JP2021153565A - 果菜類の栽培施設及び該栽培施設におけるトマトの栽培方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温期に高糖度であることが好まれるトマト等の果菜類の栽培土での寒締め栽培を可能にする手段を提供する。【解決手段】トマト等の果菜類の栽培施設Ｓは、栽培地２と、栽培地２への降雨を遮断する屋根と、栽培地２を冷却する栽培地冷却装置４とを備えている。栽培地２は、地面に形成された凹部の側面及び底面に配設された断熱材６と、断熱材６によって画成された容器状空間部に収容された栽培土３と、栽培土３の上面に載置された籾殻層１０とを有する。栽培地冷却装置４は、栽培土３に埋設された伝熱管１３と、伝熱管１３の中空部に０〜１０℃の冷水を供給する冷水供給装置１４とを有する。冷水供給装置１４は、冷水貯槽１５と、冷水供給管１６と、冷水還流管１７と、ポンプ１８と、冷凍機１９と、冷水塔２０とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、果菜類の栽培施設と、該栽培施設におけるトマトの栽培方法とに関するものである。

果菜類の代表格であるトマトは、基本的には７月〜８月の夏季に実が収穫されるいわゆる「夏野菜」であり、３月〜４月に播種・育苗が行われ、５月〜６月の温暖期ないしは高温期に大きく成長して開花・着果する。

トマトは、料理や調味料の材料として世界中で大量に使用されているが、国内では調理又は加工されずに生食されることが多い。このため、国内では、普通のトマトより甘味が強い高糖度トマト（いわゆるフルーツトマト）が好まれる傾向がある。

高糖度トマトの栽培手法としては、灌水量を少なくすることによりトマトの茎、葉ないしは実に水分ストレスをかけて実の糖度を高めるといった手法（いわゆる節水栽培）が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。しかし、節水栽培では、高温期には水分の旺盛な蒸散により茎や葉が萎れるのを防止するために灌水量を精密に管理しなければならず、栽培に手間がかかるといった問題がある。

そこで、温暖期ないしは高温期にトマトの根だけを１２℃程度まで冷却し、低温ストレスによりトマトの実の糖度を高めるといった手法（いわゆる寒締め栽培）が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。寒締め栽培によれば、一般に糖度が４〜５度である普通のトマトと比べて糖度が２〜４度高い高糖度トマトを生産することができる。なお、トマト以外の果菜類（夏野菜）、例えばトウモロコシ、ナス、キュウリなどについても寒締め栽培により糖度を高めることができる。

特開２０１２−１００５９５号公報 特開２００６−３２０３１６号公報

番喜宏、山下文秋、林吾朗「裁植密度及び水ストレスがトマトの果実糖度及び乾物生産に及ぼす影響」、愛知県農業総合試験場研究報告、第２６号、１９９４年、ｐ１６３〜１６７

しかしながら、特許文献２に開示されたトマトの寒締め栽培手法は、トマトの水耕栽培に係るものであって、トマトの根が浸漬されている水の温度を１２℃前後に制御することによりトマトの根を１２℃前後に保持するようにしている。したがって、この手法は、畑地等における栽培土でのトマトの寒締め栽培には用いることができない。

本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたものであって、高糖度であることが好まれるトマト等の果菜類（夏野菜）の栽培土での寒締め栽培を可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係る果菜類（例えば、トマト、トウモロコシ、ナス、キュウリ等の夏野菜）の栽培施設は、果菜類が植栽される栽培地と、栽培地の上方に配設され該栽培地への降雨を遮断する屋根と、栽培地を冷却する栽培地冷却装置とを備えている。栽培地は、地面に形成された凹部の側面及び底面に配設された断熱材と、断熱材によって画成された容器状空間部に収容された果菜類が植栽される栽培土と、栽培土の上面に載置された籾殻層とを有する。また、栽培地冷却装置は、栽培土に埋設された伝熱管と、伝熱管の中空部に０〜１０℃の冷水を供給する冷水供給装置とを有する。なお、栽培土には、果菜類が植栽される複数の畝が形成されているのが好ましい。

本発明に係る果菜類の栽培施設において、冷水供給装置は、冷水を貯留する冷水貯槽と、冷水貯槽内の冷水を伝熱管に供給するとともに伝熱管内を流通した冷水を冷水貯槽に還流させるポンプ及び管路と、冷水貯槽内の冷水を冷却する冷凍機とを備えているのが好ましい。冷凍機は、凝縮器を冷却水で冷却する一方、蒸発器で冷水を冷却する水冷式の蒸気圧縮冷凍機であるのが好ましい。この場合、冷水供給装置は、凝縮器に冷却水を供給する一方、凝縮器から還流する冷却水を大気との接触（冷却水の蒸発）により冷却する冷却水循環型の冷却塔を備えているのが好ましい。

