JPWO2016190017A1 - 人工水耕栽培装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 植栽物を支持するための植栽物支持フレーム100と、植栽物支持フレームに対向するように配設されたLED光源群支持フレーム200を備えている。植栽物支持フレーム100は、上方支持フレーム110と、略垂直または傾斜を持って下方に向けて並べて配設され培養液を下方に流す複数本の柱状パイプ体120と、壁面の一部に開口を提供する複数個の開口体130と、植栽物400を嵌め込んで安定させるための植栽充填物140を備えている。LED光源群支持フレーム200には植栽物400に対向するよう配設した複数個のLED光源群210を備えている。LED光源群支持フレーム200をスライド移動可能としたスライド機構300を備え、植栽物400とLED光源群210との相対位置が可変となっている。
【選択図】 図1
Description
畑での栽培は、たとえビニールハウスのような囲いがあったとしても農作物の育成度は天候に左右される。例えば、長雨、冷害などの被害、また、病害虫による被害等の自然条件に応じて収穫量が安定しないことがしばしばある。
つまり、十分な収量の農産物を得るためには広い植栽面積が必要となるが、土地の調達コストと建物の建設コストが大きな負担となってしまう。土地については都市近郊では十分な土地面積を確保することが困難であり、土地の調達コストがかなり大きなものとなってしまう。さらに建屋も大規模なものとなると建物の建設コストも大きなものとなってしまう。
露地栽培のイチゴには以下の問題があった。
イチゴには、冬から春に実をつける「一季成りイチゴ品種」と、夏から秋にも実の成る品種は「四季成りイチゴ品種」がある。
一季成り品種は低温にならないと花がつかない品種である。一季成り性品種の苗は、花芽分化後に低温と日長の休眠期を経ないと成長と開花が行われない。そのため露地栽培では春先にイチゴが収穫される。
ここで、一季成り性品種のイチゴの露地栽培にてイチゴの収穫時期を調整するためには「休眠処理」という栽培方法が採られている。例えば、夏に苗を冷蔵庫で冷蔵したり、高原などの冷涼地で育てたりするなどの方法で低温処理(春化処理)と遮光で休眠(強制的に冬)を経験させ、一季成り性品種において収穫時期を10月下旬から翌年5月頃まで調整が可能となっている。
一方、一季成り性品種にて5月以降に収穫時期を迎えるのは難しいとされている。そのため実際にはその時期に販売されるイチゴの大部分は輸入に依存している。この時期にイチゴの収穫を行うためには、比較的高温で日照時間が長い条件でも花芽ができる四季成り性品種のイチゴ栽培が必要となる。しかしながら、現在、栽培されている四季成り性品種でも暑さ自体には弱いため、四季成り性品種のイチゴの栽培は、露地栽培であれば夏でも涼しい寒冷地、例えば、標高700メートル以上の冷涼な土地が適地とされており、栽培が限定的である。
一季成りイチゴであっても、温度、日照をコントロールしたいわゆる「植物工場」であれば、年中収穫できることが期待できる。
上記課題で述べたイチゴの人工栽培においては日照時間の管理も重要であるところ、上記本発明の人工水耕栽培装置では日照時間の管理が簡単に行うことができる。
第1の供給方法は、柱状パイプ体に培養液を導入する培養液供給装置を備えた構成とし、培養液供給装置が所定圧力にて培養液を柱状パイプ体に噴霧または噴射する。この構成とすれば適量の培養液が噴霧または噴射されることとなり供給量が安定して制御しやすくなる。
第2の供給方法は、柱状パイプ体の上方に滴下孔を設けておき、その滴下孔の周囲を漏斗状にし、培養液供給装置から汲み上げた培養液を滴下孔に導き、滴下孔を介して培養液を柱状パイプ体内に滴下する構成とするものである。この構成とすれば適量の培養液が漏斗内に溜まり、単に孔を穿つだけよりも滴下量が安定して制御しやすくなる。
第1のタイプは、植栽物支持フレームにおいて柱状パイプ体を略垂直に設け、植栽物支持フレームを挟み込むように第1の前記LED光源群支持フレームと第2の前記LED光源群支持フレームが対向し合うよう配設した構造である。柱状パイプ体を垂直に立てれば正面も裏面も同じ条件であり、いわゆる両面を植栽領域として活用するものである。そのため開口体が両面に開口を持つものとする。つまり、開口体が第1のLED光源群支持フレームに対向する開口と第2のLED光源群支持フレームに対向する開口の2つの開口を備えた継手状のものを採用することができる。
第2のタイプは、植栽物支持フレームにおいて、柱状パイプ体が、略垂直面内において傾斜して設けられ、植栽物支持フレームを挟み込むように第1のLED光源群支持フレームと第2のLED光源群支持フレームが対向し合って配設したものである。
