(57)【要約】【課題】  果菜類の品質を向上させ、収穫量も減少させることのない植物への給水方法、並びに該方法を適用可能な水耕栽培システムを提供する。【解決手段】  夜間給水用の肥料溶液の肥料濃度を昼間給水用の肥料溶液のものよりも高くし、夜間に根から果実等へ供給される水分量を制限する。具体的に、夜間に与える肥料溶液の濃度又は電気伝導度を、昼間に与える肥料溶液の濃度又は電気伝導度の約４〜約５倍とする。これを実施する水耕栽培システム（１）の１つは、栽培筒（１９）と、第１の肥料溶液Ａを供給する第１の給水装置（１１）と、第１の肥料溶液Ａよりも濃度の高い第２の肥料溶液Ｂを供給する第２の給水装置（１５）とを備え、手動、または制御装置（２０）による自動で、昼間には第１の給水装置（１１）から第１の肥料溶液Ａを、夜間には第２の給水装置（１５）から第２の肥料溶液Ｂを栽培筒（１９）へ供給する。【選択図】図１
2010178644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
夜間に植物の根圏に滞留する肥料溶液の濃度を、昼間に植物に与える肥料溶液の濃度よりも高くし、夜間における植物の吸水量を抑制することを特徴とする植物への給水方法。
【請求項２】
水耕栽培システムにおいて、
栽培筒と、第１の肥料溶液Ａを供給する第１の給水装置と、前記第１の肥料溶液Ａよりも濃度の高い第２の肥料溶液Ｂを供給する第２の給水装置とを備え、昼間と夜間との間で植物への給水を第１の給水装置と第２の給水装置との間で切り替え、昼間には第１の給水装置から第１の肥料溶液Ａを前記栽培筒へ供給し、夜間には第２の給水装置から第２の肥料溶液Ｂを前記栽培筒へ供給するよう構成されていることを特徴とする水耕栽培システム。
【請求項３】
前記水耕栽培システムが、単数又は複数の栽培筒を水平方向に対して傾斜して配置した傾斜栽培筒式、あるいは単数又は複数の栽培管を垂直方向に配置した垂直栽培筒式、前記栽培筒を培地に置き換えた栽培床式のいずれかであることを特徴とする、請求項２に記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
前記第１および第２の給水装置が、肥料溶液を貯める貯水槽と、前記肥料溶液を汲み上げるポンプと、前記ポンプの作用により肥料溶液を前記栽培管または前記溶液回収管のいずれかに供給する給水管とから構成され、前記第１および第２の給水装置が全く独立した装置であること、または前記第１および第２の給水装置の間で前記貯水槽のみが独立し、前記ポンプと前記給水管とを共有する装置であることを特徴とする、請求項２に記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
前記水耕栽培システムがさらに、前記昼間と夜間の間での給水装置の切り替え、植物への給水量、給水タイミングの少なくともいずれか1つを制御する制御装置を備えていることを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれか一に記載の水耕栽培システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、果菜類等の植物の品質向上を図るための給水方法、及び該給水方法を実施するための水耕栽培システムに関する。より具体的に、本発明は、果実等の収穫高に影響を及ぼすことなく糖度向上を可能とする、特に夜間における給水を制御する給水方法、及び水耕栽培システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
植物は、根から養分と共に水分を吸収している。水分吸収量は昼間と夜間との間で大きな差がないとしても、昼間には蒸散作用によって葉から水分が放出されることもあり、植物内に堆積される水分は夜間に吸収されたものが主となることが知られている。例えば、果実などに供給される水分は、主には夜間に根から吸収されたものが充当される。
【０００３】
適度な量の給水は良好な果実を得るために重要な要素となるが、この量の見極めは微妙であり、栽培時における主要課題となっている。過度な水分の供給は果実の味などの品質を低下させたり、トマトの例では果実に割れが生じたりし、商品価値を低下させる原因となる。逆に過少な水分の供給は、植物全体が萎凋するなどによって収穫量を減少させる原因となる。このための対応策として、果実への水分の供給が活発となる夜間において給水量を制限することが一部で行われている。
