WO2011152142A1

WO2011152142A1 - 植物栽培方法、及び植物栽培装置

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Publication number: WO2011152142A1
Application number: PCT/JP2011/059649
Authority: WO
Inventors: 直行辰巳; 藤　寛; 史光赤松; 小林　昭雄; 修滋栗本; 慶人須田; 和仁藤山; 敦司岡澤; 收正平田; 和生原田; 尚町村; 加藤　悟; 林　潤
Original assignee: シャープ株式会社; 国立大学法人大阪大学
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2011-12-08
Also published as: JP2013162747A; US20130145688A1; WO2011152142A8

Abstract

　本発明の植物栽培方法は、１．５気圧以上１０気圧以下の圧力条件下に植物を置き、該植物を栽培する方法である。また、本発明の植物栽培装置（１）は、栽培室（１０）と、該栽培室に対して圧縮空気を送り込むコンプレッサ（２０）とを備えている。室内外への資材の搬入出を行うため、栽培室（１０）の側壁（１６）に設けられた搬入口（３０）には、栽培室（１０）の内側へ向かって突出した半球形状のふた（３１）が取り付けられている。ふた（３１）は、パッキン（３２）を介して搬入口（３０）の周囲の側壁（１６）の内面と接触することで搬入口（３０）を塞ぐ。この状態でコンプレッサ（２０）で圧縮空気を送ると、栽培室（１０）内の気圧は大気圧より大きくなる。自然環境とは異なる高圧環境下で植物を栽培することによって、植物の成長率を向上させる。また、高圧環境下での植物栽培を実現するための植物栽培装置を提供する。

Description

植物栽培方法、及び植物栽培装置

　本発明は、高圧環境下での植物栽培方法、および、高圧環境下での植物栽培に利用される植物栽培装置に関するものである。

　近年、食料市場、特に生鮮野菜市場の規模が増大しつつある一方で、気候変動、農業就業人口の減少や農家の高齢化、食料自給率の低下、産地偽装などが顕著になり、食の安全、安心が重大な関心事になってきている。

　このような状況において、無農薬野菜の提供、野菜などの生産品のトレーサビリティ向上、安定的な生産と供給の実現、食料自給率の向上などを図るため、いわゆる植物工場への期待が高まりつつある。植物工場とは、環境制御された閉鎖的空間において植物を栽培する施設のことであり、食料自給率の向上、安全性、土地の高度利用などの観点から、現在日本では国家政策として普及拡大への取り組みが進んでいる。

　植物工場の開発においては、例えば、照明の強度や温度などといった植物生育に関わる様々なパラメータを制御し、植物の生育に最適な環境を作り出し、栽培期間の短縮や収率の増加などを図ることが重要な課題となる。例えば、光源から照射される各波長の光のうち、どの波長の光が植物の成長に寄与しているかという研究が行われている。

　図１０には、ＬＥＤ照明の種類、または、赤色（Ｒ）のＬＥＤ照明と青色（Ｂ）のＬＥＤ照明の比率と、植物の成長率との関係を示す。この図１０は、植物工場研究所のホームページに掲載されていた資料である（非特許文献１参照）。この図に示す結果を参考にすれば、植物の生育に好適な照明環境を作ることが可能となる。

　また、特許文献１には、植物栽培などを行う閉鎖空間内の圧力を、外気圧と微小差圧となるように制御するための微小圧力制御装置が開示されている。図１１には、特許文献１に開示されている据置型の圧力制御装置の構成を示す。

　図１１に示す圧力制御装置は、気密容器１０２内の床面１３２上に、ゴム等の伸縮材料で中空の矩形状に形成されたエアバッファ１０１が設置されている。エアバッファ１０１にはダクト１０９が接続され、ダクト１０９はバルブ１０３を介して制御対象の閉鎖モジュール(図示を省略)に繋がるダクト１０７に通じている。

　また、ダクト１０９にはダクト１１１が接続されており、このダクト１１１は、バルブ１０４を介して大気に通じている。一方、気密容器１０２側にはバルブ１０６を介して大気に通じるダクト１１２と、バルブ１０５を介してダクト１０７に接続するダクト１１０が取り付けられている。

　図１１に示す圧力制御装置は、上記のような構成を有していることによって、閉鎖モジュール内を外気圧に対して微小な正圧または負圧に制御することができる。例えば、閉鎖モジュール内を正圧に制御する場合は、バルブ１０４とバルブ１０５を閉じて、バルブ１０３とバルブ１０６を開ける。これにより、バルブ１０６が開いているため、ダクト１１２を通して気密容器１０２内に大気圧が引き込まれる。このとき、エアバッファ１０１の内部の圧力は、気密容器１０２の内部の圧力（大気圧）とエアバッファ１０１の膜材の自重を加えた圧力と釣り合うため、大気圧に対して微少な正圧となる。そして、バルブ１０３が開いていることにより、エアバッファ１０１の内部はダクト１０９を通して閉鎖モジュールに通じているため、閉鎖モジュール内の圧力は、エアバッファ１０１の内部と同じ微小な正圧に制御される。