本発明に係る果菜類の栽培施設は、例えば高糖度トマトの栽培ないしは生産に利用することができる。この場合、例えば下記の手順でトマトを栽培ないしは生産することができる。
（１）４月又は５月に、栽培土にトマトの苗を植栽する。
（２）トマトの苗を植栽した後、栽培地の冷却を開始する前に栽培土の上に籾殻層を載置する。
（３）籾殻層を載置した後、トマトの着果が始まる前に伝熱管への冷水の供給を開始して、該伝熱管への冷水の供給量及び温度を、栽培土の温度が１０〜１２℃に維持されるように制御する。
（４）７月又は８月に、熟したトマトの実を収穫する。
（５）トマトの実の収穫が終了した後、伝熱管への冷水の供給を停止して栽培土から籾殻層を除去する。

本発明に係る果菜類の栽培施設によれば、高糖度であることが好まれるトマト等の果菜類（夏野菜）を栽培土で寒締め栽培することができ、高糖度の果菜類を生産することができる。また、本発明に係るトマトの栽培方法ないしは生産方法によれば、温暖期ないしは高温期にトマトを栽培土で寒締め栽培することができ、高糖度トマトを生産することができる。なお、トマトの根以外の部分は冷却しないので、トマトの成長はほとんど阻害されない。

本発明に係る果菜類の栽培施設の平面図である。 図１に示す果菜類の栽培施設のＡ−Ａ線における立面断面図である。 図２に示す果菜類の栽培施設の一部を拡大して示す立面断面図である。 栽培地を冷却するための冷水供給装置の模式的な立面図である。 図１に示す果菜類の栽培施設におけるトマトの栽培スケジュールの一例を示す図表である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る果菜類（夏野菜）の栽培施設Ｓの概要を説明する。なお、この実施形態では、栽培施設Ｓはトマトの寒締め栽培を行うようにしているが、本発明に係る栽培施設Ｓがトマト以外の高糖度が好まれる果菜類（夏野菜）、例えばトウモロコシ、ナス、キュウリなどの寒締め栽培も行うことができるのはもちろんである。

図１〜図３に示すように、栽培施設Ｓは、多数のトマト株１が植栽される栽培地２と、栽培地２の栽培土３を冷却する栽培地冷却装置４とを備えている。なお、本明細書において「トマト株」は、トマトの根、茎、葉及び実（着果前を除く）を含むトマト全体としての植物体を意味する。栽培地２は、地面に形成された略直方体状の凹部５の４つの側面及び底面に配置された発泡スチレン製の断熱材６によって画成された略直方体状の箱状空間部に栽培土３が収容された構造を有している。断熱材６の内側表面（栽培土側の表面）には、機械的強度が小さい断熱材６を保護するためのアルミニウム製又はプラスチック製の保護板７が配設されている。なお、断熱材６の内側表面及び外側表面の両方に保護板７を配設してもよい。

断熱材６の材料は発泡スチレンに限定されるものではなく、発泡スチレンの熱伝導度（おおむね０．０２６ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃＝０．０３ｗ／ｍ・Ｋ）と同等又はこれより小さい熱伝導度をもち、板状に成形することができる軽量かつ安価なものであれば、どのようなものであってもよい。

栽培土３の上面には、直線状に伸びる作業通路８（畝間）を挟んで互いに平行に伸び、それぞれトマト株１が植栽される複数の畝９が形成されている。各畝９にトマト株１を一列で植栽する場合は、畝幅（畝上面の幅）は４０〜５０ｃｍとし、作業通路幅は５０〜６０ｃｍとするのが実用的である。また、作業通路８からの畝９の高さは、５〜１０ｃｍとするのが実用的である。なお、畝９には、必要に応じて、トマト株１の主茎を支持ないしは誘導する支柱（図示せず）が立てられる。

そして、栽培土３（作業通路８及び畝９）の上には、栽培地冷却装置４によって栽培土３が冷却されているときに、大気から栽培土３への熱の流入量を低減して栽培土３を保冷する厚さが５〜１０ｃｍ程度の籾殻層１０が載置されている。栽培地２の上方には、籾殻層１０（栽培地３）への降雨を遮断する屋根１１が設けられている。籾殻層１０は、多数の籾殻の間隙に大量の空気を保持しているので、熱伝導度が非常に小さく（０．０４３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃（０．０５ｗ／ｍ・Ｋ）程度）、栽培土３を効果的に保冷することができる。籾殻層１０は、トマトの収穫が終わり栽培土３を冷却ないしは保冷する必要がなくなれば撤去されるが、撤去した籾殻は焼却により容易に処分することができる。なお、撤去した籾殻を焼却せずに保管して次年のトマトの栽培に再利用してもよい。

栽培地冷却装置４は、栽培土３に埋設された複数（多数）の伝熱管１３と、各伝熱管１３の中空部に０〜１０℃の栽培土冷却用の冷水（以下、単に「冷水」という。）を供給する冷水供給装置１４とを備えている。そして、冷水供給装置１４は、冷水を貯留する冷水貯槽１５と、冷水貯槽１５内の冷水を伝熱管１３に供給する冷水供給管１６と、伝熱管１３内を流通した冷水を冷水貯槽１５に還流させる冷水還流管１７と、冷水供給管１６に介設されたポンプ１８と、冷凍機１９と、冷水塔２０（クーリングタワー）とを備えている。

