JP7203845B2 - 植物体を栽培するための方法および器具 - Google Patents

Description

本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）により、２０１７年８月２日に出願された米国特許仮出願第６２／５４０，２４３号の優先権の利益を主張するものであり、その開示内容全体を本明細書に援用する。

本開示は、植物体を養液栽培するための方法および器具に関する。特に、本出願は、個々の栽培用マイクロチャンバーで混合培地によるマイクロ栽培法を用いる方法を適用するための方法および器具に関する。

ハイドロポニック農業は、植物または他の生物を液肥溶液で栽培するハイドロカルチャーの一形態である。伝統的な方法では、根構造への酸素供給と溶液中の養分密度を最適な塩梅で維持するために、養液を注意深くモニターし、制御する必要がある。一般に、ハイドロポニックシステムには、養液栽培される個体の成長速度に影響する様々なパラメーターの積極的な管理と制御が必要である。これには、個体に対する施肥用の、灌水、植物の根のフォギング、酸素供給あるいは動力を必要とする他の方法が含まれる。

従来のハイドロポニック法では、施肥と酸素供給を積極的に行うための動力源の不足、個体に与える養分を注意深く制御する必要性をはじめとして、様々な課題が生じやすい。これらの積極的な制御技術がゆえ、養液栽培法を大規模に適用したり遠隔地で適用したりするには限度がある。一方、養液栽培は、比較的狭い空間で時間をかけずに栽培をするための非常に効果的な手法として認識されている。

従来の受動的なハイドロポニックシステムでは、例えばレタスなどの栽培周期が短い植物の１つの栽培周期を厳密にモニターする必要があり、そのような形に限定されている。収穫後、植物をシステムから取り除き、新たな栽培を開始する。

ハイドロポニックスの持つ将来性は既存の環境では実現されていないが、世界的な人口増加と、これに伴う人口密度の増加により、世界中で食料不安の発生率が増加している。都市部でさえ、健康的で自然な農産物を入手しにくくなる問題が、フードデザートの存在によって証明されている。フードデザートとは、大きな移動負担なしには大衆が主食を容易には手にできない、都市部における場のことである。したがって、世界中の複数の地域で実施できる、食用の生物を栽培するための単純かつ比較的低コストで、管理が比較的容易で動力を必要としない器具が必要とされている。

本開示は、添付の特許請求の範囲に記載される特徴および／または特許性のある主題を単独または任意の組み合わせで含むことができる以下の特徴を１つまたは複数含む。

本開示の第１の態様によれば、植物体を栽培する方法は、植物の成長途中の部分を栽培用ポットの中に配置する工程を含む。また、この方法は、栽培用ポットを、キャップの穴の中に配置する工程を含み、キャップは、そのキャップに対する光の透過を妨げる材料を含む。また、この方法は、筐体上にキャップを支持する工程を含み、筐体は、その筐体に対する光の透過を妨げる材料を含む。この方法は、さらに、液肥溶液を、液肥溶液の上面が栽培用ポットの下面よりも低くなるように筐体の中に入れる工程を含む。この方法は、さらに、植物に光を当てる工程を含む。この方法は、さらに、収穫に十分なだけ成長するまで植物の成長をモニターする工程を含む。この方法は、さらに、植物の一部を間欠的に収穫する工程を含む。この方法は、さらに、養液を再施用し、植物が成長しつづけて複数回収穫できるように、植物を連続的に栽培する工程を含む。

いくつかの実施態様では、本方法は、筐体が不透液性ライナーを支えてライナーが液肥溶液を保持するように、液肥溶液を筐体の中に入れる前に筐体にライナーを加えることをさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、養液の深さ方向に養分の濃度が変化するように液肥溶液を配置することを含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、液肥溶液の中に直接浸る植物の根構造の一部の成長をさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、成長して栽培用ポットの底と養液の上面との間に延び、チャンバー内で空気に曝露される根構造の一部をさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、チャンバー内で空気に曝露され、チャンバー内で空気から酸素を取り込む植物の根構造の一部をさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、チャンバー内で空気に曝露され、溶液の蒸発によって空気中にある養分を取り込む植物の根構造の一部をさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、植物に間欠的に光をあてることをさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、植物を長時間にわたって華氏１００度を超える温度に曝露することをさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、植物の成長状態をモニターすることをさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、成長状態を植物の種類に応じて変更することをさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、養分の濃度をチャンバー内に配置された養分保持ビーズによって制御することをさらに含んでもよい。

いくつかの実施態様では、本方法は、果実のなる植物である植物を利用することをさらに含んでもよい。

本開示の別の態様によれば、生物を育てるためのチャンバーは、不透明の筐体と、筐体に支持されたキャップであって、開口部が画定されたカバーと、生物の成長を支えるように構成され、キャップから支持された栽培用ポットと、筐体内に入れられた液肥溶液と、を含み、液肥溶液の上面のほうが栽培用ポットの下面よりも低い。

