JP5615501B2 - 植物栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、植物を栽培する装置に関する。

現在、地球温暖化の防止、生物多様性の確保、自然との共生等を理由として、緑化システムの開発が進められている。

しかしながら、従来の緑化システムは、設備が大きく、また、設備の構成が複雑化していたため、植物が枯れた場合や植物が欠損した場合において、その植物を容易に取り替えることができなかった。また、一旦そのシステムに植物を栽培すると、後になって植物の品種を変更したり、植栽の密度を変更したりすることは極めて困難であった（例えば、非特許文献１を参照）。

一方、水耕栽培プランターは、一般家庭や事務所において、簡単に緑化を行うことができる装置として知られている（例えば、非特許文献２を参照）。しかし、水耕栽培プランターは、培土栽培の代替品として開発されたものであるため、培土で生育する植物には適用できなかった。
実開平７−２８３４１ 実公平７−１９２５３

このように、培土で生育する植物を栽培することができる装置を開発する必要があった。また、小型であり、軽量であり、メンテナンスが容易であり、風雨に耐え得る頑丈であり、かつ、栽培している植物に対して、肥料や水を確実に供給できる装置を開発する必要があった。

そこで、本発明は、培土で生育する植物を効果的に栽培することができる装置、及びそれを用いた植物の栽培方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる植物を栽培するための装置は、前記植物を栽培するための第１の容器と、前記第１の容器を収容するための第２の容器とを備え、前記第１の容器は、培土を乗せるための通水性の台と、前記台を前記第１の容器の底から離して設置するための設置手段と、前記台の下部に栽培液を流入又は流出させるための、前記台の下部の前記第１の容器の側面に位置する２つ以上の連通孔とを備え、前記第２の容器は、前記栽培液を第２の容器内に導入するための入口と、前記栽培液を第２の容器内から排出させるための出口とを備え、前記出口と前記入口との間に、前記出口から排出された排出液を、前記入口から前記第２の容器に導入する再利用手段を備えていることを特徴とする。ここで、前記第１の容器は、前記第２の容器内に２つ以上設けられていることが好ましい。
また、前記第２の容器は、前記入口より栽培液を導入する栽培液導入手段を備えていることを特徴とする。

さらに、前記再利用手段は、前記排出液に栽培液原液を注入する原液注入手段を備えていることを特徴とする。また、前記再利用手段は、前記排出液に含まれる肥料の濃度を測定する測定手段を備えていることを特徴とする。ここで、前記測定手段は、前記排出液中の電気伝導度を計測する装置を備えていることが好ましい。また、前記再利用手段は、前記排出液に含まれる肥料の濃度に基づいて、前記原液注入手段に対し、前記排出液に導入する前記栽培液原液の量を調節させる調節手段を備えていることを特徴とする。
なお、前記装置は、例えば、屋上等に設置してもよい。

また、本発明にかかる植物を栽培する方法は、植物を栽培するための容器内に栽培液を導入し、前記容器から排出された排出液を前記栽培液として前記容器内に導入することにより、前記栽培液を循環させることを特徴とする。また、前記方法は、前記排出液中に含まれる肥料の濃度を測定し、測定した前記濃度に基づいて、前記容器内に導入される前記栽培液中の肥料の濃度がほぼ一定になるように、前記排出液に前記栽培液の原液を注入し、前記原液が注入された前記排出液を前記容器に導入することを特徴とする。ここで、前記排出液中の電気伝導度を計測することによって、前記排出液に含まれる肥料の濃度を測定することが好ましい。さらに、前記方法は、前記容器に、底上げされ、その上に前記植物を栽培するための培土を乗せるための通水性の台を設け、前記台の下面に栽培液が接触するように、前記栽培液を前記容器に導入することを特徴とする。

