【植物工場の管理者必読】現場の基礎＆実践ガイド：環境制御

このページは、植物工場の管理者（主に初心者）向けの「現場の基礎＆実践ガイド」です。基本的なことしか書いていません。より具体的で、収益性を追求したコンテンツは以下です。

植物工場における環境制御は、植物の成長に最適な環境を人工的に作り出すことで、安定的かつ効率的な生産を実現するための重要な要素です。

適切な環境制御を行うことで、高品質な作物を周年・計画的に生産できるというメリットがあります。

ここでは、植物工場の環境制御要素について、基礎的な概念と重要性を解説します。

植物工場とは

植物工場とは、施設内で環境条件を制御しながら植物を育成する生産システムのことを指します。

主な環境制御要素には、光、温度、湿度、二酸化炭素濃度、養液管理などがあります。これらの要素を最適にコントロールすることで、植物の生育を促進し、高品質な作物を安定的に生産することが可能になります。

環境制御の重要性

植物工場における環境制御の重要性は、多くの研究により裏付けられています。

例えば、光環境の制御に関する研究では、光の強度、波長、照射時間を最適化することで、植物の成長速度や品質が向上することが示されています。

適切な環境制御を行わない場合、植物の生育不良や病害発生などのリスクが高まります。

環境制御要素の相互関係

植物工場の環境制御要素は、相互に関連しています。光合成の過程では、植物は光エネルギーを利用して二酸化炭素と水から炭水化物を生成します。

光の照射により植物体の温度が上昇し、蒸散作用により植物体周辺の湿度が上昇します。養液管理は、植物の水分吸収に影響を与え、蒸散速度にも関係します。

したがって、各要素を個別に制御するだけでなく、それらの相互作用を考慮した総合的な管理が必要です。

次のトピックから、植物工場における主要な環境制御要素を一つずつ解説します。

ただし実際のところ、これらを知識として知っているだけで現場力は上がりません。特に、植物工場の収益性を高めるために大切なことは、「これらの知識を持ったうえで、具体的にどう改善するか」です。そのノウハウを詳細に解説したコンテンツが以下です。

光環境の制御

植物の光合成には、様々な波長の光が関与しています。一般的に、赤色光と青色光が光合成に大きく寄与することが知られていますが、その他の波長の光も植物の生育に影響を与えます。

植物工場では、LEDを使用することで、植物の生育に適した光の波長と強度を調整し、最適な光環境を作り出すことができます。この技術は、多くの植物の栽培に応用されています。

適切な光強度を設定することも重要です。光強度と光合成速度の関係を把握し、最適な光合成速度が得られる光強度に設定する必要があります。

一方で、光強度を高めすぎるとチップバーン（葉縁の褐変）などの生理障害が発生するリスクがあります。チップバーンは、カルシウム欠乏が主な原因と考えられています。

温度管理

植物の生育には、適切な温度管理が欠かせません。

温度は、光合成速度や呼吸速度にも影響を与えるため、光環境と合わせた管理が重要です。

植物工場では、局所的に温度が変化したり、急激な変動が起きないよう、栽培室全体の温度をコントロールする必要があります。

湿度管理

植物の生育には、適切な湿度管理も重要です。多くの植物は、60〜80%程度の相対湿度（RH）を好みます。

湿度が低すぎたり高すぎたりすると、植物の光合成や成長に悪影響を及ぼします。また、高湿度環境下では、病害発生リスクが高まるなどの問題もあります。

湿度管理においては、結露の防止も重要です。植物体表面や施設内に結露が発生すると、病原菌の繁殖を招く恐れがあります。結露を防ぐためには、除湿機の利用が効果的です。

二酸化炭素濃度の制御

二酸化炭素（CO2）は、光合成の基質として重要な役割を果たします。

一般の大気中のCO2濃度は約400ppmですが、植物工場では、1000〜1200ppm程度に高めることで、光合成速度を高め、生産性の向上が期待できます。

CO2施用の方法としては、液化CO2を用いる方法などがあります。施用量の管理には注意が必要です。

養液管理

養液栽培では、養液の管理が重要です。養液には、植物の生育に必要な必須元素を、適切な濃度で含む必要があります。必須元素は、多量元素（N, P, K, Ca, Mg, S）と微量元素（Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl）に分類されます。

養液の管理においては、EC（電気伝導度）とpHの管理が特に重要です。ECは養液中の肥料濃度を表し、植物の種類や品種によって好適範囲が異なります。pHは、多くの植物で5.5〜6.5程度に調整します。pHが適正範囲から外れると、養分の吸収が阻害されるので注意が必要です。

まとめ

本記事では、植物工場の環境制御要素について、光、温度、湿度、二酸化炭素濃度、養液管理の観点から基礎的な概念を解説しました。

植物工場における環境制御の重要性を理解し、各要素の基本的な管理方針を学ぶことで、安定的かつ効率的な植物生産の基盤となる知識が身につきます。

人工光型植物工場は高度な環境制御が可能ですが、コスト面での課題があります。一方、太陽光型は天候の影響を受けるため、環境制御には限界があります。

いずれの植物工場でも、生産物の付加価値を高め、適切なコストバランスを保ちながら環境制御技術を活用していくことが重要です。

植物工場が注目される理由は何ですか?

植物工場が注目される主な理由は、以下の3点です。

1. 周年・計画生産が可能：環境制御により、季節や天候に左右されず、計画通りに生産できます。
2. 高品質な作物の生産：最適な環境条件を維持することで、高品質な作物を安定的に生産できます。
3. 省資源・環境負荷低減：水や肥料の使用量を削減でき、環境負荷を低減できます。

植物工場で生産の”要”となる制御要素は何ですか?

植物工場での生産の”要”となる主な制御要素は、以下の5つです。

• 光環境：光の強度、波長、照射時間を制御
• 温度：植物の生育に適した温度に維持
• 湿度：植物の生育に適した湿度に調整
• 二酸化炭素濃度：光合成を促進するためにCO2濃度を制御
• 養液管理：植物の生育に必要な養分を適切に供給

植物工場で栽培することのデメリットは何ですか?

植物工場での栽培のデメリットとしては、以下の点が挙げられます。

• 高いイニシャルコストとランニングコスト：施設や設備への投資、エネルギーコストなどがかかります。
• 技術的な難しさ：高度な環境制御技術が必要であり、栽培のノウハウの蓄積が重要です。
• 限定的な栽培品目：現状では葉菜類が中心で、果菜類などへの展開は課題が残ります。