JPH056977B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、施設園芸として実施される養液栽培
技術に係り、特に隔離培地を使用した養液栽培で
の培地水分および培地内肥料等の蓄積による組成
濃度の変化を自動制御する自動潅水制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

近年、施設園芸分野においては、養液栽培が盛
んに行われるようになり、特に最近では培地を有
する養液栽培が増加している。培地による養液栽
培では、培地への水分制御が不可欠であり、養液
循環方式でない場合、水分センサを使用したり、
日射量を目安として潅水必要量を推定して潅水制
御を行つている。そして、この種の培地水分制御
を行う目的で、種々の水分センサが提案されてい
るが、精度的に不十分であつたり、培地での長期
的な使用に適さなかつたり、高精度のものは高価
である等の難点がある。

また、この種の養液栽培法として、ロツクウー
ルを使用した栽培が近時急速に普及しつつある。
このロツクウール栽培においては、日射量を基準
として蒸発散量を間接的に推定したり、ロツクウ
ール培地の重量を直接測定して培地の潅水制御を
行う方法が提案されているが、いずれも一長一短
がある。

しかしながら、前記方法の中で、蒸発散量その
ものを測定して潅水を制御する方法は、比較的優
れた方法であるとの評価が定着しつつある。その
理由は、作物の栽培において、培地水分の消費は
作物からの蒸散量と培地からの蒸発量が殆どであ
り、これらは作物の生育の度合いおよび作物を取
り巻く環境、すなわち気温、湿度、輻射熱等の複
雑な要素の影響を受けるため、前述した培地水分
の間接的測定管理に比べ、より簡単かつ正確な管
理が可能となるからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在までに、培地水分の蒸発散量を直接測定す
る方法として次の２方法が提案されている。

第１の方法は、所要の大きさを有するトレイの
中にキヤピラリーマツトを敷設し、その上に人工
培地としてのロツクウール製マツトを載置し、ト
レイに保有する水をキヤピラリーマツトの毛管現
象を利用して均等にロツクウールの培地に供給す
ると共に、培地における過剰水はトレイの底部で
回収し、その後適宜外部へ排出するように構成し
て実施するものである。この場合、トレイの水溜
りに、水位のレベルセンサとして２本の電極を設
け、培地水分の蒸発散量を前記トレイ内の水位の
変化として捕らえると共に、これを潅水量に換算
して潅水制御を行う。

しかしながら、この方法は、多数のロツクウー
ルの培地を設定する場合、その一部の培地に対し
前記構成を採用するため、全培地の代表となる培
地だけは、蒸発散量を検出する目的で絶えずトレ
イ内の水の補給を受けているため、他の培地とは
相当異なつた環境に置かれることになり、培地全
体の代表値に基づく管理がなされていないという
欠点がある。

また、第２の方法は、前記第１の方法において
使用するトレイとキヤピラリーマツトを、独立し
た容器とキヤピラリーチユーブに置き換え、容器
内の水をキヤピラリーチユーブの毛管力を利用し
てロツクウールの培地に供給すると共に、培地に
おける潅水総量を容器に回収するように構成して
実施するものである。そして、この場合、容器内
の水位をレベルセンサで検出し、その変位を蒸発
散量として潅水量に換算し、潅水制御を行う。

この方法は、前記第１の方法に比較して低コス
トに実施することができるが、容器内の総水量も
培地との間で交換するため、単位時間当りの蒸発
散量とキヤピラリーチユーブのキヤパシテイとの
バランスが崩れると、潅水開始指令の発信が遅れ
て培地での水分不足を生じたり、潅水停止指令の
発信が遅れて培地での水分過剰となる等の難点が
ある。

前述した２方法は、いずれも培地での蒸発散量
の全量を水位に変換し、レベルセンサにより潅水
制御のためのON・OFF信号を出力する機構を採
用している点で共通している。しかるに、これら
の方法は、直接蒸発散総量を測定しているものの
センサと培地間で蒸発散総量の交換を行つている
ことから、例えば培地に潅水を行つた場合、潅水
は当該培地を飽和状態にすると別置した液溜りに
流出し、その後この状態をレベルセンサで検出し
て潅水制御のOFF信号を出力するように構成さ
れている。このため、前述したセンサとして用い
られている培地とそれ以外の培地が相当異なつた
環境にあり、ロツクウール培地全体に亘る適正な
潅水量の換算には問題があり、このため無人化し
得る自動潅水システムの実現には多くの解決すべ
き点が残されている。

