JP4109211B2

JP4109211B2 - 施肥管理方法および装置

Info

Publication number: JP4109211B2
Application number: JP2004070207A
Authority: JP
Inventors: 温篠原; 達丸尾
Original assignee: 株式会社イー・エス・ディ
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: JP2005253377A

Description

この発明は、温室などにおける植物への施肥を管理する施肥管理方法および装置に関するものである。

従来、温室などにおける植物への施肥は、土壌に含まれる肥料の濃度を一定に保つように定期的に培養液を培養土に供給するようにしていた（例えば、非特許文献１参照）。

「イチゴ高設栽培システム」、〔平成１６年１月３０日検索〕、インターネット＜URL：http//www.tokaibussan.com/products/sunup.html＞

しかしながら、従来の施肥方法では、植物の生長過程の各ステージ（生長ステージ）で適切な施肥量が異なるにも拘わらず、培地や水耕液に含まれる肥料の濃度が一定に保たれるので、生長ステージによっては必要以上の養分を与えかねず、過剰施肥によるコストアップと肥料流出による環境負荷の増大などの問題があった。また、肥料濃度管理などによる機器コストや労力の増大の問題もあった。また、成分吸収のアンバランス（例えば、過剰吸収が起こり、過繁茂になり、下葉の光不足や病気が出やすい、また果実の肥大が悪くなる）などが生じてしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、植物への余分な施肥をなくし、過剰施肥によるコストアップや肥料流出による環境負荷の増大などを抑えることが可能な施肥管理方法および装置を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明に係る施肥管理方法は、植物が現在その生長過程におけるどの生長ステージにあるかを判断する生長ステージ判断工程と、植物への日射量を日射センサによって検出する工程と、日射センサによって検出される植物への日射量を積算する工程と、植物の種類に応じて生長ステージ毎にその植物への日射量の積算値に対する閾値および施肥量を定める工程と、各生長ステージにおいて、植物への日射量の積算値がその生長ステージに対して定められた閾値に達する毎に、その生長ステージに対して定められた施肥量の施肥を植物に対して行う工程とを設けたものである。

この発明によれば、植物が現在その生長過程におけるどの生長ステージにあるかが判断され、各生長ステージにおいて、植物への日射量の積算値がその生長ステージに対してその植物の種類に応じて定められた閾値に達する毎に、その生長ステージに対してその植物の種類に応じて定められた施肥量の施肥が植物に対して行われ、各生長ステージにおいて適切なタイミングで適切な量の施肥を行うことが可能となる。なお、本発明において、植物が現在どの生長ステージにあるかの判断は、播種してからの経過時間によって行ったり、苗を定植してからの経過時間によって行ったりする方法が考えられる。また、本発明は、この方法を適用した装置としても構成することができる。

本発明によれば、植物が現在その生長過程におけるどの生長ステージにあるかが判断され、各生長ステージにおいて、植物への日射量の積算値がその生長ステージに対してその植物の種類に応じて定められた閾値に達する毎に、その生長ステージに対してその植物の種類に応じて定められた施肥量の施肥が植物に対して行われ、各生長ステージにおいて適切なタイミングで適切な量の施肥を行うことが可能となり、植物への余分な施肥をなくし、過剰施肥によるコストアップや肥料流出による環境負荷の増大などを抑えることが可能となる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１：循環式水耕栽培システム〕
図１は本発明に係る施設管理方法の実施に用いる循環式水耕栽培システムの一例を示す構成図である。同図において、１は温室、２は培養液が貯留されたタンク、３はポンプ、４は植物を水耕するベッドであり、タンク２とポンプ３とで肥料供給装置５が構成されている。肥料供給装置５は、ポンプ３の吐出力によって、タンク２に貯留された培養液をベッド４へ供給する。

温室１の屋根にはベッド４において水耕される植物への日射量を検出する日射センサ６が設けられている。７は制御装置であり、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して制御装置としての各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、本実施の形態特有の機能として施肥管理機能（後述）を有している。制御装置７は、施肥管理機能によって、日射センサ６からの日射量に基づき、肥料供給装置５によるベッド４への培養液の供給を制御する。

通常、植物の生長過程は、例えば４段階の生長ステージに分けられる。図２に通常の植物の生長過程を示す。図２において、横軸は時間、縦軸は生長速度である。先ず、最初は発芽期（生長ステージＩ：ｔ０〜ｔ１）、次に葉面積が大きくなる栄養生長期（生長ステージII：ｔ１〜ｔ２）、次にある程度まで葉面積が大きくなると生殖生長期（生長ステージIII ：ｔ２〜ｔ３）となり、最後に安定期（生長ステージIV：ｔ３以降）を迎える。なお、生長ステージＩは、苗の場合は定植期となる。安定期では栄養生長と生殖生長のバランスがとれる。

