(57)【要約】【課題】電気使用量の低減を図りながら、対象植物の品質を均一化でき、収穫効率にも優れる植物栽培装置および植物栽培方法を提供する。【解決手段】植物栽培装置１は、太陽光を取り込み可能な栽培施設２内に、上下方向に栽培パネル４を２段以上に重ねて構成される多段化水耕栽培設備３を設置してなり、設備３の最上段以外の栽培パネル４上にも太陽光が一部入り込む構造であり、かつ、設備３の最下段以外の各段下部に照明装置７が設置されており、設備３の最上段の栽培パネル４には、太陽光が照射されて対象植物１０の水耕栽培が行なわれ、設備３の最上段以外の各段の栽培パネル４には、太陽光と照明装置７による人工光とが照射されて対象植物１０の水耕栽培が行なわれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を取り込み可能な栽培施設内に水耕栽培設備を設置してなる植物栽培装置であって、
前記水耕栽培設備が、上下方向に栽培パネルを２段以上に重ねて構成される多段化水耕栽培設備であり、該設備の最上段以外の栽培パネル上にも太陽光が一部入り込む構造であり、かつ、該設備の最下段以外の各段下部に照明装置が設置されており、
前記多段化水耕栽培設備の最上段の栽培パネルには、太陽光が照射されて対象植物の水耕栽培が行なわれ、該設備の最上段以外の各段の栽培パネルには、太陽光と前記照明装置による人工光とが照射されて対象植物の水耕栽培が行なわれることを特徴とする植物栽培装置。
【請求項２】
前記多段化水耕栽培設備が、間隔を置いて並列に複数設置されており、前記間隔が５０ｃｍ以上で、かつ、前記多段化水耕栽培設備の１つの幅に対して１／３〜１であることを特徴とする請求項１記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記照明装置がＬＥＤ照明装置であり、太陽光がない状態において測定した、最上段以外の各段の栽培パネル上で栽培中の対象植物の最上部における光合成有効光量子束密度（ＰＰＦＤ）が１００〜３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の植物栽培装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤ照明装置が、赤色および青色の発光素子を有する装置であることを特徴とする請求項３記載の植物栽培装置。
【請求項５】
前記多段化水耕栽培設備の各段の栽培パネルは、対象植物の生育度合に応じて複数のエリアに分割されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の植物栽培装置。
【請求項６】
前記照明装置は、前記エリア毎に対象植物に対する高さを調整可能であることを特徴とする請求項５記載の植物栽培装置。
【請求項７】
前記対象植物が、葉物野菜であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の植物栽培装置。
【請求項８】
前記多段化水耕栽培設備の栽培パネル表面と、最下段以外の各段下部表面に光反射材を設置してなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の植物栽培装置。
【請求項９】
太陽光を取り込み可能な栽培施設内において、上下方向に栽培パネルを２段以上に重ねて構成され、最上段以外の栽培パネル上にも太陽光が一部入り込む構造の多段化水耕栽培設備を設置して植物栽培を行なう植物栽培方法であって、
前記多段化水耕栽培設備の最上段の栽培パネルでは太陽光で対象植物の水耕栽培を行ない、該設備の最上段以外の各段の栽培パネルでは太陽光と人工光との併用で対象植物の水耕栽培を行なうことを特徴とする植物栽培方法。
【請求項１０】