日本国公開特許公報「特開平１１－３３４７８９号公報（１９９９年１２月７日公開）」

「半導体光源による成長率」、online、検索日：平成２２年５月１２日、URL＜http://www.sasrc.jp/seicho.htm＞

　上記ようなＬＥＤを用いた人工照明や圧力制御装置を利用した微小な圧力制御は、施設内において模擬的に自然環境を実現したものである。すなわち、従来の植物工場においては、施設内の環境を自然環境にできるだけ近い環境とすることを目的としてきた。

　これに対して、自然環境から著しく異なる環境下において植物を栽培しようとする試みは、これまでほとんどなされていない。特に自然環境では起こり得ない高圧環境下における植物の生育状況についての知見は、これまでに得られていない。

　そこで本発明は、自然環境とは異なる高圧環境下で植物を栽培することによって、植物の成長率を向上させること、および、このような高圧環境下での植物栽培を実現するための植物栽培装置を提供することを目的とする。

　本発明にかかる植物栽培方法は、上記の課題を解決するために、１．５気圧以上１０気圧以下の圧力条件下に植物を置き、該植物を栽培することを特徴とする。

　上記の方法によれば、常圧（１気圧程度）で植物を栽培した場合と比較して、植物の成長を促進させることができる。

　本発明にかかる植物栽培装置は、上記の課題を解決するために、植物栽培を行う栽培室と、該栽培室に対して圧縮空気を送り込むコンプレッサとを備えた植物栽培装置であって、上記栽培室の壁には、室内外への資材の搬入および搬出を行うための搬入口が設けられており、上記搬入口には、上記栽培室の内側へ向かって突出した形状のふたが設けられており、上記ふたは、上記搬入口の周囲の壁の上記栽培室側の面と接触することによって、上記搬入口を塞ぎ、上記搬入口を塞いだ状態で上記コンプレッサによって圧縮空気を送り込むと、上記栽培室内の気圧は大気圧より大きくなることを特徴とする。

　本発明の植物栽培装置は、栽培室と、該栽培室に対して圧縮空気を送り込むコンプレッサとを備えており、栽培室に設けられた搬入口をふたによって塞いだ状態でコンプレッサによって圧縮空気を送り込むことで、栽培室内の気圧を大気圧よりも大きくするというものである。

　このような植物栽培装置において、搬入口に設けられたふたは、搬入口の周囲の壁の栽培室側の面（すなわち内面）と接触することによって、搬入口を塞いでいる。つまり、ふたは栽培室内側から搬入口を覆うような構成になっている。

　ここで、コンプレッサから圧縮空気を送り込んで栽培室の内圧を上昇させると、内外圧差によってふたには栽培室の外側の方向への力が働くことになる。そして、上記のようにふたが栽培室の内側から搬入口周辺の側壁を覆っている構成では、上記の力は、ふたを栽培室の壁に密着させる方向に働くことになる。したがって、上記の構成により、栽培室の密閉性を高めることができる。また、栽培室内の気圧が上昇した場合にも、ふたが外れにくい構成とすることができ、搬入口付近の耐圧性を向上させることができる。

　さらに、ふたが栽培室の内側へ向かって突出した形状を有していることにより、ふたの表面積を大きくすることができる。これにより、栽培室に面する側のふたの表面には、栽培室の内圧に起因したより大きな力が、栽培室の外側方向へ働くことになる。したがって、上記の構成により、栽培室内の気圧の上昇に応じて、密閉性をさらに高めることができる。

　以上より、本発明の植物栽培装置によれば、栽培室内の気圧を大気圧よりも高い状態に保ちながら、植物の栽培を行うことができる。

　本発明にかかる植物栽培方法は、上記の課題を解決するために、内部に植物が配された密閉空間である植物栽培用の栽培室内で上記植物を栽培する植物栽培方法であって、加圧装置によって、上記栽培室内の気圧を大気圧より大きくなるように加圧して、上記植物を栽培することを特徴とする。

　上記の方法によれば、大気圧（１気圧程度）で植物を栽培した場合と比較して、植物の成長を促進させることができる。

　本発明にかかる植物栽培方法は、１．５気圧以上１０気圧以下の圧力条件下に植物を置き、該植物を栽培するものである。この方法によれば、常圧（１気圧程度）で植物を栽培した場合と比較して、植物の成長を促進させることができる。

　本発明にかかる植物栽培装置は、植物栽培を行う栽培室と、該栽培室に対して圧縮空気を送り込むコンプレッサとを備えた植物栽培装置であって、上記栽培室の壁には、室内外への資材の搬入および搬出を行うための搬入口が設けられており、上記搬入口には、上記栽培室の内側へ向かって突出した形状のふたが設けられており、上記ふたは、上記搬入口の周囲の壁の上記栽培室側の面と接触することによって、上記搬入口を塞ぎ、上記搬入口を塞いだ状態で上記コンプレッサによって圧縮空気を送り込むと、上記栽培室内の気圧は大気圧より大きくなる。

