JP6993370B2

JP6993370B2 - 栽培装置および栽培方法

Info

Publication number: JP6993370B2
Application number: JP2019046438A
Authority: JP
Inventors: 信弥岡村; 健太野呂; 和巳菅谷
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: JP2020145969A

Description

この発明は、栽培装置および栽培方法に関する。

従来より、植物の栽培方法として水耕栽培が知られている。このような栽培方法として、たとえば特許文献１（特開平３－１０８４２３号公報）、特許文献２（特開平１０－１１７６１６号公報）および特許文献３（特開２０１６－１７８８８７号公報）などが知られている。

特許文献１の水耕栽培管理システムには、植物の育成成長の過程に応じて、一定時間一定量の培養液を供給したり、培養液の水位を零に調節することが開示されている。また、特許文献２の水耕栽培方法には、養液供給、養液排出および日照経過のサイクルを繰り返して行い、予め設定した積算日照量に応じた期間経過後に養液供給を行うことが開示されている。特許文献３の水耕栽培装置には、植物の根の全長の１０％以上３０％以下の範囲を空気にさらされるようにし、根の先端を常に培養液に浸漬させるように水位を調節する方法が開示されている。

特開平３－１０８４２３号公報特開平１０－１１７６１６号公報特開２０１６－１７８８８７号公報

特許文献１，２では、培養液の水位の管理システムや養液供給サイクルを調節する条件が曖昧であり、植物の状態に合わせた管理を行うことができない。さらに、特許文献３では、植物の根の先端が常に培養液に浸漬された状態であるため、根腐れが起こり、植物の生育を妨げるおそれがある。

この課題を解決するため、本発明は、着生植物の状態に合わせた管理を行うことで、着生植物の生育を促進することが可能な栽培装置および栽培方法を提供することを目的とする。

本発明に係る栽培装置は、着生植物の栽培に用いられる。栽培装置は、底面を有する水受けと、水受けに水を供給する給水路と、給水路を開閉する給水弁と、水受けに溜まった水を排水する排水路と、排水路を開閉する排水弁と、着生植物を収容し底部に水を通す穴を有する収容容器を、水受けの底面から上方に浮かせた状態で支持する高位置支持手段とを備える。

好ましくは、水受けは、底面を取り囲む立壁をさらに有し、立壁の高さは、高位置支持手段に支持された収容容器の底部よりも高い。

好ましくは、高位置支持手段は、水受けの底面に設けられ、水受けの底面から上方に突出する突出部である。

好ましくは、着生植物の培地の含水率を測定するセンサと、センサで測定された含水率に応じて給水弁の開閉を制御する給水弁制御部と、センサで測定された含水率に応じて排水弁の開閉を制御する排水弁制御部とを備える。

好ましくは、着生植物の上方に位置し、着生植物に向けて光を照射する照明器具をさらに備える。

本発明に係る栽培方法は、着生植物の栽培方法において、水受けの底面から浮かせた状態で着生植物を支持する工程と、着生植物を収容する収容容器内の培地の含水率をセンサで測定する工程と、センサで測定された含水率に応じて、給水路から水を水受けに供給し、水受けに溜まった水の液面高さが収容容器の底部よりも上方にくるように給水する工程と、センサで測定された含水率に応じて、水受けに溜まった水を排水路へ排水し、水受けに溜まった水の液面高さが収容容器の底部よりも下方、かつ、水受けの底面よりも上方に維持されるように、水受けに溜まった水を排水する工程とを備える。

好ましくは、センサで測定された含水率が所定の下限閾値を検出したことに応じて給水弁を開放する給水弁開放工程と、センサで測定された含水率が所定の上限閾値を検出したことに応じて排水弁を開放する排水弁開放工程とをさらに備える。

本発明の栽培装置および栽培方法によれば、着生植物の状態に合わせた管理を行うことで、着生植物の生育を促進することができる。

本実施の形態に係る栽培装置の模式図である。本実施の形態における水受けを示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は水受けの内部にトレイを配置した斜視図である。トレイを示す斜視図である。着生植物を収容したポットを示す模式断面図である。本実施の形態に係る栽培装置の変形例を示す模式図である。本実施の形態に係る栽培装置の栽培方法を示すフローチャートである。水受け内における給水および排水時の水の水位を示す説明図であり、（ａ）は第１水位を示し、（ｂ）は第２水位を示し、（ｃ）は全排水した場合を示す。本実施の形態における培地の含水率を日毎に示すグラフである。各照明条件における分光分布図であり、（ａ）は照明条件Ａを示し、（ｂ）は照明条件Ｂを示し、（ｃ）は照明条件Ｃを示し、（ｄ）は照明条件Ｄを示し、（ｅ）は照明条件Ｅを示す。胡蝶蘭を各照明条件で栽培した場合の開花率を比較したグラフであり、（ａ）は色温度における開花率を比較したグラフであり、（ｂ）は平均ＰＰＦＤ値における開花率を比較したグラフである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