第3のタイプは、いわゆる片面を植栽領域としたものを2ついわゆる背中合わせに配置するものである。つまり、植栽物支持フレームにおいて柱状パイプ体が、略垂直面から外方へ傾斜して設けられるとともに、LED光源群支持フレームが柱状パイプ体の傾斜に合わせて対向するよう傾斜して設けられたいわゆる片面タイプのものであり、この片面タイプの植栽物支持フレームとLED光源群支持フレームの組み合わせを1セットとし、背面同士を対向させつつ全体が山状となるよう2セット組み合わせて配設したものである。
以下、実施例1として植栽領域がいわゆる片面タイプのものを説明し、実施例2として植栽領域がいわゆる両面タイプのもので柱状パイプ体が略垂直のものを説明し、実施例3として植栽領域がいわゆる両面タイプのもので柱状パイプ体が傾斜を持って組み合わされたものを説明する。
図1に示すように、人工水耕栽培装置1は、植栽物支持フレーム100、上方支持フレーム110、柱状パイプ体120、開口体130、植栽充填物140、下方水平パイプ体150、培養液供給装置160、LED光源群支持フレーム200、LED光源群210、スライド機構300を備えている。植栽物400も併せて図示している。各部材について本発明を理解する上で必要な範囲で示しており、機械的な部分などは簡単に図示しているかまたは図示自体を省略している部分もある。また、その他の付属部材は図示を省略している。
なお、この構成例では、この柱状パイプ体120が並列に並べられて植栽物400が植栽されている植栽領域全体の横幅は“2L”となっている。
柱状パイプ体120の内部はパイプ状になっており、培養液供給装置160から柱状パイプ体120に供給された培養液が落下する仕組みとなっている。図2に示すように、培養液供給装置160が汲み上げた培養液が柱状パイプ体120において上から下に向けてゆっくりと流れ落ちている。
また、柱状パイプ体120の内部は培養液のみならず、空気も充満していることが好ましい。根が培養液のみならず空気にも接触できるため根や葉の生育がよくなる。
植栽物400は植栽充填物140に植栽するのであるが、葉の部分は開口133から外方へ出るようにし、根の部分は柱状パイプ体120に向けて伸びるように向けて植栽する。
LED光源群210のLED素子は、光合成に有効な波長帯の光を照射するものが好ましい。
また、LED光源群210の前面にレンズを伴った構成も好ましい。照射光が外方へ拡散することなく、効率的に植栽物の葉に照射されることが好ましいのでレンズを伴う構成とすれば外方へ拡がる光を屈折させて対向面への光量を多くすることができる。
イチゴは露地で太陽光により成長する場合も、自然光に含まれるすべての波長の光を均等に利用しているものではなく、必要となる光の波長帯が複数あるようである。イチゴという植物の中で起こる生体反応とその因果関係には複雑な部分もありすべてが解明できているわけではないが、赤色LED素子が照射する光の波長帯にも必要な光があり、緑色LED素子が照射する光の波長帯にも必要な光があり、青色LED素子が照射する光の波長帯にも必要な光がある。一般に、赤色LED素子の照射光の波長範囲は640−700nm程度、緑色LEDの照射光の波長範囲は520−560nm程度、青色LEDの照射光の波長範囲は440−480nm程度である。
図4は、LED光源群210のLED素子が照射する光の波長帯の例とイチゴの糖度の関係を示す図である。
図4において、数値は照射光の光量に占めるその色の相対的光量である。例えば、赤色LED素子50%、緑色LED素子30%、青色LED素子20%とあれば、照射光100%の光量のうち包含されている赤色(640nm程度の波長)のものが50%であり、緑色(530nm程度の波長)のものが30%であり、青色(460nm程度の波長)のものが20%であることを意味している。
実験の結果、図4に示すように、イチゴ果実の糖度が最も高くなった光の構成は、赤色のものが50%であり、緑色のものが25%であり、青色のものが25%の割合で包含されている照射光が好ましいことが分かった。
図4を見れば、LED光源群210において、ある程度のマージンを考慮すれば、赤色LED素子の照射光の光量が少なくとも40%以上あることが好ましい。また、緑色LED素子の照射光の光量が10%以上確保されることが好ましい。青色LED素子の照射光の光量が緑色LED素子の光量よりも多くすることが好ましく20%以上が良い。
ここでは、実施例1の人工水耕栽培装置1の構成例としては、LED光源群210に含まれる各色のLED素子として、それぞれの光量が、赤色の光量50%、緑色の光量25%、青色の光量25%の割合となるよう各素子の数や配置を工夫したものとする。