本実施の形態において、制御装置７には、生長ステージ毎に植物への日射量の積算値に対する閾値（所定値）が定められている。例えば、生長ステージＩに対して日射量の積算値に対する閾値Ｓ１として、日射センサ６からの日射量に応ずるパルス信号の５パルスが定められている。同様にして、生長ステージII，III については４パルスが閾値Ｓ２，Ｓ３として、生長ステージIVについては５パルスが閾値Ｓ４として定められている。なお、適切な閾値は植物によっても異なるため、植物の種類により、予め必要な閾値を設定するようにする。また、閾値は同じとしてもよい。

また、制御装置７には、生長ステージ毎に植物への施肥量（培養液の供給量）が定められている。例えば、生長ステージIII における施肥量を１００とした場合、生長ステージＩに対しては８５、生長ステージIIに対しては９５、生長ステージIVに対しては９０として定められている。本実施の形態では、生長ステージIII における施肥量を設定し、この生長ステージIII における施肥量に対する係数α３を１（α３＝１）とし、生長ステージＩ，II，IVに対する係数α１，α２，α４をα１＝０．８５、α２＝０．９５、α４＝０．９として設定している。なお、生長ステージＩ，II，III ，IVに対する施肥量は、係数α１〜α４としてではなく、その施肥量を直に設定するようにしてもよい。また、適切な施肥量は、植物によっても異なるため、植物の種類により、予め必要な施肥量を設定するようにする。

図３に制御装置７がその施肥管理機能によって実行する培養液の供給制御処理を示す。制御装置７は図３に示した処理を定期的に繰り返す。先ず、ステップ３０１において、日射センサ６からの日射量を積算する。そして、種を蒔いてからの経過時間（苗の場合は定植してからの時間）ｔに基づき、現在の植物の生長ステージを判断する（ステップ３０２）。

今、経過時間ｔがｔ０〜ｔ１の期間にあるものとする。この場合、制御装置７は、植物は生長ステージＩにあるものと判断する。植物が生長ステージＩにある場合、制御装置７は、ステップ３０３へ進み、日射量の積算値が閾値Ｓ１に達したか否かを判断する。日射量の積算値が閾値Ｓ１に達していれば、生長ステージIII における施肥量に対して係数α１＝０．８５を乗じ、生長ステージＩにおける施肥量を求める（ステップ３０４）。そして、この施肥量の施肥が行われるように、ポンプ３を駆動し、タンク２に貯留されている培養液をベッド４へ供給する。このようにして、生長ステージＩにおいては、日射量の積算値が閾値Ｓ１に達する毎に、ベッド４内の植物に対して係数α１＝０．８５で定まる施肥量の施肥が行われる（図４に示すｔ０〜ｔ１の期間参照）。

経過時間ｔがｔ１〜ｔ２の期間に入ると、制御装置７は、植物は生長ステージIIにあるものと判断する。植物が生長ステージIIにある場合、制御装置７は、ステップ３０５へ進み、日射量の積算値が閾値Ｓ２に達したか否かを判断する。日射量の積算値が閾値Ｓ２に達していれば、生長ステージIII における施肥量に対して係数α２＝０．９５を乗じ、生長ステージIIにおける施肥量を求める（ステップ３０６）。そして、この施肥量の施肥が行われるように、ポンプ３を駆動し、タンク２に貯留されている培養液をベッド４へ供給する。このようにして、生長ステージIIにおいては、日射量の積算値が閾値Ｓ２に達する毎に、ベッド４内の植物に対して係数α２＝０．９５で定まる施肥量の施肥が行われる（図４に示すｔ１〜ｔ２の期間参照）。

経過時間ｔがｔ２〜ｔ３の期間に入ると、制御装置７は、植物は生長ステージIII にあるものと判断する。植物が生長ステージIII にある場合、制御装置７は、ステップ３０７へ進み、日射量の積算値が閾値Ｓ３に達したか否かを判断する。日射量の積算値が閾値Ｓ３に達していれば、係数α３＝１とし、生長ステージIII における施肥量を読み出す（ステップ３０８）。そして、この施肥量の施肥が行われるように、ポンプ３を駆動し、タンク２に貯留されている培養液をベッド４へ供給する。このようにして、生長ステージIII においては、日射量の積算値が閾値Ｓ３に達する毎に、ベッド４内の植物に対して係数α３＝１で定まる施肥量の施肥が行われる（図４に示すｔ２〜ｔ３の期間参照）。

経過時間ｔがｔ３以降の期間に入ると、制御装置７は、植物は生長ステージIVにあるものと判断する。植物が生長ステージIVにある場合、制御装置７は、ステップ３０９へ進み、日射量の積算値が閾値Ｓ４に達したか否かを判断する。日射量の積算値が閾値Ｓ４に達していれば、生長ステージIVにおける施肥量に対して係数α４＝０．９を乗じ、生長ステージIVにおける施肥量を求める（ステップ３１０）。そして、この施肥量の施肥が行われるように、ポンプ３を駆動し、タンク２に貯留されている培養液をベッド４へ供給する。このようにして、生長ステージIVにおいては、日射量の積算値が閾値Ｓ４に達する毎に、ベッド４内の植物に対して係数α４＝０．９で定まる施肥量の施肥が行われる（図４に示すｔ３以降の期間参照）。なお、施肥量は流量計等を用いて計測するものとする。

