バルコニーは空気の流れが速く、蒸発量が多く、床の耐荷重が限られているため、土壌層を厚くして作物の水分需要を満たすことは現実的ではありません。そのため、バルコニーの気候に合わせて、作物の水分需要と根の土壌浸透性を確保するための、シンプルで利用しやすい農業技術を開発することが、バルコニー栽培の成功と大規模展開に不可欠です。本稿では、バルコニー栽培のための低コストの農業ソリューションに焦点を当てます（図1）。

崇仁県国緒郷園芸コミュニティ8号庭4階バルコニーの床高は9.5メートル、経度は116.077807°、緯度は27.727549°、標高は79.6メートルです。

観測水源として、水を満たした発泡スチロール箱（外径、長さ、幅、高さはそれぞれ44.5、29.5、24cm、内径、長さ、幅、高さはそれぞれ40、25.5、21cm）を使用し、屋上パビリオンの内外に観測点を設置した。

初期段階では、水面の日蒸発強度を毎日記録し、作物の蒸散強度は隔日で記録しました。

雨によるデータへの影響を最小限に抑えるため、屋上のパビリオンにおいて毎日蒸発強度の測定を実施しました。また、パビリオン外のテラスに制御ボックスを設置し、毎日の気象条件、敷地温度、水位、水温を記録しました。雨の影響で、パビリオン外の制御ボックスの水位は不規則に変動しました。専門家の知識不足と不完全な記録のため、観測の基準として平均値を使用しました（表1）。

表1 パビリオン内外の水面蒸発強度の記録

観測結果によると、2021年4月30日（気温31℃/16℃、断熱開放型発泡スチロール箱に水を満たして設置）から6月27日（気温34℃/26℃）までの合計59日間で、発泡スチロール箱内の水位は90mmから16mmに低下し、蒸発高は合計74mmでした。水面からの1日平均蒸発強度は、約(74/59)≒1.254mm/日と算出されました。これは、バルコニー植栽において、高温と干ばつ対策としてマルチングが効果的な対策であることを示しています。

バルコニー栽培作物の最大水消費量を推定するため、2021年9月3日から21日まで、バルコニーの箱に中期イネ（品種「葉香有李斯」）を2本ずつ植え、1本につき苗を3本植えた。出穂期と開花期には、イネは高さ80cm、止葉の先端までの高さ100cm、幅70cmに達した。この期間中に水を加え、蒸散量を記録しました（表2）。発泡スチロール箱に7.5kgの水を入れたところ、2～3日後には貯水室の底に水は溜まらなかったが、土壌は湿った状態を保っていた。 （発泡箱の外径、長さ、幅、高さはそれぞれ 44.5、29.5、24 cm、内径、長さ、幅、高さはそれぞれ 40、25.5、21 cm でした。）加水速度 3.5 kg/日、箱の内表面の長さと幅が 40 cm と 25.5 cm の場合、蒸散速度は約 3.5 mm/日でした。

表2 イネの蒸散強度記録

バルコニー野菜の発根に必要な水の量を決定するため、使用済みの食用油ドラム缶を用いて土壌検査を実施しました。土壌が乾燥して白っぽくなっている場合、19～20cmの層を湿らせるには、単位面積あたり3mmの降雨量が推奨されます。土壌が乾燥しているものの白っぽくない場合は、19～20cmの層を湿らせるには単位面積あたり2mmの降雨量で十分です。土壌の飽和水分量を超えて施用した水は、水分が失われます（図2）。

図2 土壌給水試験

2022年5月2日から5日までの3日間、廃食用油樽に十分な水を注ぎ、晴天下で日光にさらした後、電子土壌水分計を用いて深さ5cmの土壌水分を測定しました。水分レベルはNOR（正常）と報告されました。深さ10cm以下の土壌水分測定では、WET（湿潤）またはWET+（非常に湿潤）と判定されました。これは、水面からの蒸発量が土壌からの蒸発量よりもはるかに大きいことを示しています（図3）。