なお、以下では栽培施設Ｓにおける平面的な位置関係を簡明に示すために、便宜上、図１中において各畝９の伸びる方向に関して、ポンプ１８ないしは冷水塔２０が位置する側を「前」といい、これと反対側を「後」ということにする。また、平面視で前後方向（各畝９の伸びる方向）と垂直な方向に関して、ポンプ１８が位置する側（冷水供給管側）を「右」とい冷水塔２０が位置する側（冷水還流管側）を「左」ということにする。

各伝熱管１３は、内径が１５〜２５ｍｍ程度の鉄製又はアルミニウム製の円管（例えば、ＪＩＳ規格２０Ａ鋼管）であり、その大部分は栽培土３中で左右方向に伸びているが、栽培地２の右端部付近及び左端部付近では上向きに伸びて栽培地２の上方に突出している。そして、伝熱管１３の右端部は冷水供給管１６に接続され、左端部は冷水還流管１７に接続されている。複数（多数）の伝熱管１３は、前後方向に２０〜４０ｃｍの間隔（中心間距離）で左右方向に互いに平行に伸びている。なお、伝熱管１３の栽培土３中で左右に伸びている部分は、栽培土３の上面（表面）から４０〜５０ｃｍの深さの位置に埋設されている。

冷水貯槽１５は、地上に設置された鉄製又は合成樹脂製（例えば、ＦＲＰ製）の略円筒形のタンクであり、槽内の冷水を保冷するために、その外面（周面、上面及び底面）は、発泡スチレン等の断熱材（図示せず）で被覆されている。冷水貯槽１５の容量は、全伝熱管１３、冷水供給管１６及び冷水還流管１７の中空部（冷水が流通する空間）の総容積の５〜１０倍程度とするのが実用的である。

冷水供給管１６は、一端が冷水貯槽１５の下部に接続され他端が閉止された鉄製又は合成樹脂製（例えば、塩化ビニル製）の円管であり、地上又は地面よりやや上方（例えば、地面の３０〜６０ｃｍ上方）に配設されている。冷水供給管１６は、その大部分（冷水貯槽１５の近傍以外の部分）が栽培地２の右側で前後方向に伸び、栽培地２の後端部付近で終端している。冷水還流管１７は、一端が冷水貯槽１５の上部に接続され、他端が閉止された鉄製又は合成樹脂製（例えば、塩化ビニル製）の円管であり、冷水貯槽１５との接続部近傍を除けば、冷水供給管１６とほぼ同じ高さの位置に配設されている。冷水還流管１７は、その大部分（冷水貯槽１５ないしは冷水塔２０の近傍以外の部分）が栽培地２の左側で前後方向に伸び、栽培地２の後端部付近で終端している。

冷水供給管１６の内径は、多数の伝熱管１３にほぼ均等に冷水を流すために、冷水供給時において、流動抵抗に起因してその後端部（終端部）の水圧がその前端部付近の水圧（おおむねポンプ吐出圧）より大きくは低下しないように設定される。例えば、冷水供給管１６の全行程での流動抵抗に起因する圧力低下が２％以下となるように設定される。冷水還流管１７の内径は、冷水供給管１６の内径と同一にするのが実用的である。

ポンプ１８は電動式の渦巻ポンプであり、冷水貯槽１５内の冷水を、冷水供給管１６を介して各伝熱管１３に供給する。ポンプ１８の吐出流量は、各伝熱管１３内で冷水が乱流（例えば、レイノルズ数５０００〜１００００）で流れるように設定される。例えば、伝熱管１３としてＪＩＳ規格２０Ａ鋼管（内径２１．６ｍｍ）を用いる場合は、各伝熱管１３内に冷水をおおむね流速０．３５〜０．７０ｍ／ｓ（流量：０．４５〜０．９ｍ^３／ｈｒ）で流すことになる。

図４に示すように、冷凍機１９は、地上に配設された水冷式の蒸気圧縮冷凍機であり、圧縮機２１と、凝集器２２（コンデンサ）と、膨張弁２３と、蒸発器２４（エバポレータ）と、これらの機器２１〜２４をループ状で直列に接続して冷媒を循環させる冷媒通路２５とを備えている。冷媒としては、例えばフロン系冷媒（代替フロン）が用いられる。

圧縮機２１は、蒸発器２４から導入された低温・低圧の気体冷媒を受け入れ、断熱圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。凝集器２２はほぼ常温の冷却水が流通するシェル２６（外套）と、シェル２６内に収容され冷媒が流通する管型又はプレート型の熱交換部材２７とを有し、圧縮機２１から導入された高温・高圧の気体冷媒を冷却水で冷却して液化させ、中温・高圧の液体冷媒にする。膨張弁２３は、凝集器２２から導入された中温・高圧の液体冷媒を減圧して低温・低圧の液体・気体混合冷媒にする。蒸発器２４は、冷水が流通するシェル２８と、シェル２８内に収容され冷媒が流通する管型又はプレート型の熱交換部材２９とを有し、膨張弁２３から導入された低温・低圧の液体・気体混合冷媒を減圧して低温・低圧の気体冷媒にする。

