JP7135341B2 - Plant growth system and plant growth method - Google Patents
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Description
本発明は、ワサビ等の植物の育成に関する植物生育システム及び植物生育方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plant growing system and a plant growing method for growing plants such as wasabi.
今日、多様な植物の水耕栽培が検討されている。例えば、ワサビについても水耕栽培する技術が検討されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1には、ワサビの生育には、養分が少ない培地を使用し、12℃~15℃の水温の培養水を用いる等の条件を満たす必要があることが記載されている。
Today, hydroponics of various plants are being considered. For example, techniques for hydroponically cultivating wasabi are also being studied (see
この文献に記載されているように、ワサビ等の植物は、低温、貧栄養、弱光条件でないと生育できないと考えられていた。このため、人工栽培する場合には、培養液の冷却を行なっており、その負担が大きかった。 As described in this document, it was believed that plants such as wasabi could only grow under conditions of low temperature, poor nutrition, and low light. For this reason, when artificially cultivating, the culture solution must be cooled, which is a heavy burden.
上記課題を解決する植物生育システムは、植物の根茎を培養液に浸漬させて植物を生育する植物生育システムであって、前記植物が植えられる栽培床に培養液を供給する供給部と、前記培養液を排出する排出部とを備え、前記供給部により、前記栽培床に滞留する培養液の液面に乱流が生じるように培養液を供給し、前記乱流が生じる液面の領域に、前記根茎を配置する。ここにおける根茎には、地下茎だけでなく、地中にある根や茎を含む。 A plant growth system for solving the above problems is a plant growth system for growing plants by immersing plant rhizomes in a culture solution, comprising: a supply unit for supplying a culture solution to a cultivation bed on which the plant is planted; a discharge unit that discharges a liquid, the supply unit supplies the culture solution so that turbulence is generated on the liquid surface of the culture solution stagnating in the cultivation bed, and the liquid surface region where the turbulence is generated: Arrange the rhizome. The rhizomes here include not only underground stems but also roots and stems in the ground.
本発明によれば、植物を低コストで良好に生育させることができる。 According to the present invention, plants can be grown satisfactorily at low cost.
以下、図1~図3を用いて、植物生育システム及び植物生育方法を具体化した一実施形態について説明する。本実施形態では、植物としてワサビを生育する場合を想定する。
まず、図1を用いて、植物生育システムとしての植物栽培施設10について説明する。植物栽培施設10は、外界から隔離されており、通用口を開放した場合に出入りできる閉空間で構成されている。
An embodiment embodying a plant growing system and a plant growing method will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. In this embodiment, it is assumed that wasabi is grown as a plant.
First, a
植物栽培施設10には、ワサビW1が植えられた栽培床50が配置されている。栽培床50は、循環される培養液を滞留する滞留部51を備える。この栽培床50の詳細については後述する。