前記人工光が前記多段化水耕栽培設備の最下段以外の各段下部に設けられたＬＥＤ照明装置により照射され、太陽光がない状態において測定した、最上段以外の各段の栽培パネル上で栽培中の対象植物の最上部における光合成有効光量子束密度（ＰＰＦＤ）が１００〜３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１であることを特徴とする請求項９記載の植物栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の栽培装置および栽培方法に関し、特に温室ハウスなどの栽培施設内において太陽光を利用しつつ水耕栽培を行なう植物栽培装置および植物栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の野菜類の栽培は、太陽光の下、屋外の露地栽培が主流であった。しかし、露地栽培は、長雨、豪雨、豪雪、干ばつ、台風などの影響を受けやすく、収穫量が不安定であった。その対策として、温室ハウス内などの栽培施設内において野菜類の栽培が行なわれている例がある。
【０００３】
一方、レタスなどの葉物野菜（葉菜類）については、土を用いず、養分を含んだ養液を用いた水耕栽培が普及しつつある。水耕栽培は、土耕栽培と比べて栽培期間を短くできる点も普及が進んでいる理由の一つである。水耕栽培は、露地栽培のように完全屋外ではなく、温室ハウス内や屋内など、常に外気と接触する環境でないことから、室温や湿度を天候に依存せず調整でき、また、病気や害虫などが発生し難いという利点がある。
【０００４】
水耕栽培としては、主に太陽光利用型と閉鎖型がある。太陽光利用型は、透明な温室ハウス内に水耕栽培設備を配置し、太陽光のみを用いた光合成作用で植物の成長を促している。一方、閉鎖型は、屋内の閉鎖空間内に水耕栽培装置を配置し、白色蛍光灯、冷陰極蛍光ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの人工光のみを用いて植物の成長を促している。
【０００５】
例えば、閉鎖型の水耕栽培装置として、光源にＬＥＤなどの光半導体素子を用い、この光半導体素子と養液貯留槽に循環供給される養液との間で熱交換を行ない、素子の発熱を有効利用する装置が知られている（特許文献１参照）。この装置は、上下方向に複数の栽培ユニットを積み重ねた構成にも適用可能とされている。
【０００６】
また、水耕栽培に際して太陽光と人工光を併用した複合型も一部提案されている。例えば、植物を栽培する栽培空間を上下方向に複数段設置し、最上段の栽培空間では太陽光と場合によっては人工光を併用して植物栽培を行ない、最上段以外の栽培空間では人工光の照射によって植物栽培を行なう栽培装置が知られている（特許文献２参照）。この装置では、太陽光による上段と人工光による下段の栽培空間を遮光カーテンによって区切り、光の出入りを阻害することで、上段と下段とで独立した植物の生長コントロールを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５９４１０号公報
【特許文献２】特開平１０−１７４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一般的な温室ハウス内での水耕栽培は、平面上の一段式がほとんどであり、ハウス内空間を有効活用できていない。このため、施設サイズ当たりの収穫効率に劣る。仮に、単純に多段化した場合、上段は太陽光が十分に照射されるが、下段は太陽光が入り難くなるため、下段の植物成長が著しく遅れたり、やせ細った植物しか栽培できず、対象植物の品質の均一化が図れない。
【０００９】
特許文献１では、閉鎖型において上下方向に多段式の水耕栽培を提案しているが、装置が複雑であること、照明装置が多く必要であり、電気使用量が多くなるなど、解決すべき課題が多数残されている。
【００１０】
一方、電気使用量を少なくした環境に優しい栽培手段として、特許文献２では太陽光と人工光の併用型を提案しているが、この方式の場合、上段のみ太陽光（一部人工光を使用）、上段以外は全て人工光を使用しており、エネルギー使用量の観点からは不十分であり、改善すべき余地が残されている。また、下段の人工光に蛍光灯を使用しており、万一栽培中に破損した場合、破片が野菜類上に落下して混入するおそれがあり、安全上の懸念が残る。
