特開 2023-58242 水耕栽培トレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023058242

(43)【公開日】2023-04-25

(54)【発明の名称】水耕栽培トレイ

(51)【国際特許分類】

   A01G 31/00 20180101AFI20230418BHJP

【ＦＩ】

A01G31/00 611Z

A01G31/00 609

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021168137

(22)【出願日】2021-10-13

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100091524

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 充夫

(72)【発明者】

【氏名】遊佐 幸樹

(72)【発明者】

【氏名】小笹 稔

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 健喜

(72)【発明者】

【氏名】山内 正二

【テーマコード（参考）】

2B314

【Ｆターム（参考）】

2B314MA33

2B314NA01

2B314ND06

2B314ND07

2B314ND14

2B314ND27

2B314ND37

2B314PB02

2B314PB37

2B314PB41

2B314PB44

2B314PB47

(57)【要約】

【課題】 養液が入った状態で漏水なく搬送が可能な水耕栽培トレイを提供する。
【解決手段】 水耕栽培における養液を溜める水耕栽培トレイ４であって、水耕栽培トレイ内部空間を矩形形状に区切る仕切り部材４ｂを水耕栽培トレイ４内に有した構成である。その仕切り部材４ｂの底辺に流路用切欠き部５が形成されている。
【選択図】 図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水耕栽培における養液を溜める水耕栽培トレイであって、
水耕栽培トレイ内部空間を矩形形状に区切る仕切り部材を前記水耕栽培トレイ内に有した構成であり、その仕切り部材の底辺に流路用切欠き部が形成されている、水耕栽培トレイ。

【請求項2】

前記仕切り部材の高さが５０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の寸法で、前記水耕栽培トレイ内部を区切る一辺の寸法が７５ｍｍ以上４１０ｍｍ以下の前記仕切り部材を有する請求項１に記載の水耕栽培トレイ。

【請求項3】

前記仕切り部材の前記流路用切欠き部は、前記仕切り部材の底辺に、切欠き形状が高さ１ｍｍ以上５ｍｍ以下、幅１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下で形成される請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の水耕栽培トレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、植物工場における水耕栽培の水耕栽培トレイに関するものである。

【背景技術】

【0002】

世界的な異常気象又は自然災害による農産物の収穫量変動に伴い、限られた耕作地の中で高効率かつ安定的に農産物を生産するための技術として植物工場が注目されている。
工場内の環境条件を人工的に制御し、季節及び場所によらず安定生産を実現することができる一方、低収益構造が問題となっている。

【0003】

植物工場の大半が低収益構造となるのは、自動化が進まず、人件費が嵩むからである。

【0004】

自動化が進まないのは、高層多段構造体内の大型栽培槽が大規模な養液給排水システムと接続され、常時養液を循環させているため、容易に移動できないというシステムの構造的理由がある。

【0005】

また、大型栽培槽に入った栽培プレート又はそれに植えられている植物の根に多量に付着する養液が周辺設備等に降り掛かるため、周辺装置等に防水対策する必要があり、自動化の難易度が飛躍的に上がり、導入を断念するという設備起因の理由がある。

【0006】

更に、手動による大型栽培槽の清掃不足に加え、栽培槽から栽培プレートなどの出し入れで発生する養液の滴り又は繁吹きによる周辺部材の腐食又は生菌数増加による植物の腐食を進行させるという栽培工程での不衛生な課題もある。

【0007】

従来の自動化課題及び不衛生課題の解消手法として、養液をこぼさずに１株ずつ個別に設置して苗を搬送できる苗の搬送装置（独立した栽培槽）がある（特許文献１参照）。

【0008】

図１０は特許文献１に記載された従来の苗の搬送装置１０１を示す図である。この搬送装置１０１は、水耕栽培における苗１０７が入ったチップ状基材１０６の搬送装置１０１であって、水または養液が入れられる箱型容器１０２と、複数の穴１０４が穿けられた該容器１０２の蓋１０３と、該苗１０７が入ったチップ状基材１０６を保持し、該穴１０４に出し入れ自在に差し込まれる筒状の受け具１０５とからなり、該箱型容器１０２の蓋１０３の穴１０４に受け具１０５が差し込まれて構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１４－３３６３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、前述の従来例の独立した栽培槽の搬送装置１０１で搬送の自動化は容易となるが、養液が入った搬送装置１０１の搬送中に起こる振動又は加減速で発生する波の高さを抑制するものが全く無く、蓋１０３の密閉作業が不確実な場合、又は、繰返し使用又は経年劣化による変形で蓋１０３の密閉性が不安定になった場合、養液が搬送装置１０１の外に零れる課題がある。

【0011】

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、養液が入った状態で漏水なく搬送が可能な水耕栽培トレイを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかる水耕栽培トレイは、水耕栽培における養液を溜める水耕栽培トレイ４であって、
水耕栽培トレイ内部空間を矩形形状に区切る仕切り部材４ｂを水耕栽培トレイ内に有した構成であり、その仕切り部材の底辺に流路用切欠き部５が形成されている。