いくつかの実施態様では、生物は、キャップの下に延びる根構造とキャップから上に延びる葉を持つものであってもよい。

いくつかの実施態様では、チャンバーは、不透液性ライナーをさらに備えてもよい。

いくつかの実施態様では、養液は、養液の深さ方向に変化する養分密度を含んでもよい。

いくつかの実施態様では、生物は、液肥溶液に生物の一部が直接の浸ることで養分が施用されるものであってもよい。

いくつかの実施態様では、生物の一部は、ポッドの底と養液の上面との間に延びてチャンバー内の空気に曝露されてもよい。

いくつかの実施態様では、チャンバー内の空気に曝露された生物の一部は、チャンバー内の空気から酸素を取り込んでもよい。

いくつかの実施態様では、チャンバー内の空気に曝露された生物の一部は、溶液の蒸発によって養分を取り込んでもよい。

いくつかの実施態様では、チャンバーは、廃棄物から再利用された筐体を含んでもよい。

本開示の別の態様によれば、生物を成長させる方法は、本開示の上述した態様の実施形態を任意に組み合わせた構造を用いることを含み、この方法は、ポッド内の栽培用培地に成長途中の個体を入れ、養液を使うことで成長途中の個体が十分に成長できるようにすることを含む。

いくつかの実施態様では、この方法は、消費された養液を交換し、個体の進行中の成長を維持することをさらに含んでもよい。

追加の特徴は、単独で、あるいは上記に列挙した特徴および／または請求項に列挙した特徴など、他の任意の特徴と組み合わせて、特許性のある主題を含むことができ、以下の様々な実施形態の詳細な説明のうち、現在認識されている実施形態を実施する最良の形態を例示するものを検討すると、当業者に明らかになるであろう。

詳細な説明では、特に添付の図面を参照する。
図１は、成長している生物を支える栽培用チャンバーの斜視図であり、チャンバーの内側の一部を、チャンバーの筐体の一部を切り取って示してある。 図２は、図１と同様の図であり、異なる成長段階とチャンバー内の養液の液面を示している。 図３は、図１と同様の図であり、異なる成長段階とチャンバー内の養液の液面を示している。 図４は、図１と同様の図であり、異なる成長段階とチャンバー内の養液の液面を示している。

図１を参照すると、本開示は、混合養液を含む、水を供給する流体１２を入れるように構成された単体のチャンバー１０と、水を供給する流体１２が混合養液と一緒に入ったチャンバー１０ごとに栽培用ポット１６が１つ付いたチャンバーキャップ１４とを使用する方法を含む。チャンバー１０には不透湿性ライナー１８が内張りされ、不透湿性ライナー１８によって水を供給する流体１２が浮いた状態で植物性個体２２の根系２０が水を供給する流体１２に届くようになっている。水を供給する流体１２は、所定の養分比の養液混合物を運ぶ。いくつかの実施形態では、水を供給する流体１２は、密度によって、保水ビーズによって、あるいは根２０が水を供給する流体１２を介して適切な養分を利用できるような方法で養分を浮いた状態にする他の手段によって分離された、養分比の異なる養液を含むものであってもよい。他の実施形態では、チャンバー１０で、混合培地と水を供給する流体と混合養液とを支持してもよい。図１の実施形態は、栽培用ポット１６を１つ含む単体のチャンバー１０である。以下でさらに詳細に説明するように、他の実施形態では、別のチャンバー１０に複数の栽培用ポット１６を含んでもよい。図１の実施形態では、チャンバー１０は、段ボール材料で作られた筐体２４を有する。例示的な実施形態では、筐体２４は不透明である。他の実施形態では、筐体が半透明で、チャンバー１０内での藻類の成長を抑制できる程度に遮光性であってもよい。他の実施形態では、チャンバー１０の筐体２４を完全に不透液性にして、ライナー１８を省いてもよい。植物２２のポッド１６よりも下の部分２０には、チャンバー１０内からチャンバー１０内の栽培用培地１２を介して成長に必要な養分、空気、水分がすべて供給される。

チャンバーキャップ１４には開口部２６が１つ設けられ、懸垂式の栽培用ポット１６を１つキャップ１４に挿入したときに、栽培用ポット１６が開口部２６を通って支持される。例示的な実施形態では、キャップ１４は不透明である。他の実施形態では、キャップ１４が半透明で、チャンバー１０内での藻類の成長を抑制できる程度に遮光性であってもよい。他の実施形態では、栽培用ポット１６をキャップ１４に組み込んでもよい。さらに他の実施形態では、ポッド１６を、機械的手段、接着手段、摩擦または他の手段によりキャップ１４に固定してもよい。

キャップ１４は、栽培用ポット１６を支え、チャンバー１０内の空気と水分からなる空間の最上部でバリア層を提供し、成長している植物２２の重量を支え、可視光がチャンバー１０に入るのを妨げる。植物性個体２２は植物であってもよく、いくつかの実施形態では、養分密度の高い流体１２を用いる栽培に適した真菌または他の生物であってもよいことを、理解されたい。