かくして、冷凍機１９では、冷水貯槽１５内の冷水が、ポンプ３１により冷水通路３２を介して蒸発器２４のシェル２８に導入され、低温の冷媒により冷却されて冷水貯槽１５に還流する。一方、ポンプ３３により冷水塔２０から冷却水通路３４を介して冷却水が凝縮器２２のシェル２６に供給され、この冷却水により熱交換部材２７内の高温の冷媒が冷却される。シェル２６を流通した冷却水は冷水塔２０に戻され、強制通風により大気と接触させられ、大気との接触及び水の蒸発により、おおむね大気の湿球温度まで冷却される。

以下、下記に示す態様の栽培地２を一例として、栽培土３の冷却に必要とされる栽培地冷却装置４の仕様を説明する。ここで、畝９の有無は栽培地冷却装置４の仕様にほとんど影響を及ぼさず、畝９の存在を無視しても誤差は許容範囲内であると予測されるので、便宜上、以下の計算では栽培土２には畝９は形成されていないものとみなす。また、保護板７の厚さは数ｍｍであり、熱容量は栽培土３の熱容量に比べて非常に小さいので、便宜上、以下の計算では保護板７は存在しないものとみなす。

＜栽培地２の態様＞
栽培土３の前後方向の寸法Ｌ：４０ｍ
栽培土３の左右方向の寸法Ｗ：５ｍ
栽培土３の深さＨ：０．５ｍ
栽培土３の見掛け密度ρ：１６００ｋｇ／ｍ^３
籾殻層１０の厚さ：０．１ｍ
断熱材６（発泡スチレン）の厚さ０．１ｍ

栽培地冷却装置４には、下記の仕様の伝熱管１３、冷水供給管１６及び冷水還流管１７を用いる。
＜管の仕様＞
伝熱管：ＪＩＳ２０Ａ鋼管（外径：２７．２ｍｍ、内径：２１．６ｍｍ、管厚：２．８ｍｍ）
隣り合う伝熱管の中心間距離（配列ピッチ）：０．４ｍ
伝熱管の数：１００本
伝熱管の長さ：７ｍ
伝熱管の栽培土中に埋設された部分の長さ：６ｍ
冷水供給管：ＪＩＳ１５０Ａ鋼管（外径：１６５．２ｍｍ、内径：１５５．２ｍｍ、管厚：５．０ｍｍ）
冷水還流管：ＪＩＳ１５０Ａ鋼管（外径：１６５．２ｍｍ、内径：１５５．２ｍｍ、管厚：５．０ｍｍ）

栽培土３の冷却時（高温期）における大気の平均温度を３０℃とし、栽培土３の周囲の土壌の平均温度を２５℃とし、栽培土３の平均温度を１０℃とした場合、栽培土外から栽培土３への熱の流入量は下記のとおりである。
（１）大気から栽培土への熱の流入量
籾殻層１０を介して大気から略直方体の栽培土３に流入する熱量Ｑａは、一般に下記の式１で表される。
Ｑａ＝（λｍ／Ｈｍ）×Ａｍ×（Ｔａ−Ｔｓ）・・・・・・・・・・・・・式１
Ｑａ：流入する熱量（ｋｃａｌ／ｈｒ）
λｍ：籾殻層の熱伝導率（０．０４３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃＝０．０５ｗ／ｍ・Ｋ）
Ｈｍ：籾殻層の厚さ（０．１ｍ）
Ａｍ：籾殻層（栽培土）の上面の面積（２００ｍ^２）
Ｔａ：大気の平均温度（３０℃）
Ｔｓ：栽培土の平均温度（１０℃）
したがって、この場合の熱量Ｑａは下記のとおり、１７２０ｋｃａｌ／ｈｒとなる。
Ｑａ＝（０．０４３／０．１）×２００×（３０−１０）＝１７２０

（２）断熱材６（発泡スチレン）を介して周囲の土壌から略直方体の栽培土３に流入する熱量Ｑｄは、一般に下記の式２で表される。
Ｑｄ＝（λｄ／Ｈｄ）×Ａｄ×（Ｔｄ−Ｔｓ）・・・・・・・・・・・・・式２
Ｑｄ：流入する熱量（ｋｃａｌ／ｈｒ）
λｄ：断熱材の熱伝導率（０．０２６ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃＝０．０３ｗ／ｍ・Ｋ）
Ｈｄ：断熱材の厚さ（０．１ｍ）
Ａｄ：栽培土の側面及び底面の総表面積（２４５ｍ^２）
Ｔｄ：周囲の土壌の平均温度（２５℃）
Ｔｓ：栽培土の平均温度（１０℃）
したがって、この場合の熱量Ｑｄは下記のとおり、９５５．５ｋｃａｌ／ｈｒとなる。
Ｑｄ＝（０．０２６／０．１）×２４５×（２５−１０）＝９５５．５