さらに、本発明にかかるプログラムは、自動植物栽培方法のためのプログラムであって、コンピュータに、植物を栽培するための容器内に栽培液を導入するステップと、前記容器から排出された排出液中に含まれる肥料の濃度を測定するステップと、測定した前記濃度に基づいて、前記容器内に導入される前記栽培液中の肥料の濃度がほぼ一定になるように、前記排出液に前記栽培液の原液を注入するステップと、前記原液が注入された前記排出液を前記栽培液として前記容器内に導入するステップとを実行させることを特徴とする。また、本発明にかかる記憶媒体は、前記プログラムを、コンピュータによって読み取り可能に格納していることを特徴とする。

なお、本明細書に記載している用語「緑化」とは、樹木を植えることだけでなく、植物を枯らさないで栽培すること、又は植物を死滅させないで栽培することを含む。

本発明によって、培土で生育する植物を効果的に栽培することができる装置、及びそれを用いた植物の栽培方法を提供することが可能になる。

以下、好ましい実施の形態につき、添付図面を用いて詳細に説明する。
なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図ならびに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々に修飾ができることは、当業者にとって明らかである。

＝＝植物栽培装置の構成＝＝
以下、本発明の一実施形態について、図１を用いて説明する。
本発明の装置１００は、植物を栽培するための第１の容器１０と、第１の容器１０を収容する第２の容器２０と、第２の容器２０から排出された排出液を第２の容器２０の入口２１に導入する再利用手段２３、３０〜３４、４０を備えている。

第１の容器には、培土を乗せるための通水性の台１４と、この台１４を第１の容器１０の底から離して設置するための設置手段１２と、この台１４の下部に栽培液を流入又は流出させるための、台１４の下部の第１の容器の側面に位置する２つ以上の連通孔１１が設けられている。このようにして、第１の容器１０には、台１４の上部の培土層１５と、台１４の下部の水層１６が存在する。

設置手段１２には、台１４を第１の容器１０の底から離して設置することができるものであれば何を用いてもよい。例えば、容器１０の底に置く木、石、プラスチック等の底上げ用の台でもよいし、台１４を上から吊るすための道具でもよい。

台１４は通水性であるため、第１の容器１０の水層１６内にある栽培液を台１４の下面に接触させれば、台１４の下面から上面へ栽培液が浸透し、その結果、栽培液は培土層１５へ移動する。台１４の素材としては、例えば、スポンジ、ウレタン等が挙げられる。また、培土層１５にある培土が水層１６へ落ちないように、0.1mm〜１mmの孔径を有する多孔質の素材１３（例えば、メッシュ等）を台１４と一緒に用いてもよい。

第１の容器１０を収容する第２の容器２０は、栽培液を第２の容器２０内に導入するための入口２１と、導入した栽培液を排出させるための出口２２を備えている。また、第２の容器２０には、入口２１より栽培液を導入するために、栽培液導入手段２３が設けられている。なお、図２又は図３に示すように、第２の容器２０内に、第１の容器１０を２つ以上設けてもよい。

また、第１の容器１０及び第２の容器２０の素材、形状は、特に限定されない。例えば、つる性の植物を栽培する場合には、第１の容器１０又は第２の容器２０を使用すればよい。

再利用手段は、出口２２から排出された排出液を、入口２１から第２の容器２０に導入して、栽培液を再利用するための手段である。再利用手段には、例えば、排出液に栽培液原液３１を注入する原液注入手段３２や、排出液に含まれる肥料の濃度を測定する測定手段３３や、排出液に含まれる肥料の濃度に基づいて、原液注入手段３２に対し、排出液に導入する栽培液原液の量を調節する調節手段３４や、排出液を栽培液として入口２１へ導入するための手段２３（例えば、ポンプ等）等を備えていることが好ましい。また、測定手段３３は、出口２２から排出された排出液中の電気伝導度を計測する装置を備えていることが好ましい。

なお、出口２２から排出された排出液を、一時的に、栽培液タンク３０に貯留してもよい。また、出口２２から排出された排出液を清浄するために、排出液処理装置４０を用いて、排出液を処理してもよい。ここで、排出液処理装置４０は、生態に悪影響を及ぼす物質や病原体を除去できるものが好ましく、例えば、活性炭や、オゾン処理できる装置等を備えている浄水器、ろ過器、殺菌装置などが好ましい。
また、本発明の装置に、栽培液の温度を調節する装置を設けてもよい。