　本発明にかかる植物栽培方法は、内部に植物が配された密閉空間である植物栽培用の栽培室内で上記植物を栽培する植物栽培方法であって、加圧装置によって、上記栽培室内の気圧を大気圧より大きくなるように加圧して、上記植物を栽培する。

　これにより、栽培室内の気圧を大気圧よりも高い状態に保ちながら、植物の栽培を行うことができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態にかかる植物栽培装置の構成を示す模式図である。図１に示す植物栽培装置の搬入口の密閉機構を構成する部品を分解して示す模式図である。図１に示す植物栽培装置の栽培室の側壁に取り付けられたふたによって搬入口が塞がれる様子を示す模式図である。本発明の実施例において使用した植物栽培装置の構成を示す模式図である。本発明の実施例において使用した植物栽培装置の外観を示す図である。本発明の実施例の結果を示す図である。本発明の実施例の結果を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態にかかる植物栽培装置の構成を示す模式図である。図８に示す植物栽培装置の搬入口に設けられているふたの構成を示す模式図である。ＬＥＤ照明の種類、または、各色のＬＥＤ照明の比率と、植物の成長率との関係を示すグラフである。植物栽培室の圧力制御に使用される従来の圧力制御装置の構成を示す模式図である。

　本願発明者らは、自然環境では起こり得ない高圧環境下において植物を栽培する実験を行った。その結果、高圧環境下においては、通常の大気圧条件下と比較して植物の成長率が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。

　以下の実施形態では、本発明を実現するための植物栽培施設の構成例および好適な栽培条件について具体的に説明する。但し、以下の各実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

　〔実施の形態１〕
　本発明の一実施形態について、図１～図７に基づいて説明すると以下の通りである。

　本実施の形態では、先ず、高圧環境下での植物栽培を実現するための植物栽培装置の構成について説明する。

　図１には、本実施の形態にかかる植物栽培装置１の構成を示す。図１に示すように、植物栽培装置１には、閉鎖系の栽培室１０と、該栽培室１０内を高圧環境にするためのオイルフリーコンプレッサ２０とが設けられている。

　オイルフリーコンプレッサ２０は、配管２１を介して栽培室１０の側壁１６（壁）に形成された排吸気口１１に接続されている。これにより、栽培室１０内に圧縮空気を送り込むことができる。オイルフリーコンプレッサ２０は、一般に使用されているものを用いることができる。また、使用するコンプレッサは、オイルフリー式のものに限定はされない。

　栽培室１０は、内部に人が入って作業できるだけの十分な大きさおよび広さを有している。栽培室１０には、耐圧性の照明１２、温湿度センサ１３、養液供給装置１４、および、温湿度制御装置１５などが備えられている。

　また、栽培室１０の側壁１６には、排吸気口１１とは別に、栽培室１０の内外へ資材の搬入および搬出などを行うための搬入口３０が設けられている。搬入口３０は、栽培室１０内の高圧環境を実現するための密閉機構によって、閉鎖されている。この密閉機構の詳細な構成については、後述する。

　栽培室１０には、密閉機構を有する搬入口３０、および、オイルフリーコンプレッサ２０（コンプレッサ、加圧装置）に接続される排吸気口１１以外に、外部との通気可能な開口部は設けられていない。すなわち、栽培室１０は、搬入口３０および排吸気口１１を除いて完全に密閉された空間となっている。

　照明１２は、最大で１０気圧程度の高圧環境に耐え得る耐圧性を有した光源を備えている。この光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、蛍光灯、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどが挙げられるが、高圧環境に耐え得るものであれば、特に限定はされない。

　温湿度センサ１３は、栽培室１０の外部あるいは内部に配置された温湿度制御装置１５と接続されている。温湿度制御装置１５には、栽培室１０内の温度や湿度を設定するための設定部としての操作パネルが設けられている。

　温湿度制御装置１５は、栽培室１０内と外部との間を密閉した状態で熱交換が可能な汎用のエアコンで実現可能であり、温湿度センサ１３によって得られた栽培室１０内の温度および湿度の情報をもとに栽培室１０内の温度および湿度を設定された値に保つ。

　なお、操作パネルに代えてリモコン、情報処理端末（パソコンなど）などの遠隔操作端末を用いてもよい。また、栽培室１０内に加湿器などを設けることもできる。この温湿度制御装置１５は、最大で１０気圧程度の高圧環境に耐え得る耐圧性を有していることが好ましい。

　養液供給装置１４は、植物４０を入れたトレーと、該トレーに対して水、肥料などを供給する培養液タンクとを備えている。養液供給装置１４の詳細な構成については図示していないが、植物４０を入れたトレーには、培養液タンクから往路管を通してポンプで吸引された培養液が供給され、トレーに供給された培養液は、復路管を経由して培養タンクに戻されるようになっている。これにより、養液栽培を行うことができる。

　なお、培養液タンク内の培養液の水質を浄化する水質浄化装置、培養液に肥料などを供給する肥料供給装置などを設けることもできる。

　本実施の形態の植物栽培装置１においては、操作パネルを操作することにより、例えば、昼間は設定温度を２５℃、湿度を６０％、作動時間を１６時間とし、夜間は設定温度を１５℃、湿度を８０％、作動時間を８時間とするというように、室温、湿度、時間などを設定することができる。