図3 土壌蒸発強度試験

2022年1月12日、高収量の露地野菜であるブロッコリーの根鉢を測定したところ、土球の半径は15～20cm、厚さは10～15cmであることが明らかになった（図4 ）。まとめると、バルコニー栽培の場合、土層の厚さは15～20cmにする必要がある。水消費量は1日あたり1.25～3.5mmとする必要がある。しかし、土壌保水力が2mm未満では、作物の最盛期の半日分の水消費量しか満たすことができない。1日に1～2回の水やりに伴う人力、物資、水資源の無駄を避けるために、毎日水やりが必要な鉢植えやフレーム植えの植え方に代わる新しい農業工学技術を導入する必要がある。

図4 大田花堂菜の根元の土球

植栽箱は、植栽室（または栽培室）と箱内部の貯水室の2つの部分で構成されています。貯水室は植栽箱の底壁と側面に設置され、内部貯水植栽箱を形成します（図5）。

観測データによると、貯水室がプランターボックスの床面積の1/5を占める場合、貯水室の高さが1cm高くなるごとに、約1日分の作物用水を貯めることができます。プランターボックス内の排水ライン（注水観測孔）の高さを5cmにすると、理論上、箱詰め野菜の旺盛な生育期における3～5日間の蒸散量を満たすことができます。内部に貯水機能を備えた専用のプランターボックスがないため、リサイクルフォームボックスやリサイクルプラスチックフレームをカットして市販品を購入することがよくあります（表3）。

図5. 植木鉢の断面とピーマンの植え付け

表3 植栽箱のコスト構造（元/箱）

複合型プラスチックフィルム貯水ベッドは、クッション層、支柱、連結レール、プラスチックフィルムで構成されています（図6）。測定によると、稲を植える際、7.5kgの水（発泡植栽箱の内面に7.5mmの降雨量に相当）では、登熟期と着畝期の2日間しか稲を支えられません。そのため、貯水ベッドと植栽箱を組み合わせることで、稲のような水集約型作物の水分需要を確保できます。晴れと雨が交互に訪れる時期には、散水は省略または削減できます。また、晴天が続き気温が高い時期には、約7日間の給水を確保できます。

ウォーターベッドは、リサイクルされた食用油ドラム缶、フェルト、ワイヤーチューブ、プラスチックフィルムを用いて構築されます。長さ、幅、フェンスの高さがそれぞれ3m×1.5m×0.15mのウォーターベッドを例にとると、そのコスト構造は表4のようになります。

図6 プラスチックフィルム貯水床支持と貯水効果

表4ウォーターベッド（4.5㎡ ^）のコスト構成/元

水床には、泥よけ、ポリエステルシート、瞬間接着剤を混ぜたグラウト材をフィルム状に充填し、フィルムの保護を行います。グラウト材が硬化した後、栄養土を敷き詰め、小さな屋上菜園を作ります。この小さな菜園は、作物の根の生育に必要な土壌透水性をより適切に満たします。小さな菜園の土壌水分管理：雨季には、薄型のプラスチックフィルムを展開して排水し、土壌浸食を軽減します。乾季には、フィルムを収納して水分を保持することで、雨と干ばつの両方の影響に対するシンプルかつ効果的なソリューションを提供します（図7）。

フェンダーには80cm×13cmの複合床材が使用されていたため、養土層の高さは12cmとして養土の体積を計算した。養土の工場価格は25元/60Lであった（表5）。