スライド機構300は、植栽物支持フレーム100とLED光源群支持フレーム200のいずれか一方または双方をスライド移動可能とした装置である。この例では、LED光源群支持フレーム200側が植栽物支持フレーム100に対してスライド移動する構造となっている。
図5では、スライド移動による効果が分かりやすいよう、植栽物支持フレーム100の植栽物を支持する植栽領域をスライド方向に沿って2つの領域に分けて説明している。植栽物支持フレーム100の植栽領域全体の長さを“2L”とし、第1の植栽領域101と第2の植栽領域102の2つの領域に2分して、それぞれの長さが“L”となっている。
一方、LED光源群支持フレーム200におけるLED光源群210のLED光の照射面の幅が“L”となっている。
図5(b)の状態は、図5(a)の状態からスライド機構300の稼働によりLED光源群支持フレーム200が右側へスライド移動した状態であり、図中、LED光源群支持フレーム200が右側にあり、第2の植栽領域102に対してLED光源群210のLED光照射面が対向している。一方、第1の植栽領域101に対してはLED光源群210が対向しておらずLED光が照射されない。
なお、上記の動作は可逆動作であり、逆に、図5(b)から図5(a)の状態へ戻すことも可能である。
植栽物の例としてイチゴを用いて研究した。
イチゴの糖分は光合成により合成したデンプンから作られているが、ただ単に強い光を24時間絶え間なく照射しても糖度が高くなるわけではない。イチゴという植物の中で起こる生体反応とその因果関係には複雑な部分もありすべてが解明できているわけではないが、必要な波長の光の照射を葉で受けて光合成を行なってデンプンを合成する期間に加え、葉で合成したデンプンや根で吸収した養分を果実に運搬して果実内に蓄積する期間が必要であることが分かった。前者は主に昼間の日照期間で行われ、後者は主に夜間の非日照期間で行われることが分かった。つまり、人工水耕栽培装置1を用いて人工的にイチゴを植栽する場合、LED素子を用いた“擬似日照状態”の創出のみならず、積極的にLED素子の照射光を当てない暗闇の“擬似夜間状態”を創出しないとイチゴ果実内に糖分や栄養分の蓄積が増加しないことが分かった。
以上、実施例1として、植栽領域がいわゆる片面タイプのものを説明した。
図6は、実施例2にかかる人工水耕栽培装置1aの構成例を簡単に示した図である。図7は実施例2にかかる植栽物支持フレーム100aのうち柱状パイプ体120aを中心とする部分を抜き出して内部の培養液の循環の様子を断面にて分かりやすく示した図である。
図6の上段は装置正面図、図6の下段は装置背面図である。なお、本装置は両面を植栽物とするため、特段、正面と背面の違いはなく、図6の正面、背面は便宜上の方向である。図7(a)は正面から見た図であるが、図7(b)は内部の様子が分かりやすいよう一部は側面からの断面を示している。
なお、ここでは、実施例1と同様、各部材について本発明を理解する上で必要な範囲で示しており、機械的な部分などは簡単に図示しているかまたは図示自体を省略している部分もある。また、その他の付属部材は図示を省略している。
LED光源群支持フレーム200a1および200a2は、植栽物支持フレーム100aを挟み込むように対向し合って配設されている。このように、2つのLED光源群支持フレーム200a1および200a2が、植栽物支持フレーム100aを挟み込むように両側に配設されれば、植栽物支持フレーム100aの両面ともLED光源群210から照射光を当てることができ、植栽領域の面積を倍にすることができる。
なお、スライド機構300aは、LED光源群支持フレーム200a1および200a2の双方をスライドさせる機構となっている。
実施例1と同様、図9および図10においても、植栽物支持フレーム100aの植栽領域全体の長さは“2L”であり、それぞれの長さが“L”となるよう第1の植栽領域101と第2の植栽領域102となっている。LED光源群支持フレーム200a1および200a2におけるLED光源群210のLED光の照射面の幅は“L”となっている。
なお、上記の動作は可逆動作であり、逆に、図10から図9の状態へ戻すことも可能である。
図11は本発明の実施例3にかかる人工水耕栽培装置1bの構成例を簡単に示した図である。
図11は、実施例3にかかる人工水耕栽培装置1bの構成例を簡単に示した図である。
図11の上段は装置正面図、図11の下段は装置背面図である。なお、本装置は両面を植栽物とするため、正面と背面の違いがない例となっている。図11の正面、背面は便宜上の方向である。
