(57)【要約】【課題】従来よりも著しく高い栽培効率を達成する。【解決手段】植物を養液栽培する培養部と、上記培養部に対して養液を供給する養液供給部と、上記養液供給部から上記培養部への養液の供給を制御する制御部と、栄養素の種類と植物における当該栄養素の吸収速度とを生育ステージ毎に関連づけて格納した記憶装置とを備え、上記制御部は、上記培養部にて栽培している植物の生育ステージに基づいて、上記記憶装置から上記栄養素の吸収速度を求め、上記培養部に供給する養液に含まれる上記栄養素の量を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を養液栽培する培養部と、
上記培養部に対して養液を供給する養液供給部と、
上記養液供給部から上記培養部への養液の供給を制御する制御部と、
栄養素の種類と植物における当該栄養素の吸収速度とを生育ステージ毎に関連づけて格納した記憶装置とを備え、
上記制御部は、上記培養部にて栽培している植物の生育ステージに基づいて、上記記憶装置から上記栄養素の吸収速度を求め、上記培養部に供給する養液に含まれる上記栄養素の量を決定することを特徴とする養液栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の生長に必要な成分を含む養液を液肥として供給する養液栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
養液栽培とは、植物の生長に必要な成分を含む養液（培養液と称される場合もある）を液肥として供給することで植物を栽培する方法であって、培地として土を用いずに植物を培養する方法である。養液栽培において、水及び/又は培養液を培地とする方式である湛液水耕（NFT：Nutrient Film Technique）と、ロックウール等の固形培地を用いる方式である固形培地耕が知られている。如何なる方式でも、養液には、通常、窒素、リン及びカリウム等の多量要素と、鉄、マンガン及びホウ素等の微量要素とがイオンの状態で含まれている。
【０００３】
特許文献１には、養液栽培において、栽培する植物の種類、栽培周辺の環境に併せて、肥料である養液に含まれる栄養分の割合や、養液の供給量、供給時刻を自由に設定できるシステムが開示されている。特許文献１に開示されたシステムでは、異なる肥料成分からなる複数の原液タンクから、予め決定された調合パターン及び供給パターンが入力された制御装置に従って養液が調合されるとともに所定のタイミングで栽培している植物に供給される。しかしながら、特許文献１には、植物の栽培ステージに応じて必要とされる成分が示されておらず、制御装置による養液の調合を如何なるデータに基づいて決定するか記載されていない。
【０００４】
特許文献２には、植物の種類、生育状況及び栽培時期に応じて、養液の供給量及び養液の肥料濃度を制御する養液栽培システムが開示されている。特許文献２に開示されたシステムでは、養液の肥料濃度を電気伝導度（EC）に基づいて規定しており、養液に含まれる各元素について濃度を制御していない。
【０００５】
特許文献３には、オリーブの植物工場内の栽培において、市販の水耕栽培用液体肥料を用い、栽培ステージに応じて窒素供給量を制御することが開示されている。ただし、特許文献３に開示された栽培方法は、養液栽培ではなく、土壌に植えたオリーブに対して栽培条件を制御する方法であって、液体肥料に含まれる成分の濃度を調整するものではない。
【０００６】
特許文献４には、植物の根部に肥料を直接ミスト状にして供給するミスト栽培法において、その植物に必要な肥料を、必要な量で、必要とする時期に正確に根部に供給できることが記載されている。
【０００７】
特許文献５には、植物の生長ステージを判断し、生長ステージ毎に植物への施肥量（培養液の供給量）を決定する施肥管理方法が開示されている。特許文献５に開示された施肥管理方法では、植物に対する日射量の積算値が所定値に達する毎に植物への施肥を行う。すなわち、特許文献５に開示された施肥管理方法では、生長ステージ毎に上記所定値を定めておき、各生長ステージで施肥量を決定するものである。なお、特許文献５に開示された施肥管理方法では、施肥に使用する養液に含まれる成分の濃度を調整するものではない。
【０００８】
特許文献６には、植物の根圏に必須栄養元素を供給するための複数の管路を埋設しておき、この管路を通じて、窒素、リン酸、カリ等の要素を単独で放出し、植物に選択的に吸収させる栽培方法が開示されている。ただし、特許文献６には、複数の管路を使用した施肥のタイミングや施肥量について記載されていない。