そこで、本発明の目的は、培地における水分含
有率の変化を水位の変化として適正かつ迅速に検
出することができると共に培地への施肥潅水の繰
返しに伴う肥料成分の蓄積分を排除するために任
意に過剰潅水を行うことができる自動潅水制御装
置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る自動潅水制御装置は、培地の含有
水分を測定して潅水装置の制御を行い培地の含有
水分を設定範囲に保持するよう構成した培地を使
用する養液栽培システムからなり、培地と相互に
連通する水位検出筒を設け、この水位検出筒内の
水位を検出する電極を設け、この電極によりコン
トローラを制御して前記潅水装置の潅水開始およ
び潅水停止の制御を行うよう構成した自動潅水制
御装置において、 培地１４の底部内部または培地底部に集水器１
６を設け、この集水器１６を培地の外部に培地の
底部と同レベルまたは前記底部より低レベル迄位
置調整可能に構成した水位検出筒２０に対し導管
１８を介して接続し、前記水位検出筒２０内の水
位の下限レベルと上限レベルとをそれぞれ検出す
る電極２２，２４を設け、これら電極２２，２４
をコントローラ２６に接続して前記培地内水分を
任意に設定した範囲内で潅水装置の潅水開始指令
と潅水停止指令とをそれぞれ出力するよう設定
し、 さらに培地１４の外部に培地からの余剰水を集
水し計量し得ると共に排水手段を有する計量シリ
ンダ３２を設け、この計量シリンダ３２内の水位
を検出する電極３６を設け、この電極３６により
前記計量シリンダ３２に設定した水位を検出して
これを前記コントローラ２６を介して潅水装置の
潅水停止指令を出力するよう設定し、この計量シ
リンダ３２に設けた電極３６と前記水位検出筒２
０に設けた上限レベルの検出を行う電極２４とに
より検出される潅水停止指令とを選択的に使用す
るための切換スイツチ３８を前記コントローラ２
６に設けることを特徴とする。

前記の自動潅水制御装置において、計量シリン
ダ３２による潅水停止指令と水位検出筒２０によ
る潅水停止指令との選択は、任意の潅水回数設定
が可能な調整器または培地内肥料濃度測定器から
発信される信号によりコントローラ２６に設けた
切換スイツチ３８を自動的に切換選択するよう構
成すれば好適である。

また、コントローラ２６は、水位検出筒２０に
よる潅水開始から潅水停止間での動作時間を越え
て、潅水停止指令の出力を遅延するよう設定し得
るタイマ３０を設ければ好適である。

〔作用〕

本発明に係る自動潅水制御装置によれば、ロツ
クウール等の培地では、培地内へ供給される水分
は毛管作用によつて分散移動する毛管水と、重力
の影響を受けて培地底部に分布する重力水との形
態で保水することができ、この時の含有水分率を
前記培地底部内と外部に設けた水位検出筒とを導
管によつて水柱的に結合することによつて、培地
底面と水位検出筒内の水位の差（ｈcm）は、いわ
ゆる“砂柱法”や“土柱法”として知られている
測定原理に基づく培地のpF値（＝log ｈ）とに
相関関係が確認され、従つて培地の水分量に対応
する水位検出筒の水位の下限レベルおよび上限レ
ベルを検出して潅水装置に対し潅水開始および潅
水停止の指令をそれぞれ出力し、培地水分の適正
な調整を行うことができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る自動潅水制御装置の実施例
につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第１図は、本発明に係る自動潅水制御装置の基
本構成を示す培地を使用した養液栽培システムの
構成図である。第１図において、参照符号１０は
架台を示し、この架台１０上に所要の容器もしく
は隔離シートからなる水受部材１２を設けてその
上にロツクウール等で構成した培地１４を載置す
る。しかるに、前記培地１４の底部内には集水器
１６を埋設し、一方前記培地１４の外部にこれよ
り低レベル位置に水位検出筒２０を設ける。そし
て、前記集水器１６と水位検出筒２０とを導管１
８により相互に連通接続する。また、水位検出筒
２０には、それぞれ潅水開始と潅水停止とを指令
する水位を検出するためのレベル検知電極２２
（e₂），２４（e₁）を設け、これら電極２２，２４
と電極（e₃）に兼用した水位検出筒２０との通電
状態をコントローラ２６で検出して適宜潅水装置
２８を制御し、培地１４への適正な潅水を行う。