【０００４】
これとは別に、台風時の海水流入による塩害が生じた際の現象として、多くの植物が枯れるなどの被害を受ける中で、トマトなどの一部の植物ではむしろ甘みのある良好な味の果実が収穫されることが偶然に見出されている。植物は一般に、根の細胞液濃度と根圏（根の周囲）にある肥料溶液の濃度との浸透圧差によって水分を吸収するため、一定の塩分濃度を超える水が撒かれた際に、根からの水分吸収が抑制され、これによって結果的に果実への過剰な水分供給が回避されたものと見られている。トマトなどの植物に水分ストレス（水不足）を与えることにより、トマトが甘くなり、味が向上することはこれまでも一般に知られていた。
【０００５】
ところで、土壌で植物を育てる従来から知られた栽培方法に対し、昨今では水耕栽培が普及し始め、その利点がいわゆるエコロジーの観点などから改めて見直されている。水耕栽培は一般に、ポンプなどを用いて栄養分を含む水溶液を汲み上げ、これをパイプなどの栽培筒に流してその間に植え付けされた植物を巡らせ、これを回収した後に再度循環させるなどにより、水、養分の効率的な供給を可能にしている（例えば、特許文献１参照。）。土壌が不要であることから、ビルの屋上などにも簡単に設置することができ、これがいわゆるヒートアイランド現象を緩和するなどの副次的な効果を生むことが知られている。
【０００６】
図５は、特許文献１に開示された水耕栽培方式を示している。図において、植物Ｐは、傾斜して配置された栽培筒５１に開けられた多数の孔に植え込まれ、その根は栽培筒５１の内部に達している。貯水槽５２に入れられた肥料溶液Ａがポンプ５３によって汲み上げられ、給水管５４を介して栽培筒５１に供給される。肥料溶液Ａは各植物Ｐの根を巡って傾斜した栽培筒５１を流れ下り、その後貯水槽５２に回収される。給水量はポンプ５３の稼動を制御することによって調整可能である。一般には一定時間のインターバルをおいた一定時間の給水を行う間欠給水が行われている。この制御は一般に、制御装置５５を利用して行われる。
【０００７】
以上のような傾斜栽培筒式に対し、複数の栽培筒を垂直に立てて配置した垂直栽培筒式の水耕栽培も知られている（例えば、特許文献２参照。）。基本原理は上記の傾斜栽培筒式と同じで、ポンプから送られる肥料溶液を林立した各栽培筒の上部からそれぞれ給水し、落下した溶液を集めて貯水槽に回収して循環使用するものである。この方式によれば、植物を立体的に配置できることから小面積の中で効率的な栽培を可能にするメリットがある。水耕栽培にはこの他にも、ロックウール培地を使用してここに肥料溶液を供給、回収する栽培床式（例えば、特許文献３参照）、植物をはめ込んだ発泡スチロールなどの保持パネルを肥料溶液に直接浮遊させる浮遊方式（例えば、特許文献４参照）などが知られている。
【０００８】
水耕栽培の利点として、連作障害がないことなどに加え、土壌とは異なって植物への水分供給量の制御が比較的容易であることが挙げられる。すなわち、植物への水分供給は、ポンプの稼動時間、稼動間隔などを適切に調整することで、保水性の高い土壌での栽培に比べて、植物、季節、天候などに応じた制御が容易だからである。本願発明者らは、この制御の容易な水耕栽培を利用することで、果菜類等の品質向上を図り得ることに着目したものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
果実の収穫を減退させることなく、かつ甘み成分の多い高品質の果実を得るための手法として各種の試みが行われている。１つは、上述したように夜間の給水を抑制ないし停止することである。しかしながら、実際には水耕栽培であってもこの制御は困難を伴う。図５において、各植物Ｐの下方に伸びる根は栽培筒５１の底辺に達し、その後は栽培筒５１に沿って横方向に伸びる。隣接する植物の根とも絡み合って根が網目状となり、これが通常は水平方向に対して１／１００ほどの勾配を持つ栽培筒５１の底面を満たすものとなる。このため、ポンプ５３の制御により、夜間の給水を制限しても、網目状となった根に毛細管現象によって残された水分を根が吸収し続けるため、思ったほどの水分抑制効果は得られない傾向にある。
【００１０】
