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2012年3月

2012年3月31日 (土)

植物工場での光合成を促進させる環境設定

自動制御の植物工場を効率良く運営するためには、育てている植物の光合成が最大
になるよう、環境をコントロールすることが必要です。

そのためには「温度」「湿度」「風速」「二酸化炭素」などを、適正な範囲に制御すること
になり、その内容について調査しましたので記述します。

S

■温度
光が十分に強いときは、光合成が最大になる温度ははっきりしています。
しかし、光が弱いときは、あまりはっきりとは現れません。温度が変わっても、光合成
があまり変わらないということです。

そのため、曇りや雨天のときには省エネを考えて、無理に高温まで暖房はしないよう
です。

完全制御型の植物工場では、温度はその植物の適温に設定します。しかしほとんど
の場合はランプから放射される熱の除去が必要となるため、冷房を働かすことが多い
とのこと。

冬場でも暖房はほとんどいらないようです。(北国だとそうはいかないでしょうが)

■湿度
湿度は温度との関係が深く、温度を一定にして湿度だけをかえるのはむずかしいの
で、湿度と成長の関連データは少ないよう。

一般的には、湿度はある程度高い方が生育に良いようです。相対湿度が70~80%
あたりが適当とされています。

■風速
最適な風速も湿度に関係しているようですが、経験的には50~60cm/秒の微風が
良いようです。この風が葉からの水の蒸散を促し、光合成を高めるとのこと。

■二酸化炭素
光合成は二酸化炭素を吸って酸素を出す働きなので、一般的には二酸化炭素濃度が
高いほど光合成は促進されます。しかしあまり濃度が高いと、飽和するようです。

空気中の二酸化炭素濃度は350ppm程度ですが、植物工場では普通1000ppm
くらいの濃度にするようです。

完全制御型植物工場は、環境をしっかりと制御して最高の効率で成長をさせているの
でしょうが、その分エネルギーなどのランニングコストがかかることになります。

一番の問題はこのコストとの闘いのようですね!

2012年3月29日 (木)

植物の成長と光の関係について

今回の記事は「植物の成長と光について」と、「水耕栽培レタス」の状況の
2本立てです。

植物を栽培するものとして、その成長の原理にはとても興味があります。
早い話が、自分で作る野菜を短期間で順調に育てるには、どのようにしてい
ったら良いのだろうか・・というのが、その心です。

植物工場の運営を仕事として取り組まれている方は、当然その当たりのこと
は十分に理解して、日々運営をされていると思いますが。

1s

■成長への影響因子
すでに一般知識としてご存じとは思いますが、改めて復習をしました。
植物の成長には、「光」「温湿度」「二酸化炭素濃度」「風速」「地下部分の
環境条件」が複雑にからんで、影響してきます。

完全制御型植物工場では、とりわけ光の条件が大切と言われているようです。
そしてその中では、「光強度」「日照時間」「スペクトル(色分布)」の三つの
要素があります。

そして最も基本的なのは、光合成と光強度との関係になります。

温度や二酸化炭素濃度の影響を受けますが、基本的には光の強さとともに
増大し、あるところから飽和していくようです。(光飽和点)

植物工場では、この光飽和点よりも少し下の領域で成長させるのが、効率
の良い光の使い方だと言われています。

■光と成長速度
1日の光合成量は、日照時間の積算になりますので、照射時間が24時間
のときが最も成長が早くなります。

しかし、光合成にも”疲れ”のようなものがあって、日照時間が伸びるほど
単位時間当たりの光合成力はダウンしていきます。

レタスに対して24時間照射している植物工場もあるようですが、光合成の
効率を考えると、16時間くらいにするのが一般的のようです。

また夜がないとよく育たない葉菜類もあるようです。さらに夜を一定時間以上
与えないと、枯れてしまうという果菜類もあります。

■光の種類での影響
光合成を行う葉緑素の吸収スペクトルを見ると、植物は特定の赤色と青色を
特に好むことがわかっています。黄色はどうも嫌われる色のようですね。

この赤色と青色だけで植物を健全に育てることは可能で、太陽光を利用しな
いとよく育たないということは、必ずしもないとのこと。

これにより、近年植物工場の照明は、LED照明が多く採用されるようになっ
てきています。


■我が家の水耕レタスの状況
ここのところ少し気温が上がってきました。今週初めまでは吹雪きになるこ
ともあり冬が続いているようでしたが、少し暖かくなるととたんに春めいてき
ます。

