JP2013106563A - 水耕栽培装置及び水耕栽培方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個の育成対象物を同時に育成する場合に、育成対象物間に生じる発育速度及び発育の良さの差異を低減することができる水耕栽培装置を提供する。
【解決手段】水耕栽培装置は、育成対象物５を保持する保持用部材１と、水に酸素を供給することでこの水に酸素を溶解させる酸素供給手段２と、前記保持用部材１を、前記保持用部材１に保持されている前記育成対象物５へ前記水が供給され得る位置と、前記保持用部材１に保持されている前記育成対象物５へ前記水が供給され得ない位置との間で、移動させ得る移動手段３と、前記保持用部材１に保持されている前記育成対象物５への前記水が供給される方向と、前記育成対象物５への前記水が供給される位置とのうち、少なくとも一方を変更し得る供給状態変更手段４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、種子、芽、根などの育成対象物を育成するための水耕栽培装置及び水耕栽培方法に関する。

従来、種子、芽、根などの育成対象物に対し、溶存酸素を含む水を循環させながら供給することで、種子の発芽の促進（催芽）、種子の発根の促進（催根）、芽や根などの発育の促進などをする、水耕栽培がおこなわれている。

例えば特許文献１には、植物を栽培槽に固定し、溶液タンクに貯留された水を、循環ポンプにより水流路を通して栽培槽へ送ると共に、水流路に吐出部を介して接続された生物活性水製造装置から、酸素等が溶存する生物活性水を注入し、栽培槽の水を循環流路を通って溶液タンクに返送し、これにより水が循環しながら水耕栽培を行うことが、開示されている。

しかし、このような水耕栽培において、複数個の育成対象物を同時に育成する場合には、育成対象物間に発育速度や発育の良さに大きな差が生じやすいという問題があった。

特開２０１１−８８０５０号公報

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、複数個の育成対象物を同時に育成する場合に、育成対象物間に生じる発育速度及び発育の良さの差異を低減することができる水耕栽培装置及び水耕栽培方法を提供することを目的とする。

本発明に係る水耕栽培装置は、種子、芽、及び根から選ばれる育成対象物に対して水を循環させながら供給することで、前記育成対象物を育成するための水耕栽培装置であって、
前記育成対象物を保持する保持用部材と、
前記水に酸素を供給することでこの水に酸素を溶解させる酸素供給手段と、
前記保持用部材を、前記保持用部材に保持されている前記育成対象物へ前記水が供給され得る位置と、前記保持用部材に保持されている前記育成対象物へ前記水が供給され得ない位置との間で、移動させ得る移動手段と、
前記保持用部材に保持されている前記育成対象物への前記水が供給される方向と、前記育成対象物への前記水が供給される位置とのうち、少なくとも一方を変更し得る供給状態変更手段とを備える。

本発明に係る水耕栽培装置において、前記酸素供給手段が、前記水に酸素を、溶存酸素量が１０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲となるように溶解させ得ることが好ましい。

本発明に係る水耕栽培装置は、前記育成対象物に対して光を照射する光照射手段を更に備えてもよい。

本発明に係る水耕栽培方法は、種子、芽、及び根から選ばれる育成対象物に対して水を循環させながら供給することで、前記育成対象物を育成する水耕栽培方法であって、
前記水に酸素を供給することで前記水に酸素を溶解させ、
前記育成対象物を保持用部材に保持させた状態で、前記水が前記育成対象物へ供給され得る位置に前記保持用部材を配置し、これに続いて、前記保持用部材を、この保持用部材に保持されている前記育成対象物への前記水が供給される方向と、前記育成対象物への前記水が供給される位置とのうち、少なくとも一方が変更される位置へ移動させる。

本発明に係る水耕栽培方法において、前記水に酸素を溶解させることで前記水の溶存酸素量を１０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲とすることが好ましい。

本発明に係る水耕栽培方法において、前記育成対象物に対して光を照射してもよい。

本発明によれば、複数個の育成対象物を同時に育成する場合に、育成対象物間に生じる発育速度及び発育の良さの差異を低減することができる。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。 前記実施の形態の一例の動作を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。

図１及び図２に、本実施形態による水耕栽培装置の一態様を示す。この水耕栽培装置は、育成槽８、貯留手段９、水路、循環手段、補給手段１２、酸素供給手段２、保持用部材１、移動手段３、供給状態変更手段４、及び光照射手段６を備える。

