報文

鯉淵研報

第 28 号

2012

鯉淵研報2812〜17（2012）

植物工場の夢と課題
池田

1 ．はじめに英男＊

ムなどを装備する必要があることになる。

これまでのわが国では，「農業は天気しだい」と2 ．植物工場という夢する自然条件依存型の考えが強かった。‘温室’ はその名のとおり低温期の加温や保温が中心であって，わたしたちは，植物工場という表現で，どのよう温室栽培では湿度や炭酸ガス（CO2）濃度，光の質な生産システムを考えるだろうか？

表 1 は筆者がや強度などの，植物が生育する環境を十分に管理し考える植物工場である。そして，この内容を実際にてきたわけではない。加温や保温は低温期の対策と実現できたのがオランダの施設園芸である。

しては効果があるが，施設を周年利用するなら，春から秋にかけての高温対策の方が重要になる。

3 ．高生産性の実現「植物工場」という表現をどのような意味づけとして解釈するかは，人によっていささか異なるかも

オランダの現状しれない。ここでは，植物工場を，環境データに基オランダで施設栽培されるトマト果実の 10 a 当づいて，植物の生育環境を可能な限り精密に制御したりの年間収量は，1970 年ころは 20 t 程度でしかて，科学的理論によって作物を ‘安定生産’，‘定量・なかったが，その後ロックウール培地の普及やハウ計画生産’，‘高品質生産’ でき，極めて高い生産性

ス環境の改善，高収量品種の作出，炭酸ガス施与，を実現できる施設と考えてみたい。これはまた，農コンピュータ技術などの普及等々によって，1980

薬を可能な限り減らした栽培によって，消費者に「安年代の中ころには 35t を超え，2000 年ころには 60 t全・安心」な商品を供給できるものでもある。さら近い収量に達した。30 年間でトマト果実収量が 3に，「工場」的意味合いを強くするなら，植物工場倍になったのである。2001 年の国際会議の時に，では栽培のシステム化や管理の自動化，搬送システ集まった研究者の茶飲み話しの中で，オランダのト

表１「植物工場」＝「サイエンス農業」の内容・養液栽培で作物生産を行うために，軽労働が中心となる。
・土を用いないために，連作障害を回避できる。
・多段栽培が可能
・地上部・地下部の環境制御をすることで，生育や品質を調節できる。
生 産 技 術 ・環境と作物生育のモニタリング，生育予測などに基づいて，計画的・安定的に生産できる。
・肥料や水分の高い利用効率を実現でき，農薬の使用量をかなり低減できる。
・栄養成分や機能性成分を強化した作物生産ができる。
・栽培施設内は清潔で，快適環境を形成できる。
・環境負荷をなくした持続的農業生産を実現できる。
販・年間を通じて，また台風等の気象災害時にも安定生産が可能で，さらに生産量や出荷量をある程度正確に把握・調節できるので，有利な販売を実現できる。
売・加工用・業務用として，歩留まりが高く，残渣の少ない生産を実現できる。
・虫や異物の混入が少ないので，洗浄や調製作業を省け，コストの縮減が可能。

立 地・ 建 築 ・立地場所を選ばず，非農地，栽培不適地などでの農業生産が可能＊（大阪府立大学名誉教授）千葉大学環境健康フィールド科学センター特任教授12(kg・m2）

植物工場の夢と課題（Kwantita tieve Informatie voor de Glastuinbouw（KWIN2005-2006））

図 1．オランダにおける果実収量増加

図 2．品種と閉鎖温室，補光の組合せで 100t/10aを達成！

る以外の余分なものは販売する。これについては，（Heuvelink 2009）「オランダのトマト生産農家はトマトでもうけているのではなくて，売電でもうけている」との話しもマト果実収量の上限は 80 t 程度ではないかと話したある。これとは別に，閉鎖型あるいは半閉鎖型の施記憶があるが，2008 年にオランダを訪問して聞い設で，施設内に到達するエネルギーを地下の滞水層たところ，年間 52 週の連続収穫によって 100 t /10aに貯蔵して，これを暖房に利用する検討が進んでいを達成したとのことであった。驚くべき数字である。