【発明の効果】

【0013】

本発明の前記態様にかかる水耕栽培トレイによれば、養液が入った水耕栽培トレイの搬送中に起こる振動又は加減速で発生する波の高さを仕切り部材で抑制することで、水耕栽培トレイから養液をこぼすことなく、手動又は自動で搬送できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施の形態に係る固体培地の一例を模式的に示した図

【図2A】実施の形態に係る固体培地を保持する固定具の一例とその断面を模式的に示した斜視図

【図2B】固定具に固体培地を入れた断面を模式的に表した図

【図3A】実施の形態に係る固定具を保持する栽培プレートの一例の斜視図

【図3B】実施の形態に係る固定具を保持する栽培プレートの断面を模式的に示した図

【図4A】実施の形態に係る前記水耕栽培トレイの一例の斜視図

【図4B】実施の形態に係る前記水耕栽培トレイの仕切り部材を模式的に示す図４Ａの部分拡大図

【図5】最大区画寸法ごとにおける各初期水深に対応する最大波高を比較する図

【図6】最大区画寸法ごとにおける最大波高の一次近似式の係数と切片の数値を比較する図

【図7】初期水深と最大区画寸法に対応する予測波高の一例を示す図

【図8A】実施の形態に係る栽培プレートを上面から見た一例を模式的に示した図

【図8B】実施の形態に係る水耕栽培トレイを上面から見た一例を模式的に示した図

【図9】実施例２におけるリーフレタスの平均重量及び、生理障害が発生した株数割合、トレイの外観写真を比較する説明図

【図10】特許文献１に記載の苗の搬送装置の一例を示した図

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0016】

以下に示す各実施の形態は、あくまでも例示に過ぎず、以下の各実施の形態で明示しない種々の変形又は技術の適用を排除するものではない。また、各実施の形態の各構成は、それらの種々を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、各実施の形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

【0017】

本発明の実施の形態に係る水耕栽培トレイ４は、水耕栽培における養液を溜める水耕栽培トレイ４であって、少なくとも、水耕栽培トレイ４の内部空間を、平面的に見て矩形形状の区画４ｃに区切る仕切り部材４ｂを水耕栽培トレイ４内に有した構成である。その仕切り部材４ｂの底辺に流路用切欠き部５が形成されている。以下、これについて詳しく説明する。

【0018】

本発明の実施の形態に係る水耕栽培トレイ４は、種を播く工程（以下、播種とする）後の１度目の移植後の工程から収穫までの工程で使用される。栽培される植物の種類の例として、フリルレタス、リーフレタス、ロメインレタス、結球レタス、ホウレンソウ、又は、ミズナ等の葉菜類が挙げられる。ただし、栽培され得る植物種類は、これに限定されるものではない。

【0019】

本明細書における養液とは、植物の栽培に必要な栄養成分（窒素、リン、又は/及び、カリウムなど）を成分とする培養液、もしくは水のみの場合もある。

【0020】

本明細書における固体培地１とは、一例として、立方体又は直方体で構成され、植物の栽培に必要な栄養成分（窒素、リン、又は/及び、カリウムなど）を成分とする培養液を保水性素材の担体へ浸透させたものを指す。前記担体の保水性の素材は、例えば、スポンジ、発泡体、又は、繊維マットなどの多孔質素材から構成されている。多孔質素材の材料は、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、又は、ポリスチレン樹脂などの発泡樹脂、ロックウール、又は、ココマットなどの繊維材料であってもよい。

【0021】

図１の固体培地１は、前記固体培地の一例を模式的に表した図である。固体培地１は、栄養成分および水分を植物に保持供給する機能を有する。

【0022】

本明細書における栽培固定具（以下、固定具とする）２とは、一例として、上から下に向かうに従い内径が小さい３段の円筒部２ａ、２ｂ、２ｃを有しかつ３段目の最小の円筒部２ｃに穴空きの底面２ｄを有する。２段目の円筒部２ｂと３段目の円筒部２ｃとの間には円錐傾斜面部２ｅを有している。固定具２は、例えば円錐傾斜面部２ｅと３段目の円筒部２ｃとの内部に保持した固体培地１で育成した植物を既定の位置に固定し、植物の姿勢を固定化するものを指す。耐水性のある固定具２であれば限定はない。固体培地１を保持する形状自由度の確保、光の反射率及び透過率が調整可能な観点から、固定具２の材質は樹脂製が好ましい。樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、又は、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックが挙げられる。固定具２の大きさに限定はなく、人が緊急時に手動で移植することも考慮し、植物が成長した状態で固体培地１を保持でき、取り扱いやすい大きさが好ましい。固定具２の形状も限定はなく、成型金型の製造性、固定具２の成型性と移植作業時の固定具２の挿入性と安定性を考慮し、横断面形状が円形状又は矩形状のものが固定具２としては好ましい。