育成槽８、貯留手段９、及び水路によって、水耕栽培装置における水が循環する経路が構成されている。育成槽８は育成対象物５に水を供給するための容器であり、上方が開放されている容器により構成されている。貯留手段９は一定量の水を一旦貯留するための容器である。育成槽８と貯留手段９との間が、水路によって接続されている。本実施形態では、水耕栽培装置は、水路として、貯留手段９から育成槽８へ水を共有するための供給用水路１０と、育成槽８から貯留手段９へ水を返送するための返送用水路１１とを備える。

循環手段は、水耕栽培装置における水に運動エネルギーを与えることでこの水を水耕栽培装置内で循環させる手段である。本実施形態では、循環手段としてポンプ７が設けられている。このポンプ７は供給用水路１０に設けられており、このポンプ７により供給用水路１０で水に運動エネルギーが与えられることで、水が循環する。

補給手段１２は、水耕栽培装置における水が循環する経路に水、栄養素等を補給する手段である。本実施形態では、補給手段１２として、水、栄養素等を貯留するタンクが設けられている。この補給手段１２と貯留手段９との間が配管１３によって接続されていると共に、この配管１３には開閉弁１４が設けられている。このため、水耕栽培装置内で循環する水の水量が低下したり、この水における栄養素の濃度が低下したりした場合に、開閉弁１４が開けられることで、補給手段１２から貯留手段９へ水、栄養素等が補給される。

酸素供給手段２は、水耕栽培装置内で循環する水へ酸素を供給することでこの水に酸素を溶解させる手段である。本実施形態では、両端が育成槽８に接続されている配管２２と、この配管２２内の水に運動エネルギーを与えると共にこの水に加圧溶解方式により酸素を溶解させるポンプ２１と、酸素ボンベ２３と、この酸素ボンベ２３と配管２２とを接続する酸素供給配管２４とによって、酸素供給手段２が構成されている。尚、水耕栽培装置内で循環する水へ酸素を供給し得るのであれば、酸素供給手段２の構成は本実施形態に限られない。

保持用部材１は、育成対象物５である種子、芽、及び根のいずれかを保持する部材である。また、保持用部材１は、水耕栽培装置を循環する水を育成対象物５へと導く手段としても機能することが好ましい。保持用部材１は、例えば合成樹脂製のスポンジ等の、水が浸透しやすい部材から構成される。保持用部材１は、例えば育成対象物５が保持される凹み、切れ込み等が形成されていることで、育成対象物５を安定して保持可能であることが好ましい。

本実施形態では、水耕栽培装置において複数個の育成対象物５が育成される。そのためには、例えば、一つの育成対象物５を保持可能な保持用部材１が複数個用いられ、又は複数の育成対象物５を同時に保持可能な保持用部材１が一或いは複数個用いられる。

移動手段３は、保持用部材１を、この保持用部材１に保持されている育成対象物５へ水が供給され得る位置と、保持用部材１に保持されている育成対象物５へ水が供給され得ない位置との間で、移動させる手段である。本実施形態では、その上面上に保持用部材１が載置され得る支持部材３３と、この支持部材３３にこの支持部材３３を移動させるための駆動力を与える駆動手段とで、移動手段３が構成されている。駆動手段は、支持部材３３に繋がれている索体３２と、この索体３２を巻き締め及び巻き解き可能なウインチ３１とで、構成されている。索体３２は支持部材３３から上方へ引き出されてからウインチ３１に巻き付けられており、このため駆動手段により支持部材３３が上下方向に移動する。

本実施形態において、保持用部材１に保持されている育成対象物５へ水が供給され得る位置とは、育成槽８内のことである。すなわち、支持部材３３が、その上面上に保持用部材１が載置されている状態で育成槽８内に配置されると、保持用部材１が育成槽８内に配置され、これにより保持用部材１が育成槽８内の水に接触する。そうすると、育成槽８内の水が保持用部材１内を伝わって育成対象物５へ供給される。

本実施形態において、保持用部材１に保持されている育成対象物５へ水が供給され得ない位置とは、育成槽８よりも上方の位置のことである。すなわち、支持部材３３が、その上面上に保持用部材１が載置されている状態で、ウインチ３１が作動して索体３２を巻き締めると、支持部材３３が育成槽８内から上方に移動し、それに伴って保持用部材１が育成槽８よりも上方に移動して、保持用部材１が育成槽８内の水に接触しなくなる。

供給状態変更手段４は、保持用部材１に保持されている育成対象物５への水が供給される方向と、育成対象物５への水が供給される位置とのうち、少なくとも一方を変更し得る手段である。本実施形態では、育成対象物５は水耕栽培装置内を循環する水の流れに直接曝されるのではなく、この水の流れに直接曝される保持用部材１を介して育成対象物５に水が供給される。このため、本実施形態では、供給状態変更手段４は、保持用部材１への水が供給される方向と、保持用部材１への水が供給される位置とのうち、少なくとも一方を変更する。尚、水が供給される方向とは、育成対象物５又は保持用部材１に対する水の流れの方向のことであり、水が供給される位置とは、育成対象物５へ水が供給されるための領域（本実施形態では育成槽８）における育成対象物５又は保持用部材１の位置のことである。