かくして、栽培土３の温度が１０℃で一定であるときには、外部から栽培土３に平均的には毎時２６７５．５ｋｃａｌ（１７２０＋９５５．５＝２６７５．５）の熱が流入する。栽培土３の温度が１０℃まで低下した後の定常状態では、この熱を伝熱管１３内を流れる冷水で除去すれば、栽培土３の温度は１０℃に維持される。なお、大気の温度や周囲の土壌の温度に応じて、栽培土３から除去すべき熱量は経時的に変化するが、大気の温度と周囲の土壌の温度と栽培土３の温度とに応じて、伝熱管１３内を流れる冷水の温度及び流量を制御することにより、栽培土３の温度をほぼ１０℃に維持することができる。

１０℃の栽培土３に埋設された各伝熱管１３を流通する冷水の平均温度が５℃である場合、それぞれ管長が７ｍであり埋設長さが６ｍである１００本の伝熱管１３により栽培土３から除去可能な熱量Ｑｔは、実用上は、一般に下記の式３で表される。
Ｑｔ＝Ｕｔ×Ａｔ×（Ｔｓ−Ｔｗ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・式３
Ｑｔ：除去可能な熱量（ｋｃａｌ／ｈｒ）
Ｕｔ：総括伝熱係数（１５ｋｃａｌ／ｍ^２・ｈｒ・℃＝１１．６ｗ／ｍ^２・Ｋ）
Ａｔ：１００本の伝熱管の総外周面積（５１．２ｍ^２）
Ｔｓ：栽培土の平均温度（１０℃）
Ｔａ：冷水の平均温度（５℃）
したがって、この場合の熱量Ｑｔは下記のとおり、３８４０ｋｃａｌ／ｈｒとなる。
Ｑｔ＝１５×５１．２×（１０−５）＝３８４０

前記のとおり、栽培土３の温度が１０℃で一定である状態、すなわちほぼ定常状態では、外部から栽培土３に流入する熱量が平均的には毎時２６７５．５ｋｃａｌである一方、冷水の平均温度が５℃である場合の伝熱管１３が除去可能な熱量は毎時３８４０ｋｃａｌである。すなわち、平均的には、伝熱管１３は栽培土３に流入する熱の約１．４３倍（３８４０／２６７５．５＝１．４３）の熱を除去する能力があるので、周囲の温度に応じて伝熱管１３内を流れる冷水の温度及び流量を制御することにより、栽培土３の温度をほぼ１０℃に維持することは可能である。

ただし、冷却初期において栽培土３を初期温度（周囲の土壌と同じく２５℃とする。）から１０℃まで低下させるときには、栽培土３の温度を低下させるために栽培土３から熱を除去する一方、外部から栽培土３に時々刻々流入する熱を除去する必要がある。この場合、栽培土３を２５℃から１０℃まで低下させるために除去すべき熱量Ｑｓは、一般に下記の式４で表される。
Ｑｓ＝Ｖｓ×Ｃｓ×（２５−１０）・・・・・・・・・・・・・・・・・・式４
Ｑｓ：栽培土から除去すべき熱量（ｋｃａｌ）
Ｖｓ：栽培土の体積（１００ｍ^３）
Ｃｓ：栽培土の単位体積当たりの熱容量（６３０ｋｃａｌ／ｍ^３・℃）
したがって、栽培土３から除去すべき熱量は、下記のとおり、９４５０００ｋｃａｌとなる。
Ｑｓ＝１００×６３０×（２５−１０）＝９４５０００

栽培土３を２５℃から１０℃まで冷却する期間中の栽培土３の平均温度はおおむね１７．５℃（（２５＋１０）／２＝１７．５）であると推定される。したがって、この期間中に籾殻層１０を介して大気から栽培土３に流入する平均的な熱量Ｑａ’は、式１において栽培土３の温度Ｔｓを１７．５℃とすれば求められるので、下記のとおり１０７５ｋｃａｌ／ｈｒとなる。
Ｑａ’＝（０．０４３／０．１）×２００×（３０−１７．５）＝１０７５
また、この期間中に断熱材６を介して周囲の土壌から栽培土３に流入する平均的な熱量Ｑｄ’は、式２において栽培土３の温度Ｔｓを１７．５℃（（２５＋１０）／２＝１７．５）とすれば求められるので、下記のとおり４７７．８ｋｃａｌ／ｈｒとなる。
Ｑｄ’＝（０．０２６／０．１）×２４５×（２５−１７．５）＝４７７．８
したがって、この期間中は、周囲から栽培土３に、平均的には毎時１５５２．８ｋｃａｌの熱が流入する（１０７５＋４７７．８＝１５５２．８）。

一方、各伝熱管１３内を流通する冷水の平均温度が５℃であり、栽培土３の平均温度が１７．５℃である場合、全伝熱管１３により栽培土３から除去可能な熱量Ｑｔ’は、式３において栽培土３の温度Ｔｓを１７．５℃（（２５＋１０）／２＝１７．５）とすれば求められるので、下記のとおり９６００ｋｃａｌ／ｈｒとなる。
Ｑｔ’＝１５×５１．２×（１７．５−５）＝９６００

