JP7014996B2 - 植物の栽培施設の管理システムおよび管理方法 - Google Patents

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本発明は、植物の光合成を促進させるために二酸化炭素（ＣＯ2）供給装置を設置した植物の栽培施設の管理システムおよび管理方法に関する。
多くの植物の栽培施設には、光合成に不可欠なＣＯ2を供給するためのＣＯ2供給装置が設置されている。ＣＯ2供給装置は、植物の畝に沿って設置された管の複数の穴からＣＯ2を放出することで、栽培施設内にＣＯ2を供給している。ＣＯ2供給装置から栽培施設内にＣＯ2を供給することにより、植物の光合成が促進される。
特開２０１１－１９４３８号公報
一方で、植物の施設栽培における栽培方式の１つとして、ハイワイヤー誘引栽培がある。ハイワイヤー誘引栽培は、成長に伴って茎の誘引が必要なトマト等の栽培に用いられる。具体的には、軒高が高い施設の梁下の高い位置に地面と平行に誘引線を張り、この誘引線から誘引紐を所定間隔で垂らし、この誘引紐に植物の茎を固定することで植物を直立方向に誘引する栽培方式である。ハイワイヤー誘引栽培を行うことで、茎長が長い植物であっても植物体全体に光が当たりやすくなる。
しかし、ハイワイヤー誘引栽培が行われる植物は、成長の効率を上げるために地面に近い下部の葉が摘葉されるため、施設内の低い位置は空気が通りやすい状態になり、ＣＯ2供給装置によりＣＯ2を供給してもすぐに拡散されてしまう。そのため、植物の光合成を有効に促進させるためには大量のＣＯ2を供給して施設内全体のＣＯ2濃度を高める必要があり、コストや手間がかかるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、栽培施設内の植物の光合成を効率よく促進させるための植物の栽培施設の管理システムおよび管理方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するための本発明の植物の栽培施設の管理システムは、茎が斜め方向に誘引される複数の植物が、設定された領域を囲うように栽植された栽培施設において、前記領域内に、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、前記複数の植物から所定距離内に設置された照度センサと、前記栽培施設内に設置され、前記照度センサで検出された照度が所定値未満のときには連続で運転し、前記検出された照度が所定値以上のときには所定時間ごとの間欠運転を行うファンとを備えることを特徴とする。
また本発明の植物の栽培施設の管理方法は、茎が斜め方向に誘引される複数の植物が、設定された領域を囲うように栽植された栽培施設に設置された、前記領域内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、前記領域内を照明する補光装置と、前記複数の植物から所定距離内に設置された照度センサと、前記栽培施設内の空気を循環させるファンとに接続された制御装置が、前記照度センサで検出された照度が所定値未満であると判定すると、二酸化炭素供給装置を休止させ、前記補光装置を消灯させつつ、前記ファンを連続運転させ、前記照度センサで検出された照度が所定値以上になったと判定すると、前記二酸化炭素供給装置により前記領域内に二酸化炭素を供給させ、前記補光装置を点灯させるとともに、前記ファンを所定時間ごとの間欠運転に切り替えることを特徴とする。
本発明の栽培施設の管理システムおよび管理方法によれば、栽培施設内の植物の光合成を効率よく促進させることができる。
一実施形態による栽培施設の管理システムを搭載した栽培施設を横から見た状態を示す図である。 一実施形態による栽培施設の管理システムを搭載した栽培施設を上から見た状態を示す図である。 一実施形態による栽培施設の管理システム内の制御装置で実行される処理を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態として、トマトを栽培する施設に適用する管理システムについて図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施形態による栽培施設管理システム１を搭載した栽培施設Ｘを横から見た状態を示す図であり、図２は、上から見た状態を示す図である。
栽培施設Ｘは、内部の地面上に、所定領域Ａを囲うように並べて設置された袋培地１０１～１１４を備える。各袋培地１０１～１１４は、植物苗を栽植する土壌が長方形の袋に収容されたものである。これらの袋培地１０１～１１４の長方形の２つの長辺を上側および下側にして地面上に立てて領域Ａを囲うように設置することで、地面上に枡形状が形成される。
また、栽培施設Ｘ内の梁下の高い位置、例えば地面から200～220cm程度の高さ位置に、袋培地１０１～１１４の位置に対応するように、誘引線２０が設置される。誘引線２０には、所定間隔で複数の誘引紐３０１～３１４が固定され、下方に垂直に垂らされる。
