JP2015084750A - 植物栽培システム、植物栽培装置及び植物栽培方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 単質の養液を循環させて、葉菜類、果菜類、結球野菜類及び豆類などといったあらゆる品目の植物を、連作障害を発生させずに通年で同時に生産するための植物栽培システム、装置及び方法を提供する。【解決手段】 各々が植物を保持する栽培槽の内部を所定速度で流れる単質養液に、栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度にするのに適した状態になるように空気を改質した改質空気を、所定温度にして、単質養液を前記所定濃度にするのに必要な流量で、バクテリア定着部の近傍から供給するようにしたことを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、植物の人工栽培に関し、より具体的には、単質養液を用いて連作障害を生じることなく多品目の植物を同時に栽培するための植物栽培システム、植物栽培装置及び植物栽培方法に関する。

野菜、花卉等を含む植物は、一般に、屋外又は屋内における土耕栽培方式（開放型又は半閉鎖型の土耕栽培方式）によって生産される。しかし、土耕栽培方式には、収穫が季節や天候に左右されること、連作障害が発生すること、害虫などによる病気の恐れがあることなどといった課題がある。こうした土耕栽培方式に対して、近年、養液栽培を利用して植物を屋内で栽培する屋内型人工栽培方式が実用化されている。屋内型人工栽培方式には、太陽光のみを利用するか又は太陽光と人工光とを併用する半閉鎖型人工栽培方式と、人工光のみを利用する閉鎖型人工栽培方式がある。本発明は、前者の半閉鎖型人工栽培方式に関するものである。

一方、養液栽培には種々の方式があるが、主に用いられている方式は、流動する養液を用いて植物の根に養分を供給するものであり、この方式は、大きく薄膜型養液栽培方式と湛液型養液栽培方式とに分けられる。薄膜型養液栽培方式は、植物の生長に必要な養分を水に溶解させた養液を、緩やかな傾斜を持つ平面上に薄く流下させ、その養液によって植物を栽培する方式である。薄膜型養液栽培方式は、根の伸長が妨げられるため、植物の生長に問題が生じる場合があるという欠点を有する。一方、湛液型養液栽培方式は、植物が生育する栽培槽に、植物の根の大部分が養液に浸漬するように養液を供給する方式である。湛液型養液栽培方式は、薄膜型養液栽培方式と比べて、養液の量が多いため水深が深く、根の生長が妨げられないこと、養分の濃度や温度の変化がゆるやかであるため管理が容易であることなどといった利点がある。本発明は、後者の湛液型養液栽培方式に関するものであり、以下において養液栽培というときは、湛液型養液栽培をいう。

養液栽培を利用した屋内型人工栽培方式には、土耕栽培と比較して多くの利点がある。養液栽培を利用した屋内型人工栽培方式は、自然光及び人工光、温度、湿度などの環境条件を人為的に制御するとともに、植物の根を種々の養分を含んだ養液に浸漬させることによって、土壌を用いることなく植物を栽培することを可能にする。こうした人工栽培方式では、植物の生長や収穫が季節や天候に左右されにくく、環境条件を容易に調整できるため、植物を計画的、安定的に生産することができる。また、栽培する場所があまり限定されないため、例えば都市部又はその近郊に栽培施設を設けることによって、大量消費地への輸送の時間やコストを削減することができる。また、屋外における土耕栽培と比較して、農薬の使用量を少なくすることができるため安全性が高い。また、植物への付着物が極めて少なく、出荷の際の洗浄工程を簡略化することができる。

しかしながら、従来の養液栽培には、栽培される品目が限られること、養液を高頻度で廃棄しなければならないこと、養液の溶存酸素濃度を高めるのが難しいこと、根腐れや生長不良が発生する可能性が高いことなどといった課題がある。これらの課題を解決することを目的として、従来、以下のような養液栽培技術が提案されている。

植物を効率よく栽培する汎用性の高い養液栽培システム及び養液栽培方法として、養液の水位と根の生長との関係に注目し、植物の栽培槽における養液の水位を、植物の根の伸長や日照などの環境条件に応じて自動的に調整することによって、根腐れや生長不良を生じることなく、多くの植物を効率よく栽培することができるものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

また、単一の施設内で品種や栽培時期、生長段階の異なる植物を同時に栽培することができる植物工場として、植物の種類毎に個別の栽培環境を維持管理することが可能な多数のユニットを栽培室内に設置して、栽培時期や生長段階の異なる複数の植物を同時に栽培することができるものが提供されている（例えば、特許文献２参照）。

また、雑菌等の繁殖を抑え、植物の生長を促進して効率良く栽培を行うことができる植物栽培システムとして、栽培ベッドが上下複数段に配設され、少ない面積で多種類の植物を栽培できるとともに、養液が栽培槽内を流れて槽外に排出された後に循環して再利用されることによって、養液の雑菌等の繁殖を抑え、養液を廃棄する必要がないものが提供されている（例えば、特許文献３参照）。

また、栽培ベッドに対して養液が循環供給されるように配設された循環路と、循環路において養液を循環させるように設けられたポンプとを有し、果菜類、葉菜類などといった各種の植物を生長させるのに適した養液栽培装置として、養液の環境を最適な状態にコントロールすることによって、植物が生長しやすく、収穫量の多い養液栽培装置を提供することを目的としており、そのために、循環路を流れる養液の一部を分岐させ、その分岐路に設けたエアレーション及び活水器によって、養液に酸素を供給するとともに養液を活性化させるものが提供されている（例えば、特許文献４参照）。

また、施設内植物栽培における気温制御を省エネルギーで行う手段として、栽培装置は、養液に対して曝気する曝気手段と、曝気する空気の温度を調整する手段とを備えており、曝気によって養液中の含気量を増加させるとともに、養液の温度を制御することができるものが提供されている（例えば、特許文献５参照）。

さらに、下方からマイクロ・ナノバブルを送ることによって石などに定着した好気性バクテリアを活性化し、その働きによりアンモニア成分を酸化して亜硝酸に変換させる水槽として、バクテリアが定着しやすい多孔質物質をネットに収めて、そのネットの下方へ空気を送出する散気管を配することができるようにユニット化した装置において、散気管とは別にマイクロバブル発生装置を設け、散気管からの気泡とマイクロバブルとが多孔質物質に接するようにしたことを特徴とするものが提供されている（例えば、特許文献６参照）。

特開２０１１−１７７１３０号 特開２０１０−２７９２６９号 特開２０１０−８８４２５号 特開２００３−２６５０５７号 特開２０１０−２３３４８１号 特開２０１２−９５６３０号

上述のように、養液栽培に関して様々な従来技術が提案されているが、養液栽培における以下の課題は、これらの従来技術によっても未だに解決されていない。

第一に、従来の養液栽培技術では、連作障害の発生を回避することができない。土耕栽培における連作障害の主な原因は、同じ耕作地で同じ植物を連続的に生産することによって養分やｐＨのバランスが崩れ、土壌の状態が悪化することである。一方で、従来の養液栽培においては、連作障害への対応という考え方自体がなかった。これは、苗の状態から収穫までを１サイクルとすると、従来の養液栽培ではサイクル毎に養液を廃棄することが当然のことと考えられているからである。サイクル毎に養液を廃棄し、次のサイクルでは新たな養液を使用するため、従来の養液栽培では連作障害を考慮する必要がなかったというのが現実である。養液をサイクル毎に廃棄することは、環境に与える負荷や栽培コストを考えれば、決して推奨されることではない。しかし、養液を廃棄すること無く連続して使い続けると、土壌と同様に養液の状態のバランスが崩れ、連作障害が発生することになる。このように養液栽培において連作障害を回避するという考え方及びそのための方法について、上述の特許文献を始めとする従来技術においては全く考慮されていない。

次に、従来の養液栽培技術では、限られた品目の植物しか栽培することができない。従来、１つの施設で同時に栽培される植物は、１品目若しくは数品目の葉菜類のみ、１品目又若しくは数品目の果菜類のみ、又はこれらのうちせいぜい数品目の組み合わせに過ぎないのが現状である。これは、発芽や収穫の時期、生長速度などが異なる多品目の植物を同時に栽培するには、植物の種類に応じて栽培環境や養液の成分を個々に変えることが必要であると考えられており、従来の養液栽培技術では、こうした様々な栽培環境を同時に成り立たせるための条件が見出されていないためである。上述の特許文献に記載されているように、複数の品目を栽培するための技術が提案されているものの、こうした技術では、本発明のような葉菜類、果菜類及び豆類などといったあらゆる品目の植物を同時に栽培することはできない。例えば特許文献２においては、１つの施設内で複数の品目を栽培できるとされているものの、このような技術では、一施設内に多品目の植物を栽培するための異なる複数の環境を構築する必要があり、管理及びコスト面で課題が多い。

さらに、従来の養液栽培技術では十分な養液の溶存酸素濃度を達成することは難しく、さらに同じ養液を使い続けて栽培を行おうとすると、溶存酸素濃度が低下して根腐れや根の生長不良が発生することは避けられない。養液をサイクル毎に廃棄する場合には、実際には養液の溶存酸素濃度の低下が生じているものの、次のサイクルでは新たな養液を使用するため溶存酸素濃度の低下は問題にならないが、同じ養液を廃棄することなく使用し続ける場合には、従来の技術では、必要な濃度を維持することは難しい。また、従来の技術でも、例えば特許文献４又は特許文献５などに示されるように、養液の溶存酸素濃度を高めるための工夫は行われているものの、こうした技術では、達成可能な溶存酸素濃度に限界があるだけでなく、養液に供給される空気の質については何ら考慮されていないため、養液の溶存酸素濃度を必要な濃度まで十分に高めることはできない。

さらに、従来の養液栽培技術においては、栽培槽内における好気性バクテリアの安定的な活性化については考慮されていない。養液栽培方法においては、養液中の養分を植物が吸収できる状態に分解する役割を果たすバクテリアの活性化が重要であり、とりわけ、分解能力に優れる好気性バクテリアの活性化が重要である。例えば特許文献６には、好気性バクテリアをユニット化した水槽内に効果的にとどめる点について開示されているものの、この技術は、栽培槽内において養液が流れるシステムにおいて好気性バクテリアを安定的に活性化させることができるものではない。また、上述の他の特許文献における技術では、好気性バクテリアを安定的に活性化させる点については全く考慮されていない。

本発明者らは、後述するように、単質養液を連続的に用いても、連作障害を発生させることなく、多品目の植物を同時に栽培することを可能にするためには、複数の条件を同時に満たす植物栽培環境を構築する必要があることを見出した。特許文献１〜特許文献６を含む従来技術は、本発明者らが見出した条件のうちの一部のみが別個に開示されているに過ぎないだけでなく、見出した条件の他の一部については開示も示唆もされていない。従って、これらの技術を単に組み合わせただけでは、本発明の目的を達成することはできない。

本発明は、このような点に鑑み前記課題を解決せんと提案されたものであり、その目的は、単質の養液を循環させて、葉菜類、果菜類、結球野菜類及び豆類などといったあらゆる品目の植物を、連作障害を発生させずに通年で同時に生産するための植物栽培システム、装置及び方法を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る植物栽培システムは、単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培する植物栽培システムであって、
植物を保持する栽培槽の内部を所定速度で流れる単質養液に、前記栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度にするのに適した状態になるように空気を改質した改質空気を、所定温度にして、単質養液を前記所定濃度にするのに必要な流量で、バクテリア定着部の近傍から供給するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２にかかる植物栽培システムは、請求項１において、改質空気は、多孔質体を介して気泡状態で単質養液内に供給されることを特徴とし、
また、本発明の請求項３にかかる植物栽培システムは、請求項２において、前記多孔質体を前記バクテリア定着部として用い、改質空気が前記バクテリア定着部を通って栽培槽内に供給されるようにしたことを特徴とし、
また、本発明の請求項４にかかる植物栽培システムは、請求項１乃至３のいずれかにおいて、改質空気は、前記栽培槽の内部において複数の箇所から単質養液に供給されることを特徴とし、
また、本発明の請求項５にかかる植物栽培システムは、請求項１乃至４のいずれかにおいて、改質空気は、空気から窒素を除去したものであることを特徴とし、
また、本発明の請求項６にかかる植物栽培システムは、請求項１乃至５のいずれかにおいて、改質空気は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室において、前記一定の温度と同じ温度になるまで保持された後に、単質養液内に供給されることを特徴とする。

また、本発明の請求項７にかかる植物栽培システムは、請求項１において、単質養液の養分溶解度を表す電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍ〜３．５ｍＳ／ｃｍであることを特徴とし、
また、本発明の請求項８にかかる植物栽培システムは、栽培槽内を流れる単質養液の前記所定速度は、栽培される植物の根に与えられる圧力が土壌内における圧力と概ね同程度となるように調整された単質養液の流速であり、前記所定濃度は、植物の根及び好気性バクテリアの活動を活性化させるのに適した溶存酸素の濃度であり、前記所定温度は、植物の根に悪影響を及ぼさない改質空気の温度であることを特徴とする。

また、本発明の請求項９にかかる植物栽培システムは、請求項１または請求項８において、前記所定速度は３ｃｍ／秒〜５ｃｍ／秒であることを特徴とし、
また、本発明の請求項１０にかかる植物栽培システムは、請求項１または請求項８において、前記所定濃度は８ｐｐｍ〜１２ｐｐｍであることを特徴とし、
また、本発明の請求項１１にかかる植物栽培システムは、請求項１または請求項８において、前記所定温度は１８℃〜２２℃であることを特徴とし、
また、本発明の請求項１２にかかる植物栽培システムは、請求項１または請求項８において、改質空気の１時間当たりの前記流量は、栽培槽とタンクを循環する単質養液全体の体積に対して３倍〜５倍であることを特徴とし、
また、本発明の請求項１３にかかる植物栽培システムは、請求項１において、単質養液が、栽培槽とタンクとを結ぶ循環路内において滞留することなく混合されて循環するように構成されたことを特徴とする。

