(57)【要約】【課題】植物の促成効果をより確実に得ることのできる水耕栽培システムを提供する。【解決手段】養液４を貯留して植物Ｓを生育する栽培槽１，２と、栽培槽１，２に養液４を循環供給するための循環配管７とを備えた水耕栽培システムであって、養液４に対して浮遊性を有する浮遊性気泡Ｂを養液４中に発生させて養液４とともに栽培槽１，２に供給する手段８と、栽培槽１，２内の養液４の水位ＷＬを上下させる手段３，５，９とをさらに備え、養液４の水位ＷＬを上下させることで、植物Ｓの根Ｎの少なくとも一部が養液４に浸される状態と養液４から露出する状態とが繰り返され、植物Ｓの根Ｎの少なくとも一部が養液４から露出する時間は、養液４に浸される時間よりも長いようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
養液を貯留して植物を生育する栽培槽と、前記栽培槽に前記養液を循環供給するための循環配管とを備えた水耕栽培システムであって、
前記養液に対してマイクロバブルまたはウルトラファインバブルを前記養液中に発生させて前記養液とともに前記栽培槽に供給する手段と、前記栽培槽内の前記養液の水位を上下させる手段とをさらに備え、
前記養液の水位を上下させることで、前記植物の根の少なくとも一部が前記養液に浸される状態と前記養液から露出する状態とが繰り返され、
前記植物の根の少なくとも一部が前記養液から露出する時間は、前記養液に浸される時間よりも長いことを特徴とする水耕栽培システム。
【請求項２】
前記マイクロバブルまたはウルトラファインバブルの気体種が空気、酸素または二酸化炭素の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培システム。
【請求項３】
前記栽培槽は、上下方向に複数段に配置され、
前記養液の水位を上下させる手段が、サイフォン方式または給水および排水を繰り返す方式であることを特徴とする請求項１または２に記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
前記マイクロバブルまたはウルトラファインバブルは、前記養液の循環配管内または溜めタンク内で発生して、前記栽培槽に供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
前記マイクロバブルの球相当直径が１〜５０μｍで濃度が１千個／ｍｌ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の水耕栽培システム。
【請求項６】
前記ウルトラファインバブルの球相当直径が１００〜２００ｎｍで濃度が１億個／ｍｌ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つ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、水耕栽培システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水や培養液で植物を生育する水耕栽培技術として、例えば特許文献１〜４に示すような技術が知られている。
【０００３】
特許文献１の水耕栽培装置は、栽培ボードと光源と循環型の給水路とを備える栽培棚を多段に積層したものであり、各段の給水路の水位を満水状態と小水状態とに制御することによって使用水量を少なくし、装置全体の重量が小さくなるようにしている。
【０００４】
特許文献２の植物栽培容器は、培養液が貯留する栽培槽の底部よりも下方の位置にサイフォンを設けたものであり、液面に浮遊したゴミのみならず、液中や栽培槽の底部に蓄積したゴミなどを自然排出できるようにしている。
【０００５】
特許文献３の植物処理装置は、香り成分などの所定の物質を含むウルトラファインバブル液を植物に吸収させて、付加価値の付いた植物を得るようにしたものである。
【０００６】
特許文献４の水耕栽培酸素供給システムは、１０μｍ程度のマイクロバブルにより溶液中の溶存酸素を増加させて、植物の根毛からの養分と酸素の吸入を促進するようにしたものである。
【０００７】
なお、マイクロバブルのような微小気泡を利用した水処理技術に関し、本特許出願人は既に特許文献５に示すような技術を提案している。
【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、上記の従来の特許文献１、２に示すように養液の水位を上下させるだけでは、植物の促成効果を十分に得られないおそれがあった。また、上記の従来の特許文献３、４に示すようにマイクロバブルやウルトラファインバブル（いわゆるファインバブル（図２を参照））の養液への供給だけでは、植物の促成効果を十分に得られないおそれがあった。
【０００９】
このため、植物の促成効果をより確実に得ることのできる技術が求められていた。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、植物の促成効果をより確実に得ることのできる水耕栽培システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る水耕栽培システムは、養液を貯留して植物を生育する栽培槽と、前記栽培槽に前記養液を循環供給するための循環配管とを備えた水耕栽培システムであって、前記養液に対してマイクロバブルまたはウルトラファインバブル（いわゆるファインバブル）を前記養液中に発生させて前記養液とともに前記栽培槽に供給する手段と、前記栽培槽内の前記養液の水位を上下させる手段とをさらに備え、前記養液の水位を上下させることで、前記植物の根の少なくとも一部が前記養液に浸される状態と前記養液から露出する状態とが繰り返され、前記植物の根の少なくとも一部が前記養液から露出する時間は、前記養液に浸される時間よりも長いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、植物の促成効果をより確実に得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、水耕栽培システムの実施の形態を示す概略図である。