る。これはあくまで実験的な数字であり，実用化す

近年オランダの栽培施設を訪問すると，ベルトコるにはまだ解決しなければならない課題が残っていンベアやオーバーヘッドクレーンなどのさまざまなるが，サイエンスに基づく技術を駆使すると 10a の移動システムによって，個体単位あるいはコンテナ面積で年間 100 t 以上の果実収量を挙げることが可

単位で植物体が移動し，3 方向カメラによって評価能であることは証明された。

されて，ソーティングシステムで区分けされる光

オランダの施設園芸は輸出産業であり，国際競争景を見ることができる。菊の機械収穫やバラの栽培の中で鍛えられ，収量増加や生産性向上についてはベッドの移動システムなどを備える圃場では，広い常に考えられている。オランダ全体の栽培施設面積ハウスの中で極めて少ない人々が働いている。これはこのところ 10,000ha 程度で推移しているが，生はまさしく「植物工場」である（図 3，4）。

産者数は急速に減少している。このことは，1 戸当

昨今のオランダのガラスハウスを分類すると，通たりの経営面積が増加していることを示している。

常型のほかに閉鎖型や半閉鎖型がある。閉鎖型や半人件費が高いオランダでは，施設経営の中で雇用を閉鎖型は，エネルギー利用の考えから開発されたもいかに減らすかということが大きな課題であり，ロのである。しかし，栽培施設を閉鎖できるなら，エボット化やシステム化が進んだが，これを効率よくネルギー獲得に都合が良いだけでなく，病害虫の被行うためには規模拡大が必要となる。すなわち，オ害も減らせるし，CO2 濃度を高く維持することもしランダでは施設規模の拡大と，栽培装置の自動化ややすくなる。オランダのグリーンハウスでは，2020システム化，管理システムのコンピュータ化が同時年にエネルギーニュートラルになるとのことであ00に進んだ。今，彼らが抱える大きな問題は，省エ0る。すなわち，グリーンハウスで使用するエネルギーネである。収量増加に伴ってエネルギー消費も増加とそこで作り出されるエネルギーが等しくなるといし，このところ施設栽培のエネルギー消費は，生産うことで，驚くべきことである。

コスト全体の 20 〜 25％も占めるようになっている。

オランダの施設園芸のもう一つの特徴は，コンエネルギー対策としてこのところ普及しているのピュータがいろいろな場面で利用されていることでは，ガスタービンを稼働させて発電を行い，その際ある。環境管理はもちろんのこと，栽培管理や労発生する熱を暖房に利用し，排ガスを CO2 として働管理，収量管理，収量予測，効率的なエネルギー栽培に利用する方法，
すなわち ‘トリジェネ’ である。

利用など，さまざまなソフトが開発され，利用され発電によって生じた電力のうち，栽培施設で利用すている。言葉のわからない外国人労働者でも，ボタ13

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分の負担と責任を持つことで達成できたのである。

4 ．生産性向上
生産性には①労働生産性，②土地生産性，③資本生産性の三つの概念がある。それぞれは，収量あるいは収入を，それに要した労働時間，土地面積，投入資本で割って求める。したがって，生産性を向上させるためには，分子を大きくする（収量あるいは収入を増やす）ことが必要なだけでなく，分母を小図 3．鉢物を移動させるベルトコンベアと選別を行う 3D カメラを収納した箱さくする（労働時間を減らし，土地を有効活用し，低コストな生産を行う）必要がある。
分子を大きくする，すなわち作物の生育を早め，収量を増やすためにはどうしたらよいのだろか？
これからの日本で植物工場を発展させるための大きな課題であろう。
労働生産性の向上には，今まで人手に頼っていた作業を自動化したり，システム化したりすることが必要である。‘温室’ で行っていた温度管理や潅水などの作業は，簡単に自動化できる。コンピュータがあれば，作物の生育状態に合わせた管理もできる。
それとは別に，同じ時間働いても，重労働は軽労働化される必要がある。すなわち，労働の軽減も重要