様々な実施形態において、栽培用ポット１６の最上部は、開いていてもよいし、植物または真菌のチャンバー１０より上にある部分が成長できるようにする開口が設けられた半開きでもよく、植物または真菌が中で成長するのに十分な容積を持ち、なおかつ側壁と底に複数の穴が設けられた、閉じた最上部であってもよい。別の実施形態では、栽培用ポット１６は、植物２２または真菌のポッド１６より下で成長している部分２０（例えば、根構造など）が、適切な空気と水分の交換を実現する養液１２または他の混合培地の中に進入してその中でのびることができるようにする膜を含んでもよい。栽培用ポット１６は、必要に応じて、成長している植物２２または真菌の栽培用ポットより下の部分２０の成長を可能にし、促進する、どのような形状または深さであってもよい。

ここで図２から図４を参照すると、植物２２のポッドより下の部分２０の成長の進行が、栽培用培地１２の減り具合に照らして示されている。図３に示す発達の最初の段階では、栽培用培地１２の上面３０とポッド１６の底３２との間に空間が作られるように、両者が離れた位置にある。ポッド１６には、例えば土耕などの栽培用培地と、種子、球根、苗または挿し芽などの成長途中の個体が入っている。キャップ１４は、栽培用培地１２の表面３０より上にあるポッド１６の底３２によって空間ができるような位置に配置されている。ポッドより下の部分２０は、この部分２０による取り込みと蒸散によってチャンバー１０の中から水分、酸素、養分を集め、ポッド１６内の栽培用培地から養分を吸収し、成長途中の個体から栽培用培地１２の上面３０とポッド１６の底３２との間にある空間の中に入って十分に成長する。植物２２が成長するにつれて、ポッドより下にある部分２０の一部が、図２に示すように栽培用培地１２に浸るようになる。ポッドより下の部分２０の一部は、栽培用培地１２の表面３０の上にある空間の空気と接触し、根の一部３６が栽培用培地１２に直接沈むことで、水分と養分を吸収する。植物２２が完全に育っても、図４に示すように、栽培用培地１２は下がり続ける。成長が進む過程のいつでも植物２２から農産物を収穫することが可能であり、植物の成長が維持された状態になれば、栽培用培地１２の交換を継続することで、植物２２から農産物を収穫しつづけることができる。真菌、菌糸、藻類、細菌、ウイルスなど、植物以外の生物をチャンバー１０で栽培または培養する場合、未成熟の生物は、胞子の形であってもよいし、ポッド１６の中に置かれた基質に播種されていてもよく、栽培用培地１２と直接混合されてもよいことを、理解されたい。

単一の生物２２に対して１つのチャンバー１０を使用することの１つの利点は、特定の生物の特性に関するデータを収集する機能にある。同種の植物または生物であっても、同種の別の植物とはまったく異なる速度で、水、空気、養分を吸収する場合があることが、経験的に認められている。センサーを使用してこれらのパラメーターをモニターすることにより、特定の生物に対する栽培入力を調整して適用し、収量を最大化することができる。また、栽培している特定の生物に応じてチャンバー１０の大きさを変えてもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、筐体２４の容積、高さ、幅、形状または材料すらも変えられるようにしたチャンバー１０であってもよい。いくつかの実施形態では、チャンバー１０は、筐体２４の一部が狭く、キャップ１４も小さい状態で形成される。最上部付近で筐体２４を狭くする手法を用いると、給水効率が増し、蒸発が減る傾向にある。さらに他の実施形態では、栽培用培地１２の蒸発を抑える傾向がある筐体２４の側壁にポッド１６を配置してもよい。

個体２２が成長しつづけ、養液／栽培用培地１２が枯渇したら、適切なレベルまでチャンバー１０に再充填する。培地１２の補充レベルは、空気を供給する一次根を覆ってしまうことで植物２２を窒息させる最大量を超えない限り、どのような量であってもよい。培地１２の理想的なレベルは、表面３０がチャンバー１０の全高の半分から４分の３の間にくるレベルであることが見いだされている。これにより、成長を維持するのに必要な介入から次の介入までの間隔が長くなる。

理想的には、チャンバー１０の全高の半分から４分の３である養液／成長培地１２の高さによって、介入または追加の養液１２を加える間隔が延びることである。チャンバー１０の高さの半分から４分の３より多い量や少ない量も、根系に適切な量の養液１２が提供され、必要な空気／養液混合物を空気根で得られるだけの十分な空間が残る限り、許容可能である。これは、チャンバー１０の形状、植物の種類、環境の個々の特性によって異なる。

