JP6150166B2 - 水耕栽培方法及び栽培支援システム - Google Patents

Description

本発明は、光の照射及び養液の施用により植物を栽培する水耕栽培方法、及び、その水耕栽培方法の実施に用いる栽培支援システムに関する。

特許文献１の第１頁右欄には、野菜などの植物の栽培では、光放射強度、温度、湿度、気流条件、炭酸ガス濃度、水分、養分などの生育環境状況を人工的に有効適切に制御することで野菜などの植物を高品質、高効率、安定に栽培生産することが記載されている。

また、特許文献２には人工光による水耕栽培において用いる養液の成分について記載され、さらに、特許文献３には養液を施用する水耕栽培において植物に照射する光の光合成有効光量子束密度について記載されている。

特開平４−２０７１２７号公報 特開２０１１−１９４７６号公報 特開２０１２−１９６２０２号公報

従来、養液と照射光とについて個別に考慮した水耕栽培方法は上記特許文献２，３を初め種々提案されているが、水耕栽培において養液と照射光との関係、特に養液のＥＣ値（養液の電気伝導度を示す値）と照射光の積算光量子束密度（光合成有効光量子束密度と光照射時間との積）との関係について考慮することは従来行われていなかった。

しかし、本発明者は、光の照射及び養液の施用により植物を栽培する水耕栽培では、養液ＥＣ値と積算光量子束密度との関係が栽培植物の生育不良発生に大きく関与することを自らの研究を通じて知見するに至った。

本発明はこの知見に基づくものであり、その主たる課題は、栽培植物の生育不良発生率を効果的かつ確実に低減して栽培植物の高い生産性を安定的に確保する点にある。

本発明の第１特徴構成は水耕栽培方法に係り、その特徴は、
光の照射及び養液の施用により植物を栽培する水耕栽培方法であって、
培地に定植された結球レタスを栽培対象の植物とし、定植後の結球レタスにおける中肋部突出球の発生率を植物生育不良の発生率として、
前記養液の電気伝導度を示す養液ＥＣ値、及び、光合成有効光量子束密度と光照射時間との積である積算光量子束密度について、栽培期間における植物生育不良の発生率が設定閾値以下となるのに要する最小の積算光量子束密度と養液ＥＣ値との相関を最適相関として求め、
栽培状態の調整として養液ＥＣ値又は光照射時間又は光合成有効光量子束密度を調整することで、栽培状態を栽培期間における養液ＥＣ値と栽培期間における積算光量子束密度とが前記最適相関を満足する値となる栽培状態に調整する点にある。

つまり、栽培期間Ｔにおける植物生育不良の発生率ｚが設定閾値ｚｓ以下となるのに要する最小の積算光量子束密度Ｍｍｉｎと養液ＥＣ値ｘとの間には例えば図５に示す如き特定の相関Ｋが存在することを本発明者は研究により知見するに至った。

したがって、上述の如く、この相関を最適相関として求めておき、そして、栽培状態の調整として養液ＥＣ値又は光照射時間又は光合成有効光量子束密度の調整により、栽培状態を栽培期間における養液ＥＣ値と栽培期間における積算光量子束密度とがこの最適相関を満足する値となる栽培状態に調整するようにすれば、栽培期間における植物生育不良の発生率を多少の誤差が生じるにしても最適相関の存在からほぼ確実に設定閾値以下にすることができる。

また、最適相関は植物生育不良の発生率が設定閾値以下となるのに要する最小の積算光量子束密度についてのものであることから、上記の如く栽培状態を調整すれば、照射光として人工光を用いる場合において光照射時間や光合成有効光量子束密度が過大となる人工光過剰生成の無駄も確実に回避することができる。

これらのことから、上記第１特徴構成の水耕栽培方法によれば、栽培期間における植物生育不良の発生率を効果的かつ確実に低減して栽培植物の高い生産性を安定的に確保することができ、また、照射光として人工光を用いる場合では人工光過剰生成の無駄を回避できることからも、栽培植物の生産コストをさらに安価にすることができる。

なお、この第１特徴構成の水耕栽培方法の実施において、生育不良発生率の設定閾値は人工光の生成コストなども考慮して必要に応じた値を選定すればよく、例えば、５％や１０％などの値を適宜選定すればよい。

また、本発明で言う養液ＥＣ値は、必ずしも厳密な意味での養液の電気伝導度である必要はなく、養液の電気伝導度に相当する数値（即ち、養液の肥料含有度を示す数値）であってもよい。

また、上記第１特徴構成では、培地に定植された結球レタスを栽培対象の植物とし、定植後の結球レタスにおける中肋部突出球の発生率を植物生育不良の発生率とするから、具体的には次の利点を得ることができる。

つまり、リーフレタスは栽培が容易でその水耕栽培は広く普及しているが、同じレタスでも結球レタスの場合、中肋部突出球と称される中肋部が突出した形状不良による不良球の発生率が高くて（９０％近くに及ぶこともある）商品として歩留まりが極端に悪い為、商品生産を目的とする結球レタスの水耕栽培は殆ど実施されていないのが実状である。

これに対し、培地に定植された結球レタスを栽培対象の植物にするとともに、定植後の結球レタスにおける中肋部突出球の発生率を植物生育不良の発生率として上述の栽培法を実施する第１特徴構成の水耕栽培方法によれば、定植後の結球レタスにおける中肋部突出球の発生率を多少の誤差が生じるにしても前述最適相関の存在からほぼ確実に設定閾値以下にすることができ、これにより、設定閾値として適当な値を選定しておけば、水耕栽培による結球レタスの生産性を従前に比べ効果的かつ安定的に高めることができる。