次に、このように構成した自動潅水制御装置の
詳細につき、動作と共に説明する。まず、培地１
４としては、ロツクウールが最も好適であるが、
その他砂、礫、燻炭、ピートモス、パーライト、
バーミキユライト等の従来より公知の培地材料を
使用することができる。この培地１４に対し、所
要の給水を行う潅水装置２８は、コントローラ２
６からの潅水開始指令信号により作動して潅水を
行うと共に潅水停止指令信号により潅水を停止す
るよう構成される。しかるに、前記潅水装置２８
からの潅水により培地１４に供給された水は、培
地１４内で毛管水および重力水の形態で培地内に
拡散し浸透する。このようにして、培地内の水分
含有率が高まると、重力の作用を受けて培地１４
下部の水分分布が増加し、この重力作用を受けた
重力水と毛管作用で拡散する毛管水とが平衡した
状態で培地１４特有の水分分布を形成するに至
る。この時、培地１４内に分布された水分は、培
地１４の底部内に配置した集水器１６に捕集さ
れ、導管１８を介して水位検出筒２０に貯流され
る。従つて、例えば培地１４の底部における水分
含有率が100％に達した場合は、水位検出筒２０
の水位は、培地１４の底部と略同一レベルとな
る。また、蒸発散により培地１４内の水分含有率
が低下すれば、培地１４底部内の水分含有率も
徐々に低下し、これに対応して水位検出筒２０の
水位も低下して平衡状態を保持する。この関係
は、培地１４の“PF−含有水分（容量％）特性”
に基づいて規定され、再現性を有することは前述
した通りである。

前記構成において、集水器１６は、透水性の良
好な綿状織布、セラミツクス、素焼状物質等で加
工した多孔質中空体で構成し、これに導管１８を
接続して構成することができる。この場合、孔隙
内へ根が侵入するのを防止するため、根切りシー
トを被着しておけば好適である。また、集水器１
６としては導管１８の開口端部に孔隙率の少ない
綿状織布等からなる集水パッドを装着して構成す
ることもできる。なお、前述した構成からなる集
水器１６は、いずれも培地底部内の含有水分率が
最低となつた場合においても導管１８と連通して
いる。集水器１６の内部から壁面を通して空気を
吸引することのないPF含有水特性を有する部材
を選定することにより、培地底部内と水位検出筒
２０とは導管１８を介して水柱結合を保持し、培
地底部内の含有水分率と水位検出筒２０の水位と
は常に適正な平衡関係を維持することができる。
また、前述したように、水位検出筒２０で培地底
部内の含有水分率と適正に比例した水位を検出す
るには、培地１４と水位検出筒２０との間での通
水量を最少にすることが重要であり、この場合水
位検出筒２０の直径を可能な限り細かく（約15mm
φ以下）に設定すれば有効であることが確認され
た。さらに、ロツクウールを培地として使用する
養液栽培では、培地含有水分率を極めて高い範囲
（例えば、培地底部内の含有水分率70〜97％）に
設定している。このような場合には、前述したよ
うな集水器１６を排除し、導管１８の開口端部を
ロツクウール部材で直接包持するだけで充分であ
る。

前述したように、培地底部内の含有水分率と水
位検出筒２０での水位とが適正に比例するよう設
定できれば、培地底部内の含有水分率の設定範囲
に応じて水位検出筒２０での水位を設定すること
ができる。従つて、水位検出筒２０での上限水位
は培地に付与する最大含有水分率に対応する水位
検出筒２０内の上限水位で潅水停止指令を発生さ
せる水位に電極２４を位置決めする。また、下限
水位は、予め設定した蒸発散が行われ、培地内含
有水分が低下したときの水位検出筒２０内の下限
水位で潅水開始指令を発生させる水位に、レベル
検知電極２２を位置決めする。このようにして、
前記電極２２，２４により水位検出筒２０の水位
を検出し、水位が前記電極２２の設定レベル以下
となつた際にコントローラ２６より潅水装置２８
に対し潅水開始指令を出力し、また水位が前記電
極２４の設定レベルに達した際に同様にして潅水
停止指令を出力することにより、培地１４の含有
水分率を設定範囲に保持し得る自動潅水制御を容
易に達成することができる。

また、現在実用化されているロツクウールなど
を使用した培地においては、施肥を繰返している
うちに、培地内の肥料の組成濃度が変化し、一定
の限度を越えると作物の生育障害の原因となる。
このため、培地に対し施肥潅水を余分に施し、こ
の余剰水当量分を培地外に排出させ、肥料の組成
濃度の適正化を図ることが必要になる。この場合
の余剰水量としては、潅水の都度一般に培地での
蒸発散量に対し約５〜20％余分に潅水を実施し、
培地外に流出させる方法が採用されている。この
ような余剰水の排出は液肥等の無駄使いとなるこ
とも事実であり、施肥量の管理次第では潅水の都
度余剰水を流出させることなく、培地内肥料濃度
を検出してその濃度値が所定値に達した際または
任意の回数潅水が行われる毎に１回余剰水を排出
させる方法が最適である。しかしながら、前述し
た本実施例装置において、培地における蒸発散量
と等量の施肥潅水管理は、水位検出筒２０によつ
て実施することができるが、培地底部内の含有水
分率が100％以上の状態から肥料成分の調整に必
要な余剰水の施肥潅水を行うことは困難である。

