具体实施方式

以下，根据需要，参照附图并借助示例的实施例来说明本发明。应理解的是，在本说明书的全文中，只要没有特别进行说明，则单数形式的表达方式也包含其复数形式的概念。此外，应理解的是，只要没有特别进行说明，则本说明书中所使用的术语所表达的便是该领域中通常使用的含义。因此，除非另有定义，否则本说明书中使用的所有专业术语和科技术语的含义与本发明所属领域的技术人员通常所理解的含义相同。发生矛盾时，以本说明书(包括定义)为准。

本发明人们着眼于营养液栽培中的植物每小时吸收营养液中的离子的量的变化与植物的生长状态的相关性。由此，本发明人们发现了如下情况：基于营养液所包含的多种离子中的至少一种离子的浓度的测定值的规定期间内的变化(例如，变化量或者变化率)来控制栽培系统的生长环境，由此，能够有效地进行营养液栽培系统中的植物的栽培。此外，需要留意的是，在本发明中，在称为“离子浓度的测定值”的情况下，是指由该离子浓度的测定单元直接测定的值，而非根据其他离子的测定值来计算或者推测等而间接导出的值。

因此，在本发明中，基于向植物供给的营养液所包含的至少一种离子的浓度的测定值的变化，来进行控制而使得生长环境成为适合于植物的生长状态的环境。

虽然无意于受理论束缚，但是植物除了昼夜、季节之外，即使在一天中，也可能存在进行光合作用、从营养液中吸收营养的生长期(growth phase)和减少营养的吸收而停止或减缓生长的休止期。认为植物在休止期不怎么进行光合作用、养分吸收，但现有的营养液栽培系统在这种休止期也供给与生长期相同的养分、光，这是低效率的。本发明发现并解决了现有的营养液栽培系统的低效率的问题。

即，本发明可进行现有的营养液栽培系统并未进行过的、植物处于多个栽培阶段(cultivation stage)中的哪一阶段的判定，并基于判定结果来与各个栽培阶段中的生长状态相配合地调整生长环境。在本发明中，所谓“生长环境”，可列举对植物的光的照射量、温度、二氧化碳浓度、风速、风量、湿度、营养液中的各离子的离子浓度、导电率(EC，electrical conductivity)、pH等，但并不限定于此。通过具备这种结构，可与植物的生长阶段(growth stage)相配合地正确且恰适地进行生长环境的调整，可实现植物的有效成长、以及由节省光热费、营养液费的浪费所带来的植物的生产成本的削减。

只要可以解决本发明的问题，则不特别限定用于栽培植物的营养液所包含的一种以上的离子、生长部和营养液箱。

所要测定的一种以上的离子可以是植物的生长所需的任意离子。例如，作为所要测定的离子，可列举氮(N：硝酸、氨)、磷(P)、硼、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S：硫酸)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、钼(Mo)、锌(Zn)、氯(Cl：氯化物)等，但并不限定于此。尤其优选为，测定被称之为肥料三要素的氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)。在代表性的实施方式中，在本发明中，可利用测定器(例如，电极)直接测定磷(P)的离子浓度。

进而，使植物生长的生长部是通过营养液的供给而使植物能够生长的机构，只要是具有用于形成植物的生长环境的机构，则可以是任意机构。其中，用于形成植物的生长环境的单元可以为例如用于补给离子的补给单元、向植物照射光的照明器具或者太阳光、对植物周边的环境气体进行温度调整的温度调整器、对朝向植物周边的环境气体送风的送风风扇的风速和/或风量进行调整的风速风量调整器、或者对植物周边的环境气体进行湿度调整的湿度调整器、对植物周边的环境气体的二氧化碳浓度进行调整的二氧化碳浓度调整器等。然而，本发明并不限定于此。在本说明书中，“环境形成单元”是指，向植物照射光的照明器具或者太阳光、对植物周边的环境气体进行温度调整的温度调整器、对植物周边的环境气体进行湿度调整的湿度调整器、对朝向植物周边的环境气体送风的送风风扇的风速和/或风量进行调整的风速风量调整器、和/或对植物周边的环境气体的二氧化碳浓度进行调整的二氧化碳浓度调整器。