上述した垂直栽培筒式においても、肥料溶液は垂直に落下するために傾斜栽培筒式に比べて比較的根からの水離れは良好ではあるものの、この場合においても根が絡み合ってはびこる現象は同様に見られる。また、垂直な栽培筒を抜けた後に各栽培筒から流れる肥料溶液を集めて水平方向に対して僅かに傾斜した角度で貯水槽まで導く下部栽培筒があるが、根がこの下部栽培筒に至ると上述した傾斜栽培筒式と同様な現象が生ずるものとなる。
【００１１】
また、塩分濃度を高めることと同様の効果を生む濃度の高い肥料溶液を循環させ、上述した塩害時と同様な理由によって根からの過剰な水分吸収を回避させる試みも行われている。この場合、植物の成長期には通常濃度の肥料溶液を与え、収穫期になって高い濃度の肥料溶液を与えている。しかしながらこの方法によれば、水分供給の減少によって果実の味は改善されるものの、以後、植物全体の成長が抑制されるために果実が小ぶりとなり、収穫量を減少させるという問題があった。
【００１２】
以上より、本発明は上述したような問題を解消し、良好な味を確保しつつ収穫量をも確保することが可能な植物への給水方法、並びに水耕栽培システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、昼間における給水と夜間における給水との間で供給する肥料溶液を切り替え、夜間給水用の肥料溶液の肥料濃度を昼間給水用の肥料溶液の肥料濃度よりも高めるよう調整し、これによって夜間における根から果実へ供給される水分量を制限することによって上述した課題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。
【００１４】
すなわち、本発明にかかる１つの態様は、夜間に植物の根圏に滞留する肥料溶液の濃度を、昼間に植物に与える肥料溶液の濃度よりも高くし、夜間における植物の吸水量を抑制することを特徴とする植物への給水方法に関する。この場合、夜間に与える肥料溶液の濃度は、昼間に与える肥料溶液の濃度の約２倍から約１０倍ほど、好ましくは約４〜約５倍とする。好ましい条件下の肥料溶液の電気伝導度は、夜間では約４．０〜約６．０ミリモー、昼間では約１．０〜約１．５ミリモーとなる。
【００１５】
本発明にかかる他の態様は、水耕栽培システムであって、栽培筒と、第１の肥料溶液Ａを供給する第１の給水装置と、前記第１の肥料溶液Ａよりも濃度の高い第２の肥料溶液Ｂを供給する第２の給水装置とを備え、昼間と夜間との間で植物への給水を第１の給水装置と第２の給水装置との間で切り替え、昼間には第１の給水装置から第１の肥料溶液Ａを前記栽培筒へ供給し、夜間には第２の給水装置から第２の肥料溶液Ｂを前記栽培筒へ供給するよう構成されていることを特徴とする水耕栽培システムに関する。前記第２の肥料溶液の濃度または電気伝導度は、前記第１の肥料溶液の濃度または電気伝導度の約４〜５倍であることが好ましい。
【００１６】
前記水耕栽培システムは、単数又は複数の栽培筒を水平方向に対して傾斜して配置した傾斜栽培筒式、あるいは単数又は複数の栽培管を垂直方向に配置した垂直栽培筒式、前記栽培筒を培地に置き換えた栽培床式のいずれかとすることができる。
【００１７】
前記第１および第２の給水装置は、肥料溶液を貯める貯水槽と、前記肥料溶液を汲み上げるポンプと、前記ポンプの作用により肥料溶液を前記栽培管または前記下部栽培筒のいずれかに供給する給水管とから構成され、前記第１および第２の給水装置が全く独立した装置、または前記第１および第２の給水装置の間で前記貯水槽のみが独立し、前記ポンプと前記給水管とを共有する装置のいずれかとすることができる。
【００１８】
前記水耕栽培システムにはさらに、前記昼間と夜間の間での給水装置の切り替え、植物への給水量、給水タイミングの少なくともいずれか１つを制御する制御装置を備えてもよい。この制御装置の追加により、水耕栽培システムの稼動の一部または全部を自動化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の実施により、収穫量に影響を及ぼすことなく、甘みのある高品質な植物、果実の栽培、収穫を可能にするという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる水耕栽培システム(傾斜栽培筒式)を示す概念図である。
【図２】本発明の他の実施の形態にかかる水耕栽培システム（垂直栽培筒式）を示す概念図である。
【図３】本発明のさらに他の実施の形態にかかる水耕栽培システム（傾斜栽培筒式）を示す概念図である。