図 4．移動式ベッドを用いたバラ栽培

ベッドが移動するために作業者は動く距離が大幅に減少した。またベッド間の通路が不要になったために栽植密度が高くなり，切り花収穫数も増加した。

な課題である。
作物を生産する施設としては，人工光・閉鎖型のものや，天然光を利用したガラス温室，プラスチックハウスなどがあるが，人工光・閉鎖型のものは極めて少ない。定量生産や無農薬，洗わないでも食べンを押すだけで入力できる管理コンピュータがあれられる等の効果を評価して，いくつかの企業が，しば，1 うね当たりの作業項目別の必要時間や収量をばらく前から人工光・閉鎖型の実用施設を建設して簡単に集計でき，効率を向上させる方法を考えるこきたが，コストがかかり過ぎたり，環境管理に問題とができる。収量予測プログラムでは，環境情報はがあったりして広く普及するには至っていない。

コンピュータからのデータを用いながら，植物体の一方，50,000ha といわれるわが国の園芸生産施情報を入力することで，一定期間先の収量を予測す設の中では，ガラス温室は 2,000ha 強（約 4％）で，ることができるので，出荷計画が立てやすくなる。

プラスチックハウスが大部分を占めている。その中1980 年代以降のオランダの施設園芸では，収量でも，パイプにフィルムをかけただけの簡単なもの

向上や労働軽減のために，施設の軒高を高くし，ハが圧倒的に多く，暖房機や湿度調節機，CO2 施与装イワイヤーシステムや植物体移動装置を導入し，栽置，換気装置などを備えたものはあまり多くない。

培方法を改善してきた。また別に，高収量品種や房すなわち，日本では施設栽培といっても保温重視で取りトマト品種の開発，天敵の利用，栽培装置の改あり，温度管理は体感的な場合が多い。作物管理は良なども絶えず行われてきた。暖房方式などについすべて手作業で，生産性も極めて低く，労働環境とても，常に新しい方法が提案されてきた。このようしても改善の必要性が大きい。植物の安定生産や計な品種や技術の開発は，試験研究機関と生産者，企画生産を実現するには地上部や地下部の環境調節が業の三者の共同によるものであった。それぞれが応必要になるが，そのための装置やそれを動かすコン

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ピュータが導入されている施設はわずかである。養液栽培の導入面積も 1,800ha 強（野菜＋花き，平成21 年）で全施設面積 50,000ha のわずか 3.5％程度と少ない。

5 ．今後わが国で収量増加，安定生産・定量生産・計画生産を実現するためには前述のように，オランダでは 1 年間の 10a 当たりのトマト果実収量が 100t を超える状況に至っている。オランダの考え方を知り，この道筋をたどるこ

図6光合成原料の取り込みと炭水化物の合成・転流を示す概念図とができれば，日本でも今よりははるかに多い収量を安定して生産できる可能性がある。以下にその考酸素やミネラルも同時に与えることができる。CO2え方を示したい。

は栽培施設内の CO2 濃度を高めることが必要であ

1）科学的に栽培を考えるるが，それだけでは不十分である。CO2 は葉の気孔

図 5，6 示すのは，植物栽培の概念である。すなから植物体内に取り込まれるので，CO2 を取り込ま

わち，光，水，熱，CO2，無機要素（肥料），O2（酸素）せるためには気孔が開いている必要がある。気孔をを投入して光合成を行わせ，同化産物（主には糖）開かせるには，周辺空気の湿度を適当な範囲に維持を果実や根，成長点などに転流させることで，収穫しなければならない。そして，高濃度の CO2 を含物を最大化することが栽培である。栽培はこれです

む空気を葉の表面に供給する（風を吹かせる）ことべてであり，これ以外の項目はない。このうち，水も忘れてはならない。と CO2 は光合成の原料であり，光は光合成のエネルギー源である。水と CO2 を豊富に与え，光を十光合成を進ませるためには光が必要である。光は多ければ多いほど良いと言える。

分に与えることが，光合成を進める上では重要で光合成で形成された炭水化物は，葉から果実や成ある。水と CO2 を十分に与えない農業は，家畜に長点，根などへどんどん転流させねばならない。そ餌を与えないで大きくなれと言っているようなもの

うしないと，葉に炭水化物が蓄積して，光合成を抑で，どだい無理な話である。雑草は放置すると水や制してしまう。

肥料を横取りするし，大きくなると影になって作物栽培を行うためには，植物の光合成や生理を勉に悪影響を与える。また，病気や虫の巣になること強して，環境応答を理解することが絶対に必要であもあるので，雑草取りは重要である。しかし，「土る。「農業は気力」ではなく，「農業は科学」であるづくり」は，実のところ何をしていることになるののだから。

