はじめに
まず，「植物工場」という日本独特の概念について解説し ておく必要があろう．いわゆる植物工場は，30年以上も前 から実用化が図られてきたものであるが，それらは人工光を 利用した閉鎖環境で生産する施設のみを指していた．現在で もマスコミをはじめ，このような概念が一般的であろうし，
日本以外の国ではこれが常識である．しかし，わが国では 2009年から「植物工場」はより広範な意味で用いられるよ うになっている．農林水産省と経済産業省は，農商工連携の 形の一つとして「植物工場」を挙げ，これの推進の可能性を 検討する委員会を立ち上げ，約2年間の検討の末「植物工 場」の新しい定義を含む推進案を提案した(1)．この定義を簡 略に述べると，
植物工場とは，「高度に制御された環境で周年的に栽培・
収穫ができる生産施設」であり，以下の2つの植物工場に大 別される．
1. 人工光型植物工場（100％人工光源，たとえば蛍光灯，
LEDなどを光源とする）
2. 太陽光型植物工場（いわゆる高度に栽培環境が制御可 能な施設で，光源として太陽光を利用するもの．ただし 一部，補光の利用も含む）
すなわち，「施設園芸」とか「温室栽培」と，従来呼ばれ てきた施設も，高度に環境を制御でき，周年栽培が可能な施 設であれば「植物工場」と呼ばれることになったのである．
この定義で挙げてある高度に制御された環境とは，光，温 度，湿度（飽差），CO2，気流速などが精密に制御された環 境のことであり，それらを統合的に制御するシステムも含ま れる（図
1
）．人工光型植物工場について
これまで，人工光を利用する植物工場は，高圧ナトリウ ムランプやメタルハライドランプが用いられてきた．しかし ランプが発する強い放射熱のため，ランプの設置位置は植物 体と一定の距離を保つ必要があり，そのため平面の栽培ベッ ドしか利用できず，しかも冷房に要するエネルギーも多く必 要であったため，生産施設としてのメリットを発揮すること はできなかった．A型のように立体的に栽培ベッドを配置し た施設も出現したが，面積当たりのベッドの利用率はせいぜ い1.5程度と低いものであった．他方，蛍光灯を光源とする 施設も試作されたが，約30年前当時の蛍光灯では発光効率 が低く，植物の生育に十分な光源とはならず，いずれも実用 化は中途半端なもので終わっている．
その後，電化製品の技術革新はめざましく進み，たとえ ばエアコンや冷蔵庫などには，エコポイントという補助制度 もあり，ほとんどの家庭でこれらの機器はエネルギー効率の 高いヒートポンプを利用したものに移行した．また，蛍光灯 の性能や寿命も大幅に改良され，植物の育成に十分な光エネ ルギーが確保できるようになってきている．加えて最近では LEDの改良，普及が急速に進み，家庭内の照明がすべて LEDに代わるのも時間の問題となってきている．このよう な状況下において，これらの先進技術をうまく利用したの が，現代版人工光型植物工場と言えよう．蛍光灯の発光効率 が上がり（LEDはそれ以上の効率が期待できるが），植物体 への近接照明が可能となったことで，棚を利用した立体栽培 が容易になった．欧米では，この立体栽培を称してVertical Farming(2)とも呼ばれている．また，最近の植物工場の大き なメリットの一つとして，水の利用効率が非常に高いことが
新たな食資源生産システムとしての植物工場
篠原 温
日本施設園芸協会会長
図1■植物生理・生態に基づく，制御すべき環境要因
バイオサイエンススコープ
挙げられる．植物は根から吸収した水の95％以上を蒸散す るので，大気中に水分が逃げてしまう露地や施設栽培では，
常に多量の水を新たに植物に供給する必要があるが，人工光 型植物工場では，蒸散した水分の大部分を空調装置がトラッ プできるために，施設内で水の循環再利用が可能となる．水 の確保が困難な，灼熱の砂漠気候やあるいは凍てつく厳冬期 をもつ気候の地域，さらには人口が密集する大都会などは，
人工光型植物工場が立地する場所と言えよう．
人工光型植物工場の構造はいたってシンプルで，気密・
断熱性の高い栽培室に，空調装置，適切な光源，養液栽培装 置，そしてCO2を含む環境を制御する装置などの設置があれ ばよい(3)．ただし，個々の装置は高性能かつ高精度であるこ とが必要であり，しかも低コストでもある必要がある（図
2
）．補助金がらみで建てられた施設には，施設構造や装置な どコストを無視したとしか思えないオーバースペックのもの が見られるが，農業の一分野として将来を考えると，過不足 のない適正なスペックにするべきである．いたずらにコスト を引き上げることは，農商工連携の具現化した新しい産業化 の妨げになるばかりか，東アジア諸国との植物工場の受注競 争にも勝てなくなるからである．植物工場の内部は非常に安定しており，レタスの場合で 考えると，光エネルギー（光合成有効光量子束）：200
