(57)【要約】      （修正有）【課題】ルートマットの形成を根本的に阻止し、底面潅水にて最適な潅水を実現する。【解決手段】植物栽培装置１は、傾斜状の底部を有する植物栽培容器１０の底面に敷かれたシート状の潅水布１１の毛管現象により、貯水タンク（貯水容器）１３の水の底面潅水を土壌１２に行う。この潅水により、水位センサとしてのフロートスイッチ１４が貯水タンク１３の水位の低下を検知し、これに基づき補助潅水装置１５にて植物栽培容器１０の上方より土壌１２に補助潅水を行う。これにより栽培する植物Ｐの根の周囲に保水領域Ｒが形成され、その形成に用いられなかった余剰水は植物栽培容器１０の傾斜より貯水タンク１３に流入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜状の底部を有する植物栽培容器と、
この容器の底面に敷かれた潅水シートと、
前記植物栽培容器に収容され、栽培する植物が植えられる土壌と、
前記栽培容器の傾斜下端側に設けられるとともに、前記潅水シートが挿入されて前記潅水シートの毛管現象を介して前記土壌に底面潅水を行う貯水容器と、
この貯水容器に設けられた水位センサと、
この水位センサにより検知された前記貯水容器の水位の低下に基づき、前記植物栽培容器の上方より前記土壌に更なる潅水を行う補助潅水装置と、を備えることを特徴とする植物栽培装置。
【請求項２】
前記潅水シート上に防根透水シートが敷かれる請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記補助潅水装置による潅水は潅水管を介して行われ、この潅水管の先端領域が前記土壌の植えられた前記植物の根の付近に挿入される請求項１または２に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
前記水位センサにより検知する水位変化量の設定値と、前記補助潅水装置を挿入する前記土壌の深さにより、潅水量を調整する請求項１から３のいずれかに記載の植物栽培装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の植物栽培装置を用いる潅水制御方法であって、
（ａ）前記潅水シートが底面潅水を行う工程と、
（ｂ）この潅水により前記水位センサが前記貯水容器の水位の低下を検知する工程と、
（ｃ）検知した前記貯水容器の水位の低下に基づき、前記補助潅水装置が前記土壌に更なる潅水を行い、前記土壌の植えられた前記植物の根の周囲に保水領域を形成する工程と、
（ｄ）この保水領域形成に用いられなかった余剰水が前記貯水容器に流入する工程と、を有することを特徴とする潅水制御方法。
【請求項６】
（ｅ）前記余剰水の流入により前記水位センサが前記貯水容器の水位の上昇を検知する工程と、
（ｆ）検知した前記貯水容器の水位の上昇に基づき、前記補助潅水装置が潅水を停止する工程と、を更に有する請求項５に記載の潅水制御方法。
【請求項７】
前記補助潅水装置の潅水の停止は、前記水位センサが前記貯水容器の当初水位への上昇を検知したことに基づく請求項６に記載の潅水制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潅水シートの毛管現象により底面潅水を行う植物栽培装置およびこれを用いる潅水制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プランター等の植物栽培用の容器にて植物栽培を行うに際して、容器内の土壌より数ｃｍ下方にある貯水槽から、吸水力の強い潅水布の毛管現象により水を吸い上げて土壌に潅水する底面潅水（給水）が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。この方法は、土壌表面の通気性を維持しながら、植物の吸水量に見合う分量の水を給水できるので、優れた潅水方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２７１７７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７０３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および２に記載されるような底面潅水では、植物生長に伴う吸水量の増大により、根が潅水布面上に密集するルートマットを形成することで（図４参照）、吸水能力が顕著に低下する問題があった。その結果、炎天下で萎れが発生することがあり、最悪の場合には枯死に至るおそれがあった。このことが、底面潅水の長年の課題であり、信頼性に欠ける大きな要因となっていた。