か？

2）現状をは握する

よく考える必要があるだろう。

光合成の原料となる水と CO2 を作物に潤沢に供給するにはどうすればできるのか？

わが国でも，さまざまな専門書や指導書に，環境水は養液栽培調節の必要性や方法が示されてはいるが，生産者はによって容易に供給できる。
培養液の形で与えれば，自分が栽培している環境を正確にはは握していない場合が多い。気温や湿度，CO2 濃度，光強度などを計測して記録に残す仕組みが必要である。最高・最低気温などを記録している生産者もいるが，これらのデータは瞬間値である。栽培にとって必要なのは，作物に好適な環境条件が何時間あったかということであり，それを知るためには安価な気象観測装置とデータロガーが必要である。より良い栽培のためには，それらを利用して，自分の栽培現場の環境特性

図5

栽培の概念を正確に把握することが重要である。

15

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3）環境調節が可能な生産施設の普及報

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植物体のしおれが，日本では頻繁に起こりうるので，前述のように，わが国にはパイプにフィルムをかストレスを軽減しようとするならその対策は絶対にけただけの簡易施設が非常に多く，環境調節が満足必要である。日本では，トマトの品種も作型もオラにできるような施設はあまり多くない。低温期にのンダとは異なるので，日本独自の環境調節技術を開み保温や加温する ‘温室’ ではなく，植物生産工場発する必要がある。

として周年利用する施設を目指すならば，環境調節

6）高収量品種の開発ができることは絶対条件である。収量増加や安定生

1980 年代にオランダのトマト果実収量が大幅に産のためには，気温だけでなく，湿度や CO2 濃度増加した背景には，ロックウール用の品種を開発しなどの地上部環境と根が生育する地下部環境についたことが大きく寄与していると筆者は考えている。て，植物にストレスとならない管理ができるような土壌はストレスの大きな環境である。土壌では，作施設の構造や条件を備える必要がある。

物の根が常に必要としている水分や養分，酸素など

4）データの収集とそれを利用した科学的管理技術を潤沢に供給できないために，作物はストレスの多の開発・普及が必要い条件で生育していることになる。そのような状況

データがなければ，どこがどのように不具合なので育成されたトマトを，ストレスのほとんどない養かを判断できないために，技術の十分な改良はでき液栽培で栽培すると，トマトは栄養成長に強く傾き，ない。オランダで管理技術について話していると，大きな葉をつける。それではねらったような果実収

彼らの技術には科学的根拠があることを知らされ量を得ることができないために，トマト栽培では水る。数字で裏打ちされた管理技術を作らない限り，や肥料を制限して細い茎や小さな葉になるような管試行錯誤の連続に終わってしまう。経験と勘を否定

理を推奨することになる。これでは，高収量を得るするつもりはないが，経験と勘だけでは技術の発展ことは難しい。養液栽培用品種を開発する必要があは速くない。

るというのはこの点である。すなわち，養液栽培のオランダのコンピュータを見ていると，にわかように水も肥料も酸素も根に十分に与えられる状況には理解しがたいような入力項目があることに気づでも，栄養成長に強く傾かない特性を持つ品種を開く。コンピュータがどのように設定するかと聞いて発する必要があるのである。あるいは，CO2 を十分きても，環境管理や植物生理についての知識がなけ与えても過繁茂にならないような生理的な特性を有れば，設定値すら入力することができない。好適管する品種を開発する必要があるのである。

理のための 1 日の温湿度管理法，目標期日に目標収7）収量予測プログラムの開発量を獲得するための環境管理法，市場価格と生産コ植物工場で，安定・多収を達成するためには，計ストとのバランスを取った環境管理法など，植物の画生産と収量予測の方法を開発する必要があろう。