【図４】図３に示す実施の形態の他の態様にかかる水耕栽培システム（栽培床式）を示す概念図である。
【図５】従来技術における水耕栽培システム（傾斜栽培筒式）を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る第１の実施の形態の植物の水耕栽培システム、植物への給水方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる水耕栽培システム１を示している。図において、水耕栽培システム１は、第１の貯水槽１２、第１のポンプ１３、第１の給水管１４からなる第１の給水装置１１と、第２の貯水槽１６、第２のポンプ１７、第２の給水管１８からなる第２の給水装置１５と、栽培筒１９と、システム全体の稼動を制御する制御装置２０とから構成されている。
【００２２】
一例として、第１の貯水槽１２は容量が２０００リットルほどあり、ここには通常の栽培時に使用される肥料溶液Ａが貯められている。第２の貯水槽１６は、容量が１００リットルほどあり、ここには通常栽培用に使用される肥料よりもはるかに高い濃度の肥料溶液Ｂが入れられている。肥料溶液Ａ・Ｂ間の濃度差は約２倍から約１０倍ほどとすることができ、好ましくは約４〜５倍ほどである。この好ましい条件を電気伝導度に置き換えて表せば、通常の肥料溶液Ａでは約１．０〜１．５ミリモーであるのに対し、肥料溶液Ｂでは約４．０〜６．０ミリモーほどである。
【００２３】
本実施の形態における栽培筒１９は、直径１０ｃｍ、長さが１６ｍで、ここに約５０ｃｍ間隔で栽培孔が設けられている。栽培筒１９は、水平方向に対して約１／１００の勾配で僅かに傾斜して配置される。この傾斜角度は、供給された肥料溶液Ａ、Ｂが流動して回収されるに十分な傾斜となっていればよい。なお、本願明細書ではこの図１に示す形態を「傾斜栽培筒式」の水耕栽培システムと呼んでいる。
【００２４】
以上のように構成された本実施の形態にかかる給水制御システムの動作時、昼間での稼動において、電源投入により制御装置２０の指令に基いて第１の給水装置１１が稼動する。すなわち、第１のポンプ１３が第１の貯水槽１２から肥料溶液Ａを汲み上げ、第１の給水管１４を介して栽培筒１９に肥料溶液Ａを供給する。供給された肥料溶液Ａは、傾斜した栽培筒１９の中を図の左から右へ流れ、その間に各植物Ｐの根を湿潤させ、再び第１の貯水槽１２に落下する。制御装置２０は、第１のポンプ１３を所定時間ずつ間欠的に稼動させ、必要な量の給水を行う。この稼動時間、間欠の間隔は、予め制御装置２０に入力しておくことができる。
【００２５】
次に、夜間になると、これも予め入力された時間設定により制御装置２０が動作を切り替え、第１の給水装置１１を停止させて第２の給水装置１５を稼動させる。すなわち、第２のポンプ１７が第２の貯水槽１６からより高い濃度の肥料溶液Ｂを汲み上げ、第２の給水管１８を介して栽培筒１９に肥料溶液Ｂを供給する。供給された肥料溶液Ｂは傾斜した栽培筒１９の中を図の左から右へ流れ、その間に各植物Ｐの根を湿潤させ、第１の貯水槽１２に落下する。昼間と夜間の切り替えは入力設定またはタイマで行うことができるが、これを光センサとすることで夏冬においても切り替えを自動で行うこともできる。また、第２のポンプ１７の稼動時間、間欠の間隔は、予め制御装置２０に入力可能であることは第１の給水装置１１の場合と同様である。ちなみに、本実施の形態では夜間の給水は第２の給水装置１５を１回のみ稼動することによって行っているが、これを間欠式とすることも勿論可能である。
【００２６】
以上の本実施の形態にかかる給水制御システム１の特徴は以下のようである。昼間における肥料溶液Ａの供給はほぼ従来技術と同様である。夜間に切り替わった際、濃度のより高い肥料溶液Ｂの供給が開始される。これにより、栽培筒１９内に網目状に存在している各植物Ｐの根圏に濃度の高い肥料溶液Ｂが流れ込み、これが昼間に供給された通常濃度の肥料溶液Ａを洗い流すため、根圏には濃度のより高い肥料溶液Ｂのみが溢れることになる。この給水ショックによって根からの水分供給が抑制される結果、過剰の水分が果実に供給されて果実の品質を劣化させる現象を防ぐことができる。
【００２７】
そして、夜間から昼間になったときには逆に、第２の給水装置１５から第１の給水装置１１へと稼動が切り替わるため、今度は通常の肥料溶液Ａが供給される。この肥料溶液Ａは、根圏にあったより高い濃度の肥料溶液Ｂを洗い流すため、昼間においては従来と何ら変ることのない根からの水分吸収が行われる。これにより、収穫量を犠牲にすることなく、且つ甘み成分の多い良好な品質の果実を収穫することが可能となっている。