【００１１】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、電気使用量の低減を図りながら、対象植物の品質を均一化でき、収穫効率にも優れる植物栽培装置および植物栽培方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の植物栽培装置は、太陽光を取り込み可能な栽培施設内に水耕栽培設備を設置してなる植物栽培装置であって、上記水耕栽培設備が、上下方向に栽培パネルを２段以上に重ねて構成される多段化水耕栽培設備であり、該設備の最上段以外の栽培パネル上にも太陽光が一部入り込む構造であり、かつ、該設備の最下段以外の各段下部に照明装置が設置されており、上記多段化水耕栽培設備の最上段の栽培パネルには、太陽光が照射されて対象植物の水耕栽培が行なわれ、該設備の最上段以外の各段の栽培パネルには、太陽光と上記照明装置による人工光とが照射されて対象植物の水耕栽培が行なわれることを特徴とする。
【００１３】
上記多段化水耕栽培設備が、間隔を置いて並列に複数設置されており、この間隔が５０ｃｍ以上で、かつ、上記多段化水耕栽培設備の１つの幅に対して１／３〜１であることを特徴とする。また、光を有効活用するため、上記多段化水耕栽培設備の栽培パネル表面と、最下段以外の各段下部表面に光反射材を設置してもよい。
【００１４】
上記照明装置がＬＥＤ照明装置であり、太陽光がない状態において測定した、最上段以外の各段の栽培パネル上で栽培中の対象植物の最上部における光合成有効光量子束密度（Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｆｌｕｘ  Ｄｅｎｓｉｔｙ：ＰＰＦＤ）が１００〜３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１であることを特徴とする。特に、上記ＬＥＤ照明装置が、赤色および青色の発光素子を有する装置であることを特徴とする。
【００１５】
上記多段化水耕栽培設備の各段の栽培パネルは、対象植物の生育度合に応じて複数のエリアに分割されていることを特徴とする。また、上記照明装置は、上記エリア毎に対象植物に対する高さを調整可能であることを特徴とする。
【００１６】
上記対象植物が、葉物野菜であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の植物栽培方法は、太陽光を取り込み可能な栽培施設内において、上下方向に栽培パネルを２段以上に重ねて構成され、最上段以外の栽培パネル上にも太陽光が一部入り込む構造の多段化水耕栽培設備を設置して植物栽培を行なう植物栽培方法であって、上記多段化水耕栽培設備の最上段の栽培パネルでは太陽光で対象植物の水耕栽培を行ない、該設備の最上段以外の各段の栽培パネルでは太陽光と人工光との併用で対象植物の水耕栽培を行なうことを特徴とする。
【００１８】
また、この方法において、上記人工光が上記多段化水耕栽培設備の最下段以外の各段下部に設けられたＬＥＤ照明装置により照射され、太陽光がない状態において測定した、最上段以外の各段の栽培パネル上で栽培中の対象植物の最上部におけるＰＰＦＤが１００〜３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の植物栽培装置は、太陽光を取り込み可能な栽培施設内に水耕栽培設備を設置してなり、上記水耕栽培設備が、上下方向に栽培パネルを２段以上に重ねて構成される多段化水耕栽培設備であり、該設備の最上段以外の栽培パネル上にも太陽光が一部入り込む構造であり、かつ、該設備の最下段以外の各段下部に照明装置が設置されており、上記設備の最上段の栽培パネルには、太陽光が照射されて対象植物の水耕栽培が行なわれ、該設備の最上段以外の各段の栽培パネルには、太陽光と照明装置による人工光とが照射されて対象植物の水耕栽培が行なわれるので、葉物野菜などの対象植物の「多段化水耕栽培」が「太陽光と人工光の併用型」で行なわれ、一段式の太陽光のみ利用型よりも収穫量が多く、かつ、多段式の閉鎖型よりも電気使用量を削減できる。同時に、最上段以外の段においても、高い品質で栽培でき、対象植物の品質を均一化できる。