本明細書で開示する方法およびシステムは、単体のハイドロポニックチャンバー１０専用に構築して製造することができる。いくつかの実施形態では、キャップ１４は、太陽光によってセンサーに動力を与え、反射で光合成を増やすものであってもよく、追加の流体混合物を加えるための開口部または他の方法を備えてもよい。

本明細書で開示する方法は、栽培用ポッド１６と一緒に、代替用キャップ１４を利用して、従来の農業用容器の代わりに用いることで実施してもよいし、従来の農業用容器の上に乗るか、従来の農業用容器に何らかの他の手段で取り付けまたは固定される代替用キャップ１４を利用して、溶液１２を保持できる他の容器の代わりに用いることで実施してもよい。この場合、栽培用ポット１６は、キャップ１４と一体の部材であるか、他の何らかの手段によってキャップ１４により取り付けられ、固着され、あるいは固定される。

また、本明細書で開示する方法は、栽培用ポッド１６と一緒に、代替用キャップ１４を利用して、消費財廃棄物または包装の代わりに農業用容器を用いる形で実施してもよいし、代替された容器の上に乗るか、代替された容器に何らかの他の手段で取り付けられ、固着され、あるいは固定される代替用キャップ１４を利用して、水を供給する流体液１２を保持できる他の容器の代わりに用いる形で実施してもよい。この場合、栽培用ポット１６は、キャップ１４と一体の部材であるか、他の何らかの手段によってキャップ１４により取り付けられ、固着され、あるいは固定される。

さらに、本明細書で開示する方法は、ハイドロポニック代替用ライナーを用いる、容器にコーティングを施す、穴の開いた容器の中に溶液１２を保持できる混合培地を用いるなどの手段によって、水を供給する流体を入れることのできる容器を作製することで、消費財廃棄物または包装の代わりに農業用容器を用いる形で実施してもよい。代替された容器は、栽培用ポッド１６と一緒に、その容器の上に乗るか、その容器に何らかの他の手段で取り付けられ、固着され、あるいは固定される代替を使用して、水を供給する流体液１２を保持できる他の容器に代えて用いる形で実施してもよい。この場合、栽培用ポット１６は、キャップ１４と一体の部材であるか、他の何らかの手段によってキャップ１４により取り付けられ、固着され、あるいは固定される。

代替された実施形態のいずれにおいても、キャップ１４は、太陽光によってセンサーに動力を与え、反射で光合成を増やすものであってもよく、追加の流体混合物を加えるための開口部または他の方法を備えてもよい。

本開示は、一体型の栽培用ポッド１６単体または栽培用ポッド１６を配置、静止または固定するための空隙（穴）を有し、容器に固定するキャップ１４を含む。キャップ１４は、栽培用ポッド１６と一緒に、チャンバー１０の上に乗るか、その容器に何らかの他の手段で取り付けられ、固着され、あるいは固定される。この場合、栽培用ポット１６は、キャップ１４と一体の部材であるか、他の何らかの手段によってキャップ１４により取り付けられ、固着され、あるいは固定され、養分を含む、水を供給する溶液１２を入れることができる容器の中で栽培用ポット１６がつり下げられる。

チャンバー１０に利用できるか、チャンバー１０として機能するように変換できる消費財廃棄物の実施形態の例として、ネジ式の上蓋に栽培用チャンバー１０を備えた、使い捨てのコーヒーカップ、プラスチックカップ、コーヒー容器、ゴミ箱、既存の植木鉢（容器）、バケツ、缶、ボウル、瓶詰め用の瓶ならびに、端に乗る大きさの栽培用ポッド１６および蓋と瓶との間に栽培用ポッド１６を挟んだネジ式の蓋、蓋にネジが付いたあらゆる種類のペットボトル、適切な大きさのキャップ１４とオフセット穴または穴の中に滑り込ませるための一体型の形状と大きさの栽培用ポッド１６が付いた、あらゆる種類の飲料缶があげられる。本明細書で列挙した代替できる可能性のある構造物が他に多くあるため、上記の例は参照用であって代替できる可能性のある消費財材料の一覧も網羅的ではない。

いくつかの実施形態では、この方法を使用して、個々の植物レベルでの種子からの成長とデータ収集を追跡することができる。データを収集できる内部センサーおよび外部センサーをチャンバー１０で使用してもよい。センサーは、有線または無線でデータを報告できるものであってもよい。センサーは、独立していても、他のチャンバー１０のネットワークに接続されていてもよい。いくつかの実施形態では、センサーは、チャンバー１０または他の場所についての視覚的または聴覚的な表示を与えられるものであってもよい。センサーは、チャンバー１０またはキャップ１４上の太陽電池によって太陽から動力を得るものであってもよいし、独立した外部電力から動力を得るものであってもよいと考えられる。各システムとシステムの個々のコンポーネントを、一緒に使用するときのように個々に追跡し、長期と短期の両方で、各システムおよび個々のプラント各々の正確な特性としてのデータと、蓄積された累積データとを、きめ細かく提供してもよい。植物の種類、植物の大きさ、資源（水など）の使用ならびに、受光量、光の温度、光の色スペクトル、チャンバー１０の外の気温、チャンバー１０内の気温、溶液１２のｐＨ、溶液１２の体積、溶液の養分のｐｐｍ、各養分の使用量、植物の寿命全体にわたる溶液１２中の養分の濃度、植物の収穫量、経時的な成長率といった環境要因（チャンバー１０内の要因および外部要因を含む）などのデータを追跡および収集してもよい。
性能

