JPS62224215A - 酸素供給装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素供給方法と酸素供給装置及び特に植物の根
への酸素供給に関する。

温室内で植物と野菜を営利的に繁殖させる場合に、土壌
以外の固体培地内にこのような植物と野菜の根を支持す
ることが通常行われている。例えば、おがくずまたはロ
ックウールが用いられる。

そのため、特別に調合した溶液からの栄誉物を根に与え
ることが必要になり、このような溶液を根を支持する培
地中に時々供給する。

植物の根の呼吸速度が水フィルム中に溶解した酸素濃度
に依存することが知られている。この酸素は典型的に、
根に供給する水の自然通気によって供給されるが、水に
酸素供給することによって溶存酸素濃度を人工的に高め
ることが知られている。キラリの根を支えるバッグ内に
用いたオガクズに直接酸素供給することも提案されてい
る。この酸素供給の目的はオガクズ内の好気性条件を維
持することである。

根に酸素供給する好ましい時間は光合成速度が最大にな
る時であるというのが、我々の仮定である。光合成速度
は単位時間あたりに植物に入射する光量子数に依存する
ので、植物に対する酸素供給速度はこのパラメータに応
じて変化すべきだと考えられる。本発明はこの目的を少
なくとも部分的に達成する装置と方法に関する。

本発明によると、植物の根が存在する培地中に末端が存
在するように配置され、各々が主管を介して酸素源と連
通ずるように配置された複数の酸素供給管；前記主管内
に配置された流量制御弁；及び入射光線に敏感で、単位
時間に入射する光量子数の関数であるシグナルを発する
手段から成り、流量制御弁の設定が、単位時間あたりの
前記光量子数が大きいときは比較的大きい酸素流量を与
え、単位時間あたりの前記光量子数が小さいときは比較
的低い酸素流量を与えるように調節可能である、植物種
の根に酸素供給する装置を提供する。

本発明はまた、感知装置への入射光量子数の変化に応じ
て、単位時間の前記童子数が比較的大きい場合は流量制
御弁を通る流量が比較的多く、単位時間の前記量子数が
比較的小さい場合は流量制御弁を通る流量が比較的少な
いように、流量制御弁の設定を調節することによって、
酸素供給器への酸素流量を流量制御弁によって制御しな
がら、植物種の根が存在する支持培地中に末端部を有す
る複数の酸素供給器によって根に酸素供給することから
成る、植物種の根への酸素供給方法に関する。

本発明による方法と装置は、営利的に栽培する、根を有
する植物種の繁殖に用いるために適している。例えば、
この装置はキラリ。トマト、ナス。

その他の果物や野菜の栽培に用いられる、この装置はま
た、例えばキクのような花の栽培にも用いられる。支持
培地としては、例えばパーライト。

ロックウール、おがくずまたはビートのような、通常用
いられる培地のいずれでも用いることかできる。

本発明による方法と装置は、栄養物フィルム方法による
温室内での植物の営利的栽培に特に適している。

各個々の植物（またはその他の植物種）の根の近くに酸
素を供給する最大速度は、多くとも１時間１１Ｃ２１以
下であるように定めるのが好ましい。

流量制御弁はイギリスの気候条件下での平均的日照の１
日間に１植物あたり合計で約６ｌまでの酸素が供給され
るように制御することができる。くもりであるかまたは
日が照っているかに応じて、また−年の時期に応じて、
酸素供給速度を典型的に日中変化させることができる。

本発明による方法と装置は、生物学的種の根への酸素供
給を植物の成長に必要な生化学的反応によって定められ
る生化学的Ｋｇ必要ｉＫ調和させるためのより精密なア
プローチを得ることを可能にする。

自動弁制御手段を用いることによって、前記センサーか
ら発せられる前記シグナルを用いて弁の設定を自動的に
制御することが好ましい。

このセンサーは光電池を含むものであることが好ましい
。さらに、センサーは可視スペクトルの一部のみを伝え
るフ・ｆルターを備えることが好ましい。例えば６８０
〜７００馴の波長を有する放射線のみがフィルターによ
ってセンサーに伝えられる。このような波長は光合成中
に葉緑素によって吸収される波長に相当する。

本発明による方法と装置を次に、添付図面を参照しなが
ら実施例によって説明する： 図面の図１を参照すると、酸素源２は主管路４に連通ず
る。酸素源２は圧縮酸素を含む１個以上のシリンダー、
または気化器を備えた液体酸素含有断熱容器から成る。

このような酸素源は酸素供給分野で充分知られており、
ここでさらに説明する必要はない。管路４には手動操作
可能な閉鎖弁６を配置する。この弁は通常開放されてい
るが、装置が使用されていないときは、この弁を閉鎖す
るのが好ましい。閉鎖弁６の下流の管路４内には、自動
ブロック弁１０を配置する。弁１０は機能的に、自動弁
制御装置１６と関係する。制御装置１６はまた、弁６と
１０の間の領域でパイプライン４に連通する圧力センサ
ー８と機能的に関係する。