【００２０】
上記多段化水耕栽培設備が、間隔を置いて並列に複数設置されており、この間隔が５０ｃｍ以上で、かつ、上記設備の１つの幅に対して１／３〜１であるので、作業性に優れ、また、下段にも太陽光が入り込みやすく、下段の照明設備の電気使用量を削減できる。また、上記設備の栽培パネル表面と、最下段以外の各段下部表面に光反射材を設置し、下段などにおいて太陽光を有効利用できる。
【００２１】
上記照明装置がＬＥＤ照明装置であり、太陽光がない状態において測定した、最上段以外の各段の栽培パネル上で栽培中の対象植物の最上部におけるＰＰＦＤが１００〜３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１であるので、電気使用量を抑えながら、差し込む太陽光と合わせて、対象植物の十分な生育が可能になる。また、上記ＬＥＤ照明装置が、赤色および青色の発光素子を有する装置であるので、光合成の促進が図れる。
【００２２】
上記多段化水耕栽培設備の各段の栽培パネルが、対象植物の生育度合に応じて複数のエリアに分割されており、上記照明装置がこのエリア毎に対象植物に対する高さを調整可能であるので、生育段階に合わせた光の有効活用ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の植物栽培装置の全体概略図である。
【図２】多段化水耕栽培設備を側面方向から見た図である。
【図３】温室ハウス試験における播種後１５日、２５日、４０日の段階のレタス写真である。
【図４】完全閉鎖型試験における播種後４０日の段階のレタス写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の植物栽培装置の一例を図１および図２に基づいて説明する。図１は、植物栽培装置の全体概略図（正面図）であり、図２は、水耕栽培設備を側面方向から見た図である。図１に示すように、植物栽培装置１は、太陽光を取り込み可能な栽培施設２の内部に、上下方向に栽培パネル４を２段以上に重ねて構成される多段化水耕栽培設備３を設置してなる。栽培施設２は、樹脂フィルムやガラスなどで一部が構成されて太陽光を十分に透過し、かつ、雨や風の侵入を防ぐことができる施設であればよく、施設内環境を調整可能な公知のプラスチック製やガラス製の温室ハウスが利用できる。本発明の植物栽培装置は、屋内の完全閉鎖型ではなく、上記温室ハウス内などにおいて太陽光と人工光とを有効活用した多段式水耕栽培を行なう装置である。
【００２５】
この実施形態における栽培施設２は、施設内に日照量、温度、湿度、二酸化炭素量、ＰＰＦＤを測定可能な各種センサーが配置されており、栽培に適した環境になるよう、側面および天窓の開閉、エアコンオンオフなどが自動化されている。また、図示は省略するが、日射量を制御できる遮光カーテン、低温期において温室内を保温できる保温カーテン、各設備３の下の地面に配置された、温室内の湿度調整用に作業通路を湿らせるためのタイマーつき灌漑用配管、などが備えられている。また、各設備３の直下には、湿度調整が可能な土、ロックウールなどの保湿機能を有する素材８が配置されている。さらに、上段への植え替えなど、高所作業する際に作業者がステップ台などを利用するが、そのステップ台が不安定にならないように作業用通路９をコンクリートなどの硬質素材で形成している。
【００２６】
この実施形態では、多段化水耕栽培設備３は、栽培パネル４を上下方向に２段に重ねて構成されている。各段は、栽培空間を確保するように離間して配置されている。栽培パネル４は、内部に養液槽を有する段本体部５に嵌め込まれる構造であり、発泡スチロールなどの軽量部材で形成され、対象植物１０を把持するための穴が複数開けられた構造となっている。この栽培パネル４と段本体部５とからなる各段の栽培レーンは、略直方体形状であり、複数の支柱６ａと支持部６ｂからなるアルミ製などのラック６に載置されている。また、図示は省略するが、各段（特に下段）の栽培空間では空気が淀みやすくなるため、各段の栽培レーン間の空気を換気するための換気用循環扇が設置されている。