さらに、本発明の請求項１４にかかる植物栽培装置は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培する植物栽培装置であって、
植物と、所定速度で流れる単質養液とを保持する、栽培槽と、
前記栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度とするのに適した状態になるように空気を改質した改質空気にする、空気改質手段と、
改質空気の温度が所定温度になるように調整する改質空気温度調整手段と、
単質養液を前記所定濃度にするために必要な流量の改質空気を前記栽培槽の内部の単質養液に供給する改質空気供給手段と、
前記改質空気供給手段の改質空気供給部の近傍に配置されたバクテリア定着部と、
単質養液を前記栽培槽とタンクとの間で循環させる、単質養液循環手段と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項１５にかかる植物栽培装置は、請求項１４において、前記改質空気供給部は多孔質体であることを特徴とし、
また、本発明の請求項１６にかかる植物栽培装置は、請求項１５において、前記多孔質体は前記バクテリア定着部であることを特徴とし、
また、本発明の請求項１７にかかる植物栽培装置は、請求項１４乃至１６のいずれかにおいて、前記改質空気供給部は、前記栽培槽の内部において複数設けられたことを特徴とし、
また、本発明の請求項１８にかかる植物栽培装置は、請求項１４において、前記空気改質手段は、空気から窒素を除去するためのフィルタを含むことを特徴とし、
また、本発明の請求項１９にかかる植物栽培装置は、請求項１４において、前記改質空気温度調整手段は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室を含み、改質空気は、前記改質空気貯留室内において前記一定の温度と同じ温度になるまで保持された後に、前記改質空気供給手段によって供給されることを特徴とし、
また、本発明の請求項２０にかかる植物栽培装置は、請求項１４において、単質養液の養分溶解度を表す電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍ〜３．５ｍＳ／ｃｍであることを特徴とする。

また、本発明の請求項２１にかかる植物栽培装置は、請求項１４において、栽培槽内を流れる単質養液の前記所定速度は、栽培される植物の根に与えられる圧力が土壌内における圧力と概ね同程度となるように調整された単質養液の流速であり、前記所定濃度は、植物の根及び好気性バクテリアの活動を活性化させるのに適した溶存酸素の濃度であり、前記所定温度は、植物の根に悪影響を及ぼさない改質空気の温度であることを特徴とし、
また、本発明の請求項２２にかかる植物栽培装置は、請求項１４または請求項２１において、前記所定速度は３ｃｍ／秒〜５ｃｍ／秒であることを特徴とし、
また、本発明の請求項２３にかかる植物栽培装置は、請求項１４または請求項２１において、前記所定濃度は８ｐｐｍ〜１２ｐｐｍであることを特徴とし、
また、本発明の請求項２４にかかる植物栽培装置は、請求項１４または請求項２１において、前記所定温度は１８℃〜２２℃であることを特徴とし、
また、本発明の請求項２５にかかる植物栽培装置は、請求項１４において、改質空気の１時間当たりの前記流量は、栽培槽とタンクを循環する単質養液全体の体積に対して３倍〜５倍であることを特徴し、
また、本発明の請求項２６にかかる植物栽培装置は、請求項１４において、前記単質養液循環手段は、単質養液を循環させるポンプと、栽培槽から排出された単質養液を混合する第１のタンクと、栽培槽に供給されることになる単質養液を混合する第２のタンクと、前記第１のタンクと前記第２のタンクとの間を接続する交差配管とを備えることを特徴とする。

またさらに、本発明の請求項２７にかかる植物栽培方法は、単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培する植物栽培方法であって、
植物を保持する栽培槽の内部に、所定速度で単質養液を流し、
前記栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度にするのに適した状態になるように空気を改質して改質空気とし、
改質空気の温度を所定温度とし、
単質養液を前記所定濃度にするのに必要な流量の改質空気を、バクテリア定着部の近傍から前記栽培槽の内部の単質養液に供給する、
工程を含むことを特徴とする。

また、本発明の請求項２８にかかる植物栽培方法は、請求項２７において、改質空気を単質養液に供給する工程は、改質空気を、多孔質体を介して気泡状態で単質養液に供給する工程を含むことを特徴とし、
また、本発明の請求項２９にかかる植物栽培方法は、請求項２８において、改質空気を単質養液に供給する工程は、改質空気を、バクテリア定着部である多孔質体を介して供給することを特徴とし、
また、本発明の請求項３０にかかる植物栽培方法は、請求項２７乃至２９のいずれかにおいて、改質空気を単質養液に供給する工程は、改質空気を、前記栽培槽の内部において複数の箇所から単質養液に供給することを特徴とし、
また、本発明の請求項３１にかかる植物栽培方法は、請求項２７において、空気を改質する工程は、空気から窒素を除去する工程を含むことを特徴とし、
また、本発明の請求項３２にかかる植物栽培方法は、請求項２７において、改質空気の温度を所定温度にする工程は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室内において、改質空気が前記一定の温度になるまで改質空気を保持する工程を含むことを特徴とし、
また、本発明の請求項３３にかかる植物栽培方法は、請求項２７において、単質養液の養分溶解度を表す電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍ〜３．５ｍＳ／ｃｍであることを特徴とする。

また、本発明の請求項３４にかかる植物栽培方法は、請求項２７において、栽培槽内を流れる単質養液の前記所定速度は、栽培される植物の根に与えられる圧力が土壌内における圧力と概ね同程度となるように調整された単質養液の流速であり、前記所定濃度は、植物の根及び好気性バクテリアの活動を活性化させるのに適した溶存酸素の濃度であり、前記所定温度は、植物の根に悪影響を及ぼさない改質空気の温度であることを特徴とする。

また、本発明の請求項３５にかかる植物栽培方法は、請求項２７または請求項３４において、前記所定速度は３ｃｍ／秒〜５ｃｍ／秒であることを特徴とし、
また、本発明の請求項３６にかかる植物栽培方法は、請求項２７または請求項３４において、前記所定濃度は８ｐｐｍ〜１２ｐｐｍであることを特徴とし、
また、本発明の請求項３７にかかる植物栽培方法は、請求項２７または請求項３４において、前記所定温度は１８℃〜２２℃であることを特徴とし、
また、本発明の請求項３８にかかる植物栽培方法は、請求項２７において、改質空気の１時間当たりの前記流量は、栽培槽とタンクを循環する単質養液全体の体積に対して３倍〜５倍であることを特徴とし、
さらに、本発明の請求項３９にかかる植物栽培方法は、請求項２７において、単質養液を、栽培槽とタンクとを結ぶ循環路内において滞留させることなく混合して循環させる工程さらに含むことを特徴とする。

本発明の上記構成は、次のような点に基づくものである。
本発明の発明者らは、数年にわたる様々な研究及び実験の結果、単質養液を用いて、連作障害を発生させることなく、あらゆる品目の植物を同時に栽培することを可能にするためには、複数の条件を満たす植物栽培環境を構築することが必要であることを見出した。その条件及び条件を満足するための手段は、以下のとおりである。

（１）多品目の植物を同時に栽培すること
本発明者らは、連作障害の克服を目的とする研究の過程において、雑木林や野原では、同じ土壌成分であるにもかかわらず連作障害を起こすことなく多品目の植物が共生していることに注目した。このための条件として、それらの多品目の植物が必要とする栄養が量的及び質的に十分に土壌内に存在していることと、多品目の植物が共生していることによって植物が生長過程で分泌する有機物である根酸の種類が偏っていないこととが主に考えられる。そこで、本発明者らは、養液栽培においてもこうした環境に相当する環境を再現すれば、連作障害を生じることなく植物を栽培することができると考え、本発明においても、養分溶解度が高い単質養液を用い、かつ、多品目の植物を同時に栽培している。その結果、根酸が偏らずに養液の均質化が促進され、連作障害を起こすことなく（すなわち単質養液を高頻度で廃棄することなく）植物の栽培が可能となった。

ここで、単質養液とは、多品目の植物を栽培するすべての栽培槽間で、同一の養分が全体的に均質になるように混合され、一定の状態で常に循環している養液をいう。多品目の植物は、複数品目の植物であり、好ましくは１０品目以上の植物であり、かつそのうち少なくとも３割程度は果菜類と結球野菜である。本発明においては、単質養液の養分溶解度を表す電気伝導度（ＥＣ）を、通常の養液栽培では約０．４〜１ｍＳ／ｃｍ程度であるところ、約２．５ｍＳ／ｃｍ〜約３．５ｍＳ／ｃｍという高い値に維持することができる。

（２）単質養液に酸素を高濃度で安定的に溶存させること
酸素は、植物が生長する際の根の活動と、養液内の養分を植物が吸収可能な状態に分解する好気性バクテリアの活動とにおいて不可欠であり、従って、養液栽培においては、酸素が植物の根及び好気性バクテリアの十分な活動を活性化させるのに適した濃度（本明細書においては、この濃度を所定濃度という）で養液に安定的に溶存している必要がある。本発明において用いられる養分溶解度の高い単質養液を用いるためには、溶存酸素濃度（ＤＯ）を従来より高い値に維持することが必須であり、その濃度は、約８ｐｐｍ〜約１２ｐｐｍであることが好ましい。こうした高い溶存酸素濃度を達成するために、本発明においては、大量の空気を単質養液に供給しており、例えば、循環している単質養液の全体積に対して、１時間あたり約３倍〜５倍の体積の空気を供給することが好ましい。また、栽培槽内には空気の供給部を複数設けて、空気をこれらの供給部から分散させることが好ましく、これによって、栽培槽内の単質養液全体に対して、大量の空気を均一かつ安定的に供給することができる。

本発明においては、空気は、単質養液の溶存酸素濃度を上記の濃度にするのに適した状態に改質されて、栽培槽内に供給される。空気は、酸素を約２１％、窒素を約７８％含んでおり、単なる空気を単質養液内に供給しただけでは、分圧の高い窒素が分圧の低い酸素より優先的に単質養液中に溶け込み、必要な溶存酸素濃度を達成できない。そこで、本発明においては、酸素濃度を高めた改質空気を単質養液内に供給するようにしており、例えば、空気から窒素を除去した改質空気を単質養液内に供給することが好ましい。循環している単質養液全体積に対して１時間あたり約３倍〜約５倍の体積で供給される上述の「空気」は、こうした改質空気である。栽培槽内に供給される改質空気は、さらに、アンモニア、塩、塵などの不純物が除去された状態であることが好ましい。

さらに、改質空気は、適切なサイズの気泡状態で単質養液内に供給されることが好ましい。そのために、本発明においては、例えばセラミックスからなる多孔質体を通して改質空気を単質養液内に供給することができる。多孔質体の孔のサイズは、改質空気の気泡が適切なサイズになるように選択されることが好ましい。

（３）大量に供給される改質空気の温度を根に悪影響を及ぼさない温度に維持すること
本発明においては、上述のように、大量の改質空気が栽培槽内の単質養液全体に均一に供給される。この大量の改質空気は、適切に温度管理をしなければ、その温度変化が植物の根に悪影響を与えることになる。そこで、本発明においては、改質空気を、植物の根に対して悪影響を及ぼさない温度（本明細書においては、この温度を所定温度という）に維持して単質養液内に供給する。改質空気の所定温度は、約１８℃〜約２２℃であることが好ましく、約２０℃であることが最も好ましい。

ところで、養液栽培においては、養液の温度が適切な温度になるように維持しなければならない。従来の養液栽培においては、温水又は冷水との熱交換を利用して養液を一定の温度に維持することが一般的である。一方で、本発明においては、大量の改質空気を、その温度を管理しながら単質養液内に供給するため、結果として、単質養液の温度も改質空気の温度の影響を受けることになる。そこで、本発明の一実施形態においては、単質養液の温度を、単質養液に供給する改質空気の温度のみで制御することができるようにしている。熱伝導率が低く比熱が小さい空気によって養液の温度管理を行うのは非効率であると考えるのが一般的であるが、本発明の発明者らは、単質養液が管理温度に達するまでに要する時間については重要視しておらず、むしろ、改質空気の温度管理と単質養液の温度管理とを別個に行うより、改質空気の温度管理のみで単質養液の温度管理を行うことができれば、管理の容易性及びコストの面から従来の方法より有利であると考えている。

（４）流れのある単質養液内で好気性バクテリアを活性化させること
養液栽培においては、養液中の養分を植物が利用可能な状態に分解する好気性バクテリアが、根の近くで活性化することが必要であることは周知の技術的事項である。従って、本発明においても、植物の生長に不可欠な好気性バクテリアを、後述するように固相を形成する所定速度で流れる単質養液内において、いかにして流出しないように適切に必要な箇所に定着させつつ、その機能を発揮できるようにするかが重要である。特に、本発明において用いられる養分溶解度の高い単質養液を十分に分解するためには、好気性バクテリアの機能を十分に発揮させることが必要である。本発明においては、好気性バクテリアが栽培槽内における単質養液中にとどまって棲息又は繁殖するように複数のバクテリア定着部を設け、さらにそこでバクテリアが十分に酸素を利用して機能を発揮することができるように、所定温度に管理された改質空気の単質養液内への供給部とバクテリア定着部とが近接するようにしている。その結果、本発明においては、単質養液全体における好気性バクテリアの活性化と、好気性バクテリア量のコントロールとが可能となった。本発明においては、単質養液の電気伝導度を約３ｍＳ／ｃｍという高い値に維持することができるが、このことは、好気性バクテリアが十分に機能しており、その結果として高い養分分解能力が達成されていることを表している。