茎の付け根でカットしたレタスですが、相変わらず変化がありません。
指でつかんでみると茎はしっかりと固い状態を維持しているので、まだ枯れ
ていっているような状態ではないと思います。

もしも枯れるような方向になっていくときは、だんだん柔らかくなっていくはず
ですから。

カット部分の拡大写真です。

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2012年3月25日 (日)

植物の光合成と成長

植物は「光合成」の作用によって成長します。
光合成とは、光と二酸化炭素、根から吸い上げた水分から、葉の中に炭水
化物を作る働きです。

葉の中の葉緑素(クロロフィル)が中心に働いて作られ、できた炭水化物
は葉から他の器官に移動(転流)し、根から吸収した養分と共にタンパク
質や核酸合成の原料となります。

これが「生合成」と呼ばれます。

光合成、転流、生合成の作用を通して、植物体が作られていきます。
これに必要なエネルギーは、呼吸によって炭水化物を酸化することにより、
得られています。

■2つの成長タイプ
光合成により葉や茎や根、果実などの諸器官が相対的に大きくなっていく
現象が「栄養成長」と呼ばれます。

一方、花芽を形成したり、種子や果実を生ずる成長を「生殖成長」と呼び
ます。

トマトやイチゴなどの果菜類は、これら2種類の成長を考慮していく必要
があります。

しかし、もっぱら葉菜類を作っている完全制御型植物工場では、栄養成長
だけを考えれば良いことになります。

植物の成長を重さで測定すると、重量は時間的にしばらくは指数関数的に
増えていきます。しかし動物でも同じですが、成長はいずれ飽和していき
ます。

完全制御型植物工場で問題にするのは、この飽和する前のブラックマンの
領域です。つまり人間の場合でいうと、思春期までとなります。

植物工場では生育にいろいろなコストをかけているので、一番効率的に
生長する期間を対象にするからです。

■我が家の水耕レタス
先週、茎の付け根からカットしたレタスですが、まだ変化が見られません。
徐々に枯れていくことも、新たに新芽が出てくるような気配も、現時点は
まったくありません。

写真のように時折り冬に舞い戻り、雪が降ったりして寒いからかな?


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2012年3月21日 (水)

再生実験のため水耕栽培レタスの茎をカット

せっかく越冬した水耕栽培のレタスですが、ついに根本から上の茎を全て
カットしました。

■目的
第1の目的は、茎を根本からカットしても根は枯れずに生き残って、新たな
芽を出して再生するかどうかを確認するためです。

第2の目的は、茎が高く上に伸びて木のようになっているので、茎を根本で
カットして、また低いところに一杯葉を茂らせて欲しいためです。

木のようになったものをリセットして、レタス本来の低い姿勢に形を整えたい
ということです。

■天候が急変
冬が終わり春の息吹を感じ、そしてレタスの生長点が上へ伸び始めたことを
確認してからカットをしたのですが、実は昨日から一転してまた冬に舞い戻
ってしまいました。

最高気温が4℃、最低気温が-5℃の寒い天気です。
朝、車の上を見ると新たに3cmほどの雪が載っていて、道路はアイスバー
ンになっていました。

■我慢です
カットするのが早すぎたかな・・と思いながら、やってしまったことは仕方が
ないので、しばらく養液を氷らせないよう注意して様子を見ようと思っていま
す。

このような気候が続くと、活動は微々たる状態に止まり、やはり太陽の日が
差して暖かい感じにならないと、再生の兆しが出てこないかも知れません。

しばらくは注視です。

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2012年3月18日 (日)

越冬成功。我が家の植物工場の状況

とても植物工場と言えるものではありませんが、今回は久しぶりに我が家で取
り組んでいる水耕栽培のレタスの状況について書きます。

■ようやく春の兆し
ここ最近、ようやく気温も上がり、春めいた雰囲気になってきました。
今日は太陽は出ていないのですが風もなく、なんとなく暖かい感じの1日です。

風除室の室温も16℃まで上がっています。ついこの前まで零下だったのです
が。

水耕レタスとサニーレタス、甘味ほうれん草は、いずれも無事に越冬をするこ
とができました。

しかし小ねぎはリタイヤです。途中寒かった日に、玄関への退避が遅れて養液
を凍らせてしまったからです。

■水耕レタスはいま
それぞれの野菜は、3月に入って春の気配を感じているのか、ぐんぐん上の方
に伸び始めました。かなりの高さになっています。

以前の記事にも書きましたが、長い茎の付け根をカットして、そこから新芽が
出て復活するのかどうかを確認したいと思っています。

次回、カットした記事を載せたいと思っていますで、まずは現時点の写真を
アップしておきます。

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2012年3月17日 (土)