本開示の性能は、Ｋｒａｔｋｙに付与された米国特許第５，３８５，５８９号および同第５，５３３，２９９号に開示された手法（「Ｋｒａｔｋｙ法」）と対比することができる。この手法は、よく知られている受動的な養液栽培法である。以下で説明するように、本開示の方法は、Ｋｒａｔｋｙ法と比較して予想外の優れた性能を有する。特に、Ｋｒａｔｋｙ法はレタスなどの短期作物用としてよく知られており、１種類の溶液で複数の植物を同時に支えるように設計された構造であることを明確に開示している。

対照的に、本開示は、単一の個体を収容する容器に関する。この区別は、本開示の方法および器具の優れた性能の基礎となると判断されている。すなわち、Ｋｒａｔｋｙ法は、１回の収穫期間を超える長期にわたる栽培と水の使用には適していない。複数の植物に同じ溶液を用いると、植物が水中に放出する化学物質を発し、そのことが水を毒性にして、植物間での競争を食い止めるために成長しないように誘発する生物学的な信号が他の植物に送られるらしいことが見いだされている。Ｋｒａｔｋｙ法では、植物同士が競合して化学信号を送り出す時間が増加の一途をたどりつつ、上記の生物学的な反応が増え、集中していくようになる。

本開示とＫｒａｔｋｙ法では有用性や結果、基礎となる動作原理は異なるため、いかに比較をするかを決定し、比較を行うための実験を設計するには多くの作業が必要であった。Ｋｒａｔｋｙ法は、永続的かつ水平な場所で、温度、水の範囲（ｐＨおよびＰＰＭ）について非常に厳しいパラメーターを使用し、植物栽培システムごとに１種類の作物ですべての植物を同時に収穫する、（レタスや葉菜などの）短期間で成長する短命の作物でのみ有用であるため、それぞれのベースラインに対して各々を試験し、試験のベースライン／定数として選択する測定基準も試験するのは困難である。

Ｋｒａｔｋｙ法では（同種の植物であっても）各々の植物および種子が異なる速度で成長し、最も早く大きく育つ株が他の株よりも先に水と養分を吸収して資源が行き渡らない他の株を枯らしてしまう際に複数の開口部があるため、比較を行う際、Ｋｒａｔｋｙ法で連続的な収穫を維持し、栽培を維持するのは困難である。あるいは、小さくて成長が遅い植物が資源を利用できるように水を補充しようとすると、大きく成長の早い植物にとっては過飽和になり、枯れてしまうであろう。

上記の両方の理由により、試験で複数種類の植物を使用しようとしても結果の精度に限界がある。青梗菜や異なる種類のレタスなどの葉菜を使用しても、青梗菜はレタスが追いつけないほど早く水を吸収するためレタスがすべて水不足で枯れてしまい、レタスが枯れないようにシステムに連続的に補水すると青梗菜が枯れてしまう。介入とｐＨの調整の助けを借りず、気泡も使用しない、Ｋｒａｔｋｙ法を用いた水／養液では、連続収穫法での栽培を維持することができなかった。Ｋｒａｔｋｙ法での複数の開口部と、他の植物との反応で複数の植物が発する有機廃棄物および化学交換がゆえ、水（ｐＨおよび固体）ならびに温度範囲に必要な厳しい公差は、システムを厳密にモニターすべきであることを必要とした。さもなければ、収穫可能な大きさになる前に植物が発育を阻害されるか、枯れてしまうであろう。また、（完全に水平ではないなど）傾斜がある場合、傾斜の下端の植物には養分が行き届いて生き残ることができるが、反対側の端にある植物には水と養分が至らず、これらの植物の発育が妨げられて最終的に枯れてしまうであろうことも見いだされた。

試験を実行するために、Ｋｒａｔｋｙ法のシステムを実現可能な栽培の選択肢にするために、そのシステムに対する介入が必要であった。これには、（１）水温の制御、（２）最適な水のみを使用する（逆浸透、蒸留）、（３）完全に水平であったか、水平に調整した場所にシステムを設置するだけ、（４）Ｋｒａｔｋｙ法で必要とされる水の重量と、植物が生き残るために維持しなければならない厳しい公差は移動性を助長しないため、他の目的には必要ないスペースを割り当てる。