このようにして、本実施の形態では、各生長ステージでの最適な量の施肥を最適なタイミングで行うことが可能となり、植物への余分な施肥をなくし、過剰施肥によるコストアップや肥料流出による環境負荷の増大などを抑えることができるようになる。

なお、本実施の形態では、各生長ステージでの最適な量の施肥を最適なタイミングで行うようにしたが、各ステージでの施肥量や施肥のタイミングを調整することによって、植物の生育制御を行うこともできる。このような生育制御を行うことによって、過度の栄養生長の抑制が可能となり、結果的に収穫期間が短縮される。また、生育制御を行うことにより、栽植密度に適合した葉面積が最適化され、単位面積あたりの収量が増大する。また、生育制御を行うことにより、過繁茂が抑制できれば、病害虫による被害が低減される。また、全ての養分が設定された量だけ施用・吸収されることにより、作物の生理障害が低減される。

また、本実施の形態では、生長ステージＩとIVにおける日射量の積算値に対する閾値Ｓ１，Ｓ４を等しくし、生長ステップIIとIII における日射量の積算値に対する閾値Ｓ２，Ｓ３を等しくしたが、生長ステージ毎に閾値が異なる場合や全ての生長ステージについて閾値が同じである場合もあり得る。

〔実施の形態２：土耕栽培システム〕
図５は本発明に係る施設管理方法の実施に用いる土耕栽培システムの一例を示す構成図である。同図において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態２では、植物の栽培を水耕ではなく土耕（隔離ベッド又は養液土耕）で行うものとし、温室１内の空間に配管Ｌ１を設け、灌水装置８からの液肥混入器９を介する水あるいは液肥を配管Ｌ１のノズルより、植物に対して供給するようにしている。なお、植物に対して液肥を供給する場合には、液肥混入器９を介して灌水装置８からの配管Ｌ１への水に肥料を加える。この実施の形態２においても、実施の形態１と同様にして、植物に対する液肥（培養液）の供給量が植物の生長ステージに応じて制御装置７によって制御される。なお、この例では、植物に対する灌水の供給は、培養液の供給とは別の制御で行うものとする。

以上、実施の形態１，２として温室１における植物の栽培を行う場合について説明したが、本発明は温室に限らず、屋外での植物の栽培についても同様にして適用することが可能である。

本発明に係る施設管理方法の実施に用いる循環式水耕栽培システムの一例（実施の形態１）を示す構成図である。通常の植物の生長過程を示す図である。制御装置がその施肥管理機能によって実行する培養液の供給制御処理を示す図である。植物の生長過程、日射量の積算値および施肥のタイミングを示す図である。本発明に係る施設管理方法の実施に用いる土耕栽培システムの一例（実施の形態２）を示す構成図である。

符号の説明

１…温室、２…タンク、３…ポンプ、４…ベッド、５…肥料供給装置、６…日射センサ、７…制御装置、８…灌水装置、Ｌ１…配管。

Claims

植物が現在その生長過程におけるどの生長ステージにあるかを判断する生長ステージ判断工程と、
前記植物への日射量を日射センサによって検出する工程と、
前記日射センサによって検出される前記植物への日射量を積算する工程と、
前記植物の種類に応じて前記生長ステージ毎にその植物への日射量の積算値に対する閾値および施肥量を定める工程と、
前記各生長ステージにおいて、前記植物への日射量の積算値がその生長ステージに対して定められた前記閾値に達する毎に、その生長ステージに対して定められた前記施肥量の施肥を前記植物に対して行う工程と
を備えることを特徴とする施肥管理方法。
請求項１に記載された施肥管理方法において、
前記生長ステージ判断工程は、播種してからの経過時間および苗を定植してからの経過時間の何れか一方によって植物が現在どの生長ステージにあるのかを判断する
ことを特徴とする施肥管理方法。
植物が現在その生長過程におけるどの生長ステージにあるかを判断する生長ステージ判断手段と、
前記植物への日射量を検出する日射センサと、
前記日射センサによって検出される前記植物への日射量を積算する手段と、
前記植物の種類に応じて前記生長ステージ毎に定められたその植物への日射量の積算値に対する閾値および施肥量を記憶する手段と、
前記各生長ステージにおいて、前記植物への日射量の積算値がその生長ステージに対して定められた前記閾値に達する毎に、その生長ステージに対して定められた前記施肥量の施肥を前記植物に対して行う手段と
を備えることを特徴とする施肥管理装置。
請求項３に記載された施肥管理装置において、
前記生長ステージ判断手段は、播種してからの経過時間および苗を定植してからの経過時間の何れか一方によって植物が現在どの生長ステージにあるのかを判断する
ことを特徴とする施肥管理装置。