CN101909425B - 保护植物免受病害的光照设备 - Google Patents

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Abstract

一种保护植物免受病害的光照设备(1)包括发出包括紫外线的光源(2)。光源至少以重叠的方式辐射具有在大约280-340纳米范围内的波长成分的UV-B、具有在大约100-280纳米范围内的波长成分并且从中去除等于或低于大约255nm的波长成分的UV-C、以及峰值在具有460至550纳米波长分布的波长成分之中的可见光。在UV-C和UV-B与植物相接触之处的UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和等于或低于大约50微瓦/平方厘米，并且在可见光与植物相接触之处的可见光辐射度等于或高于0.2微瓦/平方厘米。

Description

保护植物免受病害的光照设备
技术领域
本发明涉及一种保护植物免受病害的光照设备，其包括发射光包括紫外线的光源。
背景技术
通常，已知一种保护植物免受病害的光照设备，其发射具有受控波长的紫外线(参见例如日本专利未审公开No.2005-328734)。在这种设备中，紫外线被控制为使得其包括UV-B区域(波长在280至340纳米范围内的区域)的波长成分并且UV-C区域(波长在100至280纳米范围内的区域)的波长成分基本上为零。这种控制能实现抑制丝状真菌的孢子形成和关于灰霉病、白粉菌、霜霉病、炭疽病等菌丝生长以及防止由此导致植物病害损坏的作用。
然而，由于这种设备实施控制以使得UV-C区域(波长分布从100至280纳米)几乎变为零，就难以可靠地抑制丝状真菌的孢子形成和关于上述病害的菌丝生长以及可靠地诱发植物对病害损坏的耐性，这使得难以抑制植物发生病害损坏。而且，没有公开对于夜间昆虫比如夜蛾的控制。
而且，已知一种用于培养植物的光照设备，其辐射包括紫外线和可见光(蓝色、黄色和红色射线)的光并且使得能培养植物(参见例如日本专利未审公开No.2001-28947)。然而，根据这种设备，包括紫外线(波长分布从250至375纳米)和可见光(蓝色、黄色和红色光线)的光线的辐射使得能培养植物，但是导致对植物病害损坏的抑制降低，因为紫外线的波长分布包括UV-A区域(波长为大约340-380纳米的区域)，其促进丝状真菌的孢子形成并且具有引诱昆虫的作用。而且，根据这种设备，昆虫病害的控制效率很低，因为蓝光引诱昆虫，并且没有执行防止由夜间昆虫引起病害的有效辐射，因为没有公开对于夜间昆虫比如夜蛾的控制。
而且，根据相应于植物色素吸收光谱(包括于可见光的黄色成分和红色成分中)的辐射到植物上的光辐射程度，可能对植物的花苞的形成有影响。
发明内容
考虑到上述情况，本发明提出了一种保护植物免受病害的光照设备，其能可靠地抑制丝状真菌的形成和关于灰霉病、白粉菌等菌丝生长、通过可靠地诱导植物对病害损坏的耐性抑制植物出现病害损坏、抑制光线对植物花苞形成的影响、以及降低由于夜间昆虫导致的损坏。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于保护植物免受病害的光照设备，其包括发出包括紫外线的光的光源，其中光源至少以重叠的方式辐射具有在大约280-340纳米范围内的波长成分的UV-B、具有在大约100-280纳米范围内的波长成分并且从中去除等于或低于大约255nm的波长成分的UV-C、以及峰值在具有460至550纳米波长分布的波长成分之中的可见光。
优选地，在UV-C和UV-B与植物相接触之处的UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和等于或低于大约50微瓦/平方厘米，并且在可见光与植物相接触之处的可见光辐射度等于或高于0.2微瓦/平方厘米。