（栽培装置について）
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る栽培装置１について説明する。図１は、栽培装置１の模式図である。

本実施の形態に係る栽培装置１は、着生植物４の栽培に用いられる。着生植物４は、たとえばラン科、パイナップル（アナナス）科、ユリ科などの植物である。本実施の形態では、着生植物４として、胡蝶蘭および背丈の低いミニ胡蝶蘭が用いられる。栽培装置１は建物内に設置され、たとえばビニールハウスやプラスチックハウスのような温室や、植物工場などに設置される。この場合、温室は、太陽光が通過しない素材により形成されていてもよいし、太陽光を屋内に取り込む素材により形成されていてもよい。

本実施の形態に係る栽培装置１は、着生植物４の底面から水を染み込ませる底面灌水方式を採用する。栽培装置１は、概略的には、栽培棚７０と、栽培棚７０に配置される水受け１０と、水受け１０の内部に配置され、着生植物４を収容する収容容器４０とを備える。

栽培棚７０は、たとえば複数の柱７２と、複数の柱７２に掛け渡される棚７１と、複数の柱７２の上端を連結する上枠７３とを含む。棚７１の上には、水受け１０が配置されている。上枠７３には、着生植物４に向けて光を照射する照明器具６０が取付けられる。照明器具６０の光源は、たとえばＬＥＤ、蛍光灯、電球などが挙げられるが、ＬＥＤを用いることが好ましい。照明器具６０は、植物の生長に合わせて照射する光の波長を限定してもよく、照明条件などの詳細については後述する。なお、照明器具６０は、上枠７３に取付けられることに限定されず、単に着生植物４の上方に位置していればよい。

図２（ａ）を参照して、水受け１０は、上方が開口する箱型形状である。水受け１０は、着生植物４の生育に必要な水を溜めるために用いられる。水受け１０は、底面１１と、底面１１を取り囲む立壁１２とを有する。底面１１は、長方形形状である。立壁１２は、底面１１の外周縁から上方に向かって略垂直に立ち上がる。底面１１の長手方向端部には、好ましくは１つ以上の排水口３２が設けられる。また、水受け１０の材料は、特に限定されず、樹脂、ガラス、ステンレス材などから任意の材料が選択される。なお、本実施の形態において、水受け１０の底面１１の形状は、長方形形状であるとしたが、これに限られず、たとえば円形や正方形などであってもよい。

水受け１０の底面１１上には、水受け１０の底面１１から上方に突出する突出部５０が設けられている。突出部５０は、着生植物４を水受け１０の底面１１から上方に浮かせた状態で支持する高位置支持手段の役割を果たす。突出部５０は、たとえば線状に設けられ、水受け１０の底面１１の長手方向に沿った両側に平行に延在している。突出部５０の高さは、立壁１２の高さの半分以下、好ましくは１／４以下であることが好ましい。突出部５０の横幅は、底面１１の横幅の１／５程度であることが好ましい。これにより、収容容器４０を安定して配置することができる。なお、突出部５０は、線状に設けられるのではなく、高さが同一で島状に点在する複数の突起であってもよい。

水受け１０の底面１１のうち、突出部５０は上げ底部であり、突出部５０以外の部分は溝部である。この溝部には、収容容器４０を突出部５０上に配置した場合でも水を溜めることができる。

本実施の形態に係る栽培装置１は、突出部５０を備え、水の液面高さを突出部５０の高さ以下とすることにより、着生植物４を収容する収容容器４０と水とが接しない状態で水受け１０内に水を溜めることができる。これにより、屋内において着生植物４の生長に最適な湿度環境を保つことができる。また、給水時以外は根が水に浸漬されないため、根腐れを防ぐことができ、着生植物４の生育を促進することができる。このような生育環境のため、生産性および歩留まりを向上することができる。

上述のように、水受け１０の突出部５０上には収容容器４０が配置される。以下、収容容器４０について説明する。収容容器４０は、トレイ４１とポット４３とを含む。図２（ｂ）に示すように、トレイ４１は、水受け１０内に収容される。図３は、トレイ４１を示す斜視図である。図３に示すように、トレイ４１は、育苗用のトレイであり、たとえばプラスチックなどで形成される。トレイ４１は、下述するポット４３を収容する凹部４６を複数有する。凹部４６は、底部４２に水を通す穴を有する。トレイ４１は、市販のものを用いることができる。

また、水受け１０の突出部５０上にトレイ４１を配置した場合、上述した水受け１０の立壁１２の高さは、突出部５０に支持されたトレイ４１の底部４２よりも高い。このため、トレイ４１の底部４２よりも高い位置まで水を溜めることができるため、着生植物４の生長に十分な量の水を確実に与えることができる。

