JP2004201527A - 水耕栽培体及びその水耕栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は毛細管吸水布を利用した水耕栽培装置で、有機土壌の自然の状態に類似した内部構造、つまり高湿度で土壌粒状物間の立体的な毛細管吸水ができる状態、すなわち噴霧（ミスト）的な雰囲気の状態を水耕装置化する。
【解決手段】四角板又は四角枠2に毛細管吸水布7を被覆した毛細管吸水機能を有する基板1を並列に所用間隔aをあけて複数配列して一体化した水耕栽培体Ｓを栽培容器10内に内装し、この栽培容器10にこの水耕栽培体Ｓと空間をあけて植物を入れる植込み穴12を有する容器蓋11を密閉状に覆蓋した装置で、この水耕栽培体Ｓの下部を養液Ｗに浸し、この水耕栽培体Ｓの頂部に容器蓋11の植込み穴12に挿入した植物13の培地付根部14を載置して、植物を毛細管吸水と高湿度状態で栽培するようにしたものである。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、土壌を使わずに、養液で植物を栽培する水耕栽培体及びその水耕栽培装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
養液を循環させて、ゆるく傾斜した平面的な栽培床上の養液のうすい流れの中で栽培したり、空気を吹き込んで溶存酸素を多くした溶液中に植物根部を浸して栽培したり、または毛細管吸水布を用いた平面的な栽培床上で養液を吸い上げ、あるいは流下させて栽培していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は養液の連続的な強制移動を行うことなく、また毛細管吸水力を利用した平面的な栽培床でなく、有機栽培土壌の内部構造に類似した立体的な毛細管吸水栽培床による水耕栽培体及びその水耕栽培装置を提供するものである。これまでの水耕栽培装置には見られない有機土壌の自然の状態に類似した内部構造、つまり高湿度で土壌粒状物間の立体的な毛細管吸水ができる状態、すなわち噴霧（ミスト）的な雰囲気の状態を水耕装置化することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
植物の栽培は土壌を改良した有機土壌栽培が良いと知られている。有機土壌は土壌中の有機物を、微生物やミミズ等の小動物が食し、動き回り、排泄等しながら有機物を分解して無機化し、団粒状の三次元の微小空間のある構造となっており、足で踏むとフアッとクッションのように感じられ、雨が降れば流れ去り、晴れのときは粒状あるいは団粒状間の毛細管現象によって、地下からの水分を保持している状態である。図1のように有機土壌の植物根部の状態が示すように、有機土壌の団粒状の土壌粒子15の構成が植物の根部にとって良い状態なのである。つまり、有機土壌の内部は土壌を取り除けば、湿度が高く、しかも植物根が養分と水分を有する養液を吸収できる状態の中で、植物根がはりめぐらされて存在していることになる。さらに具体的に表現すれば、有機土壌の土壌を取り除けば図2のような植物の根部が高湿度な霧状態、つまり噴霧（ミスト）16状態の中にあるのである。本発明は図2の噴霧状態の中での根部の機能を構成するように、図1の団粒状の集合体のような有機土壌の機能を人為的、立体的に取り出したもので、自然の有機栽培に近い栽培環境で、しかも土壌を使わないで、有機土壌の機能と類似の作用を利用して、植物を栽培できるようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
四角板又は四角枠に毛細管給水布を被覆した毛細管給水機能を有する基板を並列に所用間隔をあけて複数配列して一体化した水耕栽培体を栽培容器内に内装し、この栽培容器にこの水耕栽培体と空間をあけて植物を入れる植込み穴付容器蓋で密閉して覆蓋した装置で、この水耕栽培体の下部を養液に浸し、この水耕栽培体の頂部に容器蓋の植込み穴に挿入した植物の培地付根部を載置して、植物を毛細管吸水と高湿度状態で栽培するようにしたものである。
【０００６】
【実施例】