【００２８】
なお、図１において、第１の貯水槽１２には夜間に濃度の高い肥料溶液Ｂも回収されるため、所定の肥料溶液Ａの濃度よりも徐々に濃度が高くなる傾向にあり、濃度を調整する必要が生じる。ただし、従来技術においても水分蒸発などの原因によって濃度の変動があるため、定期的に濃度検査をして濃度調整することは同様に必要であった。したがって、上述した肥料溶液の濃度調整が、本願発明に特段の不利益をもたらすものではない。むしろ、従来の濃度調整は肥料と水分との双方を用いた濃度調整が必要であったものが、本実施の形態では水分の補給のみで濃度調整を行うことができ、調整が容易になると言える。第２の給水装置１５においては、第２の貯水槽１６からの肥料溶液Ｂが排出されるだけで回収がされないため、定期的に肥料溶液Ｂを補充してやる必要がある。
【００２９】
代替として、栽培筒１９を駆動装置を用いて回動可能とし、ポンプ１３、１７の切り替えと同期して栽培筒１９の回収側先端を貯水槽１２、１６にそれぞれ対向する位置に移動可能とし、肥料溶液Ａ、Ｂを常に個別に回収するよう構成することもできる。ただし、この場合においても濃度の自然変化があるため、両貯水槽１２，１６の定期的な濃度調整はいずれにせよ必要となる。
【００３０】
なお、上記の例においては、制御装置２０を用いて自動的に制御を行うものとしているが、制御装置を用いることなくマニュアルにより、またはタイマなどをセットしてこれを必要に応じて設定変更することなどにより、給水を制御することも勿論可能である。
【００３１】
ここで、肥料溶液Ａと肥料溶液Ｂとの関係について触れる。上記の例では「より高い濃度の」と記載しており、両者の間で濃度の濃淡があることを示している。両肥料溶液Ａ、Ｂに含有される肥料成分が同一である場合には、この濃度の相違は含有する成分量の大小によるものであることは明瞭である。同じ貯水槽１２に回収されることから、このように両者の肥料成分を同一のものとしておくことが取り扱い上好ましい。しかしながら、肥料には各種異なる成分を含むものが多数存在しており、本願発明では肥料溶液Ａと肥料溶液Ｂとの肥料成分が必ずしも同一であることを要しない。端的には、肥料溶液Ｂは夜間における根からの水分供給を抑制する効果があるものであれば肥料溶液Ａとの間で成分が異なっているものでもよい。
【００３２】
この場合、同一成分ではないために一概に濃度の濃淡では両者の相違は必ずしも明瞭とはならない。したがい、本明細書でいう「濃度が高い」には、「電気伝導度が高い」との意味をも包含するものとする。電気伝導度（ＥＣ）は、単位がミリモー（ms/cm、ミリジーメンスともいう）で表され、これが高いほど塩類濃度が高いことを意味している。なお、肥料溶液Ａと肥料溶液Ｂとの間で成分が異なる場合には、この電気伝導度の高低が約２〜１０倍、好ましくは約４〜５倍となるような設定となっていればよい。また、肥料溶液Ａ、Ｂ間で成分が異なる場合、上述したように栽培筒１９を回動式とし、肥料溶液Ａ、Ｂを個別に回収することもできる。ちなみに、塩類は水に溶けた際にイオン化するが、このため塩類濃度が高いほどイオン濃度が高まり、電気伝導度も高くなる。肥料濃度についても同様なことがいえる。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる給水制御システム、給水制御方法について図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態にかかる水耕栽培システム２を示しており、図に置いて、貯水槽１２、１６、ポンプ１３、１７、給水管１４、１８からそれぞれなる第１の給水装置１１と第２の給水装置１５、並びに制御装置２０については先の実施の形態と同様である。本実施の形態では、複数の栽培筒１９ａが垂直方向に配置され、各栽培筒１９ａは下端にて下部栽培筒２１に接続されている。下部栽培筒２１は、水平方向に対して約１／１００の勾配で傾斜して設置される。下部栽培筒２１はオプションであり、垂直方向に延びる栽培筒１９ａが一本のみの場合には、下部栽培筒２１は不要である。本明細書においては、図２に示す形態を「垂直栽培筒式」の水耕栽培システムと呼んでいる。
【００３４】