【図２】図２は、参考文献１に記載の「バブルの直径と名称の関係」を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、水耕栽培システムの実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態の水耕栽培システムは、上段に配置された栽培槽１と、下段に配置された栽培槽２を備えている。栽培槽１、２はサイフォン管３を介して接続した同容積の槽であり、それぞれ槽内下部に養液４を貯留可能である。養液４としては、水を主成分として栄養分を含有させた液体を使用しているが、本発明はこれに限るものではなく、単なる水や水を主成分としない液体であってもよい。栽培槽１、２内には、養液４によって生育する植物Ｓが配置されている。植物Ｓは葉Ｈと根Ｎを有する植物である。本実施の形態では、例えばレタスや小松菜などの葉野菜を想定している。
【００１６】
栽培槽２の下段には、サイフォン管５を介して接続した溜めタンク６が設けられており、この溜めタンク６には、養液４が溜められている。溜めタンク６は循環配管７を介して栽培槽１と接続しており、循環配管７の途中には養液ポンプ８とバブル発生器９が設けられている。養液ポンプ８を作動することによって、溜めタンク６中の養液４は循環配管７を通じて栽培槽１に供給可能である。
【００１７】
バブル発生器９は、気体タンク１０から気体の供給を受けて養液４中にバブルを発生するものであり、養液ポンプ８の下流側に設けられる。バブル発生方式には、キャビテーション方式や加圧溶解方式などを利用することができる。
【００１８】
バブル発生器９により発生するファインバブルは、マイクロバブルまたはウルトラファインバブルである。これらのバブルは、養液４とともに栽培槽１に供給可能である。ここで、本実施の形態でいうマイクロバブルは、１〜５０μｍが望ましい。また、本実施の形態でいうウルトラファインバブルは、１００ｎｍ〜２００ｎｍが望ましい。
【００１９】
なお、一般的なバブルの直径と名称の関係としては、例えば下記の参考文献１に示すようなものが知られている。図２は、参考文献１に記載の「バブルの直径と名称の関係」を示している。この図に示すように、一般的には、直径０．１ｍｍより小さな泡をファインバブルと呼んでおり、さらにファインバブルは、１μｍ以上１００μｍ未満をマイクロバブル、１μｍ未満をウルトラファインバブルと呼んで区別している。本実施の形態における植物の水耕栽培では、マイクロバブルの平均粒径（球相当直径）は１μｍ〜５０μｍ、濃度は１千個／ｍｌ以上が望ましく、ウルトラファインバブルの平均粒径（球相当直径）は１００ｎｍ〜２００ｎｍ、濃度は１億個／ｍｌ以上が望ましい。バブルの平均粒径は小さければ小さいほど、濃度については高ければ高いほど植物が吸収しやすくなり、促成効果をより得ることができる。
【００２０】
［参考文献１］  独立行政法人製品評価技術基盤機構ホームページ、「ファインバブルの測定と標準化」、［online］、［平成３０年２月２２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nite.go.jp/gcet/fb/index.html＞
【００２１】
栽培槽１、２の直上には、栽培槽１、２の上面全体に光を照射するための光源として、ＬＥＤ照明装置１１が設けられている。
【００２２】
サイフォン管３は、側面視で逆Ｊ字状に湾曲した管であり、その両端部に取水口と排水口を有している。取水口は栽培槽１の底面近傍に設定した下限水位ＬＷＬ（例えば根Ｎの下端の位置）に位置しており、排水口は栽培槽２の内部に配置されている。サイフォン管３の頂部は、植物Ｓの葉Ｈと根Ｎの境界部の高さに設定した上限水位ＨＷＬに位置している。
【００２３】
サイフォン管５も、サイフォン管３と同様の配置態様となっている。すなわち、サイフォン管５の取水口は栽培槽２の底面近傍に設定した下限水位ＬＷＬに位置し、排水口は溜めタンク６の内部に配置される。サイフォン管５の頂部は、植物Ｓの葉Ｈと根Ｎの境界部の高さに設定した上限水位ＨＷＬに位置している。
【００２４】
本実施の形態の水耕栽培システムでは、養液ポンプ８を所定のタイミングでオン・オフ操作することによって、サイフォン管３、５内を交互に満たし、サイフォン動作による排水を交互に生じさせ、栽培槽１、２内の養液４の水位ＷＬを交互に上下させる。各栽培槽で水位ＷＬが上限水位、下限水位間で上下すると、植物Ｓの根Ｎが養液４に浸される状態と、養液４から露出する状態とが繰り返される。本実施の形態においては、植物Ｓの根Ｎが養液４から露出する時間を、養液４に浸される時間よりも長く設定する。
【００２５】
上記の動作手順について、より具体的に説明する。
図１に示すように、栽培槽１の養液４の水位ＷＬが下限水位ＬＷＬに達すると、栽培槽１から栽培槽２へのサイフォン管３からの自動排水が停止する。一方、栽培槽２の養液４の水位ＷＬが上限水位ＨＷＬに達すると、サイフォン管５内には養液４が満たされるのでサイフォン動作による自動排水を開始する。これにより、栽培槽２の養液４は、サイフォン管５を通じて溜めタンク６に排水される。