図３（ａ）は本発明の水耕栽培体及びそのその装置の説明用断面図で、水耕栽培体Ｓを内装した栽培容器10とその蓋11とで密封したもので、水耕栽培体Ｓには四角板2に毛細管吸水布7が被覆されているので、容器10の底面に配した養液Ｗの毛細管吸水作用によって、水耕栽培体Ｓ全体が湿潤状態になっているのである。つまり手で触れれば手に水滴がつくような状態である。栽培容器10内が密閉状態であるため、湿潤した水耕栽培体Ｓによって容器内部全体が高湿度状態に置かれている。容器蓋11の植込み穴12に植物13の培地付根部14を隙間のできないように入れて水耕栽培体Ｓの頂部に載置すれば、図３（ｂ）の機能説明図のように、培地付根部14は毛細管吸水布7の毛細管作用によって下部の養液Ｗが上昇し、図３（ｃ）の詳細に示すように、矢印のように下から伝わって上昇してくる毛細管水を根部が取り込んで養液の補給ができ、植物の発根を促進させる。しかも、密封されているため周辺内部は高湿度状態Ｍにおかれているので、植物の空気中根も出て、栽培体Ｓ全体に植物根が広がって養液を吸水できるようになるのである。さらに図３（ｄ）のように、水耕栽培体Ｓをこの水耕栽培体Ｓと所用間隔をあけて別の毛細管吸水機能を有する布又はシート18で包囲するようにすれば、水耕栽培体Ｓの全体とその周辺が別の毛細管給水布18の湿潤状態との相乗効果とでさらに高湿度状態となり、植物根部の栽培環境はよりすぐれたものになる。次に、図５（a）から図５（ｇ）に示すように水耕栽培体Ｓを構成する毛細管給水機能を有する基板1は、図4の四角板又は四角枠2の各種斜視図に示すように、2-1の平板、2-2の空間のある平板、2-3の板枠、2-4の網目状平板、2-5の網目状平板枠のような形状が適しており、各種四角板又は四角枠2に筒形袋状の毛細管吸水布7-1、7-2等を被覆したものである。その基板1を所用間隔aをあけて、複数配列して一体化したものが図５（ｄ）から図５（ｇ）のような水耕栽培体Ｓとなる。図５（ｄ）、図５（ｅ）は図５（a）、図５（ｂ）のように四角板又は四角枠2を並列に所用間隔をあけて複数配列して成形した一体物の各単板ごとに毛細管吸水布7を被覆してから、固定板3-1、3-2又は3-3で固定したものである。図５（ｆ）は図５（ｃ）に示すように毛細管吸水布7を被覆した四角板2の両端のつばを固定板3-4で嵌合し、突出した板2のつば穴に止め具4で固定して一体化したものである。これは水耕栽培体Ｓが容易に分解できるようにしている。図５（ｇ）は基板1間にスペーサ5を入れ、その外周をヒモ6で巻回して固定したものである。四角板又は四角枠は腐食しなくて、かつ一体的に成形しやすいプラスチックス等が適している。図4に示すように、四角板2の側面は2-2、2-3、2-4又は2-5のように空間のあるものが、毛細管吸水布を被覆したときに内側からの空気接触が多くなるので、植物根にとってより好ましい。さらに、四角板2の側面形状を2-6のようにノコ刃形状、上面から見て2-7のような凹凸形状にすることによって、毛細管吸水布を被覆したときに、平板と毛細管吸水布との間に空間ができ、空気接触が多くなりより植物根にとって好ましい。図５（a）等の基板１間の所用間隔aは数ミリメートルから数センチメートルが、高さＨは数センチメートルから十数センチメートルが適している。この所用間隔は植物根がその間を入っていき、しかも基板間の高湿度を維持できることである。この高さHは毛細管吸水布による毛細管給水量と毛細管吸上げ高さhによって対応する。毛細管吸水布7は基板間を高湿度に維持でき、植物が要求する水分を毛細管吸水力で補給できるものであれば織布又は不織布のどちらでもよく、一本の糸自体が毛細管吸水を有するもの、又不織布として毛細管吸水機能を有するものならばよい。材質的には植物根の腐蝕や各種微生物や小動物に対して耐久性や持続性のあるポリエステル等の化学繊維であれば再使用できるので適している。基板１の形状は植物の観賞用とかデザイン性を考えれば、四角板や四角枠にこだわるものでなく、円筒状とか円錐形状、逆円錐形状または三角錐形状等任意形状でもよい。毛細管吸水機能を有する基板は、基板そのものが毛細管吸水機能を有する焼結体や発泡体等の一体成型品でもよいが、成型しにくく、かつ成型したものが高価となり、しかも植物根や塩類集積等によって内部まで目詰まりが生じたとき、再生するのが難しく、また消耗品的に考えるにはコスト高となり実用的でない。本発明のように、織布または不織布の毛細管吸水布を四角板に被覆する構成であれば、毛細管吸水布を消耗品的に取り替えるか、洗浄または浸漬することによって再生して、再利用することができる。
【０００７】