The
栽培床50の上方には、複数の光源15が配置されている。光源15は、ワサビW1に、日照として人工光を照射する人工光照明装置である。この光源15は、光量子量を調整可能な光源である。本実施形態では、光源15として、蛍光灯型LED(発光ダイオード)を用いる。なお、ここで、光量子量は、PPFD(光合成光量子束密度、単位:μmol・m-2・s-1)を用いて表す。
A plurality of
植物栽培施設10には、温度検出部21及び空調装置22が設けられ、室温制御部42に接続されている。温度検出部21は、植物栽培施設10内の室内温度(室温)を検出し、室温制御部42に室温情報を提供する。空調装置22は、室温制御部42の指示に基づいて、植物栽培施設10内を設定温度に調整する。
A
更に、植物栽培施設10には、ガス濃度検出部23が設けられ、CO2制御部43に接続されている。このガス濃度検出部23は、植物栽培施設10内の二酸化炭素(CO2)濃度を検出し、CO2制御部43にCO2濃度情報を供給する。
Furthermore, the
植物栽培施設10には、オフィス(図示せず)の排気を室内に供給する炭酸ガス供給部25が接続されている。この炭酸ガス供給部25は、気体供給ポンプ27及び気体供給バルブ28が取り付けられている気体供給管26を備えている。気体供給ポンプ27は、オフィスの排気(炭酸ガス)を植物栽培施設10の空間に圧送する。この排気には、比較的濃い濃度の二酸化炭素(CO2)が含まれている。気体供給バルブ28は、オフィスからの排気の供給量を調整する。そして、CO2制御部43からの指示に基づいて、気体供給ポンプ27が稼働されると、オフィスからの排気が植物栽培施設10に供給される。
The
また、植物栽培施設10の滞留部51には、貯蔵部30の培養液が供給管31を介して供給される。この供給管31には、培養液を滞留部51に供給するための供給ポンプ33が設けられている。
Moreover, the culture solution in the
また、滞留部51の内部には、排出管32の流入口が配置されている。この排出管32は、貯蔵部30に接続されている。排出管32には、滞留部51から貯蔵部30に培養液を還流させるための排出ポンプ34が設けられている。本実施形態では、排出ポンプ34として、供給ポンプ33よりも吐出量が多いポンプを用いる。
An inlet of the
貯蔵部30は、滞留部51から還流された培養液を蓄積し、液温調整部30a及び養分調整部30bを備えている。液温調整部30aは、液温検出部及び熱交換器を備えている。液温検出部は、培養液の温度を検出する。熱交換器は、培養液を加熱又は冷却する。養分調整部30bは、培養液管理部44に接続された養分検出部及び濃度調整部を備えている。養分検出部は、養分濃度(肥料濃度)を検出し、養分濃度情報を培養液管理部44に供給する。濃度調整部は、培養液管理部44からの指示に応じて必要な養分を、培養液に追加する。
The
植物栽培施設10内の生育環境は、制御ユニット40によって制御される。
制御ユニット40は、CPU、RAM及びROM等のメモリ等を備えた制御手段である。制御ユニット40は、光源制御部41、室温制御部42、CO2制御部43、培養液管理部44及びシステムタイマを備えている。
A growing environment in the
The
光源制御部41は、光源15のオンオフ制御や光量子量の可変制御を行なう。光源制御部41には、植物に照射する光源15の制御を行なう日照制御データが記憶されている。この日照制御データには、1日の日長時間に応じた光量子量に関する日照制御パターンが含まれている。日長時間とは、その1日における明期の時間である。日照制御パターンには、パターン周期時間を24時間として、日中の太陽光の日射パターンと同様に光量子量を調整するパターンが設定されている。
The light
光源制御部41は、日長時間に応じた日照制御データを用いて、光源15に対してオンオフや光量子の可変制御の指示を行なう。
室温制御部42は、温度検出部21が検出した植物栽培施設10の室温に基づいて、植物栽培施設10内の室温が設定温度(20℃~22℃)になるように空調装置22を制御する。
The light
The room
CO2制御部43は、植物栽培施設10内の二酸化炭素濃度が設定濃度となるように、炭酸ガス供給部25を制御する。この場合、CO2制御部43は、ガス濃度検出部23が検出した植物栽培施設10のCO2濃度に基づいて、オフィス排気の供給量を制御する。
The
培養液管理部44は、貯蔵部30において貯蔵された培養液の温度、養分濃度及び供給量を管理する。培養液管理部44は、液温調整部30aから取得した液温情報に基づいて、培養液が所定の設定温度になるように、液温調整部30aの熱交換器を制御する。本実施形態においては、液温調整部30aにおける設定温度として、20℃~22℃に設定される。また、培養液管理部44は、培養液の養分濃度が所定値になるように、養分調整部30bから取得した養分濃度情報に応じて、濃度調整部を制御する。
The culture