【0023】

図２Ａは、固定具２の一例の斜視図である。図２Ｂは、固定具２に固体培地１を入れた断面を模式的に表した図である。

【0024】

本明細書における栽培プレート（以下、プレートとする。）３とは、適正な間隔で植物を移植可能にする固定具用の切欠き穴３ａが複数開けられている平面板状、例えば矩形板状のものを指す。固定具用の切欠き穴３ａは、例えば、プレート３の長手方向沿いと幅方向沿いとにそれぞれ所定間隔で配置されている。耐水性のあるプレート３であれば限定はない。プレート３は、形状設計の自由度と強度とを考慮し、プレート３の材質は樹脂製が好ましい。樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、又は、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックが挙げられる。プレート３の大きさは、人が緊急時に手動で移動することも考慮し、水耕栽培トレイ４のサイズに合わせてあり、人が運搬できる大きさが好ましい。プレート３の形状も限定はなく、搬送性を考慮し、植物が成長した状態で固定具２が容易にプレート３から外れ、落下することなく保持できる形状が好ましい。プレート３の自重と栽培する植物の重量による変形の抑制を考慮し、縦断面形状が矩形状のものが好ましい。

【0025】

図３Ａは、固定具２を入れた栽培プレート３の一例の斜視図である。図３Ｂは、固定具２を入れた栽培プレート３の断面を模式的に表した図である。

【0026】

本実施の形態の水耕栽培トレイ４は、養液が入れられる例えば直方形状の箱型容器４ａと、流路用切欠き部５を底辺の一部に有する例えば矩形板状の縦と横との仕切り部材４ｂとを備えている。

【0027】

本実施の形態における水耕栽培トレイ４の箱型容器４ａは、養液が入り耐水性のある箱型の容器であれば限定はない。箱型容器４ａは、形状設計の自由度と耐食性と強度とを考慮し、材質は樹脂製が好ましい。樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、又は、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックが挙げられる。水耕栽培トレイ４の大きさに限定はなく、人が緊急時に手動で運搬することも考慮し、人が運搬できる大きさが好ましい。水耕栽培トレイ４の形状も限定はなく、横断面形状が円形状又は矩形状のものが成型金型の製造性と水耕栽培トレイ４の成形性とから好ましい。

【0028】

図４Ａは、本発明の実施の形態に係る水耕栽培トレイ４の一例を示す斜視図である。図４Ｂは、仕切り部材４ｂを示す図４Ａの部分拡大図である。

【0029】

仕切り部材４ｂは水耕栽培トレイ４の箱型容器４ａの大きさに合わせて作られるものである。耐水性のある仕切り部材４ｂであれば限定はない。仕切り部材４ｂは、形状設計の自由度、耐食性と強度を考慮し、材質は樹脂製もしくはステンレス製が好ましい。後述する仕切り部材４ｂであれば、水耕栽培トレイ４と分離又は一体化の限定はない。また、仕切り部材４ｂが組立部品で構成されるか、又は、一体化成型かの限定はない。仕切り部材４ｂは養液が入った水耕栽培トレイ４の内部に設置され、固定の限定は無い。但し、養液が入った状態で仕切り部材４ｂが浮遊しないで配置位置に位置されたものが、養液が入った水耕栽培トレイ４の搬送中に起こる振動又は加減速で発生する波の高さを抑制し、漏水防止できる観点から好ましい。

【0030】

図４Ａでは、箱型容器４ａの幅方向の中央に配置された、長手方向沿いの１つの縦の仕切り部材４ｂと、箱型容器４ａの幅方向沿いに配置された４つの横の仕切り部材４ｂとを箱型容器４ａ内に備えている。１つの縦の仕切り部材４ｂに対して４つの横の仕切り部材４ｂが所定間隔をあけて十字をなすように組付けられている。

【0031】

仕切り部材４ｂの各寸法は、水耕栽培設備仕様と、植物を移植した栽培プレート３を養液が入った水耕栽培トレイ４に設置したときの養液の水深（以下、初期水深）に対応した仕切り部材４ｂの高さと、仕切り部材４ｂで仕切られる矩形の区画４ｃのうちの最大区画寸法とで決定される。ここで、最大区画寸法は、仕切り部材４ｂで仕切られる矩形の区画４ｃの縦横寸法のうち、より長い方の１辺の寸法を指す。

【0032】

一例として、仕切り部材４ｂの高さが５０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の寸法で、水耕栽培トレイ３の内部を区切る区画４ｃの一辺の寸法が７５ｍｍ以上４１０ｍｍ以下の仕切り部材４ｂを使用することができる。ここで、過去の知見より、栽培時の根への水分補給のためには、３０ｍｍ以上の水深が必要となるため、仕切り部材４ｂの高さは５０ｍｍ以上とする。また、水耕栽培トレイ３の搬送には、自動搬送以外に、水耕栽培トレイ３を手で搬送する場合もあることから、仕切り部材４ｂの高さは、実用上８０ｍｍ以下とする。また、区画４ｃの一辺の寸法が７５ｍｍ以上とするのは、植物の最小設置間隔の７５ｍｍ以上を確保するためである。また、自動搬送以外に、水耕栽培トレイ３を手で搬送する場合もあることから、区画４ｃの一辺の寸法は実用上４１０ｍｍ以下が好ましい。

【0033】

図４Ｂに、本実施の形態における仕切り部材４ｂの拡大例を示したが、この仕切り部材４ｂは養液の流路用切欠き部５を底辺に有している。

【0034】

流路用切欠き部５は、仕切り部材４ｂで仕切られた１区画の二辺又は三辺のそれぞれの底辺の中央部に、横に細長い矩形状に形成されている。この中央部に配置された流路用切欠き部５のうち、横の仕切り部材４ｂに形成された流路用切欠き部５は、箱型容器４ａの長手方向沿いの位置がほぼ同じ位置に配置されている。