关于测定部，只要可以对营养液所包含的离子的浓度进行测定即可，并无特别限定。关于本发明的营养液栽培系统，优选为，针对各离子而具有分别对应的一个传感器，以便可单独(个别)地测定营养液所包含的一种以上的离子浓度。

传感器可以为能够单独地测定各离子的范围的任意的传感器，例如，可以是对各离子进行反应的公知的离子选择性电极。例如，作为能够直接测定磷离子的离子选择性电极，可以使用磷酸锌电极。然而，本发明并不限定于此，例如，也可以是分光计传感器。

此外，离子选择性电极优选为盒式(Cartridge)。采用盒式可节省更换电极所需的工夫、以及更换电极所需的传感器的校正的工夫，有助于削减生产成本。在此情况下，例如在营养液箱设置电极盒的插入部，并在该插入部中插入电极盒而利用电极测定作为对象的离子浓度。

关于向营养液箱补给至少一种以上的离子的补给单元，只要能够补给一种以上的离子，则可以是任意结构，但优选为给每种离子配备补给箱，以便可以分别补给各离子。通过给每种离子配备单独的补给箱，可只补给所需的离子，因此，能够避免不必要的营养液的补给，削减生产成本。此外，由于能够分别补给所需的离子，因此还可效率良好地栽培出例如富含铁成分(铁离子)的蔬菜、富含钙成分的蔬菜等的功能性蔬菜。

此外，优选地，补给箱为盒式(Cartridge)。通过采用盒式，可便于更换，可削减成本。

一般来说，根据植物的发芽等的生长初期阶段、开花等的生长中期阶段、结果等的生长终期阶段等的植物的生长阶段、或者白天、夜间等植物是否进行光合作用的状况，所需的或者恰当的营养、植物所受的光量、植物周围的温度、植物周围的湿度可能会发生变化。在本发明中，控制部将这些因素的一个或多个作为参数来进行考虑，同时，进一步地根据离子浓度的变化而对系统中的植物的生长环境进行控制。此外，在本说明书中，植物的“生长阶段”是指，植物的发芽等的生长初期阶段、开花等的生长中期阶段、结果等的生长终期阶段等的、根据植物的外部、外形可确定的植物的生长状态。与之相对地，植物的“栽培阶段”是指生长期(除了昼夜、季节之外，即使在一天中，也进行光合作用、从营养液吸收营养的时期)、休止期(减少营养的吸收而停止或减缓生长的时期)、或者适合于吸收特定的离子的时期等的、无法根据植物的外部、外形确定的植物的状态。

控制部具有可根据离子浓度的变化来判定植物的栽培阶段的运算部。在运算部中预先输入有离子浓度的变化与栽培阶段的相关关系，能够计算出所测定的离子浓度的变化，并根据该结果确定栽培阶段。根据所确定的栽培阶段，在必要的情况或者优选的情况下，控制部可改变植物的生长环境。通过采用这种结构，本发明的营养液栽培系统可根据离子浓度的变化判定植物的状态，与所获得的植物的状态相配合地管理恰当的植物的生长环境。

此外，在运算部中还可登录有根据所判定的栽培阶段形成所期望的生长环境的环境形成单元的各控制条件。

可利用本发明的营养液栽培系统栽培的植物可以是任意的。作为利用本发明的营养液栽培系统栽培的植物优选为多年生植物。多年生植物是指，一旦栽培可连续多年收获的植物。多年生植物与一年生的植物相比，其栽培所期间长，受栽培中的营养液的离子浓度的变化的影响大。因此，在多年生植物的栽培中，特别优选为利用本发明的营养液栽培系统来进行与植物的状态相匹配的恰当的植物的生长环境管理。作为多年生植物的例子，可列举例如草莓、西瓜等水果、番茄、土豆、葱等蔬菜，但本发明并不限定于此。例如，还可以是生菜等的一年生的植物。

在以下的实施方式的说明中，营养液作为包含磷离子、氮离子和钾离子的液体，是将硝酸溶液、磷酸溶液和氯化钾溶液混合而得到的液体。在该营养液中磷离子以磷酸离子的状态、氮离子以硝酸离子的状态、钾离子以钾离子的状态存在。