　なお、栽培室１０の側壁１６には、外部から室内の様子を観察するのことのできる観察窓を設置してもよい。この観察窓については、耐圧性の向上および結露防止の観点から、二重窓とすることが好ましい。

　また、耐圧性をより向上させるために、内側のガラスを耐圧性ガラスとすることがより好ましい。また、結露防止のために、観察窓の内面（栽培室側の面）は、撥水性シートを貼付したり、ワイパーを取り付けたりしてもよい。

　続いて、搬入口３０の密閉機構について図１～図３を参照しながら説明する。図２には、搬入口３０の周辺に設けられた密閉機構の構成部品を分解して示す。また、図３には、栽培室１０の側壁に取り付けられたふた３１によって搬入口３０が塞がれる様子を示す。

　上記密閉機構の構成部品としては、図１および図３に示すように、ふた３１、パッキン（ガスケットとも呼ぶ）３２、ちょうつがい３３、および、ナスカン３４が含まれる。

　ふた３１は、半球形をしており、該ふた３１で搬入口３０を塞いだときに栽培室１０の側壁１６の内側の面（これを内面と呼ぶ）に半球形の隆起が形成されるように、搬入口３０の周囲に取り付けられている。

　パッキン３２は、側壁１６の内面に形成された溝３６に嵌め込まれる。そして、ふた３１で搬入口３０を塞いだときに、上記溝の部分にふた３１の面３１ａが当たり、ふた３１と側壁１６との間にパッキン３２が挟み込まれるようになっている。これにより、搬入口３０とふた３１との隙間から空気が漏れることを防止することができる。

　ちょうつがい３３は、搬入口３０の下部の側壁１６の内面に取り付けられている。具体的には、図３の破線で囲んだＡに示すように、ちょうつがい３３は、その一方の片側が側壁１６の内面に接続されているとともに、他方の片側がふた３１の端部に接続されている。このちょうつがい３３によって、側壁１６にふた３１が接続された状態となっているとともに、ふた３１を図３に示す矢印のように動かすことで搬入口３０の開閉が可能になっている。

　ナスカン３４（第２連結部材）は、搬入口３０の上部の側壁１６の内面に取り付けられている。ナスカン３４は、第１突起３４ａ、可動部３４ｂ、および、第２突起３４ｃで構成されている。可動部３４ｂは、第２突起３４ｃとネジなどによって接続されているとともに弾性を有しており、通常の状態（外力が加えられていない状態）では、第１突起３４ａと接触している。また、可動部３４ｂは、弾性を有していることで、外部から力が加えられると、第２突起３４ｃとの接続部分を基点として、側壁１６側へ押し込まれる。

　そして、搬入口３０を閉状態にする場合には、上記のような構造を有するナスカン３４に、半球形状のふた３１の内面に取り付けられたＵ字形状の突起部３５（第１連結部材）を嵌め込む（すなわち、突起部３５によってナスカン３４の可動部３４ｂを押し込み、突起部３５の孔３５ａ内にナスカン３４の第１突起３４ａを通す）ことで、ふた３１によって搬入口３０を塞ぐことができる。なお、上記ふた３１の内面とは、半球の内部の面のことを意味している。但し、この面については、栽培室の外側に面しているため、外面とも呼ぶ。

　上記の構成によれば、ふた３１が搬入口３０を塞いだ状態で、ふた３１を確実に固定することができる。

　なお、上記のナスカン３４と突起部３５とによる連結構造は、本発明の一例であり、本発明はこれに限定はされない。本発明においては、ふた３１に設けられた第１連結部材と、搬入口３０付近の側壁１６に設けられた第２連結部材とが、互いに嵌合することによって、側壁１６にふた３１を固定できる構成であればよい。

　なお、図１～図３に示す例では、搬入口３０の下部の側壁１６にちょうつがい３３が取り付けられており、搬入口３０の上部の側壁１６にナスカン３４が取り付けられている。しかし、本発明は必ずしもこの構成に限定はされず、例えば、ちょうつがい３３とナスカン３４とが上下逆に取り付けられていてもよいし、ちょうつがい３３とナスカン３４とが、左右の何れか一方に取り付けられていてもよい。

　但し、ちょうつがい３３とナスカン３４とは、搬入口３０を間に挟んで互いに対向する位置に設けられていることが好ましい。これにより、ふた３１による搬入口３０の開閉を容易に行うことができる。

　以上のような構成を有する植物栽培装置１においては、半球形状のふた３１をパッキン３２を介して栽培室１０の内側から封止しているため、オイルフリーコンプレッサ２０から圧縮空気を送り込んで内圧を上昇させた場合、内外圧差によって半球形のふた３１には栽培室の外側方向への力が働く。

　これにより、ふた３１には側壁１６側に密着する方向の力が働く。この力は内圧の上昇に比例して増加するため、搬入口３０の封止性は向上する。また、ふた３１と側壁１６との間にパッキン３２を介することによって、さらに密閉性を高くすることができる。