図7 バルコニーの小さな菜園

表5菜園（4.5㎡）のコスト構造/^元

屋上作物を一年中栽培するには、トレリス、防虫・防鳥ネット、二重断熱フィルム、保温ブランケット、スマート温度コントローラーが不可欠です。屋上は地上に比べて風が強く、昼夜の温度差が大きく、栽培エリアの蓄熱量が少なく、耐寒性も低いため、トレリスは外層と内層の二重構造で設計する必要があります。外層のトレリスには、倒れないようにフィルム止めテープを取り付けてください。家庭用の小型トレリスは、高さ2メートル以下に抑えてください。内層のトレリスは主に冬季の断熱と保温を目的としており、高さ1.3メートルから1.6メートルの軽量プラスチック支柱で構築できます。外層のトレリスは、虫や鳥の侵入を防ぐため、年間を通して防虫ネットで覆い、農薬使用量を直接減らします。気温が上昇するにつれて、内層と外層の断熱フィルムを徐々に取り除いてください。逆に、外側と内側の断熱フィルム、断熱ブランケットを徐々に追加し、スマート温度コントローラを設置します。予備的な観察では、内側の温室（高さ1.5m、4.5㎡ ^）をブランケットで覆った後、雪の降る夜に480Wのスマートサーモスタットを使用して、設定温度16〜22℃、50mのケーブルで加熱すると、22分かかります。約33分後、サーモスタットは再起動し、電力消費が時間の約40%を占めます。12時間の冬の夜間加熱期間に基づくと、温室あたりの電力消費は約3kW/h（待機電力を含む）です。寒くて曇りや雨の日に一日中加熱が維持される場合、電力消費は1日あたり6kW/hと推定されます（図8）。これは、屋上太陽光発電の応用の基礎となります。

図8 二重小屋断熱とサーモスタット暖房

2021年8月、「植栽箱＋ウォーターベッド」の組み合わせを用いた最初の稲作試験（品種「葉香友」）を実施しました。「貯水植栽箱」（縦×横×高さ＝45cm×29.5cm×24cm）1箱に2つの稲の塊を植え、それぞれに3本の苗を植えました。収穫量は高く、平均湿籾収量は148g、乾籾収量は1塊あたり120g（植栽箱1箱あたり240g）でした。

2022年3月15日と4月15日、同じ4.5㎡の「箱＋苗」^区画において、2つの異なる直播き期を想定した6つの稲の植え付け組み合わせが計画された。2021年中期田植えと今春の早期稲の直播き試験における管理プロセスでは、シンプルな屋上「箱＋苗」システムと農業工学技術の組み合わせが、防除組み合わせの設定と展開、シーズン全体の観察と記録、正確な水と肥料の管理、病害虫防除、植物1株当たりの収量、敷地利用率、労働強度の低減といった点で、圃場での植え付けを大幅に上回ることが実証された（図9）。

図9：中期田植え（2021年）と早期田植え（2022年）

2022年4月26日から5月15日まで、屋上小規模菜園と露地畑における空芯菜の株分け栽培を比較した。同一管理条件下では、露地栽培では再播種を行ったにもかかわらず、屋上小規模菜園の空芯菜の生育は露地栽培よりも有意に良好であった（図10）。

図10（同日植え）露地とバルコニーでの空芯菜の生育

2021年9月11日の記録によると、露出床の表面温度が40℃の時、稲の苗床の水温は31℃でした。12月26日には小雪が降り、表面温度は-1℃でした。栽培小屋のインテリジェント温度制御範囲は16～22℃に設定されており、最上階のリビングは冬は暖かく、夏は涼しく保たれています（図11）。

図11（バルコニー同時）植栽エリアと非植栽エリアの温度差

屋上緑化技術は、植栽技術サービス、品種育種、栽培基質処理、廃棄物リサイクル、労務サービス、廃工業・採掘跡地の再利用などの分野に応用できる。また、太陽光発電＋屋上雨水収集・貯留＋機械化断熱設備開発＋スマート水・肥料・光・温度制御などの新興分野との融合も可能である。貯水タンクを内蔵した植栽ボックスは、小型化、カスタマイズ、あるいは生分解性を考慮した設計・製造が可能であり、バルコニー、バー、書斎などで活用できるほか、貴重な漢方薬の苗木を育てて森林に移植することも可能となる。これにより、起業や雇用機会の拡大が促進され、多分野にわたる実体経済の深層的な融合と発展が促進される（図12）。

図12：テラス養土の揚土とテラス植栽箱への野菜の植え付け

引用情報

鄒明森. 低コストバルコニー農業土木技術ソリューションの探求[J]. 農業土木技術, 2022, 42(25): 44-48.