JP6389476B2 - 植物生育システム - Google Patents

Description

本発明は、人工の基材における植物の生育に関する。特に、本発明は、限定はしないが、ミネラルウールの基材における植物の生育に関する。

植物をミネラルウールの生育基材で生育することができることが公知である。そのような生育基材は、典型的には、ともに用いられる（coherent）プラグ、ブロック、スラブ（マット／ブランケット）として提供され、製品に構造的な一体性を与えるために、通常はバインダ（通常、有機バインダ）を含む。

典型的には、植物の生育過程は、２つの段階で管理される。「繁殖者」により管理され、植物が種子から生長する第1段階、及び「栽培者」により管理され、植物が養われ収穫が得られる第２段階である。例えば、トマトの木の場合には、繁殖者は、個々のトマトの種子を２５〜３０ｍｍのオーダの厚さ及びおよそ２０〜３０ｍｍの半径を有する円柱形のプラグに植え付けることができる。種子が発芽した後は、繁殖者は、プラグを直方体のブロック内に位置させ、根系及び植物をさらに生長させる。ブロック内の個々の植物は、続いて繁殖者から栽培者へと移すことができる段階まで養育される。

しばしば各ブロックには１つだけ植物が植えられるが、１つのブロックに複数の植物を植えることが可能である。いくつかの例では、ブロック内の１つの植物が生長の初期段階で茎を裂くことにより２つに分けられ、１つの根系を共有する２つの植物となる。他の代替例では、複数の植物が接木され、１つのブロック内で生育される。

繁殖者が、別個のプラグ及びブロックを用いることはすべての植物については重要ではないが、例えば、欧州特許出願公開第２１１１７４６号公報には、多数の好都合な点があるものとして説明されている。特に、プラグのサイズが小さいと、基材を飽和させることなく、初期段階の植物により定期的な水やりをすることができる。

繁殖者からブロックを受取った後、栽培者は、複数のブロックを単一のミネラルウールのスラブ上に位置させて植物生育システムを形成する。ミネラルウールのスラブは、典型的には、植物とともにブロックを受容するための上面の複数の孔及び底面の排液孔を除いて、フォイル又はその他の液不浸透性層で包まれている。

その後植物が生長する間、水及び養分は、水及び養分を含む液体をシステムに供給するドリッパを用いて、ブロックに直接的に或いはスラブに供給される。ブロック及びスラブ内の水及び養分は、植物の根に吸上げられ、植物はそれにしたがって生長する。植物により吸上げられない水及び養分は、基材システム内に留まるか、或いは排液孔を通って排出される。

生育過程で水分及び養分を可能な限り効率的に用いるという要望がある。これは、コスト面及び環境面の両方の理由のためである。特に、養分は入手が高価であり、そのような養分を含んだ排水は、環境法制のために廃棄するのが困難である。これらの圧力は、原材料（特に、リン酸塩等の肥料）が次第に乏しくなるにつれて増加していくであろう。そのような無駄を避ける要望は、植物生育条件を改善する要望と合致し、したがって、そのようにして植物から得られる果実の産出量及び品質を上げるという要望と合致する。

この観点から、ミネラルウールを用いることそれ自身は、従来の土壌に基づく生育方法と比較して大きな利益をもたらすが、これらの特性をさらに改善するという要求は引続いてある。特に、植物生育過程において、生産をより多くし、かつ消費を少なくするという相反する要望がある。すなわち、植物からの産出量がより多くなり、同時に、用いられる水分及び／又は養分の量を減少させることが要望されている。実際には、現存する生育方法及び／又は基材では、これらの側面の両方に制限が課されている。

この観点で、植物生育システムの重要な性質には、植物生育システムの保水、再飽和、及び水分／養分分布が含まれる。保水は、システムが保持することができる水分の量を反映し、水分分布は、スラブ内に存在する水分及び養分の位置を反映する。再飽和は、新たに加えられた溶液が、現存する溶液に置き換わったり、こぼれたりしないで基材の水分及び養分レベルに加わる傾向を指す。

保水、水分分布及び再飽和に影響を及ぼすとして特に考慮されることには、水分を下方に押しやり、したがって排液校に向かわせる傾向のある重力の影響、及び水分を上方に吸上げることができる毛管効果が含まれる。実際には、スラブは、通常、わずかな傾斜面におかれ、排液孔が底面のうち最も低い端部に位置し、重力が水分を排液孔に確実に押しやる助けとなる。重力の効果及び毛管効果に加えて、水分がドリッパから排液孔にスラブを通過するのを妨げる効果を持つ媒質の流れ抵抗を考慮するべきである。全体として、根と植物の発達が最適化されるならば、根が生長している基材領域において最適条件が達成されることが保証されることが必要である。

想定されるように、基材内で最適に準ずる保水が行われると、水分の不足又は過剰が生じうる。不足の場合には、これより水分が失われ、したがって排液孔を通って排出される。スラブ内の水分が植物の根に達することが必要であるため、水分分布も重要である。例えば、植物が最近スラブ上に置かれた場合、根は、スラブの上部領域内へとゆっくりと伸びているであろう。もし、水分が根に到達しないならば、生長速度に低下を生じさせ、したがって生産に損失を生じさせるであろう。特に、スラブの上部領域内の植物の根に十分に水が供給されることを保証するためには、栽培者は、根の周囲で十分な水を保持するために過剰な水をスラブに供給することが必要であり、排液孔を通してより多くの損失を生じさせ、余分の費用を生じさせるかもしれない。過剰な水分レベルは、一方で菌類の生長のリスクを増加させ、他方で植物に害となりうる酸素の欠乏も生じさせうる。

植物生長における重要な要素は、養分の保持及び分布である。養分は、通常、水とともに導入されるが、養分は、スラブにより必ずしも同じようには分配され保持されない。養分は、通常、窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の元素を含んだ溶解した塩を含む。養分は、水分に溶解され、養分のスラブを通過する動きは、移流、分散及び拡散等の過程により影響を受ける。移流は、スラブを通過する水分流とともに養分が移動することである。分散は、スラブ内の複雑な多孔構造を養分が通過するにつれて養分の混合が生じることである。拡散は、スラブ内での粒子のランダムな動きと、それが有する濃度勾配を減少させる統計的な傾向に関連している。

水それ自身と同様に、養分が植物の根に到達することは重要である。養分が十分に分配されないならば、若しくはスラブから失われるならば、植物が必要とする養分を受取るために、スラブ全体に過剰の養分が必要とされる。これは、もちろん、養分の無駄である。

人工基材における植物生長で役にたつ他の検討事項は、養分更新効率(nutrient refreshment efficiency)（すなわち、養分を更新するための灌漑効率）である。これは、新たな養分溶液を導入した際にスラブ内に現存する養分が流出されるかに関連している。いくつかの状況では、生育過程でスラブ内の養分濃度を変化させることが望ましいかもしれない。これを行う能力は、スラブ全体にわたってか若しくは少なくとも根の生長が行われるスラブの領域において、現存する養分が、効率的に置換えられることが可能かどうかに依存する。さらに、いくつかの例では、養分が置換えられない場合に、養分の増加が、脱水を引起しうるか或いは少なくとも植物の生長にとって非理想的なレベルに達しうる。

これを検討すると、植物に供給される水分及び養分の量は、植物の成長について重要な役割を果たしていることが認められる。これの選択は、通常、日照時間又は温度等の外的因子を分析し、システムに生じ得る振る舞い（蒸発に関して等）を推測することによりなされる。温室では、例えば、因子を（覆いを用いることにより放射を、暖房システムを用いることにより温度を等）制御することが可能であるが、そのようなシステムは、運用するのが高価であり、エネルギー節約を最大化するようにして水分及び養分の量を制御することは、望ましい。

植物生育基材内で含水量及び／又は養分量を測定することは公知である。例えば、国際特許出願公開第２０１０／０３１７７３号は、電気容量の測定をすることにより、ミネラルウール基材の含水量を決定する含水量測定装置を記載している。同様に、国際特許公開第０３／００５８０７号は、植物生育基材内における水分中の酸素レベルを測定するためのプロセスについて述べている。しかしながら、そのような技術は栽培者にとって有用な情報を提供しうるものの、それらの技術それ自身によっては、スラブ中における水分、養分及び酸素の量及び分布の改善は保証されない。

植物生育の間、植物の灌漑を改善する必要は依然としてある。現存する技術は、しばしば、水及び／又は養分の不足及び／又は与えすぎを生じる。現存する技術は、これらの特性を適切に制御できないためである。