図３のトレイ４１の凹部４６には、ポット４３が収容される。図４を参照して、ポット４３は、着生植物４および培地４５を収容する。ポット４３は、苗ポットであり、たとえばプラスチックなどで形成される。ポット４３は、底部４４に水を通す穴を有する。培地４５は、典型的には水苔であるが、人工培土やスポンジなどでもよい。なお、本実施の形態では、トレイ４１とポット４３を別の部材としたが、ポット４３を用いずに、トレイ４１に着生植物４と培地４５を直接収容してもよい。

本実施の形態におけるトレイ４１の底部４２およびポット４３の底部４４は、穴を有する。そのため、ポット４３を収容したトレイ４１を水受け１０に配置した場合、給水により水受け１０に水が溜まって水の液面高さが上昇すると、底面灌水方式により底部４２，４４の穴から培地４５に水が浸透し、着生植物４に水が供給される。これにより、各ポット４３に収容された着生植物４に均等に水を供給することができる。

培地４５には、培地４５の含水率を測定するセンサ８０が挿入される。センサ８０は、たとえば土壌水分計（株式会社セラク社製、みどりボックスに付属の土壌水分センサ）およびｐＦメータ（大起理化工業株式会社製、ＤＩＫ－８３４３）などの市販の製品である。センサ８０は、ポット４３に収容された培地４５の上から２～３ｃｍの位置まで挿入される。センサ８０は、トレイ４１に収容された複数のポット４３のうち、選択された代表株の培地４５に挿入される。なお、培地４５の含水率の計測とともに、気温・湿度センサ、照度センサ、温度センサなどを用いて温室内の温度、湿度、照度などを計測してもよい。

図１を参照して、着生植物４が収容された水受け１０には水が供給され、排水される。具体的には、栽培装置１は、水受け１０に水を供給する給水路２０と、給水路２０を開閉する給水弁２１と、水受け１０に溜まった水を排水する排水路３０と、排水路３０を開閉する排水弁３１とを備える。

給水路２０は、水が通る管であり、その先端に給水口２２を有する。給水口２２は、水受け１０の上方に配置される。この場合、給水口２２は、給水時に着生植物４に直接かからず、水受け１０内に水を給水できる位置に設けられることが好ましい。また、給水口２２は、水受け１０の長手方向の一方端部に設けられる。また、給水口２２から給水される水は、典型的には汲み置きタンクまたは上水道から供給される水、井戸水などであるが、着生植物４の生長に必要な養分を含んだ培養液であってもよい。

給水弁２１は、給水路２０から水受け１０へ供給される水の給水量を調節するものであり、たとえばバルブである。給水弁２１を開けることで、給水路２０の水を、水受け１０へ供給し、給水弁２１を閉めることで、水の供給を停止する。

排水路３０は、水が通る管であり、その先端に排水口３２を有する。排水口３２は、水受け１０の底面１１に配置される。この場合、排水口３２は、水受け１０の底面１１に１つ以上設けられることが好ましい。排水口３２は、水受け１０の長手方向の他方端部に設けられる。これにより、給水口２２と排水口３２は、水受け１０の両端部に位置するため、効率よく水を供給することができる。なお、排水路３０へ排出される水は、衛生面を向上する観点から再利用せずに廃棄される。

給水口２２を水受け１０の長手方向の一方端部に設け、排水口３２を水受け１０の長手方向の一方端部に設けてもよい。具体的には、水受け１０の長手方向の片側に給水口２２と排水口３２を上下方向に整列するよう設けてもよい。これにより、給水口２２と排水口３２は、水受け１０の長手方向の一方端部側に集約されるため、すっきりとした外観となる。また、水受け１０の長手方向の他方端部側の空間に余裕が生じるため、作業を容易かつ効率的に行うことができる。

排水弁３１は、水受け１０から排出される水の排水量を調節するものであり、たとえばバルブである。排水弁３１を開けることで、水受け１０に溜まった水を排水路３０へ排出し、排水弁３１を閉めることで、水の排出を停止する。

給水弁２１および排水弁３１の開閉は、自動で行うことが可能である。この場合、栽培装置１は、センサ８０で測定された含水率に応じて給水弁２１の開閉を制御する給水弁制御部と、センサ８０で測定された含水率に応じて排水弁３１の開閉を制御する排水弁制御部とを備える。

給水弁制御部は、培地４５が乾燥した場合に給水する。具体的には、給水弁制御部は、センサ８０で測定された含水率が所定の下限閾値以下である場合に、給水弁２１を開放する。含水率の下限閾値は、５～１５％であり、好ましくは１０％である。給水弁２１が開放されると、給水路２０から水受け１０に水が供給される。給水弁２１が閉鎖されると、給水路２０から水受け１０への水の供給が停止される。

排水弁制御部は、培地４５が十分に水分を含んだ場合に排水する。具体的には、排水弁制御部は、センサ８０で測定された含水率が所定の上限閾値以下である場合に、排水弁３１を開放する。含水率の上限閾値は、２５～４５％であり、好ましくは２５％である。排水弁３１が開放されると、水受け１０に溜まった水は排水路３０へ排水される。排水弁３１が閉鎖されると、水受け１０から排水路３０への排水は停止し、水受け１０に水を溜めることができる。