ここで、栽培土３を２５℃から１０℃まで冷却するのに要する時間をＮ時間とすれば、この間に除去すべき熱量Ｑｆは、下記の式５で表される。
Ｑｆ＝９４５０００＋１５５２．８Ｎ・・・・・・・・・・・・・・・式５
一方、全伝熱管１３の除熱能力は前記のとおり平均的には９６００ｋｃａｌ／ｈｒであるので、Ｎ時間の除熱量Ｑｒは９６００Ｎｋｃａｌとなる。そして、熱量Ｑｆと熱量Ｑｒが等しくなる時間Ｎを計算すれば、下記のとおり１１７．４時間となる

このように、２５℃の栽培土３は、冷却開始後おおむね１１７．４時間（約５日間）で１０℃まで冷却され、この後はほぼ定常状態となる。したがって、栽培土３にトマト株１の苗を植栽した後において寒締めを開始する日（トマトの着果が始まる時期より前）のおおむね５日前に栽培土３の冷却を開始するのが好ましい。

以下、各伝熱管１３内に冷水をレイノルズ数が１００００の乱流で流す場合における冷水貯槽１５、ポンプ１８及び冷凍機１９の実用的な容量ないしは性能を説明する。
各伝熱管１３内に５℃の冷水をレイノルズ数Ｒｅが１００００の乱流で流す場合の冷水の流速ｕ_１は、一般に下記の式６で表される。
ｕ_１＝Ｒｅ／（ｄ_１×ρ／μ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式６
ｕ_１：伝熱管内の冷水の流速（ｍ／ｓ）
Ｒｅ：レイノルズ数（−）
ｄ_１：伝熱管の内径（０．０２１６ｍ）
ρ ：５℃の冷水の密度（１０００ｋｇ／ｍ^３）
μ ：５℃の冷水の粘度（０．００１５２ｋｇ／ｍ・ｓ＝１．５２センチポイズ）
したがって、伝熱管内における冷水の流速は下記のとおり、０．７０ｍ／ｓとなる。
ｕ_１＝１００００／（０．０２１６×１０００／０．００１５２）＝０．７０

よって、全伝熱管１３（１００本）における冷水の総流量Ｆは下記のとおり９２．３ｍ^３／ｈｒとなる。

ここで、各伝熱管１３内（全長７ｍ）における圧力損失は、Ｄａｒｃｙ−Ｗｅｉｓｂａｃｈの式によれば、冷水入口部における絶対圧力が２００ｋＰａ（約２ｋｇｆ／ｃｍ^２）である場合、２ｋＰａ（約０．０２ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度である。すなわち、各伝熱管１３内における圧力損失は約１％であり（（２／２００）×１００＝１）、伝熱管１３内ではほとんど圧力は低下しない。

伝熱管１３に前記のように冷水を供給する場合、冷水供給管１６の前端部近傍（ポンプ１８の吐出口近傍）における冷水の流速ｕ_２（以下「前端流速」という。）は、一般に下記の式７で表される。
ｕ_２＝Ｆ／（（３．１４／４）×ｄ_２ ^２×３６００）・・・・・・・・・・式７
ｕ_２：冷水供給管内の冷水の前端流速（ｍ／ｓ）
Ｆ ：全伝熱管の冷水の流量（９２．３ｍ^３／ｈｒ）
ｄ_２：冷水供給管の内径（０．１５５２ｍ）
したがって、冷水供給管内における冷水の前端流速は下記のとおり、１．３６ｍ／ｓとなる。
ｕ_２＝９２．３／（（３．１４／４）×０．１５５２^２×３６００）＝１．３６（ｍ／ｓ）

冷水供給管１６内では、冷水が順次各伝熱管１３に流入するので、後方ほど冷水の流速（流量）が小さくなり、平均流速はおおむね前端流速の５０％（０．６８ｍ／ｓ）である。この場合、冷水供給管１６の前端部から後端部までの間の圧力損失は、Ｄａｒｃｙ−Ｗｅｉｓｂａｃｈの式によれば、ポンプ吐出口付近における絶対圧力が２００ｋＰａ（約２ｋｇｆ／ｃｍ^２）である場合、１ｋＰａ（約０．０１ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度である。すなわち、圧力損失は約０．５％（（１／２００）×１００＝０．５）である。したがって、冷水供給管１６内の圧力はほぼ一定であり、各伝熱管１３にほぼ均等に冷水を流すことができる。なお、冷水還流管１７における圧力損失は、冷水供給管１６における圧力損失とほぼ同一である。このように、伝熱管１３、冷水供給管１６及び冷水還流管１７における圧力損失が非常に小さいので、ポンプ１８の吐出圧は、絶対圧で３００〜４００ｋＰａ（約３〜４ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度でよい。

この例では、各伝熱管１３の全長が７ｍであり、冷水供給管１６及び冷水還流管１７の合計長さが約８５ｍであるので、これらの管の中空部の総容積は、下記のとおり１．８６ｍ^３である。