而且，UV-C辐射度和UV-B辐射度的比值为大约0.04-0.1∶1。
有利效果
根据本发明，已经去除等于或低于大约255nm的波长成分的UV-C、波长成分在大约280-340纳米范围内的的UV-B、以及有利于叶绿素的光吸收并且波长分布与夜间昆虫的发光效能特性的波长分布重叠的可见光以重叠的方式辐射。于是，能进一步可靠地抑制丝状真菌的孢子形成和关于灰霉病、白粉菌等菌丝的生长，能进一步可靠地诱发植物对病害损坏的耐性，能抑制病害损坏的发生和生长异常，能促进植物的新陈代谢，并且能降低由于夜间昆虫比如夜蛾引起的损坏。此外，由于几乎不辐射相应于植物色素吸收光谱的光线，对于植物花苞的形成的影响很小。
此外，UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和等于或低于大约50微瓦/平方厘米，因此紫外线的强度不会过高并且UV-C和UV-B能适当地辐射到植物上。于是，能抑制植物的生长异常比如叶焦病，并且能抑制植物病害的发生。此外，可见光的辐射度等于或高于0.2微瓦/平方厘米，因此能易于促进植物的新陈代谢并且能进一步增强降低由于夜间昆虫比如夜蛾引起的损坏的效果。
而且，通过将UV-C辐射度和UV-B辐射度的比值设置为大约0.04-0.1∶1，UV-B的比例增大，因此能进一步抑制生长异常比如叶焦病。
附图说明
本发明的目标和特点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显，其中：
图1是示出根据本发明实施例的防止植物免受病害的光照设备的构造的图；
图2是示出用作光照设备的光源的人工日晒灯的光谱能量分布的图表；
图3是示出光照设备的光源的布置的另一示例的图；
图4是示出光照设备的光源的布置的又一示例的图；
图5是示出光照设备的绿色荧光灯的光谱、夜蛾的发光效能特性以及植物色素的吸收光谱之间的关系的图表；以及
图6是用作光源的荧光灯的局部截面图。
具体实施方式
下面，将参照图1至6描述根据本发明实施例的保护植物免受病害的光照设备。这种保护植物免受病害的光照设备(下文中称为“光照设备”)是用于不仅控制由于在蔬菜或花卉的籽苗培养期间显现的关于灰霉病、菌核病害、早期枯萎、叶斑病害、白粉菌、霜霉病、炭疽病等的丝状真菌引起的植物病害，而且还控制在完全封闭的植物籽苗生产系统、农业乙烯或玻璃房等中的室内培养中、在室外培养中等的夜间昆虫(比如夜蛾)。
图1示出根据本发明第一实施例的光照设备1的构造。这种光照设备1包括用于发射包括紫外线的光线的光源2以及用于对从光源2发射的光线进行波长控制的过滤器3。已经穿过过滤器3的光线辐射到植物P上。光源2将波长成分在大约280-340纳米范围内的UV-B、波长成分在大约100-280纳米范围内并且其中大约255纳米以下的波长已经去除的UV-C、以及峰值在波长分布从460至550纳米的波长成分之中的可见光至少以重叠的方式辐射到植物P上。从光源辐射的光线被控制为使得在与植物P接触之处UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和等于或小于大约50微瓦/平方厘米并且UV-C的辐射度低于UV-B的辐射度。而且，可见光被控制为使得可见光的辐射度等于或高于大约0.2微瓦/平方厘米。
光源2不限于特定光源，只要其发出包括其中等于或小于255纳米的波长成分已经去除的UV-C、UV-B和可见光(波长分布从460至550纳米)的光线。例如，可以组合从产生UV-C(其中等于或小于255纳米的波长成分已经去除)和UV-B的光源(下文中称为“UV光源”)发射的紫外线以及从产生460至550纳米波长分布的光源(下文中称为“可见光源”)发射的可见光。