【０００９】
特許文献７には、特定の花が開花する時期を基準にし、その基準前は、少なくとも肥料の三大要素である窒素、リン及びカリウムを含んだ通常肥料を用い、基準後は、カリウム等の標準濃度を低くした任意の肥料要素からなる肥料を用いる水耕栽培方法が開示されている。ただし、特許文献７に開示された水耕栽培方法では、低カリウムの果菜類を収穫するため、カリウム等の標準濃度を低くした任意の肥料の施肥タイミングを決定している。
【００１０】
特許文献８には、植物に養液を供給して水耕栽培する方法であって、栽培の初期段階においては、新規な養液を補充せずに栽培し、栽培の中期段階においては、自然減少した養液に相当する液量の新規な養液を補充しつつ栽培し、栽培の後期段階においては、自然減少した養液よりも多くの液量の新規な養液を補充しつつ栽培するものであり、前記後期段階において補充する養液の液量は、栽培日数の経過に従い増やすことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−１７２９４７号公報
【特許文献２】特開２００４−６５２６５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１５８２７０号公報
【特許文献４】特開２００７−６１０１４号公報
【特許文献５】特開２００５−２５３３７７号公報
【特許文献６】特開２０００−２５３７２１号公報
【特許文献７】特開２０１４−１８１９０号公報
【特許文献８】国際公開 ＷＯ２０１０／０４６９５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、従来の養液栽培においては、予め決められた養液濃度を所定のタイミングで供給するといった栽培システムが知られていた。しかしながら、従来の養液栽培においては、植物の生長ステージに応じた適切な養液を供給するものではなく、植物の栽培効率を十分に高めるものとは言えない。そこで、本発明は、このような実情に鑑み、従来よりも著しく高い栽培効率を達成することができる養液栽培装置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】
【００１３】
上述した目的を達成した本発明に係る養液栽培装置は、以下を包含する。
（１）  植物を養液栽培する培養部と、上記培養部に対して養液を供給する養液供給部と、上記養液供給部から上記培養部への養液の供給を制御する制御部と、栄養素の種類と植物における当該栄養素の吸収速度とを生育ステージ毎に関連づけて格納した記憶装置とを備え、上記制御部は、上記培養部にて栽培している植物の生育ステージに基づいて、上記記憶装置から上記栄養素の吸収速度を求め、上記培養部に供給する養液に含まれる上記栄養素の量を決定することを特徴とする養液栽培装置。
（２）  上記養液供給部は、それぞれ異なる栄養素の原液を貯留する複数の原液タンクと、上記複数の原液タンクのそれぞれに配設され、原液タンクからの原液の流量を制御する流量制御部とを備えることを特徴とする（１）記載の養液栽培装置。
（３）  上記培養部にて栽培している植物を撮像する撮像部を更に備え、上記制御部は、上記撮像部で撮像した植物の画像に基づいて生育ステージを判定することを特徴とする（１）記載の養液栽培装置。
（４）  上記培養部にて栽培している植物の生育ステージを入力する入力部を更に備え、上記制御部は、上記入力部で入力した生育ステージに基づいて上記培養部に供給する養液に含まれる上記栄養素の量を決定することを特徴とする（１）記載の養液栽培装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、栽培対象の植物に対して、生育ステージにおける栄養素の吸収速度に応じて適切な養液を供給することができ、植物を効率よく栽培することができる。このため、本発明に係る養液栽培装置によれば、高い収穫量を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した養液栽培装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る養液栽培用装置における記憶装置に格納するデータの一例であり、（ａ）は生育ステージと栄養素の吸収速度との関係を示す特性図であり、（ｂ）は生育ステージ毎に栄養素の吸収速度をまとめた表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る養液栽培装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