例えば、米国特許出願公開第２００５／０２４０３１３号明細書及び欧州特許第０３００５３６号明細書は、それぞれ、含水量を固定レベルに設定することができるように、含水量を低下させ或いは増加させるように構成された灌漑装置を含む灌漑システムを記載している。そのようなシステムの１つの不都合な点は、ＥＣレベル（したがって養分レベル）がタイミングよく制御されないことである。公知の装置において含水量を低下又は増加させてもＥＣレベルは変化しない。養分溶液が水分に加えられた場合にかぎり、ＥＣレベルは変化しうる。

国際公開第２００４／１０９２３８号は、スラブから直接取得されるのではなく、システムに入っていく水分及び養分の測定値を取得する灌漑システムを記載している。このシステムの制御部に、システム内の水分量が示される。ＥＣレベルは、測定された水分量を検討して仮定を行うことに基づいて推測される。

本発明の第1の態様によれば、
１若しくは複数の植物生育基材と、
前記植物生育基材の少なくとも１つの養分レベルをモニタするように構成された１若しくは複数の検出器と、
前記植物生育基材に水分を供給するように構成された少なくとも１つの灌漑装置と、
前記検出器及び前記少なくとも１つの灌漑装置に接続された制御手段とを備え、
前記少なくとも１つの灌漑装置による水分の供給は、モニタされた前記養分レベルに応じて前記制御手段により制御されることを特徴とする植物生育システムが提供される。

本発明では、基材に供給される水分の量を制御するために養分レベルが用いられる。これには、少なくとも時には、含水量レベルが養分レベルに害となるような効果を持つならば、含水量レベルをあるレベルに維持するべきではないという認識が反映されている。例えば、基材内の含水量レベルを減少させるべく、計画的な努力がなされた場合、養分レベルが増加するリスクがある。したがって、含水量レベルの制御を行う場合に養分レベルを無視することは不適切であると考えられてきた。

上で述べた（例えば、欧州特許第０３００５３６号明細書を参照して）現存する装置とは対照的に、本システムでは、ＥＣレベルを測定し、ＥＣレベルを低下させ又は増加させる必要があるかどうかを判定することが可能である。ＥＣレベルを変化させることにより養分レベルを正確に制御するために、行われた判定に基づいて、灌漑が停止され又は実施される。欧州特許第０３００５３６号明細書のＡＤＳシステム等の公知の装置は、（養分レベルとは対照的に）含水量を変化させるように構成されている。含水量を変化させる結果として、ＥＣレベルが変化しうるが、これは、正確に決定されたのではないため、養分量は、適切に決定されていない。対照的に、本発明では、ＥＣレベルを制御することに関連しており、結果として、含水量レベルを適切に変化させるであろう。

したがって、本発明は、スラブ内の養分レベルを、厳密にかつ確実にモニタし、このレベルに基づいて加えられる水を制御するべく用いることができるフィードバックシステムを提供することができる。１つ若しくは複数の基材内の養分レベルが直接モニタされる。例えば、基材から排出された水分を測定すること等の技術によって間接的に行われるのではなく、基材内の測定値を取得することにより行われる。これは、所定の水分及び／又は養分の供給に対して最大限の成果をもたらすべく、各植物の環境を制御することができるシステムを提供する。

従来におけるように、入射放射レベルに頼るのではなく、本発明は、灌漑のための意思決定における重要な設定点として、基材内の養分レベルを用いている（基材内の含水量も用いてよい）。従来の場合には、入射光を増加させると自動的により多くの灌漑が行われた。対照的に、本発明により、光量に基づくのではなく、或いは少なくとも光量のみ基づくのではなく、基材の直接測定に基づいて、灌漑をおこなうかどうかについての決定が可能となる。

他の基材を用いてもよいが、基材は、好ましくはＭＭＶＦの基材である。好ましい実施形態では、各基材は、スラブ及び１つのブロックを（好ましくは、ＭＭＶＦのスラブ及び１つのＭＭＶＦのブロックを）含む。すなわち、植物が植えられた１つのそしてただ1つのブロックが各スラブに設けられ、このことは、植物が複数のブロックに植えられそれらのブロックがスラブからの資源を奪い合うシステムよりも、各スラブ内の含水量及び／又は養分量の制御がはるかにより正確に管理されうることを意味している。単一のブロックを用いると、関連のある養分レベルをより正確に測定することができ、かつそのためにこれらの特性に応じて加えられる水分及び養分をより正確に制御できることができるフィードバックシステムが可能となることが認められる。

好ましくは、前記１若しくは複数の検出器は、さらに、前記植物生育基材の少なくとも１つの含水量レベルをモニタするように構成され、前記少なくとも１つの灌漑装置による水分の供給は、モニタされた前記含水量レベルに応じて前記制御手段により制御される。このようにして、基材内で実際に観察される養分レベル及び含水量レベルの両方に基づいて、水分の供給が正確に制御される。

少なくとも１つの灌漑装置による水分の供給の制御に加えて、制御手段は、少なくとも１つの灌漑装置による養分の供給も制御しうる。そのような制御は、測定された含水量及び／又は養分レベルに応じて行われうる。

好ましい実施形態では、前記１若しくは複数の検出器は、さらに、前記植物生育基材の少なくとも１つの中の水分及び養分の少なくとも一方の分布をモニタするように構成されている。好ましくは、水分及び／又は養分の供給は、モニタされた水分、養分及び／又は酸素の分布の一様性が増すように、制御される。したがって、そのような物質の量が分かるだけでなく、どのようにそれらが、所定のシステムのブロック及び／又はスラブの中に及び／又は間に分布しているかについての情報が分かる。これにより、適当な水分及び養分が供給されていることを保証するために用いることができる詳細がさらに追加される。

水分及び／又は養分の分布が改善されることの利点は、植物が植えられたブロックが新たにスラブ上に置かれる初期段階では特に重要である。この時点で、スラブ内で十分に根が張られることが保証されるように、第１の層が十分な水分及び養分を含むことは重要である。これにより、最適かつ健康な根の生長が保証されるための有益な根発達が可能となる。本発明のスラブにより、十分な水分及び養分が供給されることが可能となるだけではなく、根の近傍で水分及び養分のレベルが厳密に制御されることが可能となることは有益である。これは、果実及び／又は野菜の生長を減少させうる植物への供給過多を避けるうえで助けとなる。

本発明の人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）は、ガラス繊維、ミネラルウール又は耐火セラミック繊維であってよい。好ましい実施形態では、ＭＭＶＦは、鉱物繊維である。

前記1つ若しくは複数の検出器は、前記基材に対して固定されていてよい。すなわち、前記1つ若しくは複数の検出器は、恒常的に所定位置にあってよく、そのため、水分又は養分レベルがモニタされるたびに再取付けを行う必要がない。１つのブロックが各スラブに置かれている状況では、制御システムに対してこの恒常性を確立することができることが理解できる。特に、植物及び／又は養分の自動制御を、システム内の各植物に理想的なレベルを与えるように用いることができる。

養分レベルは、基材内の全養分の全体的なレベル、幾つかの特定の養分のレベル、又は１つの養分のレベルを反映していてよい。本発明は、この点で、いずれか１つを実行することに限定されない。

前記１つ若しくは複数の検出器は、前記植物生育基材の少なくとも１つの含水量及び／又は養分量を定期的にモニタするように構成されていてよい。例えば、これらのレベルが、一定の間隔でモニタされてよい。代わりに、前記１つ若しくは複数の検出器は、水分量及び／又は養分量を連続的に測定するように構成されていてよい。

前記１つ若しくは複数の検出器は、前記植物生育基材の少なくとも１つの含水量及び養分量の両方をモニタするように構成されていることが好ましい。

いくつかの好ましい実施形態では、前記１若しくは複数の検出器は、さらに、前記植物生育基材の少なくとも１つの温度をモニタするように構成され、前記少なくとも１つの灌漑装置による水分及び／又は養分の供給は、さらに、モニタされた前記温度に応じて前記制御手段により制御される。

前記１つ若しくは複数の検出器は、少なくとも１つの植物生育基材の中の又は少なくとも１つの植物生育基材から排出された液体の電気伝導度（ＥＣ）から養分量を決定するように構成されていることが好ましい。電気伝導度により、液体中の塩（すなわちイオン）の数量が正確に示される。特に、前記１つ若しくは複数の検出器は、電気伝導度を所定の範囲内に維持するように構成される。好都合なことに、本発明では、ユーザが好ましいＥＣレベル（「ターゲット」）の値を設定し、この値に基づいて水分及び養分を供給することが可能である。言い換えれば、本発明では、養分レベルがタイミングよく制御されるようにＥＣレベルを「舵取り」することが可能である。