そして、このことで、商品生産を目的とする結球レタスの水耕栽培を可能にすることができて、露地物結球レタスの端境期における結球レタスの安定供給や露地物結球レタスに比べ一層衛生的なカット野菜向け結球レタスの生産加工なども可能になる。

本発明の第２特徴構成は、第１特徴構成の水耕栽培方法を実施するのに好適な水耕栽培方法に係り、その特徴は、
前記最適相関において養液ＥＣ値の採用値に対応する積算光量子束密度を積算光量子束密度の目標値とし、
この積算光量子束密度の目標値を一日当たり光照射時間の採用値と栽培期間日数の採用値との積により除した値を光合成有効光量子束密度の目標値とし、
栽培状態の調整として光合成有効光量子束密度を前記光合成有効光量子束密度の目標値に調整する点にある。

この第２特徴構成の水耕栽培方法によれば、栽培状態の調整として光合成有効光量子束密度を上記光合成有効光量子束密度の目標値（即ち、最適相関において養液ＥＣ値の採用値に対応する積算光量子束密度（目標値）を一日当たり光照射時間の採用値と栽培期間日数の採用値との積により除した値）に調整することで、栽培状態を栽培期間における養液ＥＣ値と栽培期間における積算光量子束密度とが最適相関を満足する値となる栽培状態に調整することができ、これにより、栽培期間における植物生育不良の発生率をほぼ確実に設定閾値以下にすることができる。

そして、この第２特徴構成の水耕栽培方法では、養液ＥＣ値、一日当たり光照射時間、栽培期間日数の夫々を固定化した状態での光合成有効光量子束密度の調整により栽培状態を最適相関が満たされる栽培状態に調整するから、特に一日当たり光照射時間が何等かの理由で規定されている場合に有用な栽培方法となる。

本発明の第３特徴構成は、第１特徴構成の水耕栽培方法を実施するのに好適な水耕栽培方法に係り、その特徴は、
前記最適相関において養液ＥＣ値の採用値に対応する積算光量子束密度を積算光量子束密度の目標値とし、
この積算光量子束密度の目標値を光合成有効光量子束密度の採用値と栽培期間日数の採用値との積により除した値を一日当たり光照射時間の目標値とし、
栽培状態の調整として一日当たり光照射時間を前記一日当たり光照射時間の目標値に調整する点にある。

この第３特徴構成の水耕栽培方法によれば、栽培状態の調整として一日当たり光照射時間を上記一日当たり光照射時間の目標値（即ち、最適相関において養液ＥＣ値の採用値に対応する積算光量子束密度（目標値）を光合成有効光量子束密度の採用値と栽培期間日数の採用値との積により除した値）に調整することで、栽培状態を栽培期間における養液ＥＣ値と栽培期間における積算光量子束密度とが最適相関を満足する値となる栽培状態に調整することができ、これにより、栽培期間における植物生育不良の発生率をほぼ確実に設定閾値以下にすることができる。

そして、この第３特徴構成の水耕栽培方法では、養液ＥＣ値、光合成有効光量子束密度、栽培期間日数の夫々を固定化した状態での一日当たり光照射時間の調整により栽培状態を最適相関が満たされる栽培状態に調整するから、特に光合成有効光量子束密度が何等かの理由で規定されている場合に有用な栽培方法となる。

本発明の第４特徴構成は、第１〜第３特徴構成のいずれかの水耕栽培方法を実施するのに好適な水耕栽培方法に係り、その特徴は、
養液ＥＣ値の下限値を規定しておく点にある。

本発明者による研究によれば、養液ＥＣ値が過度に低い場合、積算光量子束密度とは無関係に植物の生育不良が高い発生率で生じるようになり、植物生育不良の発生率が設定閾値以下となるのに要する最小の積算光量子束密度と養液ＥＣ値との間における前述の如き特定の相関が認められなくなる。

これに対し、この第４特徴構成の水耕栽培方法によれば、養液ＥＣ値の下限値を規定しておくから、その養液ＥＣ値の下限値として、養液ＥＣ値が過度に低いことに原因する生育不良が生じるようになる養液ＥＣ値を選定しておけば、養液ＥＣ値が過度に低いことに原因する生育不良の発生は無くして、前述の最適相関が満たされる栽培状態への調整による生育不良発生率の低減を確実に具現化することができ、これにより、栽培期間における植物生育不良の発生率を一層確実に設定閾値以下に低減することができる。

本発明の第５特徴構成は、第１〜第４特徴構成のいずれかの水耕栽培方法を実施するのに好適な水耕栽培方法に係り、その特徴は、
一日当たり光照射時間の上限値を規定しておく点にある。

結球レタスを初めとして栽培対象とする植物の中には、一定の周期で暗期がないと養液ＥＣ値や積算光量子束密度とは無関係に特定の生育不良が発生する植物が間々存在する。

これに対し、この第５特徴構成の水耕栽培方法によれば、一日当たり光照射時間の上限値を規定しておく（換言すれば、明期が一定時間継続した後には必ず暗期が存在するようにしておく）から、その一日当たり光照射時間の上限値として、明期の継続による特定の生育不良が生じるようになる一日当たり光照射時間を選定しておけば、明期の継続に原因する生育不良の発生は無くして、前述の最適相関が満たされる栽培状態への調整による生育不良発生率の低減を確実に具現化することができ、これにより、栽培期間における植物生育不良の発生率を一層確実に設定閾値以下に低減することができる。