【００２６】
ここで、サイフォン管３からの自動排水が停止した時点、またはそれ以後に、養液ポンプ８をオンにして作動させる。溜めタンク６から循環配管７を通じて栽培槽１に養液４の供給を開始し、栽培槽１の水位ＷＬが上昇する。この養液４には、バブル発生器９で発生したバブル（マイクロバブルまたはウルトラファインバブル）が混入している。一方、栽培槽２の水位ＷＬは、サイフォン管５の自動排水により低下する。栽培槽２の水位ＷＬが下限水位ＬＷＬに達すると、サイフォン動作が停止し、栽培槽２から溜めタンク６への自動排水が停止する。
【００２７】
栽培槽１の水位ＷＬが上限水位ＨＷＬに達すると、サイフォン管３内には養液４が満たされるのでサイフォン動作による自動排水を開始する。これにより、栽培槽１の養液４は、サイフォン管３を通じて栽培槽２に排水される。
【００２８】
ここで、サイフォン管３による自動排水を開始した時点、またはそれ以後に、養液ポンプ８をオフにして作動を停止させる。これにより、循環配管７から栽培槽１への養液４の供給が停止する。以降、上記の手順で養液ポンプ８のオン・オフ操作を繰り返すことによって、栽培槽１、２の養液４の水位ＷＬを上限水位ＨＷＬ、下限水位ＬＷＬ間で交互に上下させる。
【００２９】
上記の動作手順において、養液ポンプ８がオンのときは、栽培槽１では植物Ｓの根Ｎの一部が養液４に浸された状態となり、栽培槽２では植物Ｓの根Ｎの一部が空気中に露出した状態となる。反対に、養液ポンプ８がオフのときは、栽培槽１では植物Ｓの根Ｎの一部が空気中に露出した状態となり、栽培槽２では植物Ｓの根Ｎの一部が養液４に浸された状態となる。これにより、植物Ｓの根Ｎが養液４に浸される状態と、養液４から露出する状態とを繰り返し起こすことができる。本実施の形態では、各栽培槽において植物Ｓの根Ｎが養液４から露出している時間は、養液４に浸される時間よりも長く設定する。
【００３０】
本実施の形態によれば、養液４の水位ＷＬの上下とバブル（マイクロバブルまたはウルトラファインバブル）の養液４への供給を同時に行い、根Ｎの一部を養液４に浸すことと、空気中への露出を繰り返し、かつ、空気中に露出する時間を養液４に浸す時間よりも長く制御することで、上記の従来技術よりも高い促成効果を得ることができる。
【００３１】
（本実施の形態の効果の検証）
表１は、本実施の形態の効果を検証するために行った実験結果の一覧表である。水耕栽培する植物（野菜種）としてレタス、小松菜を選定した。本実施の形態の実施例１〜３、比較例１〜３ではレタスを、本実施の形態の実施例４〜６、比較例４〜６では小松菜を栽培するものとした。バブル発生方式としては、実施例１〜３ではキャビテーション方式を、実施例４〜６では加圧溶解方式を使用した。マイクロバブルとしては、平均粒径（球相当直径）が１〜５０μｍで、その気泡の濃度が１千個／ｍｌ以上のものを使用した。ウルトラファインバブルとしては、平均粒径（球相当直径）が１００〜２００ｎｍで、その気泡の濃度が１億個／ｍｌ以上のものを使用した。バブル生成用の気体としては、実施例１、４は空気を、実施例２、５は酸素を、実施例３、６は二酸化炭素を使用した。そして、比較例１、４を除いて、設定したタイマー時間で養液ポンプをＯＮ・ＯＦＦ作動させ、各栽培槽の養液の水位を交互に上下させる動作を一定期間繰り返すようにした。養液ポンプがＯＮの間、根の一部は養液に浸され、ＯＦＦの間、根の一部は空気中へ露出される。
【００３２】
なお、比較例１、３、４、６では、バブルを混入しない養液を使用し、比較例２、５では、バブルを混入した養液を使用した。比較例２、５では、養液ポンプがＯＮの時間をＯＦＦの時間よりも長くしており、根の一部が養液から露出する時間が、養液に浸される時間よりも短くなっている。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
野菜種がレタスの場合には、実施例１〜３の方が、比較例１〜３よりも栽培後の野菜重量、葉の長さ、根の長さはいずれも大きい。また、比較例２の野菜重量を１００とした重量相対比についても、実施例１〜３の方が大きい。このため、実施例１〜３は比較例１〜３よりも優れた促成効果を有している。野菜種が小松菜の場合にも同様の傾向が見てとれることから、実施例４〜６は比較例４〜６よりも優れた促成効果を有している。したがって、本実施の形態の実施例１〜６によれば、植物の促成効果を従来技術（比較例１〜６）よりも確実に得ることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１，２  栽培槽
３，５  サイフォン管
４  養液
６  溜めタンク
７  循環配管
８  養液ポンプ
９  バブル発生器
１０  気体タンク
１１  ＬＥＤ照明装置
Ｈ  葉
Ｎ  根
Ｓ  植物
ＷＬ  水位
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特開２０１５−２９４２３号公報
【特許文献２】特開２００４−７３００３号公報
【特許文献３】特開２０１４−１７１４６３号公報
【特許文献４】特開２００２−１４２５８２号公報
【特許文献５】特許第６２２２５５５号公報
【図１】
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【図２】
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