JP6576632B2 - 栽培装置及び栽培方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態に係る栽培装置は、作物を着生させる培地部と、この培地部に栽培液を供給する栽培液供給機構とを備える栽培装置であって、上記培地部が、枠体と、この枠体内に充填される粒子と、この充填粒子が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象により栽培液が供給される領域とを有する栽培装置である。
以下、本発明に係る栽培装置の実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
図1に示す当該栽培装置1は、作物Pを着生させる培地部2と、この培地部2に栽培液を供給する栽培液供給機構20とを主に備える。培地部2は、枠体4と、この枠体4内に充填される充填粒子5と、この充填粒子5が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象により栽培液が供給される栽培液供給領域6とを有する。また、栽培液供給機構20は、栽培液を貯留する貯留部3と、栽培液を培地部2内の充填粒子5の底部に供給する送液部7とを有する。また、当該栽培装置1は、上記貯留部3内の栽培液の水位及び塩分濃度を調節する水位塩分濃度調節機構21、遮根透水シート8、第一防水シート9a及び第二防水シート9bを備える。
培地部2は、枠体4と、この枠体4内に充填される充填粒子5と、この充填粒子5が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象により栽培液が供給される栽培液供給領域6とを有し、作物Pを着生させる部分である。
枠体4は、充填粒子5を保持すると共に、作物Pの根が枠体4外へ貫通することを防止する。
枠体4内に充填される充填粒子5が形成する層の中層部及び下層部が、毛管現象を発現する栽培液供給領域6に含まれる。充填粒子5としては、充填により形成する層が毛管現象を発現するものであれば特に限定されないが、例えば土壌、パミスミサンド等の微粒軽石、多孔性の火山岩の粉砕粒、粒状のロックウール、コーラルサンド、サンゴ、木炭等が挙げられる。これらは2種以上を混合して用いてもよい。これらのうち、良好な毛管現象が確保され、また不要になった場合に自然土に返せる観点から、充填粒子5としては土壌が好ましい。
h=2Tcosθ/ρgr ・・・(1)
栽培液供給機構20は、栽培液を貯留する貯留部3と、培地部2及び貯留部3間に配設される送液部7とを有する。
送液部7はシート体である。送液部7は、培地部2及び貯留部3間に、その一部が後述の貯留部3内に浸漬されるように配設されており、貯留部3の栽培液を毛管現象により揚水し、遮根透水シート8を介して培地部2内の充填粒子5の底部に供給する。栽培液供給機構20が送液部7を有することで、培地部2と貯留部3とを隔離しても培地部2内に栽培液を容易かつ確実に供給することが可能となる。
貯留部3は、栽培液を保持する非透水性の貯留槽から構成される。貯留部3は培地部2と離間して配設される。具体的には、貯留部3は、培地部2の下方かつ平面視で培地部2と重複しない領域に配設されている。このような領域に貯留部3を配設することで、作物Pの根が貯留部3に侵入することをより確実に防止できると共に、複数の培地部2で1つの貯留部3を共有することができる。なお、貯留部3の貯留槽は、上方が開放され栽培液の供給を容易にすると共に、底面及び側面には第二防水シート9bが敷設され栽培液の漏出を防止している。第一防水シート9aと第二防水シート9bとは一枚のシートから形成されてもよい。
第一防水シート9aは、培地部2設置領域以外の領域の遮根透水シート8及び送液部7の上面側に積層されるシートであり、栽培液の蒸発、漏出した栽培液等が貯留部3に混入すること等を防止する。また、上述したように、第一防水シート9aは、遮光材としての機能も発揮することができる。
水位塩分濃度調節機構21は、培地部2の充填粒子5中に埋め込まれた水分センサー11及び水分張力センサー12と、これらのセンサーの測定値に基づいて貯留部3へ継ぎ足し供給する栽培液の供給量及び塩分濃度を調節する制御部13とを有する。
当該栽培方法は、作物Pを着生させた培地部に栽培液を供給する栽培方法であって、上記培地部2が、枠体4と、この枠体4内に充填される充填粒子5と、この充填粒子5が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象により栽培液が供給される栽培液供給領域6とを有し、上記栽培液供給領域6を介して作物Pに栽培液を供給する栽培方法である。