本発明の第６特徴構成は、第１〜第５特徴構成のいずれかの水耕栽培方法を実施するのに好適な水耕栽培方法に係り、その特徴は、
栽培期間日数の下限値及び上限値を規定しておく点にある。

結球レタスを初めとして栽培対象とする植物は一般的に、栽培期間が過度に短い場合や過度に長い場合には、養液ＥＣ値や積算光量子束密度とは無関係に生育不良になる。

これに対し、この第６特徴構成による水耕栽培方法によれば、栽培期間日数の下限値及び上限値を規定しておくから、それら栽培期間日数の下限値及び上限値として、栽培期間が過度に短いことに原因する生育不良が生じるようになる栽培期間日数、及び、栽培期間が過度に長いことに原因する生育不良が生じるようになる栽培期間日数を選定しておけば、栽培期間が過度に短いことや過度に長いことに原因する生育不良の発生は無くして、前述の最適相関が満たされる栽培状態への調整による生育不良発生率の低減を確実に具現化することができ、これにより、栽培期間における植物生育不良の発生率を一層確実に設定閾値以下に低減することができる。

本発明の第７特徴構成は、第２又は第３特徴構成の水耕栽培方法の実施に用いる栽培支援システムに係り、その特徴は、
前記最適相関を記憶する記憶部と、前記光合成有効光量子束密度の目標値又は前記一日当たり光照射時間の目標値を演算する演算部とを備え、
この演算部は、前記養液ＥＣ値、前記一日当たり光照射時間、前記栽培期間日数が設定される照射時間規定モードでは、前記最適相関において養液ＥＣ値の設定値に対応する前記積算光量子束密度を積算光量子束密度の目標値として前記記憶部から読み出すとともに、この読み出した積算光量子束密度の目標値を一日当たり光照射時間の設定値と栽培期間日数の設定値との積により除した値を光合成有効光量子束密度の目標値として演算し、
前記養液ＥＣ値、前記光合成有効光量子束密度、前記栽培期間日数が設定される光量子束密度規定モードでは、前記最適相関において養液ＥＣ値の設定値に対応する前記積算光量子束密度を積算光量子束密度の目標値として前記記憶部から読み出すとともに、この読み出した積算光量子束密度の目標値を光合成有効光量子束密度の設定値と栽培期間日数の設定値との積により除した値を一日当たり光照射時間の目標値として演算する構成にしてある点にある。

この第７特徴構成の栽培支援システムによれば、上記照射時間規定モードでは、養液ＥＣ値、一日当たり光照射時間、栽培期間日数の夫々（具体的にはそれらの採用値）を設定するだけで、前述の最適相関を満たす栽培状態への調整として光合成有効光量子束密度を調整する際の調整目標値（即ち、光合成有効光量子束密度の目標値）が自動的に演算されるから、その調整目標値を手計算して前述第２特徴構成の水耕栽培方法を実施するのに比べ、煩雑な手計算を不要にして前述第２特徴構成の水耕栽培方法の実施を容易にすることができる。

また、上記光量子束密度規定モードでは、養液ＥＣ値、光合成有効光量子束密度、栽培期間日数の夫々（具体的にはそれらの採用値）を設定するだけで、前述の最適相関を満たす栽培状態への調整として一日あたり光照射時間を調整する際の調整目標値（即ち、一日あたり光照射時間の目標値）が自動的に演算されるから、その調整目標値を手計算して前述第３特徴構成の水耕栽培方法を実施するのに比べ、煩雑な手計算を不要にして前述第３特徴構成の水耕栽培方法の実施を容易にすることができる。

本発明の第８特徴構成は、第７特徴構成の栽培支援システムを実施するのに好適な栽培支援システムに係り、その特徴は、
前記照射時間規定モードでは、前記養液ＥＣ値及び前記一日当たり光照射時間の夫々が設定値に等しくなり、かつ、前記光合成有効光量子束密度が前記演算部により演算された光合成有効光量子束密度の目標値に等しくなる栽培状態を設定された栽培期間日数にわたって自動的に維持し、
前記光量子束密度規定モードでは、前記養液ＥＣ値及び前記光合成有効光量子束密度の夫々が設定値に等しくなり、かつ、前記一日当たり光照射時間が前記演算部により演算された一日当たり光照射時間の目標値に等しくなる栽培状態を設定された栽培期間日数にわたって自動的に維持する栽培管理部を設けてある点にある。

この第８特徴構成の栽培支援システムによれば、上記照射時間規定モードでは、前述の最適相関を満たす栽培状態の調整として光合成有効光量子束密度を調整する際の調整目標値が自動的に演算されるのみならず、養液ＥＣ値及び一日当たり光照射時間がそれらの設定値に等しくなり、かつ、光合成有効光量子束密度が演算部により演算された目標値に等しくなる栽培状態が、設定された栽培期間日数にわたって栽培管理部により自動的に維持されるから、前述第２特徴構成の水耕栽培方法を全自動的に実施することができ、その水耕栽培方法の実施を一層容易にすることができる。

また、上記光量子束密度規定モードでは、前述の最適相関を満たす栽培状態への調整として一日あたり光照射時間を調整する際の調整目標値が自動的に演算されるのみならず、養液ＥＣ値及び光合成有効光量子束密度がそれらの設定値に等しくなり、かつ、一日当たり光照射時間が演算部により演算された目標値に等しくなる栽培状態が、設定された栽培期間日数にわたって栽培管理部により自動的に維持されるから、前述第３特徴構成の水耕栽培方法を全自動的に実施することができ、その水耕栽培方法の実施を一層容易にすることができる。