更に、培養液管理部44は、供給ポンプ33及び排出ポンプ34の駆動を制御する。本実施形態では、培養液管理部44は、供給ポンプ33を常に駆動させて、一定の流速(例えば20cm/s程度)で、培養液を滞留部51に供給する。一方、培養液管理部44は、排出ポンプ34を間欠的に駆動させる。排出ポンプ34は、供給ポンプ33よりも吐出量が大きいため、滞留部51から培養液を排出する。これにより、培養液の液面は降下する。具体的には、培養液管理部44は、滞留部51に供給された培養液が、後述する培地収容部55の上端部に到達するタイミングで、排出ポンプ34を駆動する。そして、培養液管理部44は、排出ポンプ34の駆動開始から、培養液の液面が培地収容部55の底面に到達するまでの時間、排出ポンプ34の駆動を継続し、液面が底面より低くなった場合、排出ポンプ34の駆動を停止する。
Furthermore, the culture
<栽培床の構成>
次に、図2を用いて、栽培床50の詳細について、説明する。
栽培床50の滞留部51内には、複数の載置台52が収納されている。この載置台52の上には、培地収容部55が固定されている。培地収容部55は、上面が開口された箱形状を有している。培地収容部55の側面及び底面には、多数の貫通孔55aが形成されている。なお、培地収容部55の上端部は、滞留部51の上端部よりも低くなっており、培地収容部55が滞留部51に内包されるように構成されている。
<Composition of cultivation bed>
Next, the details of the
A plurality of mounting tables 52 are accommodated in the
培地収容部55の側面や底面には、水を通す不織布(図示せず)が貼り付けられており、この不織布の内部には、多数の粒状体56が収納されている。この粒状体56により人工培地が構成される。この粒状体56は、直径約1mm、長さ2mm程度の円柱形状をした土色(例えば茶色)の合成樹脂で構成されている。そして、この粒状体56によって構成された人工培地の中にワサビW1が植えられる。
A water-permeable nonwoven fabric (not shown) is attached to the side and bottom surfaces of the culture
更に、培地収容部55の中央の上方(数cm)には、供給管31の吐出口31aを配置する。本実施形態では、この吐出口31aからの培養液が、ワサビW1の根茎R1に掛かるように、供給管31の吐出口31aの位置又はワサビW1の定植位置を調整する。
また、滞留部51内で、培地収容部55の外側には、排出管32の先端部が、滞留部51の底部近傍に配置されている。
Furthermore, above the center of the culture medium container 55 (several cm), the
Further, inside the retaining
<植物生育方法>
図1~図3を用いて、上述した構成の植物栽培施設を用いた植物生育方法を説明する。
<Plant growth method>
A plant growing method using the plant cultivation facility having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
制御ユニット40は、植物栽培施設10内の室温(室内温度)を設定温度及びCO2濃度、栽培床50に供給する培養液の温度、養分濃度、光源15の光量及び日長時間を一定に管理している。本実施形態では、室内温度及び培養液の温度は20℃~22℃に管理する。また、制御ユニット40は、光源の光量(PPFD)65μmol・m-2・s-1、日長時間を14時間、CO2濃度を700~900ppmに管理する。
The
そして、制御ユニット40は、貯蔵部30の供給ポンプ33を稼働して、供給管31から一定流量の培養液を栽培床50に供給する。この場合、供給管31の吐出口31aから吐出される培養液は、ワサビW1の根茎R1に掛かり、滞留部51に蓄積される。この培養液の供給により、根茎R1が浸漬している部分で乱流が生じる。
Then, the
図3(a)~(c)に示すように、滞留部51に滞留する培養液の増加に伴って滞留部51の液面が徐々に上昇する(下向き矢印)。
その後、制御ユニット40は、排出ポンプ34を駆動して、滞留部51内の培養液を貯蔵部30に排出する。この場合には、上向き矢印のように、滞留部51の液面は、徐々に降下する。そして、培地収容部55内のワサビW1の根茎R1が培養液から露出する。
As shown in FIGS. 3(a) to 3(c), the liquid level of the retaining
After that, the
そして、制御ユニット40は、排出ポンプ34の駆動を停止する。この場合、再び、供給ポンプ33によって供給された培養液により、滞留した培養液の液面が上昇する。以上の処理を繰り返して、ワサビを生育する。
The
上述した生育方法は、以下の実験から得られた知見に基づくものである。
光量(PPFD)を65μmol・m-2・s-1、日長時間を12時間、CO2濃度を700~900ppmで育成した。ここで、培養液を植物に掛けて乱流を発生させた場合、温度環境として室温及び培養液の温度を20℃~22℃の条件とし、養液濃度と光環境を適切に制御することで、ワサビの生育が可能であることが確認されている。上記条件下において、乱流を発生させていない液面に浸漬して生育した場合に比べて、ワサビの根腐れを抑制できた。
The growth method described above is based on knowledge obtained from the following experiments.
