JP2014045669A - 水耕栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成としてその形成、保守が家庭用としても容易で、しかも低コストであり、栽培管理も簡易であって食用作物の栽培への適用も可能である水耕栽培のための装置、方法として、植物の生育に係る光の作用の観点からもさらに改善を図った新しい水耕栽培装置を提供する。
【解決手段】植物を定植するための貫通口５を有し、養液が保留される栽培ベッド２の蓋部に配置される定植パネル４は、自然光からの青色光及び赤色光の少なくともいずれかを選択的に反射する着色樹脂成形体であり、反射光が植物の生育を促進する。
前記定植パネル４の貫通口５の上部開口壁部６は、定植パネル４の上面よりも一段高く円筒状に立ちあがっており、その内壁には外側へ向かって広がるテーパー面９が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、水耕栽培装置に関するものである。

近年、我が国では食の安全・安心が強く叫ばれ、一般家庭においても有機農法や減農薬農法での家庭菜園作りが盛んに行われている。例えば、自宅の庭での家庭菜園のみならず、都市近郊の小面積の農地を借り、週末に畑仕事に取り組む活動や、集合住宅のベランダでプランターを用いた土耕（土壌）栽培などが行われている。

しかしながら、集合住宅など都市部の環境においては、農業資材の搬出入が不便であり、土壌を運び込むことによって、生活空間の土汚れが懸念されるというデメリットも存在する。

このような土耕（土壌）栽培に対して、最近脚光を浴びているのが、土壌を用いない水耕栽培である。水耕栽培は、産業としてもアグリインダストリーとして注目され、すでに実際の生産ステージへと展開されている。

水耕栽培では、土耕（土壌）栽培で大きな問題となる、連作障害を回避できることが大きなメリットである。また、水耕栽培では土壌を介する病害虫による生産量の低下が抑制可能である。さらにまた、養液を循環供給するシステムが水耕栽培装置に備わっていれば、植物全体に栄養が均等に行き渡り、植物の発育段階を同調させることも可能である。その際、土耕（土壌）栽培と比べ、少なくとも１．５倍程度の速さで植物が生育することも知られている。

しかしながら、水耕栽培は従来の土耕（土壌）栽培と比べて、施設・装置や栽培管理にコストがかかるという課題が存在する。このような課題を解決するには、低価格で栽培管理が簡易な水耕栽培方法及び水耕栽培装置が求められている。

そこで、これらの課題の改善のために従来より様々な改良策が提案されている。例えば、水耕栽培装置として、以下のような例が挙げられる。

例えば、産業的な展開として、特許文献１には、複数個の植物栽培容器と、該植物栽培容器を収容するための複数段の容器棚と、植物栽培容器を、少なくとも一個ごとに容器棚から出入して移動させるための移動装置とを備えてなる立体式水耕栽培設備が提案されている。

また、各棚または各植物栽培容器に、受けた光を植物栽培容器における植物に向けて反射するための反射板を配設することにより、日光や光照射手段による光のロスを低減し、且つ、効果的な光照射が可能となることも提案されている。

特許文献２には、水湿生植物の育苗において、水湿生植物の種子と培土からなるセル成型苗床を、栽培用養液に浸漬する湛水期と、空気に接触させる渇水期とを交互に繰り返しながら栽培することを特徴とする水湿生植物苗の栽培方法が提案されている。
この特許文献２の方法では、複数の前記水耕栽培装置を立体的に縦に配置してもよく、それにより上部の水耕栽培装置の水耕ベンチは比較的日光のあたる日向ベンチとして利用でき、下部の水耕栽培装置の水耕ベンチは比較的日光のあたらない日陰ベンチとして利用できるとされている。これにより、花穂をつける季節が異なる植物種を一つの装置の中で栽培することが可能である。
また、特許文献３には、円筒状の栽培用ベッドを用いた水耕栽培装置において、植物種子の播種が簡易である上、水耕栽培床の栽培用ベッドへの取付けが簡易で、気根の発生が液肥に向けて集中し、外気の吸入も良好で根腐れのない水耕栽培装置と水耕栽培床が提案されている。
特許文献３には、立体枠状の台枠上に多段に配設される中空筒状の栽培用ベッドに水耕栽培床を設け、液肥循環装置により各栽培用ベッドに液肥を循環供給し、水耕栽培床に播種された植物を栽培することも開示されている。