本発明においては、バクテリア定着部と改質空気の供給部とを共通化することによって、バクテリア定着部を介して改質空気が供給されるようにすることもできる。例えば、上述の多孔質体をバクテリア定着部としても利用することによって、多孔質体の細かな凹凸や孔が好気性バクテリアの棲息又は繁殖の場所として機能するとともに、好気性バクテリアが十分に酸素を利用できるようになる。

（５）単質養液内に土壌と同様の固相に相当する環境を作り出すこと
土耕栽培においては、理想的な土壌形態は、土（固相）と空気（気相）と水分（液相）との比率が４：３：３であると考えられている。これに対して、従来の養液栽培、特に湛液型養液栽培においては、固相が存在せず、固相を形成するという考え方も考慮されていない。植物の根は、水と養分の吸収器官であり、根の生長の程度が植物全体の生長を左右する。根が適切に生長するためには、生長の際に根に対して適度な抵抗が与えられるように、周囲から根に圧力が与えられることが必要である。土耕栽培では、この圧力は固相すなわち土によって与えられる。本発明者らは、養液栽培技術においても、単質養液中に土耕栽培における土壌と同様の固相に相当する環境を作り出すことが必要であると考え、本発明においては、単質養液が栽培槽内を、栽培される植物の根に単質養液中で与えられる圧力が土壌内において根に与えられる圧力と概ね同程度となるような速度（本明細書においては、この速度を所定速度という）で流れるようにしている。一実施形態においては、栽培槽内における単質養液の流速は、約３ｃｍ／ｓ〜約５ｃｍ／ｓに調整されることが好ましい。本発明においては、このように養液栽培において固相を作り出すことによって、結球するために根の健全な生長が不可欠な結球野菜を栽培することも可能である。

（６）単質養液を適切な状態に維持すること
上述のような各種条件を整えたとしても、養液が腐敗するなどにより劣化した場合には、養液を廃棄せざるを得ない。各々の植物は、生長の過程において吸収する養分の種類及び量並びに根からの分泌物の種類及び量が異なるため、単質養液を用いて、多品目の植物を長期間にわたって栽培する方法を構築するためには、養液全体をできるだけ均一な状態に維持して、どの植物も必要な養分をどの位置においても吸収できるようにすることが必要である。そこで、本発明の発明者らは、単質養液を劣化させることなく完全に混合して循環させることができるように、養液タンクの形状、養液配管の方法、栽培槽と給排水経路との接続方法などを検討し、単質養液の滞留防止・完全混合構造を構築した。この結果、単質養液を高頻度で廃棄することなく、単質養液の状態、例えば、ｐＨ、養分溶解度、酸素溶存濃度、酸化還元電位といった値を所望の状態に維持することができる。

以上の諸条件を備えた養液栽培環境は、いわば最適化された疑似土壌環境といえるものである。最適化された疑似土壌環境とは、養液と植物の根との関係に関して理想的な土壌内の状態を擬似的に再現した環境であって、土壌栽培で植物に好影響を与える特徴を選択的に機能させるようにするとともに、悪影響を与えるおそれのある事項を可能なかぎり排除した栽培環境である。従来の養液栽培技術においては、養液中にこのような最適化された疑似土壌環境を再現するという考え方と、そのための方法については、全く考慮されていない。

本発明の第１の態様は、単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培することができる植物栽培システムを提供する。本植物栽培システムは、植物を保持する栽培槽の内部を所定速度で流れる単質養液に、栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度にするのに適した状態になるように空気を改質した改質空気を、所定温度にして、単質養液を前記所定濃度にするのに必要な流量で、バクテリア定着部の近傍から供給するようにしたことを特徴とするものであり、これらの条件を満たすことによって、最適化された疑似土壌環境を再現することができる。

本発明において、好ましくは、多品目の植物は、複数品目の植物であり、好ましくは１０品目以上の植物であり、かつそのうち少なくとも３割程度は果菜類と結球野菜である。また、好ましくは、改質空気は、多孔質体を介して気泡状態で単質養液内に供給され、さらに好ましくは、バクテリア定着部として用いられる多孔質体を通して栽培槽内に供給される。好ましくは、改質空気は、栽培槽の内部において複数の箇所から単質養液に供給される。好ましくは、改質空気は、空気から窒素を除去したものである。好ましくは、改質空気は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室において、その一定の温度と同じ温度になるまで保持された後に、単質養液内に供給される。好ましくは、単質養液の養分溶解度を表す電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍ〜３．５ｍＳ／ｃｍである。

本発明において、好ましくは、所定速度は、栽培される植物の根に与えられる圧力が土壌内における圧力と概ね同程度となるように調整された単質養液の流速であり、所定濃度は、植物の根及び好気性バクテリアの活動を活性化させるのに適した溶存酸素の濃度であり、所定温度は、植物の根に悪影響を及ぼさない改質空気の温度である。

さらに好ましくは、所定速度は３ｃｍ／秒〜５ｃｍ／秒であり、所定濃度は８ｐｐｍ〜１２ｐｐｍであり、所定温度は１８℃〜２２℃である。好ましくは、改質空気の１時間当たりの流量は、栽培槽とタンクを循環する単質養液全体の体積に対して３倍〜５倍である。

本発明において、好ましくは、本植物栽培システムは、単質養液が、循環路内において滞留することなく混合されて循環するように構成される。

本発明の第２の態様は、単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培することができる植物栽培装置を提供する。本植物栽培装置は、植物と、所定速度で流れる単質養液とを保持する、栽培槽と、栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度とするのに適した状態になるように空気を改質した改質空気にする、空気改質手段と、改質空気の温度が所定温度になるように調整する改質空気温度調整手段と、単質養液を所定濃度にするために必要な流量の改質空気を複数の栽培槽の内部の単質養液に供給する改質空気供給手段と、改質空気供給手段の改質空気供給部の近傍に配置されたバクテリア定着部と、単質養液を栽培槽とタンクとの間で循環させる、単質養液循環手段とを備える。

本発明において、好ましくは、改質空気供給部は多孔質体であり、さらに好ましくは、多孔質体はバクテリア定着部として用いられる。好ましくは、改質空気供給部は、栽培槽の内部において複数設けられる。好ましくは、空気改質手段は、空気から窒素を除去するためのフィルタを含む。好ましくは、改質空気温度調整手段は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室を含み、改質空気は、改質空気貯留室内において一定の温度と同じ温度になるまで保持された後に、改質空気供給手段によって供給される。

本発明において、好ましくは、単質養液循環手段は、単質養液を循環させるポンプと、栽培槽から排出された単質養液を収容する第１のタンクと、栽培槽に供給されることになる単質養液を収容する第２のタンクと、第１のタンクと第２のタンクとの間を接続する交差配管とを備える。

本発明の第３の態様は、単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培する植物栽培方法を提供する。本植物栽培方法は、各々が植物を保持する栽培槽の内部に、所定速度で単質養液を流す工程と、栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度にするのに適した状態になるように空気を改質して改質空気とする工程と、改質空気の温度を所定温度とする工程と、単質養液を所定濃度にするのに必要な流量の改質空気を、バクテリア定着部の近傍から栽培槽の内部の単質養液に供給する工程とを含む。

本発明において、改質空気を単質養液に供給する工程は、改質空気を、多孔質体を介して気泡状態で単質養液に供給する工程を含むことが好ましく、バクテリア定着部として用いられる多孔質体を通して栽培槽内に供給する工程を含むことがさらに好ましい。好ましくは、改質空気を単質養液に供給する工程は、改質空気を、栽培槽の内部において複数の箇所から単質養液に供給する工程を含む。好ましくは、空気を改質する工程は、空気から窒素を除去する工程を含む。好ましくは、改質空気の温度を所定温度にする工程は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室内において、改質空気が一定の温度になるまで改質空気を保持する工程を含む。好ましくは、本植物栽培方法は、単質養液を、循環路内において滞留させることなく混合して循環させる工程をさらに含む。

本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）連作障害を生じさせることなく同一の単質養液で多品目の植物を同一施設内で同時に栽培することができる。
（２）本発明によれば、栄養価が高く、農薬を使用しないため安全な植物の生産が可能である。
（３）また、一施設で多品目の植物を高効率かつ計画的に生産できるため、天候に影響されず、市場の動向に柔軟に対応可能な植物生産事業を確立することが可能となる。
（４）さらに、本発明によれば、養液を高頻度で廃棄することがないため環境負荷が低く、環境配慮型の持続可能な植物生産工場を実現することが可能となる。

本発明の実施の形態を示す概略的な全体図である。 本発明の実施の形態を示す要部と、単質養液及び改質空気の流れとを示す平面模式図である。 本発明の実施の形態に係る栽培槽を示す一部切欠きの斜視図である。 本発明の実施の形態を示す要部の断面図である。 本発明の実施の形態に係る栽培槽に配置される幾つかの支持基材（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る栽培槽に配置される小型栽培ポットを示す斜視図（ａ）（ｂ）である。 本発明の他の実施の形態に係る栽培槽に配置される大型栽培ポットを示す斜視図（ａ）（ｂ）である。 小型栽培ポットの取付状態を説明する要部の斜視図である。 支持体としての栽培ポット収納体を示す斜視図である。 栽培ポット収納体に小型栽培ポットを取り付けた状態を示す斜視図である。 栽培ポット収納体に大型栽培ポットを取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る栽培シートを用いた支持基材を示す斜視図である。 栽培シートの他の取付構造を示す一部切欠の斜視図である。 図１３の分解斜視図である。 図１３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態に係る排出側養液タンクを示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る供給側養液タンクの正面図である。 本発明の実施の形態に係る栽培槽と排出側養液タンクとの間の単質養液の流れを示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る栽培槽と供給側養液タンクとの間の単質養液の流れを示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るバクテリア定着部を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係るバクテリア定着部を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

［本システムの概要］
図１は、本発明の一実施形態に係る植物栽培システム１の概略図を示す。植物栽培システム１は、ハウス６０と、ハウス６０内に収容され、植物を栽培する複数の栽培槽１０と、外気Ａを改質空気ＲＡに改質するとともに、改質空気ＲＡの温度を調整する改質空気温度調整手段を含む改質空気製造手段２０とを含む。複数の栽培槽１０の各々は、図１の紙面に対して垂直な方向に延びており、多品目の植物が支持されるとともに、植物を生長させるための養分が含まれる単質養液Ｓが内部を流れるようになっている。栽培槽１０は、支持フレーム１９によって支持されており、栽培される植物の種類や収穫までの期間に容易に対応可能となるように、複数の栽培槽１０を多段式に構成することができる。単質養液Ｓ内には、栽培される多品目の植物の根が浸漬する。栽培槽１０内を流れる単質養液Ｓ内には、改質空気ＲＡが供給される。本明細書においては、ハウス６０は、例えば後述される排出側養液タンク４１を含む必要な装置が埋設された地下部分まで含むものとする。図１においては、改質空気製造手段２０は、ハウス６０の外部に設けられているが、ハウス６０の内部に設けてもよい。

図２は、植物栽培システム１の各種手段の構成と、単質養液Ｓ及び改質空気ＲＡの流れとを示す概略的な平面模式図である。植物栽培システム１は、多品目の植物を生長させる複数の栽培槽１０と、外気を改質して、複数の栽培槽１０内を流れる単質養液Ｓに供給される改質空気ＲＡを作るとともに、改質空気ＲＡの温度を調整する改質空気温度調整手段を含む、改質空気製造手段２０と、製造された改質空気ＲＡを単質養液Ｓに供給する改質空気供給手段３０と、単質養液Ｓを複数の栽培槽１０間で循環させる養液循環手段４０とを含む。植物栽培システム１は、さらに、ハウス６０内の雰囲気の温度を下げるのに用いられるハウス内冷却手段５０を含んでもよい。以下において、図２に示される栽培槽１０及び各々の手段２０、３０、４０、５０の詳細を説明する。

［栽培可能な植物］
植物栽培システム１においては、ホウレンソウ、リーフレタスなどの葉菜類、トマト、ナス、キュウリなどの果菜類、白菜、キャベツ、レタスなどの結球野菜類、エンドウ、ソラマメ、落花生などの豆類、いちご、メロンなどの果物類、花卉などといった多数の品目の植物を、年間を通して同時に栽培することができる。また、植物栽培システム１においては、発芽直後から収穫までにわたって、生長段階の異なる植物を混在させながら、同時に栽培することができる。同時に栽培される植物の品目は、複数品目の植物であり、好ましくは１０品目以上の植物であり、かつそのうち少なくとも３割程度は果菜類と結球野菜である。

［単質養液］
植物栽培システム１においては、多品目の植物を栽培するすべての栽培槽１０間で、同一の養分が全体的に均質になるように混合された養液が一定の状態で常に循環しており、本明細書においては、この養液を単質養液Ｓという。本発明においては、単質養液Ｓは、植物の品目、生長段階及び栽培時期に関わらず、同一成分の養液が連続的に用いられ、蒸発及び植物による吸収によって減少した分だけ、水及び／又は養分を適宜補充するだけでよい。植物の発芽から収穫までを１サイクルとすると、従来の養液栽培では、サイクル毎に養液を廃棄して新たな養液を用いるため、連作障害への対応という概念自体がなかった。これに対して、植物栽培システム１においては、本発明者らによるこれまでの実験で、単質養液Ｓを高頻度で廃棄せずに、連作障害を発生させることなく、少なくとも葉菜類について３０連作以上の栽培が行われ、果菜類について５連作以上の栽培が行われている。
単質養液Ｓに含まれる成分は、特に限定されるものではなく、一般的な養液栽培において使用される成分を用いることができる。

単質養液Ｓは、その状態が一定に維持されるように、すなわち、少なくとも溶存酸素濃度（ＤＯ）、電気伝導度（ＥＣ）、温度Ｔｓ、水素イオン濃度指数（ｐＨ）及び酸化還元電位（ＯＲＰ）といったパラメータの値が概ね一定に維持されるように、管理される。中でも、本発明において用いられる単質養液Ｓは、溶存酸素濃度（ＤＯ）の値及び維持の方法、電気伝導度（ＥＣ）の値、並びに温度Ｔｓの維持の方法が、従来の養液栽培とは大きく異なる。