进而，在以下的实施方式中，测定部所测定的离子浓度的变化由内置在计算机中的处理器进行运算。在一实施方式中，在测定部以10分钟～60分钟左右的规定间隔反复测定了营养液中的各离子的浓度时，处理器计算每规定期间(例如，每30分钟)的离子浓度的变化(例如，变化量或者变化率等)，并根据预先输入到运算部中的离子浓度变化与栽培阶段的相关关系，判定所计算出的变化是光合作用等旺盛的生长期，还是养分的吸收少等的休止期。但离子浓度的变化的计算也可以由独立于计算机的运算装置进行。

以下提供的实施方式是为了更好地理解本发明而提供的，本发明的范围应不限于以下的记载。对于本领域技术人员来说，显然能够参照本说明书中的记载而在本发明的范围内进行适当的改变。

图1为用于说明本发明的实施方式1的营养液栽培系统100的图。

图1所示的营养液栽培系统100是利用营养液L而栽培植物10的营养液栽培系统。该营养液栽培系统100包括：生长部110，其使植物10生长；营养液循环部130，其使营养液L在植物10和营养液箱131之间循环；以及测定部140，其对循环的营养液L所包含的多种离子中的至少一种离子的浓度进行测定。生长部110具有用于形成植物10的生长环境的环境形成单元101。

进而，营养液栽培系统100包括：肥料补充部120，其将构成营养液L的各种肥料溶液补充至营养液循环部130的营养液箱131；以及控制部(计算机)150，其根据所测定的至少一种离子的浓度的变化来控制环境形成单元101，使得生长环境成为适合于植物10的栽培阶段的环境。

以下，更加具体地进行说明。

(生长部110)

生长部110具有：多个栽培盆112，其用于收容植物10；以及栽培箱111，其用于收容多个栽培盆112。栽培箱111内设置有用于放置多个栽培盆112的盆载置台113，栽培箱111构成为，在其内部充满营养液时，放置在盆载置台113上的栽培盆112的下部浸于营养液L中。

此外，栽培箱111安装有箱支撑脚114，栽培箱111被箱支持脚114保持在距设置面规定的高度。

进而，生长部110所包括的环境形成单元101具有：照明器具110a，其向收容在栽培箱111内的植物10照射光；温度调整器110b，其对植物10周边的环境气体进行温度调整；湿度调整器110c，其对植物10周边的环境气体进行湿度调整；以及风速风量调整器110d，其对朝向植物周边的环境气体进行送风的送风风扇的风速和/或风量进行调整。照明器具110a、温度调整器110b、湿度调整器110c和风速风量调整器110d构成为分别由照明控制信号Lc、温度调整控制信号Hec、湿度调整控制信号Huc和风速风量调整控制信号Hsc控制。

(营养液循环部130)

营养液循环部130具有：营养液箱131，其用于储存营养液；供给配管133，其用于将营养液箱131的营养液向生长部110的栽培箱111供给；以及回收配管132，其用于将栽培箱111的营养液L回收至营养液箱131。供给配管133的一部分安装有用于使营养液L在营养液箱131和栽培箱111之间循环的循环泵134，该循环泵134构成为由泵控制信号Pc控制。

(肥料补给部120)

肥料补给部120(补给单元)用于将构成营养液L的三种肥料溶液向营养液循环部130的营养液箱131补给，并具有第一至第三补给箱121～123。在图示的实施方式中，营养液是将与作为肥料三要素的氮、磷、钾相对应的硝酸溶液(第一肥料溶液)L1、磷酸溶液(第二肥料溶液)L2和氯化钾溶液(第三肥料溶液)L3混合而获得的溶液，但本发明并不限定于此。

在第一补给箱121中存储有硝酸溶液L1，在第二补给箱122中储存有磷酸溶液L2，在第三补给箱123中储存有氯化钾溶液L3。在第一至第三补给箱121～123上分别安装有用于将对应的肥料溶液向营养液箱131补给的第一至第三补给管21a～23a。在第一至第三补给管21a～23a上分别设置有开关阀(第一至第三开关阀)21b～23b。在此，第一至第三开关阀21b～23b构成为在第一至第三补给控制信号Fc1～Fc3的作用下对第一至第三补给管21a～23a进行开闭。由于补给箱121～123为盒式且以能够单独进行更换的方式构成，因此能够根据剩余量来容易地更换与需要的离子相对应的补给箱。