＝＝植物栽培装置の使用方法＝＝
次に、本発明の装置１００を用いた植物の栽培方法について、図１を用いて説明する。なお、本発明の装置を使用できる植物は、培土で生育できるものであれば草でも木でもよく、その種類は限定されない。

植物の栽培を開始する前に、まず、装置の準備を行う。具体的には、第１の容器１０の底に、設置手段として底上げ用の台１２を設置し、その上に通水性の台１４を敷き、この台１４の上に培土を盛る。培土が水層１６へ移動しないように、台１４の上部又は下部に、メッシュ１３を敷いてもよい。このように台１４を設けて、第１の容器１０内に培土層１５と水層１６を作製する。

次に、この第１の容器１０を第２の容器２０内に収容する。なお、図２又は図３に示すように、第２の容器２０内に第１の容器１０を複数個収容してもよい。この場合、第２の容器２０内の水流を確保するように、第２の容器２０内に第１の容器１０を配置することが望ましい。

次に、第１の容器１０内にある培土層１５を栽培液で浸透させる。浸透方法は、栽培液導入手段としてポンプ２３を用い、入口２１より栽培液を第２の容器２０に導入するだけでよい。第２の容器内に導入された栽培液の流れは、以下の通りである。第２の容器内に導入された栽培液は、連通孔１１を流れて、第１の容器１０内に流入する。そして、栽培液が台１４の下面に接触すると、栽培液は台１４の下面から上面へ浸透して、培土層１５に移動する。このようにして、栽培液は培土層１５に到達する。例えば、植物に栽培液を枯渇させることなく継続して供給する場合には、台１４の下面に栽培液が常に接触するように、ポンプ２３を用いて、入口２１より導入する栽培液の量を調節すればよい。

ここで使用する栽培液は、栽培する植物に適しているものであれば何でもよい。栽培液としては、水を基本とする。なお、この栽培液に、窒素、リン、カリウム、鉄、マンガン等の肥料を含有させてもよい。

次に、培土層１５に植物を植えて、栽培を開始する。栽培液が台１４の下面に接するように入口２１から導入されている場合は、栽培液が台１４の下面から上面へ浸透して、培土層１５に移動する。一方、台１４に吸水されなかった栽培液は、第１の容器１０の側面に位置する連通孔１１から第２の容器２０に排出される。この中には、連通孔１１に入らなかった栽培液も含まれる。その後、これらの栽培液は、第２の容器２０の出口２２から排出される。出口２２から排出された排出液は、栽培液として再度利用できる。例えば、排出液を栽培液タンク３０に貯留し、必要に応じてポンプ２３を作動させて、栽培液として第２の容器２０の入口２１から導入すればよい。

排出液中に含まれる肥料の濃度が低下している場合は、肥料を補充することが好ましい。具体的には、まず、出口２２から排出された排出液を栽培液タンク３０に貯留する。次に、肥料の濃度を測定する装置３３（前述の「測定手段」に相当）等を用いて、排出液中に含まれる肥料の濃度を測定する。肥料の濃度がある一定以下に減少している場合には、ポンプ３２を作動させて、栽培液原液タンク３１に貯留している栽培液原液を栽培液タンク３０に注入する。最後に、ポンプ２３を作動させて、栽培液タンク３０に貯留している排出液を、栽培液として第２の容器２０に導入する。