　このように、本実施形態の植物栽培装置１の構造においては、外圧（栽培室１０外の気圧）が上昇した場合の密閉性と耐圧性の向上は得られないものの、内圧（栽培室１０内の気圧）が上昇した場合には、高い密閉性と耐圧性が得られる。また、既存の密閉系施設の扉に比べ、簡易な構造であるため、低コストでの設置が可能となる。また、栽培室１０には、上記の密閉機構を有する搬入口３０以外に、オイルフリーコンプレッサ２０に接続される排吸気口１１が外部との通気可能な開口部として設けられているが、栽培室１０におけるそれ以外の箇所は完全に密閉された空間となっている。

　したがって、本実施の形態の栽培室１０は、１０気圧程度までの高圧に耐え得る密閉施設として使用可能となり、高圧環境下での植物栽培を実現することができる。

　なお、本実施の形態においては、ふた３１の形状は半球形としているが、本発明は必ずしもこれに限定はされない。

　本発明の密閉機構およびふたに求められる構造は、内圧（栽培室１０内の気圧）が上昇した場合に、高い密閉性と耐圧性が得られる構造である。そのためには、ふた３１を閉じた状態で、栽培室１０の側壁１６の内側の面（内面）に上記ふた３１が接触し、かつ、ふた３１が栽培室１０の内側へ向かって突出した形状を有していればよい。

　これにより、栽培室１０の内圧を上昇させた場合、内外圧差によってふた３１には外側に対する力が働き、密閉性を高めることができる。また、ふた３１が栽培室１０の内側へ向かって突出した形状を有していることにより、ふた３１の表面に栽培室１０の内圧に起因したより大きな力を、外側へ向けることができる。

　但し、ふた３１の表面にかかる圧力を均等かできるという効果が得られることから、ふた３１は半球形状を有していることが好ましい。

　また、本実施の形態の植物栽培装置１は、通常は１気圧程度の外気圧よりも大幅に高圧の環境下での植物栽培を想定しているため、栽培室１０内の換気を行う機構は設けられていない。そのため、もし換気が必要になった場合には、オイルフリーコンプレッサ２０による加圧を停止した後に、搬入口３０を開放することによって、栽培室１０内の換気を行う。

　続いて、本発明の植物栽培方法について説明する。本発明にかかる植物栽培方法は、上記した植物栽培装置１などを利用して、自然環境では起こり得ない（例えば、２気圧以上）高圧環境下で植物を栽培する方法である。

　本願発明者らは、後述の実施例に示すような高圧条件下において、植物を栽培したところ、１気圧超から４気圧程度まで高圧環境下においては、常圧（１気圧程度）で植物を栽培した場合と比較して、植物の成長が促進するという結果を得た。

　すなわち、本発明の植物栽培方法は、１．５気圧以上１０気圧以下の高圧環境下、より好ましくは１．５気圧以上４気圧以下の高圧環境下において、さらに好ましくは２気圧以上３気圧以下の高圧環境下において、植物を栽培することで、植物の成長を促進させるというものである。

　以下、本発明の実施例について説明する。

　（実施例）
　本実施例においては、内圧を変更可能な植物栽培設備を使用して、内部気圧を種々に変更した条件下で植物を育成させることで、気圧が植物の成長に与える影響について調べた。

　図４には、本実施例において使用した植物栽培設備の構成を示す。また、図５には、本実施例において使用した植物栽培設備の外観を示す。

　図４に示すように、植物栽培設備５０は、耐圧容器５１、耐圧容器５１に圧縮空気を供給するガス供給管５２、および、耐圧容器５１から空気を排出するガス排出管５３、耐圧容器５１内に光を照射するメタルハライドランプ５４などを備えている。

　耐圧容器５１には、植物を育成させるための培養液を溜めておく培養液収容部５５、植物の成長の様子を外部から観察するための観察窓５６、および、メタルハライドランプ５４からの照射光を容器内へ採り込む採光窓５７などが設けられている。観察窓５６および採光窓５７は、石英ガラスで形成されている。

　本実施例では、図４および図５に示す植物栽培設備５０を２基用いて、各設備内において、内部気圧を常圧に保持した条件（これを、条件Ａとする）と、内部気圧を２気圧に保持し、それ以外の条件を条件Ａに合わせた条件（これを、条件Ｂとする）とをそれぞれつくった。

　そして、条件ＡおよびＢにおいて、栽培・遺伝子研究分野で標準植物とされているシロイヌナズナを２日間育成させた。他の条件は、温度１３－１８℃、照度８０μｍｏｌ／ｍ^２・ｓ（明期：１６時間、暗期：８時間）とした。また、培地としてロックウール（図６に示す下地）を用い、シロイヌナズナの発芽後１４日程度の幼苗をロックウールに定植させ、洗面器に入れ、市販のハイポネックス（株式会社ハイポネックスジャパン製）水溶液で浸した。