【０００５】
ここで、蒸発散量は、原理的には、土壌−植物系の重量の変化から求める方法、チャンバー内に隔離した植物空間での入口と出口の通気量と絶対湿度から求める方法等がある。
【０００６】
しかし、いずれの方法も精密な設備が必要になる等のため、実用的でなく、通常の施設栽培では、たとえば、タイマ制御、日射制御、土壌水分センサによる制御等、気象の変化に見合う潅水制御が行われている。
【０００７】
このうち、タイマ制御では、天候や植物の状態が異なっても、定期的に一定量の潅水が行われてしまう。日射制御では、気象条件しか考慮されず、植物体の大きさやその生育状態には対応できない。土壌水分センサによる制御では、土壌水分が空間的に変化し、計測値が全体を代表した値となり得ない。実際に、土壌水分を１％レベルで把握するには１０点以上の計測データが必要となると言う知見がある（Ａｉｔｃｈｉｓｏｎらによる１９５１年の論文）。
【０００８】
一方、ルートマットの形成を阻止する策としては、たとえば、潅水布を部分的に大気中に開放することで根の侵入を防止する方法、巻子布に薬剤を注入して根の集中を抑制する方法、吸水変異をプログラムにより可変させて欠損する土壌水分量を自動的に補う方法等、様々な試みがなされていた。しかし、これらの試みは、いずれも対処療法的な回避策であり、植物生理に絡むルートマットの形成を根本的に解決する方策とはなり得なかった。
【０００９】
本発明は、ルートマットの形成を根本的に阻止し、底面潅水にて最適な潅水を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
＜１＞  傾斜状の底部を有する植物栽培容器と、この容器の底面に敷かれた潅水シートと、前記植物栽培容器に収容され、栽培する植物が植えられる土壌と、前記栽培容器の傾斜下端側に設けられるとともに、前記潅水シートが挿入されて前記潅水シートの毛管現象を介して前記土壌に底面潅水を行う貯水容器と、この貯水容器に設けられた水位センサと、この水位センサにより検知された前記貯水容器の水位の低下に基づき、前記植物栽培容器の上方より前記土壌に更なる潅水を行う補助潅水装置と、を備えることを特徴とする植物栽培装置である。
【００１１】
＜２＞  前記潅水シート上に防根透水シートが敷かれる＜１＞に記載の植物栽培装置である。
【００１２】
＜３＞  前記補助潅水装置による潅水は潅水管を介して行われ、この潅水管の先端領域が前記土壌の植えられた前記植物の根の付近に挿入される＜１＞または＜２＞に記載の植物栽培装置である。
【００１３】
＜４＞  前記水位センサにより検知する水位変化量の設定値と、前記補助潅水装置を挿入する前記土壌の深さにより、潅水量を調整する＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の植物栽培装置である。
【００１４】
＜５＞  ＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の植物栽培装置を用いる潅水制御方法であって、（ａ）前記潅水シートが底面潅水を行う工程と、（ｂ）この潅水により前記水位センサが前記貯水容器の水位の低下を検知する工程と、（ｃ）検知した前記貯水容器の水位の低下に基づき、前記補助潅水装置が前記土壌に更なる潅水を行い、前記土壌の植えられた前記植物の根の周囲に保水領域を形成する工程と、（ｄ）この保水領域形成に用いられなかった余剰水が前記貯水容器に流入する工程と、を有することを特徴とする潅水制御方法である。
【００１５】