養液栽培装置は、図１に示すように、栽培対象の植物１を養液栽培する培養部２と、培養部２に対して養液を供給する養液供給部３と、養液供給部３から培養部２への養液の供給を制御する制御部４と、栄養素の種類と植物における当該栄養素の吸収速度とを生育ステージ毎に関連づけて格納した記憶装置５とを備える。
【００１８】
栽培対象の植物１としては、特に限定されず、養液栽培が可能な植物とすることができる。植物１としては、アイスプラント及びリーフレタス等の葉野菜、ルッコラ及びバジル等のハーブ系、トマト類、メロン及びイチゴ等の果物野菜、バラ等の花卉類、コメ及び大豆等の穀物類並びにこれらの幼苗を挙げることができる。ここで、養液栽培とは、植物の生育に必要な養分及び水分を、養液（培養液、液肥、液体肥料等を呼称される場合もある）として供給する栽培方法を意味する。養液栽培には、ロックウール等の培地を使用した固形培地耕と、培地を使用せず、養液中に根を浸けた状態で栽培する水耕栽培と、培地を使用せず、根に培養液を噴霧して栽培する噴霧耕とが含まれる。本発明に係る養液培養装置は、これら固形培地耕、水耕栽培及び噴霧耕のいずれにも適用することができる。なお、図１に示した養液栽培装置は、水耕栽培により植物１を栽培するものである。
【００１９】
養液栽培において、養液には、植物の生育に必要な栄養素が含まれる。ここで、栄養素とは、通常、植物の生育に比較的多く必要である多量要素と、多量要素よりは少ない量で必要な微量要素とが含まれる。多量要素とは、窒素；N、リン；P、カリウム；K、カルシウム；Ca、マグネシウム；Mg及び硫黄；Sである。一方、微量要素とは、鉄；Fe、マンガン；Mn、ホウ素；B、銅；Cu、亜鉛；Zn、モリブデン;Mo、ケイ素；Si、塩素；Cl、アルミニウム；Al、ナトリウム；Na及びニッケル；Ni等である。なお、微量要素については、栽培対象とする植物１の種類に応じて適宜選択すればよい。
【００２０】
なお、栄養素としては、炭素；C、酸素；O2、水素；H2があるが、これらは主に空気中の炭酸ガスと根から吸収した水の形で供給することができる。
【００２１】
図１に示す養液培養装置において、培養部２は、植物１の姿勢を維持する支持部材６を備えている。培養部２は、支持部材６には複数の開口部が形成され、各開口部に植物が栽培される。支持部材６の下方空間に養液が供給され、植物１の根がこの下方空間内の養液と接触する。
【００２２】
図１に示す養液培養装置において、養液供給部３は、端部を培養部２に臨ませた流路管７と、養液に含まれる栄養素のうち少なくとも１種類の栄養素を含む原液タンク８（図１では原液タンク８ａ〜８ｃ）と、原液タンク８と流路管７との間に配設された流量計９（図１では流量計９ａ〜９ｃ）と、原液タンク８と流路管７との間に配設された弁１０（図１では弁１０ａ〜１０ｃ）とを備えている。なお、図１に示した養液栽培装置は、養液に含まれる栄養素のうち少なくとも３種類の栄養素のそれぞれに対応して、原液タンク８ａ〜８ｃと流量計９ａ〜９ｃと弁１０ａ〜１０ｃを備えている。すなわち、図１に示した養液栽培装置は、第１の栄養素について原液タンク８ａと流量計９ａと弁１０ａを備え、第２の栄養素について原液タンク８ｂと流量計９ｂと弁１０ｂを備え、第３の栄養素について原液タンク８ｃと流量計９ｃと弁１０ｃを備えている。
【００２３】
本発明に係る養液栽培装置において、原液タンク８と流量計９と弁１０とは、３種類の栄養素に対応する３セットに限定されず、１種類の栄養素に対応する１セットであっても良いし、２種類の栄養素に対応する２セットであっても良いし、４種類以上の栄養素に対応する４セット以上であっても良い。上述のように、養液には、多量要素及び微量要素として、多くの元素がイオンの形態で含まれる。養液に含まれる全ての要素（元素）について上記セットを備えても良い。特に、養液に含まれる栄養素のうち、多量要素について上記セットを備えることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る養液栽培装置は、養液に含まれる所定の栄養素について、原液タンク８と流量計９と弁１０を用いて培養部２に供給する構成に限定されず、所定の栄養素を培養部２に対して所望量で供給できるような構成とすることができる。