対照的に、本開示のシステムおよび方法は、栽培周期が短い作物（レタスおよび葉菜など）と、トマト、イチゴ、ナス、エンドウ豆などの結実植物を含む栽培周期が長い植物の両方に適している。本開示は、樹木、観葉植物、花などの成長しつづける／多年草で機能する方法を提供する。同じ植物での栽培および収穫サイクルの連続性は狭い温度範囲を必要とせず、非常に小さな水平の区域で複数の多様な作物を栽培することができ、非常に軽く、収穫しながら栽培が継続される。本方法は、特殊な水または処理された水を必要とせずに機能する。

＜実験結果＞
実施例１－より良い成長
サラダ菜
期間：４５日間
温度：華氏６５～７５度（約１８～２４℃）
照明サイクル：１２～１６時間／日

水の使用量を試験する場合、レタスであれば、１株あたり２７０オンス（約７．６ｋｇ）の水または平均１３５オンス（約３．８ｋｇ）の水で２つの開口部と植物を用いたシステムに配置後、４５日間にわたってレタスと葉菜でＫｒａｔｋｙ法を使用して得られた最高の効率。同じ期間に、同じ条件下で栽培した本開示のシステムでは、２つの別個のチャンバー１０があるにもかかわらず、１株あたり１１２オンス（約３．２ｋｇ）の水または平均５６オンス（約１．６ｋｇ）の水を使用した。

株を根元で切断することによる収穫物の生産に関しては、大きいほうの根圏の大きさがほぼ二倍であることから観察される、他の株より早く成長する株があるがゆえに大きさに幅があったＫｒａｔｋｙ法では、７．５オンス（約２１２ｇ）と１１．３（約３２０ｇ）オンスのレタスが生産された。比較すると、本開示のシステムで生産されたレタスは、１３．４オンス（約３７９ｇ）および１４．２オンス（約４０２ｇ）であり、大きさがはるかに近い範囲にある。本開示は、１１２オンス（約３．２ｋｇ）の水を用いて２７．６オンス（約７８２ｇ）の収穫であったのに対し、Ｋｒａｔｋｙ法では２７０オンス（約７．６ｋｇ）の水を用いて１８．８オンス（約５３２ｇ）の収穫であった。これは、水を４１．５％しか使用せずに収量が４７％増加したことを意味する。

実施例２－より良い成長
サラダ菜
期間：６０日間
温度：華氏６５～７５度（約１８～２４℃）
照明サイクル：１２～１６時間／日

水の使用量を試験する場合、レタスであれば、１株あたり２５６．５オンス（約７．２ｋｇ）の水または合計４１３オンス（約１１．７ｋｇ）の水で２つの開口部と植物を用いて６０日間にわたってレタスと葉菜でＫｒａｔｋｙ法を使用して得られた最高の効率。同じ期間に、同じ条件下で栽培した本開示のシステムでは、１株あたり１９４オンス（約５．５ｋｇ）の水または平均９７オンス（約２．７ｋｇ）の水を使用した。

これらの条件下で、Ｋｒａｔｋｙ法ではレタスの収穫が１５．３オンス（約４３４ｇ）および１７．９オンス（約５０７ｇ）であったのに対し、本開示のシステムで生産されたレタスは２４．４オンス（約６９２ｇ）および２６．１オンス（約７４０ｇ）であった。本開示のシステムは、Ｋｒａｔｋｙ法よりもはるかに短期間で「小頭」（１１オンス（約３１２ｇ））、中（１９オンス（約５３９ｇ））、大（２６オンス（約７３７ｇ））重量の市場重量に達し、本開示は４５日で小さい範囲を超え、６０日の時点でＫｒａｔｋｙ法では「中」でしかなかったのに対し、本開示では「大」になった。

本開示によるシステムでの根は、すべての作物にわたって平均して、より多くの葉および果実が得られながら、Ｋｒａｔｋｙ法の場合の１／３以下であった。したがって、本開示によるシステムは、Ｋｒａｔｋｙ法と比較して、根の成長を最小限に抑えつつ葉と果実の成長を促進することが明らかである。

実施例３－より良い硬さ
サラダ菜およびケール
期間：３７日目にシステム内で株が凍結して硬くなった
温度：氷点下で３日間
照明サイクル：１２～１６時間／日

Ｋｒａｔｋｙ法では、作物の栽培に必要な温度範囲が非常に狭いことはよく知られており、これは栽培対象となる植物ならびにシステムおよび方法の限界である。インディアナ州で華氏－２０度（約－２９℃）という予想外の寒波に見舞われた２０１７年後半における試験時、一部の試験プラントは加温設備のない空間にあった。