図６（ａ）は水耕栽培装置の断面斜視図で植物栽培の状態を示したものである。図６（ｂ）は別の水耕栽培装置の断面図と一部の側面図を示し、栽培容器10の底面に冷暖パイプ29を配設したもので、パイプに温水または冷水を通すことによって、栽培容器10が発泡スチロール製等の断熱性を有することから、内部の水耕栽培体Ｓの温度調節を行うことができ、植物根部の環境が外気温の影響をうけにくく適切な温度になるようにしている。また、栽培容器10を巻回するようにＵ字状の棒受台30を適宜間隔をあけて設け、上部が半円状の支持棒31を棒受台30の両端の円筒部に差し込んでセットし、透明シートを支持棒31上にかぶせて、透明シートを挟むように支持棒31に固定すれば、ビニールシートのカバーのついた温室付水耕栽培装置を提供することができる。
【０００８】
図７（ａ）、図７（ｂ）の水耕栽培体Ｓの説明図に示すように、毛細管吸水機能を有する複数の基板の中央部の基板1-10の高さを両端部の基板1-11の高さよりbの高さだけ低くして、その頂部に第11図に示すようなウレタン、ロックウールまたは培土等の培地付根部14を載置すれば、根部14は周辺部が湿潤状態の基板で囲まれるためより高湿度状態に保持され、植物の発根を促進し好都合となる。あるいは図８（ａ）のように栽培装置の構造によってはこのように低くした方が植物根部を載置しやすくなる。具体例として、図９（ａ）は、栽培容器10に内装した水耕栽培体Ｓの中央部の低い基板1-10の頂部に容器蓋11の植込み穴12から培地付の植物13を多数載置して栽培するようにしたもので、大規模に多数栽培するのに適している。図９（ａ）の装置は高位置にある養液タンクに連結している栽培容器10の入口バルブ27-1を開け、さらに出口バルブ27-2を開いて栽培容器10内に一定水位cを確保しておけば、容器内の高湿度状態と毛細管吸水で栽培することができる。栽培後の毛細管吸水布の連作阻害となる塩類集積等の徐去のときには、出口バルブ27-2を閉じ、浸漬バルブ27-3開けることによって栽培容器10内に養液を満たして水耕栽培体Ｓを浸漬して除去するか、または容器蓋11を取り去って上方から噴射して洗浄することもできる。あるいは水耕栽培体Ｓを取り出して洗浄あるいは浸漬してもよい。図７（ｃ）は水耕栽培体Ｓで植物を栽培後、植物を引き抜くときに、毛細管吸水布7に植物根が貫入したりへばりついて容易に離れにくいとき、作業効率が悪くなるので、基板1の毛細管吸水布のその上にさらに水分は通すが植物根は通さない腐蝕しない化繊の通水防根シート８を密着して被覆したものである。その一つの基板を拡大して示したものが図７（ｄ）である。このように、毛細管吸水布7の上にさらに通水防根シート8を密着して被覆すれば、栽培後、水耕栽培体Ｓと植物13の根部を容易に分離することができる。
【０００９】
図８（ａ）は水耕栽培体Ｓの全体を被覆シート9-1で密封状に包囲して一体化したもので、このようにビニール等の被覆シート9-1で密封状に固定した水耕栽培体はこれだけで通口のあいている下部を養液に接するようにすれば、内部は高湿度と湿潤状態となり、上面の植込み穴12に植物13の培地付根部14を基板の頂部に載置するようにいれれば栽培できることになる。この方式は植物栽培の大量生産を容易にすることができる。これだけで、有機栽培の土壌に類似した環境を形成することができる。これは水耕栽培の基本の構成要素を形成するものである。図８（ｂ）は別の実施例で、図８（ｃ）の水耕栽培体Ｓに被覆シート9-1を密封状に包囲して一体化したもので中央部の基板1-10を複数にし、両端の基板1-11より低くしているので、根部の給水量の多い植物の栽培に適している。図８（ｄ）は断熱性のある断熱シート9-2で水耕栽培体Ｓを密封状に包囲して一体化したもので、外気温の影響を受けにくくしている。
【００１０】
図９（ｂ）は水耕栽培体Ｓを内装した栽培容器10に、その内側面に水耕栽培体Ｓを包囲するように容器10側面と重設するようにした側壁をもつ包囲容器蓋17をすることによって、容器と蓋との間の隙間の生じるのをなくし水耕栽培体Ｓをより密封して、高湿度状態を維持するようにしたものである。包囲容器蓋17の植物13の培地付根部14を挿入する植込み穴12にはスポンジ等の伸縮性のある中空のキャップ19を嵌め込み、それに培地付根部14を押し込むように入れれば、根部の密封が保持され水耕栽培体Ｓの全体を高湿度状態に維持できる。包囲容器蓋17内の空気の流通を必要とする場合には包囲容器蓋17の側壁33に小穴26を設けることもできる。この装置は植物根部をより湿潤状態にするものである。