溶存酸素濃度（以下、「ＤＯ」ともいう）は、単質養液Ｓ中に溶解している酸素の濃度である。単質養液Ｓに溶解している酸素は、植物が生長する際の根の活動と、養液内の成分を植物が吸収可能な状態に分解するバクテリアの活動とにおいて不可欠である。従って、これらの活動が適切に行われるように、単質養液Ｓに十分な量の酸素が安定的に溶存している必要がある。本発明においては、単質養液ＳのＤＯは、従来の養液栽培における濃度より高い所定濃度（すなわち、酸素が植物の根及び好気性バクテリアの活動を活性化させるのに適した濃度）に維持され、一実施形態においては約８ｐｐｍ〜約１２ｐｐｍに維持されることが好ましい。ＤＯをこのような高濃度に維持するために、単質養液Ｓには、所定の流量の改質空気を、好ましくは気泡状態で供給する。改質空気の製造及び供給については、後述される。

電気伝導度（以下、「ＥＣ」ともいう）は、電気の流れやすさを表す値であり、養液栽培においては、養液中の養分溶解度を示す指標として一般的に用いられる。本発明においては、単質養液ＳのＥＣは、従来の養液栽培における値より著しく高い値に維持することができ、一実施形態においては約２．５ｍＳ／ｃｍ〜約３．５ｍＳ／ｃｍに維持されることが好ましい。単質養液のＥＣが２．５ｍＳ／ｃｍ未満でも１．０ｍＳ／ｃｍ以上であれば栽培可能であり、また、３．５ｍＳ／ｃｍを越えても４．０ｍＳ／ｃｍまでなら栽培可能であるが、多品目の植物を高品質に栽培するには、約２．５ｍＳ／ｃｍ〜約３．５ｍＳ／ｃｍの範囲が好ましい。従来の養液栽培においては、養液のＥＣは、０．４ｍＳ／ｃｍ〜１．０ｍＳ／ｃｍ程度であり、これ以上のＥＣの養液を用いると、植物が肥料焼け（多量の養分が根の機能を害し、植物を萎れさせたり枯れさせたりする事）を起こして生長できなくなる。しかしながら、本発明のシステムにおいては、高いＤＯが確保されていることによって、植物の根及び好気性バクテリアの活動が適切に活性化され、ＥＣが高くても養分が分解されて根が養分を十分に吸収することができるため、高ＥＣの単質養液Ｓを用いることが可能となった。ＥＣの高い単質養液Ｓを用いることによって、栄養価の高い植物を短期間で生長させることができる。

また、従来の養液栽培においては、植物は、発芽直後から収穫までの生長過程で複数の段階に分けて栽培され、その栽培段階に応じて養液に養分を追加することによって養液のＥＣを変化させるのが一般的である。例えば、発芽直後はＥＣが低い養液を用いて植物を栽培し、その後、植物の生長と共に養液のＥＣを上げて行くことが行われる。これは、生長段階に応じてＥＣを管理しなければ、植物が肥料焼けを起こす恐れがあるからである。しかしながら、生長段階に応じて適切なＥＣを選択することは、単品目又は少品目の養液栽培であれば可能であるが、品目が多くなるほど著しく困難になる。本発明においては、ＥＣが高い単質養液Ｓを用いても、高ＤＯによる植物の根及び好気性バクテリアの活動の活性化によって、養分が適切に分解されて根が養分を十分に吸収することができ、発芽直後の植物であっても肥料焼けが発生しないため、発芽直後から収穫まで一貫して同じ高ＥＣの単質養液Ｓを用いることが可能となる。

単質養液Ｓの温度Ｔｓは、植物の代謝が最大限に行われ、植物の根が生長するのに最も適した温度に維持される。この温度Ｔｓは、植物の種類によって多少の違いはあるものの、約１８℃〜約２２℃である。本発明においては、Ｔｓが約１８℃〜約２２℃に維持され、好ましくは約２０℃に維持される。本発明においては、単質養液Ｓの温度Ｔｓは、単質養液Ｓに供給される改質空気ＲＡの温度を所定温度に維持することによって、上述の温度に維持される。改質空気の温度維持の詳細については、後述される。

単質養液Ｓは、さらに、水素イオン濃度指数（以下、「ｐＨ」という）が概ね一定に維持される。単質養液ＳのｐＨの値は、高くなりすぎると植物の根が褐変して枯れ、低くなりすぎると養液中の養分の吸収効率が低下することになり、いずれの場合も、植物の生長に悪影響を及ぼすことが知られている。したがって、単質養液ＳのｐＨは、一実施形態においては、約５．５〜約７．５に維持されることが好ましく、約６．２〜約７．２に維持されることがより好ましい。

単質養液Ｓは、さらに、酸化還元電位（以下、「ＯＲＰ」ともいう）が概ね一定に維持される。単質養液ＳのＯＲＰの値は、高くなりすぎても低くなりすぎても、単質養液Ｓ内の好気性バクテリアの活性化に悪影響を与えることが知られている。したがって、単質養液ＳのＯＲＰは、一実施形態においては、約２００ｍｖ〜約３５０ｍｖに維持されることが好ましく、約２３０ｍｖ〜約３２０ｍｖに維持されることがより好ましい。

本発明においては、上述の溶存酸素濃度（ＤＯ）、電気伝導度（ＥＣ）、養液温度（Ｔｓ）、水素イオン濃度指数（ｐＨ）及び酸化還元電位（ＯＲＰ）の値はいずれも、適切なセンサを用いて常時監視及び記録されており、これらの値は、所定の範囲から逸脱した場合又は逸脱する可能性がある場合に必要な対応をとることによって、概ね一定の値に維持することができる。これらの指標の値の維持は、ＥＣ、ｐＨ及びＯＲＰについては、単質養液Ｓに必要に応じて適量の水及び／又は養分を混合することによって行うことができる。ＤＯについては、供給される改質空気の供給量を制御することによって行うことができる。Ｔｓについては、供給される改質空気の温度を制御することによって行うことができる。

［栽培槽］
図３は、一実施形態に係る複数の栽培槽１０の１つを示す斜視図であり、内部が見えるように、栽培槽１０内の上部開口に配置される支持体としての支持基材１１を一部切り欠いた状態で示されている。図３においては、平面視において略正方形状の開口部１２が設けられた支持基材１１と、平面視において略長方形状の開口部１２が設けられた支持基材１１とを含む、複数の種類の支持基材１１が用いられている。支持基材１１の種類は、栽培される植物の種類に応じて適宜選択することができる。図４は、小型栽培ポット１３を用いた場合の栽培槽１０の側断面図を示す。栽培槽１０は、底面及び側面が壁面で囲まれ（すなわち上部が開放され）、内部において単質養液Ｓが一方向に所定速度で流れるように構成された槽である。図３及び図４においては、栽培槽１０は１段のみが描かれているが、必要に応じてさらにこの上に別の栽培槽１０を設置して、多段構成とすることもできる。例えば、下段では葉菜類を栽培し、上段では果菜類や結球野菜類を栽培するように、複数の栽培槽１０を多段構成とすることができる。多段構成とした場合には、上下段の栽培槽１０間の距離は、栽培槽１０の各々において栽培される植物の成長時の大きさ及び太陽光の照射の状態に応じて決めることができる。栽培槽１０は、支持フレーム１９によって支持される。また、栽培槽１０は、太陽光が十分に植物に照射されるように、配置されることが好ましい。

栽培槽１０の各々の長さ、幅及び深さは、それぞれの栽培槽１０で栽培される植物の種類や量又は栽培施設の規模などに応じて決められ、特に幅及び深さは、栽培される植物の根や茎がその本来の生長形状を維持できるように決定される。本発明の一実施形態においては、栽培される植物の種類に応じて、例えば、幅が約２００ｍｍ〜約１，０００ｍｍ、深さが約２００ｍｍ〜約１，０００ｍｍの栽培槽１０を用いることができる。

栽培槽１０は、内部を流れる単質養液Ｓの温度が一定の温度に維持されるように、側壁及び底壁を断熱構造とすることが好ましい。栽培槽１０の断熱構造は、例えば、側壁及び底壁の外面に断熱材を積層したり、側壁及び底壁を二重構造として隙間に断熱材を配設したりすることによって、実現することができる。栽培槽１０の材料は、内部に単質養液Ｓが保持された状態で槽１０自体が変形、破損しないように適切な強度が維持できるものであれば特に限定されず、例えば、金属製の栽培槽、樹脂製の栽培槽、ＦＲＰ製の栽培槽などを用いることができる。

栽培槽１０には、後述される供給側養液タンク４４から養液供給経路４５を介して単質養液Ｓが供給される。養液供給経路４５の養液供給口４５ａは、図４に示されるように、栽培槽１０内の単質養液Ｓの液面近くに位置するように設けられる。供給された単質養液Ｓは、栽培槽１０内を、図２及び図４の矢印Ｓの方向に所定速度で流れる。単質養液Ｓの所定速度は、上述のとおり、約３ｃｍ／秒〜約５ｃｍ／秒であることが好ましい。

栽培槽１０には、養液の排出口１６（１６ａ、１６ｂ）が設けられており、栽培槽１０内を流れる単質養液Ｓは、この排出口１６（１６ａ、１６ｂ）から養液排出経路４６を介して、後述される排出側養液タンク４１に排出される。一実施形態においては、２つの排出口１６ａ、１６ｂを設けることが好ましく、第１の排出口１６ａは、栽培槽１０の底面と同一の面に位置するように設けられており、第２の排出口１６ｂは、単一養液Ｓの水面に近い場所に位置するように設けられている。第２の排出口１６ｂを流入口とする養液排出経路４６は、オーバーフロー管とすることが好ましい。単質養液Ｓの供給口４５ａと排出口１６ａ、１６ｂとをこのような位置関係にすることによって、栽培槽１０内の単質養液Ｓは、液面近くから栽培槽１０の底面近くまで概ね一様な流速を維持することができるとともに、栽培槽１０内における滞留を効果的に防止することができる。

栽培槽１０内部には、改質空気ＲＡを単質養液Ｓに供給するための複数の供給部３６が配置される。改質空気供給部３６の詳細は、後述される。複数の改質空気供給部３６は、上流から下流に向かって所定の間隔で、一実施形態においては、約５０ｃｍの間隔で、栽培槽１０の底部に配置することができる。

［支持体］
栽培槽１０の上部開口には、植物を支持するための支持体が配置される。支持体は、一実施形態においては、支持基材１１と、栽培ポット１３と、培地１４とによって構成することができる。支持基材１１として、栽培槽１０の上部開口を塞ぐように配置されるフロート又は蓋を用いることができる。支持基材１１がフロートの場合には、栽培される植物の成長による重量で単質養液Ｓに沈まず、かつ断熱性の高い材料で作ることが好ましい。

支持基材１１には、図３及び図５に示すように厚み方向に貫通する複数の開口部１２が設けられ、この開口部１２には、植物を支持する栽培ポット１３、１３Ａが配置される。本実施形態においては、栽培ポット１３、１３Ａは、支持される植物の種類に応じて、図６に示される小型栽培ポット１３か、図７に示される大型栽培ポット１３Ａのいずれかを用いることができる。図６に示される小型栽培ポット１３は、生長したときの重量が比較的大きい植物、例えば果菜類、結球野菜類などに用いられることが好ましく、図７に示される大型栽培ポット１３Ａは、生長したときの重量が比較的小さい植物、例えば葉菜類などに用いられることが好ましい。開口部１２の形状及び数は、使用される栽培ポット１３、１３Ａの形状及び数に応じて、適宜決めることができる。例えば、図５（ａ）（ｂ）（ｄ）に示される支持基材１１は、図６に示される小型栽培ポット１３を配置することができる複数の開口部１２が長手方向に沿って設けられたものであり、図５（ｃ）（ｅ）に示される支持基材１１は、図７に示される大型栽培ポット１３Ａを、長手方向に沿って配置することができる開口部１２が設けられたものである。

支持基材１１の下面は、水槽内の単質養液Ｓの流れが阻害されない形状とすることが好ましい。特に、支持基材１１がフロートの場合には、植物の成長に伴って徐々に液面下への沈下量が大きくなり、その結果、開口部１２内部の単質養液Ｓが滞留する可能性があるため、開口部１２内における滞留が防止される形状とすることが好ましい。これらを目的として、一実施形態においては、支持基材１１は、図４及び図５に示されるように、下面が単質養液Ｓの流れ方向に対して波状に形成されることが好ましい。本発明の一実施形態においては、栽培槽１０内における単質養液Ｓの流速は、上述のとおり約３ｃｍ／秒〜約５ｃｍ／秒であることが好ましいが、この流速の時には、支持基材１１の下面の波形の凸部間の距離は、約１００ｍｍ〜約１０５ｍｍであることが好ましい。また、支持基材１１がフロートの場合には、フロートが沈下した場合でも開口部１２内に単質養液Ｓが滞留しないように、下面の波形の凹部の頂点を含むある程度の範囲は、フロートの長手方向における位置が開口部１２と同じ位置に存在するとともに、フロートが最大に沈下したときでも液面上に存在するようになっていることが好ましい。なお、支持基材１１が蓋であって、その下面が単質養液Ｓの液面と接しない場合には、蓋の下面は必ずしも波形に形成される必要はない。

また、支持基材１１がフロートの場合でも。図５（ｄ）（ｅ）に示すように端縁に係止片１１ａを設け、この係止片１１ａを栽培槽１０の開口上端縁に係止して支持基材１１としてのフロートを栽培槽１０の開口の蓋体３のようにして使用してもよい。こうすることで植物の成長に伴ってフロートが液面下に沈下することが防止できる。