使用時に、前記スラブの異なる高さで前記養分レベルがモニタされるように、２つ以上の検出器が前記スラブの側壁を通って延在するように配置されることは好ましい。このようにすると、ＥＣレベル（したがって養分量）のより正確な値を提供するべく、ＥＣの垂直方向の測定値を求め、スラブの高さにわたるＥＣの変動を考慮に入れることが可能である。

好ましい実施形態では、スラブは、３から２０リットルの範囲の体積(容積)を有する。好ましくは、スラブは、５から１５リットルの体積(容積)を有し、より好ましくは、５から１１リットルの体積(容積)を有し、特に好ましい実施形態では、スラブは、６から８リットルの体積(容積)を有する。このような比較的小さな体積により、望ましい根の生長を妨げるほど小さくはせずに、水分及び養分レベルの厳密な制御が可能となる。

スラブのこのサイズによっても、従来の比較的大きなスラブと比較して、水分及び養分レベルのより効果的な制御が可能となる。通常、上面で植物が植えられた複数のブロックを受容するように設計された以前のスラブと異なり、本発明のスラブは、好ましい実施形態において、植物が植えられた１つのブロックと共に用いるために構成されている。このようにして、個々の植物に供給される、或いは個々のブロックの複数の植物に供給される水分及び養分を厳密に制御することができる。これにより、特に、栄養生長戦略と比べてより産出量が大きく無駄が少ない生殖生長戦略について、植物に与えられる水分及び養分のレベルを最適化することができる。

いくつかの好ましい実施形態において、各植物生育基材は、ＭＭＶＦのブロック内に配置された単一のＭＭＶＦのプラグをさらに含む。このプラグは、植物がブロックと関わる前に、種子から生育するために用いることができる。

好ましくは、前記ＭＭＶＦのスラブが、ＭＭＶＦの第１の層と、前記第１の層と界面で接触するＭＭＶＦの第２の層とを含み、前記第１の層は、前記第２の層よりも大きな密度を有する。別個の密度を与えることにより、基材内の水分及び養分の分布について制御が強化されることが見いだされた。好ましい実施形態において、ＭＭＶＦの前記第１の層は、４０から９０ｋｇ／ｍ^３の範囲の密度を有し、ＭＭＶＦの前記第２の層は、３５から８５ｋｇ^３の範囲の密度を有する。より好ましくは、前記第１の層の密度は、５０から８０ｋｇ／ｍ^３であり、及び／又は、前記第２の層の密度は、４５から７５ｋｇ／ｍ^３である。特に好ましい実施形態では、前記第１の層の密度は、７０ｋｇ／ｍ^３であり、前記第２の層の密度は、５０ｋｇ／ｍ^３である。これらの密度は、水分及び養分の保持を含む、植物生育のために良好な特性を与えることが見出された。

第２の層の密度は、第１の層の密度より小さい。好ましくは、第２の層の密度は、第１の層の密度より少なくとも５ｋｇ／ｍ^３小さく、より好ましくは、少なくとも１０ｋｇ／ｍ^３小さく、最も好ましくは、およそ２０ｋｇ／ｍ^３小さい。これらの層の密度の差異は、水分及び養分がスラブにわたって適切に分配されることが保証される助けとなり、特に、第２の層で水分及び／又は養分の割合が過剰となるのを避ける助けとなりうる。

好ましい実施形態において、基材は、親水性のバインダ物質系(バインダシステム)（binding system)を含み、及び／又は、ホルムアルデヒドを含まないバインダから選択された有機バインダを含むバインダ物質系を含む。バインダ物質系は、バインダ及び湿潤剤を含んでよく、又はバインダのみを含んでよい。バインダ物質系が親水性であることにより、スラブの保水特性を、非親水性又は疎水性であるバインダ物質系に対して、改善することができる。

好ましくは、バインダには、ポリカルボン酸成分と、ポリオール及び／又はアミン成分との反応生成物が、好ましくは糖成分及び／又はフェノールと混合されて含まれている。より好ましくは、バインダは、ポリカルボン酸又はその無水物、アミン（好ましくはアルカノールアミン）及び糖（好ましくは還元糖）の反応生成物である。これらのバインダは、ＭＭＶＦのスラブにおいて、特に好ましい特性を示すことが見出された。

湿潤剤は、非イオン性界面活性剤であってよいが、好ましくは、上で述べた層のうち一方又は両方に分散されたイオン性界面活性剤を含む。好ましくは、界面活性剤は、陰イオン性界面活性剤であり、好ましくは、スルホン酸界面活性剤であり、好ましくは、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩（ＬＡＢＳ）である。これらの好ましい湿潤剤は、有益な効果をもたらすことが見出されており、特にバインダ物質系の親水性を向上させる。

ＭＭＶＦのブロックは、第１の層と接触させて設けられることが好ましい。さらに、使用時において、第１の層は、第２の層の上方にあることが好ましい。さらに、水分及び養分は、ブロックに又は第１の層に与えられることが好ましい。このようにして、水分及び養分は、第１のより密度の高い層で受取られうる。これは、良好な保水特性及び水分布特性をもたらすことが見出された。

好ましい実施形態において、第１の層の厚さは、第２の層の厚さよりも小さい。好ましい実施形態において、第１の層の厚さの第２の層の厚さに対する比は、１：（１−３）の範囲に、好ましくは１：（１．２−２．５）の範囲に、より好ましくは１：（１．２−１．８）の範囲にある。例えば、第１の層の厚さは、第２の層の厚さの半分以上であってよい。第１の層及び第２の層の厚さが好ましい相対厚さにあると、基材のいたるところで水分及び養分保持の厳密な制御が行われることが見出された。

好ましい実施形態において、ブロックは、５０ｍｌから５０００ｍｌの範囲の体積（容積）を持ち、及び／又は、各ブロックは、３０ｋｇ／ｍ^３から１５０ｋｇ／ｍ^３の範囲の密度を有する。これらのサイズ及び密度は、植物生育システムで用いられる際に効果的であることが見出された。

好ましい実施形態において、第１の層の厚さは、第２の層の厚さよりも小さい。好ましくは、第１の層の厚さは、第２の層の厚さの少なくとも半分である。これらの割合は、スラブ内での水分及び養分の好ましい分布を維持する助けとなることが見出された。

好ましい実施形態において、第１及び第２の層の繊維の主たる向きは、水平である。この文脈において、水平は、第１及び第２の層の間の層間接触に平行であることを意味している。他の好ましい実施形態において、第１及び第２の層の一方又は両方の繊維の主たる向きは、垂直である（すなわち、層間接触に対して直交している）。例えば、特に好ましい実施形態において、第１の層の繊維の主たる向きは、垂直であり、第２の層の繊維の主たる向きは、水平である。代わりの実施形態において、第１の層の繊維の主たる向きは、水平であってよく、第２の層の繊維の主たる向きは、垂直である。繊維の向きは、スラブを通過する液体の流れ速度に影響しうる。例えば、水平な繊維向きは、スラブを通過する液体の流れ速度を減少させ、結果として、こぼれる液体の量に有益な効果を持ちうる。

本発明の好ましい実施形態を、添付した図面を参照して説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による植物生育のためのスラブを示す。 図２は、図１のスラブと共にブロックを含む植物生育システムを示す。 図３は、図２のブロックをプラグ及び植物と共に示す。 図４は、図２の植物生育システムの隣に置かれた灌漑装置を示す。 図５は、図２の植物生育システム上の水分及び養分検出器の位置を示す。 図６は、図２の植物生育システムを複数含む植物生育制御システムを概略的に示す。 図７Ａは、第１の例による植物生育システムを示す。 図７Ｂは、第２の例による植物生育システムを示す。 長期研究の過程で測定された第１及び第２の例の植物生育基材における含水量レベルを示す。 長期研究の過程におけるスラブ内のＥＣレベルの連続変化を示す。 長期研究の過程における植物の葉の長さを示す。

図１を参照して、第１の密度を有する第１の層が第２の密度を有する第２の層の上に配置されたミネラルウールのスラブ１を示す。スラブ１は、６．８リットルの体積（容積）を持つが、より一般的には、好ましい実施形態において、体積（容積）は、３リットルから２０リットルの範囲にあればよく、より好ましくは、５リットルから１５リットルの範囲にあればよく、最も好ましくは、５リットルから１１リットルの範囲にあればよい。ある実施形態では、６リットルから８リットルの範囲の体積（容積）を備えたスラブを含む。他の実施形態では、体積（容積）は、例えば、３リットルから１５リットルの範囲にあればよく、或いは３リットルから１０リットルの範囲にあればよい。他の好ましい実施形態では、９リットルの体積（容積）を有するスラブを含む。