水耕栽培装置の斜視図 水耕栽培装置の正面視断面図 水耕栽培装置の系統図 養液ＥＣ値一定状況下での結球レタスにおける中肋部突出球の発生率と積算光量子束密度との関係を示すグラフ 生育不良発生率を一定値以下にするのに要する最小の積算光量子束密度と養液ＥＣ値の相関を示すグラフ 第１実施形態における栽培状態の調整手順を示すフローチャート 第２実施形態における制御盤の構成図

〔第１実施形態〕
図１及び図２は水耕栽培装置を示し、この水耕栽培装置では、棚格子１の上に栽培槽２を載置した栽培棚３を上下に複数段設け、各段の栽培棚３において栽培槽２の上には栽培空間４を確保し、各栽培空間４の天井部には光照射灯５を装備してある。

栽培槽２に貯留する栽培用養液Ｌの液面上には定植用培地としての栽培プレート６を配設し、この栽培プレート６に行列配置で形成した多数の栽培孔に発芽した結球レタスＶ（栽培植物の一例）を定植することで、多数の結球レタスＶを光照射灯５による光照射と養液Ｌの施用とをもって水耕栽培する。

光照射灯５を装備する栽培空間４の天井部は厚板ブロック７で形成し、栽培空間４の両側部には、栽培槽２の側縁部と厚板ブロック７の側縁部とにわたる壁材８を設け、この壁材８より栽培空間４の両側部を閉塞することで各栽培空間４をトンネル状の空間にしてある。

栽培空間４の床部に相当する栽培槽２、栽培空間４の天井部を形成する厚板ブロック７、栽培空間４の両側部を閉塞する壁材８、並びに、定植用培地としての栽培プレート６はいずれも発泡スチロールなどの樹脂製断熱材で形成し、これにより、これら構成部材の製作加工並びに組み付けを容易にするとともに、それらが備える高い断熱性をもって栽培空間４を外部に対して効果的に断熱する。

厚板ブロック７の下面部（即ち、天井面部）には、下方の栽培空間４に向かって開口する溝状凹部９を形成し、光照射灯５は、この溝状凹部９の全長にわたらせた状態で溝状凹部９の上底部に配設してある。

また、溝状凹部９の内面には、その全面にわたらせて光反射層９ａを設け、これにより、光照射灯５による照射光のうち溝状凹部９の内面に向うものも栽培空間４向きに反射させるようにして栽培空間４に対する光照射効率を高める。

栽培空間４の天井部を形成する厚板ブロック７の内部には、櫛歯状に分岐した複数の内部給気路１０、及び、同じく櫛歯状に分岐した複数の内部排気路１１を形成し、厚板ブロック７の一側面には、それら内部給気路１０の入口となる給気接続口１０ａを形成し、厚板ブロック７の他側面には、それら内部排気路１１の出口となる排気接続口１１ａを形成してある。

また、厚板ブロック７には、内部給気路１０と栽培空間４とを連通させる複数の天井給気孔１０ｂ、及び、内部排気路１１と栽培空間４とを連通させる複数の天井排気孔１１ｂの夫々を、厚板ブロック７の面方向（即ち天井面方向）に分散させて形成してある。

つまり、後述する気液熱交換器１２により冷却した調整空気Ｇを内部給気路１０及び天井給気孔１０ｂを通じて天井部から均一に栽培空間４に供給するとともに、この給気に併行して栽培空間４の内部空気Ｇ′を天井排気孔１１ｂ及び内部排気路１１を通じて天井部から均一に排出し、これにより、栽培空間４に対して集中的かつ均一に調温（冷房）を施して、栽培空間４の全体を結球レタスＶの育成に適した均一な温度状態に調整する。

調整空気Ｇを冷却する気液熱交換器１２は、調整空気Ｇを各段の栽培空間４に供給する循環ファン１３とともに最下段の栽培棚３の下に配置し、この気液熱交換器１２の空気出口を給気ダクト１４を通じて各段の厚板ブロック７における給気接続口１０ａに接続するとともに、この気液熱交換器１２の空気入口を排気ダクト１５を通じて各段の厚板ブロック７における排気接続口１１ａに接続してある。

つまり、気液熱交換器１２で冷却した調整空気Ｇの供給に伴い各段の棚培空間４から排出される内部空気Ｇ′を排気ダクト１５を通じて集合状態で気液熱交換器１２に戻して冷却し、この冷却空気を再び調整空気Ｇとして給気ダクト１４を通じ各段の栽培空間４に分配供給するようにしてある。

図１は水耕栽培装置の単位ユニットＵを示すものであり、図３に示すように、この単位ユニットＵを一列状に連ねて複数配置することで所要長の水耕栽培装置を構築する。そして、気液熱交換器１２、循環ファン１３、給気ダクト１４、排気ダクト１５は単位ユニットＵごとに装備される。

図３において、１６は各段の栽培槽２に供給する養液Ｌを冷却する熱源側熱交換器であり、この熱源側熱交換器１６では、冷凍機１７との間での冷水循環路１８を通じた冷水循環おいて冷凍機１７から供給される低温冷水Ｃと、還液路１９を通じて各段の栽培槽２から戻る養液Ｌ′とを熱交換させて、その戻り養液Ｌ′を所定温度ｔｏまで冷却する。

還液路１９には、補給水路２０及び補給液路２１を接続した補給槽２２を介装し、この補給槽２２において、各段の栽培槽２から戻る養液Ｌ′に対し所要量の水Ｗを補給水路２０から補給するとともに所要量の原養液ＬＬを補給液路２１から補給することで、各栽培槽２に供給する養液Ｌを調整する。