【0035】

また、縦と横の仕切り部材４ｂとが互いに交差するように十字に組付けられた位置の縦と横の仕切り部材４ｂのそれぞれの底辺にも、流路用切欠き部５が配置されている。横の仕切り部材４ｂに形成された流路用切欠き部５は、箱型容器４ａの長手方向沿いの位置がほぼ同じ位置に配置されていることにより、養液攪拌の波及範囲を増加させることができる。このような配置とは異なり、もし流路用切欠き部５の箱型容器４ａの長手方向沿いの位置が互い違いに配置されていると、攪拌効果が減少し、植物の成長鈍化要因となる。流路用切欠き部５の配置目的は、養液の攪拌と水位の均一化とである。

【0036】

一方で、仕切り部材４ｂの平面に対して垂直方向のトレイ移動時に、本来であれば水面上部方向に発生する波の一部が、流路用切欠き部５の開口部へ流水し、上部へ発生する波高Ｈを抑制していると思われる。言い換えれば、流路用切欠き部５の配置が、上部へ発生する波高Ｈの抑制にも寄与していると思われる。但し、開口部が大きすぎると、流水が多くなり、仕切り部材４ｂの隣の区画４ｃの波高Ｈへ加算されることとなるため、流路用切欠き部５は、一例として、５ｍｍ以下の高さが適切である。同様に、十字に組付けられた仕切り部材４ｂの隅の部分へ集中する波の高さも、底辺に流路用切欠き部５を配置することで波の高さの抑制に寄与していると考えられる。

【0037】

また、十字に組付けられた位置の縦と横の仕切り部材４ｂのそれぞれの底辺にも、流路用切欠き部５が配置されていることにより、後述するようにポンプでの攪拌を考慮した際に、ポンプ吐出水流の向きを斜め方向に出して、攪拌の効果を効率的に波及させることができる。

【0038】

もし、比較例としてこの流路用切欠き部がない仕切り部材を有した水耕栽培トレイに養液を供給する場合には、仕切り部材で完全に仕切られた１区画ごとに養液の供給が必要となり、作業の手間が増える。

【0039】

これに対して、仕切り部材４ｂに流路用切欠き部５を有することで隣接する区画４ｃ同士が連通可能となり、１か所の給水点から流路用切欠き部５を通して水耕栽培トレイ全体に均一に養液を供給することが可能となる。

【0040】

このように、本実施の形態では、少なくとも流路用切欠き部５を仕切り部材４ｂの底辺に設け、養液の均一供給性を確保するようにもしている。

【0041】

また、波高Ｈへの影響を大きくせずに波の高さを抑制するために、切欠き部５の切欠き高さを１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、切欠き幅を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下として、切欠き部５を配置することが望ましい。

【0042】

ここで、養液の均一供給性を最低限確保するため、切欠き高さを１ｍｍ以上とする。切欠き高さを５ｍｍ以下とするのは、以下の理由による。もし切欠き高さが５ｍｍを越える場合、水耕栽培トレイ３の移動時における加速等の影響で発生する波高Ｈが高くなるため、水耕栽培トレイ３の深さを大きくして養液漏れに対応することになるが、固定具２が養液面から離れすぎてしまい、栽培時に植物の根が養液に触れず、栽培できなくなる。

【0043】

切欠き幅を１０ｍｍ以上とするのは、以下の理由による。もし養液攪拌用の切欠き幅を１０ｍｍ未満にすると、攪拌機能の能力を上げて、攪拌効果を確保することになるが、切り欠き部５から養液が流れず抵抗となり、攪拌機能のある区画で波を発生させてしまい、水耕栽培トレイ３から養液が漏れてしまうことになる。

【0044】

切欠き幅を５０ｍｍ以下とするのは以下の理由による。もし切欠き幅が５０ｍｍを越える場合、水耕栽培トレイ３の移動時における加速等の影響で発生する波高Ｈが高くなるため、水耕栽培トレイ３の深さを大きくして養液漏れに対応することになるが、固定具２が養液面から離れすぎてしまい、栽培時に植物の根が養液に触れず、栽培できなくなる。

【0045】

前記構成において、水耕栽培トレイ４は、以下のように使用される。

【0046】

固体培地１を入れた固定具２をプレート３の切欠き穴３ａにそれぞれ入れて、固定具２を切欠き穴３ａに位置決めする。

【0047】

次いで、そのプレート３を、養液が入った水耕栽培トレイ４に載せる。このとき、固定具２の下面に合わせて設置された固体培地１に、水耕栽培トレイ４内の養液を給水させる必要がある。そのために、固定具２の下面が養液に浸かるようにする。

