JP2015202059A - 水耕栽培装置及び水耕栽培方法 - Google Patents

Abstract

【課題】植物体の地下部における結露を低減する水耕栽培装置を提供する。
【解決手段】水耕栽培装置は、内部に植物体Ｐが保持され、下部に養液Ｆが導入される栽培槽１と、植物体Ｐの地上部Ｐ１が位置する第１の空間Ｄ１と植物体Ｐの地下部Ｐ２が位置する第２の空間Ｄ２とを仕切る仕切り部４と、第１の空間Ｄ１を、第１の期間において第１の温度、第２の期間において第１の温度より低い第２の温度に調節する植物育成条件に従って、第１の空間Ｄ１の環境を制御する環境制御部８１と、植物育成条件に応じて第２の空間の湿度を制御する湿度制御部８３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、水耕栽培により植物を育成する水耕栽培装置及び水耕栽培方法に関する。

土を使用しないで植物を育成する養液栽培として、植物の根を養液に浸漬させることにより栽培を行う水耕栽培が知られている（特許文献１参照）。塊茎、塊根等の生産物を地下部に生じる植物体を水耕栽培により育成する場合、地下部への光を遮り、地上部と地下部とを仕切る仕切り部材が用いられる。茎葉等、植物体の地上部に相当する空間の光量、温度、湿度を制御することで、効率よく植物体を育成することができる。

特開２０１０−０８８４２５号公報

しかしながら、地上部に相当する空間の温度を下げる際、地下部において結露が生じるおそれがある。塊茎、塊根等が過度に湿潤な状態であると、カビや生理障害等の要因となる。とはいえ、仕切り部材をなくすと、植物体の地下部に光が当たり、不都合が生じる。
本発明は、上記問題点を鑑み、植物体の地下部における結露を低減す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。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る水耕栽培装置は、内部に植物体が保持され、下部に養液が導入される栽培槽と、植物体の地上部が位置する第１の空間と植物体の地下部が位置する第２の空間とを仕切る仕切り部と、第１の空間を、第１の期間において第１の温度、第２の期間において第１の温度より低い第２の温度に調節する植物育成条件に従って、第１の空間の環境を制御する環境制御部と、植物育成条件に応じて第２の空間の湿度を制御する湿度制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る水耕栽培装置は、第１の態様に係る水耕栽培装置において、環境制御部が第１の期間から第２の期間に移行したことを検知する検知部を更に備え、湿度制御部が、検知部が第１の期間から第２の期間への移行を検知した場合に、第２の空間の湿度を低くするように制御することを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る水耕栽培装置は、第２の態様に係る水耕栽培装置において、第１の空間の光量を計測する光量計測部を更に備え、検知部が、光量計測部により計測される光量の変化に応じて、環境制御部が第１の期間から第２の期間に移行したことを検知することを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る水耕栽培装置は、第２の態様に係る水耕栽培装置において、第１の空間の温度を計測する温度計測部を更に備え、検知部が、温度計測部により計測される温度の変化に応じて、環境制御部が第１の期間から第２の期間に移行したことを検知することを特徴とする。

本発明の第５の態様に係る水耕栽培装置は、第１〜４のいずれかの態様に係る水耕栽培装置において、仕切り部が、第１の空間と第２の空間との間を開閉する通気窓を備え、湿度制御部が、通気窓の開閉を制御することにより第２の空間の湿度を制御することを特徴とする。

本発明の第６の態様に係る水耕栽培装置は、第２の空間に栽培槽の外部の空気を導入する外気導入部を更に備え、湿度制御部が、外気導入部を制御することにより第２の空間の湿度を制御する第１〜４のいずれかの態様に係る水耕栽培装置において、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様に係る水耕栽培方法は、内部に植物体が保持され、下部に養液が導入される栽培槽と、植物体の地上部が位置する第１の空間と植物体の地下部が位置する第２の空間とを仕切る仕切り部とを備える水耕栽培装置により植物体を育成する水耕栽培方法であって、第１の空間を、第１の期間において第１の温度、第２の期間において第１の温度より低い第２の温度に調節する植物育成条件に従って、第１の空間の環境を制御するステップと、植物育成条件に応じて第２の空間の湿度を制御するステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、植物体の地下部における結露を低減する水耕栽培装置及び水耕栽培方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置の基本的な構成を説明する模式的な斜視図である。 本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置が備える環境制御部の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置に用いる植物育成条件を図示した一例である。 本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置が備える湿度制御部の動作を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施の形態に係る水耕栽培装置の基本的な構成を説明する模式的な斜視図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略している。