μ
mol/s，日 長：12〜14時 間，温 度：20/15 C（昼／ 夜），湿 度：
70％，CO2: 1,200 ppm，風速：50 cm程度の環境でよく育つ．
リーフレタスであれば，播種から収穫まで約35日程度とな る．具体的には，播種後はトレイや栽植密度を上げた育苗装 置で約25日間育て，その後最終栽培棚に定植すると，定植 後約10日間で収穫が可能である(4)．すなわち栽培層では10 日間で1サイクルの栽培が完結できるので，年間36作の栽培 が可能である．仮に100坪（330 m2）程度の栽培室に10段の 栽培棚を設置したとすると，日産の収穫量は約3,000株とな る．これを1株100円で販売したとすると，30万円／日の販 売額となり，年間では約1億円の売上額となる．100坪の栽 培面積で1億円を売り上げられるのは，人工光型植物工場で のみ可能である（図
3
）．太陽光型植物工場について
従来の，いわゆる温室栽培または施設栽培と呼ばれるも のは，保温または加温できる施設で作期を長くして栽培する ことを示し，大部分は鉄パイプを組み合わせて，かまぼこ型 の構造物にフイルムを被覆したパイプハウスと呼ばれる簡易 な施設である．これらは前述の定義では植物工場とは呼べな い施設が大部分である（図
4
）．栽培は生産者の勘と経験に基づいて行われてきたため，
個人差が大きく，再現性や生産性は低かった．高度経済成長 に伴って，温室栽培面積は急速に増加し，ピークの1999年 には，53,000 ha達したが，その後徐々に減少を続け，現在 49,000 ha程度になってきている（図
5
）．施設栽培は，家族 経営（約20万人）が主体であり，1戸当たりの平均施設面積 は約0.25 haと小さい．このため施設への投資に限界があり，このことが施設園芸の近代化を遅らせる一因となっている．
生産物の価格変動はあるものの，近年の農産物輸入量の増加 もあり，安値安定傾向が強く，さらに流通経費は増加し，暖 房に用いられる燃油価格は高騰したため，収益性はますます 低くなってしまっており，この程度の施設では経営が苦しい 図2■人工光型植物工場の構成要素
図3■究極の立体栽培が可能な人工光型植物工場
図4■日本の施設園芸における高度化割合
のが実情である．同時に，ほかの農業分野同様，生産者の高 齢化も進んできており，後継者がいない場合は営農を辞める 生産者が多く見られている．
よくわが国の施設園芸が，オランダのそれと対比してマ スコミにも取り上げられるが，オランダの施設はすべてガラ ス室でしっかりした環境制御が行われており，日本の定義に よればほぼすべてが「植物工場」と呼べるものである．温室 の総面積は10,000 haでここ20年以上変わっていないが，生 産者数は2,000人程度にまで減少してきており，平均栽培面 積は4〜5 haに達し，すべて会社組織になった企業的栽培で ある(5)．これだけでも大いに日本とは異なるが，大差がつい てしまっているのが栽培技術である．トマトの場合，日本の 平均収量は10 a当たり20 t以下であるのに比較し，オランダ では約60 t/10 a以上と約3倍以上の開きがある．オランダで も30年前は日本とほぼ同じ収量であったが，年々その成績 が向上し，今のレベルに到達している．
日本での施設栽培は，竹骨や木骨の小型ビニルハウスに よる小規模家族経営からの出発であったため，個々に開発さ れた技術は経営が許す範囲で導入されたが，統合技術の導入 はできずに現在に至っている．しかしオランダでは，温室栽 培は企業経営の一つであり，植物工場での栽培に適した品種 開発，生産の高能率化につながる光合成や栄養生理の集中的 な研究，生産地を集めて生産や流通にかかわる施設の集中 化，などを政府，研究者，生産者が一体となり（彼らはこれ をゴールデン・トライアングルと呼んでいる），種々の技術 の統合をオール・オランダで取り組んだ結果，現在の姿に なったものと思われる(5)．
新たな植物工場の構築へ
2010年の補正予算で植物工場プロジェクトが採択され，
その一環として千葉大学，大阪府立大学，愛媛大学，三重県 農業研究所，農水省農研機構の2研究所などが参画し，「植 物工場，実証・展示・研修事業」が開始された．筆者が関係 する千葉大学拠点では，太陽光型植物工場5つ，人工光型植 物工場3つが，複数企業と助言研究者からなるコンソーシア ムによって運営され成果を上げている．トマトの長期多段栽
培の場合，3年連続で51 t/10 aの収量を上げたコンソーシア ムがあり，適正な環境制御と養液栽培によってオランダにほ とんど追いつく成績を得ている（図
6