そこで、前記構成においては、培地における蒸
発散量と等量の施肥潅水管理は水位検出筒２０に
よつて行い、電極２４によつて潅水停止指令が出
力された後は次のような手段によつて所要の余剰
水を供給するよう構成する。すなわち、コントロ
ーラ２６において、水位検出筒２０に設けた電極
２４まで水位が到達したことを検知して潅水装置
２８に対し潅水停止指令を出力する際に、前記潅
水装置２８による潅水開始時点から潅水停止時点
までに要した時間の計測を行い、この計測時間を
蒸発散量に換算し、必要な余剰水量を決定し、前
記潅水停止指令の出力信号を遅延するようにす
る。このため、コントローラ２６にタイマ（遅延
タイマ）３０を内蔵し、例えば滋養発散量に対し
10％の余剰水を必要とする場合には、前記タイマ
３０を潅水開始から潅水停止までに要した時間に
0.1を乗じた時間にセツトすることにより、前記
潅水停止指令をタイマ３０でセツトした時間だけ
遅延させて、この間に前述した余剰水の供給を達
成することができる。この時、水受部材１２の下
部には穴が明けてあり、余剰水が排水されるよう
になつている。なお、前述したように、余剰水は
培地内の肥料成分の適正化を行う目的で実施され
るものであるため、施肥量の絶対量管理の導入や
培地によつては施肥潅水の都度これを実施しなく
ても、例えば一日１〜２回程度または任意の潅水
の都度処理することで足りる場合もある。従つて
このような場合には、コントローラ２６に予めタ
イマ３０の動作するタイミングを24時間タイマま
たは潅水度数計等と連動させて潅水回数の１〜数
回毎に任意に設定することが可能な調節器を使用
して、予約設定しておくことにより、施肥潅水の
無駄を除き経済的な自動潅水制御を達成すること
ができる。

第２図は、本発明に係る自動潅水制御装置の典
型的な一実施例を示す養液栽培システムの構成図
である。すなわち、第２図に示す実施例は、前記
第１図に示すように集水器１６および水位検出筒
２０を設けた培地１４または他の培地を任意に選
定し、当該培地の外部に培地からの余剰水を集水
し計量を行う計量シリンダ３２を設けた構成から
なる。従つて、第２図において、第１図に示す構
成と同一の構成部分には同一の参照符号を付し詳
細な説明は省略する。第２図において、計量シリ
ンダ３２は、水受部材１２を載置した架台１０の
一部に取付ける。この場合、計量シリンダ３２
は、水受部材１２の外部すなわち培地１４の外部
に位置し、培地１４の内部側とは適宜通水路３４
を介して培地１４からの余剰水を集水するよう構
成される。また、計量シリンダ３２には、潅水停
止を指令する水位を検出するためのレベル検知電
極３６（e₁）を設け、該電極３６の通電状態をコ
ントローラ２６で検出して適宜潅水装置２８を制
御（潅水停止指令の出力）するよう構成する。こ
の場合、コントローラ２６においては、計量シリ
ンダ３２に設けた電極３６からの水位検出信号
と、水位検出筒２０に設けた上限レベルを検出す
る電極２４からの水位検出信号とを、切換スイツ
チ３８を設けて選択的に入力するよう構成する。
また、計量シリンダ３２には、その底部より排水
管４０を導出すると共にこの排水管４０に自動開
閉弁４２を設ける。しかるに、前記自動開閉弁４
２は、潅水実施中は閉弁しており、潅水停止に際
しその停止指令に基づく信号または潅水供給ライ
ンの水圧変化に基づく信号等により、適宜開放動
作するよう設定する。