（水耕栽培装置）
本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置は、図１に示すように、栽培槽１と、栽培槽１の内部において、植物体Ｐを保持する保持部３と、仕切り部４と、照明５と、空調部６と、計測部７と、制御部８と、記憶部９とを備える。

植物体Ｐは、茎葉である地上部Ｐ１と、根等の地下部Ｐ２とを有する。植物体Ｐは、例えば、地下部Ｐ２に養分を蓄える塊茎を生じるジャガイモである。地下部Ｐ２は、例えば、塊茎（種芋）と、塊茎から延びる根Ｑ１と、ストロンＱ２とを有する。植物体Ｐは、ジャガイモに限るものでなく、本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置において育成可能な植物であればよい。

栽培槽１は、例えば直方体状の水槽である。栽培槽１は、内部の下部に養液Ｆが導入される。栽培槽１は、例えば、図示を省略した導入口及び排出口を備え、下部において、養液Ｆが外部を介して循環的に供給される流路２を構成する。栽培槽１は、下部に養液Ｆが溜められるようにしてもよい。

保持部３は、例えば平板状であり、栽培槽１の内部において養液Ｆの上方に水平に設置される。保持部３は、例えば、複数の貫通孔を有するシート状の保持材３１と、保持材３１の上面に固定された平板状の保持板３２とにより構成される。保持材３１は、例えば網の目を複数の貫通孔として有する金網からなる。保持板３２は、例えば樹脂材料からなる。保持板３２は、例えば、植物体Ｐの地下部Ｐ２に応じた大きさの複数の貫通孔を有する。

保持板３２の貫通孔と保持材３１とは、地下部Ｐ２の一部（例えば種芋）を保持する保持領域３０を構成する。保持領域３０は、例えば、塊根、根茎、塊茎、鱗茎、挿し穂及び走出枝等の栄養繁殖体を保持材３１の上面において保持する。保持領域３０に位置する保持材３１の複数の貫通孔は、植物体Ｐの根Ｑ１を通す大きさを有することにより、根Ｑ１を養液Ｆに浸漬させることができる。保持部３は、根Ｑ１を養液Ｆに浸漬させることができるので、定植の段階より植物体Ｐに養分を供給することができる。

その他、保持部３は、育成過程で生じた塊茎等の生産物を保持する。保持部３の上面側において延伸したストロンＱ２は、先端部において塊茎を発生させる。発生した塊茎は、保持板３２の上面において保持されることになる。保持部３は、必要な植物体Ｐの塊茎を養液Ｆに浸漬させることがないので、菌の繁殖や生理障害等、過度な湿潤状態に起因する植物体Ｐの不具合を効果的に低減することができる。

仕切り部４は、例えば平板状であり、栽培槽１の内部において保持部３の上方に水平に設置される。仕切り部４は、例えば遮光性を有する合成樹脂からなる。仕切り部４は、植物体Ｐの地上部Ｐ１が位置する第１の空間Ｄ１と、植物体Ｐの地下部Ｐ２が位置する第２の空間Ｄ２とを仕切る。仕切り部４は、地上部Ｐ１の茎葉を通すことができる大きさの複数の貫通孔を有する。仕切り部４は、照明５から発せられた光を遮ることにより、地下部Ｐ２が位置する第２の空間Ｄ２を暗く保つ。

仕切り部４は、第１の空間Ｄ１と第２の空間Ｄ２との間を開閉する通気窓４１を備える。通気窓４１は、制御部８の制御に応じて開閉する。通気窓４１は開閉することにより、第２の空間Ｄ２の温度及び湿度と、第１の空間Ｄ１の温度及び湿度とを互いに近い値にすることができる。

照明５は、制御部８の制御に応じて発光する。照明５は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える照明装置から構成される。空調部６は、制御部８の制御に応じて、第１の空間Ｄ１の温度及び湿度を調節する。計測部７は、第１の空間Ｄ１の温度を計測する温度計測部として機能する。計測部７は第１の空間Ｄ１の光量を計測する光量計測部として機能するようにしてもよい。

制御部８は、環境制御部８１と、検知部８２と、湿度制御部８３とを有する。制御部８は、本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置の動作に必要な演算を処理する演算処理装置からなる。環境制御部８１は、予め設定された植物育成条件に従って、照明５、空調部６等を制御することにより、第１の空間Ｄ１の環境を制御する。

検知部８２は、例えば、予め設定された植物育成条件に応じて、第１の空間Ｄ１の環境の変化を検知する。検知部８２は、植物育成条件に応じて制御される第１の空間Ｄ１の環境の変化を、計測部７により計測された温度または光量の変化を検出することにより検知するようにしてもよい。