レタス３８株とケール２７株を、本開示のシステムで３日間凍結させた後、加温領域において解凍した。すべての株が生き残り、解凍後も成長を続け、その後９０日間収穫が続けられた。比較すると、２つの別々の１０の開口部にあるサラダ菜１０株とケール１０株が、Ｋｒａｔｋｙ法の試験システムにあった。それらが凍っていることを確認後、本開示の植物と同じ空間および同じ条件下に移動したところ、すべて枯れてしまった。Ｋｒａｔｋｙ法の制約と、一度に加える必要がある大量の水がゆえ、本開示の個々のシステムおよび植物が回復しなかったほど短時間では融解しないはるかに大きな氷の塊ができた。この予期せぬ発見は、大きさ、移動度の点で個々の開口の本開示によるシステムおよびプロセスの利点を強調し、本開示の栽培プロセスでは、より低温の栽培範囲（低温範囲）を拡大できるという予期しない結果が得られた。実証された証拠は、ここに開示のシステムおよび方法で、氷点下の低温から１０９．７度の高温までの温度範囲で作物を連続的に栽培できることを示している。

実施例４－より良い硬さ
サラダ菜複数種、ケール（複数種）、青梗菜（複数種）、スナップエンドウ、トマト（複数種）、ピーマン（複数種）、ナス（複数種）、インゲン（複数種）、バジル（複数種）、ルッコラ、ホウレンソウ（複数種）、イチゴ
期間：１８０日間を超えても成長している
温度：可変で最大華氏１０９．７度（約４３．２℃）
照明サイクル：１２～１６時間／日

１６時間熱を最大まで増加させ、８時間で華氏８７度（約３０．５℃）まで下げる周期で、毎日華氏８７度（低）から１０９．７度（約４３．２℃）で変動する試験空間において、１８０日を超える試験期間中、植物が繁殖し続ける。これらの条件下で、レタス、ケール、青梗菜、ホウレンソウ、スナップエンドウ、トウジシャ（いずれも寒冷地でのみ育つ作物であると考えられていた）などの伝統的な寒冷植物が繁栄しており、Ｋｒａｔｋｙ法での場合と同様に枯れないか、地面にあるときや他の何らかの方法での場合のように締まりがあり、トマト、ピーマン、ナスなどの温暖な気候で育つ作物は、従来知られている温度範囲での成長能力を超えていることが見いだされた。

この結果は本方法に特有のものであり、実現できないと考えられていた地域での迅速な展開により、高価な設備なしで食物の栽培を可能にする。また、温度が華氏８０～１２０度（約２６．７～４８．９℃）の範囲にあるベリーズおよび南インドで本開示のシステムにおいて寒冷気候の作物を栽培しているユーザーの圃場試験の場合にも当てはまることが示されている。

Ｋｒａｔｋｙ法は、短期間で成長する栽培周期の短い植物には有効であるが、栽培周期の長い植物やパーマカルチャーには適さないことはよく知られている。本開示のシステムは、栽培周期が長い、実のなる植物および樹木、ハーブならびにパーマカルチャーにおいて、利便性、予測可能性、持続可能性、利用可能性、狭い設置面積で多数の品種を栽培する機能における有用性の点で優れている。

本開示の方法の利点は、Ｋｒａｔｋｙ法を超える収量をより速く生み出し、最小限の介入で植物がシステム内で生き続けるため、継続的な収穫がその後の収穫のたびに優れた収量を生み出し続ける。例として、３か月にわたって収穫が続き、合計収穫高７８オンス（約２．２ｋｇ）のレタス、寿命を迎えることなく８か月間にわたって収穫されたバジル、３か月間にわたって収穫されたトマト、３か月間にわたって収穫されたイチゴ、３か月間にわたって収穫された青梗菜、８か月間にわたって収穫され、まだ生産が続いたルッコラ、５か月間にわたって収穫されたピーマンがあげられる。

また、本開示のシステムおよび方法を使用して、照明周期、温度、植え付け時期および養液によって、植物を個々に制御でき、研究および病気の蔓延防止のために、どの株でも隔離できることが見いだされた。このような形は、共有システムでは不可能である。植物は輸送時にも生きているため、ジャストインタイムの農業と育苗を行うことができ、適切な状態になるまで畑や果樹園への定植を遅らせることができる。

実施例５－長い栽培周期
ドワーフトマト
期間：１８０日間
温度：７０～８０
照明サイクル：１２～１６時間／日

Ｋｒａｔｋｙ法のシステムには、６０日後に枯れ始めた植物６株が含まれており、本システムでは平均４８個のトマトが得られたのに対し、６０日目に収穫量が本開示のシステムの３分の１であるトマト１６個であった。Ｋｒａｔｋｙシステムでは、１株あたり平均８ガロンで４８ガロンの水を使用したが、本開示のシステムは６０日目の時点で１株あたり２．５ガロンを使用し、次の３か月間で１株あたり平均５３個のトマトが追加で生産された。

実施例６－栽培周期の長い多年草
サンセベリア
期間：３６５＋日間
温度：７０～８０
照明サイクル：４時間／日

mother-in-law's tongueとしても知られるサンセベリアは、乾燥した気候を好み、光をあまり必要としない観葉植物である。Ｋｒａｔｋｙ法のシステムにて、栽培周期が短く水の要求量も低い植物であるレタスと混植で１株移植し、同時に、同じ親株からさらに別の移植を行って、本開示のシステムに入れた。