本実施の形態に係る栽培装置１は、給水弁制御部と排水弁制御部を用いることで、自動で着生植物４の状態に合わせた管理を行うことができ、水の与えすぎによる根腐れを防ぎ、着生植物４の生育を促進することができる。

（変形例について）
図５は、複数の棚７１を備えた栽培装置１００の模式図である。本実施の形態では、栽培棚７０として棚７１を１段備えるタイプを用いたが、棚７１を複数段備える栽培棚７００を用いてもよい。図５に示すように、栽培装置１００は、複数の柱７２と、複数の柱７２に固定され、上下方向に間隔をあけて設けられる２つの棚７１とを含む。棚７１は、２段設けられることとしたが、３段以上の棚７１を設けてもよく、棚７１の数が増えても仕組みは同様である。これにより、面積あたりの栽培効率を向上させることができる。

棚７１の上下方向の間隔は、着生植物４の種によって適宜調節する。たとえばミニ胡蝶蘭の場合、ミニ胡蝶蘭の背丈は２０ｃｍ程度であるため、棚７１を設ける間隔はたとえば３０ｃｍである。このように、栽培装置１００は、特に背丈の低い着生植物４に対して好適に用いることができる。

多段式の栽培装置１００の場合、給水路２０の給水口２２は、それぞれの棚７１に設けられた水受け１０の上方に配置される。また、排水路３０の排水口３２は、それぞれの棚７１に設けられた水受け１０の底面１１に配置される。すなわち、給水路２０は、それぞれの水受け１０に水を供給し、排水路３０は、それぞれの水受け１０に溜まった水を排水する。この場合、給水弁２１および排水弁３１は、水受け１０ごとに調節できるような位置に設けられてもよいし、栽培棚７００に設けられた全ての水受け１０の給水および排水を一括制御可能な位置に設けられてもよい。

さらに、多段式の栽培装置１００の場合、照明器具６０は、上枠７３だけでなく、着生植物４の上方に位置する棚７１の下面にも取り付けられる。これにより、着生植物４に向けて光を照射することができ、複数の棚７１を備える場合であっても、下方に位置する着生植物４の生長に必要な光源を確保することができる。

温室内にて照明器具６０を用いた栽培をする場合、照明器具６０からの発熱により、室温が必要以上に上昇する。この場合、冷房装置を用いて屋内を冷やす必要がある。冷房装置を使用すると、その除湿作用により屋内の湿度が低下するため、ミニ胡蝶蘭などの着生植物４の生育に悪影響を及ぼす。本実施の形態の栽培装置１は、給水時以外でも水受け１０の突出部５０の高さ以下の液面高さまで水を溜めることができる。そのため、冷房装置を使用しても温室内の湿度を保つことができ、着生植物４の生育環境を良好に保つことができる。

（栽培方法について）
次に、図６，７を参照して、栽培装置１を用いた着生植物４の栽培方法について説明する。図６は、本実施の形態に係る栽培装置１の栽培方法を示すフローチャートであり、図７は、本実施の形態における給水および排水時の水の水位を示す説明図であり、（ａ）は第１水位を示し、（ｂ）は第２水位を示し、（ｃ）は全排水した場合を示している。以下の栽培方法は、手動で行われる。

まず、着生植物４を収容したトレイ４１を、水受け１０の底面１１から浮かせた状態で支持するように突出部５０に設置する（ステップＳ（以下「Ｓ」と略す）１）。具体的には、ポット４３をトレイ４１の凹部４６に収容し、トレイ４１を水受け１０の突出部５０上に置く。トレイ４１に収容されたポット４３内の培地４５にセンサ８０を挿入し、培地４５の含水率を測定する。培地４５の含水率が所定の下限閾値、すなわち１０％以下の場合（Ｓ２）、給水弁２１を開放し、給水を開始する（Ｓ４）。なお、トレイ４１を設置した直後は、水受け１０の水を全て排水する工程（Ｓ３）は、省略可能とする。

給水開始後、図７（ａ）に示す第１水位Ｄ１の位置まで水位が上昇したか否かを判断する（Ｓ５）。この場合、第１水位Ｄ１の高さは、ポット４３の高さの約７分目程度であるが、培地４５に水が浸透する程度であればよい。第１水位Ｄ１の測定は、典型的には人による水位の目視で行われるが、たとえば水受け１０内の水位をフロートセンサで測定、水受け１０内の水量を重量センサで測定、給水路２０からの給水量を流量計で測定、給水時間をタイマで制御、など種々の方法で行われる。第１水位Ｄ１に満たない場合（Ｓ５にてＮＯ）、給水を継続する。給水した水が第１水位Ｄ１に到達した場合（Ｓ５にてＹＥＳ）、給水を停止する（Ｓ６）。数分から数時間、水を第１水位Ｄ１まで溜めた状態で放置し、培地４５に水を浸透させる。