湿度制御部８３は、例えば、通気窓４１を開閉させることにより、第２の空間Ｄ２の湿度を制御する。

記憶部９は、環境制御部８１の動作に必要な植物育成条件を記憶する記憶装置からなる。植物育成条件は、図示を省略した入力装置により、内容を変更可能である。その他、記憶部９は、本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置が行う処理に必要なプログラム、ファイル等を記憶する。

−環境制御部の処理−
図２のフローチャートを用いて、環境制御部８１の動作の一例を説明する。例えば、記憶部９において、図３に示すような植物育成条件が設定されているとする。図３に示す植物育成条件は、第１の期間として、照明５をオン、空調部６の設定温度を２３℃にした状態を１２時間継続する明期と、第２の期間として、照明５をオフ、空調部６の設定温度を１４℃にした状態を１２時間継続する暗期とが設定されている。

先ず、ステップＳ１において、環境制御部８１は、記憶部９から植物育成条件を読み出し、第１の期間に移行する。環境制御部８１は、植物育成条件に従って、第１の期間において、照明５を発光させ、空調部６を制御することにより、第１の空間Ｄ１の温度を２３℃（第１の温度）に調節する。

ステップＳ２において、環境制御部８１は、第１の期間の設定時間（第１の所定時間）である１２時間が経過した否かを判定する。環境制御部８１は、１２時間経過していない場合、ステップＳ１の処理を継続し、１２時間経過した場合、ステップＳ３に処理を進める。

ステップＳ３において、環境制御部８１は、第２の期間に移行する。環境制御部８１は、植物育成条件に従って、第２の期間において、照明５の発光を停止させ、空調部６を制御することにより、第１の空間Ｄ１の温度を１４℃（第２の温度）に調節する。

ステップＳ４において、環境制御部８１は、第２の期間の設定時間（第２の所定時間）である１２時間が経過した否かを判定する。環境制御部８１は、１２時間経過していない場合、ステップＳ３の処理を継続し、１２時間経過した場合、ステップＳ１に処理を戻す。このように、環境制御部８１は、記憶部９に設定された植物育成条件に従って、第１の空間Ｄ１を、植物体Ｐの育成に適した環境に制御することができる。

−湿度制御部の処理−
図４のフローチャートを用いて、湿度制御部８３の動作の一例を説明する。

先ず、ステップＳ１１において、検知部８２は、植物育成条件に従った環境制御部８１の動作を監視することにより、第１の空間Ｄ１の環境を監視する。検知部８２は、計測部７により計測された温度または光量の変化を検出することにより、第１の空間Ｄ１の環境を監視するようにしてもよい。

ステップＳ１２において、湿度制御部８３は、検知部８２が第１の空間Ｄ１の環境の変化を検知することにより、第２の空間Ｄ２の湿度を制御する必要があるか否かを判定する。例えば、検知部８２が、環境制御部８１が第１の期間から第２の期間に移行したことを検知したとする。第２の空間Ｄ２は、下部に養液Ｆが存在することから湿度が高くなっている。このとき、湿度制御部８３は、第１の空間Ｄ１の温度が、第１の温度から第１の温度より低い第２の温度に下がり、第２の空間Ｄ２の地下部Ｐ２において結露が生じるおそれがあるとして、第２の空間Ｄ２の湿度を制御する必要があると判定する。

また、検知部８２は、計測部７が計測した温度が閾値を下回ることにより、環境制御部８１が第１の期間から第２の期間に移行したとして検知するようにしてもよい。或いは、空調部６の設定温度が第１及び第２の期間で一定である場合、第１の空間Ｄ１の温度は光量に応じて変化すると考えられる。よって、検知部８２は、計測部７が計測した光量が閾値を下回ることにより、環境制御部８１が第１の期間から第２の期間に移行したとして検知するようにしてもよい。

このように、湿度制御部８３は、第１の空間Ｄ１の温度が下がり、第２の空間Ｄ２の地下部Ｐ２において結露が生じるおそれがある場合、第２の空間Ｄ２の湿度を制御する必要があると判定する。湿度制御部８３は、第２の空間Ｄ２の湿度を制御する必要がない場合、ステップＳ１１の処理を継続し、第２の空間Ｄ２の湿度を制御する必要がある場合、ステップＳ１３に処理を進める。

ステップＳ１３において、湿度制御部８３は、例えば通気窓４１を開いて、第１の空間Ｄ１の温度及び湿度と、第２の空間Ｄ２の温度及び湿度とを互いに近い値とすることにより、第２の空間Ｄ２の湿度を低くするように制御する。湿度制御部８３は、ステップＳ１３の後、ステップＳ１１に処理を戻す。