特開２０００−２０９９７０号公報 特開平１０−３１３７１５号公報 実用登録新案第３１５８５９６号公報

しかしながら、特許文献１の立体式水耕栽培設備の場合、複数の植物栽培容器を移動させることが主要な課題であって、床面にレールを敷設し、垂直方向にも移動可能な移動装置が必要であるなど、装置の導入・設置コストが高く、普及することが困難である。また、容器棚の天井や、隣接容器棚との境界などの適当な位置に光反射板を備えているが、その主たる目的は照射光のロスを軽減することにあり、植物の生育に係る光の効用についてはほとんど検討されていない。

特許文献２の水湿生植物苗の栽培装置の場合、栽培対象が観賞用の水湿生植物であり、多くの食用作物にも適用可能な栽培装置なのかが明確ではない。また、養液を循環させること、日光を当てることが記載されているものの、光の反射やその効用については言及されていない。

特許文献３の水耕栽培装置の場合、根腐れのない高品質の水耕栽培作物を生産できる装置ではあるものの、作物の定植部位が直方体の栽培駒とドーナッツ状中心孔を備えた円柱床本体の２つの部品からなり、栽培駒を円柱床本体のドーナッツ状中心孔に挟持させる必要があるため定植作業が煩雑になってしまう。また、光の効用については全く言及されていない。

以上のように、従来においては、依然として、装置、方法のいずれの面においても簡易、簡便化、低コスト化等について実際的に満足できるものでなかった。しかも、従来では、光の照射や反射には考慮しているものの、植物の生育に係る光の効用についての検討は不十分なままであった。
そこで、本発明では、簡便な構成としてその形成、保守が家庭用としても容易で、しかも低コストであり、栽培管理も簡易であって食用作物の栽培への適用も可能である水耕栽培のための装置、方法として、植物の生育に係る光の作用の観点からもさらに改善を図った新しい水耕栽培装置を提供することを課題としている。

前記の課題を解決するため、本発明の水耕栽培装置は、以下のことを特徴としている。
＜１＞植物を定植するための貫通口を有し、養液が保留される栽培ベッドの蓋部に配置される定植パネルは、自然光からの青色光及び赤色光の少なくともいずれかを選択的に反射する着色樹脂成形体であり、反射光が植物の生育を促進する。
＜２＞前記定植パネルの貫通口の上部開口壁部は、定植パネルの上面よりも一段高く円筒状に立ちあがっており、その内壁には外側へ向かって広がるテーパー面が形成されている。
＜３＞前記栽培ベッドに加えて、播種及び種苗育成が可能な部位である育苗ベッドが一体化されている。
＜４＞前記栽培ベッドの側面には支柱固定部が設けられ、支柱組の立設固定で栽培ベッドの多段化やビニールハウス仕様での栽培を可能とする。

本発明の水耕栽培装置によれば、着色樹脂成形体として定植パネルを構成するだけで、自然光（太陽光）からの青色光、赤色光の選択的反射が、植物の生育を促進することができる。また、定植パネル貫通口の構造を改善することでも、植物の生育は促進される。このようなことから、装置構成を簡便とし、栽培管理を簡易として、促進された植物生育を実現できる。そして、本発明によれば家庭用としての小型、コンパクト化された水耕栽培装置も実現される。

本発明の定植パネルの色とＥＰＳの反射強度の関係を試験例として示すグラフである。 本発明の水耕栽培装置の一実施形態を示す平面図である。 本発明の水耕栽培装置の一実施形態を示す斜視図である。 図２のＡ−Ｂ断面斜視図である。 本発明の定植パネルの定着部の断面図である。 本発明の定植パネルの定着部の上側斜視図である。 本発明の定植パネルの定着部の下側斜視図である。 本発明の水耕栽培装置の例としての家庭用水耕栽培装置の一実施形態を示す写真である。 本発明の水耕栽培装置を多段化した際の実施形態を示す斜視図である。

次に、本発明についてさらに詳しく説明する。

本発明の水耕栽培装置は、前記のように、植物を定植するための貫通口を有し、養液が保留される栽培ベッドの蓋部に配置される定植パネルとして、自然光からの青色光及び赤色光の少なくともいずれかを選択的に反射する着色樹脂成形体を採用している。そして、これによって、反射光が植物の生育を促進することを本質的な特徴としている。

