JP2007130002A - 高品質の植物を自動栽培する小型装置、並びに、人間や水、光、及び音、電気信号、濃度勾配に反応する植物栽培システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、農業で問題となる環境破壊を招くことなく、効率的な栽培を小規模でも手軽にできるようにすることであり、さらにそれによって高品質の植物をつくることにある。また、植物の栽培環境を感知することによって、植物の栽培を管理しやすくし、さらに人間と植物のコミュニケーションの方法を変えることにある。
【解決手段】 植物の養分のうち、余剰分を循環させ効率的に利用するとともに、植物の栽培環境における汚染有機物を浄化、雑菌を殺菌あるいは静菌化する。これによって、栄養価の高い良質な植物が生育しうる。さらに人間が植物栽培管理をしやすくするために、植物の栽培環境における諸条件を、人間や水、光、及び音、温度、植物由来の電気信号、あるいは化学成分の濃度勾配情報として整理し、それらをセンシングすることによって、栽培条件を把握し、人間の植物栽培管理を支援する。
【選択図】図１

Description

特許請求の範囲

請求項１

水並びに肥料を含む養液を植物に自動的に供給し、その余剰養液ならびに植物から代謝された老廃物を浄化した後に、再度、自動的に植物栽培棚に循環することによって養分として効率的に供給できる植物自動栽培用の小型装置。

請求項２

養液として、好熱性微生物群ＰＴＡ−１７７３によって有機物を発酵させた資材を用いて植物病原菌を増やさないことを特徴とする、請求項１の植物自動栽培用の小型装置。

請求項３

植物から代謝された老廃物を浄化し、雑菌を殺菌するために、４０℃以上の高温下で好熱性微生物群ＰＴＡ−１７７３などの耐熱性酵素を用いることによて、循環する養液を植物の養分として再利用することを可能とする、請求項１乃至２の植物自動栽培用の小型装置。

請求項４

植物に吸収される水を浄化するために、多孔質体を用いることを特徴とする、請求項１乃至３の植物自動栽培用の小型装置。

請求項５

植物の栄養価が増加することを特徴とする、請求項１乃至４の植物自動栽培用の小型装置。

請求項６

植物の培地に水分が足りないときに、水分センサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至５の植物自動栽培用の小型装置。

請求項７

人間が近づいたときに、赤外線センサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至６の植物自動栽培用の小型装置。

請求項８

日照量の変化に依存して、光センサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至７の植物自動栽培用の小型装置。

請求項９

音量の変化に依存して、音センサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至８の植物自動栽培用の小型装置。

請求項１０

温度の変化に依存して、サーモセンサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至９の植物自動栽培用の小型装置。

請求項１１

植物に含まれるか、あるいは排出される成分ならびに、植物由来の電気信号の変化に依存して、それらを感知するセンサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至１０の植物自動栽培用の小型装置。

発明の詳細な説明

本発明は、高品質の植物を自動栽培する小型装置、並びに、人間や水、光、音、温度、電気信号、化学成分の濃度変化に反応する植物栽培システムに関する。

従来技術

従来より、植物は水と肥料を活用して栽培されているが、土壌中で植物に利用される肥料分ならびに水分は少なく、大部分が地下に浸透し、窒素、リン酸、カリウム分などが浪費されており、場合によっては地下水汚染、環境汚染の原因となっている。

これは、植物の肥料分の吸収効率が土壌中に生えている根では低く、土壌から地下への養液の浸透速度が早いことが原因である。

土壌を用いない水耕栽培などにおいても廃液は廃棄されることとなっているが、それは植物の根から排泄される代謝産物などの老廃物が、植物病原性微生物の栄養源になり、植物の病気を増やす可能性があることが一つの原因である。

これらの条件が整っていたとしても、植物の反応はわかりにくく、さらに、栽培自体にも時間がかかるため、人間の都合によって栽培管理ができないときもあり、その際に植物の栽培条件を整えることが出来なければ、品質の高い植物は栽培することができない。

本発明が解決しようとする課題

本発明の課題は、農業で問題となる環境破壊を招くことなく、効率的な栽培を小規模でも手軽にできるようにすることであり、さらにそれによって高品質の植物をつくることにある。また、植物の栽培環境を感知することによって、植物の栽培を管理しやすくし、さらに人間と植物のコミュニケーションの方法を変えることにある。