）．しかし，このコンソーシアムは，オランダに学んだ技術 を応用しており，オランダの品種を用い，長期多段ハイワイ ヤー仕立ての栽培や環境制御システムを使用した結果得られ たものであり，奇しくもオランダの優秀性を証明する形とも なっている．一方，わが国独特のトマト栽培法として，低段 密植栽培も実証栽培が進んでおり，約35 t/10 aの収量を上げ るところまできている（図
7
）．低段密植栽培は，植物体が若くて元気なうちに1作が終了 するので，低農薬栽培や季節に適応した品種選定が可能であ り，年に3〜4回栽培するので技術の習得を早めることがで き，圃場をブロックに分けて栽培するので周年出荷が可能と いった利点がある．しかし，定植から収穫までのラグタイム が，長期多段栽培では1回であるのに，低段密植栽培では ベッド当たり年3〜4回存在することが栽培面積当たりの収 量が伸び悩んでいる原因と思われる．今後，特に夏期の環境 制御が改善すれば，最終的には50 t/10 aの収量確保は可能で はないかと期待される．
現在，3年間に集積した観測データがビッグデータとなっ ており，それらのデータの解析によって理想の栽培環境を低 図5■日本の温室栽培面積の変化
図6■オランダの栽培方法を導入したトマトの栽培
図7■日本独特のトマト低段密植栽培
コストで実現する統合環境制御システムの開発が進んできて いる(6)．この技術により，日本発のシステムが気候の似てい る東アジア諸国に普及されることにも期待がもてる．
東日本大震災の復興に伴う植物工場の建設 について
ここでは，宮城県の植物工場への取り組みを例に概説し てみたい．震災前には約1,200 haの施設栽培が同県にあり，
沿岸部を中心にその広がりを見せていた．特にトマト栽培で は，オランダの気候に比較的似ているため，1 haを超える大 型の栽培施設の導入が進められていた．しかし，地震・津波 の被害により，県内施設面積の20％に及ぶ178 haの施設が 被災し，特に亘理，山元町のイチゴの栽培施設は90％以上 が被害を受け壊滅的であった．
宮城県は復興計画を策定し，平成23〜25年を「復旧期」
の3カ年，平成26〜29年を「再生期」の4カ年，そして平成 30〜32年を「発展期」の3カ年と位置づけ，本年度は再生期 に入ったところである．施設栽培面積は全体から見れば，震 災前の1,200 haから現在の1,060 haに減少しているが，被災 した施設に限れば91％にまで回復している．またイチゴに ついては，復興で導入された養液栽培は，震災前の32 haに
対して，平成25年には47 haに増加したのが特徴的である．
新設された温室では栽培も再開され，順調に復興が進んでい るように見える(7)．
高度に環境制御された施設で養液栽培を行うと言えば聞 こえは良いが，使ったことのないこのような近代的な施設を 使って栽培する生産者はたいへんである．そこで農水省は，
復興支援と先端プロジェクトを組み合わせた研究推進・実証 の活動によって技術的なサポートを行っている．大型鉄骨ハ ウス，高設ベンチ養液栽培，環境制御の高度化などを現地と 同じ作型で展示し，そこで研修することによって，先進的な 大規模栽培技術を展示・指導し，戦略的経営への支援を行 い，東北において高収益な植物工場をまず実証し，復興と同 時に周囲への波及効果を期待している(8)．
具体的には，山元町に実証研究施設を建設し，技術支援 としては，農研機構の多くの研究所，東北各県の研究所，民 間企業が参画し，普及支援組織として農業生産法人の（株）
GRAがあたっている（図
8
,9
）．その施設は約70 aの高軒高 温室をもち，トマトとイチゴ栽培の2つのエリアに大別さ れ，それぞれが最先端の技術を実証研究するエリアと生産者 が実習研修できるエリアで構成されている．復旧期における 栽培技術の展示・指導は一段落し，再生期に入った今年から は先進的経営実証が行われている．これらの活動が着実に実 を結ぶことを願っている．次世代施設園芸拠点事業による植物工場に ついて
これまで述べてきた動きを発展させた形として，農水省は 2013年の補正予算および2014年予算で「次世代施設園芸拠 点事業」を開始した(9)．林農水大臣に続き，安倍首相もオラ ンダの施設園芸の実情を視察し，フードバレーとも言える，
生産クラスターの集中による合理的な生産システムを目の当 たりにし，わが国の施設園芸の将来像はオランダに学び，し かも日本独特のものを構築すべきであるというコンセプトが 本事業計画の中には盛り込まれている．各県からの申請をも 図8■山元実証研究施設の外観
図9■山元実証研究施設の内部構造 図10■次世代施設園芸が展開される全国9拠点
とに，北海道から九州に至る9拠点が選定され，現在建設中 で一部は稼働を開始している（図