数分から数時間放置した後、センサ８０で培地４５の含水率を測定する。培地４５の含水率が所定の上限閾値、すなわち２５％以上の場合（Ｓ７）、排水弁３１を開放し、排水を開始する（Ｓ８）。排水開始後、図７（ｂ）に示す第２水位Ｄ２の位置まで水位が低下したか否かを判断する（Ｓ９）。第２水位Ｄ２の高さは、トレイ４１の底部４２よりも下方かつ水受け１０の底面１１よりも上方である。つまり、第２水位Ｄ２の高さは、培地４５と水とが接しない高さである。第２水位Ｄ２よりも高い水位の場合（Ｓ９にてＮＯ）、排水は継続する。第２水位Ｄ２まで水位が低下した場合（Ｓ９にてＹＥＳ）、排水は停止する（Ｓ１０）。排水された水は、衛生面を向上する観点から、再利用されずに全て廃棄される。なお、第２水位Ｄ２の測定は、上述した第１水位Ｄ１の測定方法と同じである。

第２水位Ｄ２まで水を溜めた状態で、約１週間～２週間程度放置する。その後、再びセンサ８０で培地４５の含水率を測定する。培地４５の含水率が１０％以下の場合（Ｓ２）、図７（ｃ）に示すように、第２水位Ｄ２まで溜めていた水を全て排水する（Ｓ３）。排水後、再び給水を開始し（Ｓ４）、以後同様の作業が行われる。上記作業は、着生植物４が出荷可能な状態へ生長するまで繰り返される。

以上、手動で行う栽培方法について説明したが、制御装置からの信号により自動で行ってもよい。

上記工程が自動で行われる場合、給水弁制御部および排水弁制御部が用いられる。給水弁制御部は、Ｓ２にてセンサ８０で測定された培地４５の含水率が１０％を検出したことに応じて、給水弁２１を開放する（給水弁開放工程）。給水弁制御部は、第１水位Ｄ１の位置まで水位が上昇したことを検出すると（Ｓ５にてＹＥＳ）、給水弁２１を閉鎖する。

さらに、排水制御部は、Ｓ７にてセンサ８０で測定された培地４５の含水率が２５％を検出したことに応じて、排水弁３１を開放する（排水弁開放工程）。排水弁制御部は、第２水位Ｄ２の位置まで水位が低下したことを検出すると（Ｓ９にてＹＥＳ）、排水弁３１を閉鎖する。

このように、底面灌水方式で第１水位Ｄ１まで水を溜めることで、水受け１０内のトレイ４１に収容される着生植物４に均等に水を供給することができ、一度の給水作業で水受け１０内の全ての着生植物４に水を供給することができる。このため、給水作業に要する手間を省くことができる。このような栽培方法のため、健常者はもちろんのこと、高齢者や障がい者であっても栽培作業に従事することが可能となる。

本実施の形態における栽培方法によれば、着生植物４に水を供給しない場合でも第２水位Ｄ２に水を維持する。これにより、温室内において着生植物４の生長に最適な湿度環境を保つことができる。また、給水時以外は着生植物４の根が水に浸漬しないため、根腐れを防止することができ、着生植物４の生育を促進することができる。このような生育環境のため、生産性および歩留まりを向上することができる。

さらに、本実施の形態の栽培方法は、２回目以降の給水を行う前に、第２水位Ｄ２まで溜めていた水を一度全て排水する。これにより、栽培装置１の衛生環境を保つことができ、着生植物４全体に病原菌が拡散することを防ぐことができる。

（含水率の上限閾値および下限閾値について）
ここで、培地４５の含水率の上限閾値および下限閾値を算出した実験について説明する。図４に示すように、着生植物４を収容するポット４３内の培地４５に挿入したセンサ８０で培地４５の含水率を測定した。

この実験で用いたセンサ８０は、土壌水分計（株式会社セラク社製、みどりボックスに付属の土壌水分センサ）およびｐＦメータ（大起理化工業株式会社製、ＤＩＫ－８３４３）である。土壌水分センサの含水率を２分間隔で測定し、その日毎の平均を記録した。同時に、ｐＦメータの含水量も測定し、記録した。ｐＦメータの値は、ｐＦ１．７未満が湿潤状態を表し、ｐＦ１．７～２．３が乾燥状態でも湿潤状態でもない中間状態を表し、ｐＦ２．３を超えた場合が乾燥状態を表している。経過日数と培地４５の含水率との相関関係を把握した。図８は、培地４５の含水率を日毎に示したグラフである。