植物工場は水耕栽培が主流。その原理は

日本の施設園芸の設置面積は、世界第2位のようです。

国土が狭いわが国に向いているからでしょうか。その値は5万500haに
も達しているようです。

近年この施設園芸の中で、特に土を使用しない栽培方法である「水耕栽培
(「養液栽培」ともいう)が発達してきています。

すでに前の記事で書きましたように、第三次ブームまできており、別に耳
新しい文字ではないと思いますが。

■水耕栽培の方法
ミツバなどの葉菜類の水耕栽培は、ウレタンなどの培地に種を植えて発芽
させ、そののち幼苗に育ったものを栽培トレイの穴に差し込んで生育させ
ていきます。

土の代わりに水を使うので、土壌栽培よりも培養液の条件が格段に制御し
易くなります。

一般的には市販されている水耕栽培用の肥料を、無機物の陽イオンと陰イ
オンの形で直接吸収させます。

土壌栽培ではこの分解を微生物が行っています。これは化学肥料の考え方
で、この点では土壌栽培も水耕栽培も特に違いはないですね。

■土壌栽培
土壌栽培では、土が一端肥料を保持してジワジワと根に与えていくという、
緩衝作用があるという良い面があります。

しかしその一方で、多量に肥料を与え過ぎて土壌の塩類濃度が高まったり、
肥料が分解して生じる酸などが根に害を与えるという、悪い面があります。

この悪い面が”連作障害”をもたらすことになります。

■水耕栽培の利点

◇連作障害からの脱却
 水耕栽培には、この”連作障害”が発生しないため、継続してニーズの
 ある野菜を育成していく植物工場としては、大きな意味のあるものとなっ
 てきます。 また、

◇生産性の増大
 水耕栽培の場合、根が培養液の中を自由に伸びて、生長に必要な養分と
 水を十分に吸収できるため、大きな生産性が得られます。 さらに、

◇清潔、省力化
 土壌栽培では3Kと言われた汚れたイメージが、清潔な栽培環境となり、
 さらには作業の大幅な省力化が可能となり、作業性も大きく改善するこ
 とができます。

◇病害虫フリー
 生育環境を外界より隔離して、温度・照明・養液管理などを自動制御す
 ることにより、土壌栽培では絶対に避けられなかった病害虫の問題を、
 クリアすることができます。

これらのことにより、植物工場のほとんどは水耕栽培方式が採用され、
その中で大きな技術革新がされてきました。

調べてみると実にいろいろなアイデアで、様々な方式が実現されています。
本当に素晴らしいと思いますね。

職業でなく趣味で取り組んでいる自分としては、これらの方式を勉強する
中で、今後自分がトライする水耕栽培のアイデアをまとめて行きたいと
思っています。  (続く)

2012年3月13日 (火)

日本の植物工場の変遷

日本での植物工場の草分けは、1980年に海洋牧場によって静岡県に作られた
カイワレ生産工場のようです。

これは太陽光利用型で、デンマークのクリステンセン農場のカイワレ版とのこと。

■カイワレ植物工場
それまではもっぱら土壌栽培だっとカイワレ大根が、これを機に急速に工場生産物
に変わっていきました。

一時は過渡競争になり、最初は1パック198円したものが、数年後には100円
以下に下落。

あまり需要のないものを大量に工場生産すると価格暴落につながるという例です。
現在のカイワレ生産者はほんの数社に絞られているようです。

■完全制御型植物工場の第1号
完全制御型植物工場の実用化第1号は、静岡の三浦農園とのこと。
三浦農園は1983年にスタートし、平面式と立体三角型の二つの栽培システムを
開発。

当時、高圧ナトリウムランプを使用し、1日400株の無農薬レタスを生産。
1株105円でスーパー2箇所に卸していました。

夫婦2人でやっていたので1株の生産原価を95円に抑えていましたが、採算性は
ギリギリ。

それでも大変な努力により10年近く生産を継続。当時としてはかなり高度な栽培
技術に達していたようです。

■その後の植物工場
その後、完全制御型ではキューピーとタバイエスペックなどが、また太陽光利用型
では、M式水耕研究所や川鉄ライフなどが、それぞれ特徴あるシステムを開発。