The plants were grown at a light intensity (PPFD) of 65 μmol·m −2 ·s −1 , a day length of 12 hours, and a CO2 concentration of 700 to 900 ppm. Here, when the culture solution is applied to the plant to generate turbulence, the temperature environment is set at room temperature and the temperature of the culture solution at 20 ° C to 22 ° C, and the nutrient solution concentration and light environment are appropriately controlled. , it has been confirmed that it is possible to grow wasabi. Under the above conditions, root rot of wasabi could be suppressed as compared to the case where wasabi was grown by being immersed in a liquid surface in which turbulence was not generated.
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)本実施形態では、培養液がワサビW1の根茎R1にかかるように、供給管31の吐出口31aを配置する。根茎R1が配置される培養液の液面に乱流が発生し、この液流によって、根茎R1の近傍の培養液に酸素が取り込まれ、その培養液の溶存酸素量を増やすことができる。従って、冷却によって培養液中の溶存酸素量を増加させなくてもよいので、従来よりも高い温度の培養液を用いて、低コストでワサビW1の早期生育を効率的に行なうことができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In this embodiment, the
(2)本実施形態では、制御ユニット40は、供給ポンプ33及び排出ポンプ34を駆動して、滞留部51における培養液の液面を上下させて、ワサビW1の根茎R1を培養液の液中から引き上げる。これにより、培養液の液面が降下した場合には、供給管31から供給される培養液の落差により、乱流を起こし易くすることができる。また、根茎R1を培養液の液中から引き上げることにより、定期的に、根茎R1を乾燥させて、根腐れを抑制することができる。
(2) In the present embodiment, the
(3)本実施形態では、ワサビW1は、合成樹脂で構成された多数の粒状体56によって構成された人工培地に植えられている。これにより、土を培地として用いた場合に比べて、病害を抑制することができる。
(3) In this embodiment, the wasabi W1 is planted in an artificial medium composed of a large number of
(4)本実施形態では、制御ユニット40は、植物栽培施設10内の室温を設定温度及びCO2濃度、栽培床50に供給する培養液の温度、養分濃度、光源15の光量及び日長時間を管理している。このため、ワサビW1の早期生育に適した環境を維持することができる。
(4) In the present embodiment, the
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、培養液が、ワサビW1の根茎R1に掛かり、培養液の液面に乱流を発生させるように、供給管の吐出口31aを、培地収容部55の上方に配置した。培養液の液面に乱流を発生させるための構造は、供給管31の吐出口31aの位置に限られない。例えば、ワサビW1の近傍に、岩や段差、水車等の障害物を配置し、この障害物で培養液の流れを乱し、乱流を発生させてもよい。
This embodiment can be implemented with the following modifications. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
In the above-described embodiment, the
・上記実施形態においては、ワサビW1を植えた人工培地を、合成樹脂製の円柱形状の多数の粒状体56によって構成した。人工培地に用いる粒状体56は、これに限られない。例えば、球体形状や半球体形状の粒状体を用いてもよいし、複数種類の粒状体を用いてもよい。
例えば、図4に示すように、小さい粒状体65を大きい粒状体66の上に配置してもよい。これにより、円滑に培養液を流すとともに、植物を安定して保持できる。
In the above-described embodiment, the artificial culture medium in which the wasabi W1 was planted was composed of a large number of columnar
For example,
・上記実施形態においては、供給ポンプ33、排出ポンプ34を制御して、滞留部51における培養液の液面の高さを変更する。液面の高さの変更方法はこれに限定されるものではない。例えば、「鹿威し」のように、蓄積された培養液を、機械機構により定期的に滞留部51に供給する供給機構を用いてもよい。この場合、供給機構に一定速度で培養液を蓄積する。そして、蓄積量が基準量を超えた場合、重量バランスに応じて、蓄積された培養液を滞留部51に一気に供給する。この場合、次回の培養液供給までに、滞留部51から培養液がなくなるように、少しずつ培養液を排出する。これにより、機械的制御により、液面の高さを変更することができる。
- In the above-described embodiment, the height of the liquid surface of the culture solution in the retaining
・上記実施形態においては、制御ユニット40は、植物栽培施設10内の室温及びCO2濃度、栽培床50に供給する培養液の温度(液温)、光源15の光量及び日長時間を上述した値に管理する。これらの具体的な数値は、状況や生育する植物に応じて変更可能である。また、光源15のLEDのスペクトルを最適制御した人工光を照射してもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態においては、本発明を植物としてワサビW1の生育に適用した。適用対象の植物は、ワサビに限定されるものではなく、培養液において高い溶存酸素濃度が必要な植物に適用することができる。 - In the above embodiment, the present invention was applied to the growth of wasabi W1 as a plant. Plants to be applied are not limited to wasabi, and can be applied to plants that require a high dissolved oxygen concentration in the culture solution.