以上のように、本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置によれば、第１の空間Ｄ１の環境の変化を検知したことに応じて、第２の空間Ｄ２の湿度を制御することにより、植物体Ｐの地下部Ｐ２における結露を低減することができる。よって、本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置は、過度な湿潤状態に起因する菌の繁殖や皮目肥大等の生理障害を低減することができ、生産物の商品価値を下げる植物体Ｐの不具合を低減することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、既に述べた実施の形態において、湿度制御部８３は、記憶部９から植物育成条件を読み出し、第１の期間から第２の期間に移行する時刻または移行する時刻の所定時間（例えば１０分間）前の時刻に、通気窓４１を開くようにしてもよい。また、湿度制御部８３は、第２の期間から第１の期間に移行する時刻から所定時間（例えば３０分間）経過後に通気窓４１を閉じるようにしてもよい。これらの場合、通気窓４１を開く時間は、照明５の光が地下部Ｐ２に影響を与えない程度の時間とする。

また、既に述べた実施の形態において、水耕栽培装置は、図５に示すように、栽培槽１の第２の空間Ｄ２に栽培槽１の外部の空気を導入する外気導入部１０を備えるようにしてもよい。外気導入部１０は、例えば、湿度制御部８３の制御に応じて駆動する送風機からなる。湿度制御部８３は、上述のステップＳ１３において、外気導入部１０を制御することにより第２の空間Ｄ２の湿度を低くすることができる。

また、既に述べた実施の形態において、保持部３は、図５に示すように、保持板３２の上面に配置された乾燥部３３を備えるようにしてもよい。乾燥部３３は、シリカゲルやゼオライト等を含む平板からなり、第２の空間Ｄ２のうち保持部３の上方の湿度を更に効果的に低減させることができる。

上記の他、本発明の実施の形態及び変形例を相互に応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

Ｄ１ 第１の空間
Ｄ２ 第２の空間
Ｆ 養液
Ｐ 植物体
Ｐ１ 地上部
Ｐ２ 地下部
１ 栽培槽
４ 仕切り部
７ 計測部（温度計測部、光量計測部）
１０ 外気導入部
４１ 通気窓
８１ 環境制御部
８２ 検知部
８３ 湿度制御部

Claims (7)

1. 内部に植物体が保持され、下部に養液が導入される栽培槽と、
   前記植物体の地上部が位置する第１の空間と前記植物体の地下部が位置する第２の空間とを仕切る仕切り部と、
   前記第１の空間を、第１の期間において第１の温度、第２の期間において前記第１の温度より低い第２の温度に調節する植物育成条件に従って、前記第１の空間の環境を制御する環境制御部と、
   前記植物育成条件に応じて前記第２の空間の湿度を制御する湿度制御部と
   を備えることを特徴とする水耕栽培装置。
2. 前記環境制御部が前記第１の期間から前記第２の期間に移行したことを検知する検知部を更に備え、
   前記湿度制御部は、前記検知部が前記第１の期間から前記第２の期間への移行を検知した場合に、前記第２の空間の湿度を低くするように制御することを特徴とする請求項１記載の水耕栽培装置。
3. 前記第１の空間の光量を計測する光量計測部を更に備え、
   前記検知部は、前記光量計測部により計測される光量の変化に応じて、前記環境制御部が前記第１の期間から前記第２の期間に移行したことを検知することを特徴とする請求項２に記載の水耕栽培装置。
4. 前記第１の空間の温度を計測する温度計測部を更に備え、
   前記検知部は、前記温度計測部により計測される温度の変化に応じて、前記環境制御部が前記第１の期間から前記第２の期間に移行したことを検知することを特徴とする請求項２に記載の水耕栽培装置。
5. 前記仕切り部は、前記第１の空間と前記第２の空間との間を開閉する通気窓を備え、
   前記湿度制御部は、前記通気窓の開閉を制御することにより前記第２の空間の湿度を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水耕栽培装置。
6. 前記第２の空間に前記栽培槽の外部の空気を導入する外気導入部を更に備え、
   前記湿度制御部は、前記外気導入部を制御することにより前記第２の空間の湿度を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水耕栽培装置。
7. 内部に植物体が保持され、下部に養液が導入される栽培槽と、前記植物体の地上部が位置する第１の空間と前記植物体の地下部が位置する第２の空間とを仕切る仕切り部とを備える水耕栽培装置により植物体を育成する水耕栽培方法であって、
   前記第１の空間を、第１の期間において第１の温度、第２の期間において前記第１の温度より低い第２の温度に調節する植物育成条件に従って、前記第１の空間の環境を制御するステップと、
   前記植物育成条件に応じて前記第２の空間の湿度を制御するステップと
   を含むことを特徴とする水耕栽培方法。

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