具体的には、補給水路２０に装備したボールタップ弁２０ａにより補給槽２２の液位を所定液位に保つように補給水路２０からの水Ｗの補給量を調整するのに対し、補給槽２２においてＥＣ値センサ２２ａにより検出される養液ＬのＥＣ値ｘ（電気伝導度）に基づき補給液路２１に装備の給液弁２１ａを調整して補給液路２１からの原養液ＬＬの補給量を調整することで、各栽培槽２に供給する養液ＬのＥＣ値ｘを所要値に調整する。

なお、ＥＣ値センサ２２ａにより検出される養液ＥＣ値ｘ（養液Ｌの電気伝導度）は養液Ｌの肥料含有度を示す値である。

熱源側熱交換器１６で冷却した養液Ｌは循環ポンプ２３により主給液路２４を通じて各単位ユニットＵの気液熱交換器１２に分配送給し、これに対し、各単位ユニットＵでは、排気ダクト１５を通じて各段の栽培空間４から戻る内部空気Ｇ′を気液熱交換器１２において主給液路２４から供給される冷却後の養液Ｌと熱交換させて所定温度ｔｇｉまで冷却し、この冷却空気を調整空気Ｇとして給気ダクト１４を通じ各段の栽培空間４に供給する。

また、気液熱交換器１２を通過した熱交換後の養液Ｌ（即ち、内部空気Ｇ′との熱交換で熱源側出口温度ｔｏから所定温度幅Δｔだけ昇温した養液）は、給液路２５を通じて各段の栽培槽２に分配供給する。

各段の栽培槽２の装置長手方向における一端部には、栽培槽２の液位を所定液位に保つオーバーフロー排液口２６を装備し、上記の如く各段の栽培槽２に養液Ｌを供給するのに伴い、各段の栽培槽２における槽内養液Ｌを各段のオーバーフロー排液口２６へオーバーフローにより流出させ、これら各段のオーバーフロー排液口２６へ流出する養液Ｌ′を還液路１９を通じて熱源側熱交換器１６に戻すようにしてある。

つまり、この水耕栽培装置では、各気液熱交換器１２での養液Ｌと調整空気Ｇとの熱交換により、各段の栽培空間４に供給する調整空気Ｇの温度ｔｇｉを調整して各段の栽培空間４を結球レタスＶの育成に適した温度状態に調整すると同時に、各段の栽培槽２に供給する養液Ｌの温度ｔｉ（＝ｔｏ＋Δｔ）を調整して各段の栽培槽２における養液Ｌを結球レタスＶの育成に適した温度状態に調整する。

そして、熱源側熱交換器１６で冷却した養液Ｌを気液熱交換器１２での調整空気Ｇの冷却に用いて、養液Ｌを調整空気Ｇに対する冷却用熱媒液として兼用する形態を採ることで、装置構成の簡素化及び小型化を可能にしている。

２７は各段の栽培空間４における温度ｔｒを検出する温度センサ、１８ａは冷凍機１７から熱源側熱交換器１６に供給する冷水Ｃの流量を調整して熱源側熱交換器１６の冷却出力を調整する冷水調整弁であり、これら温度センサ２７により検出される各段の栽培空間温度ｔｒに基づき冷水調整弁１８ａを調整して熱源側熱交換器１６の冷却出力を調整することで気液熱交換器１２に供給する養液Ｌの温度ｔｏを調整し、この養液温度調整により各段の栽培空間４における温度ｔｒを調整するとともに各段の栽培槽２に供給する養液Ｌの温度ｔｉを調整する。

２８は水耕栽培装置の運転制御を司る制御盤であり、この制御盤２８には、運転管理者による各種運転条件の設定を受け付ける設定部２８ａ、及び、この設定部２８ａにおいて設定された各種運転条件に従って水耕栽培装置を自動運転する栽培管理部２８ｂを設けてある。

具体的には、運転管理者は、運転条件として栽培期間日数Ｔ（即ち、定植期間日数）、栽培空間温度ｔｒ、養液ＥＣ値ｘ、一日当たり光照射時間Ｄ（換言すれば、一日における光照射灯５の点灯時間帯）、並びに、光照射灯５による照射光の光合成有効光量子束密度Ｉ（略言すれば、光照射灯５の点灯時における光照射強度）の夫々を設定部２８ａにおいて設定する。

この設定は具体的には次の（イ）〜（チ）の手順で行う。

（イ）結球レタスＶの栽培にあたっては、結球レタスＶについて養液ＥＣ値ｘが一定下での栽培期間における中肋部突出球の発生率ｚと積算光量子束密度Ｍ（＝光合成有効光量子束密度Ｉと一日当たりの光照射時間Ｄと栽培期間日数Ｔとの積）との関係を示す図４に示す如きデータを複数の養液ＥＣ値ｘごとに予め収集する。

（ロ）また、これらの収集データから、栽培期間における中肋部突出球の発生率ｚが設定閾値ｚｓ（例えば５％）となるのに要する最小の積算光量子束密度Ｍｍｉｎと養液ＥＣ値ｘとの間に存在する図５に示す如き特定の相関を最適相関Ｋとして予め求めておく。

（ハ）そして、上記各値Ｔ，ｔｒ，ｘ，Ｄ，Ｉの設定にあたり、図６に示す如く、最適相関Ｋにおいて養液ＥＣ値ｘの採用値に対応する積算光量子束密度Ｍｍｉｎを積算光量子束密度Ｍの目標値として求める。（図６の♯１）