以上のように構成された本実施の形態にかかる給水制御システムの動作は、基本的に先の実施の形態と同様である。すなわち、昼間においては第１の給水装置１１から通常濃度の肥料溶液Ａが給水され、夜間になると第２の給水装置１５からより高い濃度の肥料溶液Ｂが給水され、これを昼間と夜間で繰り返す。給水によって植物Ｐの根の回りに残された他方の肥料溶液が洗い流され、根圏に新たな肥料溶液を溢れさせる効果も先の実施の形態と同様である。
【００３５】
栽培筒１９ａを垂直に配置した場合、各栽培筒１９ａの上方から給水される肥料溶液Ａは、重力の作用によって一気に落下して溶液回収管２１に至る。このため、根に十分な肥料溶液Ａが行き渡るよう、特に根が十分に伸びていない植物の成長期には、根の周囲に樹脂等からなる給水部材を巻いて水分保持を改善することなどが知られている（例えば、特許文献５参照。）。しかしながら、肥料溶液Ａが一気に落下することから、先の実施の形態の場合と異なって根が網目状に張っていたとしてもその間に留まる肥料溶液Ａの量は傾斜栽培筒式に比べて圧倒的に少なくなる。したがい、垂直な栽培筒１９ａ内においては夜間になっても肥料溶液Ａを洗い流す必要がない。ただし、若干量の肥料溶液Ａは根圏に残存するため、これらが僅かに夜間に吸収されるものとなる。
【００３６】
一方、勾配はあるものの略水平方向に延びる下部栽培筒２１の中においては、回収された肥料溶液Ａが滞る傾向があり、下部栽培筒２１内に根が伸びた場合にこれが多量に夜間に吸収されるものとなる。これを回避するため、夜間には濃度のより高い肥料溶液Ｂをこの下部栽培筒２１に供給し、内部にある肥料溶液Ａを洗い流してこれを肥料溶液Ｂに置き換えるものとしている。制御装置２０による各種条件の切り替え、第１の貯水槽１２の濃度調整、第２の貯水槽１６への肥料溶液Ｂの補充に関しては先の実施の形態と同様である。
【００３７】
なお、第１および第２の実施の形態における栽培筒１９、１９ａの両者を見れば分かるように、本願発明の効果は、栽培筒を肥料溶液が流れるに十分な僅かな傾斜（水平方向に対して約１／１００勾配）に配置しても、肥料溶液が真下に向けて落下するよう垂直に配置しても同様に得ることができる。これから理解されることは、栽培筒の傾斜角度は、この僅かな勾配から垂直に至るまでの間の任意の角度に配置されても、上述した本願発明の効果を同様に得ることができるということである。
【００３８】
ただし、第１と第２の実施の形態の間の構成の相違には、この栽培筒１９、１９ａの傾斜角度のほかに、第２の給水装置１５からの肥料溶液Ｂを栽培筒１９に直接供給するか、それとも下部栽培筒２１に供給するかの相違がある。栽培筒１９、１９ａが一本のみの場合には基本的に下部栽培筒２１は不要となるため、当該栽培筒１９に肥料溶液Ｂも直接供給することでよい。また、栽培筒１９，１９ａが複数となったとき、栽培筒の傾斜が垂直かそれに近い角度であれば昼間に供給された肥料溶液Ａの残存率も低く、肥料溶液Ｂの供給も図２に示すと同様に下部栽培筒２１の方に行うことで問題はない。しかしながら栽培筒の傾斜が緩やかになるにつれて昼間に供給された肥料溶液Ａの残存率が高まり、夜間の根からの吸水を制限するという本願発明の効果も薄れるものとなる。これは植物ごとの根の太さ、網目の張り方などによってばらつきがあり得る。本願発明者らの行った実験からでは、栽培筒１９，１９ａの水平面からの傾斜角度が約１５度を下回る場合には、栽培筒１９，１９ａに直接肥料溶液Ｂを導入することが好ましいと思われる。
【００３９】
以上の説明に関連し、図２に示す垂直栽培筒式の水耕栽培システム２では、複数の栽培筒１９ａが林立して配置されているが、これは単数であってもよい。この場合には下部栽培筒２１は不要とすることもでき、その場合には第２の給水装置１５の給水管１８は、第１の給水管１４と同様に栽培管１９ａの上部から給水するよう配置することができる。これは上述した通りである。同様にして、図１に示す傾斜栽培筒式の水耕栽培システム１では１つの栽培筒１９のみが配置されているが、これを複数とすることも可能である。この際には、複数となった栽培管１９の各下流側において流れ出る肥料溶液をまとめて回収する下部栽培筒２１を同様に設けることでよい。但し、この場合には栽培管１９の傾斜勾配が緩やかであるため、第２の給水装置１５からはそれぞれの栽培管１９の上流側へ肥料溶液Ｂを直接給水する必要がある。
【００４０】