【0048】

実際の使用例については、後述する実施例で詳細に説明する。

【0049】

次に、水耕栽培トレイ４の漏水評価について説明する。

【0050】

水耕栽培トレイ４を自動的に搬送可能な市販されている自動搬送装置の移動速度は、装置仕様で６０ｍ／分から７２ｍ／分に設定されているものが一般的である。

【0051】

本実施の形態の水耕栽培トレイ４の漏水評価の最大速度は、５％の上限バラつきを考慮して７５ｍ／分と設定し、加速度を１．２５ｍ／ｓ²とした。

【0052】

水耕栽培トレイ４内の初期水深が１０ｍｍ、２０ｍｍ、３５ｍｍにおいて、前述の加速度を付加すると、水耕栽培トレイ４の養液が入る箇所の最大区画寸法ごとの最大波高は、図５に示す数値が得られた。

【0053】

図５の各数値から、最大区画寸法ごとの初期水深に対する波高Ｈの１次近似式について算出した。近似式の係数βと切片γより、初期水深ｈ［ｍｍ］とすると、波高Ｈの近似式は、
Ｈ［ｍｍ］＝β×ｈ＋γ［ｍｍ］ （１）
で表され、図６に算出した係数βと切片γ［ｍｍ］の各々の数値を示す。

【0054】

次に、係数βと切片γについて、図６の数値から最大区画寸法Ｌとその絶対値Ｌ₁に対しての１次近似式を算出すると、
β＝１．７１１×１０^-4×Ｌ₁＋０．２５８ （２）
γ［ｍｍ］＝２．９６２×１０^-4×Ｌ－７．２４９［ｍｍ］ （３）
で表され、波高Ｈは初期水深ｈと最大区画寸法Ｌとによって表現可能となる。

【0055】

上記から予測される波高Ｈの例を図７に示す。

【0056】

この波高Ｈに対応した仕様の仕切り部材４ｂを搭載した実際の水耕栽培トレイ４を前述の加速度で移動させても、水耕栽培トレイ４から水があふれ出ることは無かった。また、繰返し加速減速しても、水耕栽培トレイ４から水があふれ出ることも無かった。

【0057】

前記実施の形態によれば、養液が入った水耕栽培トレイ４の搬送中に起こる振動又は加減速で波が水耕栽培トレイ４の区画４ｃ内で発生しても、波は仕切り部材４ｂに衝突する。このことにより、波の高さを仕切り部材４ｂで抑制することができ、水耕栽培トレイ４から養液をこぼすことなく、手動又は自動で搬送できる。また、仕切り部材４ｂで仕切られた区画４ｃにおいて、仕切り部材４ｂの底辺に流路用切欠き部５を有するため、隣接する区画４ｃ内の養液が流路用切欠き部５を介して互いに混ざり合うように流れることが可能となる。この結果、植物の根の近傍に絶えず、養分又は酸素が豊富な養液が供給可能となり、根の近傍の養分又は酸素が減少した古い養液が滞留しなくなり、植物は根から適量の養分等を吸収可能となる。よって、生理障害を発現させること無く成長することが可能になり、成長が促進可能となる。言い換えると、前記実施の形態によれば、流路用切欠き部５を介して植物成長に必要な養液の流路を確保し、成長速度の改善をさせることで、収穫量が増加するとともに生理障害の発生を抑制することができる。

【0058】

なお、本実施の形態による水耕栽培トレイ４は、水耕栽培トレイ４内に入れた養液を一定期間貯め置き、植物を栽培することができる。しかし、養液を貯め置きで植物を栽培すると、植物の根から養液中の酸素又は栄養素の吸収が鈍化し、収量が下がるという課題が生じる場合がある。

【0059】

この不具合は、根の界面に流れがない場合、根の栄養素吸収により、根の界面では栄養素がない薄い層ができ、栄養素が植物に十分に吸収されなくなり、成長速度の遅延や生理障害の発生が生じている。一方で根の界面に多少でも養液の流れがあれば、根の界面の層を形成せず、常時栄養素が根の界面付近に供給される。

【0060】

その養液の流れを作る手段として、この水耕栽培トレイ４に水中ポンプ、水中スクリュー、又は、攪拌子などの攪拌機能を付加すること、もしくは外部から同様の攪拌機能をトレイに貯め置いた養液に投入し、攪拌することで発生させた液体流が流路用切欠き部５を介して、水耕栽培トレイ４内全体を攪拌することが可能となる。

【0061】

同一の栽培環境下において生理障害を防止し、植物の収量が貯め置きで撹拌しない水耕栽培トレイと比較し、この攪拌機能による液体流の効果により、成長速度の改善し、収量を改善できる。