図１に示すスラブ１の高さｈは、１００ｍｍであるが、より一般的には、７５ｍｍから１５０ｍｍの間であればよく、より好ましくは、８５ｍｍから１２５ｍｍの間であればよい。スラブ１の幅Ｗは１５０ｍｍであるが、より一般的には、例えば、１００ｍｍから３００ｍｍの範囲にあればよい。スラブ１の長さｌは、４５０ｍｍであるが、この値は変えてもよく、例えば、２２０ｍｍから８００ｍｍの範囲にあればよく、好ましくは、２５０ｍｍから６００ｍｍの範囲にあればよい。具体的な好ましい実施形態は、１００ｍｍの高さｈ、１５０ｍｍの幅ｗ及び６００ｍｍの長さｌを有するスラブを備えてよい。

図１に示す好ましい実施形態では、第１の層は、４０ｍｍの高さａ及び７０ｋｇ／ｍ^３の密度を有し、第２の層は、６０ｍｍの高さｂ及び５０ｋｇ／ｍ^３の密度を有する。繰り返しになるが、他の好ましい実施形態では、これらのパラメータに異なる値を選択してよい。例えば、第１の層の高さａは、２５ｍｍから５０ｍｍの範囲にあればよく、下層の高さは、５０ｍｍから１００ｍｍの範囲にあればよい。同様に、上層の密度は、好ましくは、４０ｋｇ／ｍ^３から９０ｋｇ／ｍ^３の範囲にあればよく、より好ましくは、５０ｋｇ／ｍ^３から８０ｋｇ／ｍ^３であればよく、下層の密度は、好ましくは、３５ｋｇ／ｍ^３から８５ｋｇ／ｍ^３の範囲にあればよく、より好ましくは、４５ｋｇ／ｍ^３から７５ｋｇ／ｍ^３であればよい。

図１に示す実施形態においてそうであるように、下層の高さが上層の高さよりも大きいことは好ましい。例えば、上層及び下層の高さの比は、１：（１−３）であればよく、又は１：（１．２−２．５）であれば好ましい。より好ましくは、この比は、１：（１．２−１．８）である。

好ましい実施形態のスラブにおいて、異なる２つの密度を用いること及びスラブの相対的なサイズが小さいことにより、水分及び養分の保持が助けられ、水及び水分がスラブの至る所で実質的に一様に分配されることが見いだされた。

次に、図２を参照して、ブロック２が上面に位置したスラブ１を示す。スラブ１は、さらに、ミネラルウールの周囲に２つの開口部を備えた液不透過性のカバーを有する。まず、スラブ１のミネラルウール及びブロック２の間で接触することが可能となるように、上面に開口部がある。また、排液孔３として働く開口部が下面にある。

図２に見ることができるように、スラブ１は、植物を収容するための単一のブロック２（すなわち、唯一のブロック）としか結合されていない。このようにして、単一のブロック２内の１つ若しくは複数の植物の環境を、より効果的に直接管理することができる。これらは、各スラブ１に複数のブロック２が設けられた従来のシステムと対照的である。特に、これは、異なる複数のブロック２に植えられた植物どうしで干渉し、結果としてそのような植物への水又は養分の供給に不一致が生じることを防止する。

ブロック２は、スラブ１の上面に設けられているが、排液孔３は、スラブ１の下面の端部に又はスラブ１の下面の端部に隣接して設けられる。ブロック２の位置は、ブロック２の中心点から測って、排液孔３の位置から、スラブ１の長さｌに沿って間隔ｘだけずらされていることが好ましい。間隔ｘは、好ましくは、スラブ１の長さｌの５０％よりも大きく、より好ましくは、長さｌの６０％よりも大きく、長さｌの７０％よりも大きくてよいが、最も好ましくは、間隔ｘは、６５％と７０％の間である。図２に示す特に好ましい実施形態において、ブロック２は、排液孔３の位置からスラブの長さのおよそ６６．７％だけずらされている。具体的には、スラブ１の長さｌは、４５０ｍｍであり、ブロック２は、排液孔３が配置されたスラブ１の端部から３００ｍｍの間隔のところに位置している。ブロック２及び排液孔３の間の間隔を増加させることにより、ブロックに供給される又はブロックに隣接したところに供給される水及び養分を含んだ溶液の経路長は長くなる。これは、スラブ１の養分更新効率（nutrient refreshment efficiency）について有益であることが見いだされている。

ブロック２及びスラブ１は、同一の又は同様の素材で形成されていることが好ましい。したがって、スラブ１の素材に関する以下の説明を、ブロック２に同じように当てはめてよい。特に、ブロック２は、以下で説明するストーンウール、バインダ及び／又は湿潤剤を含んでよい。好ましい実施形態では、ブロック２は、１２００ｍｌの体積（容積）を有する。より一般的には、ブロックは、５０ｍｌから５０００ｍｌの範囲の体積（容積）を有してよく、より好ましくは、１００ｍｌから３５００ｍｌの範囲の体積を有してよく、より好ましくは、２５０ｍｌから２５００ｍｌの範囲の体積（容積）を有してよく、最も好ましくは、１００ｍｌから２０００ｍｌの範囲の体積（容積）を有してよい。スラブ１及びブロック２を組合せた全体の体積（容積）は、６リットルから１１リットルの範囲であることが好ましい。

ブロックの寸法は、生育する植物に応じて選択することができる。例えば、辛子又はキュウリの木にとってブロックの好ましい長さ及び幅は、１０ｃｍである。トマトの木では、長さが、１５ｃｍに増やされる。ブロックの高さは、好ましくは、７ｃｍから１２ｃｍの範囲であり、より好ましくは、８ｃｍから１０ｃｍの範囲である。

したがって、辛子及びキュウリにとって好ましい寸法は、１０ｃｍ×１０ｃｍ×７ｃｍから１０ｃｍ×１０ｃｍ×１２ｃｍの範囲であり、より好ましくは、１０ｃｍ×１０ｃｍ×８ｃｍから１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍの範囲である。したがって、キュウリ及び辛子の木にとって、体積（容積）について好ましい範囲は、０．７リットルから１．２リットルであり、より好ましくは、０．８リットルから1リットルである。トマトの木にとって、好ましい寸法は、１０ｃｍ×１５ｃｍ×７ｃｍから１０ｃｍ×１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲であり、より好ましくは、１０ｃｍ×１５ｃｍ×８ｃｍから１０ｃｍ×１５ｃｍ×１０ｃｍの範囲である。したがって、トマトの木にとって、体積（容積）について好ましい範囲は、１．０５リットルから１．８リットルであり、より好ましくは１．２リットルから１．５リットルである。したがって、これらの作物にとって、体積（容積）の範囲は全体で、好ましくは０．７リットルから１．８リットルであり、より好ましくは、０．８リットルから１．５リットルである。

ブロック２の密度は、好ましくは、３０ｋｇ／ｍ^３から１５０ｋｇ／ｍ^３の範囲であり、より好ましくは、４０ｋｇ／ｍ^３から１２０ｋｇ／ｍ^３の範囲であり、最も好ましくは、５０ｋｇ／ｍ^３から１００ｋｇ／ｍ^３の範囲である。ブロック２の高さは、好ましくは、５０ｍｍから１６０ｍｍの範囲であり、より好ましくは、６０ｍｍから１２５ｍｍの範囲であり、最も好ましくは、８０ｍｍから１００ｍｍの範囲である。ブロック２の長さ及び幅は、５０ｍｍから２５０ｍｍの範囲で、好ましくは、６０ｍｍから２００ｍｍの範囲で、最も好ましくは、７０ｍｍから１５０ｍｍの範囲で独立に変えてよい。これらのサイズ及び密度が、植物生育システムで使用するために効果的であることが見いだされた。

図３に、図２で示したようなブロック２内に配置されたプラグ４内で適切な位置を取る植物５を示す。ブロック２と同様に、プラグ４は、以下でスラブ１に関連して説明するように、通常、バインダ及び／又は湿潤剤を含んだミネラルウールで形成されている。プラグ４は、好ましくは円柱状であり、直径が２０ｍｍから５０ｍｍ、好ましくは、２０ｍｍから４０ｍｍであり、高さが２０ｍｍから５０ｍｍ、好ましくは２５ｍｍから３５ｍｍである。

好ましい実施形態では、各ブロック２は、１つの植物５を含んでよい。しかしながら、各々に１つの植物５が植えられた複数のプラグ４を設けることにより、又は１つのプラグ４に複数の植物５を植えることにより、複数の植物５を各ブロック２に植えることが可能である。他の好ましい実施形態では、生長の初期段階で植物の茎を２つに裂くことにより１つの植物が２つに分けられる。

いくつかの実施形態では、プラグ４は設けられず、種子は、ブロック内の孔の中に直接入れられ、続いてそこから植物５が生長する。この方法が取られる植物の一例は、キュウリである。

