植物工場の初心者必見!水耕栽培システムの種類と特徴、管理のポイントを徹底解説

こんにちは、今村です

近年、注目を集めている植物工場ですが、その中でも「水耕栽培」は、土を使わずに作物を育てる効率的な栽培方法として知られています。

この記事では、これから植物工場で水耕栽培に挑戦する方や、基礎知識を改めて確認したい方のために、水耕栽培の種類、特徴、管理のポイントを詳しく解説していきます。

図解も交えながら分かりやすく説明していきますので、ぜひ最後まで読んでみて下さい。

目次

水耕栽培とは?

水耕栽培とは、土壌を使わずに、水と肥料を混ぜた「養液」に植物の根を浸して育てる栽培方法です。養液に含まれる成分を調整することで、植物の生育に必要な栄養を効率的に供給できます。

土壌を使う従来の栽培方法と比べて、下記のようなメリットがあります。

  • 周年安定生産: 気候に左右されず、年間を通して安定した収穫が見込めます。
  • 品質向上: 養液の成分調整により、高品質で栄養価の高い作物を生産できます。
  • 省力化・自動化: 重労働である土壌耕作が不要となり、作業の効率化や自動化に適しています。
  • 病害虫リスクの低減: 土壌伝染性の病害虫の発生リスクを抑えられます。
  • 環境負荷の低減: 水や肥料の使用量を抑制でき、環境に優しい栽培方法です。

これらのメリットから、植物工場での導入が進んでいます。

水耕栽培の代表的なシステムを紹介

水耕栽培には、いくつかの種類があります。それぞれに特徴やメリット・デメリット、適した作物などが異なるため、導入を検討する際には、それぞれのシステムをよく理解しておくことが重要です。

代表的なシステムを2つ紹介します。

湛液式水耕(DFT: Deep Flow Technique)

DFT(湛液式水耕)は、栽培槽に養液を深く貯め、その中で植物を浮かべて育てる方法です。

水深が深いため、養液の温度や濃度が安定しやすく、管理が比較的容易なのが特徴です。

【DFTのメリット】

  • 養液量が NFT より多いため、温度変化に強く、安定した栽培が可能
  • システムの構造がシンプルで、導入コストを抑えやすい

【DFTのデメリット】

  • NFTに比べ、根への酸素供給量が少なくなりやすい
  • 養液の循環が悪くなると、根腐れのリスクが高まる

DFTは、比較的管理が容易で、導入コストも抑えやすいことから、水耕栽培初心者にもおすすめのシステムです。

薄膜式水耕 (NFT: Nutrient Film Technique)

NFT(薄膜式水耕)は、栽培槽に薄い膜状に養液を流し、植物の根に常に新鮮な酸素と養分を供給する方法です。

DFTに比べて、根への酸素供給量が多く、生育が促進されるというメリットがあります。

【NFTのメリット】

  • DFTに比べて、養液の使用量を大幅に削減できる
  • 水の循環が良いため、根腐れのリスクが低い

【NFTのデメリット】

  • DFTに比べ、養液量が少なく、温度変化の影響を受けやすい
  • ポンプの故障などにより、養液の循環が止まると、植物が短時間で枯れてしまうリスクがある

NFTは、DFTに比べて、養液の使用料が少なくて済み、設備が小型になります。ただし、養液が少ないことで緩衝機能が働かず、循環が止まった場合に、植物への影響が大きくなるリスクがあります。また、水温やEC、pHなどの急な変化に弱いです。

【DFTとNFTの比較】

DFT(湛液式水耕)NFT(薄膜式水耕)
養液量多い少ない
根への酸素供給量少なめ多め
環境変化強い弱い
管理のしやすさ比較的容易やや難しい

水耕栽培で重要な根域環境の管理ポイント

水耕栽培では、土壌の代わりに養液を用いるため、養液管理が非常に重要になります。植物の生育に最適な養液環境を維持するために、以下の3つのポイントに注意が必要です。

  1. 溶存酸素量の管理
    • 植物の根も呼吸をしているため、養液中に十分な酸素が溶け込んでいる必要があります。
    • 溶存酸素量が不足すると、根の成長が阻害されたり、根腐れを起こしやすくなるため注意が必要です。
  2. 根圏温度の管理
    • 植物の種類によって最適な根圏温度は異なりますが、一般的には20~25℃程度が良いとされています。
    • 根圏温度が低すぎると、養分の吸収が悪くなり、生育が遅れる原因となります。逆に、高すぎると、根腐れや病害のリスクが高まります。
  3. 養液状態の管理
    • 植物が養分を吸収するため、養液中の養分濃度は徐々に低下していきます。
    • 養分濃度が低下すると、生育不良や収量減に繋がるため、こまめなチェックと調整が必要です。

作物の生産性を高める管理方法

上記のような管理ポイントで作物は育ちますが、生産性を高めるにはちょっと足りません。

例えば、成果が出ている植物工場では、「養液の流れ」を重視します。養液の流れによって、作物の生育をかなり改善することもできるからです。

なぜ?どうやって?の答えは、以下のコンテンツにノウハウとして詰め込んであります。

植物工場に適した水耕栽培システムの選び方

植物工場に適した水耕栽培システムを選ぶには、以下の要素を総合的に判断する必要があります。

  • 栽培する作物: 葉物野菜、果菜類、ハーブなど、栽培する作物によって適したシステムは異なります。
  • 栽培規模: 小規模なプラントであれば、シンプルなシステムが適していますが、大規模なプラントでは、自動化や省力化に優れたシステムが求められます。
  • ランニングコスト: NFTはDFTに比べて、養液や肥料の使用量を抑えられるため、ランニングコストを削減できる可能性があります。

水耕栽培は、従来の農業が抱える様々な課題を解決できる可能性を秘めた技術として、世界中で注目されています。

今後は、IoTやAIなどの最新技術と組み合わせることで、さらなる効率化・安定化・高付加価値化が期待されています。

例えば、センサーで収集したデータに基づいて、自動的に養液の濃度や温度を調整するシステムや、AIを活用した生育予測システムなどが開発されています。

また、地球温暖化の影響による水不足や耕作地の減少が深刻化する中、水耕栽培は、持続可能な食料生産システムとしても期待されています。

最後に

この記事では、水耕栽培の基礎知識から、システムの種類、管理のポイントを解説しました。

水耕栽培は、適切な知識と技術を習得することで、高品質な作物を安定して生産できる、非常に効率的な栽培方法です。

ぜひこの記事を参考にして、挑戦してみて下さい。

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水耕栽培の欠点は何ですか?

水耕栽培の主な欠点は、初期投資が大きいことと、高度な技術が必要なことです。設備の導入や維持にコストがかかり、熟練した管理者が不可欠です。また、停電などのトラブルが発生した場合、影響が大きくなる可能性があります。病気の蔓延リスクもあるため、衛生管理には細心の注意が必要です。

水耕栽培に適さない植物は?

根菜類や大型の果菜類は、水耕栽培には適しません。根を肥大させる必要がある根菜類は、水耕栽培では支持が難しいためです。また、トマトなどの大型の果菜類は、設備的に垂直多段式の栽培が困難です。そのため、水耕栽培ではコンパクトに育つ葉菜類が中心になります。

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