図６は、小型栽培ポットの実施の形態を示す斜視図（ａ）（ｂ）である。この実施の形態に係る小型栽培ポット１３は、果菜類、結球野菜類などといった、比較的重量の大きい植物の栽培に用いることが好ましい栽培ポットである。小型栽培ポット１３は、略正方形の底面１３ｂの各辺より立上がる周側壁１３ａで囲繞され、上部が開口する立方体形状（平面視において略正方形の箱状）に形成され、各周側壁３ａおよび底面３ｂには、複数の開口または窓１７（以下、これらを総称して窓という）が格子状に形成されており、また、図６（ａ）に示すように上端開口の周縁には鍔体１３ｃが突設されている。この小型栽培ポット１３は、例えば、合成樹脂などによって一体成形されることが好ましいが、これに限定されるものではない。この小型栽培ポット１３の外径は、支持基材１１の開口部１２の形状に対応して形成され、図８に示すように支持基材１１の開口部１２に合致して嵌入可能となっている。小型栽培ポット１３を支持基材１１の開口部１２に嵌入すると、鍔体１３ｃが支持基材１１の上面に係止されて支持基材１１に支持される。
小型栽培ポット１３内の底面１３ｂ上には培地１４が保持され、植物の根は、生育に伴って、複数の窓１７を通って単質養液Ｓ内に伸びることになる。従って、小型栽培ポット１３は、支持基材１１の開口部１２に嵌入して取り付けると、その下方部分は支持基材１１の下方に突出し、その下方部と培地１４の全部又は一部が単質養液Ｓに浸漬するように、その深さ（大きさ）と鍔体１３ｃの位置を決定して形成する。
図６（ｄ）は、鍔体１３ｃの位置を、小型栽培ポット１３の上端開口の周縁ではなく、周側壁１３ａの途中に突設した場合である。このように鍔体１３ｃの設ける位置を調節することで、支持基材１１より下方への突出量が調節でき。単質養液Ｓへの浸漬量も調節できる。

小型栽培ポット１３の周側壁１３ａおよび底面１３ｂに形成された複数の窓１７は、所定速度で流れる単質養液Ｓの流路として機能するものである。従って、該窓１７の形状は植物の根が進出でき、単質養液Ｓの通過を許容し、空気の流通が可能な形状であればよく、本例のように格子状だけに限定されるものではなく、他の種々の形状が採用可能である。例えば、円形および三角形や台形等の多角形の形状を例示することが出来る。
また、小型栽培ポット１３内の底面１３ｂ上には培地１４が保持され、植物が栽培される。従って、支持基材１１に取り付けた小型栽培ポット１３の周囲には、育成した植物に空気が流通し、日光が当たることが好ましい。従って、小型栽培ポット１３の周側壁１３ａは、上方より下方に向かって外径が小さくなるテーパ状に形成することが望ましい。このテーパ状は、周側壁１３ａの全面ではなく、少なくとも取り付けた際の支持基材１１の開口部１２の近傍に位置する周側壁１３ａに存在すればよい。これにより、テーパ状に形成された周側壁１３ａと支持基材１１の開口部１２の内側面との間に隙間が生じ、この隙間と窓１７とによって通風路が形成され、植物の根元部分における通風の確保、酸素の供給、雑菌の防止を図ることができるし、日光の当たりも向上する。
この空気の流通や日光の当たりを向上させるためには、支持基材１１の開口部１２の内側面に切欠（図示省略）を設けてもよい。周側壁１３ａをテーパ状にし、開口部１２の内側面に切欠を設ければ相乗効果で効果は一層向上できる。

なお、小型栽培ポット１３は、その内部の底面１３ｂ上に培地１４を保持し、植物を栽培するものであるので、その形状は本実施の形態に示す形状に制限されるものではなく、上部が開口する種々の立方体形状が採用可能である。例えば、円筒体、角錐状体等を挙げることができる。この場合には、支持基材１１の開口部１２の形状も対応させることになる。

図７は、大型栽培ポットの実施の形態を示す斜視図（ａ）（ｂ）である。この実施の形態に係る大型栽培ポット１３Ａは、葉菜類などの比較的重量の小さい植物の栽培に用いることが好ましい栽培ポットであるが、他の植物に採用できることは言うまでもない。この実施の形態の大型栽培ポット１３Ａは、長尺な上部開口の直方体（平面視において長方形の箱体）である点が、前記図６に示す小型栽培ポット１３と異なる点であって、他は図６に示す小型栽培ポット１３と同様であるので、同様な構成要素には同一符号を付して、他の詳細な説明は省略する。従って、大型栽培ポット１３Ａは、平面視において長方形なので、支持基材１１の開口部も図５（ｃ）（ｅ）に示すようにそれに対応した形状となる。

図９は、本発明の別の実施の形態に係る支持体を示す斜視図である。この支持体は、栽培槽１０内に取り付けて栽培ポット１３、１３Ａを収納する栽培ポット収納体１１Ａである。この支持体としての栽培ポット収納体１１Ａは、フレーム部材で形成され、略水平で十字状の底片７の各端部から垂直片８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが立設され、該垂直片８ａと８ｂの上端および垂直片８ｃと８ｄの上端が連結部材９、９で連結され、垂直片８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄで囲まれた範囲を栽培ポット１３、１３Ａが収納できるようにしたものである。この栽培ポット収納体１１Ａは、垂直片８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの上方に鍔体８ｅが突設され、図９に示すように栽培槽１０内に挿入し、その開口の端縁部に係止して取り付けることができるようになっている。これは支持基材１１の開口部１２に挿入し取り付けてもよい。
この取り付けた栽培ポット収納体１１Ａには、小型栽培ポット１３は、図１０に示すように垂直片８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄで囲まれた範囲内に挿入し底片７に載置して使用し、大型栽培ポット１３Ａは、図１１に示すように栽培ポット収納体１１Ａを複数取付、その間に大型栽培ポット１３Ａを取付ける。小型栽培ポット１３の場合は、栽培ポット収納体１１Ａを複数列設して取り付けて使用するようにするが、これは１個の使用でもよい。
この栽培ポット収納体１１Ａは、フレーム部材で形成され、立設した垂直片８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄで囲まれているだけなので、栽培ポット１３、１３Ａを収納して取り付けても、単質養液Ｓより上方は空間となり空気の流通および日光の当たりが良好となるので好ましい。

図４に示されるように、栽培ポット１３の内部には、培地１４が配置される。培地１４は、発芽直後の植物を、単質養液Ｓ内に落下しないように支持するためのものである。培地１４の材料は、従来の養液栽培で用いられる材料、例えば、ウレタン発泡樹脂、ロックウール、椰子繊維、不燃紙などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。本発明においては、すべての植物で同一の材料の培地１４を用いることもできるし、植物毎に異なる材料の培地１４を用いることもできる。葉菜類などの生長が早い（播種から収穫までの時間が短い）植物の培地１４はより安価なものを用いることが好ましく、果菜類や結球野菜類などの生長が遅い（播種から収穫までの時間が長い）植物の培地１４はより安価な培地を用いる必要がない。

培地１４の厚み及び目の粗さは、限定されるものではないが、植物の生長過程において根が培地１４をようやく貫通することができる程度であればよい。培地１４の厚みは、栽培される植物の種類に応じて、約１ｃｍ〜約５ｃｍであることが好ましい。

図１２は、本発明の別の実施形態における支持体の構成を示す。この実施形態においては、図７に示される大型栽培ポット１３Ａの内部に、栽培シート１５が配置されている。栽培シート１５は、一枚のシートが大型栽培ポット１３Ａの幅方向に蛇腹状に折り畳まれることによって、長手方向に沿って延びる複数の山部１５ａ及び谷部１５ｂを有するように形成されており、山部１５ａと谷部１５ｂとの間に培地１４を配置することができる。培地１４は、長手方向に沿って連続的に配置することもできるし、複数の培地１４を間隔を空けて配置することもできる。山部１５ａには、長手方向に沿って適当な間隔で切欠部１５ｃが設けられている。この切欠部１５ｃによって、植物の背丈が谷部１５ｂから山部１５ａまでの高さより小さい生長初期段階においても太陽光が遮られずに適切に植物に当たるため、効率的に生長させることができるとともに、栽培中においても、植物の根に対する適切な太陽光の照射を実現することができる。栽培シート１５の材料は、単質養液Ｓとの化学反応がなく、単質養液Ｓを吸収せず、繰り返し使用に耐える耐久性があるものであればよく、例えばポリプロピレンなどといった樹脂材料を用いることが好ましい。

図１３乃至図１５は、栽培シートの他の取付構造を示し、図１３はその一部切欠の斜視図、図１４は、その分解斜視図、図１５は、図１３のＡ−Ａ線断面図である。
この実施の形態の栽培シート１５の取付構造は、シート受板２を備える。このシート受板２は、方形の受板本体３の周縁に短壁３ａが立設する方形の短筒状で、受板本体３の内面には、シートハンガー部材４ａ、４ｂが突設されている。図１４、図１５に示すようにこのシートハンガー部材４ａは、栽培シート１５の山部１５ａの頂部に対応する位置に、栽培シート１５の山部に対応する山形の形状で突設され、シートハンガー部材４ｂは、栽培シート１５の山部１５ａから谷部１５ｂに向かう途中に位置し、栽培シート１５の傾斜面に対応する傾斜で八字状に突設されている。従って、栽培シート１５の山部１５ａをシートハンガー部材４ａに嵌合すると、栽培シート１５の山部１５ａから谷部１５ｂに向かう傾斜面の内側にシートハンガー部材４ｂが当接して支持することとなり、栽培シート１５は、シートハンガー部材６ａ、６ｂにハンガーと同様のように掛けるだけで取り付けることができる。このシート受板２は、２つが互いに対向して設けられ、栽培シート１５は、対向するシート受板２、２間に架設して取り付けられる。この栽培シート１５の直下には、網板５と不織布６がシート受板２の短壁３ａに載置されて、対向するシート受板２、２間に架設されている。このシート受板２の外周側の上部には、鍔体３ｃが設けられ、栽培槽１０の開口から挿入すると、図１３、図１５に示すように鍔体３ｃが栽培槽１０の開口縁部に係止して取り付けられることができる。これは支持体としての支持基材１１であっても長尺な長方形の開口部１２に挿入して取付使用することができる。シート受板２を栽培槽１０に使用するときは、シート受板２の幅は栽培槽１０の開口の幅に合わせ、支持基材１１に使用するときは、支持基材１１の開口部１２の幅に合わせて形成する。
このシート受板２の受板本体３には、複数の開口３ｂが設けられ、単質養液Ｓの流れを阻害しないようになっている。この開口３ｂは、単質養液Ｓの流れを阻害しないようにその大きさや数および設ける位置が設定される。この点から受板本体３は、開口３ｂを格子状に設けたものや網板を採用することもできる。

［単質養液循環手段］
図２に戻ると、この図には、植物栽培システム１の養液循環手段４０とともに、単質養液Ｓの流路が示されている。養液循環手段４０は、排出側養液タンク４１と、養液循環ポンプ４２と、養液配管４３と、供給側養液タンク４４と、養液供給経路４５と、養液排出経路４６とを含む。

単質養液Ｓは、図２に示されるように、矢印Ｓに示される方向に所定速度で複数の栽培槽１０の各々の内部を流れ、栽培槽１０の各々に設けられた養液排出経路４６から排出される。養液排出経路４６には、単質養液Ｓの排出量をより精密に制御することができるように、必要に応じて、経路を開閉するバルブ（図示せず）を設けてもよい。

栽培槽１０から排出された単質養液Ｓは、好ましくは地中に埋設された排出側養液タンク４１内に入る。排出側養液タンク４１内の単質養液Ｓは、養液循環ポンプ４２によって養液配管４３に送られ、好ましくは地中に埋設された供給側養液タンク４２に入る。供給側養液タンク４２内の単質養液Ｓは、養液供給経路４５を通って、複数の栽培槽１０の各々に供給される。養液供給経路４５には、単質養液Ｓの供給量をより精密に制御することができるように、必要に応じて、経路を開閉するバルブ（図示せず）を設けてもよい。

本発明は、上述のように、単質養液Ｓ内に土耕栽培における土壌内の状態と同様の「固相」を作り出すことを特徴の一つとしており、本発明者らは、この特徴を達成するためには、栽培槽１０内における単質養液Ｓの所定速度を約３ｃｍ／秒〜約５ｃｍ／秒とすることが好ましいことを見出した。この速度は、植物の根に与えられる圧力が土壌内における圧力と概ね同程度となるように調整された単質養液Ｓの速度である。この所定速度は、例えば、使用される栽培槽１０の数及び大きさに応じて決められる必要な単質養液Ｓの量に対して、最上段の栽培槽１０の高さ、養液配管４３の径及び長さ、排出側養液タンク４２及び供給側養液タンク４４の容量などが設計され、こうした設計条件において栽培槽１０内における単質養液Ｓの流速が上述の範囲となるように、養液循環ポンプ４２の能力が決定されることによって、調整することができる。また、養液供給経路４５及び養液排出経路４６にバルブが設けられる場合には、これらのバルブの開度を調整することによって、所定速度を調整することもできる。

単質養液Ｓの栽培槽１０内における流速が、約３ｃｍ／秒より遅い場合には、栽培槽１０内において単質養液Ｓが滞留している状態と実質的に変わらなくなるため、根に対して土壌内における場合と同程度の圧力を与えることにならないだけでなく、滞留による養液劣化の原因にもなる。流速が、約５ｃｍ／秒より早い場合には、根に与えられる圧力が高すぎるため、根に対して過大なストレスを与えることになる。