好ましくは、植物５は、トマトの木等の果物又は野菜の木である。他の好ましい実施形態では、植物は、キュウリ、ナス、又は甘唐辛子、パプリカ、ピーマン等の苗である。本発明の好ましい実施形態では、植物からの果実又は野菜の収穫高を増加させることができ、果実又は野菜の品質を向上させることもできる。

上で述べたように、スラブ１は、ミネラルウールのスラブである。用いられる鉱物繊維は、ガラス繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、スラグウール、ストーンウール等の任意の人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）でよいが、通常は、ストーンウール繊維である。ストーンウールは、一般的に、酸化鉄を少なくとも３％の含有量で含み、アルカリ土類金属（酸化カルシウム及び酸化マグネシウム）を１０から４０％の含有量で含み、ミネラルウールの他の通常の酸化物成分を含む。それらは、通常は低い含有量で存在するシリカ、アルミナ、アルカリ金属（酸化ナトリウム、酸化カリウム）であり、チタニア及び他の少量の酸化物も含みうる。一般に、製品は、生育基材の製造のために従来知られている任意のタイプの人造ガラス質繊維から形成することができる。

ミネラルウールは、通常、バインダ成分及び追加的な湿潤剤を含むバインダ物質系により結合されている。好ましい実施形態では、スラブは、ミネラルウールを含み、ミネラルウールは、硬化前には、ａ）糖成分と、ｂ）ポリカルボン酸成分及びアルカノールアミン成分の反応生成物とを含むバインダ組成物により結合され、バインダ組成物は、硬化前には、総重量（乾燥物質）に対して少なくとも４２重量％の糖成分を含む。

この組成物は、スラブ１に用いられるミネラルウールに含められ、続いて硬化されるため、図１に示すスラブでは、組成物は硬化されており、成分も反応してしまっている。したがって、スラブは、成分（ａ）及び成分（ｂ）を含む所定のバインダ組成物を硬化させることにより得られる硬化したバインダを含む。以下で検討するバインダ組成物の成分は、硬化前の組成物について述べている。

本発明により用いられる糖成分（ａ）は、好ましくは、スクロース、還元糖、又はそれらの混合物から選択されることが好ましい。

還元糖は、溶液中で糖を還元剤として作用させることが可能なアルデヒド基又はケトン基を有する任意の糖である。本発明によれば、還元糖は、硬化されていないバインダ組成物中にそのものとして存在してよく、或いは、熱的な硬化条件の下でｉｎ ｓｉｔｕで１つ若しくは複数の還元糖を生成する炭水化物化合物として存在してよい。糖又は炭水化物化合物は、アルドース型又はケトース型の単糖類、二炭糖、三炭糖、四炭糖、五炭糖、六炭糖、七炭糖、二糖類、オリゴ糖、多糖又はそれらの組合せでよい。具体例は、グルコース（すなわち、Ｄ型グルコース）、コーンシロップ等のでんぷん加水分解物、アラビノース、キシロース、リボース、ガラクトース、マンノース、フルストース、マルトース、ラクトース及び転化糖である。

成分（ｂ）は、実質的に、ポリカルボン酸成分及びアルカノールアミン成分の反応生成物を含む。

アルカノールアミン成分が、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、メチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ｎ−ブチルジエタノールアミン、メチルジイソプロパノールアミン、エチルイソプロパノールアミン、エチルジ−イソプロパノールアミン、３−アミノ−１，２−プロパンジオール、２−アミノ−１，３−プロパンジオール、及びトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンから選択されることが好ましい。アルカノールアミン成分が、ジエタノールアミンであることが最も好ましい。

本発明の製品において用いられるバインダ組成物では、反応生成物（ｂ）を得ることは好ましい。しかしながら、実際には、通常、未硬化のバインダ組成物中には未反応のアルカノールアミン成分も幾分存在する。

ポリカルボン酸成分は、一般的には、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸、ペンタカルボン酸等のポリカルボン酸、無水物、塩、及びそれらの組合せから選択される。

他方のバインダ成分と反応するための出発物質として用いられる好ましいポリカルボン酸成分は、カルボン酸無水物である。

本発明の製品において用いられるバインダ組成物では、反応生成物（ｂ）を得ることは好ましい。しかしながら、実際には、通常、未硬化のバインダ組成物中には未反応のポリカルボン酸成分も幾分存在する。

バインダの水溶性及び希釈可能性（dilutability）を向上させるために、ｐＨがおよそ８となるまで、好ましくはｐＨがおよそ５から８となるまで、より好ましくはｐＨがおよそ６となるまで塩基を加えてよい。さらに、塩基を加えると、未反応の酸を少なくとも部分的に中和し、それに伴って腐食性が低減される。通常、塩基は、所望の水溶性又は希釈可能性を達成するのに十分な量で加えられる。塩基は、硬化温度以下で蒸発し、硬化に影響を及ぼさない揮発性の塩基から選択することが好ましい。適当な塩基の具体例は、アンモニア（ＮＨ_３）及び有機アミン（ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）等）である。塩基は、アルカノールアミン及びカルボン酸無水物の反応を水を加えることにより能動的に停止した後に、反応混合物に加えられることが好ましい。

代わりのバインダ組成物は、フラン樹脂に基づいてもよい。そのようなフランによるバインダ組成物は、欧州特許第０８４９９８７号明細書で説明されている。フランによるバインダ組成物は、ホルムアルデヒドを含まずかつ親水性であるため、本発明との関連では、特に有利である。

本発明の好ましい実施形態では、ホルムアルデヒドを含まないバインダを用いるが、Ｄ型グルコースの有無に関わらず、フェノール−ホルムアルデヒド（ＰＦ）、又は特にフェノール−尿素−ホルムアルデヒド（ＰＵＦ）を含むバインダ物質系も必要に応じて用いてよい。これらは、超低ホルムアルデヒド（ＵＬＦ）バインダを含みうる。

上で述べたように、バインダ物質系は、湿潤剤を含むことが好ましい。湿潤剤は、非イオン性界面活性剤でありうるが、湿潤剤は、イオン性界面活性剤であることが好ましい。上で述べたバインダを用いることにより、親水性のバインダ物質系を提供するうえで、湿潤剤は本質的ではない。したがって、湿潤剤を用いなくとも、適当な保水特性及び再飽和特性（re-saturation properties）を達成することができる。しかしながら、スラブが飽和する速度を向上させることが見いだされているため、湿潤剤を用いることは好ましい。

湿潤剤が、陰イオン性界面活性剤であることは好ましい。適当な陰イオン性界面活性剤は、陰イオン性の硫酸、スルホン酸、カルボン酸、及びサルコシン界面活性剤の塩（例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩及び置換アンモニウム塩（モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等）を含む）を含む。他の陰イオン性界面活性剤は、イセチオン酸アシル等のイセチオン酸塩、Ｎ−アシルタウレート、メチルタウリド(tauride)の脂肪酸アミン、アルキルスクシネート、スルホスクシネート、スルホスクシネートのモノエステル、スルホスクシネートのジエステル、及びＮ−アシルサルコシネートである。陰イオン性硫酸界面活性剤、陰イオン性スルホン酸界面活性剤、陰イオン性カルボン酸界面活性剤、及び陰イオン性石鹸界面活性剤は、好ましい。

特に好ましいのは、直鎖又は分岐アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルエステル硫酸塩、１級又は２級アルキレン硫酸塩、オレフィンスルホン酸塩、スルホン化ポリカルボン酸、アルキルグリセロールスルホン酸塩、脂肪族アシルグリセロールスルホン酸塩、脂肪族オレイルグリセロールスルホン酸及びそれらの混合物等の陰イオン性スルホン酸界面活性剤である。

陰イオン性界面活性剤が、アルキル鎖が５から２０の炭素原子を含む直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩であることは最も好ましい。ナトリウム塩及びカリウム塩が好ましい。このタイプの界面活性剤は、比較的高さが大きな生育基材に、特に有利な水分布特性を持たせ、優れた再飽和特性も与え、灌漑用水の発泡の問題を生じさせない。従来の非イオン性界面活性剤により、生育基材が水を取り込むことは可能となるが、非イオン性界面活性剤の保水力、高さごとの水分布、及び再湿潤特性は、本発明で好ましいとされるタイプの界面活性剤ほどには良好ではない。

好ましくは、アルキル鎖の長さは、８から１６の範囲であり、より好ましくは、少なくとも９０％のアルキル鎖は、１０から１３の範囲であり、より好ましくは、少なくとも９０重量％は、１０から１２の範囲である。