次に、このように構成した本実施例にかかる自
動潅水制御装置の動作につき説明する。まず、コ
ントローラ２６において切換スイツチ３８を水位
検出筒２０の電極２４と接続する場合は、水位検
出筒２０によつて蒸発散等量潅水制御を行う。ま
た、切換スイツチ３８を計量シリンダ３２の電極
３６と接続する場合は、計量シリンダ３２に連通
する通水路３４を介して培地１４からの余剰水を
集水し、この余剰水が所定量に達した際潅水停止
指令を発生して潅水停止を行う。計量シリンダ３
２に集水された余剰水は、手動または自動で適宜
排水が可能である。これによつて、前述した培地
内の肥料成分の適正化制御を行うことができる。
この場合、前記切換スイツチ３８の電極２４側か
ら電極３６側への切換制御は、前述した切換信号
を発生する切換時刻を予約設定できる24時間タイ
マ、潅水度数をカウントして潅水回数の１〜数回
毎に切換信号を発生することが任意に設定可能な
調節器または培地内肥料成分濃度を測定してその
測定値が所定値に達した際切換信号を発生する測
定器等を使用して自動的に行うことができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかな通り、本発明によ
れば、ロツクウール等の培地における含有水分の
蒸発散と潅水による変化を、培地内水分分布の変
化として捕えて、これを外部に設けた水位検出筒
の水位の変位に置換して検出するよう構成するこ
とにより、比較的簡単な構造で施肥潅水制御を適
正かつ低コストに実現することができると共に、
培地含有水分の調整を迅速かつ高精度に達成する
ことができる。

特に、本発明によれば、培地の外部に培地から
の余剰水を集水する計量シリンダを設けて、この
余剰水の水量に応じて培地内水分の適正な調整を
行うことができる。

従つて、本発明によれば、施肥潅水を多数繰返
した場合における肥料成分の適正化を図るため、
蒸発散量に対する潅水量に加えて、蒸発散量の５
〜20％に相当する余剰水の潅水を、コントローラ
のタイマまたは潅水回数あるいは培地内肥料濃度
等によつて簡便にしかもタイミングよく達成する
ことができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本発明は前述した実施例に限定されることな
く、本発明の精神を逸脱しない範囲内において
種々の設計変更をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動潅水制御装置の基本
構成を示す培地による養液栽培システムの構成
図、第２図は本発明に係る自動潅水制御装置の一
実施例を示す培地による養液栽培システムの構成
図である。 １０…架台、１２…水受部材、１４…培地、１
６…集水器、１８…導管、２０…水位検出筒、２
２，２４…電極、２６…コントローラ、２８…潅
水装置、３０…タイマ、３２…計量シリンダ、３
４…通水路、３６…電極、３８…切換スイツチ、
４０…排水管、４２…自動開閉弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 培地の含有水分を測定して潅水装置の制御を
   行い培地の含有水分を設定範囲に保持するよう構
   成した培地を使用する養液栽培システムからな
   り、培地と相互に連通する水位検出筒を設け、こ
   の水位検出筒内の水位を検出する電極を設け、こ
   の電極によりコントローラを制御して前記潅水装
   置の潅水開始および潅水停止の制御を行うよう構
   成した自動潅水制御装置において、 培地１４の底部内部または培地底部に集水器１
   ６を設け、この集水器１６を培地の外部に培地の
   底部と同レベルまたは前記底部より低レベル迄位
   置調整可能に構成した水位検出筒２０に対し導管
   １８を介して接続し、前記水位検出筒２０内の水
   位の下限レベルと上限レベルとをそれぞれ検出す
   る電極２２，２４を設け、これら電極２２，２４
   をコントローラ２６に接続して前記培地内水分を
   任意に設定した範囲内で潅水装置の潅水開始指令
   と潅水停止指令とをそれぞれ出力するよう設定
   し、 さらに培地１４の外部に培地からの余剰水を集
   水し計量し得ると共に排水手段を有する計量シリ
   ンダ３２を設け、この計量シリンダ３２内の水位
   を検出する電極３６を設け、この電極３６により
   前記計量シリンダ３２に設定した水位を検出して
   これを前記コントローラ２６を介して潅水装置の
   潅水停止指令を出力するよう設定し、この計量シ
   リンダ３２に設けた電極３６と前記水位検出筒２
   ０に設けた上限レベルの検出を行う電極２４とに
   より検出される潅水停止指令とを選択的に使用す
   るための切換スイツチ３８を前記コントローラ２
   ６に設けることを特徴とする自動潅水制御装置。 ２ 計量シリンダ３２による潅水停止指令と水位
   検出筒２０による潅水停止指令との選択は、任意
   の潅水回数設定が可能な調整器または培地内肥料
   濃度測定器から発信される信号によりコントロー
   ラ２６に設けた切換スイツチ３８を自動的に切換
   選択するよう構成してなる請求項１記載の自動潅
   水制御装置。 ３ コントローラ２６は、水位検出筒２０による
   潅水開始から潅水停止間での動作時間を越えて、
   潅水停止指令の出力を遅延するよう設定し得るタ
   イマ３０を設けてなる請求項１記載の自動潅水制
   御装置。