問題を解決するための手段

上記目的を達成するために、植物の養分のうち、余剰分を循環させ効率的に利用するとともに、植物の栽培環境における汚染有機物を浄化、雑菌を殺菌あるいは静菌化する。これによって、栄養価の高い良質な植物が生育しうる。さらに人間が植物栽培管理をしやすくするために、植物の栽培環境における諸条件を、人間や水、光、及び音、温度、植物由来の電気信号、あるいは化学成分の濃度勾配情報として整理し、それらをセンシングすることによって、栽培条件を把握し、人間の植物栽培管理を支援する。

発明の実態

上記手段の具体的な方法を図１、図２、図３、図４に示す。

図１に示したように、肥料を含有する養分の余剰分を再利用する循環経路を作製する。

図２に示したように、前述の循環経路内で、余剰養分中に含まれる植物の老廃物を浄化するために、炉材を設置する。炉材としては、セラミック、ゼオライト、炭、麦飯石などが含まれる。尚、植物生理に合わせて土壌成分を組み合わせて、発酵させた土壌も有効である。

図２に示したように、前述の循環経路内で、植物の老廃物を分解するために、微生物由来の酵素を用いる。特に、４０℃以上の常温の病原微生物が生息できない環境下で、好熱性微生物由来の耐熱性酵素は、分解能力が高い。尚、発酵物は、高温下の発酵により、常温下の発酵では得られない代謝成分を豊富に含んでいる。また、分子シャペロンは酵素の劣化を防ぐ。さらに、ＰＴＡ−１７７３に含まれているキチン質分解酵素はカビ性の病原菌の細胞壁成分を分解する能力がある。これによって、品質の高い植物が生育できる。

植物の栽培環境における諸条件を、人間や水、光、及び音、温度、植物由来の電気信号、あるいは化学成分の濃度勾配情報を図３に示す１．センサー装置によって感知し、変動因子毎に電気信号に変換し、パターン情報としてデータ管理された情報と相関させた出力パターン情報として電気信号化し、出力装置において当該出力を実施する。これらの一連の流れは、図４に示した情報処理プロセスを経由する。これによって、人間と植物のコミュニケーションが可能となり、栽培管理が簡便となる。尚、電気信号あるいは化学成分の濃度勾配情報は、電気伝導度、ｐＨ、硝酸イオンやリン酸、カリウムなどのイオン勾配、糖度等を含む。これらの各成分量を検知する、あるいは各分析対象ではなく、土壌あるいは植物体全体を赤外線スペクトルなどの情報として集約し、そのパターン情報を利用することも出来る。

好熱性微生物は、難分解性成分や有毒物質等の共存する場所をはじめとした劣悪な環境下でも、酵素活性を維持できる耐熱性酵素や、それを保護する分子シャペロンを発現し、生命を維持する能力が高いため、有機物の分解能、代謝能を安定的に維持することができる。これによって、通常の微生物由来の成分では補うことのできない土壌における酵素活性を維持し、土壌の活性化によって各種機能成分の生合成を可能にするという利点がある。好熱性微生物としては、例えば、好熱性種菌ＰＴＡ−１７７３をはじめとした好熱菌群があげられる。尚、ＰＴＡ−１７７３は、大分県杵築市内の山中の土壌と別府湾の海底エビとの混合発酵物から採取、分離された混合菌であり、バチルスブレビス／Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｂｒｅｖｉｓの近縁種である好熱性細菌Ｃ−１と、Ｃ−３と、好熱性バチルス・ステアロサーモフィラスＣＨ−４／Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ ＣＨ４と、好熱性放線菌ＭＨ−１と、好熱性又は耐熱性乳酸菌／Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｏａｇｌａｎｃｅ ＬＭ−１と、好熱性又は耐熱性乳酸菌ＬＭ−２と、未知の細菌及び／又は放線菌との混合菌である。ここで、好熱性種菌ＰＴＡ−１７７３は、発明者によって、２０００年５月１日付けでＡＴＣＣ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，１０８０１ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ Ｍａｎａｓｓａｓ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ ２０１１０−２２０９ Ｕ．Ｓ．Ａ．）に国際寄託されている（受託番号：ＰＴＡ−１７７３）。これらの微生物は、高度な有機物分解能を持っており、７０〜９０℃の発酵熱エネルギーを発することができる微生物群である。好熱性種菌ＰＴＡ−１７７３を培養するための栄養源としては、腐敗していない生のエビやカニの残渣等とともに、９０℃程度の高温下でも分解されにくい多孔体である炭、コーヒー粕を用いて微生物の付着部分を増やし、好気条件下で好熱性種菌ＰＴＡ−１７７３を１２時間以上培養する。この時、発酵熱は少なくとも６０〜９０℃に保たれる。
これらの酵素が豊富になれば、水耕栽培時の液層ならびに培土における有機物の分解ならびに代謝も促進し、作物の栽培にとって有効な成分が根を介して作物中に増量し、例えばビタミンＡ、ビタミンＣやビタミンＥなどが通常の水耕栽培作物ならびに一般的な露地栽培作物に比べて増量することができる。