R1…根茎、W1…ワサビ、10…植物栽培施設、15…光源、21…温度検出部、22…空調装置、23…ガス濃度検出部、25…炭酸ガス供給部、26…気体供給管、27…気体供給ポンプ、28…気体供給バルブ、30…貯蔵部、30a…液温調整部、30b…養分調整部、31…供給管、31a…吐出口、32…排出管、33…供給ポンプ、34…排出ポンプ、40…制御ユニット、41…光源制御部、42…室温制御部、43…CO2制御部、44…培養液管理部、50…栽培床、51…滞留部、52…載置台、55…培地収容部、55a…貫通孔、56,65,66…粒状体。
R1
Claims (4)
前記植物が植えられる栽培床に培養液を供給する供給部と、
前記培養液を排出する排出部と、
前記供給部及び排出部により、前記栽培床に蓄積される液量を制御して液面の高さを変更する制御部とを備え、
前記供給部の吐出口から流れ落ちる培養液が、直接、前記植物の根茎に掛かり、前記栽培床に滞留する培養液の液面に乱流を生じさせるように、前記吐出口を前記植物の上方に配置し、
前記乱流が生じる前記液面の領域に、前記根茎を配置し、
前記制御部は、前記培養液の供給中に、前記液面の高さを降下させた後に上昇させることを繰り返すことを特徴とする植物生育システム。 A plant growth system for growing plants by immersing plant rhizomes in a culture solution,
a supply unit that supplies a culture solution to a cultivation bed on which the plant is planted;
a discharge unit for discharging the culture solution ;
A control unit that controls the amount of liquid accumulated in the cultivation bed by the supply unit and the discharge unit to change the height of the liquid surface ,
The discharge port is positioned above the plant so that the culture solution flowing down from the discharge port of the supply unit directly hangs on the rhizomes of the plant and causes turbulence on the liquid surface of the culture solution remaining in the cultivation bed . place and
placing the rhizome in the region of the liquid surface where the turbulent flow occurs ;
The plant growth system , wherein the control unit repeatedly lowers and raises the height of the liquid surface during supply of the culture solution .
前記培養液の温度を、ワサビに適した条件で制御する管理部を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の植物生育システム。 Using wasabi as the plant,
3. The plant growth system according to claim 1, further comprising a control unit that controls the temperature of the culture solution under conditions suitable for wasabi.
前記培養液の温度を管理しながら、
供給部の吐出口から流れ落ちる培養液が、直接、前記植物の根茎に掛かり、栽培床に滞留する培養液の液面に乱流を生じさせるように、前記吐出口を前記植物の上方に配置し、
前記乱流が生じる液面の領域に、前記根茎を配置し、
前記供給部及び排出部により、前記栽培床に蓄積される液量を制御して前記液面の高さを変更する制御部が、前記培養液の供給中に、前記液面の高さを降下させた後に上昇させることを繰り返すことを特徴とする植物生育方法。 A plant growing method for growing the plant by immersing the rhizome of the plant in a culture solution in a space in which the growing environment can be managed,
While controlling the temperature of the culture solution,
The discharge port is arranged above the plant so that the culture solution flowing down from the discharge port of the supply unit directly hangs on the rhizomes of the plant and causes turbulence on the liquid surface of the culture solution remaining in the cultivation bed. ,
placing the rhizome in the area of the liquid surface where the turbulent flow occurs;
A control unit that changes the height of the liquid surface by controlling the amount of liquid accumulated in the cultivation bed by the supply unit and the discharge unit lowers the height of the liquid surface during the supply of the culture solution. A method for growing a plant, characterized by repeating raising after raising .
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