本発明においては、単質養液Ｓは、劣化しないため高頻度で廃棄する必要がなく、通常は、植物による吸収や自然蒸発によって失われた水及び／又は養分を必要に応じて補充するだけでよい。このような単質養液Ｓの劣化防止は、単質養液Ｓを流路内で完全に混合して循環させるとともに、流路内における滞留を防止することによって達成されている。流路内における単質養液Ｓの完全混合・滞留防止は、主として以下の構成を採用することによって達成されている。
（１）栽培槽内における滞留を防止するための構成
（２）養液タンクにおいて養液を均一に混合するとともに、タンク内における滞留を防止するための構成
（３）養液配管において養液をさらに均一に混合するための構成
これらのうち（１）については、栽培槽及び支持体の説明において記載したとおりである。（２）及び（３）については、以下における養液タンク及び養液配管の記載の中で説明される。

［養液タンク］
図１６は、本発明の一実施形態において用いられる排出側養液タンク４１及び図１７は供給側養液タンク４４を示す。図１６、図１７に示されるタンク４１、４４において、右端の二重波線は、長尺のタンク４１、４４の途中が省略して描かれていることを示しており、省略された部分の構造は、図１６、図１７において明示されている構造と同様の構造を有する。図２、図３及び図４に示されるように、複数の栽培槽１０から排出された単質養液Ｓは、養液排出経路４６を経由して、排出側養液タンク４１に入る。また、単質養液Ｓは、供給側養液タンク４４から養液供給経路４５を経由して複数の栽培槽１０に供給される。

本実施形態においては、排出側養液タンク４１は、栽培槽１０からの単質養液Ｓの排出側の下方において、タンク４１の長手方向が栽培槽１０の長手方向と交わる向きに延びるように水平に配置される。また、供給側養液タンク４４は、栽培槽１０への単質養液Ｓの供給側の下方において、タンク４４の長手方向が栽培槽１０の長手方向と交わる向きに延びるように水平に配置される。養液タンク４１及び４４をこのように配置することによって、別々の栽培槽１０から排出された単質養液Ｓが同じ排出側養液タンク４１内で混合され、養液配管４３から入った単質養液Ｓが同じ供給側養液タンク４４内でさらに混合されるため、均一に混合された単質養液Ｓが養液循環路内を循環することになる。排出側養液タンク４１及び供給側養液タンク４４の材料は、いずれも、単質養液Ｓに含まれる養分との化学反応が生じず、かつ、耐圧性を有するものであれば、特に限定されない。一実施形態においては、排出側養液タンク４１及び供給側養液タンク４４は、ポリ塩化ビニル製のタンクの外側を繊維強化プラスチックで補強したものが作られていることが好ましい。

排出側養液タンク４１及び供給側養液タンク４４は、内部において単質養液Ｓがより均一に混合されるように、円筒形状とすることが好ましい。養液排出側タンク４１及び供給側養液タンク４４の長さは、図２に示されるように、並列に設けられた複数の栽培槽１０における両端の栽培槽１０から排出された単質養液Ｓがタンク４１、４４の両端部に近い部分に入るように、両端の栽培槽１０間の距離と概ね同じ長さであることが好ましい。供給側養液タンク４４は、タンク４４内の単質養液Ｓの圧力を高めて栽培槽１０に送出する加圧タンクとして機能するように、排出側養液タンク４１より小径とすることが好ましい。一実施形態においては、排出側養液タンク４１は、内径が約４００ｍｍであり、５ｋｇ／ｃｍ^２の内圧に耐えられるものであり、供給側養液タンク４４は、内径が約２００ｍｍであり、１０ｋｇ／ｃｍ^２の内圧に耐えられるものである。排出側養液タンク４１及び供給側養液タンク４４は、単質養液Ｓの温度をより安定的に管理することができるように、いずれも地下に埋設されることが好ましい。

本発明において用いられる排出側養液タンク４１には、図１６に示されるように、複数の栽培槽１０から排出された単質養液Ｓを受け入れるための複数の受液口４１ａ、４１ｂと、タンク４１内の単質養液Ｓを養液配管４３に送り出すための複数の送液口４１ｃとが設けられる。複数の受液口４１ａ、４１ｂは、栽培槽１０の下方において水平に配置されたタンク４１の上部に設けられ、複数の送液口４１ｃはタンクの下部に設けられることが好ましい。受液口４１ａ、４１ｂと送液口４１ｃとの位置関係をこのようにすることによって、排出側養液タンク４１内の単質養液Ｓを均一に混合するとともに、排出側養液タンク４１内で滞留させることなく養液配管４３に送出することができる。

受液口４１ａ、４１ｂの数及び口径は、並列に設けられる栽培槽１０の数及び段数に応じて適宜設計することができる。一実施形態においては、受液口４１ａ、４１ｂは、並列に設けられた複数列の栽培槽１０の各列に対応する１つ又は複数の受液口４１ａ及び４１ｂを１組として、タンク４１の上部に設けることができる。すなわち、栽培槽１０の列ごとに１組の受液口４１ａ、４１ｂがタンク４１に設けられる。受液口４１ａ、４１ｂの各組においては、栽培槽１０の対応する列における段数に応じて、口径の大きい受液口４１ａの数と、口径の小さい受液口４１ｂの数とが決定される。例えば、図１８に示されるように５つの栽培槽１０ａ〜１０ｅが３段に構成された列の場合には、上段の２つの栽培槽１０ａ及び１０ｂから排出された単質養液Ｓは、図１８の最も左側に位置する受液口４１ａに流入し、上段の２つの栽培槽１０ｃ及び１０ｄから排出された単質養液Ｓは、図の最も右側に位置する受液口４１ａに流入し、最下段の栽培槽１０ｅから排出された単質養液Ｓは、受液口４１ａより小口径の受液口４１ｂに流入する。本実施形態においては、栽培槽１０には、上述のように２つの排出口１６ａ、１６ｂが設けられているため、上段の栽培槽１０の排出口１６ａ、１６ｂから排出された養液Ｓは、１つの流れにまとめられて対応する受液口４１ａに流入する。また、栽培槽１０ｅの２つの排出口１６ａ、１６ｂから排出された養液Ｓは、それぞれ別の受液口４１ｂに流入する。このように、栽培槽１０の構成並びに栽培槽１０から排出される単質養液Ｓの量及び落下距離に応じて、各組における受液口４１ａ、４１ｂの数及び口径を決定することによって、排出時の流体抵抗を低減して、より容易に栽培槽１０内の単質養液Ｓの流速を所定の速度に維持することができるとともに、流入する単質養液Ｓによって排出側養液タンク４１内において単質養液Ｓが均一に混合されるようになる。

並列の複数の栽培槽１０の両端における栽培槽１０から排出された単質養液Ｓの受液口４１ａ、４１ｂは、排出側養液タンク４４の両端部にできるだけ近い位置に設けられることが好ましい。受液口４１ａ、４１ｂをこの位置に配置することによって、受液口４１ａ，４１ｂから排出側養液タンク４１内に流入した単質養液Ｓの流れが、排出側養液タンク４１両端部の隅部分の養液を押し流し、その結果、隅部分における単質養液Ｓの滞留を防止することができる。

本発明において用いられる供給側養液タンク４４には、図１７に示されるように、養液配管４３から送られてきた単質養液Ｓを受け入れるための複数の受液口４４ａと、タンク４４内の単質養液Ｓを栽培槽１０に送出するための複数の送液口４４ｂとが設けられる。複数の受液口４４ａ及び複数の送液口４４ｂは、栽培槽１０の下方において水平に配置されたタンク４４の上部に設けられることが好ましい。受液口４４ａと送液口４４ｂとの位置関係をこのようにすることによって、供給側養液タンク４４内の単質養液Ｓを均一に混合して栽培槽１０に送出することができる。

受液口４４ａ及び送液口４４ｂの数及び口径は、栽培槽１０の数及び段数に応じて適宜設計することができる。一実施形態においては、並列に設けられた複数列の栽培槽１０の各列に対応して、１つの送液口４４ｂをタンク４４の上部に設けることができる。また、受液口４４ａは、後述される養液配管４３の配管形態に対応するように、排出側養液タンク４１の送液口４１ｃの数と同じ数を、供給側養液タンク４４に設けることが好ましい。送液口４４ｂから送出された単質養液Ｓは、例えば図１９に示されるように、複数の栽培槽１０に供給される。

［養液配管］
排出側養液タンク４１内で均一に混合され、その送液口４１ｃから排出された単質養液Ｓは、図２に示されるように、養液循環ポンプ４２によって養液配管４３に送出される。養液循環ポンプ４２は、排出側養液タンク４１の複数の送液口４１ｃの各々に対して１つずつ設けられることが好ましい。単質養液Ｓは、養液配管４３を通って供給側養液タンク４１に搬送される。養液配管４３は、単質養液Ｓの温度管理の観点から、地中に埋設されることが好ましい。養液配管４３の材料は、単質養液Ｓに含まれる養分との化学反応が生じず、かつ、ある程度の耐圧性を有するものであれば、特に限定されない。一実施形態においては、養液配管４３は、ポリ塩化ビニル製の管の外側を繊維強化プラスチックで補強したものを例示することができる。

上述のとおり、排出側養液タンク４１は、内部において単質養液Ｓが均一に混合されるように工夫がされている。しかしながら、複数の栽培槽１０の各々では様々な植物が栽培されており、栽培槽１０ごとに単質養液Ｓの養分及び酸素の消費量、植物の根から分泌される根酸の種類及び量などが異なるため、並列の栽培槽１０の各列から排出される単質養液Ｓは、その状態、例えば含まれる養分の量、溶存酸素濃度及び根酸の量などが大きく異なっていることがある。特に、果菜類が栽培される栽培槽１０から排出された単質養液Ｓと、葉菜類が栽培される栽培槽１０から排出された単質養液Ｓとは、その状態が大きく異なる場合がある。したがって、栽培槽１０から排出側養液タンク４１内に排出された単質養液Ｓは、タンク４１の説明において記載した上述の工夫のみでは、均一な混合状態を維持するには不十分となる場合があることも考えられる。そのため、本発明においては、単質養液Ｓが流れる養液配管４３を、排出側養液タンク４１から供給側養液タンク４４までの間で交差させている。

図２を用いてこの交差の方法を具体的に説明すると、例えば図２における最も上の栽培槽１０から排出され、排出側養液タンク４１に入り、その位置から最も近い送液口４１ｃから排出された単質養液Ｓは、養液配管４３を通って、図２における最も下の栽培槽１０の近くに位置する受液口４４ａから供給側養液タンク４４に入る。一方、例えば図２における最も下の栽培槽１０から排出され、排出側養液タンク４１に入り、その位置から最も近い送液口４１ｃから排出された単質養液Ｓは、養液配管４３を通って、図２における最も上の栽培槽１０の近くに位置する受液口４４ａから供給側養液タンク４４に入る。このように、本発明においては、栽培槽１０から排出された単質養液Ｓが、できるだけ全体的に均一に混合されるように、排出側養液タンク４１から供給側養液タンク４１までの養液配管４３の経路を、交差させて配設している。

［空気改質手段、改質空気温度調整手段及び改質空気供給手段］
図１及び図２において、植物栽培システム１において用いられる改質空気製造手段２０が示されている。改質空気製造手段２０は、外気を、栽培槽１０内の単質養液Ｓに供給するのに適した改質空気ＲＡに改質するとともに、改質空気ＲＡの温度を調整するための機構である。改質空気ＲＡは、空気Ａを酸素含有量が高い状態に改質したものである。改質空気製造手段２０は、ハウス６０の内部に設けても外部に設けてもよいが、ハウス６０内において温度管理の必要な空間をより小さくするという観点から、外部に設けられることが好ましい。改質空気製造手段２０は、外部に設けられる場合には、外気の影響をできるだけ低減するように、例えば閉鎖空間内に必要な設備が配置されることが好ましい。改質空気製造手段２０によって改質され、温度調整された改質空気ＲＡは、改質空気供給手段３０によって、栽培槽１０内の単質養液Ｓに供給される。

改質空気製造手段２０は、空気取り入れ部２１と、空気改質手段２２と、吸引ファン２３と、改質空気貯留室２４と、地中熱利用ヒートポンプ２５と、放熱部２６と、配管冷却部２７と、温度センサ２８とを含む。空気Ａは、空気取り入れ部２１を介して、吸引ファン２３によって、改質空気貯留室２４内に取り入れられる。空気Ａは、改質空気貯留室２４内に取り入れられる前に、空気改質手段２２によって改質される。空気改質手段２２は、一実施形態においては、少なくとも脱窒フィルタを有するフィルタ部２２とすることができる。脱窒フィルタを通して空気Ａを取り入れることによって、窒素が除去されて単位体積あたりの酸素含有量が高い状態に改質された改質空気ＲＡを得ることができる。空気改質手段２２は、さらに、脱アンモニアフィルタ、脱塩フィルタ、防塵フィルタといった種々のフィルタを含むものとすることもできる。別の実施形態においては、改質空気ＲＡの酸素含有量は、例えば取り入れた空気に純酸素を混合することによって高めることもでき、この場合には、空気改質手段２２は、外気と純酸素とを混合する装置とすることができる。

改質空気貯留室２４に取り入れられた改質空気ＲＡは、供給量の安定化及び温度の調整の目的で、一定時間、改質空気貯留室２４の内部に貯留されることが好ましい。温度の調整の詳細については、後述される。改質空気貯留室２４の容積は、供給量の安定性と温度管理の容易性とを勘案して決められるが、少なくとも、栽培槽１０に供給される単位時間あたりの改質空気ＲＡの量の１０倍以上の容積であることが好ましい。内部の改質空気ＲＡの温度調整をより容易にするために、改質空気貯留室２４は、壁面、屋根、扉などが断熱機能を備えることが好ましい。