湿潤剤が、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩を含むことは好ましく、この場合、鉱物繊維製品中に湿潤剤とともに多価アルコール（モノエチレングリコール等）を含ませる方法により製品が製造されることが好ましい。直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩のモノエチレングリコール（又は、他の多価アルコール、例えば、プロピレングリコール或いはトリメチロールプロパン）に対する重量比は、０．３：１から３．７５：１が好ましく、１：１から２：１が好ましい。多価アルコールは、通常、後の処理と硬化の間に蒸発し、最終製品には、通常は、もしあるとしても微量にしか存在しない。

代わりに、イオン性界面活性剤は、陽イオン性又は両性イオン性であってよい。陽イオン性界面活性剤の例には、第４級アンモニウム界面活性剤が含まれる。第４級アンモニウム界面活性剤は、例えば、モノＮ−アルキル（Ｃ６〜Ｃ１６、好ましくはＣ６〜Ｃ１０）又はアルケニルアンモニウム界面活性剤であって、他のＮ上の位置は、メチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等により置換されたものから選択することができる。

適当な両性イオン性界面活性剤は、第２級及び第３級アミンの誘導体、複素環式の第２級及び第３級アミンの誘導体、第４級アンモニウムの誘導体、第４級ホスホニウム、又は第３級スルホニウム化合物を含む。ベタイン及びサルテインは、両性界面活性剤の例である。

イオン性界面活性剤の量（重量）が、バインダ（乾燥物質）の重量に対して、０．０１から５％の範囲にあることは好ましく、０．１から４％の範囲にあることは好ましい。

イオン性界面活性剤は、鉱物繊維製品中に、鉱物繊維製品に対して、好ましくは０．０１から３％の量で存在し（重量％）、より好ましくは、０．０５から１％の量で存在し、特に、０．１から０．８％の量で存在する。

本発明によって用いられるバインダ組成物は、１若しくは複数の従来のバインダ添加物を追加的に含んでよい。これらのバインダ添加物には、例えば、β−ヒドロキシアルキルアミド等の硬化促進剤、遊離酸及び酸の形式のリン酸、次亜リン酸及びホスホン酸が含まれる。他の強酸（ホウ酸、硫酸、硝酸、ｐ−トルエンスルホン酸等）を、単独で、或いはすぐ上で述べた酸（特に、リン酸、次亜リン酸、ホスホン酸）との組合せで用いてもよい。他の適当なバインダ添加物には、アンモニア、シランカップリング剤（γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等）、熱安定剤、紫外線安定剤、可塑剤、移動防止補助剤、合体剤、賦形剤及び増量剤（粘土、ケイ酸塩、水酸化マグネシウム等）、色素（二酸化チタン等）、難燃剤、腐食防止剤（チオ尿素、尿素）、消泡剤、酸化防止剤、その他が含まれる。

これらのバインダ添加物及びアジュバントを、一般に、バインダ固形物の２０重量％を超えないような従来の量で用いることができる。バインダ組成物中の硬化促進剤の量は、固形分に対して一般に０．０５から５重量％である。

水性のバインダ組成物は、鉱物繊維に一度付与されると、一般に、１から２０重量％かつ５以上のｐＨを有する固形分を含む。

用いられる鉱物繊維は、ガラス繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、スラグウール、ストーンウール等の任意の人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）でよいが、通常は、ストーンウール繊維である。ストーンウールは、一般的に、酸化鉄を少なくとも３％の含有量で含み、アルカリ土類金属（酸化カルシウム及び酸化マグネシウム）を１０から４０％の含有量で含み、ミネラルウールの他の通常の酸化物成分を含む。それらは、通常は低い含有量で存在するシリカ、アルミナ、アルカリ金属（酸化ナトリウム、酸化カリウム）であり、チタニア及び他の少量の酸化物も含みうる。一般に、製品は、生育基材の製造のために従来知られている任意のタイプの人造ガラス質繊維から形成することができる。

スラブの強熱減量（ＬＯＩ）は、含有されるバインダ及び湿潤剤等の有機物質の量の尺度である。乾燥試料のＬＯＩは、ＢＳ２９７２，１９８９のセクション１６（メソッド１）を用いて測定することができる。ＬＯＩは、好ましくは、少なくとも２．５％であり、好ましくは、多くとも５．３％であり、特に好ましくは３から４％である。特に、最も好ましいＬＯＩは、３．５％である。スラブにとって好ましいＬＯＩにより、強度が良好となるが、上述のバインダでは、バインダのレベルが比較的高くとも、植物の生長は、悪影響を受けない。

より高いＬＯＩは、製品の強度がより高いことを意味する。これは、灌漑設備において使用中に（特に、例えば自動処理を受けている間に）損傷を受ける可能性が低いことを意味する。バインダの量が多いことの他の利点は、種穴が通常設けられるプラグ及びブロック等の生育基材に、より滑らかな苗床／種穴を形成することができることである。種穴がより滑らかであることは、種子が苗床／種穴の中で理想的な位置から繁殖する可能性がより高いことを意味する。加えて、種子は、所望の領域からはじき出されてしまう可能性が低く、及び／又は鉱物繊維製品の他の部分に捉えられてしまう可能性が低い。種子を正確に位置づけることは、生産される作物がより一様になることにつながり、これは、繁殖者にとって好都合なことである。

スラブ１内の繊維の直径は、好ましくは２から１０μｍの範囲であり、より好ましくは３から８μｍの範囲であり、特に好ましくは４から７μｍの範囲である。これらの値を、ブロック２及び／又はプラグ４における繊維の直径にも同じように当てはめることができる。

好ましい実施形態において、スラブ１の第１の層及び第２の層における繊維の主たる向きは、水平である。これにより、水を分配する際に上下方向の非一様性が減少することが見いだされた。この文脈において、水平は、第１及び第２の層の間の接触界面に平行であることを意味する。他の実施形態において、第１の及び／又は第２の層において、他の繊維方向を用いてよい。

図４に、図１から３のスラブ１、ブロック２及びプラグ４並びに灌漑装置を含む植物生育システムを示す。灌漑装置６は、システムに水分及び養分の溶液を、ブロックに直接的に又はスラブに供給するように構成されている。好ましい実施形態では、灌漑装置は、水分及び／又は養分溶液をブロック２に直接的に供給するように構成されている。ブロックは、（図２を参照して上で述べたように）排液孔３から離されて配置されているため、灌漑装置から出た溶液は、排液孔３に到達するまでに、スラブ１に沿った距離の５０％よりも長く通過しなければならない。他の好ましい実施形態では、灌漑装置は、水及び養分溶液をスラブ１に直接供給してよいが、そのようにするために、灌漑装置は、ブロックに隣接して配置されるか、又は排液孔３に対してブロック２の遠位側に配置される。

灌漑装置６（すなわち、システムに水及び養分溶液が供給される位置）と排液孔３との間の間隔が増加すると、システムの養分更新効率が改善されることが見いだされている。このことは、溶液が灌漑装置６を用いて供給される際に、溶液が排液孔３を通って失われずに、システムに存在する液体と入れ替わることを意味する。したがって、スラブ１の限られた部分に留まらず、スラブ１の全体積で入れ替わりが生じる。

灌漑装置６は、別体の水のタンク及び養分のタンクに接続されてよく、水及び養分の適当な比率を選択するように制御されてよい。代わりに、単一の組合された水及び養分のタンクを、灌漑装置がタンク内の水及び養分の比率と同一の比率の水及び養分をシステムに供給するように設けてもよい。

灌漑装置の制御は制御システムを用いて行うことが好ましい。制御システムは、植物が植えられたブロック２が配置されたスラブ１を各々が有する複数の植物生育システムに水及び養分を供給する灌漑装置を制御してよい。制御システムは、１若しくは複数のスラブにおける水及び養分の検出レベルに基づいて制御される。１若しくは複数のスラブにおいて検出された含水量レベル及び／又は温度に基づいて、追加的な制御を行ってよい。一実施形態においてこれらのレベルを検出するために用いられる検出器７の位置を図５に示す。検出器７は、公知のタイプのものであってよく、通常は、本体部、及び本体部からスラブ内へと延出する１つ若しくは複数の（通常は３つの）プローブを含む。プローブは、通常、ステンレススチール他の導電性素材から形成され、基材の温度、電気抵抗及び／又は電気容量を分析することにより、基材の含水量及び／又は電気伝導度（ＥＣ）レベルを測定するように用いられる。ＥＣレベルは、溶液のイオン量を反映するため、スラブ１内の溶液中の養分レベルを推測するために用いることができる。