【００２５】
図１に示す養液栽培装置において、制御部４は、養液供給部３の流量計９及び弁１０に接続され、流量計９及び弁１０の動作を制御することで養液供給部３から培養部２への養液の供給を制御する。なお、図１には示していないが、制御部４は、植物１の栽培環境条件を制御するものであっても良い。例えば、制御部４は、栽培中の植物１に対して人工光を照射する照射装置の動作を制御するものであっても良い。また、制御部４は、栽培中の植物１の栽培温度や湿度を制御するものであっても良い。
【００２６】
図１に示す養液栽培装置において、記憶装置５は、上記制御部４に接続されている。記憶装置５は、植物の種類を意味する情報と、当該植物の生育ステージ毎の栄養素の吸収速度に関する情報とを関連づけて記憶している。記憶装置５に格納するデータは、栽培対象の植物について養液栽培を行い、様々な生育ステージにおいて各栄養素について吸収速度を求めることで予め準備することができる。吸収速度を求める方法としては、特に限定されないが、養液栽培を開始してから生育ステージ毎に養液をフラクションコレクターを用いてサンプリングし、栄養素（例えば、リンイオン、窒素イオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン等）の量的変化を定法に従って測定することができる。例えば、このようなサンプリングを１時間に１回、４８時間に亘って行い、各生育ステージにおける平均吸収速度を算出することができる。このように算出した平均吸収速度は、生育ステージに応じて大きく差があり、また、栄養素に応じて大きな差がある。
【００２７】
より具体的に、ダイズにおける生育ステージは、ＶＥ、ＶＣ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６からなる栄養生長期と、Ｒ１〜Ｒ８からなる生殖生長期とからなる。栄養生長期において、ＶＥは発根の段階、ＶＣは子葉の段階、Ｖ１は本葉の段階、Ｖ２は第２枝の段階、Ｖ３は第３枝の段階、Ｖ４は第４枝の段階、Ｖ５は第５枝の段階及びＶ６は第６枝の段階である。生殖生長期において、Ｒ１は開花始めの段階、Ｒ２は開花終わりの段階、Ｒ３は莢伸長始めの段階、Ｒ４は莢成長終わりの段階、Ｒ５は粒肥大始めの段階、Ｒ６は粒肥大終わりの段階、Ｒ７は登熟始めの段階、及びＲ８は登熟終わりの段階である。
【００２８】
記憶装置５に格納するデータにおいて、ダイズの場合の生育ステージは、上述したＶＥ、ＶＣ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６及びＲ１〜Ｒ８の全ての段階をそれぞれ生育ステージとしても良いし、複数の段階をまとめて１つの生育ステージとしてもよい。例えば、ＶＥ〜Ｖ５までを１つの生育ステージとしてもよい。
【００２９】
さらに、記憶装置５に格納するデータにおいて、ダイズの場合の生育ステージは、上述したＶＥ、ＶＣ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６及びＲ１〜Ｒ８からなる段階から選ばれる１以上の段階を生育ステージとすることもできる。例えば、Ｖ５の段階を１つの生育ステージとし、Ｒ２の段階を次の生育ステージとし、Ｒ４の段階を次の生育ステージとすることもできる。
【００３０】
さらにまた、記憶装置５に格納するデータにおいて、ダイズの場合の生育ステージは、上述したＶＥ、ＶＣ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６及びＲ１〜Ｒ８のうち１つの段階を更に細かく段階分けして、細かく分けた各段階をそれぞれ生育ステージとしても良い。例えば、Ｒ７は登熟始めの段階であるが、登熟終わりの段階（Ｒ８）までにＲ７を２分割し、前半を登熟始めの生育ステージとし、後半を登熟中の生育ステージとすることもできる。
【００３１】
すなわち、記憶装置５に格納するデータにおいて、生育ステージとは、植物の生育段階を区分けする期間を意味し、適宜設定することができる。また、生育ステージは、栽培対象の植物毎に異なる期間を設定することもできる。
【００３２】