各袋培地１０１～１１４の上面には、それぞれ２つのトマト苗１０１ａ、１０１ｂ・・・１１４ａ、１１４ｂが栽植される。栽植されたトマト苗１０１ａ～１１４ｂは、その成長に伴って、適宜異なる高さ位置で異なる誘引紐３０１～３１４に茎がクリップ止めされることで、栽植位置から地面に対して斜め４５度程度の方向に誘引される。
例えば、トマト苗１０１ａは、栽植位置からT1の高さ位置で誘引紐３０１にクリップ止めされ、T2の高さ位置で誘引紐３０２にクリップ止めされ、T3の高さ位置で誘引紐３０３にクリップ止めされることで、地面に対して４５度になるように茎が誘引される。同様にして、他のトマト苗１０１ｂ～１１４ｂもそれぞれ、成長に伴って茎が誘引される。
このように茎が斜め方向に誘引されることで、トマトのように茎が７～８ｍと長く伸びる作物であっても、３～４ｍの軒高の栽培施設で栽培することが可能になる。また、トマト苗は、ある程度の長さに成長すると地面に近い下部の老化した葉が摘葉されるが、斜め方向に誘引されることにより、地面に近い部分まで領域Ａが葉で囲われた状態になる。また、葉がついている部分に関しても、直立方向に誘引するよりも斜め方向に誘引したほうが葉が密集した状態になるめ、袋培地１０１～１１４で形成された枡形状の上部にトマト苗１０１ａ～１１４ｂの葉が壁状に形成され、さらに高さの高い枡形状になる。
また、栽培施設ＸにはＣＯ2供給装置４０が設置される。当該ＣＯ2供給装置４０には管４１が接続されており、図２に示すように、管４１が領域Ａ内を通るように地面上に設置される。この管４１には複数の穴が空けられており、ＣＯ2供給装置４０の稼動によりこれらの複数の穴から領域Ａ内にＣＯ2が供給され、トマト苗１０１ａ～１１４ｂの光合成が促進される。
また、領域Ａ内には補光装置５０が設置される。補光装置５０は、光合成に寄与する周波数の光を照射する照明装置で構成される。補光装置５０が点灯して領域Ａ内が照明されることにより、トマト苗１０１ａ～１１４ｂの光合成がさらに促進される。
また、栽培施設Ｘ内の上部にはファン６１、６２が設置される。ファン６１、６２が稼動することにより、栽培施設Ｘ内の空気が循環され、トマト苗１０１ａ～１１４ｂの光合成がさらに促進される。図１においては、栽培施設Ｘ内にファンが２台設置された状態を示しているが、この台数には限定されず、栽培施設の大きさや栽植する植物の種類等により、１台または３台以上にしてもよい。
また、栽培施設Ｘの近傍には、照度センサ７０が設置される。照度センサ７０は、日の出から日の入りまでの間、太陽光による照度を検出する。図１においては、照度センサ７０を栽培施設Ｘ内の壁面に設置した状態を示しているが、この場所には限定されず、栽培施設Ｘ内の植物体から所定距離内であれば、栽培施設Ｘの外部に設置してもよい。
また、栽培施設Ｘの外部には、上述したＣＯ2供給装置４０、補光装置５０、ファン６１、６２、および照度センサ７０に接続された制御装置８０が設置される。制御装置８０で実行される処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、日の出前であり、照度センサ７０で検出された照度値が所定値（例えば、2000lx）未満であると判定すると、ＣＯ2供給装置４０を休止させ、補光装置５０を消灯させつつ、ファン６１、６２を連続運転させる（Ｓ１）。そして、日の出時刻が経過し、照度センサ７０で検出された照度値に基づいて、太陽光による照度が所定値以上になったと判定すると（Ｓ２の「YES」）、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、ＣＯ2供給装置４０を稼動させて管４１から領域ＡへのＣＯ2供給を開始させるとともに、補光装置５０を点灯させ、ファン６１、６２を所定時間ごとの間欠運転に切り替える（Ｓ３）。ファン６１、６２の間欠運転は、例えば、１分ごとにON／OFFを切り替えることで実行される。
領域Ａ上には、上述したように枡形状の空間が形成されており、またファン６１、６２が連続運転から間欠運転に切り替えて空気の対流が抑えられるため、ＣＯ2供給装置４０から供給されたＣＯ2は拡散され難くなり、領域Ａ内はＣＯ2濃度が高い状態が保たれる。ここで、ファン６１、６２を完全に停止させて空気の対流を止めると、かえってトマト苗１０１ａ～１１４ｂの光合成が抑制されてしまう。そのため、ファン６１、６２を間欠運転に切り替えることで、光合成に必要な空気の対流を起こしつつ、過度なＣＯ2の拡散を防止することができ、供給されたＣＯ2がトマト苗１０１ａ～１１４ｂの光合成に有効に利用される。また、トマト苗１０１ａ～１１４ｂは、上述したように斜め誘引により葉が密集するように栽植されているため領域Ａの内側の葉には太陽光が当たり難くなるが、補光装置５０が点灯することで照度が補われ、光合成が促進される。