次に、本発明に係る第３の実施の形態の水耕栽培システムについて、図面を参照して説明する。図３は、本実施の形態に係る水耕栽培システム３を示しており、基本的に図１に示す傾斜栽培筒式の水耕栽培システム１の改善に関するものである。図において、図１に示す水耕栽培システム１と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００４１】
図１に示す水耕栽培システム１と本実施の形態に係る図３に示す水耕栽培システム３との相違は、図１の給水装置１１、１５を一部統合した点にある。すなわち、図３に示す新たな給水装置１１、１５は、肥料溶液Ａを貯える貯水槽１２と肥料溶液Ｂを貯える貯水槽１６こそ独立しているが、ポンプ１３、給水管１４を共有している。そして、ポンプ１３の上流側（貯水槽１２に近い側）には切換え弁１４ａが設けられ、給水管１４が分岐してそれぞれの貯水槽１２、１６内に延びている。切換え弁１４ａは制御装置２０により切換え制御され、昼間は貯水槽１２から肥料溶液Ａを汲み上げて栽培筒１９に供給し、夜間は切換えにより貯水槽１６の方から肥料溶液Ｂを汲み上げて同様に栽培筒１９に供給するよう構成されている。
【００４２】
給水装置１１、１５を以上のように構成することにより、昼間と夜間の間でポンプ１３と給水管１４とを共有することができ、設備投資を低く抑えることができる。給水管１４の各貯水槽１２、１６間での切換えは、制御装置２０によらず、マニュアルでもできることは容易に理解されよう。この中には、貯水槽１２、１６内に延びる給水管１４の先端部分をゴム等柔軟性のある材料とし、この先端部分を貯水槽１２、１６の間で移し変えることも含まれる。
【００４３】
なお、図３では、図１に示す傾斜栽培筒式の水耕栽培システム１を基にした例を示しているが、図２に示す垂直栽培筒式の水耕栽培システム２においても同様な対応をすることは可能である。この場合、肥料溶液Ａと共に肥料溶液Ｂも栽培筒１９ａ（図２参照）の上流側に供給されるものとなるが、実質的な障害となるものではない。ただし、もし必要であれば、供給管１４を個別に設けて切換え弁により切り替え可能にし、夜間の場合には下部栽培筒２１（同）の方に給水するよう改善することも容易である。
【００４４】
図４は、図３に示す水耕栽培システム３の他の態様（３ａ）を示している。ここでは、ポンプ１３、給水管１４を共有した給水装置１１、１５を、栽培床式の水耕栽培に適用している。栽培床式は、ロックウール、ピートモス、砂、ヤシガラ等を敷き詰めた培地３０を設け、ここに栽培された植物Ｐに肥料溶液Ａ、Ｂを昼夜間で切り換えて供給する。栽培筒１９、１９ａに直接栽培する先の実施の形態と比較し、培地３０の存在によって保水性が高まることから培地３０への給水は比較的少量ずつを繰り返し行うものとなる。具体的には、給水管１４の各植物に接近した位置に単数又は複数の給水孔１４ｂを開け、肥料溶液Ａ、Ｂをここから滴下または噴霧して供給する。培地３０に落下した肥料溶液Ａ、Ｂは培地床３０を湿潤した後に培地３０を下方に抜け、トレー状の傾斜した底面を図の左から右へ流れて貯水槽１２に回収される。
【００４５】
このように栽培床式の水耕栽培にポンプ１３、給水管１４を共有した本水耕栽培システム３ａを適用するメリットは、もし図１に示すような肥料溶液Ａ、Ｂごとに給水装置を個別に設けるシステムとすると、栽培される植物の付近に給水するための給水管を両肥料溶液Ａ、Ｂごとに重複して設ける必要が生じる。この際、設備投資がかさむことのほか、両配管が栽培床３０を覆って走るため、植物の手入れなどの障害となり、設備のメンテナンスも煩雑となり得る。ポンプ１３、給水管１４を共有した本実施の形態に係る水耕栽培システム３、３ａではこれらの問題が解消されることから、特に栽培床式の水耕栽培への適用に有効であると言える。
【００４６】
本発明に係る第４の実施の形態は、上記第１から第３の実施の形態を総括した植物への給水方法に関する。夜間における果実への過剰な水分供給を回避する手段としてこれまで行われてきたのは、適切な調整による水分供給量の削減、あるいは収穫期におけるより高い濃度の肥料溶液の供給のいずれかであった。これらの方法に関してはそれぞれ問題があったことは上述した通りである。本実施の形態にかかる給水制御方法は、夜間に植物の根圏に滞留する肥料溶液の濃度が、昼間に植物に与える肥料溶液の濃度よりも高くなるよう制御し、夜間における植物の吸水量を抑制するものである。