図８に示すように、５日目では、土壌水分センサで測定した培地４５の含水率が１０％を示し、この場合のｐＦメータの値がｐＦ２．３以上を示した。ｐＦメータの値がｐＦ２．３以上の場合は乾燥状態を表しているため、土壌水分センサで測定した含水率が１０％以下の場合は乾燥状態であることがわかった。この場合に給水を行うこととした。

給水後、同日中に排水を行った。排水後、６日目では、土壌水分センサで測定した培地４５の含水率は３０％まで上昇し、７日目では培地４５の含水率はさらに４５％まで上昇した。８日目からは、培地４５の含水率は緩やかに低下した。培地４５の含水率が３０％の場合、ｐＦメータの値はｐＦ１．７未満を示した。ｐＦメータの値がｐＦ１．７未満の場合は、湿潤状態を示しているため、培地４５の含水率が３０％以上の場合は湿潤状態であることがわかった。この後、培地４５の含水率は８～２０日目にかけて緩やかに低下し、乾燥状態へと戻った。

また、５日目と６日目の間では、培地４５の含水率は２５％を示し、この場合のｐＦメータの値はｐＦ１．７を示した。上述のように、ｐＦメータの値がｐＦ１．７の場合は中間状態を表しているため、培地４５の含水率が２５％以上の場合は湿潤状態であることがわかった。以上より、土壌水分センサで測定した培地４５の含水率が２５～４５％であれば、湿潤状態であることがわかった。上記条件で給水および排水を繰り返したところ、根腐れを起こす株もなく、着生植物４の開花が確認できた。以上の実験から、土壌水分センサで測定した培地４５の含水率の上限閾値は２５％であり、下限閾値は１０％であることがわかった。

（照明器具の照明条件について）
次に、開花に適した照明条件を調べる実験について説明する。複数の照明条件Ａ～Ｅの試験区を設定し、各試験区における着生植物４の開花割合を確認した。後述する表１は、各照明条件Ａ～Ｅにおける平均光合成光量子束密度（ＰＰＦＤ、単位はμｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）、ＲＧＢ比および色温度（Ｋ）を示す表である。

着生植物４としてミニ胡蝶蘭を使用した。ミニ胡蝶蘭は、低温処理によって花芽が５ｃｍ程度形成されたものを使用した。また、ミニ胡蝶蘭は直径６ｃｍのポット４３に収容され、ポット４３はトレイ４１に収容され、トレイ４１は水受け１０に収容されているものとする。各試験区において、ミニ胡蝶蘭を７株ずつ用意した。

照明器具６０は、長尺状のＬＥＤを使用した。具体的には、ＮＥＸＬＩＧＨＴＢＡＲ／Ｒ（有限会社豊川温室社製）およびｔｅｃｏｌｅｄＧ（東神電気株式会社製）の２種類のＬＥＤを使用した。なお、ＮＥＸＬＩＧＨＴＢＡＲ／Ｒは、赤色および白色ＬＥＤであり、ｔｅｃｏｌｅｄＧは、白色ＬＥＤである。これらの照明器具６０を用いて、下記表１に示すように照明条件Ａ～Ｅを設定した。照明条件Ａ～Ｅについて、平均ＰＰＦＤ値（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）、ＲＧＢ比および色温度（Ｋ）を測定した。平均ＰＰＦＤ値（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）およびＲＧＢ比は、ＲＧＢ光量子計Ｍｏｄｅｌ－１０１ＥＧ（株式会社日本医化器械製作所社製）を使用し、ＬＥＤ照射面から３００ｍｍ離れた位置で測定した。色温度（Ｋ）と分光分布は、演色照度計ＣＬ－７０Ｆ（株式会社コニカミノルタ社製）で測定した。

表１を参照して、ＮＥＸＬＩＧＨＴＢＡＲ／Ｒを２本用いた場合を、照明条件Ａとした。照明条件Ａでは、平均ＰＰＦＤ値が１６０．８（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）、ＲＧＢ比が８１：１１：８、色温度が１９９７Ｋであった。

ＮＥＸＬＩＧＨＴＢＡＲ／Ｒを１本、ｔｅｃｏｌｅｄＧを２本用いた場合を、照明条件Ｂとした。照明条件Ｂでは、平均ＰＰＦＤ値が１６０．６（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）、ＲＧＢ比が６２：２４：１４、色温度が３５６２Ｋであった。

ｔｅｃｏｌｅｄＧを４本用いた場合を、照明条件Ｃとした。照明条件Ｃでは、平均ＰＰＦＤ値が１４９．４（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）、ＲＧＢ比が４０：３９：２１、色温度が５１５９Ｋであった。

ＮＥＸＬＩＧＨＴＢＡＲ／Ｒを１本用いた場合を、照明条件Ｄとした。照明条件Ｄでは、平均ＰＰＦＤ値が９２．２（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）、ＲＧＢ比が８１：１１：８、色温度が１９７９Ｋであった。