改質空気ＲＡは、改質空気供給手段３０によって複数の栽培槽１０に供給される。改質空気供給手段３０は、改質空気供給ポンプ３２と、改質空気配管３４と、改質空気供給部３６とを含む。改質空気ＲＡは、改質空気貯留室２４に貯留された後、改質空気供給ポンプ３２によって、改質空気配管３４に送出される。改質空気供給ポンプ３２によって改質空気ＲＡに加えられる圧力は、改質空気ＲＡの１時間当たりの流量が、循環している単質養液Ｓの全体積に対して約３倍〜約５倍となるように設定されることが好ましい。改質空気配管３４は、図２に示されるように栽培槽１０の外側に設けることができるが、栽培槽１０の内部を通るように設けてもよい。改質空気配管３４を栽培槽１０内、すなわち単質養液Ｓ内に配置することによって、改質空気配管３４が蓄熱体の役目を果たし、単質養液Ｓの温度をより安定的に維持することができるという利点がある。改質空気配管３４の材料は、特に限定されないが、改質空気配管３４が栽培槽１０の内部に配置される場合には、単質養液Ｓと化学反応を生じない材料、例えばポリ塩化ビニルなどとすることが好ましい。改質空気供給配管３４と改質空気供給部３６との間には、配管を開閉するためのバルブ（図示せず）を設けてもよい。バルブを設けることによって、改質空気供給部３６への改質空気ＲＡの供給量をより精密に制御することができる。

栽培槽１０の各々の内部には、改質空気供給部３６が設けられる。改質空気供給部３６は、改質空気ＲＡを単質養液Ｓに供給することができるものであれば特に限定されないが、一実施形態においては、図２０に示されるように、セラミックスを高温で焼成した中空筒状の多孔質体とすることが好ましい。改質空気配管３４は、筒状の多孔質体３６ａ内部において長手方向の中心軸線上に沿って設けられた中空部３６ｂに接続されており、中空部３６ｂに入った改質空気ＲＡは、多孔質体３６ａの孔から、孔の大きさに対応したサイズの気泡となって、単質養液Ｓ内に放出される。多孔質体３６ａの孔は、できるだけ均一であることが好ましく、孔のサイズは、単質養液Ｓ内に放出される気泡のサイズが、概ね数百ミクロンのオーダーより大きく、数ミリのオーダーより小さくなるようなサイズに形成されることが好ましい。この程度のサイズの気泡を用いて改質空気ＲＡを単質養液Ｓに供給することによって、必要な溶存酸素濃度、すなわち約８ｐｐｍ〜約１２ｐｐｍをより容易に達成することができる。数百ミクロンのオーダーより小さい気泡は、単質養液Ｓに含まれる窒素を取り込む量が多くなるため、必要な溶存酸素濃度が達成できない場合がある。また、こうした小さいサイズの気泡は、根に当たって破裂する際に根に対して衝撃を与える可能性があるため、好ましくない。数ミリのオーダーより大きい気泡は、比表面積が小さくなるとともに、単質養液Ｓ内での滞留時間が短くなるため、単質養液Ｓに対して十分な酸素を供給することができない場合がある。こうした多孔質体３６ａは、市場においてセミラックス製品の製造者から入手することができる。改質空気供給部３６をセラミックスの多孔質体３６ａとすることによって、多孔質体３６ａが蓄熱体として機能し、単質養液Ｓを一定の温度に維持するのにより役立つという利点もある。

改質空気供給部３６の配置方法は限定されるものではないが、栽培槽１０の底に所定の間隔で配置されることが好ましい。改質空気供給部３６が多孔質体３６ａの場合には、多孔質体３６ａの長手方向が栽培槽１０の幅方向に延びる向きに配置されることが好ましい。このように配置することによって、流れる単質養液Ｓが多孔質体３６ａの側面に当たって内部に入り、多孔質体３６ａから改質空気ＲＡと一緒に放出されることになるため、単質養液Ｓへの酸素供給効率がより高まるという利点がある。

改質空気供給部３６の長さ及び径並びに配置間隔は、栽培槽１０の幅及び深さ、単質養液Ｓの流速などに応じて、単質養液Ｓに対する溶存酸素濃度が必要な値となるように適宜選択される。一実施形態においては、改質空気供給部３６すなわち多孔質体は、場所に応じて長さが約１０ｃｍ〜約５０ｃｍ、径が約２ｃｍ〜約５ｃｍ、各々の配置間隔は約５０ｃｍとすることができる。改質空気供給部３６は、その長さが栽培槽１０の幅に対して短いものを用いることもできるが、その場合には、栽培槽１０の長手方向に向かって左右交互に配置されることが好ましい。

［改質空気温度調整手段］
改質空気貯留室２４に取り入れられた改質空気ＲＡは、栽培槽１０に供給されることになるが、栽培槽１０に供給される改質空気ＲＡの温度を、取り入れられる外気の温度にかかわらず所定温度、すなわち約１８℃〜約２２℃に維持するために、一実施形態においては、以下のような方法を採用している。なお、本発明において用いることが可能な、栽培槽１０に供給される改質空気ＲＡの温度を所定温度に維持するための方法は、以下の方法に限定されるものではなく、他の公知のいずれかの方法、例えば市販のボイラーや空調機等を用いて改質空気ＲＡの温度を所定温度に維持するようにしてもよい。しかしながら、本発明者らは、以下の方法を用いることによって、エネルギー使用量を削減しながら効率的かつ確実に改質空気ＲＡを所定温度に維持することが可能であると考えている。

この実施形態においては、外気を取り入れ、改質空気供給ポンプ３２及び改質空気配管３５などの中間設備を経由させた上で、最終的に栽培槽１０に供給されるときに、改質空気ＲＡの温度が所定温度に維持されるようにするため、中間設備における改質空気ＲＡの温度変化を考慮に入れた上で、これらの温度変化を補償するように改質空気ＲＡの温度を調整する。この実施形態においては、改質空気ＲＡを所定温度にするための改質空気温度調整手段は、地中配管２１と、改質空気貯留室２４と、地中熱利用ヒートポンプ２５と、改質空気貯留室２４内に設けられた放熱部２６と、地中熱利用ヒートポンプ２５の設定温度を制御する制御装置（図示せず）と、配管冷却部２７とによって構成することができる。地中熱利用ヒートポンプ２５からの熱は放熱部２６によって改質空気貯留室２４内に放熱され、この熱によって貯留室２４内部の温度が一定の温度に維持される。地中熱利用ヒートポンプ２５は、年間を通して比較的安定した地中熱を改質空気貯留室２４内の温度調整のための熱源として利用するものであり、市場で入手可能な地中熱ヒートポンプユニットを適宜用いることができる。

本実施形態においては、まず、空気取り入れ部２１を地中配管（アースチューブ）とし、外気を地中配管２１に通した後に改質空気貯留室２４に導入する。温度の安定した地中に埋設された地中配管２１を通して外気を導入することによって、夏期は高温の外気の温度を下げ、冬期は低温の外気の温度を上げることができる。例えば、地中配管２１を通して改質空気貯留室２４に導入される空気の温度は、年間を通して約７℃〜約１０℃に安定させることができる。

例えば脱窒フィルタを備える空気改質手段２２を経由して改質空気貯留室２４に取り入れられた改質空気ＲＡは、内部が一定の温度に維持された改質空気貯留室２４内で適切な時間貯留されることによって、一定の温度にされる。改質空気貯留室２４内の温度の調整は、後述される改質空気供給ポンプ３２における温度上昇及び改質空気配管３４における温度変化を考慮した上で、栽培槽１０に供給されるときの改質空気ＲＡの温度が所定温度になるように地中熱利用ヒートポンプ２５の温度を設定することによって、行われる。すなわち、改質空気供給ポンプ３２における温度上昇及び改質空気配管３４における温度変化によって、栽培槽１０に供給される改質空気ＲＡの温度が所定温度より高くなる場合には、地中熱利用ヒートポンプ２５の設定温度は、温度上昇分だけ改質空気貯留室２４内の温度が下がるように変更される。逆に、改質空気供給ポンプ３２における温度上昇及び改質空気配管３４における温度変化によって、栽培槽１０に供給される改質空気ＲＡの温度が所定温度より低くなる場合には、地中熱利用ヒートポンプ２５の設定温度は、温度低下分だけ改質空気貯留室２４内の温度が上がるように変更される。地中熱利用ヒートポンプ２５の設定温度の変更は、栽培槽１０に送り込まれる直前の改質空気配管３４に設けられた温度センサ２８からの温度データに基づいて、自動的に行われるように構成されることが好ましい。

改質空気貯留室２４において温度が調整された改質空気ＲＡは、改質空気供給ポンプ３２によって改質空気配管３４に送られる。本発明において必要な溶存酸素濃度を達成するには大量の改質空気ＲＡを供給する必要があり、そのためには、ポンプ３２の吐出圧力を高い圧力にしなければならない。この圧力は、空気の供給量に応じて決めることができる。このように圧力をかけられた改質空気ＲＡは、圧縮されて、温度が、例えば約１０℃〜約１５℃上昇する。ポンプ３２の吐出圧力を通年を通して一定に維持することによって、改質空気ＲＡの圧縮による上昇温度幅を一定とすることができる。ポンプ３２の下流側には配管冷却部２７を設けることができ、ポンプ３２によって改質空気ＲＡの温度が上昇しすぎる場合には、配管冷却部２７によって温度を下げることもできる。

改質空気供給ポンプ３２から送出された改質空気ＲＡは、改質空気配管３４を通して、改質空気供給部３６に供給される。改質空気ＲＡの温度は、改質空気配管３４内を流れる間に配管外の温度の影響を受けて変化する場合がある。改質空気配管３４は、内部の改質空気ＲＡが配管外の温度の影響をできるだけ受けないように、地下埋設したり、断熱材を用いる、及び／又は、栽培槽１０内に配置することが好ましい。一部の地上配管部分における外気による温度上昇は、配管冷却部２９によって相殺することもできる。

以上の方法を用いれば、季節によって温度の差が大きい外気から、改質空気温度調整手段を用いた温度の調整により、通年で所定温度に維持された改質空気ＲＡを得ることができる。

［バクテリア定着部］
上述のとおり、養液栽培においては、所定速度で流れる単質養液Ｓ内において、好気性バクテリアをいかにして適切に必要な箇所に定着させつつ、その機能を発揮させることができるようにするかが重要である。本発明においては、好気性バクテリアが栽培槽１０内における単質養液Ｓ中にとどまって棲息又は繁殖できるようにするためのバクテリア定着部３８を設ける。さらに、バクテリア定着部３８に棲息する好気性バクテリアが、所定温度に維持された改質空気ＲＡを利用してその機能を十分に発揮することができるように、改質空気供給部３６とバクテリア定着部３８とを近接させて配置する。改質空気供給部３６は、上述のように栽培槽１０内において所定の間隔で配置されるため、改質空気供給部３６と近接するバクテリア定着部３８もまた、栽培槽１０内の単質養液Ｓ中において均等に配置されることになり、その結果、栽培槽１０全体で一様な好気性バクテリア量の確保が可能になる。バクテリア定着部３８の材料は、好気性バクテリアが定着することができ、かつ単質養液Ｓと化学反応を生じないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、上述の支持体内の培地１４と同じ培地、又は多孔質セラミックスなどを用いることができる。

一実施形態においては、図２０に示されるように、改質空気供給部３６の多孔質セラミックス３６ａをバクテリア定着部３８として利用することができる。この実施形態においては、多孔質セラミックス３６ａの微細な孔が好気性バクテリアの棲息又は繁殖場所として機能するため、流れのある単質養液Ｓ中でも好気性バクテリアが容易に流出することはない。また、改質空気配管３４から改質空気供給部３６に供給された、酸素濃度の高い改質空気ＲＡが、多孔質セラミックス３６ａの孔を介して単質養液Ｓ内に送り込まれる際に、多孔質セラミックス３６ａの孔の中に棲息又は繁殖する好気性バクテリアに十分な酸素を供給することができる。

別の実施形態においては、図２１に示されるように、バクテリア定着部３８を、改質空気供給部３６の長さに対応する長辺を有する長方形の板状に形成し、改質空気供給部３６から供給された改質空気ＲＡが、定着している好気性バクテリアに十分に当たるように、例えば改質空気供給部３６の真上に配置することができる。ただし、この形態の場合には、改質空気供給部３６とバクテリア定着部３８との間に空間が設けられることになり、その空間で単質養液Ｓの滞留が生じる可能性がある。

［システム全体の管理］
植物栽培システム１においては、多品目の植物を通年で同時に生産するために、システム全体の状態を監視し、必要に応じて適切に制御する必要がある。植物栽培システム１において監視すべき状態としては、まず、ハウス６０内部の温度、湿度及び光の管理が挙げられ、これらの状態を植物の栽培に適した雰囲気に管理することが必要である。植物栽培システム１においては、太陽光を利用して植物を栽培するため、特に夏期にはハウス６０内の温度が上がりすぎないようにしなければならない。本システム１においては、ハウス６０内部及び外部の温度及び湿度は、常時監視されていることが好ましい。ハウス６０には、側壁及び天井に複数の窓や換気扇が設けられており、温度及び湿度の監視データに基づいて、温度及び／又は湿度が適切な温度及び湿度の範囲から逸脱した場合、例えば温度が２０℃以上、湿度が６０％以上になった場合には、これらの窓の開閉及び換気扇の稼働によるハウス６０内の換気が行われることになる。また、ハウス６０内の温度及び湿度の制御は、本実施形態においては、フィルタ５２、地中配管５４及びファン５６を含むハウス内冷却手段５０を用いて行うこともできる。この場合には、外気は、フィルタ５２及び地中配管５４を通過させることによって適切な温度に調整された後、ファン５６によってハウス６０内に取り込まれる。或いは、例えば、市販の空調機を用いてハウス６０内の温度及び湿度を制御することもできる。或いは、ハウス６０の素材を断熱効果の高い素材としたり、ハウス６０内への日光の照射を制御する目的で遮光カーテンを用いたり、ハウス６０内の温度変化を低減させる目的でハウス６０の壁面に断熱機能を付与したりといった構成を採用することもできる。