生理と環境応答に熟知して，変化を数字で理解する

これらの方法は，植物の生育や果実の発達，成熟とことが必要である。

強く結び付く光強度や気温，養水分などの効果を，

5）日本独自の環境調節技術の開発

品種特性などと併せて正確に評価できるようにならオランダの品種を，オランダ式のハウスで，オラねばならない。たとえばトマトでは，主茎の成長速ンダのコンピュータで栽培すれば，日本でもオラン度や葉の展開速度と気温・日射量との関係，第 1 花ダのような高収量を挙げることができるのか？と聞房開花から第 2 花房開花までの季節ごとの日数と気かれることがある。答えはノーである。そのひとつ

温の関係や，開花から果実の発達・成熟と有効積算の理由は，気象条件の違いである。オランダは夏の温度などとの関係についてわかれば，植物の生育診暑さがそれほどではなく，30℃を超えるような日は断や収量予測がかなりしやすくなる。オランダの生数えるほどである。夏の長い日長と，トマトの生育育予測プログラムを見ると，環境要素などとは別にに好適な気象条件は，この時期に大量の果実を生産さまざまな植物体の調査項目をコンピュータに入力できる要因となっている。これに対して，日本の夏する必要があることがわかる（表 2）が，これらのは気温が高過ぎて作物栽培には不適である。また気項目には測定方法にルールがある。日本でもこのよ象の変化の速さやその程度も，オランダに比べるとうな方法が通用するのか，日本では独自に開発しなずっと大きい。オランダではあまり問題とならないければならないのかは不明である。

16植物工場の夢と課題

表 2．トマト高収量栽培のためのデータ
時分

日の入時刻

時分

積算日射量（屋外）

2J/cm

室内の気象

環境データ

屋外

日射強度W/m

屋外

気温℃

2

給液データ

室外の気象

日出時刻

1 日の総給液量ℓ/m2

日射量当たりの給液量

cc/J

1 日の総排液量ℓ/m2

排液比率%

給液 EC

mS/cm

℃

給液 pH

-

昼夜温度差℃

培地内 EC

mS/cm

24 時間平均気温℃

培地内 pH-

日中相対湿度%

排液 EC

mS/cm

夜間相対湿度%

排液 pH-

日中平均飽差g/m3

夜間平均飽差g/m3

主茎伸長量cm

日中 CO2 濃度ppm

茎径mm

葉の長さcm

総収穫量kg/m2葉の枚数枚/株

収穫データ

積算総収穫量kg/m

正常果平均果重g/ 果

出荷重量kg/m2

2

植物体データ

室内気温

生長点の色
生長点と開花花房の距離cm

花房（花柄）の長さmm

kg/m

花の色

廃棄率%

花の大きさmm

開花速度

段

葉柄汁液中の無機要素

ppm

栽植密度（主茎数）

株 /m2

給液の無機要素ppm

排液の無機要素ppm

肥料の使用量kg/m2

植物体廃棄量kg/m2

培地廃棄量kg/m2

その他

分析データ

廃棄量

24444う。堆肥を入れると土が良くなるような気がする。

6 ．おわりにサイエンス農業ではなく，イメージ農業である。
極めて生産性が高いオランダの施設園芸は，土か日本の農業は，これまで長く ‘土づくり’ に重点ら離れた養液栽培である。わが国で行われている人を置いてきた。指導書や新聞では，‘土づくり’ が大工光・閉鎖型植物工場でも栽培はすべて水耕法が用切であると書いている。農協でも普及所でも，‘土いられている。ストレスの多い土壌環境から，ストづくり’ を勧めている。‘土づくり’ とは何であろうレスを可能な限り除いた栽培環境に変えることも生か？

これは英語には直訳できない単語である。す

産性を高める一つの方法である。データを取りながなわち，日本人の感性で理解できる表現のようであら，科学的理論に立った栽培技術を用いることが新る。何人かの生産者に聞いてみたら ‘堆肥を入れて，しい植物工場の基本となる。

作物の生育に好適な土にする’ との答えが返ってき444た。好適なとはどのような状態なのか？

データを確実に取り，それに基づいた管理方法をそもそも理論的に構築する努力が進めば，技術立国の日本で土の性質は，火山灰土壌や粘土質土壌，砂質土壌なは高生産性の植物工場を稼働させることは困難ではどで大きく異なる。それを ‘土づくり’ のひとことないはずである。

で表現しても，多くの生産者には理解できないだろ17