(测定部140)

测定部140具有：测定箱141，其用于临时收容要进行浓度测定的营养液L；第一至第三测定电极142a～142c，其配置在测定箱141内；以及测定器145，其用于检测这些测定电极142a～142c和分别与测定电极相对应的参照电极(未图示)之间的电位差。在此，第一测定电极142a是仅对硝酸离子进行反应的离子选择性电极，第二测定电极142b是仅对磷酸离子进行反应的离子选择性电极，第三测定电极142c是仅对钾离子进行反应的离子选择性电极。测定器145构成为根据第一至第三测定电极142a～142c所测定的电位差，将表示出营养液L中的硝酸离子、磷酸离子、钾离子的各自的浓度的信息向控制部150输出。

如上所述，需要留意的是，在本发明中，称为“离子浓度的测定值”的情况是指由该离子浓度的测定单元直接测定的值，而非根据其他离子的测定值来计算或者推测等而间接导出的值。

进而，测定箱141通过导入管43a与营养液箱131相连接，在导入管43a上安装有开关阀43b。在测定箱141上安装有用于排出内部的营养液L的排出管44a，在排出管44a上也安装有开关阀44b。这些开关阀43b、44b构成为在导入控制信号Sc和排出控制信号Dc的作用下对导入管43a和排出管44a进行开闭。

(控制部150)

控制部150可以是计算机。在本实施方式中，计算机150计算出所测定的至少一种离子的浓度的变化(例如，每个规定期间的变化量、变化率)，并根据硝酸离子、磷酸离子和钾离子的离子浓度的变化来判定植物的栽培阶段等。按照该判定，对肥料补给部120、照明器具110a、温度调整器110b、湿度调整器110c和风速风量调整器110d进行控制，以使这些设备在各阶段中成为预设的开/关(on/off)状态。

在此，根据离子浓度的变化的控制部150对肥料补给部120、照明器具110a、温度调整器110b、湿度调整器110c和风速风量调整器110d的控制并不限定于此，也可以根据所测定的至少一种离子浓度的变化来控制生长环境(例如，肥料补给部120、照明器具110a、温度调整器110b、湿度调整器110c和风速风量调整器110d中的至少一个)。

进而，在硝酸离子、磷酸离子、钾离子的各自的浓度低于既定的下限值时，计算机150利用第一至第三补给控制信号Fc1～Fc3对这些开关阀21b、22b、23b进行控制，以便打开第一至第三开关阀21b、22b、23b。由此，进行肥料溶液的补给。

进而，控制部150利用导入控制信号Sc对开关阀43b进行控制，使得营养液L从营养液循环部130的营养液箱131导入到测定部140的测定箱141，进而，在测定后对开关阀44b进行控制，以便排出积存在测定箱141内的营养液L。

在此，计算机150具有：处理器151，其基于测定信号Sd进行各种运算；输入/输出接口(I/O IF)153，其进行与计算机外部的设备之间的数据交换；以及存储器152，其储存使处理器151工作的程序和各种数据。

(测定和控制)

以下，对本发明的营养液栽培系统100中的离子浓度的测定和生长环境的控制的一个示例进行说明。

在营养液测定部140中，测定器145在来自计算机150的测定控制信号Moc的作用下利用第一至第三测定电极(离子选择性电极)142a～142c测定积存在测定箱141内的营养液L所包含的硝酸离子、磷酸离子、钾离子的浓度，并将表示离子浓度的信息作为测定信号Sd来向计算机150输出。

若处理器151接收到表示离子浓度的信息，则进行硝酸离子、磷酸离子、钾离子中的任意一种离子浓度是否低于基准值的判定。

处理器151测定营养液中的各离子浓度，并计算出其变化(例如，变化量、变化率)。该变化例如为本次测定的离子浓度相对于上次测定的离子浓度的变化的量或者比率。

例如，也可以在处理器151编程有：对于各离子浓度变化的基准值(例如，对于减少率的基准比率)、基于基准值判定植物处在哪一个栽培阶段、以及配合各栽培阶段而将环境形成单元或者补给离子浓度等控制成哪种状态。