＜６＞  （ｅ）前記余剰水の流入により前記水位センサが前記貯水容器の水位の上昇を検知する工程と、（ｆ）検知した前記貯水容器の水位の上昇に基づき、前記補助潅水装置が潅水を停止する工程と、を更に有する＜５＞に記載の潅水制御方法である。
【００１６】
＜７＞  前記補助潅水装置の潅水の停止は、前記水位センサが前記貯水容器の当初水位への上昇を検知したことに基づく＜６＞に記載の潅水制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の植物栽培装置は、栽培する植物が植えられる土壌に、潅水シートの毛管現象を介した底面潅水と、補助潅水装置の上方からの補助潅水とから保水領域が形成されるため、当該植物の根の吸水可能な範囲が大きく拡がり、ルートマットの形成が根本的に阻止される。これにより、底面潅水にて最適な潅水が実現できる。
【００１８】
本発明の潅水制御方法は、本発明の植物栽培装置を用いて潅水制御を行うため、ルートマットの形成が根本的に阻止され、底面潅水にて最適な潅水が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の植物栽培装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の植物栽培装置を用いた際の実測吸水量と大気の水ポテンシャル（物理モデル）の経時変化を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）は本発明の植物栽培装置を用いた際の日射強さ・気温・土壌含水率の実測データを示すグラフであり、図３（ｂ）はその積算潅水量を示すグラフである。
【図４】図４は、形成されたルートマットの一例を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の植物栽培装置の概略構成図である
図１に示すように、本発明の植物栽培装置１は、植物栽培容器１０と、シート状の潅水布１１と、土壌１２と、貯水タンク（貯水容器）１３と、水位センサとしてのフロートスイッチ１４と、補助潅水装置１５と、から主に構成される。また、補助潅水装置１５は、潅水タンク２０と、ポンプ２１と、チューブ状の潅水管２２とから構成される。
【００２１】
植物栽培容器１０は、図示の例ではコンテナ状のプランターであり、底部が傾斜状に形成されている。なお、この植物栽培容器１０は、栽培する植物の規模等、目的に応じて鉢等を用いるようにしてもよい。
【００２２】
潅水布１１は、植物栽培容器１０の底面および傾斜上端側の側面に沿って敷かれている。この潅水布１１の上面には、防根透水布２５が敷かれ、これにより栽培する植物の根の潅水布１１への侵入を防ぐようになっている。なお、図示の例では、防根透水布２５は、潅水布１１が敷かれていない、植物栽培容器１０の傾斜下端側の側面にも敷かれている。
【００２３】
土壌１２は、これらの潅水布１１および防根透水布２５が敷かれた栽培容器１０内に入れられ、この土壌１２に栽培する植物Ｐが植えられる。
【００２４】
貯水タンク１３は、植物栽培容器１０の傾斜下端側に設けられ、潅水布１１の下端が挿入されてタンク内の水に浸漬している。この貯水タンク１３内にフロートスイッチ１４が設けられている。
【００２５】
補助潅水装置１５を構成する潅水タンク２０には、潅水管２２が連結されており、この潅水管２２の先端領域は、植物栽培容器１０の上方より、土壌１２の好ましくは図示のように、栽培する植物Ｐの根の付近に、適宜設定した深さｔまで挿入される。なお、根の付近とは、本装置を使用する栽培者が目視で根に近いと判断する位置であればよく、具体的な寸法範囲は問わない。
【００２６】
潅水タンク２０の水は、ポンプ２１により潅水管２２に給水される。このポンプ２１は、有線ないし無線により、フロートスイッチ１４と電気的に接続されている。
【００２７】
植物栽培装置１は、上述した構成により、以下の（ａ）〜（ｆ）のように作用し、潅水が制御される。
【００２８】
（ａ）土壌１２に負圧が生じると、潅水布１１の毛管現象により、貯水タンク１３の水の底面潅水が土壌１２に行われる。
【００２９】
（ｂ）この潅水によりタンク１３の水位が低下するが、その水位変化が設定値ｓを超えると、フロートスイッチ１４が検知する。