【００２７】
本発明が栽培対象とする植物としては、水耕栽培可能なものであれば特に限定されないが、例えば、ルッコラ、大葉、クレソン、パセリ、レタスなどの葉物野菜が挙げられる。また、レタスとしては、ヘッドレタス、リーフレタス、バタビアレタス、立ちレタス、カッティングレタス、ステムレタスなどが挙げられる。
【００２８】
多段化水耕栽培設備の水耕方式としては、薄膜水耕（ＮＦＴ式）、湛液式水耕（ＤＦＴ式）のいずれの方式も採用できる。いずれの方式を採用する場合でも、段本体部５の内部の養液槽に、養液温度や養液組成を制御した養液を循環させ、栽培パネル４の下部から露出した対象植物の地下茎・根の生育条件を整えている。ＮＦＴ式では、地下茎・根が気中および養液中に位置し、養分は養液より、酸素は空気中より取り込む。ＤＦＴ式では、地下茎・根が養液中に位置し、養分および酸素を養液より取り込む。養液としては、対象植物の種類にもよるが、酸素、アンモニア態窒素、硝酸態窒素などの窒素成分、リン酸などのリン成分、硫黄成分、カリウム、マグネシウム、カルシウム、鉄、マンガン、ホウ素などを適宜含むものを用いる。
【００２９】
この実施形態における多段化水耕栽培設備３では、すべての栽培レーンにおいてＤＦＴ式を採用している。養液管理は、養液温度、養液組成、ＥＣ値、溶存酸素量、ＰＨなどを栽培に適した環境に自動制御が可能な装置を使用して行なっている。
【００３０】
本発明における多段化水耕栽培設備は、最上段以外の栽培パネル上にも太陽光が一部入り込む構造である。図１および図２に示す形態では、下段の栽培レーンの栽培パネル４の両側面に遮光カーテンなどの遮光物を配置せず、解放状態としている。これにより、上段の栽培レーン間から太陽光が一部入り込み、下段の栽培パネル４上にも照射される。また、上段の栽培レーンの面積を小さくする、上段と下段の栽培レーンの位置をずらす、ラックの支柱を透明部材で形成する、光ファイバなどの光伝達手段を用いることなどにより、太陽光を最上段以外の栽培パネル上に入り込みやすくできる。太陽光を多く利用するほど、下段の照明設備の電気使用量を削減できる。
【００３１】
多段化水耕栽培設備３は、所定の間隔Ｄを置いて並列に複数設置（図１では３個）されている。この間隔Ｄは、（１）５０ｃｍ以上で、かつ（２）該設備の１つの幅Ｗに対して１／３〜１に設定することが好ましい。（２）は、幅Ｗに対して１／２〜２／３であることがより好ましい。図１および図２に示す形態であれば、多段化水耕栽培設備３の幅Ｗは、栽培レーン（栽培パネル４＋段本体部５）の幅と略同一である。また、間隔Ｄは、作業用通路９の間隔である。このような範囲とすることで、設備間を移動して栽培作業を行う作業者の作業性に優れ、上段の栽培レーン間から下段の栽培パネル上に差し込む光量も十分に確保可能になる。より好ましい範囲としては、多段化水耕栽培設備の幅Ｗが１２０ｃｍ程度であり、この場合の間隔Ｄは６０ｃｍ〜８０ｃｍとする。
【００３２】
作業用通路９から最上段の栽培パネル４までの高さＨは、作業性および下段への太陽光の入り込みを著しく阻害しない範囲であれば任意の高さとできる。例えば、６０ｃｍ〜１４０ｃｍ程度とすることが好ましい。この高さに応じて、多段化水耕栽培設備３の段数が決定できる。また、栽培レーンの全面を多段とするのではなく、作業性を考慮して端部の片側に一段部を残してもよい。特に、葉物野菜などの幼苗の段階では、完全に太陽光で生育させることが好ましいため、この一段部で生育させ、その後、多段部（下段を含む）に移植させるなどの手順を採用できる。
【００３３】
また、多段化水耕栽培設備３の栽培パネル表面と、最下段以外の各段下部表面に光反射材を設置してもよい。各段の下部表面とは、各段を支えるラック６の支持部６ｂの下表面などである。光反射材を設置することで、栽培レーンの側面から差し込む太陽光を有効利用でき、また、反射した太陽光および人工光が葉の裏面や側面からも当たるようになり、光合成を促進させることができる。