本実施形態では、供給状態変更手段４は、その上面上に保持用部材１が載置され得る支持部材３３と、支持部材３３に繋がれている索体３２と、この索体３２を巻き締め、巻き解き可能なウインチ３１とで、構成されている。この支持部材３３、索体３２、及びウインチ３１は、上述の移動手段３の構成要素も兼ねている。支持部材３３は、索体３２に吊された状態で、仮想的な鉛直軸を中心に任意の角度に回転可能となっている。尚、索体３２に、支持部材３３を仮想的な鉛直軸を中心に任意の角度に回転させるための適宜の機械的要素が設けられていてもよい。また、支持部材３３の回転は人力により行われてもよく、モータ等の適宜の動力源から共有される動力によりおこなわれてもよい。

尚、移動手段３及び供給状態変更手段４の構成は、本実施形態に限定されない。すなわち、保持用部材１を移動させ得るのであれば適宜の構成の移動手段３が採用されることができ、また育成対象物５又は保持用部材１への水が供給される方向及び水が供給される位置を変更可能であるならば適宜の構成の供給状態変更手段４が採用されることができる。

光照射手段６は、育成対象物５に対して光を照射するための手段である。光照射手段６は、例えばＬＥＤ等の光源を備える照明装置から構成される。本実施形態では、光照射手段６は、保持用部材１が育成槽８内に配置されている状態で、この保持用部材１に保持されている育成対象物５に向けて光が照射され得る位置に、設置される。光照射手段６における光源は、育成対象物５の種類に応じ、この育成対象物５の発育を促進するために適した波長及び光量の光を照射し得るように、適宜設計される。尚、育成対象物５に光を照射する必要がなければ、光照射手段６は設けられなくてもよい。

本態様による水耕栽培装置を用いる育成対象物５の水耕栽培方法について説明する。

水耕栽培装置における水の循環経路に水が満たされた状態で、循環手段のポンプ７を作動させることで、水を貯留手段９、供給用水路１０、育成槽８、返送用水路１１、貯留手段９の順に移動させて循環させる。この水には、必要に応じて適宜の栄養素が添加される。

また、酸素ボンベ２３から酸素供給配管２４を介して配管２２内へ酸素を供給すると共に、酸素供給手段２のポンプ２１を作動させることで配管２２内の水に酸素を溶解させる。これにより配管２２内の水の溶存酸素量が過飽和状態となり、この水が配管２２を通して育成槽８に供給されることで、循環経路を循環する水に酸素が供給される。このように酸素供給手段２が水に酸素を溶解させることで、循環経路を循環する水中の溶存酸素量が、育成対象物５に供給される前の時点で１０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲となることが好ましい。すなわち、本実施形態では、水の循環経路における、酸素供給手段２により酸素が供給される位置から保持用部材１の配置位置までの間における水中の溶存酸素量が、１０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲となることが好ましい。そのためには、酸素供給手段２のポンプ２１の性能などの装置構成、ポンプ２１の作動状態などが、適宜設定される。このように水中の溶存酸素量が１０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲であると、育成対象物５に対し、一般的な水耕栽培装置・方法と比較して、発芽・発根、もしくは根からの呼吸で必要となる酸素を多量に供給することができる。

図１に示すように、育成対象物５を保持する保持用部材１が、支持部材３３上に載せられ、更にこの支持部材３３が、育成槽８内に配置されることで、保持用部材１が育成槽８内で水に接触する。このため、溶存酸素を含む水が保持用部材１内を浸透して、育成対象物５へ達し、これにより育成対象物５に溶存酸素を含む水が供給される。これにより育成対象物５が育成される。

また、必要に応じ、光照射手段６から育成対象物５へ光を照射する。これによっても、育成対象物５の発育が促進される。

保持用部材１が育成槽８内で水に接触している状態が継続すると、保持用部材１によって水の流れが阻害されるため、育成槽８内に水の流れの速度のムラが生じる。それに加えて、保持用部材１が配置されている位置では水中の溶存酸素が育成対象物５へ供給されて消費されることで溶存酸素の濃度が低下する。このため、育成槽８内における水の流れの上流側の位置では溶存酸素濃度は高いが、下流側の位置では上流側で溶存酸素が消費されることで溶存酸素濃度が低くなる。これにより、育成槽８内で溶存酸素の濃度にムラが生じてしまう。これが放置されると、複数の育成対象物５間での発育速度や発育の良さに差が生じる原因となってしまう。