尚、養分を循環させるための動力として、通常の電力以外に太陽電池を用いることによって省エネルギー化を図ることができる。

２重の透明な断熱材を用いて、作物栽培環境を被覆することによって、作物栽培環境の温度管理をしやすくすることができる。

循環パイプから分岐管を用いることによって、庭などに設置した場合に他の植木鉢などに自動的に潅水する仕組みを導入することができる。

フロートを導入したタンクを循環用タンクに設置し、水道水が直接入るように調整することによって、蒸発などによる水の不足をなくすこともできる。

また、床暖房などで植物栽培棚の下を施設化することによって、安定した生長を支援することができる。

次に実施例により、更に詳細に説明するが、この発明は係る実施例に限定されるものではない。

［トマトの土耕水耕栽培］
図５に示したように、スポンジの上にＰＴＡ−１７７３で発酵させた土壌を敷き、トマト苗を定植し、潅水を下層のスポンジの部分を介して実施する。実が生り始めてから収穫したトマトの栄養成分を測定した。その結果を表１に示す。

発明の効果

農業で問題となる環境破壊を招くことなく、効率的な栽培を小規模でも手軽にできるなり、さらにそれによって高品質の植物をつくることができる。また、植物の栽培環境を感知することによって、植物の栽培を管理しやすくし、さらに人間と植物のコミュニケーションの方法を変えられる。

Claims (11)

1. 水並びに肥料を含む養液を植物に自動的に供給し、その余剰養液ならびに植物から代謝された老廃物を浄化した後に、再度、自動的に植物栽培棚に循環することによって養分として効率的に供給できる植物自動栽培用の小型装置。
2. 養液として、好熱性微生物群ＰＴＡ−１７７３によって有機物を発酵させた資材を用いて植物病原菌を増やさないことを特徴とする、請求項１の植物自動栽培用の小型装置。
3. 植物から代謝された老廃物を浄化し、雑菌を殺菌するために、４０℃以上の高温下で好熱性微生物群ＰＴＡ−１７７３などの耐熱性酵素を用いることによて、循環する養液を植物の養分として再利用することを可能とする、請求項１乃至２の植物自動栽培用の小型装置。
4. 植物に吸収される水を浄化するために、多孔質体を用いることを特徴とする、請求項１乃至３の植物自動栽培用の小型装置。
5. 植物の栄養価が増加することを特徴とする、請求項１乃至４の植物自動栽培用の小型装置。
6. 植物の培地に水分が足りないときに、水分センサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至５の植物自動栽培用の小型装置。
7. 人間が近づいたときに、赤外線センサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至６の植物自動栽培用の小型装置。
8. 日照量の変化に依存して、光センサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至７の植物自動栽培用の小型装置。
9. 音量の変化に依存して、音センサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至８の植物自動栽培用の小型装置。
10. 温度の変化に依存して、サーモセンサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至９の植物自動栽培用の小型装置。
11. 植物に含まれるか、あるいは排出される成分ならびに、植物由来の電気信号の変化に依存して、それらを感知するセンサーが作動し、人工音声ならびに視覚信号、あるいはモーターを起動させ、人間の植物栽培支援の指示をすることを特徴とする、請求項１乃至１０の植物自動栽培用の小型装置。