センサー８によって感知される管路４内の圧力が所定の
最大値に達し、図】に示すガス分配系の機能不全を示し
たならば、ブロック弁が閉鎖するように配置する。しか
し、正常操作中はブロック弁は開放したままである。ブ
ロック弁１０の下流では、安全弁１２が管路４と連通す
る。管路４内の安全弁１２の下流に、流量制御弁１４を
配置する。

流量制御弁１４は自動的に操作可能であり、機能的に弁
制御装置１６と関係する。弁制御装置１６はまた光電池
】８にも機能的忙関係する。光電池１８は６８０〜７０
０７ＩＪ７１の範囲のような波長の可視光線のみを光電
池】８に伝える光フイルタ−２０を備える。弁制御装置
１６は、光電池１８へ入射する単位時間あたりの光量子
数が増加するにつれて弁１４が徐々にまたは段階的に開
放し、光電池】８に入射する単位時間あたりの光量子数
が減少するにつれて弁１４が徐々にまたは段階的に閉鎖
するよう釦、度盛りすることができる。従って、図１に
示した装置の作動時に、弁】４を通る酸素流量は光電池
１８に入射する単位時間あたりの光量子数が増加するに
つれて増加する。また、このような光量子数が減少する
につれて、酸素流量は減少する。夜間には弁１４が閉鎖
するように、典型的に配置されている。日中は、光電管
１８上に落ちる単位時間あたりの光量子数が増加するに
つれて、弁１４は徐々に開く傾向がある。晴れた日には
、太陽がその天頂を過ぎると、弁が閉鎖し、それに応じ
て酸素流量が減少する。

管４は弁１４の下流の管寄せ２２に達する。管寄せ２２
は複数の出口を有し、出口の各々が酸素ホース２４その
他の酸素輸送手段の一端を受答する。営利的な温室では
、各ホース２４を用いて特定数の植物、例えば同じみぞ
またはトラフに全て存在する一列の植物に供給すること
かできる。従って、各ホース２４の他端は酸素供給管２
８を受容する複数の開口を有する分配器２６に達する。

ホース２分配器２６と管２８は純粋酸素による使用に適
した合成物質から典型的に製造されるが、酸素供給管２
８の場合には植物の成長を妨げるような種類の可塑剤を
含まない合成物質から製造される。説明を明解にするた
めに、このような分配器２６の１つと酸素供給管２８０
１組のみを図１に示す。各酸素供給管２８は同じ支持培
地内に含まれる個々の植物または小植物群の根に関係す
る。図２に示すように、このような各酸素供給管２８の
末端は断熱性ポリスチレン材料製の底部３２上に典型的
に存在する、パーライトまたはロックウールのような支
持培地の床２９内に存在する。

図２に示すような典型的な配置では、前記支持培地２９
を含む単独の囲い３４（例えばバッグ）中で、２本の植
物を栽培する。個々の酸素供給管２８間の間隔は、支持
培地を保持する囲いのトラフまたはみぞに沿った個々の
植物または小植物群の間の間隔に一致するように選択す
る。本発明による装置を用いて数百本以上の個別の植物
の各々の根に酸素を供給することができると考えられる
。

酸素供給すべき植物数が車−の主管４からの酸素を合理
的に供給できる数を超えている場合には、図１に示すよ
うな、各々がそれ自身の管寄せ２２、酸素ホース２分配
器２６と酸素供給管２８を有する管を検数用いることが
できる。

望ましい場合には、各酸素管２８を一様な直径を有する
一本の配管として構成することができる。

この代りに、出口端部にノズルを備えて形成することも
できる。

図１に示す装置の弁１４の下流の内部容積は、植物に１
日に供給する総酸素量の数分の−のみであることが望ま
しい。しかし、このような内部容積が無視できる量以上
になることは不可避である。

従って、光電池１８によって発せられるシグナルに応じ
て調節した弁１４の設定と管２８から酸素が流出する速
度の変化との間に遅延が不可避に生ずる。装置を細心に
設計した場合には、このような遅延を妥当な範囲内すな
わち約１時間以下に維持することができるため、これに
よって植物に対する酸素流量は光電池１８に入射する光
線の日中変化に合理的に応じて変化することができ、植
物に対する酸素流量が不当に高くなることはない。

酸素流量の最大流量が１植物に付き１時間に１１以下で
あることが好ましい。このような流量は酸素の「細流」
であるにすぎないので、酸素供給量の実質的な割合が支
持培地を通過して、植物を栽培する温室の雰囲気中に浸
透するのではなく植物によって吸収されることになる。