10
）．これらの拠点は，それぞれ栽培施設面積が3〜4 haという 大規模施設園芸であり，太陽光型植物工場としての基本的な 機能を備えた周年生産施設とし，播種→育苗→栽培→選果→
出荷まで一気通貫できる施設機能を備え，カーボン・ニュー トラルの木質バイオマスなどの地域エネルギー資源を利用す ることによって，化石燃料からの脱却を図る経営とするとし ている．また大規模施設園芸のモデルとして，実証し，波及 できるものでなければならないとしている．拠点によって取 り組みの姿はさまざまであり，エネルギー源としても，木質 バイオマス，温泉熱，産業廃棄物の燃焼熱などの利用が考え られている．大規模施設園芸での木質チップやペレットをエ ネルギー源とする暖房は，わが国ではこれまで例がないの で，原料の確保や大型燃焼機の構築などを危ぶむ声はある が，森林大国である日本のとるべき方向としては，地域で自 給できるエネルギーの利用を国策として推進することは理解 できるので，何が何でも実現するという強い意志と行動力が 必要であろう．
まとめ
施設園芸・植物工場に関して多額の国費が投入され，多 くの新たな試みがされていることは上記のとおりである．し かし，現実問題として，新たに導入された大型の施設に関し ては，これらを運営するノウハウの蓄積がわが国には乏しい こと，この分野で活躍できる人材が少ないこと，そのほか多 くの解決しなければならない問題が山積しており，一足飛び に最新の植物工場に移行することは困難な状況である．農地 の流動化，建設基準の規制緩和などを通じて，施設園芸や植 物工場を近代化・大型化する必要性は喫緊の課題であるの で，ここ数年の動きによって日本の施設園芸の今後の発展が 決まると言っても過言ではあるまい．補助金が活用される場 合，往々にして政治力の影響や経験のないゼネコンなどによ るオーバースペックとも思える施設・装置の導入など，この 分野の健全な発展には必ずしもならないケースなども見られ る．これらのことに注意を払いながら，今後ともに国際競争
力の強化を見据えた「強い農業」，「攻めの農業」の実現につ なげたいものである．
1) 農林水産省：農商工連携研究会「植物工場ワーキンググ ル ー プ 報 告 書」．http://www.maff.go.jp/j/press/seisan/
engei/pdf/090424-01.pdf, 2009．
2) Wikipedia：垂 直 農 法．http://ja.wikipedia.org/wiki/
%E5%9E%82%E7%9B%B4%E8%BE%B2%E6%B3%95 3) 古在豊樹： 人工光型植物工場 ，オーム社，2012.
4) 古在豊樹監修： 図解でよくわかる植物工場のきほん ， 誠文堂新光社，2014.
5) 経済産業省：IT融合による新たな産業の創出に向けて，
分野①オランダと日本の農業の比較．http://www.ipa.
go.jp/files/000008415.pdf, 2012．
6) スマートアグリコンソーシアム：2013．http://smartagri.
uecs.jp/index.html
7) 宮城県：宮城県震災復興計画．http://www.pref.miyagi.
jp/uploaded/attachment/36635.pdf, 2011．
8) （株）GRA：農林水産省先端プロジェクト山元研究施設．
http://www.gra-inc.jp/rd.html#02, 2012．
9) 日本施設園芸協会：次世代施設園芸の全国展開．http://
www.jgha.com/files/houkokusho/26/jisedai̲1406.pdf, 2014．
プロフィル
篠 原 温（Yutaka SHINOHARA）
＜略歴＞1971年東京教育大学農学部農学 科 卒 業／ 同 年 海 外 技 術 協 力 事 業 団（現 JICA）／1974年東京教育大学農学研究科 修士課程修了／同年同大学農学部助手／
1977年筑波大学農林学系助手／1987年同 大学農林学系講師／1990年千葉大学園芸 学 部 助 教 授／1998年 同 大 学 園 芸 学 部 教 授／2012年日本施設園芸協会会長（非常 勤）／2013年千葉大学定年退職／同年同大 学名誉教授，同グランドフェロー／同年 NPO植物工場研究会理事＜研究テーマと 抱負＞専門は，野菜園芸学であり，特に 施設園芸，植物工場，養液栽培技術など の栽培の近代的技術開発の研究を行って きた．現在は，施設園芸・植物工場の推 進のために尽力している＜趣味＞趣味は クラシック音楽の演奏および鑑賞．アマ チュア室内楽団のホルン・プレーヤー Copyright © 2015 公益社団法人日本農芸化学会