【実施例0062】

以下、実施例にて本開示の水耕栽培トレイ４の漏水評価と栽培方法について具体的に説明するが、本開示は以下の実施例のみに何ら限定されるものではない。

【0063】

以下の実施例では、本開示に係る水耕栽培トレイ４を使用する栽培方法に基づいてリーフレタスの栽培試験を行なった結果を示している。

【0064】

実施例１では、本開示の水耕栽培トレイ４の仕切り部材４ｂによる漏水抑制効果を示している。

【0065】

実施例２では、水耕栽培トレイ４と攪拌機能を用いることによるリーフレタスの成長促進効果と収穫量の増収効果とを示している。

【0066】

以下、実施例１について説明する。

【0067】

大型栽培槽での植物の栽培において水深５０ｍｍでの栽培が標準であったため、水耕栽培トレイ４での植物の栽培についても初期水深を５０ｍｍと設定する。

【0068】

栽培設備の仕様上、水耕栽培トレイ４の最大高さは８０ｍｍ以下に設定する必要がある。

【0069】

固体培地１を入れた固定具２をプレート３に入れ、切欠き穴３ａに位置決めする。そのプレート３を水耕栽培トレイ４に載せた際に固定具２の下面に合わせて設置された固体培地１に養液を給水させる必要がある。そのために、固定具２の下面が養液に浸かるかかり代を５ｍｍとした。固体培地１の高さは約３０ｍｍのため、水耕栽培トレイ４に必要な高さは、
水深５０ｍｍ＋固体培地高さ３０ｍｍ－かかり代５ｍｍ＝７５ｍｍ
となる。トレイ４の高さは７５ｍｍから８０ｍｍで設定する必要があり、部品の肉厚も考慮して８０ｍｍと設定した。プレート３と固定具２の形状を鑑みると、仕切り部材４ｂの高さは最大７０ｍｍとなる。

【0070】

水耕栽培トレイ成型時の高さ方向変形を±０．３ｍｍ、仕切り部材成型時の高さ方向変形を±０．３ｍｍ、水耕栽培トレイ底面の経年時の変形を±３ｍｍ、後述の評価での水深読み取り誤差±１ｍｍ、後述の評価での水深のバラツキ±２ｍｍとすると、許容可能な波高の最大値は、初期水深５０ｍｍを除外して、
７０ｍｍ－５０ｍｍ－０．３ｍｍ－０．３ｍｍ－３ｍｍ－１ｍｍ－２ｍｍ＝１３．４ｍｍ
と、算出される。

【0071】

波高の最大値と式（１）～（３）より、最大区画寸法Ｌは２００ｍｍとなる。従って、この実施例１では、区画寸法は２００ｍｍ四方以下に設定する必要がある。この区画寸法は、植物の成長における葉の展開又は葉の面積によって変化する配置間隔からも制約を受ける。

【0072】

図８Ａは栽培プレート３の上面図であり、本発明の実施の形態に係る栽培プレート３上の植物の配置の一例を示す図である。図８Ｂは水耕栽培トレイ４の上面図であり、本発明の実施の形態に係る水耕栽培トレイ４に組付けた仕切り部材４ｂの一例を示す図である。

【0073】

水耕栽培トレイ４における植物の最小配置間隔を、過去の知見より、縦８７．５ｍｍ×横７５ｍｍと設定した。移植する度にそれぞれの間隔を整数倍して配置間隔を拡大して栽培する。仕切り部材４ｂを植物の配置間隔の中央に配置する必要があることと、上記の区画寸法以下に設定することを考慮して、栽培期間において最大の配置間隔となる３回目の移植後の縦横の寸法は１７５ｍｍ（植物配置縦間隔６）×３００ｍｍ（植物配置縦間隔７）となり、区画寸法は仕切り部材４ｂの肉厚を考慮して、１７０ｍｍ（区画縦寸法８）×２００ｍｍ（区画縦寸法９）となる。

【0074】

上記を実現する水耕栽培トレイ寸法を縦８８０ｍｍ×横４５０ｍｍ×高さ８０ｍｍとした。

【0075】

また、仕切り部材４ｂの底辺側に縦５ｍｍ×横５０ｍｍの矩形の切欠き部５を７５ｍｍの一定間隔に配置している。

【0076】

上記の仕切り部材４ｂを取り付けた水耕栽培トレイ４に水深が５０ｍｍになるように水を入れて、加速度１．２５ｍ／ｓ²を水耕栽培トレイ４に付加したときの水耕栽培トレイ４からの漏水評価を行った。

【0077】

評価に用いたのは、水耕栽培トレイ４、プレート３、台車、フォースゲージである。

【0078】

各重量は次のとおりである。水耕栽培トレイ４は２．５ｋｇ、プレート３は１．５ｋｇ、水は１６ｋｇ、台車は２０ｋｇである。

【0079】

床と台車の車輪の摩擦係数を１とすると、運動の法則より、
Ｆ＝Ｍ×α （４）
加速度αは１．２５ｍ／ｓ²であり、台車の総重量Ｍは４０ｋｇなので、必要な力Ｆは５０Ｎである。５０Ｎで台車を引っ張っても漏水することは無かった。

【0080】

合わせて繰返し加減速を台車に付加しても漏水することも無かった。

【0081】

以下、実施例２について説明する。

【0082】

固体培地１として、ポリウレタン製のウレタンスポンジ製品（株式会社エム式水耕研究所）を用いた。植物体一株毎に分割できる寸法の縦２．３ｃｍ、横２．３ｃｍ、高さ２．８ｃｍのセルが平面状に１２個×２５個、３００個連結されている。

【0083】

次に、固体培地１の洗浄を行なった。洗浄は、専用の洗浄治具に入れた水道水へ固体培地１を投入し、水中で手作業にて洗浄治具を動かし、担体の圧縮・解放を物理的に繰り返した。圧縮解放を繰り返す過程で、固体培地１から抜ける気泡が目視にて確認できなくなったら、水中から固体培地１を取り出し、固体培地１から抜ける水道水が目視にて確認できなくなるまで、十分に絞った。