ＮＥＸＬＩＧＨＴＢＡＲ／Ｒを３本用いた場合を、照明条件Ｅとした。照明条件Ｅでは、平均ＰＰＦＤ値が２１９．７（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）、ＲＧＢ比が８１：１１：８、色温度が１９７５Ｋであった。

図９は、各照明条件における分光分布図であり、（ａ）は照明条件Ａ、（ｂ）は照明条件Ｂ、（ｃ）は照明条件Ｃ、（ｄ）は照明条件Ｄ、（ｅ）は照明条件Ｅの分光分布図を表している。図９を参照して、Ｘ軸は波長（ｎｍ）を表し、Ｙ軸は相対値を表している。一般的に、３８０ｎｍ～４３０ｎｍが紫色、４３０ｎｍ～４６０ｎｍが藍色、４６０ｎｍ～５００ｎｍが青色、５００ｎｍ～５７０ｎｍが緑色、５７０ｎｍ～５９０ｎｍが黄色、５９０ｎｍ～６１０ｎｍが橙色、６１０～７５０ｎｍが赤色の光の波長を表している。吸収スペクトルの波形によって何色の光が含まれているのかがわかり、この光の色を定量的に数値化したものが色温度（Ｋ）である。たとえば、白色光であれば青色、緑色、赤色が万遍なく含まれる連続スペクトルを示し、色温度は約５０００Ｋとなる。

上述のように、図９（ａ），（ｄ），（ｅ）は、照明条件Ａ，Ｄ，Ｅの分光分布図である。照明条件Ａ，Ｄ，Ｅは、赤色および白色ＬＥＤのＮＥＸＬＩＧＨＴＢＡＲ／Ｒのみを光源としている。図９（ａ），（ｄ），（ｅ）に示すように、照明条件Ａ，Ｄ，Ｅは、白色ＬＥＤに特有の連続スペクトルも含まれるものの、いずれも特に６６０ｎｍに吸収極大を有することから、赤色を主とする朝日や夕日程度の照明条件であることがわかった。これにより、照明条件Ａ，Ｄ，Ｅの色温度は、いずれも約１９７０～２０００Ｋであることがわかった。

図９（ｂ）は、照明条件Ｂの分光分布図である。照明条件Ｂは、赤色および白色ＬＥＤのＮＥＸＬＩＧＨＴＢＡＲ／Ｒと白色ＬＥＤのｔｅｃｏｌｅｄＧを光源としている。照明条件Ｂ（図９（ｂ））は、赤色を主とする吸収を有しながらも青色、緑色も万遍なく含まれる連続スペクトルを示すことから、温白色程度の照明条件であることがわかった。これにより、照明条件Ｂの色温度は約３５００Ｋであることがわかった。

図９（ｃ）は、照明条件Ｃの分光分布図である。照明条件Ｃは、白色ＬＥＤのｔｅｃｏｌｅｄＧのみを光源としている。照明条件Ｃ（図９（ｃ））は、特に長波長領域の吸収が少なく、青色、緑色、赤色が万遍なく含まれる連続スペクトルを示すことから、白色を主とする昼白色程度の照明条件であることがわかった。これにより、照明条件Ｃの色温度は約５０００Ｋであることがわかった。

これらの照明条件Ａ～Ｅのうち、色温度（Ｋ）の異なる照明条件Ａ，Ｂ，Ｃを用いて、開花に適した照明条件を調べる実験を行った。図１０は、胡蝶蘭を６０日間栽培した場合の開花率（％）を比較したグラフであり、（ａ）は色温度（Ｋ）の異なる照明条件Ａ，Ｂ，Ｃで栽培した場合のグラフであり、（ｂ）は平均ＰＰＦＤ値の異なる照明条件Ａ，Ｄ，Ｅで栽培した場合のグラフである。なお、図１０（ａ），（ｂ）において、３０日以前の記載については、図示を省略した。

図１０（ａ）に示すように、照明条件Ａ，Ｂ，Ｃの試験区は、いずれの場合も４９日目まで開花せず、４９日経過後から徐々に開花し始めた。さらに、６０日目に開花率が５７．１％～１００．０％となることがわかった。具体的には、６０日目に照明条件Ａの場合は開花率１００％、照明条件Ｂの場合は開花率８５．７％、照明条件Ｃの場合は開花率５７．１％であった。すなわち、色温度（Ｋ）により開花率が変化することがわかり、ミニ胡蝶蘭の開花に適した色温度（Ｋ）は、約２０００Ｋ～５２００Ｋであることがわかった。

また、照明条件Ａ～Ｅのうち、平均ＰＰＦＤ値（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）の異なる照明条件Ａ，Ｄ，Ｅを用いて、開花に適した照明条件を調べる実験を行った。図１０（ｂ）に示すように、照明条件Ａ，Ｄ，Ｅの試験区は、いずれの場合も４９日目まで開花せず、４９日経過後から徐々に開花し始めた。さらに、６０日目に開花率が７１．４％～１００．０％となることがわかった。具体的には、６０日目に照明条件Ａの場合は開花率１００．０％、照明条件Ｄの場合は開花率８５．７％、照明条件Ｅの場合は開花率５７．１％であった。すなわち、平均ＰＰＦＤ値（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）により開花率が変化することがわかり、ミニ胡蝶蘭の開花に適した平均ＰＰＦＤ値（μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）は、約９０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ～２２０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓであることがわかった。