そして、日の入り近くになり、照度センサ７０で検出された照度値に基づいて、太陽光による照度が所定値未満になったと判定すると（Ｓ４の「YES」）、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１に戻ると、翌日の日の出まで、ＣＯ2供給装置４０を休止させるとともに補光装置５０を消灯させ、ファン６１、６２を連続運転に切り替えて運転させる。
以上の実施形態によれば、栽培施設内でＣＯ2供給装置により供給されたＣＯ2を効率よく植物の光合成に利用させることができるため、ＣＯ2の供給量を従来よりも少なくしても植物の成長を有効に促進させることができる。また、上述した実施形態では、トマト苗で囲われた空間は空気が拡散し難くなっているため、栽培施設内の温度が高温になり側窓を開けても、供給したＣＯ2は継続して有効に光合成に利用される。
上述した実施形態において、領域Ａを東西方向よりも南北方向に長い形状で形成し、この領域Ａを囲うように袋培地１０１～１１４を並べることで、東西方向から差し込む太陽光がなるべく多くの植物体に当たるようにしてもよい。
なお、上述した実施形態においては、袋培地に栽植したトマト苗を用いる場合について説明したが、対象とする作物はトマトに限定されず、成長に伴って茎の誘引処理を行う植物であれば、当該システムの適用対象とすることが可能である。
１ 栽培施設管理システム
２０ 誘引線
４０ 二酸化炭素（ＣＯ2）供給装置
４１ 管
５０ 補光装置
６１，６１ ファン
７０ 照度センサ
８０ 制御装置
１０１～１１４ 袋培地
１０１ａ～１１４ｂ トマト苗
３０１～３１４ 誘引紐

Claims (6)

  1. 茎が斜め方向に誘引される複数の植物が、設定された領域を囲うように栽植された栽培施設の管理システムにおいて、
    前記領域内に、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、
    前記複数の植物から所定距離内に設置された照度センサと、
    前記栽培施設内に設置され、前記照度センサで検出された照度が所定値未満のときには連続で運転し、前記検出された照度が所定値以上のときには所定時間ごとの間欠運転を行うファンと
    を備えることを特徴とする植物の栽培施設の管理システム。
  2. 前記領域内を照明する補光装置をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の植物の栽培施設の管理システム。
  3. 茎が斜め方向に誘引される複数の植物が、設定された領域を囲うように栽植された栽培施設の管理システムにおいて、
    前記領域内に、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、
    前記領域内を照明する補光装置と、
    前記複数の植物から所定距離内に設置された照度センサと、
    前記栽培施設内の空気を循環させるファンと、
    前記照度センサで検出された照度が所定値未満であると判定すると、前記二酸化炭素供給装置を休止させ、前記補光装置を消灯させつつ、前記ファンを連続運転させ、前記照度センサで検出された照度が所定値以上になったと判定すると、前記二酸化炭素供給装置により前記領域内に二酸化炭素を供給させ、前記補光装置を点灯させるとともに、前記ファンを所定時間ごとの間欠運転に切り替える制御装置と
    を備えることを特徴とする植物の栽培施設の管理システム。
  4. 前記栽培施設は、長方形の袋に土壌が収容され、２つの長辺を上側および下側にして地面に立てて前記領域を囲うように複数並べられた袋培地を備え、この袋培地に前記植物が栽植されている
    ことを特徴とする請求項１～３いずれか１項に記載の植物の栽培施設の管理システム。
  5. 前記領域は、東西方向よりも南北方向に長い形状で形成される
    ことを特徴とする請求項１～４いずれか１項に記載の植物の栽培施設の管理システム。
  6. 茎が斜め方向に誘引される複数の植物が、設定された領域を囲うように栽植された栽培施設に設置された、前記領域内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置と、前記領域内を照明する補光装置と、前記複数の植物から所定距離内に設置された照度センサと、前記栽培施設内の空気を循環させるファンとに接続された制御装置が、
    前記照度センサで検出された照度が所定値未満であると判定すると、二酸化炭素供給装置を休止させ、前記補光装置を消灯させつつ、前記ファンを連続運転させ、
    前記照度センサで検出された照度が所定値以上になったと判定すると、前記二酸化炭素供給装置により前記領域内に二酸化炭素を供給させ、前記補光装置を点灯させるとともに、前記ファンを所定時間ごとの間欠運転に切り替える
    ことを特徴とする植物の栽培施設の管理方法。
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