【００３４】
図２に示すように、多段化水耕栽培設備３の各段の栽培パネル４は、対象植物の生育度合（例えば、栽培ステージＡ〜Ｄ）に応じて複数のエリアに分割されている。栽培ステージに応じて、対象植物の栽培密度（栽培パネルの穴の数で調整）や、光量を調整できる。
【００３５】
多段化水耕栽培設備３の最下段以外の各段下部には照明装置７が設置されている。照明装置７としては、消費電力が小さく、安全性にも優れることから、ＬＥＤ照明装置を採用することが好ましい。ＬＥＤの色は対象植物に適したものを選定すればよい。植物は、細胞の中にクロロフィル（葉緑素）を有し、このクロロフィルの吸収スペクトルは４００〜５００ｎｍおよび６００〜７００ｎｍに鋭い吸収帯を有する。よって、光合成を促進するために、赤色（波長：６５０〜７００ｎｍ）、青色（波長：４３０〜４４０ｎｍ）を含む混合色ＬＥＤが好ましい。具体的には、赤色および青色の発光素子をそれぞれ複数個配列したＬＥＤ照明装置を用いることが好ましい。また、湿気などが多い箇所での使用となることから、防水機能を有するものが好ましい。
【００３６】
ＬＥＤ照明装置７は、太陽光がない状態において測定した、栽培パネル４上で栽培中の対象植物の最上部におけるＰＰＦＤが１００〜３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１となるように設定することが好ましい。ここで、対象植物の最上部とは、照明装置下部の植物の生育にバラつきがある場合には、最大のものの最上部である。ＬＥＤ照明装置は、照射距離が離れるとＰＰＦＤが著しく低下することから、対象植物の実際の葉部分（最上部）でのＰＰＦＤがこの範囲になるように、光量、距離などを適宜設定する。
【００３７】
上記ＰＰＦＤが１００μｍｏｌｍ−２ｓ−１未満であると、十分な生育ができない場合や、生育にバラつきが生じるおそれがある。一方、３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１をこえても成長はほぼ頭打ちとなり、電気使用量も増える。最上段以外の栽培パネル上では、上記ＰＰＦＤ範囲を満たすような条件でＬＥＤ照明装置による照射を行なうことで、差し込む太陽光と合わせて、葉物野菜などの対象植物において、葉数、葉面積、比葉面積、全体形状などの面で十分な生育が可能になる。
【００３８】
図１および図２に示すように、この実施形態のＬＥＤ照明装置７は、栽培レーンの長手方向に沿った長尺形状のＬＥＤ管を、栽培レーンの幅方向に複数本並設したものである。また、長手方向には、栽培レーンの長さや栽培ステージ範囲に合わせて適宜設けられている。ＬＥＤ管内では、ＬＥＤ発光素子が直線状に並べて配置されている。
【００３９】
この実施形態では、ＬＥＤ管は、個別単位、栽培レーン単位、栽培ステージ単位で、それぞれ点灯オンオフが制御可能であり、かつ、タイマー機能も有する。これにより、栽培ステージ毎等でのＰＰＦＤの制御が可能になる。また、下段の植物の生育が遅れるような場合には、夜間にタイマーで所定時間だけＬＥＤ照明装置による照射を行ない、生育度合を調整できる。その他、作業者の目への負担を抑えるため、栽培ステージ毎、栽培レーン毎に一括オフできるよう、作業者の手が届く範囲で、消灯ボタンを設備の端面に配置している。
【００４０】
この実施形態の多段化水耕栽培設備３は、長手方向には端部を除きほぼ切れ目がなく、太陽光は幅方向両面からのみ入り込む構造である。このため、栽培パネル４上では、入り込む太陽光の光量差が幅方向で大きくなりやすい。ＬＥＤ照明装置７を幅方向に複数本並設置し、それぞれを独立して点灯制御することで、この光量差を補正できる。また、ＬＥＤ管の設置本数を、幅方向端部では少なく、幅方向中央部では多くすることでも、この光量差をなくすことができる。
【００４１】