この実施例3は、実施例2に示した人工水耕栽培装置1aと比べて、柱状パイプ体120bが図中、右上方向から左下方向にかけて傾斜して設けられている点が異なっている。この例では、図11に示すように、柱状パイプ体120bが垂直面内において傾斜している例となっている。
また、LED光源群支持フレームについては、実施例2と同様で良く、LED光源群支持フレーム200b1と200b2の2つが装備されており、また、スライド機構300bもLED光源群支持フレーム200b1および200b2の双方をスライドさせることができる機構となっている。
これら以外は実施例1または実施例2と同様で良く、ここでの説明は省略する。
柱状パイプ体120bが傾斜して設けられているので、培養液供給装置160から供給された培養液が柱状パイプ体120bの壁面に沿って斜め方向に流れ落ちて行くので通過時間が長くなり、植栽物の根に供給されやすくなる。
なお、上記実施例3は、柱状パイプ体120bが垂直面内において左右方向に傾斜している例となっているが、柱状パイプ体120bが傾斜面内において左右方向に傾斜している構成も可能である。
図12の上段は装置正面図、図12の下段は装置背面図である。なお、本装置は両面を植栽物とするため、特段、正面と背面の違いはなく、図12の正面、背面は便宜上の方向である。また、図13(b)は側面の断面にて示している。
LED光源群支持フレーム200c1および200c2は、植栽物支持フレーム100c1および100c2に対向するように傾斜を持って配設されている。このように、2つのLED光源群支持フレーム200c1および200c2が、植栽物支持フレーム100c1および100c2に対向するよう傾斜を持って両側に配設されれば、植栽物支持フレーム100c1および100c2の両面ともLED光源群210から照射光を当てることができ、植栽領域の面積を倍にすることができる。
図14は装置の正面側から見たスライド移動の様子を示す図である。図15は装置の背面側から見たスライド移動の様子を示す図である。
実施例2と同様、植栽物支持フレーム100c1および100c2の植栽領域全体の長さは“2L”であり、それぞれの長さが“L”となるよう第1の植栽領域101と第2の植栽領域102となっている。LED光源群支持フレーム200c1および200c2におけるLED光源群210のLED光の照射面の幅は“L”となっている。
スライド移動の結果、図14(b)および図15(b)に示すように、傾斜している第2の植栽領域102c1に対して、同じ傾斜をもってLED光源群支持フレーム200c1のLED光源群210が対向するとともに、傾斜している第2の植栽領域102c2に対して、同じ傾斜をもってLED光源群支持フレーム200c2のLED光源群210が対向した状態となっている。一方、第1の植栽領域101c1および第1の植栽領域101c2に対してはいずれのLED光源群210も対向しておらずLED光が照射されない。
100 植栽物支持フレーム
110 上方支持フレーム
120 柱状パイプ体
130 開口体
140 植栽充填物
150 下方水平パイプ体
160 培養液供給装置
200 LED光源群支持フレーム
210 LED光源群
300 スライド機構
400 植栽物
Claims (12)
- 植栽物を支持するための植栽物支持フレームと、前記植栽物支持フレームに対向するように配設されたLED光源群支持フレームを備え、LED光源で前記植栽物を育成する人工水耕栽培装置であって、
前記植栽物支持フレームが、
略垂直または傾斜を持って並べて配設され、上部付近から供給された培養液を下方に流す複数本の柱状パイプ体と、
前記柱状パイプ体の壁面のうち、LED光源群支持フレームに対向した壁面の一部に開口を提供する複数個の開口体と、
前記開口体が提供する前記開口に対して前記植栽物を嵌め込んで安定させるための植栽充填物を備え、
前記LED光源群支持フレームが、
前記植栽物支持フレームの前記開口体に嵌め込んだ前記植栽物に対向するよう配設した複数個のLED光源群を備え、
前記植栽物支持フレームと前記LED光源群支持フレームのいずれか一方または双方をスライド移動可能としたスライド機構を備え、前記植栽物と前記LED光源群との相対位置の変動を可能としたことを特徴とした人工水耕栽培装置。 - 前記スライド機構を用いた前記植栽物と前記LED光源との相対位置の変化によって、前記植栽物に対する擬似日照状態と擬似夜間状態の切り替え制御を可能としたことを特徴とする請求項1に記載の人工水耕栽培装置。