【0084】

次に、担体を培養液へ投入し、培養液の浸透を行なった。

【0085】

培養液は、市販の水耕栽培向け化学肥料の原液を水道水で希釈し、電気伝導率２．０ｄｓ／ｍになるように希釈調整したものを３Ｌ用意した。固体培地１を入れるための容器として発泡スチロール製の育苗箱（株式会社エム式水耕研究所）を用いた。前述の培養液を育苗箱に入れ、固体培地１を投入し、培養液中で手作業にて固体培地１の圧縮を固体培地１から抜ける気泡が目視にて確認できなくなるまで行なった。

【0086】

以上の手順で、育苗箱へ固体培地１を収めた。

【0087】

次に、固体培地１に播種を行ない、発芽から移植１回目までの手順を説明する。

【0088】

固体培地１が１セル毎に有する全ての窪みに１粒ずつグリーンジャケット（タキイ種苗）のコ―ト種子を収め、播種を行なった。その後、育苗箱ごと発芽工程用栽培装置へ移動した。

【0089】

発芽工程用栽培装置下で播種直後からＬＥＤを光源とする光を固体培地表面に光量子束密度を３３０［μｍоＬ／ｍ²・ｓ］にて照射し、温度は２４±２℃、湿度は７０±１０％を維持するように管理し、栽培を行なった。

【0090】

移植１回目の直前に栽培装置から育苗箱を取り出し、３００個の固体培地を１個ずつ切り離す。固定具用の切欠き穴３ａが縦８７．５ｍｍ×横７５ｍｍの間隔で縦９列×横５列、計４５個、開けられた栽培プレート３を用意する。固定具２の下面と固体培地１の下面が合うように固体培地１を固定具２に差し込む。その固定具２を栽培プレート３の切欠き穴３ａすべてに差し込む。そのプレート３を２枚用意する。

【0091】

一方で水耕栽培トレイ４を２種類用意する。まず、水耕栽培トレイ４の各々に電気伝導率２．０ｄｓ／ｍになるように希釈調整した養液を水深５０ｍｍになるように注ぎ込む。２つの水耕栽培トレイ４のうち１つには養液の攪拌用で水中ポンプ（Ｒｉｏ＋１８０ 神畑養魚株式会社製）を投入する。

【0092】

吐出口から出る流速は０．７ｍ／ｓである。この水流が仕切り部材４ｂに設けられた切欠き部５を介して水耕栽培トレイ全体に広がり、養液を攪拌する。それぞれの水耕栽培トレイ４に前述のプレート３を載せ、育苗工程用栽培装置に移動した。

【0093】

次に、移植１回目から２回目までの手順を説明する。

【0094】

育苗工程用栽培装置下で移動直後からＬＥＤを光源とする光を固体培地表面に光量子束密度を２２０［μｍоＬ／ｍ²・ｓ］にて照射し、温度は２１±２℃、湿度は７０±１０％を維持するように管理し、栽培を行なった。各々のトレイ４にて移植１回目から２回目までの期間の中間日に養液をすべて廃棄し、電気伝導率２．０ｄｓ／ｍになるように希釈調整した養液を水深５０ｍｍになるように注ぎ込んだ。

【0095】

移植２回目の直前に育苗工程用栽培装置から水耕栽培トレイ４を取り出す。２種類の水耕栽培トレイ４から栽培プレート３を外す。次に固定具用の切欠き穴３ａが縦１７５ｍｍ×横１５０ｍｍの間隔で縦５列×横３列、計１５個、開けられた栽培プレート３を用意する。

【0096】

移植１回目から育苗工程を経たプレート３から各々４５株の平均重量に近い１５株を選別し、固定具２を２枚の栽培プレート３の切欠き穴３ａすべてに差し込む。

【0097】

移植１回目後に水中ポンプの入っていない水耕栽培トレイ４で栽培した株を移植したプレート３は引き続き、水中ポンプの入っていない水耕栽培トレイ４に載せる。

【0098】

同様に移植１回目後に水中ポンプが入ったトレイ４で栽培した株を移植したプレート３は引き続き、水中ポンプの入ったトレイ４に載せ、育苗工程用栽培装置に移動した。

【0099】

次に、移植２回目から移植３回目までの手順を説明する。

【0100】

育苗工程用栽培装置下で移動直後からＬＥＤを光源とする光を固体培地表面に光量子束密度を１５０［μｍоＬ／ｍ²・ｓ］にて照射し、温度は２１±２℃、湿度は７０±１０％を維持するように管理し、栽培を行なった。

【0101】

各々のトレイ４にて移植２回目から３回目までの期間の中間日に養液をすべて廃棄し、電気伝導率２．０ｄｓ／ｍになるように希釈調整した養液を水深５０ｍｍになるように注ぎ込んだ。