【００１１】
図１０（ａ）は水耕栽培体Ｓを内装した栽培容器10と、この水耕栽培体Ｓの外周面と所用間隔をあけて包囲するように側壁33を有し、その側壁33と上面に毛細管吸水機能を有する布またはシート18を内張りした包囲容器蓋17からなる装置で、包囲容器蓋17に毛細管吸水機能を有する布またはシート18を内張りしているため、水耕栽培体Ｓがより高湿度の湿潤状態に保持される。図１０（ｂ）の水耕栽培体Ｓの頂部に載置した植物13の培地付根部14は、その容積が植物の成長と共に大きくなれば、包囲容器蓋17は矢印のように上方に持ち上がり根菜類等の根部の容積が大きくなっても機能することができる。
【００１２】
図13は栽培作業を効率よく行うために架台25上に栽培容器10を複数個連結して設置したもので、栽培容器10の液位を一定にするための水位貯留箱21、さらに養液を調合し、貯留する養液タンク23を水位貯留箱21前後のフレキシブル管28を介して連結したものである。貯留箱21よりも高位置に配設した養液タンク23につながる内部に取り付けられたボールタップ等で定水位dまで貯留された貯留箱21を、受台22のジャッキ等で上下することによって、設置した栽培容器10の水位cを相対的にコントロールすることができる。ジャッキを上げれば貯留箱21が上昇し、それと共に容器10の水位が上がり、下げれば下がることになる。このように栽培容器10内の水位を常に一定に常時、供給できるように設定しておけば、植物が成長に応じてどんどん養液を吸収しても、植物が要求するだけの養液を常に補給することができるので、植物は養液を求めて根を張り巡らせる必要は少なく栽培効率はよくなる。水位を一定に保つ装置は、一般的に水を使用すればその分を補給する水洗トイレのボールタップ方式や、灯油暖房機の灯油供給装置のような機能や、図15に示すニワトリの水飲み器のようにペットボトル24のような容器を逆向きに設定したもの、あるいは図14のように栽培容器10の底部にシリンダとピストンのような仕組みで、ピストンの上下動で水位cを調整する水位調節器20を設けてもよい。図13のように栽培容器10内の水位は水位一定装置の貯留箱21をフレキシブル管28を介して栽培容器10と分離して別体にしているので、貯留箱21の高さの位置調整で栽培容器10内の定水位高さを変えることができる。栽培容器10内の水位が高いと、水耕栽培体Ｓの毛細管吸い上げ量は多く、水位が低いと毛細管吸い上げ量は少なくなる。栽培容器10の水位を変えることによって、水耕栽培体Ｓの吸い上げ吸水量を変えることができるので、植物の性質によって異なる吸水量を容易にコントロールすることができる。すなわち植物に最適な根部の環境を提供することができる。このように植物根部の吸水量をコントロールすることによって、生育の調整や、植物に適宜にストレスを与えて、果菜では糖度の調節を行うことができる。このように、この発明は植物の性質に対応した吸水量をコントロールすることができるので、多くの植物栽培に対応した最適な根部環境を提供することができる。図16は実用的な水耕栽培プラントで、水平な架台に設置した長尺の多数の植物を栽培できる栽培容器10と定水位貯留箱21とを一部を可動可能なフレキシブル管28ですべてのそれぞれの栽培容器10と連結し、さらに貯留箱21から一部を可動可能なフレキシブル管28を介して貯留箱21よりも高位置の養液タンク23に連結したものである。ジャッキ等で上下動できる受台22に載置した貯留箱21をジャッキで上下動することによって貯留箱21から連結しているすべての栽培容器10の水位を一度に自由に調節することができ、低コストの水耕栽培プラントを提供することができる。
【００１３】
【発明の効果】
この発明の水耕栽培体及びその水耕栽培装置は何ら動力を使わずに、有機土壌の自然の状態に類似した内部構造、つまり高湿度で、土壌粒状物間の立体的な毛細管吸水できる状態、それは人工的には植物根部の土壌部分の土壌を取り除いた状態の霧吹き状態にしたこと、つまり噴霧（ミスト）状態を形成したことにある。毛細管吸水布の平面的、単一的な配設でなく、所用間隔をあけて複数に配列した毛細管吸水機能を有する基板の立体的な配設をしており、毛細管吸水機能を有するものが四角板に毛細管吸水布を被覆したものなので、塩類集積による連作障害やその他の障害等に対して、毛細管吸水布の取り替え、あるいは洗浄や浸漬をすることによって容易に対処できる。さらにこのような構成なので植物根部の毛細管吸水布との接触面積が数段多くなり、それだけ植物の吸水量が多くなると共に、毛細管吸水布の相互間が高湿度状態に保持できるので、植物にとって理想の根部の環境を低コストで提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】植物根部の有機土壌中の状態説明図である。