（ニ）ここで，一日当たり光照射時間Ｄの採用値が予め決められている場合には、積算光量子束密度Ｍの目標値を予め決められている一日当たり光照射時間Ｄの採用値と栽培期間日数Ｔの採用値との積により除した値を光合成有効光量子束密度Ｉの目標値として次の式１により演算する。（図６の♯２）

Ｉ＝２５００×Ｍ／Ｄ／Ｔ／９ ………（式１）
Ｍ：積算光量子束密度 [ｍｏｌ／ｍ2]
Ｉ：光合成有効光量子束密度［μｍｏｌ／ｍ2／ｓ］
Ｄ：一日当たり光照射時間［ｈ／日］
Ｔ：栽培期間日数［日］
なお、２５００／９は単位を揃えるための係数である。

（ホ）つまり、一日当たり光照射時間Ｄの採用値が予め決められている場合には、式１により求めた光合成有効光量子束密度Ｉの目標値、並びに、栽培期間日数Ｔ、養液ＥＣ値ｘ、一日当たり光照射時間Ｄ夫々の採用値を、栽培空間温度ｔｒの採用値とともに設定部２８ａにおいて設定する。（図６の♯３）

（へ）一方、一日当たり光照射時間Ｄの採用値が決められていない場合には、先ず、光合成有効光量子束密度Ｉの採用値を決定する。（図６の♯４）
なお、この光合成有効光量子束水度Ｉの採用値は実測値であってもよい。

(ト)続いて、上記した積算光量子束密度Ｍの目標値を光合成有効光量子束密度Ｉの採用値と栽培期間日数Ｔの採用値との積により除した値を一日当たり光照射時間Ｄの目標値として次の式２により演算する。（図６の♯５）

Ｄ＝２５００×Ｍ／Ｉ／Ｔ／９ ………（式２）

（チ）つまり、一日当たり光照射時間Ｄの採用値が決められていない場合には、式２により求めた一日当たり光照射時間Ｄの目標値、並びに、栽培期間日数Ｔ、養液ＥＣ値ｘ、光合成有効光量子束密度Ｉ夫々の採用値を、栽培空間温度ｔｒの採用値とともに設定部２８ａにおいて設定する。（図６の♯６）

このように各値Ｔ，ｔｒ，ｘ，Ｄ，Ｉを設定すると、制御盤２８の栽培管理部２８ｂは、設定された栽培期間日数Ｔにわたって、温度センサ２７による検出温度ｔｒに基づく冷水調整弁１８ａの調整により栽培空間温度ｔｒをその設定値に自動調整するともに、ＥＣ値センサ２２ａの検出ＥＣ値ｘに基づく給液弁２１ａの調整により栽培槽２に対する供給養液Ｌの養液ＥＣ値ｘをその設定値に自動調整する。

また同様に、制御盤２８の栽培管理部２８ｂは、設定された栽培期間日数Ｔにわたって、光照射灯５のＯＮ／ＯＦＦにより一日当たり光照射時間Ｄをその設定値に自動調整するとともに、光照射灯５の出力調整により光照射灯５による照射光の光合成有効光量子束密度Ｉを設定値に自動調整する。

そして、このように制御盤２８の栽培管理部２８ｂが各値Ｔ，ｔｒ，ｘ，Ｄ，Ｉを自動調整することで、一日当たり光照射時間Ｄの採用値が決められている場合及び決められていない場合のいずれにしても、水耕栽培装置での結球レタスＶの栽培状態は、栽培期間Ｔにおける養液ＥＣ値ｘと栽培期間Ｔにおける積算光量子束密度Ｍとが最適相関Ｋを満足する値となる栽培状態に調整され、これにより、この水耕栽培装置において栽培する結球レタスＶについて栽培期間Ｔにおける中肋部突出球の発生率ｚを設定閾値ｚｓ以下にすることができる。

なお、各値Ｔ，ｔｒ，ｘ，Ｄ，Ｉの設定にあたっては、養液ＥＣ値ｘが過度に低いことに原因する結球レタスＶの生育不良を防止するために養液ＥＣ値ｘの下限値ｘｍｉｎを規定しておき、この下限値ｘｍｉｎ以上の範囲（ｘｍｉｎ≦ｘ）において養液ＥＣ値ｘを設定する。

また、明期の過剰継続に原因する結球レタスＶの生育不良を防止するために一日当たり光照射時間Ｄの上限値Ｄｍａｘを規定しておき、この上限値Ｄｍａｘ以下の範囲（Ｄ≦Ｄｍａｘ）において一日当たり光照射時間Ｄを設定する。

そしてまた、栽培期間が過度に短いことや長いことに原因する結球レタスＶの生育不良を防止するために栽培期間日数Ｔの下限値Ｔｍｉｎ及び上限値Ｔｍａｘを規定しておき、この上下限値Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘの間の範囲（Ｔｍｉｎ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ）において栽培期間日数Ｔを設定する。

〔第２実施形態〕
この第２実施形態では、図７に示す如く、上述の設定部２８ａ及び栽培管理部２８ｂに加えて、最適相関Ｋを記憶する記憶部２８ｃ、及び、光合成有効光量子束密度Ｉの目標値又は一日当たり光照射時間Ｄの目標値を演算する演算部２８ｄを制御盤２８に装備してある。

この演算部２８ｄは、設定部２８ａにおいて、光合成有効光量子束密度Ｉの目標値を除く、栽培期間日数Ｔ、栽培空間温度ｔｒ、養液ＥＣ値ｘ、一日当たり光照射時間Ｄ夫々の採用値が設定されると、照射時間規定モードを実行する。