- 前記植栽物支持フレームにおける前記植栽物の支持領域の前記スライド機構によるスライド方向への長さを2Lとし、前記植栽物の支持領域を長さ方向に2分して第1の植栽領域と第2の植栽領域とし、
前記LED光源群支持フレームにおける前記LED光源群の支持領域の前記スライド機構によるスライド方向への長さをLとし、
前記スライド機構によるスライド移動によって、前記LED光源群支持フレームが前記植栽物支持フレームの前記第1の植栽領域に対向している間は前記第2の植栽領域が対向せず、前記LED光源群支持フレームが前記植栽物支持フレームの前記第2の植栽領域に対向している間は前記第1の植栽領域が対向しないよう切り替えられることを特徴とした請求項2に記載の人工水耕栽培装置。 - 前記柱状パイプ体の上部付近に前記培養液を導入する培養液供給装置を備え、前記培養液供給装置が所定圧力にて前記培養液を前記柱状パイプ体に噴霧または噴射することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の人工栽培装置。
- 前記柱状パイプ体の上部付近に滴下孔を設け、前記滴下孔の周囲を漏斗状にし、汲み上げた前記培養液を前記滴下孔に導き、前記滴下孔を介して前記培養液を前記柱状パイプ体内に滴下する構造としたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の人工栽培装置。
- 前記植栽物支持フレームにおいて、前記柱状パイプ体が略垂直に設けられ、
前記植栽物支持フレームを挟み込むように第1の前記LED光源群支持フレームと第2の前記LED光源群支持フレームが対向し合って配設されたものであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の人工水耕栽培装置。 - 前記植栽物支持フレームにおいて、前記柱状パイプ体が、略垂直面内において傾斜して設けられ、
前記植栽物支持フレームを挟み込むように第1の前記LED光源群支持フレームと第2の前記LED光源群支持フレームが対向し合って配設されたものであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の人工水耕栽培装置。 - 前記開口体が、前記第1のLED光源群支持フレームに対向する開口と、前記第2のLED光源群支持フレームに対向する開口の複数の開口を持つ継手状のものであることを特徴とする請求項6または7に記載の人工水耕栽培装置。
- 前記植栽物支持フレームにおいて、前記柱状パイプ体が、略垂直面から外方へ傾斜して設けられるとともに、前記LED光源群支持フレームが前記柱状パイプ体の傾斜に合わせて対向するよう傾斜して設けられており、
これら対向し合う前記植栽物支持フレームと前記LED光源群支持フレームの組み合わせを1セットとし、背面同士を対向させつつ全体が山状となるよう2セット組み合わせて配設したことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の人工水耕栽培装置。 - 前記LED光源群において、赤色LED素子の照射光の光量が40%以上、青色LED素子の照射光の光量が20%以上、緑色LED素子の照射光の光量が10%以上確保される構成となっていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の人工水耕栽培装置。
- 前記LED光源群において、赤色LED素子の照射光の光量が50%、青色LED素子の照射光の光量が25%、緑色LED素子の照射光の光量が25%の構成となっていることを特徴とする請求項10に記載の人工水耕栽培装置。
- 植栽物を支持するための植栽物支持フレームと、前記植栽物支持フレームに対向するように配設されたLED光源群支持フレームを用いて、LED光源で前記植栽物を育成する人工水耕栽培方法であって、
略垂直または傾斜を持って並べて配設した複数本の柱状パイプ体の上部付近から培養液を下方に流し、
前記柱状パイプ体の壁面のうち、LED光源群支持フレームに対向した壁面の一部に開口体を取り付けて開口を設け、
前記開口体の中に植栽充填物を充填するとともに前記植栽物を嵌め込み、
前記LED光源群支持フレームには、前記植栽物に対向するよう複数個のLED光源群を配設するとともに、
前記植栽物支持フレームと前記LED光源群支持フレームのいずれか一方または双方をスライド移動可能としたスライド機構により、前記植栽物と前記LED光源群との相対位置の変動を可能とし、前記植栽物に対して擬似日照状態と擬似夜間状態のインターバルを与えることを特徴とした人工水耕栽培方法。
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