　その結果を、図６に示す。この図に示すように、条件Ａ（図中左側）と比較して条件Ｂ（図中右側）の方が植物の成長が促進されることがわかった。具体的には、条件Ａにおいて平均葉径が１．２５ｃｍであったのに対して、条件Ｂにおいては１．３７ｃｍとなっており、条件Ｂの方が、約１０％成長が促進されることが判明した。

　また、植物栽培設備５０内の内部気圧を１，２，３，４気圧にそれぞれ設定し、気圧以外は条件Ａと同様の条件で、シロイヌナズナを生育させた場合に得られる各苗の葉の枚数（平均値）を図７のグラフに示す。このグラフに示されるように、１～４気圧のうち、２気圧において葉の枚数が最大となり、その後気圧が上昇するに従って葉の枚数は減少し、４気圧にて１気圧とほぼ同様の枚数となることがわかった。

　なお、１から２気圧の間、２から３気圧の間、および３から４気圧の間においては実際に植物の生育実験は行っていないが、図７中の破線で示すような結果が得られることが予測される。

　これらの結果から、通常の大気圧（１気圧程度）よりも高い気圧条件下（より好ましくは、１．５気圧から４気圧までの気圧条件下）で植物を栽培することによって、植物（特に、シロイヌナズナなどのアブラナ科の植物）の生育を促進させることができることが確認された。

　以上より、本発明の植物栽培方法は、１．５気圧以上１０気圧以下の高圧環境下において植物を栽培するというものである。ここで、１．５気圧という下限値は、図７に示すグラフに基づいて、常圧（１気圧）と比較して有意に植物の成長を促進させることができる気圧として決定されたものである。また、１０気圧という上限値は、植物栽培装置の機能上、物理的に設定可能な気圧として決定されたものである。

　なお、本発明の植物栽培方法において、１．５気圧以上４気圧以下の高圧環境下において、植物を栽培することがより好ましい。これによれば、例えば、本発明の植物栽培装置などを使用して容易に気圧条件を設定することができるとともに、図７に示されるように、通常の大気圧条件下よりも植物の成長を促進させることができる。

　また、２気圧以上３気圧以下の高圧環境下において、植物を栽培することがさらに好ましい。これによれば、本実施例において葉の平均枚数が２０以上となり（図７参照）、植物の成長を最も促進させることができる。

　以上のように、本発明の植物栽培方法によれば、常圧中で行う従来の植物栽培と比較して植物の成長を促進させることができる。特に本実施例の結果から裏付けられるように、本発明の植物栽培方法によれば、植物の育苗においてその期間を短縮することが可能となる。育苗期間の短縮は、コストの削減につながるため、本発明の利用価値は高いと考えられる。したがって、本発明の植物栽培方法は、育苗装置などにおいて行われる苗の育成に適用することが好ましい。

　〔実施の形態２〕
　続いて、本発明の第２の実施形態について、図８～図９に基づいて説明する。本実施の形態では、先ず、高圧環境下での植物栽培を実現するための植物栽培装置のもう一つの構成例について説明する。

　図８には、本実施の形態にかかる植物栽培装置６１の構成を示す模式図である。図８に示すように、植物栽培装置６１には、閉鎖系の栽培室１０と、該栽培室１０内を高圧環境にするためのオイルフリーコンプレッサ２０とが設けられている。なお、本実施の形態の植物栽培装置６１において、図１に示す植物栽培装置１と同じ構成については同じ部材番号を付している。以下では、実施の形態１の植物栽培装置１と異なる構成について主に説明する。

　本実施の形態では、オイルフリーコンプレッサ２０は、配管７２を介して、搬入口３０を塞ぐためのふた３１に形成された排吸気口７１に接続されている。これにより、栽培室１０内に圧縮空気を送り込むことができる。オイルフリーコンプレッサ２０は、一般に使用されているものを用いることができる。

　上記のように、本実施の形態においては、排吸気口７１が栽培室１０の側壁１６ではなく、ふた３１の一部に形成されているという点が、実施の形態１の構成とは異なっている。それ以外の構成については、実施の形態１の構成を適用することができるため、ここでは説明を省略する。

　図９には、搬入口３０を塞ぐためのふた３１と、ふた３１に形成された排吸気口７１に接続されたオイルフリーコンプレッサ２０の構成を示す。ふた３１における排吸気口７１の形成位置は特に限定はされないが、図９に示すように、ちょうつがい３３に比較的近い位置に設けることが好ましい。

　これにより、排吸気口７１を半球形のふた３１の頂点付近に設けた場合と比較して、ふた３１を開状態にして搬入口３０を開放した場合に、配管７２が植物や資材などの搬入出の邪魔になることを防ぐことができる。

　なお、図９に示すように、配管７２は、ふた３１側の配管７２ｂと、オイルフリーコンプレッサ２０側の配管７２ａという２つの配管を接続した構成となっている。そして、配管７２ｂ側に英式バルブ７３が取り付けられており、配管７２ａ側に英式バルブ７３と連結される連結機構７４が取り付けられている。