次いで、植物栽培システム１において監視すべき状態として、単質養液Ｓの状態が挙げられる。植物栽培システム１においては、少なくとも、単質養液Ｓの溶存酸素濃度（ＤＯ）、電気伝導度（ＥＣ）、温度Ｔｓ、水素イオン濃度指数（ｐＨ）及び酸化還元電位（ＯＲＰ）の値が、概ね一定に維持されるように管理される。これらの値を監視するための各種センサは、例えば栽培槽１０の内部に設けられることが好ましく、センサからの監視データは、常時記録されることが好ましい。また、監視データは、記録されると同時に、システムの管理者が適宜確認可能な表示装置にグラフとして表示される、及び／又は、記録紙にプリントアウトされることが好ましい。これらの値が適切な範囲を逸脱したときには、管理者に警報が発せられることが好ましい。

異常値が発見された場合には、管理者が手動で、又はシステム１が自動で、パラメータの値が正常範囲内に復帰するように、適切な操作が行われる。溶存酸素濃度（ＤＯ）が異常値を示したときには、例えば改質空気供給ポンプ３２の動作、及び／又は、改質空気供給部３６前のバルブ（図示せず）の開閉を制御することによって、値を正常範囲に復帰させることができる。温度Ｔｓが異常値を示したときには、例えば改質空気製造手段２０の温度調整手段による温度調整を行うことによって、値を正常範囲に復帰させることができる。電気伝導度（ＥＣ）、水素イオン濃度（ｐＨ）及び酸化還元電位（ＯＲＰ）が異常値を示したときには、例えば単質養液Ｓに必要量の水及び／又は養分を追加することによって、値を正常範囲に復帰させることができる。

さらに、植物栽培システム１において監視すべき状態として、改質空気ＲＡの状態が挙げられる。植物栽培システム１においては、少なくとも、改質空気ＲＡの温度及び流量が所定の温度及び流量に維持されるように管理される。これらの値を監視するための各種センサは、例えば改質空気配管３４の適切な位置に設けられることが好ましく、センサからの監視データは、常時記録されることが好ましい。また、監視データは、記録されると同時に、システムの管理者が適宜確認可能な表示装置にグラフとして表示される、及び／又は、記録紙にプリントアウトされることが好ましい。これらの値が適切な範囲を逸脱したときには、管理者に警報が発せられることが好ましい。

異常値が発見された場合には、管理者が手動で、又はシステム１が自動で、パラメータの値が正常範囲内に復帰するように、適切な操作が行われる。改質空気ＲＡの温度が異常値を示したときには、改質空気温度調整手段による温度調整を行うことによって、値を正常範囲に復帰させることができる。改質空気ＲＡの流量が異常値を示したときには、例えば改質空気供給ポンプ３２の動作、及び／又は、改質空気供給部３６前のバルブ（図示せず）の開閉を制御することによって、値を正常範囲に復帰させることができる。

さらに、外気Ａを改質空気貯留室２４に取り入れる際に、外気Ａを通過させる脱窒フィルタ、脱アンモニアフィルタ、脱塩フィルタ、防塵フィルタといった種々のフィルタについて、その汚れなどの状態を定期的に点検するとともに、一定の期間ごとに、又は必要に応じて、交換することが好ましい。フィルタが目詰まりを生じた場合又は一定の期間毎に、交換を促すための警報が、管理者に発せられることが好ましい。

１ 植物栽培システム
２ シート受板
３ 受板本体
３ａ 短壁
３ｂ 開口
３ｃ 鍔体
４ａ、４ｂ シートハンガー部材
５ 網板
６ 不織布
７ 底片
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 垂直片
９ 連結部材
１０ 栽培槽
１１ 支持基材（支持体）
１１Ａ 栽培ポット収納体（支持体）
１２ 開口部
１３、１３Ａ 栽培ポット
１４ 培地
１５ 培地支持シート
１５ａ 山部
１５ｂ 谷部
１５ｃ 切欠部
１６ａ、１６ｂ 排出口
１９ 支柱
２０ 改質空気製造手段
２１ 空気取り入れ部
２２ 空気改質手段
２３ 吸引ファン
２４ 改質空気貯留室
２５ 地中熱利用ヒートポンプ
２６ 放熱部
２７ 配管冷却部
２８ 温度センサ
３０ 改質空気供給手段
３２ 改質空気供給ポンプ
３４ 改質空気配管
３６ 改質空気供給部
３６ａ 多孔質体
３６ｂ 中空部
３８ バクテリア定着部
４０ 養液循環手段
４１ 排出側養液タンク
４１ａ、４１ｂ 受液口
４１ｃ 送液口
４２ 養液循環ポンプ
４３ 養液配管
４４ 供給側養液タンク
４４ａ 受液口
４４ｂ 送液口
４５ 養液供給経路
４５ａ 単質養液の供給口
４６ 養液排出経路
５０ ハウス内冷却手段
５２ フィルタ
５４ 地中配管
５６ ファン
６０ ハウス
Ｓ 単質養液
Ａ 空気
ＲＡ 改質空気

Claims (39)

1. 単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培する植物栽培システムであって、
   植物を保持する栽培槽の内部を所定速度で流れる単質養液に、前記栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度にするのに適した状態になるように空気を改質した改質空気を、所定温度にして、単質養液を前記所定濃度にするのに必要な流量で、バクテリア定着部の近傍から供給するようにしたことを特徴とする、植物栽培システム。
2. 改質空気は、多孔質体を介して気泡状態で単質養液内に供給されることを特徴とする、請求項１に記載の植物栽培システム。
3. 前記多孔質体を前記バクテリア定着部として用い、改質空気が前記バクテリア定着部を通って栽培槽内に供給されるようにしたことを特徴とする、請求項２に記載の植物栽培システム。
4. 改質空気は、前記栽培槽の内部において複数の箇所から単質養液に供給されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の植物栽培システム。
5. 改質空気は、空気から窒素を除去したものであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の植物栽培システム。
6. 改質空気は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室において、前記一定の温度と同じ温度になるまで保持された後に、単質養液内に供給されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の植物栽培システム。
7. 単質養液の養分溶解度を表す電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍ〜３．５ｍＳ／ｃｍであることを特徴とする、請求項１に記載の植物栽培システム。
8. 栽培槽内を流れる単質養液の前記所定速度は、栽培される植物の根に与えられる圧力が土壌内における圧力と概ね同程度となるように調整された単質養液の流速であり、前記所定濃度は、植物の根及び好気性バクテリアの活動を活性化させるのに適した溶存酸素の濃度であり、前記所定温度は、植物の根に悪影響を及ぼさない改質空気の温度であることを特徴とする、請求項１に記載の植物栽培システム。
9. 前記所定速度は３ｃｍ／秒〜５ｃｍ／秒であることを特徴とする、請求項１または請求項８に記載の植物栽培システム。
10. 前記所定濃度は８ｐｐｍ〜１２ｐｐｍであることを特徴とする、請求項１または請求項８に記載の植物栽培システム。
11. 前記所定温度は１８℃〜２２℃であることを特徴とする、請求項１または請求項８に記載の植物栽培システム。
12. 改質空気の１時間当たりの前記流量は、栽培槽とタンクを循環する単質養液全体の体積に対して３倍〜５倍であることを特徴とする、請求項１に記載の植物栽培システム。
13. 単質養液が、栽培槽とタンクとを結ぶ循環路内において滞留することなく混合されて循環するように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の植物栽培システム。
14. 単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培する植物栽培装置であって、
    植物と、所定速度で流れる単質養液とを保持する、栽培槽と、
    前記栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度とするのに適した状態になるように空気を改質した改質空気にする、空気改質手段と、
    改質空気の温度が所定温度になるように調整する改質空気温度調整手段と、
    単質養液を前記所定濃度にするために必要な流量の改質空気を前記栽培槽の内部の単質養液に供給する改質空気供給手段と、
    前記改質空気供給手段の改質空気供給部の近傍に配置されたバクテリア定着部と、
    単質養液を前記栽培槽とタンクとの間で循環させる、単質養液循環手段と、
    を備えることを特徴とする植物栽培装置。
15. 前記改質空気供給部は多孔質体であることを特徴とする、請求項１４に記載の植物栽培装置。
16. 前記多孔質体は前記バクテリア定着部であることを特徴とする、請求項１５に記載の植物栽培装置。
17. 前記改質空気供給部は、前記栽培槽の内部において複数設けられたことを特徴とする、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
18. 前記空気改質手段は、空気から窒素を除去するためのフィルタを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の植物栽培装置。
19. 前記改質空気温度調整手段は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室を含み、改質空気は、前記改質空気貯留室内において前記一定の温度と同じ温度になるまで保持された後に、前記改質空気供給手段によって供給されることを特徴とする、請求項１４に記載の植物栽培装置。
20. 単質養液の養分溶解度を表す電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍ〜３．５ｍＳ／ｃｍであることを特徴とする、請求項１４に記載の植物栽培装置。
21. 栽培槽内を流れる単質養液の前記所定速度は、栽培される植物の根に与えられる圧力が土壌内における圧力と概ね同程度となるように調整された単質養液の流速であり、前記所定濃度は、植物の根及び好気性バクテリアの活動を活性化させるのに適した溶存酸素の濃度であり、前記所定温度は、植物の根に悪影響を及ぼさない改質空気の温度であることを特徴とする、請求項１４に記載の植物栽培装置。
22. 前記所定速度は３ｃｍ／秒〜５ｃｍ／秒であることを特徴とする、請求項１４または請求項２１に記載の植物栽培装置。
23. 前記所定濃度は８ｐｐｍ〜１２ｐｐｍであることを特徴とする、請求項１４または請求項２１に記載の植物栽培装置。
24. 前記所定温度は１８℃〜２２℃であることを特徴とする、請求項１４または請求項２１に記載の植物栽培装置。
25. 改質空気の１時間当たりの前記流量は、栽培槽とタンクを循環する単質養液全体の体積に対して３倍〜５倍であることを特徴とする、請求項１４に記載の植物栽培装置。
26. 前記単質養液循環手段は、単質養液を循環させるポンプと、栽培槽から排出された単質養液を混合する第１のタンクと、栽培槽に供給されることになる単質養液を混合する第２のタンクと、前記第１のタンクと前記第２のタンクとの間を接続する交差配管とを備えることを特徴とする、請求項１４に記載の植物栽培装置。
27. 単質養液を用いて、連作障害を生じさせることなく多品目の植物を同時に栽培する植物栽培方法であって、
    植物を保持する栽培槽の内部に、所定速度で単質養液を流し、
    前記栽培槽の単質養液の溶存酸素濃度を所定濃度にするのに適した状態になるように空気を改質して改質空気とし、
    改質空気の温度を所定温度とし、
    単質養液を前記所定濃度にするのに必要な流量の改質空気を、バクテリア定着部の近傍から前記栽培槽の内部の単質養液に供給する、
    工程を含むことを特徴とする植物栽培方法。
28. 改質空気を単質養液に供給する工程は、改質空気を、多孔質体を介して気泡状態で単質養液に供給する工程を含むことを特徴とする、請求項２７に記載の植物栽培方法。
29. 改質空気を単質養液に供給する工程は、改質空気を、バクテリア定着部である多孔質体を介して供給することを特徴とする、請求項２８に記載の植物栽培方法。
30. 改質空気を単質養液に供給する工程は、改質空気を、前記栽培槽の内部において複数の箇所から単質養液に供給することを特徴とする、請求項２７乃至２９のいずれか１項に記載の植物栽培方法。
31. 空気を改質する工程は、空気から窒素を除去する工程を含むことを特徴とする、請求項２７に記載の植物栽培方法。
32. 改質空気の温度を所定温度にする工程は、内部の温度が一定の温度に維持された改質空気貯留室内において、改質空気が前記一定の温度になるまで改質空気を保持する工程を含むことを特徴とする、請求項２７に記載の植物栽培方法。
33. 単質養液の養分溶解度を表す電気伝導度は２．５ｍＳ／ｃｍ〜３．５ｍＳ／ｃｍであることを特徴とする、請求項２７に記載の植物栽培方法。
34. 栽培槽内を流れる単質養液の前記所定速度は、栽培される植物の根に与えられる圧力が土壌内における圧力と概ね同程度となるように調整された単質養液の流速であり、前記所定濃度は、植物の根及び好気性バクテリアの活動を活性化させるのに適した溶存酸素の濃度であり、前記所定温度は、植物の根に悪影響を及ぼさない改質空気の温度であることを特徴とする、請求項２７に記載の植物栽培方法。
35. 前記所定速度は３ｃｍ／秒〜５ｃｍ／秒であることを特徴とする、請求項２７または請求項３４に記載の植物栽培方法。
36. 前記所定濃度は８ｐｐｍ〜１２ｐｐｍであることを特徴とする、請求項２７または請求項３４に記載の植物栽培方法。
37. 前記所定温度は１８℃〜２２℃であることを特徴とする、請求項２７または請求項３４に記載の植物栽培方法。
38. 改質空気の１時間当たりの前記流量は、栽培槽とタンクを循環する単質養液全体の体積に対して３倍〜５倍であることを特徴とする、請求項２７に記載の植物栽培方法。
39. 単質養液を、栽培槽とタンクとを結ぶ循環路内において滞留させることなく混合して循環させる工程さらに含むことを特徴とする、請求項２７に記載の植物栽培方法。

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