そして、この照射時間規定モードでは、演算部２８ｄは、前記最適相関Ｋにおいて養液ＥＣ値ｘの設定値に対応する積算光量子束密度Ｍｍｉｎを積算光量子束密度Ｍの目標値として記憶部２８ｃから読み出し、この読み出した積算光量子束密度Ｍの目標値を一日当たり光照射時間Ｄの設定値と栽培期間日数Ｔの設定値との積により除した値を光合成有効光量子束密度Ｉの目標値として演算し、この演算目標値を栽培管理部２８ｂに対して自動設定する。

一方、演算部２８ｄは、設定部２８ａにおいて、一日当たり光照射時間Ｄの目標値を除く、栽培期間日数Ｔ、栽培空間温度ｔｒ、養液ＥＣ値ｘ、光合成有効光量子束密度Ｉ夫々の採用値が設定されると、光量子束密度規定モードを実行する。

そして、この光量子束密度規定モードでは、演算部２８は、前記最適相関Ｋにおいて養液ＥＣ値ｘの設定値に対応する積算光量子束密度Ｍｍｉｎを積算光量子束密度Ｍの目標値として記憶部２８ｃから読み出し、この読み出した積算光量子束密度Ｍの目標値を光合成有効光量子束密度Ｉの設定値と栽培期間日数Ｔの設定値との積により除した値を一日当たり光照射時間Ｄの目標値として演算し、この演算目標値を栽培管理部２８ｂに対して自動設定する。

これらの自動設定に対し、栽培管理部２８ｂは第１実施形態の場合と同様、温度センサ２７による検出温度ｔｒに基づく冷水調整弁１８ａの調整により栽培空間温度ｔｒを調整するともに、ＥＣ値センサ２２ａの検出ＥＣ値ｘに基づく給液弁２１ａの調整により栽培槽２に対する供給養液Ｌの養液ＥＣ値ｘを調整することで、また、光照射灯５のＯＮ／ＯＦＦにより一日当たり光照射時間Ｄを調整するとともに、光照射灯５の出力調整により光照射灯５による照射光の光合成有効光量子束密度Ｉを調整することで、照射時間規定モードでは、栽培空間温度ｔｒ、養液ＥＣ値ｘ、一日当たり光照射時間Ｄの夫々が設定部２８
ａにおいて設定された値に等しくなり、かつ、光合成有効光量子束密度Ｉが演算部２８ｄにより演算された光合成有効光量子束密度Ｉの目標値に等しくなる栽培状態を、設定部２８ａにおいて設定された栽培期間日数Ｔにわたって自動的に維持する。

また、光量子束密度規定モードでは、栽培空間温度ｔｒ、養液ＥＣ値ｘ、光合成有効光量子束密度Ｉの夫々が設定部２８ａにおいて設定された値に等しくなり、かつ、一日当たり光照射時間Ｄが演算部２８ｄにより演算された一日当たり光照射時間Ｄの目標値に等しくなる栽培状態を、設定部２８ａにおいて設定された栽培期間日数Ｔにわたって自動的に維持する。

なお、この第２実施形態においても、養液ＥＣ値ｘの下限値ｘｍｉｎ、一日当たり光照射時間Ｄの上限値Ｄｍａｘ、栽培期間日数Ｔの下限値Ｔｍｉｎ及び上限値Ｔｍａｘは規定しておき、光量子束密度規定モードにおいて演算部２８ｄにより演算された一日当たり光照射時間Ｄの目標値が一日当たり光照射時間Ｄの上限値Ｄｍａｘより大きい場合、制御盤２８は、設定部２８ａにおいて設定された光合成有効光量子束密度Ｉの設定値変更を運転管理者に対して要求する報知を行う。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を列記する。

ここでは、培地に定植された結球レタスを栽培対象の植物Ｖとし、定植後の結球レタスにおける中肋部突出球の発生率を植物生育不良の発生率ｚとするが、栽培期間Ｔにおける植物生育不良の発生率ｚが設定閾値ｚｓ以下となるのに要する最小の積算光量子束密度Ｍｍｉｎと養液ＥＣ値ｘとの間に特定の相関Ｋが認められる植物であれば、本発明の水耕栽培方法はどのような植物にも適用することができる。

また、栽培期間Ｔにおける植物生育不良の発生率ｚが設定閾値ｚｓ以下となるのに要する最小の積算光量子束密度Ｍｍｉｎと養液ＥＣ値ｘとの相関を最適相関Ｋとして求めるのに、植物生育不良発生率ｚの設定閾値ｚｓは、栽培する植物や栽培コストなどを考慮して適宜に選定すればよい。

上述の第２実施形態において制御盤２８の演算部２８ｄは、演算した光合成有効光量子束密度Ｉの目標値、及び、演算した一日当たり光照射時間Ｄの目標値を栽培管理部２８ｂに対して自動設定するものにしたが、これに代え、演算部２８は、光合成有効光量子束密度Ｉの目標値又は一日当たり光照射時間Ｄの目標値を自動演算するだけのものにして、この演算部２８ｄにより演算された光合成有効光量子束密度Ｉの目標値又は一日当たり光照射時間Ｄを他の栽培条件とともに運転管理者が設定部２８ａにおいて設定するようにしてもよい。