一般に、栽培液の肥料成分（窒素分）が多ければ、電気がよく流れるので、電気伝導度（EC）は上昇すると考えられる。そのため、電気伝導度と肥料濃度との相関関係を求めれば、この相関関係より、電気伝導度の値から、栽培液中の肥料の濃度を算出することができる。また、電気伝導度値を用いて、栽培液中の肥料濃度を制御してもよい。例えば、電気伝導度（EC）が2.0まで低下した場合には、ポンプ３２を作動して、栽培液原液タンク３１に貯留している栽培液原液を栽培液タンク３０に注入すればよい。一方、ECが2.1以上に上昇した場合には、ポンプ３２の作動を停止して、栽培液原液が栽培液タンク３０へ注入されないようにする。ここで、栽培液の原液とは、前述の栽培液を濃縮しているものをいう。

なお、栽培液が蒸発したり、肥料が光分解されたりする可能性がある場合や藻類の発生を抑制する必要上、栽培中の栽培液や排出液に日光が照射されないように、入口２１や出口２２、又は第２の容器２０を遮光性の材料で製作するとともに、これらの溶液が存在する箇所にシート（例えば、遮光シート）をかぶせることが好ましい。

また、ポンプ２３及びポンプ３２を、タイマーやコンピュータによって制御してもよい。

以上のように、本発明の装置は、第１の容器１０をカートリッジ式のプランターとして用いることができるので、メンテナンスが極めて簡単である。例えば、植物が枯れた場合や、植物が死滅した場合や、多品種を栽培する場合や、植栽密度を変更する場合には、該当の植物を栽培している第１の容器１０を交換するだけでよい。

また、本発明の装置は、台１４によって培土層と水層が分離されているので、水層にある栽培液が培土に直接接触することはない。従って、本発明の装置は、培土による栽培液の汚染を考慮に入れなくてよい。

さらに、本発明の装置は、水層に流す栽培液の量を減少させれば、栽培液の植物への供給を中止することができる。従って、植物の根茎部が腐り、植物の根幹部を空気にさらしたい場合等に、本発明の装置は有用である。

また、屋上緑化は、ヒートアイランド現象の緩和等、環境問題の有効な改善策として大きく注目されている。本発明の装置は、風雨に耐え得る素材さえ適用させれば、屋上でも使用することができる。従って、本発明の装置は、屋上緑化に対して極めて有用である。

以下に、本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＝＝植物栽培装置の作製＝＝
図３に示すように、装置３００は、第１の容器１０（以下、「プランター」という）、第２の容器２０（以下、「大型とい」という）、底上げ用の台１２、通水性の台１４、第２の容器２０に栽培液を導入するためのポンプ２３、排出液を貯留するための栽培液タンク３０、栽培液原液タンク３１、栽培液タンク３０に栽培液原液を注入するためのポンプ３２、肥料の濃度を計測するための装置３３、肥料の濃度を制御するための装置３４を備えている（１２、１４は、図１を参照のこと）。

まず、底辺200mm、幅200mm、高さ250mm、長さ1000mmのプランター１０（(株)プラネット、製品番号：＃461）の中に、高さ50mmの底上げ用の台１２（幹産業、製品番号：ポリサイコロH40-50-60）を置き、この上に、メッシュ１３（似輪富、製品番号：3.2φ×100m/m，1M×2M）及び通水性の台１４（日本板硝子(株)、製品番号：BMS-5）を敷いて、厚さ200mmの培土層と50mmの水層を作製した。

次に、プランター１０の水層部に栽培液が通るように、ホルソーを用いて、台１４の下部のプランター１０の側面に、穴（前述の「連通孔１１」に相当）を数箇所空けた。

次に、底辺200mm、幅257mm、高さ150mm、長さ4000mmの大型とい２０（積水化学工業(株)、製品番号：エスロンP-500/EB33）に、前述の方法によって作製したプランター１０を130mmの間隔で7個収容した。