【００３０】
（ｃ）この水位変化のフロートスイッチ１４による検知を操作信号として、補助潅水装置１５のポンプ２１が作動し、潅水管２２により土壌１２に潅水が行われ、これにより栽培する植物Ｐの根の周囲に保水領域Ｒが形成される。
【００３１】
（ｄ）この潅水を続けると、保水領域Ｒが十分に形成され、その形成に用いられない余剰水が生じることになる。この余剰水は、植物栽培容器１０の底部の傾斜により潅水布１１上を流れて貯水タンク１３に流入する。
【００３２】
（ｅ）この流入による水位上昇が設定値ｓ、つまり当初水位に戻ると、その水位変化をフロートスイッチ１４が検知する。
【００３３】
（ｆ）この水位変化のフロートスイッチ１４による検知を停止信号として、補助潅水装置１５のポンプ２１が停止し、潅水管２２による土壌１２への潅水を終了する。
【００３４】
本発明の植物栽培容器１の作用により、栽培する植物Ｐの根の周囲に形成される保水領域Ｒは、潅水布１１からの底面潅水により供給される毛管水と、潅水管２２により栽培容器１０の上方から補助的に潅水される重力水とによる三次元的構造をなす領域となる。そのため、栽培する植物Ｐの吸水可能な範囲が飛躍的に増大することで、ルートマットの形成が抑制され、底面潅水においてルートマットが形成される構成上の問題が解消される。
【００３５】
ルートマットの形成の要因は、根が正の水分屈性をもつことによる。つまり、根は水分の多少を感知する能力を有することから、正の水分屈性を発現する。この水分屈性の程度は、通常、土壌の水分勾配に比例する（「根の辞典」朝倉書店  １９９８、ｐ．ｐ６５−６６）。そこで、本発明のように、土壌空間に任意の保水領域を形成し、三次元的な水分勾配を生じさせ、そこに植物の根を誘導して空間的に分散させることで、潅水布に根が二次元的に密集する、ルートマットの形成を阻止することが可能となる。
【００３６】
また、保水領域Ｒの形成の際に余った水は、植物栽培容器１０底面の潅水布１１上を流れて貯水タンク１３に流入し、その水位を元に戻すため、栽培する植物Ｐの吸水量に見合う水量を潅水できる利点を生かしながら、定常的に土壌１２の保水量を維持でき、栽培する植物Ｐに対して過不足のない最適潅水が実現する。
【００３７】
さらに、補助潅水装置１５による潅水量は、フロートスイッチ１４の検知する水位変化量の設定値ｓと、土壌１２に挿入する潅水管２２の深さｔを変えることで適宜調整することができる。つまり、設定値ｓを変えることで補助潅水装置１５からの潅水量を調整することができ、深さｔを変えることで潅水管２２からの水の土壌１２への拡がり方を調整し、貯水タンク１３へ還流する余剰水の量を変動させることができる。これにより、栽培する植物Ｐの種類、その生育段階、蒸発散量等に応じた潅水量の調整が可能となり、栽培する植物Ｐより得られる作物の収量や糖度に適した潅水を行うことができる。なお、この潅水量の調整は、たとえば、潅水管２２の土壌１２への挿入位置について、栽培する植物Ｐの根からの距離の長短を変えることでも調整可能である。
【００３８】
また、補助潅水装置１５のポンプ２１の作動一回当たりの給水量は、フロートスイッチ１４の感度と保水領域Ｒの保水量に依存し、かつ貯水タンク１３の断面積および土壌１２に挿入する潅水管２２の深さｔに直接関係する。この関係性を踏まえ、ポンプ２１の一回当たりの給水量を極力少なくすれば、栽培する植物Ｐのリアルタイムに近い蒸発散量の水の供給が可能となり、蒸発散量の計測装置としても活用できる。
【００３９】
ここで、潅水制御は、土壌−植物−大気を一つの連続したシステムとして捉えることができる（Ｋｒａｍｅｒ，「水環境と植物」  １９８６，ｐ．ｐ１９５−１９８）。そのため、この制御系を流れる吸水流量は、当該連続体のおかれた環境に適応した分量である。そして、通常は、土壌表面からの蒸発量は、植物の蒸散量に比して微量であるため、吸水量は概ね植物の蒸散量とみなしてよい。
【００４０】
〔吸水量の経時変化の測定〕
本発明の植物栽培装置における吸水量は、土壌保水量が概ね一定に保たれるため、植物が微気象の変化に適応して自らを最適に維持する必要水量となると考えられる。