【図2】植物根部の噴霧（ミスト）状態中にある状態説明図である。
【図3】水耕栽培体及びその装置の断面の機能説明図である。
【図4】四角板又は四角枠の各種形状の斜視図と一部の上面図である。
【図５】水耕栽培体の構成説明図とその各種水耕栽培体の斜視図である。
【図6】水耕栽培装置の断面図、斜視図である。
【図7】水耕栽培体の構成説明図である。
【図8】水耕栽培体をシートで被覆した装置の断面図と斜視図である。
【図9】水耕栽培装置の断面図、斜視図である。
【図10】水耕栽培装置の断面図である。
【図11】植物の培地付根部の斜視図である。
【図12】キャップの斜視図である。
【図13】水耕栽培装置の系統図である。
【図14】栽培容器内の定水位調節器の断面図である。
【図15】水耕栽培装置の定水位器断面説明図である。
【図16】水耕栽培装置の平面配置系統図である。
【符号の説明】
1 基板
2 四角板又は四角枠
3 固定板
4 止め具
5 スペーサ
6 ヒモ締め
7 毛細管吸水布
8 通水防根シート
9 被覆シート又は断熱シート
10 栽培容器
11 容器蓋
12 植込み穴
13 植物
14 培地付根部
15 団粒状土壌粒子
16 噴霧（ミスト）
17 包囲容器蓋
18 毛細管吸水機能を有する布又はシート
19 キャップ
20 水位調節器
21 水位貯留箱
22 受台
23 養液タンク
24 ペットボトル
25 架台
26 小穴
27 バルブ
28 フレキシブル管
29 冷暖パイプ
30 棒受台
31 支持棒
32 透明シート
33 側壁
a 基板の所用間隔
b 基板の両端部と中央部の高さの差
c,d 一定水位
h 吸い上げ高さ
H 基板の高さ
S 水耕栽培体
W 養液
M 高湿度状態

Claims (9)

1. 四角板又は四角枠に毛細管吸水布を被覆した毛細管吸水機能を有する基板を並列に所用間隔をあけて複数配列して一体化したことを特徴とする水耕栽培体。
2. 毛細管吸水機能を有する基板は四角板又は四角枠に毛細管吸水布、さらにその上に通水防根シートを被覆したものであることを特徴とする請求項1記載の水耕栽培体。
3. 四角板又は四角枠の側面は凹凸、ノコ刃形状又は空間を有するものであること、あるいは四角板又は四角枠そのものが網目形状であることを特徴とする請求項1又は2記載の水耕栽培体。
4. 毛細管吸水機能を有する基板の中央部の高さを両端部より低くしたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の水耕栽培体。
5. 請求項1、2、3又は4記載の水耕栽培体の全体を被覆シート又は断熱シートで包囲して一体化したことを特徴とする水耕栽培体。
6. 請求項1、2、3又は4記載の水耕栽培体を内装した栽培容器と、この栽培容器にこの水耕栽培体と空間をあけて植物を入れる植込み穴付容器蓋を密閉して覆蓋したもので、前記水耕栽培体の下部を養液に浸し、この水耕栽培体の頂部に前記容器蓋の植込み穴に挿入した植物を載置して、植物を高湿度状態と毛細管による吸水で栽培することを特徴とする水耕栽培装置。
7. 請求項1、2、3又は4記載の水耕栽培体を内装した栽培容器と、この水耕栽培体の外周面と所用間隔をあけて包囲するような側壁を有する容器蓋からなることを特徴とする水耕栽培装置。
8. 請求項7記載の水耕栽培装置の容器蓋の内周面に毛細管吸水機能を有する布又はシートを内張りしたことを特徴とする水耕栽培装置。
9. 請求項5記載の水耕栽培体の底面に養液の通口を、上面に植物の植込み穴を有し、植物を前記植込み穴に挿入して水耕栽培体基板の頂部に載置して、前記水耕栽培体の下部を養液で浸すことによって、前記植物を高湿度状態と毛細管による吸水で栽培することを特徴とする水耕栽培装置。

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