なお、本実施の形態における高位置支持手段は、水受け１０の底面１１に設けられた突出部５０に限られない。高位置支持手段として、トレイ４１などの収容容器４０の底部４２に脚部を設けてもよい。この場合、脚部の高さ位置は、水受け１０の立壁１２の高さよりも低く、水受け１０の底面１１よりも浮いた位置となる。

また、本実施の形態では照明器具６０を設けていたが、照明器具６０は備えていなくてもよい。すなわち、本実施の形態に係る栽培装置１で栽培される着生植物４は、太陽光を光源として栽培されてもよい。また、着生植物４は、温室内のうち一部にのみ照明器具６０を設け、補助的に使用することで栽培されてもよい。

さらに、上記実施の形態において、給水する前に水受け１０の第２水位Ｄ２まで溜めた水を全て排水するとしたが、この工程は必須ではない。すなわち、水受け１０の第２水位Ｄ２まで溜めていた水を排水せずに、給水を行うこととしてもよい。

また、本実施の形態に係る栽培装置１で用いた水は、再利用はせずに排水するとしたが、水受け１０に供給される水は再利用水であってもよい。

本実施の形態に係る栽培装置１は、着生植物４の培地４５の含水率を測定するセンサ８０で測定された含水率に応じて給水および排水を行うこととしたが、これに限定されない。たとえば、センサ８０を用いずに、培地４５の状態を目視により、あるいは手で触ることにより確認することで給水および排水を行ってもよい。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１栽培装置、４着生植物、１０水受け、１１底面、１２立壁、２０給水路、２１給水弁、２２給水口、３０排水路、３１排水弁、３２排水口、４０収容容器、４１トレイ、４２，４４底部、４３ポット、４５培地、４６凹部、５０突出部、６０照明器具、７０栽培棚、７１棚、７２柱、７３上枠、８０センサ、１００栽培装置、７００栽培棚。

Claims

建物内に設置される着生植物の栽培装置であって、
複数段の棚を有する栽培棚と、
前記複数段の棚のそれぞれに設けられ、底面を有する水受けと、
前記各水受けに水を供給する給水路と、
前記給水路の開閉を、前記水受け毎に調節することのできる給水弁と、
前記各水受けに溜まった水を排水する排水路と、
前記排水路の開閉を、前記水受け毎に調節することのできる排水弁と、
前記着生植物を収容し底部に水を通す穴を有する収容容器を、前記水受けの底面から上方に浮かせた状態で支持する高位置支持手段と、
前記着生植物の上方に位置し、前記着生植物に向けて光を照射する照明器具と、
前記着生植物の培地の含水率を測定するセンサと、
前記センサで測定された含水率が所定の下限閾値以下になった場合に、前記給水弁を開くように制御する給水弁制御部と、
前記センサで測定された含水率が所定の上限閾値以上になった場合に、前記排水弁を開くように制御する排水弁制御部とを備え、
前記底面のうち、前記高位置支持手段以外の部分は水を溜めるための領域である、栽培装置。
前記水受けは、前記底面を取り囲む立壁をさらに有し、
前記立壁の高さは、前記高位置支持手段に支持された前記収容容器の底部よりも高い、請求項１に記載の栽培装置。
前記高位置支持手段は、前記水受けの底面に設けられ、前記水受けの底面から上方に突出する突出部である、請求項１または２に記載の栽培装置。
建物内において、複数段の棚を有する栽培棚で栽培する着生植物の栽培方法であって、
前記複数段の棚のそれぞれに設けられた各水受けの底面から浮かせた状態で前記着生植物を支持する工程と、
前記着生植物を収容する収容容器内の培地の含水率をセンサで測定する工程と、
前記センサで測定された含水率が所定の下限閾値以下になった場合に、給水路から水を前記水受けに供給し、前記水受けに溜まった水の液面高さが前記収容容器の底部よりも上方にくるように給水する工程と、
前記センサで測定された含水率が所定の上限閾値以上になった場合に、前記水受けに溜まった水を排水路へ排水し、前記水受けに溜まった水の液面高さが前記収容容器の底部よりも下方、かつ、前記水受けの底面よりも上方に維持されるように、前記水受けに溜まった水を排水する工程とを備える、栽培方法。
前記センサで測定された含水率が所定の下限閾値を検出したことに応じて給水弁を開放する給水弁開放工程と、
前記センサで測定された含水率が所定の上限閾値を検出したことに応じて排水弁を開放する排水弁開放工程とをさらに備える、請求項４に記載の栽培方法。