定植パネルは、樹脂組成物に植物の生長に重要な役割を持つ波長の光を反射する色素を添加して成形することで、あるいは樹脂成形体の表面に色素含有塗料を塗布することで、着色された樹脂成形品として製造することができる。植物中の光合成色素であるクロロフィルは、太陽光の内、青色光（波長４００〜５００ｎｍ、極大吸収ピークは波長４５０ｎｍ付近）と赤色光（波長６００〜７００ｎｍ、極大吸収ピークは波長６６０ｎｍ付近）の２つの吸収ピークが存在する。これら青色光と赤色光がクロロフィルによって吸収され、植物表面の反射光は相対的に緑色光が多くなるために、植物は緑色に見える。また、青色光と赤色光は光合成に有効であるだけではなく、光形態形成と呼ばれる植物の質的変化を誘起する上でも重要な波長の光である。
そこで、前記構成により、青色光と赤色光を選択的に反射可能な定植パネルを、植物の下方の定植部に設置することで、光源方向以外からもこれら植物の生長を促進する波長の光を植物に選択的に反射することが可能となる。

なお、定植パネルとして用いる樹脂成形品を構成する樹脂の種類については特に限定されることはないが、軽量で、成形性、安定性が良好なもの、例えば、ポリスチレン等、一般に発泡樹脂として用いられている樹脂とすることができる。

成型方法についても各種であってよい。例えば、注型成形、押出し成形、射出成型等が例示される。

定植パネルを着色樹脂成形体とするための色素については、自然光に対し、波長４００〜５００ｎｍの青色、波長６００〜７００ｎｍの赤色を選択的反射するものとして採用することができる。これらの色素については、無機系あるいは有機系の顔料、染料などの、市販品あるいは合成品のうちから適宜に選択使用することができる。従来より樹脂添加色素として各種のものがある。

例えば、種々の色素を用いた発泡ポリスチレンの場合の反射強度（％Ｒ）の試験結果からも、反射強度が、上記赤色の波長域においておおむね１．３以上のもの、好ましくは１．５以上のもの、そして青色の波長域では１．０以上のもの、好ましくは１．３以上のものが好適に使用される。

図１はその試験例の一つの事例を示したものであるが、色素として黄色、ピンク、ベージュのものが赤色および青色の波長域のいずれにおいても好適であるものとして挙げられる。また、選択的反射したい色の光に応じて、これ以外の色素を用いることも有効である。

着色樹脂成形体からなる定植パネルは、植物を定植するための貫通口を有している。青色、赤色の選択的反射光は、この貫通口において定植された植物の茎、葉を効果的に照射し、生育を促進することになる。生育の速度は従来に比べおおむね２倍程度以上にまで向上する。
このような定植パネルは、栽培ベッドの蓋部の全体であってもよいし、一部であってもよい。そして栽培ベッドに対して着脱自在とされているものとする。
近年ＬＥＤ等の光源を用いた水耕栽培装置が試みられているが、本発明においては、このような人工光ではなく、自然光（太陽光）を利用できることも大きな特徴である。
もちろん、太陽光に限られず自然光近似の光源であれば本発明において有効に使用されることも当然のことである。
そこで、次に、水耕栽培の装置の構成についてさらに説明する。もちろん、以下において詳述することはないが、栽培のための養液組成や対象植物、養液や温度などの管理等については、従来と同様、同等のものとして考慮されてよい。本発明の装置の適用範囲は広い。
例えば、図２（平面図）、図３（斜視図）、および図４（図２のＡ−Ｂ断面斜視図）はその一実施形態としての家庭用の装置を例示したものである。水耕栽培装置１は、栽培ベッド２、育苗ベッド３を有し、栽培ベッド２の蓋部としての定植パネル４を着脱自在に備えている。そしてこの定植パネル４には定植用貫通口５が設けられ、定植用貫通口５には上方に立ち上がった上部開口壁部６が形成されている。
また、栽培ベッド２および育苗ベッド３の下部にはポンプ７によって養液が循環する養液循環ベッド８が設けられている。養液循環ベッド８の養液は、ポンプ７により流動され、栽培ベッド２中の溶液を貯留し流動させる空間Ａ並びに必要に応じて、育苗ベッド３中の空間Ｂに供給され、また溶液を養液循環ベッド８中の空間Ｃへと回収する。ポンプ７により栽培ベッド２に、適度に希釈調合された養液が供給されるが、栽培ベッド２内の液面は、図４に示すように水位調節部１４によって、定植パネル４下面との間に適当な空気層が保たれる。これにより、移植した植物の根が養液中への浸漬の程度が調整される。
ここで、図４に示したように、水位調節部１４は栽培ベッド２の内壁部及び底部と一体成形された突起構造をとり、養液循環ベッド８に達する貫通口が設けられている。水位調節部１４は、栽培ベッド２の底部を貫通し、養液循環ベッド８に達する単純な貫通口構造であってもよいし、上下に可動する金属パイプを該貫通口に設置し、栽培する植物に応じて栽培ベッド２内部の液面を調節可能であってもよい。