栽培液供給工程では、送液部7が貯留部3で保持される栽培液を培地部2の底部まで送液する。この栽培液は、枠体4内の充填粒子5が形成する層の毛管現象により培地部2の栽培液供給領域6へ供給される。具体的には、栽培液を保持する貯留部3から、送液部7の毛管現象により栽培液を揚水し、遮根透水シート8を介して培地部2内の充填粒子5の底部へ供給する。そして、充填粒子5の底部へ送液された栽培液は、充填粒子5が形成する層の毛管現象によって栽培液供給領域6を介して作物Pの根部へ供給される。
乾燥ストレス工程では、培地部2への栽培液の供給状態に従って栽培液を保持する貯留部3の水位を調節し、この水位の調節により乾燥ストレスをかける。具体的には、水分センサー11及び水分張力センサー12により培地部2内の水分量及び充填粒子5間の水分張力を検出し、これらの検出結果に基づいて制御部13が貯留部3へ継ぎ足す栽培液の供給量を調節する。この貯留部3への栽培液の供給量の調節により、貯留部3内の栽培液の水位を調節する。このようにして貯留部3内の栽培液の水位を上下させることで毛管上昇後の培地部2内の液面高さを調節し、作物Pに対して適切な乾燥ストレスをかける。
浸透圧ストレス工程では、培地部2への栽培液の供給状態に従って培地部2に供給する栽培液の塩分濃度を調節し、この栽培液の塩分濃度の調節により浸透圧ストレスをかける。具体的には、水分センサー11及び水分張力センサー12により培地部2内の水分量及び充填粒子5間の水分張力を検出し、これらの検出結果に基づいて制御部13が貯留部3へ供給する栽培液に添加する塩分の量を調節する。これにより、作物Pの根部に対する栽培液の浸透圧を調節し、作物Pに対して適切な浸透圧ストレスをかける。
当該栽培装置は、枠体内の充填粒子が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象を発現して栽培液が培地部内に供給される栽培液供給領域を有するので、栽培液の過剰な供給が避けられ、作物の根部に安定的に適度な水分ストレスをかけることができる。また、毛管現象により栽培液が供給される栽培液供給領域は、気相が液相に比べて大きく通気性に優れるので、当該栽培装置は、酸素供給構造がなくとも、酸素不足による根腐れを効果的に抑制することができる。
図2に示す当該栽培装置31は、作物Pを着生させる培地部32と、この培地部32に栽培液を供給する栽培液供給機構とを主に備える。培地部32は、枠体34と、この枠体34内に充填される充填粒子35と、この充填粒子35が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象により栽培液が供給される栽培液供給領域36とを有する。なお、栽培液供給機構は、栽培液を貯留する貯留部33により構成される。また、当該栽培装置31は、上記貯留部33内の栽培液の水位を調節する水位調節機構38と、貯留部33内の栽培液の温度を調節する温度調節機構とを備える。
培地部32は、枠体34と、この枠体34内に充填される充填粒子35と、この充填粒子35が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象により栽培液が供給される栽培液供給領域36とを有し、作物Pを着生させる部分である。
栽培液供給機構は、栽培液を貯留する貯留部33で構成される。
貯留部33は、底に複数の台37が配設され、これらの台37の上に培地部32が載置される。貯留部33には、所定の水位の栽培液が保持され、枠体34の底部がこの栽培液に浸漬するように培地部32が貯留部33内に載置される。なお、1つの貯留部33内に複数の培地部32が載置されることが好ましい。1つの貯留部33内に複数の培地部32を載置することで、これらの複数の培地部32に対する乾燥ストレスを同時かつ同等に調節できる。
水位調節機構38は、貯留部33内に付設された水位計39と、水位計39で検出される水位に基づいて貯留部33への栽培液の供給量を調節する制御部40とを備える。
温度調節機構は、例えば培地部32の充填粒子35に埋め込まれて配設される温度計42と、制御部40に配設され、制御部40から貯留部33へ供給する栽培液を加熱するヒーター43とを備える。
当該栽培装置は、栽培液供給機構として送液部を有していないので、簡易な構成とでき、設備コストを低減できる。また、当該栽培装置は、水位計により貯留部の水位を検出するので、精度よく貯留部の水位を調節できる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
実施例として、4cmの高さの砂(粒径0.15mm〜0.6mmである砂粒子が80質量%以上)をポット枠体に詰めた培地部にトマト苗を植え、3cmの水面高さの栽培液を保持する貯留部に培地部の下方を浸漬し、2ヶ月以上静置した。この際、水耕栽培では必要とされる酸素供給などは行わず、水位維持のための栽培液の給液を継続した。その結果、2ヶ月経過後もトマトは根腐れすることなく成長し着果した。