【００４７】
具体的な方策としては、第１〜第３の実施の形態に示すシステムを利用し、例えば昼間においては通常の肥料溶液Ａを約１０〜２０分間隔を設けて約１分間ずつ間欠的に供給する。本実施の形態では１回当りの給水量を約１５リットルとしているが、これは設備の規模、対象植物、季節等の諸条件によって変わり得る。そして夜間には、肥料溶液Ａよりも約２〜１０倍の濃度となる肥料溶液Ｂに切換えてこれを供給する。本実施の形態では昼間に与えた肥料溶液Ｂが流れ出るまで約３０分ほどの待機時間を設けた後、肥料溶液Ｂ約５リットルを一回のみ給水している。これも諸条件によって変わり得るものであり、間欠的に給水することも可能である。夜間に供給される肥料溶液Ｂは肥料溶液Ａを洗い流して根圏を満たし、その高い濃度によって根からの水分吸収を抑制すると共に、根の乾燥を回避する。
【００４８】
本実施の形態にかかる給水制御方法は、その他の水耕栽培においても同様に適用可能である。例えば、特許文献４に示す浮遊方式においては、昼間では通常の肥料溶液Ａに保持パネルごと植物を浮遊させ、夜間にはこれを引き上げて肥料溶液Ｂの方に移し替え、同様に浮遊させることで上述したものと全く同様な効果を得ることができる。この移し替え時には、保持パネルごと引き上げて別の貯水槽に移し替えることでも、あるいは保持パネルをレールなどで保持したまま貯水槽を引き下げて別の貯水槽に入れ替えることでもよい。
【００４９】
さらには、本実施の形態にかかる植物への給水方法は、水耕栽培に限定されず、土壌栽培においても同様に適用可能である。上述のように、土壌で栽培する場合には土壌の保水性が水耕栽培よりも高まるため、肥料溶液の濃淡制御による効果は水耕栽培ほど顕著ではない。しかしながら、夜間に供給する肥料溶液の濃度を高めることによって、夜間における果実への水分の過剰供給を避けるとの観点からは同様の効果が見込まれるのは明らかであり、本実施の形態にかかる植物への給水方法は水耕栽培に限定されるものではなく、土壌栽培をも包含するものとなる。
【００５０】
本実施の形態にかかる給水方法の実施により、収穫量を減ずることなく、甘みが増した高品質のトマト等の果菜類の収穫が可能となる。本願発明者らの行った実験によれば、本給水方法を用いることによって、従来方法では糖度６〜７であったトマトが、７〜８までに向上している。一般にトマトの味は糖度６．５を越えると甘みが増して美味しいといわれることから、本願発明による効果が極めて顕著であることが分る。
【００５１】
以上、本発明にかかる実施の形態について述べてきたが、各実施の形態に示す内容は単なる例示であって、各種の変更が可能である。例えば貯水槽の容量、栽培筒の諸元や、給水量、肥料溶液などの条件は、水耕栽培システムの規模、対象とする植物などによって変化し得る。また、対象となる植物として主にトマトを例に挙げているが、他の果菜、特には甘みが求められる他の果菜には有効であり、中でも収穫前の水切りが最も難しいとされるメロンには好適である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る給水制御方法、給水制御システムは、農業、園芸の産業分野、特には水耕栽培の産業分野において広く利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１、２、３．水耕栽培システム
１１、１１ａ．第１の給水装置、
１２．第１の貯水槽、
１３．第１のポンプ、
１４．第１の給水管
１５．第２の給水装置、
１６．第２の貯水槽、
１７．第２のポンプ、
１８．第２の給水管
１９、１９ａ．栽培筒、
２０．制御装置
２１．下部栽培筒、
３０．培地
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開平６−７０４７号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９７４９号公報
【特許文献３】特開平１０−１７８９４４号公報
【特許文献４】特開２００７−２１５４８５号公報
【特許文献５】特開平１０−１１３０８３号公報
【図１】
2010178644.tif 000003
【図２】
2010178644.tif 000004
【図３】
2010178644.tif 000005
【図４】
2010178644.tif 000006
【図５】
2010178644.tif 000007