これによって本発明の方法と装置は、比較的短時間に非
常に大きな流量で酸素を植物または栄養物供給溶液に直
接供給するため酸素が典型的に低効率で吸収される、ま
た酸素供給期間と、植物の成長に必要な化合物の光合成
速度が最大になり植物の酸素必要量が最大になる期間と
の間に関係がないという先行技術の酸素供給系の欠点を
回避することＫなる。

図１と２に示した装置の典型的な操作では、酸素が酸累
源２から主管４と酸素ホースを経て酸素供給管２８に供
給される。暗く、特定波長の光線が光電池】８上に実質
的に入射しない場合には、弁１４は閉鎖状態にある。夜
明げになり、徐々に明るくなると、光電池１８に入射す
る本位時間あたりの光量子数が増加して、弁】４が開放
するようなレベルに達する。本位時間に光電池に入射す
る特定波長の光量子数が特定に増加すると、弁１４が最
大までの特定の度合開放する、すなわち真夏のくもりの
ない日の正午（グリニッチ平均時）に光電池に入射する
光線に対応して、弁が完全に開放するように、弁制御装
置１６を配置する、。

光電池１８は、光電池１８に入射する光線量が植物に入
射する光線量と同じになるような位置に典型的に配置さ
れる。この代りに、植物を栽培する温室外の、温室のガ
ラスの組子によって生ずる影の影響を受けないような位
置に、光電池を配置することもできる。制御装置】６を
度盛りする場合またはプログラムする場合には、可視ス
ペクトルの入射光線のガラスによる減少を考慮して、ゆ
とりをみるまたは補正をする。

本発明による方法と装置を実施例によってさらに説明す
る： １９８６年に、単一コンパートメント（２０ｍＸ１２７
７Ｌ）の温室を実験に用いて、根部分への酸素供給レベ
ルの異なる２方法での酸素に対するトマト収穫高反応を
酸素富化なしの対照の収獲高反応と比較した。毎日を基
準にして、根部分の環境の富化に用いた酸素量は波長６
８０〜７００ｎｊ′ｒＬの光に敏感なＭｅｇａｔｒｏｎ
　ｔｙｐｅ　８光電池によって測定される照度に直線的
に比例した。光センサーは温室の棟の上に配置し、これ
の電気出力を与えられる電子制御装置が実験プロットへ
の酸素供給速度を変化させるようにした。６サンプルを
次のような異なる酸素供給条件下で栽培した：中対照、
酸素供給せず。

傘低酸素供給量、１日Ｆｃｉ植物につき２１の平均供給
速度。

中高酸素供給量、１日に１植物につき６ｌの平均供給速
度。

１日に１植物につき６ｌと２１の酸素供給速度は、温室
に入射する光合成的に活性な光線１ワツト／ｍ′に対し
て、それぞれ１植物につき０．００１／時と０．００１
１／時を供給した。

根部分の環境の酸素を、毎日日の出から日没まで、温室
外に配置したシリンダーから供給する酸素によって富化
した。温室内のガス分布は天井の６ｍｒｎ銅管と、地上
の植物列の間に置いた６朋Ｐ、　Ｔ、　Ｆ、　Ｅ、管　
とによって行われた。２本のトマト植物を収容した各標
準サイズ（７００ｍｍｘ２００朋Ｘ７５朋）のロックウ
ール栽培モジュールの中央に、単一ノズル（０，１５ｍ
ｍ直径）を最大深さに挿入した。１９８６年４月２６日
から９月１５日まで（すなわち、全体として２１週間）
、酸素富化を行った。

適当な無機物栄養溶液を予め含浸させたマルチブロック
・ロックウールマットに、栽培品種カリプン（Ｃａｌｙ
ｐｓｏ）の種子をまき（１９８５年１２月６０日）、２
０／２１℃において発芽させた。生成した苗を、適当な
無機物栄養溶液を予め含浸させたｒＧｏｒｄａｎｌ　　
ロックウール・キューブ（７５朋×７５皿×６５朋）に
移植した（１９８６年１月９日）。繁殖中の環境条件は
、農業開発諮問局（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｄｅｖ
ｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ＡｄｖｉｓｏｒｙＳｅｒｖ
ｉｃｅ　（Ａ、　Ｄ、　Ａ、　Ｓ　））　　によって公
布された条件に一致させた。

２月中頃に、トマトの若い植物を温室内の栽培条件に移
した。この実験には無作為化ブロック設計を適用し、各
６プロツトに分割した、６個のブロックを用いた。各ブ
ロックの各プロットには、６種類の酸素処理を無作為に
割当てた。

植物は１．６ｍ間隔の２列に栽培した。単一列内の間隔
と列間の間隔はそれぞれ０．５ｍ（公称）と０．４ｍ（
公称）であった。栽培面積の総栽培密度は２．５７本／
　ｍ　（約１０．３００本／ニーカー）に等しかった。