之后，处理器151将硝酸离子、磷酸离子、钾离子的各离子浓度的变化率与所对应的基准比率进行比较而判定植物10的栽培阶段。

处理器151可在判定植物10的栽培阶段之后，根据在各栽培阶段设定的环境形成单元的各设备(肥料补给部120、照明器具110a、温度调整器110b、湿度调整器110c)的控制条件，来确定驱动环境形成单元的事情和/或补给离子和其浓度。

如此，基于离子浓度的变化来判定植物的栽培阶段，根据栽培阶段来对环境形成单元和/或补给离子进行控制以便成为恰当的环境条件，由此，能够减少伴随植物的生长的光热费等的浪费而效率良好地进行营养液栽培。例如，能够消除在植物10不进行光合作用时向植物10照射光而造成的浪费。

之后，处理器151利用排出控制信号Dc控制开关阀44b，使得营养液L经由排出管44a从测定箱141排出至营养液栽培系统100的外部。

例如，在任一营养液的离子浓度脱离基准值的范围的情况下，处理器151可调整与该离子相对应的补给营养液的离子浓度。例如，在硝酸离子的离子浓度低于基准值的情况下，处理器151利用第一补给控制信号Fc1来控制第一开关阀21b，使得硝酸溶液从第一肥料溶液L1补给至营养液箱131。同样地，在磷酸离子的离子浓度低于基准值的情况下，处理器151利用第二补给控制信号Fc2来控制第二开关阀22b，使得磷酸溶液从第二肥料溶液L2补给至营养液箱131。此外，在钾离子的离子浓度低于基准值的情况下，处理器151利用第三补给控制信号Fc3来控制第三开关阀23b，使得氯化钾溶液从第三肥料溶液L3补给至营养液箱131。

此外，在本实施方式中，在离子浓度的测定部140，将营养液L从营养液箱131导入至测定箱141，在测定箱141中测定硝酸离子、磷酸离子、钾离子，并在测定之后将营养液L废弃，因此即使作为第一至第三测定电极而使用的离子选择性电极的构成金属溶解于营养液L中，也不会对植物10的生长造成不利影响。

但是，还存在以下情况：并非所有的用于测定营养液L中的各种离子的各种离子选择性电极都由对人体造成不利影响的物质构成，而是一部分电极存在问题。

例如，可能会存在以下情况：在选择性地检测磷酸离子的离子选择性电极中使用磷酸锌，锌向营养液L的溶出成为问题，而在其他的选择性地测定硝酸离子、钾离子的离子选择性电极中则不会发生这样的对人体有害的物质的溶出。

在这种情况下，若将对营养液中的各种离子进行测定的所有的测定电极设置于一个测定箱141，则测定箱141的容量会变大，这要废弃大量的营养液L，经济性不良。

因此，也可以使用第一和第二的两个测定箱，在第一测定箱设置不发生有害物质的溶出的离子选择性电极，在第二测定箱设置发生有害物质的溶出的离子选择性电极，并使第一测定箱的营养液返回到营养液箱，而仅废弃第二测定箱的营养液。在此情况下，能够减少废弃的营养液L的量，因此经济性良好。

此外，控制部对补给单元、照明器具、温度调整器和湿度调整器的控制并不限定于上述实施方式。

如上，使用本发明的优选实施方式作为示例对本发明进行了说明，但本发明并不应被解释为限定于该实施方式。应当理解的是，本发明的范围应仅用权利要求书解释其保护范围。应当理解的是，本领域技术人员在本发明的具体的优选实施方式的记载的基础上，结合本发明的记载和技术常识能够实施等同的范围。应当理解的是，本说明书引用的文献的内容自身应与具体地记载于本说明书的内容相同地作为本说明书的参考而并入本说明书。

(产业上的可利用性)

本发明在营养液栽培系统的领域能够与植物的状态相配合地管理植物的生长环境，由此，作为能够将生产成本抑制得低而效率良好地生产出高品质的蔬菜、水果的营养液栽培系统的发明是有用的。

(附图标记的说明)

100：营养液栽培系统；101：环境形成单元；110：生长部；120：肥料补给部；

130：营养液循环部；131：营养液箱；140：营养液测定部；145：测定部；

L：营养液。