次に、水1tに1Lのハイポネックス（(株)ハイポネックスジャパン、製品番号：ハイポネックス原液5-10-5）、または20Lの大塚ハウス１号（大塚化学株式会社,水1ｔに大塚ハウス1号1.5kgを完全に溶かした場合の肥料成分：窒素10％（アンモニア性窒素1.5％、硝酸性窒素7.5％）、リン酸8％、カリウム24％、苦度（マグネシウム）5％）、及び20Lの大塚ハウス２号（大塚化学株式会社, 水1ｔに大塚ハウス2号1kgを完全に溶かした場合の肥料成分：窒素11％（硝酸性窒素11％）、石灰（カルシウム）23％）をそれぞれ入れて攪拌し、栽培液原液として調製した。初回栽培では、このハイポネックス原液を1000倍希釈したものを用いた。

次に、ポンプ２３（(株)川本製作所、製品番号：ニューソフトカワエースNS-2K）を作動させて、プランター１０の台１４の下面に栽培液が接触するように、大型とい２０内に栽培液を導入した。

最後に、大型とい２０内を流れる栽培液に日射しが入らないように、大型とい２０に遮光シート２４（東洋紡、製品番号：6A01AG）をかぶせた。

本発明の一実施形態における植物栽培装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における植物栽培装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施例における植物栽培装置の構成を示す模式図である。

１０ 第１の容器
１１ 連通孔
１２ 底上げ用台
１３ メッシュ
１４ 通水性の台
２０ 第２の容器
２１ 入口
２２ 出口
２３ ポンプ（栽培液導入手段）
３０ 栽培液タンク
３１ 栽培液原液タンク
３２ ポンプ（原液注入手段）
３３ 計測装置（測定手段）
３４ 肥料濃度制御装置（調節手段）
４０ 排出液処理装置
１００ 植物栽培装置
２００ 植物栽培装置
３００ 植物栽培装置

Claims (11)

1. 植物を栽培するための装置であって、
   前記植物を栽培するための第１の容器と、
   前記第１の容器を収容するための第２の容器と、
   を備え、
   前記第１の容器は、
   培土を載せるための通水性の台と、
   前記台を前記第１の容器の底から離して設置するための設置手段と、
   前記台の下部に栽培液を流入又は流出させるための、前記台の下部の前記第１の容器の側面に位置する２つ以上の連通孔と、
   を備え、
   前記第２の容器は、
   前記栽培液を第２の容器内に導入するための入口と、
   前記栽培液を第２の容器内から排出させるための出口と、
   を備え、
   前記出口と前記入口との間に、前記出口から排出された排出液を、前記入口から前記第２の容器に導入する再利用手段を備えており、
   前記台は、該台の下面に、前記第１の容器内に流入させた栽培液が接触するように配置され、
   前記台は、スポンジまたはウレタンから構成されていること、
   を特徴とする装置。
2. 前記第１の容器が、前記第２の容器内に２つ以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の容器が、前記入口より栽培液を導入する栽培液導入手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記再利用手段は、前記排出液に栽培液原液を注入する原液注入手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 前記再利用手段は、前記排出液に含まれる肥料の濃度を測定する測定手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記測定手段は、前記排出液中の電気伝導度を計測する装置を備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記再利用手段は、前記排出液に含まれる肥料の濃度に基づいて、前記原液注入手段に対し、前記排出液に導入する前記栽培液原液の量を調節させる調節手段を備えていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の装置。
8. 屋上に設置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 植物を栽培する方法であって、
   植物を栽培するための容器に、前記容器の底から離して設置され、その上に前記植物を栽培するための培土を載せるための通水性の台を設け、
   前記台の下面に栽培液が接触するように、前記栽培液を前記容器に導入し、
   前記容器から排出された排出液を前記栽培液として前記容器内に導入することにより、前記栽培液を循環させること、
   を含み、
   前記台は、スポンジまたはウレタンから構成されていること
   を特徴とする方法。
10. 前記排出液中に含まれる肥料の濃度を測定し、
    測定した前記濃度に基づいて、前記容器内に導入される前記栽培液中の肥料の濃度がほぼ一定になるように、前記排出液に前記栽培液の原液を注入し、
    前記原液が注入された前記排出液を前記容器に導入すること、
    を特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記排出液中の電気伝導度を計測することによって、前記排出液に含まれる肥料の濃度を測定することを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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