他の植物と混植したＫｒａｔｋｙ法のシステムでは、サンセベリアは他の植物に追いつくことができず、２７日で枯れたが、本開示のシステムでは水２０オンス（約５６７ｇ）で最初に入れた株が１年後もまだ生きており、水も８オンス（約２２７ｇ）未満しか必要としなかった。

実施例７－より良い硬さ
バジル
期間：２７０日間
温度：７０～８０
照明サイクル：１２～１６時間／日

開口部が６つのシステムを使用してＫｒａｔｋｙ法で栽培したバジルの試験では、６５日間にわたって２１．６ガロン（約８１．８リットル）（１株あたり３．６ガロン（約１３．６リットル））の水を使用した。システムは完全に水平ではなく、高い方の端にあった２株が中央の２株よりもはるかに小さく、低い方の端にあった２株もさらに小さかった。対照的に、本開示のシステムで栽培した６株のバジルは、大きさが揃っており、６５日目の時点でＫｒａｔｋｙ法での株のどれよりも大きかった。比較すると、本開示の植物は、６５日間にわたって合計９ガロン（約３４リットル）（１株あたり１．５ガロン（約５．６７リットル）の水を使用した。本開示のシステムのバジルは、依然として同じシステムにあり、８か月後にも成長して与えており、唯一の介入は水の補充であった。

本開示は特定の実施形態に言及しているが、添付の特許請求の範囲に記載の主題から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更を行うことができることを、当業者であれば理解するであろう。

Claims (18)

1. 植物体を栽培する方法であって、
   植物の成長途中の部分を栽培用ポットの中に配置する工程と、
   前記栽培用ポットを、キャップの穴の中に配置する工程と、
   筐体上に前記キャップを支持する工程と、
   液肥溶液を、前記液肥溶液の上面が前記栽培用ポットの下面よりも低くなるように前記筐体の中に入れる工程と、
   前記植物に光を当てる工程と、
   収穫に十分なだけ成長するまで前記植物の成長をモニターする工程と、
   前記植物の一部を間欠的に収穫する工程と、
   養液を再施用し、前記植物が成長しつづけて複数回収穫できるように、前記植物を連続的に栽培する工程と、を含み、
   前記キャップは、そのキャップに対する光の透過を妨げる材料を含み、
   前記筐体は、その筐体に対する光の透過を妨げる材料を含み、かつ廃液手段を有さない、方法。
2. 前記筐体が不透液性ライナーを支えて前記ライナーが前記液肥溶液を保持するように、前記液肥溶液を前記筐体の中に入れる前に前記筐体に前記ライナーを加えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記養液の深さ方向に前記養分の濃度が変化するように前記液肥溶液を配置する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記植物の根構造の一部が成長して前記液肥溶液の中に直接浸る、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記根構造の一部が成長して前記栽培用ポットの底と前記養液の上面との間に延び、前記チャンバー内で空気に曝露される、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記植物の前記根構造の一部が前記チャンバー内で空気に曝露され、前記チャンバー内で前記空気から酸素を取り込む、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記植物の前記根構造の一部が前記チャンバー内で空気に曝露され、前記溶液の蒸発によって前記空気中にある養分を取り込む、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記植物に間欠的に光が当てられる、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記植物は、長時間にわたって華氏１００度を超える温度にさらされる、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記植物の成長状態がモニターされる、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記成長状態は、植物の種類に応じて変更される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 養分の濃度は、前記チャンバー内に配置された養分保持ビーズによって制御される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記植物は、果実のなる植物である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 不透明の筐体と、
    前記筐体に支持され、開口部が画定されたキャップと、
    成長している生物を支持するために前記キャップから支持された栽培用ポットと、
    前記筐体内に入れられた液肥溶液と、を含み、前記筐体は廃液手段を有さず、前記液肥溶液の上面のほうが前記栽培用ポットの下面よりも低い、生物を育てるためのチャンバー。
15. 前記養液は、前記養液の深さ方向に変化する養分密度を含む、請求項１４に記載のチャンバー。
16. 前記生物の一部は、前記ポッドの底と前記養液の上面との間に延び、前記チャンバー内の空気に曝露される、請求項１４または１５に記載のチャンバー。
17. 前記生物の一部は、前記ポッドの底と前記養液の上面との間に延び、前記チャンバー内の空気に曝露され、前記チャンバー内の空気に曝露された前記生物の一部は、前記チャンバー内の前記空気から酸素を取り込む、請求項１４または１５に記載のチャンバー。
18. 前記生物の一部は、前記ポッドの底と前記養液の上面との間に延び、前記チャンバー内の空気に曝露され、前記チャンバー内の空気に曝露された前記生物の一部は、前記溶液の蒸発によって養分を取り込む、請求項１４または１５に記載のチャンバー。

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