底面部に複数の貫通孔を有する高さ30cmの円柱状のポット枠体に砂(粒径0.15mm〜0.6mmである砂粒子が80質量%以上)4.3Lを充填した培地部にトマト苗を植え、実施例としての試験No.1の評価苗とした。2個の試験No.1の評価苗について、水面高さ2cmの栽培液を保持する貯留部に培地部の底部を浸漬し2ヶ月静置した。その後、栽培液への塩分の添加により浸透圧ストレスをかけて高糖度処理を1ヶ月実施し、合計30個の果実を収穫した。それぞれの評価苗で収穫した果実について、糖度(Brix値)を測定すると共に収量換算値(t/1000m2/年)を求めた。図3に、これらの平均収量換算値(t/1000m2/年)及び平均糖度(°Bx)をそれぞれ棒グラフ及び黒点で示す。なお、図3中のエラーバーは標準偏差を示している。
図3の結果より、試験No.1〜試験No.5の実施例と高糖度処理を実施しない従来の土壌栽培(試験No.6)とを比較すると、試験No.6の果実の平均糖度が6.2°Bxであったのに対し、試験No.1〜試験No.5では平均糖度6.7°Bx以上7.5°Bx以下という高糖度の果実を生産できることを確認できた。
第一実施形態の栽培装置を用いて、農地高低差による作物の生育状態を評価した。具体的には、図4に示すような足場の上に設けた25m長の農地50を用いて、この農地50の長手方向の両端部及び中央部の3箇所に、本葉5枚又は6枚が展開したトマト苗を植えた第1ポット枠体51a、第2ポット枠体51b、第3ポット枠体51cを載置した。そして、第三花房が確認できるまでこれらのトマト苗を栽培した。栽培した期間は43日間である。各ポット枠体の鉛直方向高さは、農地50の長手方向の一端側に載置した第1ポット枠体51a、農地50の長手方向中央部に載置した第2ポット枠体51b、農地50の長手方向の他端側に載置した第3ポット枠体51cの順に高くなっており、第1ポット枠体51aと第3ポット枠体51cとの高低差は約3cmであった。
第一実施形態の栽培装置1を用いて、温室内の気温、培地部2の温度及び貯留部3内の栽培液の温度を測定し、培地部2の温度と温室内の気温及び貯留部3内の栽培液の温度との関係を調査した。栽培装置1を用いてトマト苗を栽培し、収穫直前の5.5日間におけるこれらの温度の経時的変化を図5に示す。
2 培地部
3 貯留部
4 枠体
5 充填粒子
6 栽培液供給領域
7 送液部
8 遮根透水シート
9a 第一防水シート
9b 第二防水シート
11 水分センサー
12 水分張力センサー
13 制御部
14 供給管
20 栽培液供給機構
21 水位塩分濃度調節機構
31 栽培装置
32 培地部
33 貯留部
34 枠体
35 充填粒子
36 栽培液供給領域
37 台
38 水位調節機構
39 水位計
40 制御部
41 供給管
42 温度計
43 ヒーター
50 農地
51a 第1ポット枠体
51b 第2ポット枠体
51c 第3ポット枠体
P 作物
Claims (7)
- 作物を着生させる培地部と、
この培地部に栽培液を供給する栽培液供給機構と
を備える栽培装置であって、
上記培地部が、枠体と、この枠体内に充填される粒子と、この充填粒子が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象により栽培液が供給される領域とを有し、
上記粒子が砂であり、さらに、
上記粒子が、粒径0.1mm以上1mm以下の単粒を50質量%以上含むとともに、
上記粒子のタップ密度が1.00g/cm 3 以上3.00g/cm 3 以下である栽培装置。 - 上記栽培液供給機構が、栽培液を貯留する貯留部と、上記培地部及び貯留部間に配設される送液部とを有し、
上記送液部が、貯留部の栽培液を毛管現象により培地部内の粒子の底部に供給する請求項1に記載の栽培装置。 - 上記貯留部内の栽培液の水位又は塩分濃度を調節する機構を備える請求項2に記載の栽培装置。
- 上記貯留部内の栽培液の温度を調節する温度調節機構を備える請求項2又は請求項3に記載の栽培装置。
- 上記枠体の少なくとも底部が遮根透水シートである請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の栽培装置。
- 上記充填粒子が形成する層の毛管上昇高さが3cm以上300cm以下である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の栽培装置。
- 作物を着生させた培地部に栽培液を供給する栽培方法であって、
上記培地部が、枠体と、この枠体内に充填される粒子と、この充填粒子が形成する層の少なくとも中層部に毛管現象により栽培液が供給される領域とを有し、
上記領域を介して作物に栽培液を供給し、
上記粒子が砂であり、さらに、
上記粒子が、粒径0.1mm以上1mm以下の単粒を50質量%以上含むとともに、
上記粒子のタップ密度が1.00g/cm 3 以上3.00g/cm 3 以下である栽培方法。
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