一方、記憶装置５には、上述した生育ステージ毎に、植物における栄養素の吸収速度を格納しておく。すなわち、記憶装置５は、栄養素の種類と植物における当該栄養素の吸収速度とを生育ステージ毎に関連づけて格納しておく。ここで、記憶装置５に記憶する栄養素の種類としては、特に限定されず、上述した多量要素（窒素；N、リン；P、カリウム；K、カルシウム；Ca、マグネシウム；Mg及び硫黄；S）及び微量要素（鉄；Fe、マンガン；Mn、ホウ素；B、銅；Cu、亜鉛；Zn、モリブデン;Mo、ケイ素；Si、塩素；Cl、アルミニウム；Al、ナトリウム；Na及びニッケル；Ni等）を挙げることができる。記憶装置５には、多量要素及び微量要素の両方について吸収速度を記憶しても良いし、一方の吸収速度を記憶しても良い。また、記憶装置５には、窒素；N、リン；P、カリウム；K、カルシウム；Ca、マグネシウム；Mg、硫黄；S、鉄；Fe、マンガン；Mn、ホウ素；B、銅；Cu、亜鉛；Zn、モリブデン;Mo、ケイ素；Si、塩素；Cl、アルミニウム；Al、ナトリウム；Na及びニッケル；Ni等から選ばれる少なくとも１の元素について吸収速度を記憶しても良い。特に、記憶装置５には、栄養素のなかでも多量要素について吸収速度を記憶しておくことが好ましく、更にリン；P、カリウム；K、カルシウム；Ca、マグネシウム；Mg及び硫黄；Sについて吸収速度を記憶しておくことが好ましい。
【００３３】
例えば、リン、カリウム及びカルシウムの吸収速度は、上述したように定法により測定すると、例えば図２（ａ）に示すように、生育ステージにより大きく変動する。そして、記憶装置５には、図２（ｂ）に示すように、栄養素の吸収速度と生育ステージとを関連づけて記憶することができる。なお、これら図２（ａ）及び（ｂ）は理解のために模式的に示すものである。
【００３４】
図１に示す養液培養装置は、制御部４に接続され、栽培対象の植物の生育ステージを入力する入力手段１１を有していてもよい。なお、栽培対象の植物によっては、如何なる生育ステージにあるかを栽培開始からの経過時間によって判断できる場合もあるため、本発明に係る養液培養装置は入力手段１１を有しない構成であってもよい。また、本発明に係る養液培養装置は、図示しないが、栽培中の植物を撮像する撮像手段を備えていても良い。撮像手段により栽培している植物の画像を制御部４に入力し、制御部４において植物の大きさ等に基づいて生育ステージを判定することができる。
【００３５】
以上のように構成された養液栽培装置では、栽培対象の植物について生育ステージに応じて異なる養液を供給しながら当該植物を栽培することができる。
【００３６】
一例としては、先ず操作者が栽培対象の植物について、その大きさや葉の数等の情報に基づいて入力手段１１により生育ステージを入力する。
【００３７】
制御部４は、入力された生育ステージに基づいて記憶装置５を検索し、入力された生育ステージにおける各栄養素の吸収速度を読み出し、読み出した吸収速度に基づいて養液に含まれる当該栄養素の濃度を計算する。そして、制御部４は、原液タンク８から供給された各栄養素の原液が流路管７にて混合されて養液となったときに、上述のように計算した濃度となるように、弁１０及び流量計９を制御して原液の供給量を調整する。各栄養素について所望の濃度となった養液は、培養部２の空間に供給される。これにより、培養部２にて栽培される植物は、その生育ステージに応じた養液により栽培される。
【００３８】
上述のように、本発明に係る養液培養装置では、栽培対象の植物について、生育ステージにおける栄養素の吸収速度に基づいて、当該栄養素の供給量を調整することができる。これにより、本発明に係る養液培養装置を用いることで、生育ステージ毎に、植物に対して各種栄養素を過不足無く供給することができ、植物の栽培効率を向上させることができる。従来の養液栽培装置においては、栽培対象の植物に応じて組成の異なる養液を使用していたものの、生育ステージ毎に異なる組成の養液を使用するようなことはなかった。この場合、生育ステージによっては、所定の栄養素が不足してしまう結果、生育速度の低下や生育不良が生じてしまうことがあった。また生育ステージによっては、所定の栄養素が過剰となることもあり、この場合には当該栄養素が使用されずに廃棄されることとなりコスト高につながってしまう。本発明に係る養液培養装置によれば、このような従来の養液栽培における栄養素の過不足を防止することができることで、植物の栽培効率を向上させることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１…植物、２…培養部、３…養液供給部、４…制御部、５…記憶装置、６…支持部材、７…流路管、８…原液タンク、９…流量計、１０…弁、１１…入力手段
【図１】
2016106579.tif 000003
【図２】
2016106579.tif 000004