植物工場はいま第三次ブームに入っているとのこと。2009年に国家プロジェク
トがスタートしたため。

第一次ブームはバイオファームや回転式レタス生産工場が現れた1980年代中頃
から後半にかけて。

第二次ブームは農水省の補助金が導入されて、キューピーがこれを受けていくつか
の植物工場を作り、工場野菜を販売し始めた1990年代前半から後半にかけてと
言われています。

2012年3月11日 (日)

日本の植物工場の実用化研究

植物工場というものに個人的にかなり興味があるので、まだ雪の降っている
この寒い時期には、植物工場のことについて調べています。

つい最近、日本の植物工場の歴史について書いてある記事を見つけました。

■植物工場のはじまり
日本での植物工場の研究は、1974年に日立製作所の中央研究所で始め
たのが最初のようです。

アメリカより10年以上も後発で、「農業の工業化」を実現するという目的で
取り組みが開始。

スタンダードとなる植物にサラダ菜を選んで、植物工場のための必要な基本
的な成長データを集めることから始められました。

植物工場には、太陽光を利用するタイプと人工光(ランプ)を利用する完全
制御型のものとがあります。

■人工光併用型
当時はルスナー式の立体回転栽培方式が注目されていたため、まずは日射
が弱いときにランプで補光する、人工光併用型植物工場の実証プラントを作り
栽培実験が実施されました。

この成果は1985年の筑波科学万博で、日立製作所の展示「回転式レタス
生産工場」に生かされました。

これは当時珍しかったため、とても見学者が多かったようです。

■完全制御型
そしてその次は、完全制御型の実証プラントを作り、実験室データの実地で
の再現性などが調べられました。

光源は、当時もっぱら植物工場に使われていた高圧ナトリウムランプだった
ようです。

この研究は、同じ1985年にダイエーが千葉県のショッピングセンター
「ららぽーと」の野菜売り場の奥に作った「バイオファーム」に生かされました。

■ららぽーとのバイオファーム
いま流行りのレストランなどに併設する「店舗型植物工場」の走りといえます。

野菜売場奥の20坪ばかりの空間を植物工場に当て、売り場の横に大きな
窓を作って、お客さんが工場を見渡せるようにしたものです。

毎日100株ほどの新鮮な無農薬レタスを生産し、目の前の野菜売場で1株
198円で「産地直売」されました。

デモ用のため採算性は問われなかったようです。

これも大きな反響を呼び、植物工場の第一次ブームを呼び起こすきっかけに
なりました。

このようにして、少しずつ植物工場というものが日本社会に認識されるように
なり、多くの企業が農業の工業化という課題に取り組むようになっていきまし
た。

(続く)

2012年3月 7日 (水)

植物工場でのサラダ菜の成長速度は6倍

サラダ菜植物工場で最適環境条件で育成すると、露地栽培の6倍のスピ
ードで成長させることができるとの記事を見つけました。

それによると、
日本での植物工場の研究は、1974年に日立製作所中央研究所において
始めたのが最初のようです。アメリカからは10年以上も後発とのこと。

スタンダードとなるサラダ菜を選び、必要な基本的なデータを集め、そし
てそれは世界でも初めてのことのようで、植物工場基礎の確立へつながっ
たと書かれていました。

そして植物を工業生産するために、次の二つに絞ったようです。

1)生産プロセスを定量化する。
2)大量生産を行う。

そしてこの考えの延長上に、

1)成長を定量化する。
2)大幅な成長促進を行う。

があり、それを達成するために栽培槽の中で光強度、照射時間、温度、
二酸化炭素などの環境条件をいろいろと変えて、サラダ菜の生長スピード
を測定し、形態を観察。

これによって環境条件と成長との関係が定量化され、標準データとして
確立されたとのこと。

環境条件をいろいろと変えると、サラダ菜の成長速度をいろいろに制御
できることがわかり、ベストの条件だと最大6倍の速度で成長するよう
になると。

これによって作物の自由な生産調節が可能になるとともに、大幅な成長
促進ができることがわかったということです。

これらにより野菜の計画生産と安定生産の基礎作りができたということ
のようです。

いままさに野菜作りは、従来の延長線上にある露地栽培、それから気温
の制御を行ったハウス栽培、土から脱却した水耕栽培、そして全ての
環境制御を行って効率の良く育成する植物工場、の4つパターンとなっ
てきています。

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