また、積算光量子束密度Ｍの目標値、光合成有効光量子束密度Ｉの目標値、一日当たり光照射時間Ｄの目標値の夫々を手計算で求めるようにしてもよく、さらには、栽培空間温度ｔｒ、養液ＥＣ値ｘ、一日当たり光照射時間Ｄ、光合成有効光量子束密度Ｉ夫々の調整を運転管理者が人為的に行うようにしてもよい。

前述の各実施形態では、光照射灯５の出力調整により光合成有効光量子束密度Ｉを調整するようにしたが、光照射灯５の高さ調整や光照射灯５の照射台数調整などにより光合成有効光量子束密度Ｉを調整するようにしてもよい。

栽培植物Ｖに対する照射光は人工光に限られるものではなく、光合成有効光量子束密度Ｉ及び一日当たり光照射時間Ｄを調整する光調整手段を備えているのであれば、人工光と自然光との両方、あるいは、自然光のみを栽培植物Ｖに照射する水耕栽培にも本発明は適用することができる。

本発明による水耕栽培方法及び栽培支援システムは、特に結球レタスの栽培に利用することができる。

Ｌ 養液
Ｖ 栽培対象植物、結球レタス
ｘ 養液ＥＣ値
Ｉ 光合成有効光量子束密度
Ｍ 積算光量子束密度
Ｔ 栽培期間、栽培期間日数
ｚ 植物生育不良の発生率、中肋部突出球の発生率
ｚｓ 設定閾値
Ｋ 最適相関
Ｄ 一日当たり光照射時間
２８ｃ 記憶部
２８ｄ 演算部
２８ｂ 栽培管理部

Claims (8)

1. 光の照射及び養液の施用により植物を栽培する水耕栽培方法であって、
   培地に定植された結球レタスを栽培対象の植物とし、定植後の結球レタスにおける中肋部突出球の発生率を植物生育不良の発生率として、
   前記養液の電気伝導度を示す養液ＥＣ値、及び、光合成有効光量子束密度と光照射時間との積である積算光量子束密度について、栽培期間における前記植物生育不良の発生率が設定閾値以下となるのに要する最小の積算光量子束密度と養液ＥＣ値との相関を最適相関として求め、
   栽培状態の調整として養液ＥＣ値又は光照射時間又は光合成有効光量子束密度を調整することで、栽培状態を栽培期間における養液ＥＣ値と栽培期間における積算光量子束密度とが前記最適相関を満足する値となる栽培状態に調整する水耕栽培方法。
2. 前記最適相関において養液ＥＣ値の採用値に対応する積算光量子束密度を積算光量子束密度の目標値とし、
   この積算光量子束密度の目標値を一日当たり光照射時間の採用値と栽培期間日数の採用値との積により除した値を光合成有効光量子束密度の目標値とし、
   栽培状態の調整として光合成有効光量子束密度を前記光合成有効光量子束密度の目標値に調整する請求項１記載の水耕栽培方法。
3. 前記最適相関において養液ＥＣ値の採用値に対応する積算光量子束密度を積算光量子束密度の目標値とし、
   この積算光量子束密度の目標値を光合成有効光量子束密度の採用値と栽培期間日数の採用値との積により除した値を一日当たり光照射時間の目標値とし、
   栽培状態の調整として一日当たり光照射時間を前記一日当たり光照射時間の目標値に調整する請求項１記載の水耕栽培方法。
4. 養液ＥＣ値の下限値を規定しておく請求項１〜３のいずれか１項に記載の水耕栽培方法。
5. 一日当たり光照射時間の上限値を規定しておく請求項１〜４のいずれか１項に記載の水耕栽培方法。
6. 栽培期間日数の下限値及び上限値を規定しておく請求項１〜５のいずれか１項に記載の水耕栽培方法。
7. 請求項２又は３に記載した水耕栽培方法の実施に用いる栽培支援システムであって、
   前記最適相関を記憶する記憶部と、前記光合成有効光量子束密度の目標値又は前記一日当たり光照射時間の目標値を演算する演算部とを備え、
   この演算部は、前記養液ＥＣ値、前記一日当たり光照射時間、前記栽培期間日数が設定される照射時間規定モードでは、前記最適相関において養液ＥＣ値の設定値に対応する前記積算光量子束密度を積算光量子束密度の目標値として前記記憶部から読み出すとともに、この読み出した積算光量子束密度の目標値を一日当たり光照射時間の設定値と栽培期間日数の設定値との積により除した値を光合成有効光量子束密度の目標値として演算し、
   前記養液ＥＣ値、前記光合成有効光量子束密度、前記栽培期間日数が設定される光量子束密度規定モードでは、前記最適相関において養液ＥＣ値の設定値に対応する前記積算光量子束密度を積算光量子束密度の目標値として前記記憶部から読み出すとともに、この読み出した積算光量子束密度の目標値を光合成有効光量子束密度の設定値と栽培期間日数の設定値との積により除した値を一日当たり光照射時間の目標値として演算する構成にしてある栽培支援システム。
8. 前記照射時間規定モードでは、前記養液ＥＣ値及び前記一日当たり光照射時間の夫々が設定値に等しくなり、かつ、前記光合成有効光量子束密度が前記演算部により演算された光合成有効光量子束密度の目標値に等しくなる栽培状態を設定された栽培期間日数にわたって自動的に維持し、
   前記光量子束密度規定モードでは、前記養液ＥＣ値及び前記光合成有効光量子束密度の夫々が設定値に等しくなり、かつ、前記一日当たり光照射時間が前記演算部により演算された一日当たり光照射時間の目標値に等しくなる栽培状態を設定された栽培期間日数にわたって自動的に維持する栽培管理部を設けてある請求項７記載の栽培支援システム。

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