そして、前記のとおり冷水貯槽１５の容量は、全伝熱管１３、冷水供給管１６及び冷水還流管１７の中空部の総容積の５〜１０倍程度とするのが実用的である。したがって、冷水貯槽１５の容量はおおむね１０〜２０ｍ^３程度とするのが好ましい。

以下、冷凍機１９に必要とされる冷却能力ないしは容量を説明する。
前記のとおり、全伝熱管１３（１００本）による栽培土３からの熱除去量Ｑｔは式３で表されるので、冷水の平均温度が５℃であり、栽培土３の冷却開始前の温度が２５℃である場合、冷却開始直後のＱｔ”が伝熱管１３における最大除熱量であり、その値は下記のとおり１５３６０ｋｃａｌ／ｈｒとなる。
Ｑｔ”＝１５×５１．２×（２５−５）＝１５３６０

そして、冷凍機１９は、基本的にはこの最大除熱量以上の除熱能力（冷凍能力）があれば、栽培土３の全冷却期間にわたって、冷水を５℃以下に維持することができる。そこで、この例では、冷凍機１９の冷却能力は、２０％の余裕をもって最大除熱量１５３６０ｋｃａｌ／ｈｒの１．２倍程度、すなわち約１８４００ｋｃａｌ／ｈｒ程度（１５３６０×１．２＝１８４００）とするのが好ましい。この場合の冷凍機１９の最大消費電力Ｐは、一般に下記の式８で表される。
Ｐｒ＝（Ｑｒ／Ｃｏｐ）×α・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式８
Ｐｒ ：最大消費電力（ｋｗ）
Ｑｒ ：最大除熱量（１８４００ｋｃａｌ／ｈｒ）
Ｃｏｐ：冷凍機の成績係数ＣＯＰ（４．５）
α ：エネルギ換算係数（０．００１１６３ｋｗ／（ｋｃａｌ／ｈｒ））
したがって、冷凍機１９の最大消費電力Ｐｒは下記のとおり、４．７６ｋｗとなる。
Ｐｒ＝（１８４００／４．５）×０．００１１６３＝４．７６
つまり、冷凍機１９としては、容量がおおむね５ｋｗのものを設置すればよい。

例えば、栽培施設Ｓにおける寒締め栽培期間が６月１日〜８月３１日の３か月間である場合の栽培土３からの除熱量と冷凍機１９の消費電力量は、冷水供給装置１４での冷熱損失分を無視すれば、おおむね下記のように見積もることができる。
（１）寒締め栽培前（過渡運転時）

（２）寒締め栽培期間（定常運転時）

したがって、トマトの寒締め栽培の期間が６月１日〜８月３１である場合、冷凍機１９の総消費電力量は１８２７ｋｗｈ（２９２＋１５２５＝１８２７）となる。電力料金を１ｋｗｈあたり２５円とすれば、毎年のトマトの寒締め栽培において冷凍機１９に係る電力料金は４５６７５円（栽培地：２００ｍ^２）となる。なお、普通のトマトの栽培では、栽培地１アール（１００ｍ^２）当たりの生産コストは一般に１３００００円程度であるので、冷凍機１９に係る電力料金の支出により、トマトの生産コストはおおむね１７．５％（（４５６７５／２）／１３００００＝０．１７５）上昇することになる。しかしながら、高糖度トマト（フルーツトマト）の出荷価格は普通のトマトの数倍（少なくとも２倍）であると予測されるので、生産コストの上昇は収益の増加により吸収可能である。

なお、当業者であれば、この例と栽培面積が異なる栽培地２に対する栽培地冷却装置４の仕様を、前記の手法を応用することにより極めて容易に決定することができるものと思われる。

以下、図５（トマトの栽培スケジュール）を参照しつつ、栽培施設Ｓにおける高糖度トマトの栽培方法の一例を説明する。本発明に係る果菜類の栽培施設Ｓでは、例えば下記の手順で高糖度トマトを栽培ないしは生産することができる。

（１）栽培土へのトマトの苗の植え付け（植栽）
４月又は５月に、好ましくは４月下旬ないし５月上旬に、籾殻層１０が載置されていない栽培土３の畝９にトマトの苗（トマト株１）を植え付ける。トマトの苗は、例えば３月中旬ないし下旬に直径が４〜８ｃｍ程度のプラスチックポッドに種子を播いて発芽させ、４月下旬ないし５月上旬まで育苗室（図示せず）で育苗したものを業者（例えば、タキイ種苗株式会社）から購入するのが簡便である。トマトの糖度をより高めるために、トマトの苗は、元々甘みの強い品種の苗（例えばタキイ種苗株式会社製の「フルティカ（登録商標）」や「千果（登録商標）」の苗）を用いるのが好ましい。

（２）支柱の設置
畝９にトマトの苗を植え付けた後、トマトの苗すなわちトマト株１に対して支柱（図示せず）を設置する。畝９に、その伸長方向に所定の間隔（例えば、４０〜６０ｃｍ）で一列にトマトの苗を植え付ける場合は、各トマト株１に対して個別に直立型支柱を設置するのが好ましい。なお、トマト株１がある程度まで成長したときに、トマト株１の主茎を紐で支柱に結び付けて主茎を誘引するのが好ましい。