　この構成により、オイルフリーコンプレッサ２０によって栽培室１０内を昇圧後、英式バルブ７３の機能によって当該バルブ７３と連結機構７４とを切り離しても、一旦昇圧した内圧を維持することができる。また、搬入口３０を開放して植物や資材などの搬入出を行う場合にも、連結機構７４と英式バルブ７３との間で配管７２（７２ａ・７２ｂ）を切り離すことで、配管７２ａが作業の障害になることを避けることができる。

　以上のような構成を有する植物栽培装置６１においては、半球形状のふた３１をパッキン３２を介して栽培室１０の内側から封止しているため、オイルフリーコンプレッサ２０から圧縮空気を送り込んで内圧を上昇させた場合、内外圧差によって半球形のふた３１には外側に対する力が働く。これにより、ふた３１には側壁１６側に密着する方向の力が働く。この力は内圧の上昇に比例して増加するため、搬入口３０の封止性は向上する。また、ふた３１と側壁１６との間にパッキン３２を介することによって、さらに密閉性を高くすることができる。

　このように、本実施形態の植物栽培装置６１の構造においては、外圧（栽培室１０外の気圧）が上昇した場合の密閉性と耐圧性の向上は得られないものの、内圧（栽培室１０内の気圧）が上昇した場合には、高い密閉性と耐圧性が得られる。

　また、本実施の形態においては、ふた３１の中に排吸気口７１が取り付けられており、栽培室１０は搬入口３０以外の通気口を持たない。つまり、既存の密閉系の設備に対して、搬入口および排吸気口となり得る１つの機構を取り付けることによって、高圧環境を実現することができる。したがって、既存の設備を改造して本発明の植物栽培装置を得る場合に、実施の形態１の構成と比較して、改造にかかるコストを低減させることができる。

　なお、上述した本発明の植物栽培方法は、本実施の形態の植物栽培装置６１を利用して実施することもできる。栽培室１０内の圧力設定に関しては、１．５気圧以上１０気圧以下、より好ましくは１．５気圧以上４気圧以下、さらに好ましくは２気圧以上３気圧以下、とすればよい。このような高圧環境下で植物を栽培することで、植物の成長を促進させることができる。

　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

　以上のように、本発明にかかる植物栽培方法は、１．５気圧以上１０気圧以下の圧力条件下に植物を置き、該植物を栽培することを特徴とする。

　本発明の植物栽培方法では、１．５気圧以上４気圧以下の圧力条件下に植物を置くことがより好ましい。

　上記の方法によれば、本発明の植物栽培装置などを使用して容易に気圧条件を設定することができるとともに、図７に示されるように、通常の大気圧条件下よりも植物の成長を促進させることができる。

　このような植物栽培装置において、搬入口に設けられたふたは、搬入口の周囲の壁の栽培室側の面（すなわち内面）と接触することによって、搬入口を塞いでいる。つまり、ふたは栽培室内側から搬入口を覆うような構成になっている。ここで、コンプレッサから圧縮空気を送り込んで栽培室の内圧を上昇させると、内外圧差によってふたには栽培室の外側の方向への力が働くことになる。そして、上記のようにふたが栽培室の内側から搬入口周辺の側壁を覆っている構成では、上記の力は、ふたを栽培室の壁に密着させる方向に働くことになる。したがって、上記の構成により、栽培室の密閉性を高めることができる。また、栽培室内の気圧が上昇した場合にも、ふたが外れにくい構成とすることができ、搬入口付近の耐圧性を向上させることができる。

　さらに、ふたが栽培室の内側へ向かって突出した形状を有していることにより、ふたの表面積を大きくすることができる。これにより、栽培室に面する側のふたの表面には、栽培室１０の内圧に起因したより大きな力が、栽培室の外側方向へ働くことになる。したがって、上記の構成により、栽培室内の気圧の上昇に応じて、密閉性をさらに高めることができる。

　なお、上記ふたは、曲面形状を有して突出していることが好ましい。これにより、ふたの表面にかかる圧力のムラを少なくすることができる。ここで曲面の例としては、半球面、放物面、半楕円面、双曲面などが挙げられる。

　本発明の植物栽培装置において、上記ふたは、半球形状を有していることが好ましい。

　上記の構成によれば、半球形状の曲面にかかる圧力を均等化することができる。

　本発明の植物栽培装置において、上記ふたは、上記壁の上記栽培室側の面に取り付けられたちょうつがいによって、上記壁と接続されていることが好ましい。

　上記の構成によれば、栽培室の壁にふたを常時接続させた状態とすることができるとともに、ふたをちょうつがいの動きに合わせて動かすことで搬入口の開閉が可能になる。

　本発明の植物栽培装置において、上記ふたの外面には、第１連結部材が設けられているとともに、上記栽培室の壁には、第２連結部材が設けられており、上記ふたが上記搬入口を塞いだ状態において、上記第１連結部材と上記第２連結部材とが嵌合していることが好ましい。

　ここで、上記ふたの外面とは、搬入口を塞いだ状態で、栽培室の外側に位置する面のことをいう。上記の構成によれば、ふたが搬入口を塞いだ状態で、ふたを固定することができる。