図２に示すように、ＬＥＤ照明装置７は、栽培ステージ（Ａ〜Ｄ）のエリア毎に高さを調節できる。上述したように、ＬＥＤ照明装置７は、対象植物との照射距離が離れるとＰＰＦＤが著しく低下することから、栽培初期（栽培ステージＡなど）は、栽培パネル４上で栽培中の対象植物の最上部と、ＬＥＤ照明装置７との距離を小さくすることが好ましい。また、栽培後期（栽培ステージＤなど）で対象植物が成長した場合は、その形状を考慮し、該対象植物の最上部と、ＬＥＤ照明装置７との距離をあえて大きくすることで、葉や茎に対して一定量の光を照射することが可能となる。このように、栽培パネルとＬＥＤ照明装置との距離ではなく、栽培パネルで栽培中の対象植物の最上部との距離を考慮して、この距離が、生育度合が進んだ栽培ステージほど大きくなるように調整することが好ましい。
【００４２】
本発明では、最上段以外の栽培パネル上にＬＥＤ照明装置による照射を行なうことを特徴とするが、雨季、冬季など日射量が少ない時期については、補光のために最上段にもＬＥＤ照明装置を設置して照射を行なってもよい。
【００４３】
本発明の植物栽培方法は、上記した植物栽培装置を用いた方法である。すなわち、太陽光を取り込み可能な栽培施設内において、上下方向に栽培パネルを２段以上に重ねて構成され、最上段以外の栽培パネル上にも太陽光が一部入り込む構造の多段化水耕栽培設備を設置して植物栽培を行なう方法であり、多段化水耕栽培設備の最上段の栽培パネルでは太陽光で対象植物の水耕栽培を行ない、該設備の最上段以外の各段の栽培パネルでは太陽光と人工光との併用で対象植物の水耕栽培を行なうことを特徴としている。
【００４４】
以上のように、本発明の植物栽培装置および植物栽培方法では、温室ハウスなどの施設内に多段化した水耕栽培設備を所定間隔で複数列配置し、それぞれの設備で最上段は太陽光、最上段以外は最上段の栽培レーン間から差し込む太陽光と人工光を併用することで、使用電力を抑えた環境に優しい水耕栽培が可能となる。
【実施例】
【００４５】
本発明の植物栽培装置を用いて、以下の諸条件により、レタスの栽培を行ない、その生育状況を観察した。
【００４６】
［温室ハウス仕様］
・東海ハウス社製：製鉄骨造硬質フィルムハウス
・間口８ｍ×奥行き１８ｍ×高さ５．３ｍ（手前に前室：奥行き３ｍ、奥に栽培室：奥行き１５ｍ）
・環境制御用駆動部：天窓、サイドカーテン、遮光カーテン、保温カーテン
・制御方法：温度、日射量、雨量、風速などを各種センサーで計測し、東海ハウス製複合制御システム（名称：マリンシステム）で一括制御し、各駆動部の開閉を自動化した。
・水耕栽培設備の設置箇所以外はコンクリート敷きとした。
・水耕栽培設備の下部には加湿用散水チューブを設置した。必要に応じて、散水／加湿した。
【００４７】
［水耕栽培設備仕様］
・Ｍ式水耕研究所製：ＧＦＭプラント 商品名「えむ」
・幅１．２ｍ×奥行き１２ｍの水耕栽培レーン（上／下の２段）をハウス内に３本設置した。
・水温、ＰＨ、溶存酸素量、ＥＣ値などを各種センサーで計測し、マリンシステムで一括制御した。
・設定値に合わせて、水、養液成分を自動供給した。
・設備間隔を６０ｃｍ〜８０ｃｍとし、下段に太陽光が届く配置とした。
【００４８】
［ＬＥＤ仕様］
・鍋清社製：赤／青混合ＬＥＤ 商品名（ＤＥＬＥＤ Ｓｌｉｍ）：全長１２００ｍｍ
・赤色ＬＥＤ λ＝６２５ｎｍ×２１６個 ＋ 青色ＬＥＤ λ＝４５０ｎｍ×７２個の併用型
・消費電力  ２８Ｗ／本
・水耕栽培設備の上段下部にアルミフレームのラックに取り付けて設置した。
・栽培レーン幅１２００ｍｍに対し、ＬＥＤ管を栽培レーンと平行に１０本配置した（間隔：約１０ｃｍ）。
・１０本／ユニットとし、９ユニットを各栽培レーン設置した（９０本／レーン×３＝合計２７０本使用）。
・マリンシステムで最適光量を制御した。
・上段は太陽光のみ、下段は太陽光＋人工光の併用とした。
【００４９】
［制御方法］
・マリンシステムで一括制御した。
【００５０】
［栽培対象植物、栽培手順、および栽培条件］
・葉物野菜であるレタス類（シンジェンダジャパン製バタビアレタス（非結球）ＬＥ２００５）を用いた。