そこで、本実施形態では、保持用部材１が育成槽８内で水に接触している状態が一定時間経過したら、図２に示すように、移動手段３及び供給状態変更手段４を動作させる。すなわち、まずウインチ３１を作動させることにより支持部材３３を上方に移動させる。これにより、支持部材３３と共に保持用部材１が育成槽８よりも上方の位置に配置され、保持用部材１に保持されている育成対象物５へ水が供給されなくなる。そうすると、育成槽８内には保持用部材１が存在せず、且つ溶存酸素が消費されなくなるため、育成槽８内での濃度のムラが解消される。続いて、保持用部材１を仮想的な鉛直軸を中心に任意の角度だけ回転させる。続いて、ウインチ３１を作動させることにより支持部材３３を下方に移動させ、これにより、支持部材３３と共に保持用部材１が育成槽８内に配置される。そうすると、育成槽８内における保持用部材１の配置位置と、保持用部材１に対する水の流れる方向とが、当初と比べて変化する。

このように、移動手段３によって保持用部材１を移動させるため、育成槽８内の溶存酸素濃度のムラを解消することができ、また供給状態変更手段４によって保持用部材１に保持されている育成対象物５への水が供給される方向と、育成対象物５への水が供給される位置とのうち、少なくとも一方が変更されることで、育成対象物５への溶存酸素の供給され易さが変化する。このため、移動手段３及び供給状態変更手段４が繰り返し動作すると、複数の育成対象物５間での育成環境の差が小さくなり、このため、複数の育成対象物５間で発育速度や発育の良さに差が生じにくくなる。また、このような動作は育成対象物５が保持用部材１により保持された状態のままおこなわれるため、育成対象物５を移動させるにもかかわらず、育成対象物５がその育成に適した状態で保持用部材１に保持された状態を容易に維持することができる。

本実施形態における育成対象物５は、上記の通り、種子、芽、根のいずれでもよい。尚、育成対象物５が種子であること、すなわち、溶存酸素を含む水を利用して種子の催芽及び催根をすることは、硬実種子など発芽しにくい種子に対して特に有効である。

また、本実施形態によれば、例えば種子に対して催芽又は催根のために溶存酸素を含む水を供給し、種子が発芽又は発根したら、続いて芽又は根に対してその育成のために溶存酸素を含む水を供給することができる。このため、植物の育成の段階を、種子の催芽・催根をする段階から育苗の段階へスムーズに移行させることができるようになる。

１ 保持用部材
２ 酸素供給手段
３ 移動手段
４ 供給状態変更手段
５ 育成対象物
６ 光照射手段

Claims (6)

1. 種子、芽、及び根から選ばれる育成対象物に対して水を循環させながら供給することで、前記育成対象物を育成するための水耕栽培装置であって、
   前記育成対象物を保持する保持用部材と、
   前記水に酸素を供給することでこの水に酸素を溶解させる酸素供給手段と、
   前記保持用部材を、前記保持用部材に保持されている前記育成対象物へ前記水が供給され得る位置と、前記保持用部材に保持されている前記育成対象物へ前記水が供給され得ない位置との間で、移動させ得る移動手段と、
   前記保持用部材に保持されている前記育成対象物への前記水が供給される方向と、前記育成対象物への前記水が供給される位置とのうち、少なくとも一方を変更し得る供給状態変更手段とを備える水耕栽培装置。
2. 前記酸素供給手段が、前記水に酸素を、育成対象物に供給される前の時点での溶存酸素量が１０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲となるように溶解させ得る請求項１に記載の水耕栽培装置。
3. 前記育成対象物に対して光を照射する光照射手段を更に備える請求項１又は２に記載の水耕栽培装置。
4. 種子、芽、及び根から選ばれる育成対象物に対して水を循環させながら供給することで、前記育成対象物を育成する水耕栽培方法であって、
   前記水に酸素を供給することで前記水に酸素を溶解させ、
   前記育成対象物を保持用部材に保持させた状態で、前記水が前記育成対象物へ供給され得る位置に前記保持用部材を配置し、これに続いて、前記保持用部材を、この保持用部材に保持されている前記育成対象物への前記水が供給される方向と、前記育成対象物への前記水が供給される位置とのうち、少なくとも一方が変更される位置へ移動させる水耕栽培方法。
5. 前記水に酸素を溶解させることで前記水の溶存酸素量を１０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲とする請求項４に記載の水耕栽培方法。
6. 前記育成対象物に対して光を照射する請求項４又は５に記載の水耕栽培方法。

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