以上のような基本的構成において、定植パネル４は、着色樹脂成形体として、例えば黄色、もしくはベージュに着色された発泡ポリスチレン成形体とする。これによって、定植用貫通口５において把持された植物は、自然光（太陽光）の上方からの直接的な照射とともに、定植パネル４からの自然光（太陽光）の青色、赤色の選択的な反射光の照射を受けてより効果的に生育される。着色された定植パネルを用いない場合に比べ、生育速度は増大し、植物の種類によっては時間当り２倍以上にまで達する。
生育の始まりに際して、苗を定植させる際には、例えば、多孔性材料（スポンジ）からなる円筒状の床に作物を定着させ、円筒床ごと、定着パネルの貫通口に収めることになる。
ただ、従来の水耕栽培装置では、植物が生長する際に、葉の先端や茎部等が装置蓋部の定植用貫通口の周壁に接触し、葉やけや損傷を生じてしまうという問題があった。そこで、本発明では、定植パネル４の定植用貫通口５の周囲が壁部としてパネル上面よりもやや立ち上がっているとともに、この貫通口５の上部開口壁部６の内壁には外側へ向かって広がるテーパー加工が施されていることを好ましい一つの形態としている。
例えば、図５（断面図）、図６（上方からの斜視図）および図７（下方からの斜視図）として例示したように、貫通口上部開口壁部６の内壁部には外側上方に向けて広がるテーパー面９が設けられる。
このテーパー面９の配設によって、貫通口上部開口壁部６の内壁が、従来のような角部を有しないため、植物の葉や茎に接触してこれらを損傷することを防ぐ効果が期待できる。これにより、大きな成長速度での効率的で、安定した生育を可能とする。そして、植物の製品価値を損なうことなく、市場に出荷することが可能となる。
定植用貫通口５の下方部については様々な形態とすることができるが、前記例示においては下方へ突出する下部開口壁部１０において、植物が生長した際に、その重量により定植用貫通口５の下部開口部は苗の落下を防止するため、円形ではない凹凸周形の把持構造１１としている。この構造によって、変形弾力のある確実な把持が可能となる。
また、従来の水耕栽培装置では、植物の根が伸長するにつれて、根圏に充分な酸素が行き渡らないことや、根圏に過剰な水分が滞留することから根腐れを起こしてしまう問題があった。本発明では、適宜に水位調節部１４を設けることで、定植パネル４と養液液面との間に適当な空気層が維持され、液面付近で気根が形成されることで根腐れ防止を図ることも考慮される。
さらにまた、トマトやキュウリのように水平方向にも茎や根が伸長する植物を栽培する際には、密に定植することで水平方向に広がった異なる株の茎や根が互いに絡まりあい、葉枯れなどの生理障害を起こしてしまう問題があった。本発明では、定植パネル４の全ての定植用貫通口５に苗を定植せず、分散させることで異なる株と株の茎や根の間に適当な空間が確保され、根詰まり防止を図ることも考慮される。このとき、使用しない定植用貫通口５を開放状態のまま放置しておくと、該貫通口より太陽光が栽培ベッド２内に入り、養液中でアオコなどの藻が大量発生してしまう。そのため、使用しない定植用貫通口５には発泡ポリスチレン製等のフタを閉じることが好ましい。
以上例示した実施形態では、家庭用の水耕栽培装置とするための工夫も加えている。例えば、栽培ベッド２に加えて、播種及び種苗育成が可能な部位である育苗ベッド３を一体化している。これにより、小面積のスペースであっても、植物種子からの発芽、育苗、移植可能な大きさまで発育後の移植、収穫物を得るまでの過程を１つの装置によって行うことが可能である。