【００４１】
そのことを実証するため、本発明の植物栽培容器１にて、植物Ｐとしてトマトを栽培した場合における、実測吸水量と、その際の大気側から見た負圧の値である大気の水ポテンシャル（物理モデル）の経時変化を比較した。結果を図２のグラフに示す。グラフにおいて、実測吸収量をｍＬ／分、大気の水ポテンシャルの値を−ＭＰａで縦軸に、測定月日を横軸に、それぞれ示してある。
【００４２】
また、測定に際し、実測吸水量としては、一定時間内におけるフロートスイッチ１４の検知した設定値ｓを超える水位変化の回数に基づき算出した値を、大気の水ポテンシャルとしては、その時の気温と相対湿度から算出した値を、ぞれぞれ採用した。
【００４３】
図２の結果から、理論に基づく数値である大気の水ポテンシャルの値の増減パターンと、実測吸水量の増減パターンが良く一致していることが判る。
【００４４】
これにより、本発明によれば、作物種類、生育段階、栽培環境に応じた蒸発散量をリアルタイムに計測でき、過不足やタイムラグの無い最適な潅水が実現できる。
【００４５】
結果として、潅水管理は「水やり３年」と言われるように、勘と経験に基づく試行錯誤を強いられるが、その労苦から解放されるとともに、土壌量を従来の半分以下に減らすことができる。
【００４６】
実際に、使用する土壌量が、本例のようなトマト栽培であれば、従来３０Ｌ程度であったところ、４．５〜５Ｌと、１／６以下に省力化を果たすことができた。
【００４７】
また、標準的な土耕栽培に比べ、施肥量は約３割強に、潅水量は８割程度に、それぞれ低減できる。そのため、低窒素状態で果実への炭水化物の転流が促進され、良質な作物が得られる。
【００４８】
〔保水量の測定〕
さらに、本発明の植物栽培装置１による給水を行った際に、土壌１２の保水量が概ね一定に保たれていることを実証するため、植物Ｐとしてほうれん草をハウス栽培した場合における、日射強さ・気温・土壌含水率の経時変化と、その経時における積算給水量を測定した。日射強さ・気温・土壌含水率の経時変化の結果を図３（ａ）のグラフに、積算給水量を同（ｂ）のグラフに、それぞれ示す。
【００４９】
測定は、土壌含水率については、土壌水分計（Ｄｅｌｔａ−ｔ社製、ＳＭ２００）を用い、いわゆるＡＤＲ法により行い、日射強さについては、日射計（英弘精機社製、Ｍｓ−８０２）を用いて行った。また、積算給水量の数値は、図２における吸水量と同様の算出方法に基づいて得られた数値を積算することにより得た。
【００５０】
図３の結果から、時々刻々変化する日射強さおよび温度に対し、土壌含水率は３３〜３５％と概ね一定に維持されていることが判る。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明したが、本発明の植物栽培装置および潅水制御方法は、上記実施の形態に限定されず、その範囲内で想定されるあらゆる技術的思想を含んでもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１              植物栽培装置
１０              植物栽培容器
１１              潅水布（潅水シート）
１２              土壌
１３              貯水タンク（貯水容器）
１４              フロートスイッチ（水位センサ）
１５              補助潅水装置
２０              潅水タンク
２１              ポンプ
２２              潅水管
２５              防根透水布
Ｐ                栽培する植物
Ｒ                保水領域
ｓ                フロートスイッチの設定値
ｔ                土壌に挿入する潅水管の深さ
【図１】
2017221150.tif 000003
【図２】
2017221150.tif 000004
【図３】
2017221150.tif 000005
【図４】
2017221150.tif 000006