（１）コーティング種子を育苗用発泡ウレタンにセットし、加湿した。
（２）常温（２０〜２５℃）、日光を遮断した状態で約３日放置し、発芽させた。
（３）発芽後、太陽光に当てた状態で約一週間放置し、育苗した。
（４）移植用発泡栽培パネル（６００ｍｍ×９００ｍｍ、１２０穴／パネル）に移植し、２〜３週間栽培した。
（５）定植用発泡栽培パネル（６００ｍｍ×９００ｍｍ、１６穴／パネル）に定植し、２〜３週間栽培後、収穫した。
・太陽光がない状態において測定した、下段の栽培パネル上で栽培中のレタスの最上部におけるＰＰＦＤが１００〜３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１となるようにＬＥＤ管の高さを設定した。
・ＬＥＤ管による照射時間は７：００〜１９：００と設定した（夜間は未照射）。
・各種設定条件：養液温度１８〜２３℃、ＥＣ値１．０〜２．０ｄｓ／ｍ、ＤＯ値４〜８ｍｇ／Ｌ、室温１５〜３２℃（空調設備、各種駆動部の開閉で温度管理）
・ＣＯ２を適宜供給した。
・下段の換気を行なうため、水耕栽培設備の下段中央部に換気扇を設置した。
【００５１】
以上の条件における上段（太陽光）および下段（太陽光（差し込む分）＋ＬＥＤ）の場合と、対比として下段でＬＥＤなし（太陽光（差し込む分）のみ）の場合における、播種後１５日、２５日、４０日の段階のレタス写真を図３に示す。図３に示すように、播種後４０日において、下段でＬＥＤありの場合には、上段とほぼ同じ生育が見られた。一方、下段でＬＥＤなしの場合には、徒長気味であった。
【００５２】
また、他の比較例として、同種のレタスについて、以下の条件で完全閉鎖型試験を実施した。
【００５３】
［完全閉鎖型試験］
・ＬＥＤ以外の光源のない室内で試験した。
・葉物野菜であるレタス類（上記と同じ）を用いた。
（１）コーティング種子を育苗用発泡ウレタンにセットし、加湿した。
（２）常温（２０〜２５℃）、日光を遮断した状態で約３日放置し、発芽させた。
（３）発芽後、太陽光に当てた状態で約一週間放置し、育苗した。
・白色のみ、赤のみ、青のみ、赤／青混合の各ＬＥＤで、他の光源がない状態において測定した、栽培パネル上で栽培中のレタスの最上部におけるＰＰＦＤが１００〜３００μｍｏｌｍ−２ｓ−１となるようにＬＥＤ管の高さを設定した。
・ＬＥＤ管による照射時間は７：００〜１９：００と設定した（夜間は未照射）。
・各種設定条件：養液温度２５℃、ＥＣ値１．０〜２．０ｄｓ／ｍ、ＤＯ値４〜８ｍｇ／Ｌ、室温２５℃（空調設備で管理）
【００５４】
以上の条件におけるＬＥＤ赤のみ、青のみ、白のみ、赤／青混合の場合における播種後４０日の段階のレタス写真を図４に示す。図４に示すように、いずれの場合も、所望の形状に生育できなかった。図４と図３との対比より、密閉型では十分な生育ができない強度のＬＥＤ照射、および、下段に差し込む太陽光であってそれのみでは徒長気味となる太陽光であっても、これらを併用することで、葉数、葉面積、形状などの面で非常に品質の高いレタス（十分な太陽光で生育したものと同等）が生産できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の植物栽培装置および植物栽培方法は、電気使用量の低減を図りながら、対象植物の品質を均一化でき、収穫効率にも優れるので、水耕栽培可能な種々の植物、特にレタスなどの葉物野菜の栽培に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１  植物栽培装置
２  栽培施設
３  多段化水耕栽培設備
４  栽培パネル
５  段本体部
６  ラック
７  照明装置（ＬＥＤ照明装置）
８  保湿機能素材
９  作業用通路
１０  対象植物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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