好ましくは、ＥＣレベルは、１．２ｍＳ／ｃｍから８．５ｍＳ／ｃｍの範囲に保たれ、より好ましくは、２ｍＳ／ｃｍから７ｍＳ／ｃｍの範囲に保たれる。好ましいＥＣレベルを作物のタイプに応じて選択してよい。ＥＣが低すぎるならば（例えば、１．２ｍＳ／ｃｍ未満）、植物には養分が不足している。ＥＣが２ｍＳ／ｃｍから３．５ｍＳ／ｃｍの範囲にあるならば、生産量が最大化される。ＥＣがこれよりわずかに高いならば、果実の品質が改善される（例えば、ＥＣが３．５ｍＳ／ｃｍから５ｍＳ／ｃｍの範囲）。ＥＣが高すぎる場合（例えば、辛子及びキュウリについて５ｍＳ／ｃｍを超え、或いはトマトについて８．５ｍＳ／ｃｍを超える場合）、尻腐れのような果実の品質に関わる問題が生じ得る。高いＥＣは、基材内に収率不足をもたらし得る高いレベルのナトリウム及び塩素が存在していることを暗示しており、温室から水を捨てる必要がある。

従来技術のシステムでは、検出器７をスラブ１の上面に位置させ、プローブを上下方向にスラブを介して延在させる。このアプローチは、スラブ１の上下範囲にわたって水分又は養分の全体的な量を反映した測定値を得ることを意図している。しかしながら、実際には、このようなプローブは、通常、スラブ１の１若しくは複数の領域（スラブの上部等）の条件により不釣り合いに影響を受けた結果を返してくる。この不均衡が発生しうる１つの理由は、スラブ１のいたるところでＥＣレベルが変化していることであり、このＥＣレベルの変化は、明らかに、例えば含水量を計算する元となる電気抵抗及び／又は電気容量等の測定される電気特性に影響を及ぼす。

従来技術のアプローチでは、スラブ１に通常置かれるブロック２の数により、他の困難が生じる。特に、スラブ１の一端にある排液孔３の位置により生じるシステムに内在する非対称性を考慮すると、各ブロック２にとって機能的に同等なスラブ１上の位置を見出すのはしばしば困難である。

本発明では、これらの困難が解消される。特に、図５は、検出器７がスラブ１の側面に配置されていること（すなわち、検出器７の本体部が、スラブの上下方向面に接して配置され、プローブが水平方向に延在している）を示している。スラブ１内の含水量及びＥＣの分布が改善されているために、このアプローチの使用が可能である。これらは、好ましい実施形態のスラブ１では、実質的に一様であるため、プローブの水平範囲から、正確な読取値が得られる。

実際に、図５のスラブ１は、複数の検出器７と共に示されているが、全ての好ましい実施形態にはこの状況は当てはまらない。図５に示す検出器７の配列は、含水量分布及びＥＣ分布の測定を可能とし、スラブ１の特性を分析するために用いられ、以下に詳細に述べるような結果が得られてきた。しかしながら、実際には、１つの検出器７だけが必要とされうることが見いだされた。この検出器７は、排液孔３に向かってブロックからずらされた箇所に位置し水平方向に延在するプローブを含むことが好ましい。特に、好ましい実施形態において、検出器７は、排液孔３から２００ｍｍの間隔で、ブロック２から１００ｍｍの間隔に位置する。ブロック２及び検出器７の位置は、本文脈においてそれらの中央点から測定される。

検出器７は、図６に示すような制御システムを用いることにより、スラブ１に供給される水分量を制御するために用いられる。制御システムは、灌漑装置６によりスラブ１に供給される溶液内の養分濃度を変化させることもできる。図６に見ることができるように、検出器７は、スラブ１内のデータを観測し、このデータを、ネットワーク８を介して制御ユニット９に通信する。続いて、制御ユニットは、スラブ１に水及び養分を供給するために、ネットワーク８を介して灌漑装置（ドリッパ）６を動作させる。制御ユニット９は、（以下でより詳細に述べるように）所望の灌漑戦略でプログラム可能であり、スラブ１内の養分レベルを制御するべく灌漑が実行されることを自動的に保障し、このようにして含水量レベルを制御することもできる。このようにして、灌漑プロセスの自動制御が所望の結果が得られるように達成される。

通常は、各制御システムが多数のスラブ１を含む。検出器７が各スラブに位置してよく、或いは代表的な結果を与えるように検出器が選択されたスラブ１に位置してよい。検出器１は、一定時間ごとに制御ユニット９に結果を供給することができるように、スラブ１に固定的に取付けられている。例えば、検出器は、１分ごとに、５分ごとに、又は他の適当な時間ごとに検出結果を供給する。これにより、システム内のスラブ１は、適当に灌漑可能となるように、定常的にモニタされることが可能となる。

システムの灌漑装置６を、特定の灌漑戦略を適用するべく制御してよい。例えば、そのような戦略は、植物を生殖生長及び栄養生長を通じて管理をするように計画された複数の異なる段階を含んでよい。本技術分野において理解されているように、生殖生長は、花／果実の生産が促進されるタイプの生長を指すが、植物が栄養生長する間は、葉や他の緑色の要素が高い割合で生産される。植物に水及び／又は養分が相対的に不足すると生殖生長が促進され、水及び／又は養分が十分に供給されると栄養生長が促進される。栄養生長は、植物の全体的な生物量に大きな増加を発生させ、生殖生長は、果実又は花の生産に寄与する生長の割合を増加させる。

好ましい含水量レベルを変化させる灌漑戦略を適用することにより、これらの異なる生長タイプを利用することが公知である。そのような灌漑戦略によれば、植物生育基板は、所望の含水量レベルに到達させることを試みて、毎日、水が与えられる。基材の含水量は、基材が完全に飽和した際の含水量に対する百分率として測定される。したがって、０％の数値は、乾燥した基材を表し、１００％の数値は、完全に飽和した基材を表す。

通常、このタイプの灌漑戦略は、複数の異なる段階を含む。まず、ブロック２をスラブ１に位置させる前に、スラブ１を、通常、水で飽和するか又はほとんど飽和にする。これは、ブロック２が最初にスラブ１に置かれた際に、根がスラブ１内へ生長することを確実に促進する助けとなる。しかしながら、この時点では、栽培者は、植物５が果実をできるだけ早くつけることを望んでいる。これを達成するために、栽培者は、「生殖誘発(generative impulse)」（すなわち、生殖成長を開始させるための誘発）を与えることを目指している。これは、灌漑戦略の第１の期間において、所望の含水量を最低レベルまで減少させてその後に再び増加させることにより行われる。それの原理は、含水量を減少させると植物の生殖成長が促進され、植物の開花により、最も早い時期に果実をつけさせることである。

「生殖誘発」が行われた後、栽培者は、現在成長している果実を支持する葉及び植物構造を得るために栄養生長が支配的となる持続可能な段階に植物を戻すことを希望する。こうして、灌漑戦略の第１の期間の終わりに向けて、所望の含水量は増加される。所望の含水量レベルは、灌漑戦略の第２の期間の間、実質的に一定に保たれる持続可能な値に達するまで増加される。

第２の期間では、基材内の含水量がより多いことにより、栄養成長が促進される。第２の期間は、比較的日光の量が多いことにより、植物が高い速度で蒸散を行う夏季におおよそ対応する。したがって、比較的高い割合の水分を植物に供給しなければならない。この期間の間は他の期間よりも生長は栄養生長に向けて管理されうるが、この管理により速度は制御されるといっても、果実は生長し続けることを認識すべきである。季節が秋に代わり、続いて冬になると、蒸散の割合は減少する。結果として、もはや基材内で同じ含水量を維持する必要はない。さらに、この段階では、植物がサイクルの終わりに達する前にさらに果実の生長を促進したいという希望もある。これら両方の理由のため、灌漑戦略は、含水量レベルを減少させた第３の期間を有してよい。減少の速度は、比較的緩やかである。

第３の期間の間に含水量を減少させることにより、植物の生殖生長が促進され、それにより、有用な果実を植物から収穫可能な時期が延長される。

こうして、植物から得られる果実の産出量を増加させるために、植物を生殖生長状態と栄養生長状態との間で管理することを試みて灌漑戦略を用いることができる。従来では、このプロセスは、基材内で含水量レベルを所望のレベルに変化させることにより実行されてきた。

しかしながら、現在では、そのような制御は、最適な生長条件を準備するためには十分ではないことが認知されている。特に、本発明の発明者らは、最適に準じる結果を生じさせ得る、スラブ内の含水量レベル及び養分レベルの変化の間の関連性を特定した。特に、含水量レベルの減少は、養分レベルの増加を生じさせえて、それは植物の生長を阻害しうることが見いだされている。したがって、本実施形態では、望まれない効果を避けるために、スラブに供給される水分のレベルは、養分レベルに応じて制御される。

