植物工場とは
植物工場（しょくぶつこうじょう）とは、施設内で光、温度、湿度、二酸化炭素（CO2）濃度、水分、養分などの植物の生育環境を計測・制御し、計画的で安定した植物生産を目指す高度な施設園芸システムです。
日本では、環境や植物の生育状態をモニタリングし、その情報を利用して高度な環境制御を行う施設として「植物工場」という名称が使われてきました。
植物工場は、LEDなどの人工光だけで野菜を栽培する施設だけを意味する言葉ではありません。
大きく分けると、太陽光を使用せず人工光を主な光源として栽培する人工光型植物工場と、温室などで太陽光を利用しながら高度な環境制御を行う太陽光利用型植物工場があります。
植物工場の主な種類
人工光型植物工場
人工光型植物工場は、太陽光を利用せず、LEDなどの人工光を利用して植物を栽培する方式です。
外部の気象条件から受ける影響を小さくし、照明、空調、CO2濃度、養液などを制御することで周年・計画生産を行います。
レタスなど比較的草丈が低く、生育期間の短い葉菜類で広く利用されています。
太陽光利用型植物工場
太陽光利用型植物工場は、温室などに入射する太陽光を基本的な光源として利用し、温度、湿度、CO2濃度、灌水、養液などを高度に制御する方式です。
トマト、キュウリ、パプリカ、イチゴなど、人工光型では照明電力や栽培空間の面で不利になりやすい果菜類でも利用されています。
太陽光・人工光併用型
太陽光利用型の施設で、日射不足時や特定の時間帯に人工光による補光を行う方式があります。
資料や調査によっては、これを太陽光・人工光併用型植物工場として太陽光利用型とは別に区分する場合があります。
このため、「人工光を使用している施設＝人工光型植物工場」とは限りません。太陽光を基本とし、人工光を補助的に利用する施設は、人工光型とは区別して考えます。
一般的な温室と植物工場の違い
ビニールハウスやガラス温室を使用しているだけでは、植物工場とはいえません。
一般的な施設園芸でも暖房、換気、遮光、灌水などの環境調節は行われます。
植物工場では、それらに加えて、温度、湿度、CO2濃度、日射量、養液などを計測し、複数の設備を連動させながら生育環境を高度に管理することが特徴です。
ただし、「何種類の環境要素を制御すれば植物工場になる」という全国共通の明確な数値基準が存在するわけではありません。
施設園芸と植物工場の境界は、使用される資料や事業、調査の目的によって異なる場合があります。
植物工場で制御される主な環境
- 光：日射、人工照明、補光、遮光など
- 温度：暖房、冷房、換気など
- 湿度：換気、除湿、加湿など
- CO2濃度：CO2施用など
- 根域環境：培地温度、根域水分、酸素など
- 水・養分：養液栽培、灌水、EC、pHなど
これらを単独で制御するだけでなく、植物の光合成、蒸散、生育状態などを考慮しながら相互に調整することが重要です。
植物工場と養液栽培の違い
植物工場と養液栽培は同じ意味ではありません。
養液栽培は、土壌を使わず、肥料成分を溶かした養液によって植物へ水分と養分を供給する栽培方法です。
植物工場では養液栽培が広く利用されていますが、「養液栽培を行っているから植物工場」というわけではありません。
一般的なビニールハウスでも養液栽培は行われています。
植物工場とスマート農業の違い
植物工場とスマート農業も同義ではありません。
植物工場は植物を生産する施設・生産システムを表す言葉です。
スマート農業は、センサー、ICT、AI、ロボット、自動運転などを農業へ活用する考え方であり、露地栽培、畜産、水田農業なども含みます。
植物工場でスマート農業技術を利用することはありますが、両者の範囲は異なります。
植物工場の利点
植物工場では、外部環境への依存を小さくしながら栽培条件を管理できるため、次のような利点が期待できます。
- 生産時期や収穫量を計画しやすい
- 環境データを記録して栽培改善に利用できる
- 単位面積当たりの生産性を高められる場合がある
- 灌水や施肥を精密に管理できる
- 作業の自動化・省力化と組み合わせやすい
ただし、これらは植物工場を導入すれば自動的に得られる効果ではありません。
植物工場の課題
初期投資が大きい
施設本体、空調、環境制御装置、灌水設備、養液設備、センサーなど多くの設備が必要になります。
高性能な設備を導入しても、作物単価、生産量、稼働率、人件費、エネルギー費を含めた事業収支が成立しなければ経営上の利点はありません。
エネルギーコストがかかる
人工光型では照明と空調、太陽光利用型では暖房・冷房などが大きなエネルギー負担になる場合があります。
設備性能だけでなく、地域の気象条件、エネルギー単価、作型を含めて評価する必要があります。
設備が高度でも栽培が自動的に最適化されるわけではない
環境制御装置は設定された条件に従って設備を動かします。
センサーや自動制御を導入しただけで、植物にとって適切な環境になるわけではありません。
作物、生育段階、日射、葉面積、着果負担などを理解し、設定値を判断する栽培技術が必要です。
植物工場でよくある誤解
「植物工場＝LED栽培」と考える
誤りです。
LEDなどを利用する人工光型は植物工場の一類型です。太陽光を利用する植物工場もあります。
「植物工場なら無農薬で栽培できる」と考える
人工光型の閉鎖性が高い施設では病害虫侵入リスクを低減できる可能性がありますが、病害虫が絶対に発生しないわけではありません。
特に太陽光利用型では換気口や作業者などを通じた病害虫侵入があり、防除が必要になる場合があります。
「完全に天候の影響を受けない」と考える
人工光型では栽培室内部への直接的な気象影響は小さくできます。
それでも外気温は空調負荷に影響し、電力供給、停電、エネルギー価格などの影響も受けます。
太陽光利用型では、日射量、外気温、湿度など屋外気象の影響を強く受けます。
「環境制御すれば必ず高収量になる」と考える
環境制御は収量向上のための手段です。
品種、栽植密度、根域環境、灌水、作業管理などが適切でなければ、設備性能を生産性へ結び付けることはできません。
関連する資材分類・農業用語
植物工場の参考動画
植物工場では、環境制御設備、栽培ベッド、灌水設備などが連動しているため、文章だけでは施設全体の構成をイメージしにくい場合があります。
農研機構が公開している次の動画が参考になります。
植物工場PR
農研機構
動画について：
この動画は、植物工場の施設や研究内容を理解するための参考資料として紹介しています。農材ドットコムが制作・管理している動画ではありません。動画の内容、公開状況、URLなどは公開元の都合により変更または削除される場合があります。また、植物工場の設備構成や栽培方式は、作物、施設、地域、導入時期などによって異なります。
参考資料
用語について：
「植物工場」は法令上すべての施設を一律に区分する名称ではなく、資料や調査によって対象範囲が異なる場合があります。「植物工場」という名称だけで設備性能、生産性、衛生管理レベルなどを判断しないでください。
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