必須元素を全て含む無機物栄養溶液を、約２０％の「表
面流去」を生ずるように、毎日供給した。水必要量は太
陽の１日の総日照量に基づくものであり、無機物栄養溶
液の導電率は２０００〜５０００μｓ　の範囲内に維持
した。実際の値は発育段階及び予想される天候条件に依
存した。

植物植付けから収獲終了まで、夜間は１５℃の最低温度
を維持した。植付けから収穫開始（４月２８日）まで、
日中と換気時にはそれぞれ２０°Ｃと２６℃の最低温度
を維持した。その後は加熱を要する最低温度は１８°Ｃ
であり、換気を要する最低温度は２１℃であった。植付
けから収獲終了まで、Ｃ０２富化を毎日行った。４月末
まで１０００　ｖｐｍレベルを供給した（換気中を除い
て）；その後は涸渇を避けることが必要であった。

植物は垂直な草茎仕立てとして栽培し、ボビンを用いる
取り木システムによって整枝した。温室コナジラミは寄
生スズメバチのエンカルシア・ホルモす（ＪＥｎｃａｒ
ｓｉａ　）’ｏｒｍｏｓａ）を用いて生物学的に抑制し
、他の全ての害虫は化学的に薬剤１’Ｊｔ霧によって抑
制した。

得られた結果を下記の表に要約して、根酸素供給の有益
な効果を説明する。

ｌ／植物ｋｙ／植物数／植物　Ｉ／果夷　　チ　　　チ
約２１１１１．２８　１３９　　８１　　８６　　４０
約６ｌ　１１．２２　　１３６　　８３　　８７　　４
０

【図面の簡単な説明】

図１は本発明に用いる酸素供給系の概略図であり、 図２は図１に用いた酸素供給管の支持培地内端部を説明
する側面図である。 ２・・・酸素源、　　　　　４・・・主管路、６・・・
閉鎖弁、　　　　　８・・・圧力センサー、１０・・・
ブロック弁、　　】２・・・安全弁、】４・・・流量制
御弁、　１６・・・弁制御装置、】８・・・光電池、　
　　　２０・・・光フイルタ−，２２・・・管寄せ、　
　　　２４・・・酸素ホース、２６・・・分配器、　　
　２８・・・酸素供給管、２９・・・支持培地。 （外５名） 尾２図 ２り

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）次の要素： ・植物の根が存在する培地中に末端が存在 するように配置されることができ、各々が 主管を介して酸素源と連通するようは配置 された酸素供給管； ・前記主管内に配置された流量制御弁；及 び ・単位時間あたりに入射する光量子数の関 数であるシグナルを発する、入射光線に敏 感な手段 から成り、単位時間あたりの前記光量子数が比較的大き
   いときは比較的大きい酸素流量を与え、単位時間あたり
   の前記光量子数が比較的小さいときは比較的低い流量を
   与えるように、流量制御弁の設定を調節することができ
   る、植物種の根に対する酸素供給装置。
2. （２）付加的に自動弁制御装置を含み、センサーから発
   せられる前記シグナルを用いて弁の設定を自動的に制御
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）センサーが光電池を含む特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の装置。
4. （４）前記光電池が可視スペクトルの一部のみを通すフ
   ィルターを有する特許請求の範囲第３項記載の装置。
5. （５）前記フィルターが６８０〜７００ｎｍの範囲内の
   波長のみを通す特許請求の範囲第４項記載の装置。
6. （６）添付図に関連して明細書中に説明する通りの、植
   物種の根に対する酸素供給装置。
7. （７）次の段階： ・植物の根が存在する支持培地中に末端を 有する複数の酸素供給管を通して根に酸素 を供給する； ・流量制御弁によつて酸素供給管への酸素 流量を制御する；及び ・感知装置へ入射する単位時間あたりの光 量子数の変化に応じて、前記流量制御弁を 通る流量が、単位時間あたりの前記光量子 数が比較的大きいときは比較的大きく、単 位時間あたりの前記光量子数が比較的小さ いときには比較的低いように、流量制御弁 の設定を調節する ことから成る植物種の根に対する酸素供給方法。
8. （８）光量子数の前記変化に応じて、前記流量制御弁の
   設定を自動的に調節する特許請求の範囲第７項記載の方
   法。
9. （９）感知装置が６８０〜７００ｎｍの範囲内の波長を
   有する光線のみを通す特許請求の範囲第８項記載の方法
   。
10. （１０）トマト植物の根に酸素供給する特許請求の範囲
    第７項〜第９項のいずれかに記載の方法。
11. （１１）１植物につき１回に６ｌまでの平均速度で酸素
    を供給する特許請求の範囲第７項〜第１０項のいずれか
    に記載の方法。
12. （１２）添付図面に関連して明細書中に説明する通りの
    、植物種の根に対する酸素供給方法。