（３）栽培土上への籾殻層の載置
トマトの寒締め栽培を行うための栽培土３の冷却を開始する前に、栽培土３の上に、厚さが５〜１０ｃｍ程度の籾殻層１０を載置する。なお、籾殻層１０の載置は、トマト株１が適度に成長し、主茎の高さ（長さ）が、栽培土３の上に籾殻層１０を載置しても茎上部が籾殻層１０の上方に適度に（例えば、５〜２０ｃｍ）突出する程度まで成長した後で行うのが好ましい。

（４） 栽培土の冷却
栽培土３の上に籾殻層１０を載置した後、トマトの着果が始まる前に伝熱管１３への冷水の供給を開始する。例えば、トマトの開花状況により、６月１日頃から着果が始まると予想される場合は、６月１日より５日以上前に栽培土３の冷却を開始すれば、着果が始まる前に栽培土３の温度を１０℃まで低下させることができる。この後、伝熱管１３への冷水の供給量及び温度を、栽培土３の温度が１０〜１２℃に維持されるように制御する。なお、トマトの根以外の部分は冷却しないので、トマト株１の成長は阻害されない。

（５） トマトの収穫
７月上旬ないし８月下旬に、適宜、完熟したトマトの実を収穫する。寒締め栽培により、トマトの実の糖度は６〜１０度になるものと予想される。

（６） 栽培土の冷却の停止及び籾殻層の除去
トマトの実の収穫が終了した後、伝熱管１３への冷水の供給を停止し、栽培土３から籾殻層１０を除去する。

以上、本発明に係る果菜類の栽培施設Ｓによれば、高糖度であることが好まれるトマト等の果菜類（夏野菜）を、温暖期ないしは高温期に栽培土３で寒締め栽培することができ、高糖度の果菜類を生産することができる。

Ｓ 栽培施設、１ トマト株、２ 栽培地、３ 栽培土、４ 栽培地冷却装置、５ 凹部、６ 断熱材、７ 保護板、８ 作業通路、９ 畝、１０ 籾殻層、１１ 屋根、１３伝熱管、１４ 冷水供給装置、１５ 冷水貯槽、１６ 冷水供給管、１７ 冷水還流管、１８ ポンプ、１９ 冷凍機、２０ 冷水塔、２１ 圧縮機、２２ 凝縮器、２３ 膨張弁、２４ 蒸発器、２５ 冷媒通路、２６ シェル、２７ 熱交換部材、２８ シェル、２９ 熱交換部材、３１ ポンプ、３２ 冷水通路、３３ ポンプ、３４ 冷却水通路。

Claims (5)

1. 果菜類が植栽される栽培地と、前記栽培地の上方に配設され該栽培地への降雨を遮断する屋根と、前記栽培地を冷却する栽培地冷却装置とを備えている果菜類の栽培施設であって、
   前記栽培地は、
   地面に形成された凹部の側面及び底面に配設された断熱材と、
   前記断熱材によって画成された容器状空間部に収容された、果菜類が植栽される栽培土と、
   前記栽培土の上面に載置された籾殻層とを有し、
   前記栽培地冷却装置は、
   前記栽培土に埋設された伝熱管と、
   前記伝熱管の中空部に０〜１０℃の冷水を供給する冷水供給装置とを有することを特徴とする果菜類の栽培施設。
2. 前記冷水供給装置は、冷水を貯留する冷水貯槽と、前記冷水貯槽内の冷水を前記伝熱管に供給するとともに前記伝熱管内を流通した冷水を前記冷水貯槽に還流させるポンプ及び管路と、前記冷水貯槽内の冷水を冷却する冷凍機とを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の果菜類の栽培施設。
3. 前記冷凍機は、凝縮器を冷却水で冷却する一方、蒸発器で冷水を冷却する水冷式の蒸気圧縮冷凍機であり、
   前記冷水供給装置は、前記凝縮器に冷却水を供給する一方、凝縮器から還流する冷却水を大気との接触により冷却する冷却水循環型の冷却塔を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の果菜類の栽培施設。
4. 前記栽培土に、前記果菜類が植栽される複数の畝が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の果菜類の栽培施設。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の果菜類の栽培施設におけるトマトの栽培方法であって、
   ４月又は５月に、栽培土にトマトの苗を植栽し、
   トマトの苗を植栽した後、栽培地の冷却を開始する前に栽培土の上に籾殻層を載置し、
   籾殻層を載置した後、トマトの着果が始まる前に伝熱管への冷水の供給を開始して該伝熱管への冷水の供給量及び温度を、栽培土の温度が１０〜１２℃に維持されるように制御し、
   ７月又は８月に、熟したトマトの実を収穫し、
   トマトの実の収穫が終了した後、伝熱管への冷水の供給を停止して栽培土から籾殻層を除去することを特徴とするトマトの栽培方法。

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