含水量及び養分のレベルの間の関係は、図７Ａ、図７Ｂ、図８、図９及び図１０を参照して理解できる。これらの図は、灌漑戦略の効果についての長期研究の結果を示している。図７Ａ及び図７Ｂに、比較のために用いた２つの植物生育基材を示す。植物生育基材は、トマトの木を生育するために用いられた。図から見て取ることができるように、各システムは、スラブの一端に１つの排液孔を有していた。図７Ａの第１の例のシステムは、スラブの上面に置かれた３つの別個のブロックを有し、図７Ｂの第２の例のシステムは、ブロックを１つだけ有している。

図７Ａの第１の例のスラブは、１３３０ｍｍ×１９５ｍｍ×７５ｍｍ（長さ×幅×高さ）の寸法を有し、ブロックは、１００ｍｍ×１００ｍｍ×６５ｍｍ（長さ×幅×高さ）の寸法を有している。ブロックは、スラブに沿って排液孔から離れるように、１５０ｍｍから２００ｍｍ、６５０ｍｍから７００ｍｍ、１１００ｍｍから１１５０ｍｍの位置に位置しており（ブロックの中央から測って）、灌漑装置が、各ブロックに設けられ、排液孔に対してブロックの遠位側でブロックに水分及び養分の溶液を供給する。

図７Ｂの第２の例のスラブは、４５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１００ｍｍ（長さ×幅×高さ）の寸法を有し、ブロックは、１００ｍｍ×１００ｍｍ×６５ｍｍ（長さ×幅×高さ）の寸法を有する。ブロックは、スラブに沿って排液孔から離れるように、３００ｍｍのところに位置しており（ブロックの中央から測って）、灌漑装置が、排液孔に対してブロックの遠位側でブロックに水分及び養分の溶液を供給するように設けられている。

図８に、研究過程において測定された第１の例のスラブの含水量（破線）及び第２の例のスラブの含水量（実線）を示す。第１の期間では、含水量は、初期の比較的高い点から減少され、続いて上で述べた生殖誘発の概念と合致するように増加されているのを見て取ることができる。

図９に、第１の例の基材（破線）及び第２の例の基材（実線）について研究の過程で測定されたＥＣレベルを示す。ＥＣレベルは、スラブ中の養分レベルを表していることが思い起こされたい。ＥＣレベルが、植物に生殖誘発が行われている初期段階で急速に増加していることは注目すべきである。この増加は、ＥＣレベルにピークを生じさせ、このピークは、概して灌漑戦略のその後の段階の間に期待されるレベルよりも高い。

図１０に、ＥＣレベルと植物生長への影響の関連を示す。図１０は、第１の例の基材（破線）及び第２の例の基材（実線）の両者について研究の過程で測定された葉の長さを示している。葉の長さについて、明確な減少が研究の５週目あたりで見られる。この減少は、この期間に見られるＥＣレベルの増加と関連している。したがって、ＥＣレベルが植物の生長に対して影響を有することが理解される。ＥＣレベルは、含水量レベルの変化により変化を受けることも示されているため、ＥＣレベルを望ましい範囲内で維持するように、植物に加えられる水分を制御することが望ましい。このことは、従来技術のアプローチと対照的である。従来技術のアプローチでは、所望のＥＣレベルを達成するために養分の濃度は変更されるかもしれないが、加えられる水の全体量が所望の基材の養分量により限定を受けるべきだということは認知されていない。

上で述べた実施形態への変形及び変更は、当業者には明らかであろう。そのような変形及び変更は、既に公知でありかつ本明細書で述べた特徴の代わりに或いはそれに加えて用いられうる均等な他の特徴を含みうる。別々の実施形態について述べた特徴を１つの実施形態において組合せて設けてよい。逆に、１つの実施形態について述べた複数の特徴を別々に或いは任意の適当なサブコンビネーションで設けてもよい。

「含む（“comprising”）」なる語は、他の要素又は工程を除外せず、「１つの(“a” or “an”)」なる語は、複数を除外せず、単一の特徴は、クレームに記載された複数の特徴の機能を満たしえて、クレーム内の参照符号は、クレームの範囲を限定するように解釈してはならないことに注意するべきである。図は、必ずしも原寸通りではなく、その代わりに本発明の原理を図示するうえで概して強調がなされていることにも注意するべきである。

Claims (13)

1. １若しくは複数の植物生育基材（１，２）と、
   前記植物生育基材（１，２）の少なくとも１つの養分レベルをモニタするように構成された１若しくは複数の検出器（７）と、
   前記植物生育基材（１，２）に水分を供給するように構成された少なくとも１つの灌漑装置（６）と、
   前記検出器（７）及び前記少なくとも１つの灌漑装置（６）に接続された制御手段（９）とを備え、
   前記少なくとも１つの灌漑装置（６）による水分の供給は、モニタされた前記養分レベルに応じて前記制御手段（９）により制御され、
   前記１若しくは複数の検出器（７）は、少なくとも１つの植物生育基材（１，２）内の液体の電気伝導度レベルから前記養分レベルを決定するように構成され、
   前記電気伝導度レベルが所定の範囲内に維持され、
   前記植物生育基材（１，２）の各々が、人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）のスラブ（１）と、単一の人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）のブロック（２）とを含み、
   各ＭＭＶＦのスラブ（１）が、人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）の第１の層と、前記第１の層と界面で接触する人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）の第２の層とを含み、
   前記第１の層は、前記第２の層よりも大きな密度を有し、前記第１の層は、前記第２の層の上方にあることを特徴とする植物生育システム。
2. 前記１若しくは複数の植物生育基材（１，２）は、人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）の植物生育基材であることを特徴とする請求項１に記載の植物生育システム。
3. 前記１若しくは複数の検出器（７）は、さらに、前記植物生育基材（１，２）の少なくとも１つの含水量レベルをモニタするように構成され、前記少なくとも１つの灌漑装置（６）による水分の供給は、モニタされた前記含水量レベルに応じて前記制御手段（９）により制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の植物生育システム。
4. 前記少なくとも１つの灌漑装置（６）は、さらに、前記植物生育基材（１，２）に養分を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の植物生育システム。
5. 前記少なくとも１つの灌漑装置（６）による養分の供給は、モニタされた前記養分レベルに応じて前記制御手段（９）により制御されることを特徴とする請求項４に記載の植物生育システム。
6. 前記１若しくは複数の検出器（７）は、さらに、前記植物生育基材（１）の少なくとも１つの中の水分及び養分の少なくとも一方の分布をモニタするように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の植物生育システム。
7. 前記１若しくは複数の検出器（７）は、さらに、前記植物生育基材（１，２）の少なくとも１つの温度をモニタするように構成され、前記少なくとも１つの灌漑装置（６）による水分の供給は、さらに、モニタされた前記温度に応じて前記制御手段（９）により制御されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の植物生育システム。
8. 前記スラブが、３から２０リットルの体積を持つことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の植物生育システム。
9. 各植物生育基材（１）が、前記人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）のブロック内に配置される単一の人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）のプラグ（４）をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の植物生育システム。
10. 人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）の前記第１の層は、４０から９０ｋｇ／ｍ^３の範囲の密度を有し、人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）の前記第２の層は、３５から８５ｋｇ／ｍ^３の範囲の密度を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の植物生育システム。
11. 前記人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）のスラブ（１）の各々が、ホルムアルデヒドを含まないバインダから選択された有機バインダを含むバインダ物質系を含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の植物生育システム。
12. 使用時に、前記スラブ（１）の異なる高さで前記養分レベルがモニタされるように、２つ以上の検出器（７）が前記スラブ（１）の側壁を通って延在するように配置されることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の植物生育システム。
13. １若しくは複数の人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）の植物生育基材（１，２）を含む植物生育システムの灌漑を管理するための方法であって、
    前記植物生育基材の少なくとも１つの養分レベルをモニタするステップと、
    前記植物生育基材（１，２）に水分を供給するステップとを備え、
    前記水分の供給は、モニタされた前記養分レベルに応じて制御され、
    養分レベルをモニタするステップは、少なくとも１つの植物生育基材（１，２）内の液体の電気伝導度レベルから前記養分レベルを決定するステップを含み、
    前記電気伝導度レベルが所定の範囲内に維持され、
    前記植物生育基材（１，２）の各々が、人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）のスラブ（１）と、単一の人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）のブロック（２）とを含み、各ＭＭＶＦのスラブ（１）が、前記第１の層と界面で接触する人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）の第２の層とを含み、前記第１の層は、前記第２の層よりも大きな密度を有し、前記第１の層は、前記第２の層の上方にあることを特徴とする灌漑を管理する方法。

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