【0102】

移植３回目の直前に育苗工程用栽培装置から水耕栽培トレイ４を取り出す。２種類の水耕栽培トレイ４から栽培プレート３を外す。

【0103】

次に固定具用の切欠き穴３ａが縦１７５ｍｍ×横３００ｍｍの間隔で縦５列×横２列、計１０個、開けられた栽培プレート３を用意する。

【0104】

移植２回目から育苗工程を経たプレート３から各々の１５株の平均重量に近い１０株を選別し、固定具２を２枚の栽培プレート３の切欠き穴３ａすべてに差し込む。

【0105】

移植２回目後に水中ポンプの入っていない水耕栽培トレイ４で栽培した株を移植したプレート３は引き続き、水中ポンプの入っていない水耕栽培トレイ４に載せる。同様に移植２回目後に水中ポンプが入った水耕栽培トレイ４で栽培した株を移植したプレート３は引き続き、水中ポンプの入った水耕栽培トレイ４に載せ、育苗工程用栽培装置に移動した。

【0106】

次に、移植３回目から収穫までの手順を説明する。

【0107】

育苗工程用栽培装置下で移動直後からＬＥＤを光源とする光を固体培地表面に光量子束密度を１５０［μｍоＬ／ｍ²・ｓ］にて照射し、温度は２１±２℃、湿度は７０±１０％を維持するように管理し、栽培を行なった。

【0108】

各々の水耕栽培トレイ４にて移植３回目から収穫までの期間の中間日に養液をすべて廃棄し、電気伝導率２．０ｄｓ／ｍになるように希釈調整した養液を水深５０ｍｍになるように注ぎ込んだ。

【0109】

収穫直前に育苗工程用栽培装置から水耕栽培トレイ４を取り出す。取り出した水耕栽培トレイ４からプレート３を外し、更に固定具２を外し、最後に植物から固定具２を外し、それぞれ栽培した１０株の植物の株当りの平均重量を算出し、植物の葉の生理障害発現率を評価した。

【0110】

以下、結果を示す。

【0111】

測定結果から算出した植物の平均重量と生理障害発現率、プレート上部からの外観写真を従来の養液循環型大型栽培槽での評価結果と合わせて図９に示す。

【0112】

植物の重量は、水中ポンプを水耕栽培トレイに入れず、養液を攪拌しない水耕栽培トレイでは平均１５４ｇ／株となったのに対し、水中ポンプを水耕栽培トレイに入れ、養液を攪拌した水耕栽培トレイでは平均２２１ｇ／株となった。この重量は、前述の養液循環させた大型栽培槽で栽培した植物の重量の平均２００ｇ／株より１０％重くなった。

【0113】

図９の外観写真でも、養液を攪拌した水耕栽培トレイで栽培した植物の成長改善を確認できた。

【0114】

これは、従来の養液循環型の大型栽培槽は、栽培槽が巨大であり、養液循環させている水流では十分な撹拌ができていなく、成長速度を鈍化させていたと考えられる。本実施の形態の水耕栽培トレイ４は仕切り部材４ｂに流路用切欠き部５により従来の大型栽培槽より満遍なく撹拌できたことで成長速度の改善が図れ、収量の増加になったと考えられる。

【0115】

また、水中ポンプを水耕栽培トレイ４に入れず、養液を攪拌しない水耕栽培トレイ４では植物の葉に生理障害の一種である黄色の斑点が外葉に発現した。その発現率は１００％であった。一方で、水中ポンプを水耕栽培トレイ４に入れ、養液を攪拌した水耕栽培トレイ４では黄色の斑点含めた生理障害の発現率は０％であった。

【0116】

仕切り部材４ｂに設けた流路用切欠き部５を介した養液攪拌により、植物の根の近傍に絶えず、養分又は酸素が豊富な養液が供給されることで根の近傍の養分又は酸素が減少した古い養液が滞留しなくなり、植物は根から適量の養分等を吸収することができたと考えられる。

【0117】

従って、生理障害を発現させること無く成長することになり、成長が促進されたと考えられる。

【0118】

以上のことから、本実施の形態の水耕栽培トレイ４によって初期水深に応じて求められる仕切り部材４ｂの寸法構成で漏水なく移動させることが可能となり、その仕切り部材４ｂに流路用切欠き部を付加することで養液攪拌の効果が水耕栽培トレイ４内に波及し、植物の成長を改善できることを確認できた。

【0119】

また、従来の養液循環型の大型栽培槽との収量比較においても、収量が１０％増加し、成長速度の改善ができた。

【0120】

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0121】

本発明の前記態様にかかる水耕栽培トレイによれば、搬送時の波の発生による水耕栽培トレイ内部の急激な水位変動の抑制ができ、漏水なく、手動又は自動で搬送ができる。また、前記態様にかかる水耕栽培トレイによれば、植物成長に必要な養液の流路を確保し、成長速度の改善をさせることで、収穫量が増加するとともに生理障害の発生を抑制することができる。この結果、植物工場等の水耕栽培する農業産業において、工場運営の自動化と工場収支の改善が見込まれる。

【符号の説明】

【0122】

１ 固体培地
２ 固定具
３ 栽培プレート
３ａ 切欠き穴
４ 水耕栽培トレイ
４ａ 箱型容器
４ｂ 仕切り部材
４ｃ 区画
５ 流路用切欠き部
６ 植物配置縦間隔
７ 植物配置横間隔
８ 区画縦寸法
９ 区画横寸法

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】