　本発明の植物栽培装置において、上記ふたと上記壁との間にはパッキンが設けられており、上記搬入口は、上記ふたと上記搬入口の周囲の壁との間にパッキンを挟んで塞がれることが好ましい。

　上記の構成によれば、パッキンを間に挟むことによって搬入口とふたとの隙間から空気が漏れることをより確実に防止することができる。

　本発明の植物栽培装置において、上記ふたには、排吸気口が設けられており、上記コンプレッサは、上記排吸気口を介して、上記栽培室内に圧縮空気を送り込むことが好ましい。

　上記の構成では、搬入口と排吸気口とが一箇所にまとめて形成される。したがって、既存の密閉系の設備に対して、搬入口および排吸気口となり得る１つの機構を取り付けることによって、容易に高圧環境を実現することができる。

　また、本発明の植物栽培方法は、上記の課題を解決するために、上記の何れかの植物栽培装置を用いて植物を栽培する方法であって、大気圧よりも高い圧力条件下に植物を置き、該植物を栽培することを特徴とする。

　上記の方法によれば、本発明の植物栽培装置を使用して容易に大気圧よりも高い気圧条件を設定することができるとともに、常圧（１気圧程度）で植物を栽培した場合と比較して、植物の成長を促進させることができる。

　上記の方法によれば、図７に示されるように、通常の大気圧条件下よりも植物の成長を促進させることができる。

　以上のように、本発明にかかる植物栽培方法は、内部に植物が配された密閉空間である植物栽培用の栽培室内で上記植物を栽培する植物栽培方法であって、加圧装置によって、上記栽培室内の気圧を大気圧より大きくなるように加圧して、上記植物を栽培することを特徴とする。

　本発明の植物栽培装置を用いれば、高圧環境下での植物栽培を実現することができる。従って、本発明の植物栽培装置は、本発明の植物栽培方法に適用することができる。また、本発明の植物栽培方法によれば、植物の成長を促進させることができる。

　　１　　植物栽培装置
　１０　　栽培室
　１１　　排吸気口
　１２　　照明
　１３　　温湿度センサ
　１４　　養液供給装置
　１５　　温湿度制御装置
　１６　　側壁（壁）
　２０　　オイルフリーコンプレッサ（コンプレッサ、加圧装置）
　２１　　配管
　３０　　搬入口
　３１　　ふた
　３２　　パッキン
　３４　　ナスカン（第２連結部材）
　３５　　突起部（第１連結部材）
　６１　　植物栽培装置
　７１　　排吸気口
　７２　　配管

Claims

　１．５気圧以上１０気圧以下の圧力条件下に植物を置き、該植物を栽培することを特徴とする植物栽培方法。
　１．５気圧以上４気圧以下の圧力条件下に植物を置くことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培方法。
　植物栽培を行う栽培室と、該栽培室に対して圧縮空気を送り込むコンプレッサとを備えた植物栽培装置であって、
　上記栽培室の壁には、室内外への資材の搬入および搬出を行うための搬入口が設けられており、
　上記搬入口には、上記栽培室の内側へ向かって突出した形状のふたが設けられており、
　上記ふたは、上記搬入口の周囲の壁の上記栽培室側の面と接触することによって、上記搬入口を塞ぎ、
　上記搬入口を塞いだ状態で上記コンプレッサによって圧縮空気を送り込むと、上記栽培室内の気圧は大気圧より大きくなることを特徴とする植物栽培装置。
　上記ふたは、半球形状を有していることを特徴とする請求項３に記載の植物栽培装置。
　上記ふたは、上記壁の上記栽培室側の面に取り付けられたちょうつがいによって、上記壁と接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載の植物栽培装置。
　上記ふたの外面には、第１連結部材が設けられているとともに、
　上記栽培室の壁には、第２連結部材が設けられており、
　上記ふたが上記搬入口を塞いだ状態において、上記第１連結部材と上記第２連結部材とが嵌合していることを特徴とする請求項５に記載の植物栽培装置。
　上記ふたと上記壁との間にはパッキンが設けられており、
　上記搬入口は、上記ふたと上記搬入口の周囲の壁との間にパッキンを挟んで塞がれることを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載の植物栽培装置。
　上記ふたには、排吸気口が設けられており、
　上記コンプレッサは、上記排吸気口を介して、上記栽培室内に圧縮空気を送り込むことを特徴とする請求項３から７の何れか１項に記載の植物栽培装置。
　請求項３から８の何れか１項に記載の植物栽培装置を用いて植物を栽培する方法であって、
　大気圧よりも高い圧力条件下に植物を置き、該植物を栽培することを特徴とする植物栽培方法。
　１．５気圧以上４気圧以下の圧力条件下に植物を置くことを特徴とする請求項９に記載の植物栽培方法。
　内部に植物が配された密閉空間である植物栽培用の栽培室内で上記植物を栽培する植物栽培方法であって、
　加圧装置によって、上記栽培室内の気圧を大気圧より大きくなるように加圧して、上記植物を栽培することを特徴とする植物栽培方法。