくとも一方に付与されていることを特徴とする、請求項7又は8に記載の播種育苗用の栽培システム。
- 前記耐塩付与剤は、微生物であることを特徴とする、請求項7乃至9のいずれか1項に記載の播種育苗用の栽培システム。
- 前記塩拡散阻害部は、前記淡水培地部と前記塩水部の塩水との間に形成されるクリアランスであることを特徴とする、請求項7乃至10のいずれか1項に記載の播種育苗用の栽培システム。
- 前記クリアランスは、1mm以上、又は10cm以上30cm以下であることを特徴とする、請求項11に記載の播種育苗用の栽培システム。
- 前記塩拡散阻害部は、前記淡水培地部と前記塩水部の塩水との間に設けられるフィルム状の半透膜であることを特徴とする、請求項7乃至10のいずれか1項に記載の播種育苗用の栽培システム。
- 前記淡水培地部は、塩の浸入を阻害する半固形培地を有していることを特徴とする、請求項7乃至13のいずれか1項に記載の播種育苗用の栽培システム。
- 前記塩水部は、塩拡散を阻害する半固形培地を有していることを特徴とする、請求項7乃至14のいずれか1項に記載の播種育苗用の栽培システム。
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