また、図２、図３にも示したように、栽培ベッド２の側面に支柱固定部１２を設け、図８のようにこれに支柱組１３を立設支持し、ビニールカバー１５等の樹脂フィルムで覆うことで、温度の変化、そして風や雨に対しての防御のビニールハウス仕様を構成する。さらには、図９に斜視図を示したように、多段式で栽培することを可能にする。これにより、小面積のスペースであっても、収量の増大を期待することができる。多段式の場合には、下方に配置した一つの養液循環ベッド８からの循環溶液を、上下の二つの栽培ベッド２で共用することもできる。なお、多段式での栽培時に、上段の栽培ベッド２の底部に位置する支柱組１３にＬＥＤ照明器具などを懸架してもよい。これにより、屋内での栽培に使用することもできる。

本発明は、以上の実施形態としての家庭用のものに限定されるものではない。例えば、前記の栽培ベッド２を連設し、各々に着色された定植パネル４を配置して、大型の産業用の水耕栽培装置とすることもできる。

このような特徴から、本発明の水耕栽培装置は産業としての農業現場においてのみならず、家庭においても簡便に水耕栽培を可能にする装置である。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞
定植パネルとして、黄色に着色された発泡ポリスチレン成形体を備えた水耕栽培装置を製造した。栽培ベッド及び養液循環ベッドは紫色の樹脂成形体を用いた。
＜比較例１＞
定植パネルとして、白色の発泡ポリスチレン成形体を備えた水耕栽培装置を製造した。栽培ベッド及び養液循環ベッドは、実施例１と同様に紫色の樹脂成形体を用いた。
＜栽培試験＞
実施例１と比較例１の水耕栽培装置を用い、サンチュの栽培試験を行った。２つの装置におけるサンチュの生長速度を比較したところ、実施例１の黄色に着色された定植パネルを備えた装置でのサンチュの生長速度は、比較例１の白色の定植パネルを備えた装置に比べて約１．５倍速かった。
なお、昆虫の中にはミツバチやアブラムシ類のように黄色を選択的に好む種も存在する。このため、定植パネルとして、黄色に着色された発泡ポリスチレン成形体を用いた場合、装置全体を寒冷紗などのネット状の農業資材で覆うことも考えられる。
また、紫色の樹脂成形体は他の色に比べて、太陽光による紫外線劣化の程度が軽減される傾向が認められたため、栽培ベッド及び循環ベッドの成形色として採用した。

１ 家庭用水耕栽培装置
２ 栽培ベッド
３ 育苗ベッド
４ 定植パネル
５ 定植用貫通口
６ 貫通口上部開口壁部
７ ポンプ
８ 養液循環ベッド
９ テーパー面
１０ 貫通口下部開口壁部
１１ 凹凸周形の把持構造
１２ 支柱固定部
１３ 支柱組
１４ 水位調節部
１５ ビニールカバー

Claims (4)

1. 水耕栽培装置であって、植物を定植するための貫通口を有し、養液が保留される栽培ベッドの蓋部に配置される定植パネルは、自然光からの青色光及び赤色光の少なくともいずれかを選択的に反射する着色樹脂成形体であり、反射光が植物の生育を促進することを特徴とする水耕栽培装置。
2. 請求項１に記載の水耕栽培装置において、前記定植パネルの貫通口の上部開口壁部は、定植パネルの上面よりも一段高く円筒状に立ちあがっており、その内壁には外側へ向かって広がるテーパー面が形成されていることを特徴とする水耕栽培装置。
3. 前記栽培ベッドに加えて、播種及び種苗育成が可能な部位である育苗ベッドが一体化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水耕栽培装置。
4. 前記栽培ベッドの側面には支柱固定部が設けられ、支柱組の立設固定で栽培ベッドの多段化やビニールハウス仕様での栽培を可能とする請求項１から３のいずれか一項に記載の水耕栽培装置。