UV光源包括例如荧光灯，比如具有如图2所示光谱分布的人工日晒灯(由Sankyo Denki有限公司制造的产品编号GL 20E)。这种人工日晒灯发出其中等于或小于255纳米的波长成分已经去除的UV-C和UV-B。
此外，UV光源可包括具有在大约255-380纳米范围内的多种紫外线成分的水银灯或金属卤化物灯(由Matsushita电气工业有限公司制造的SkyBeam)或在紫外区域中具有连续光谱的高强度气体放电(HID)灯比如氙气灯。UV光源不限于特定光源，只要其发出其中等于或小于约255纳米的波长成分已经去除的UV-C和UV-B。
金属卤化物灯、水银灯或彩色HID灯可用作可见光源。可见光(具有从460至550纳米的波长分布)能通过让各种类型的灯的光线穿过过滤器3来获得。而且，这种可见光源可与不同的可见光源组合。例如，绿色LED和峰值在波长分布处于460至550纳米的波长成分之中的绿色荧光灯(参照图5)的组合是有效的。
这里，作为控制单元来实施控制以使得在与植物接触之处UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和为大约50微瓦/平方厘米并且可见光在与植物接触之处的辐射度等于或高于大约0.2微瓦/平方厘米，例如，提供能控制光线的辐射的光控制器(未示出)。光源2由光控制器电力地控制，以使得UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和等于或低于50微瓦/平方厘米并且可见光的辐射度等于或高于0.2微瓦/平方厘米。控制单元不限于光控制器。例如，UV-C的辐射度、UV-B的辐射度和可见光的辐射度可通过使用过滤器3、形成于光源2的灯上的覆盖膜或沉积膜、或者其组合来控制。
过滤器3由玻璃或树脂制成，并且构造为不传输从光源2发出的大多UV-A光，也即是波长为大约340-380纳米的光。于是，范围在大约340-380纳米的波长成分由过滤器3从辐射到植物P上的光中去除，并且几乎变为零。过滤器3在具有高的光通量且很多波长成分处于大约300-400纳米范围内的紫外线区域中的金属卤化物灯或氙气灯用作光源2的情况下是有效的。
尽管光源2和过滤器3定位于植物P上方以便在植物P上方辐射光，但是其位置不限于此。然而，当植物P设置为相对靠近在一起培养时，处于植物P上方位置处的光源2由于植物P的阴影而不能将足够的光辐射到相邻植物P的侧面和下部，因此植物P的侧面和下部可能易于遭受病害。于是，在此情况下，如图3所示，优选地将光源2和过滤器3安装于植物P上方，在植物P的一侧上和在植物P的下部旁边。下文中，定位于植物P的上方、侧面和下部旁边并且构造为辐射植物P的上部、侧面和下部的光源2分别称为“上部光源2a”、“侧面光源2b”和“下部光源2c”。尽管在图3中，示出了一个上部光源、两个侧面光源2b和一个下部光源2c，但是它们的数目不限于此。
在其中多个植物P如图4所示沿着脊部F布置的情况下，优选地提供多个上部光源2a、侧面光源2b和下部光源2c。上部光源2a沿着脊部F以预定间隔安装。侧面光源2b和下部光源2c几乎平行于脊部F安装，也就是它们几乎平行于植物P的行基本上连续地安装。侧面光源2b和下部光源2c用例如用柱体等防水的荧光灯构造，并且安装为几乎平行于脊部F。侧面光源2b和下部光源2c可用空心光导型照明设备、光纤、细长EL设备等构造。如上所述，上部光源2a、侧面光源2b和下部光源2c彼此平行地安装，因此它们能可靠地将光线辐射到植物P的侧面和下部，即使在植物P布置于比每个光源光辐射范围更宽的区域中的情况下。
光线从光源2辐射到植物P上的时期由例如定时器来控制。于是，在由定时器设置的时刻允许或切断光源的能量供应，从而接通或关闭光源2。而且，光源的光线分布和光量可调节为适合于植物P的生长。例如，在早期生长阶段的情况下，植物P还没有生长得很好并且很小，上部光源2a关闭，侧面光源2b和下部光源2c接通，并且调节侧面光源2b和下部光源2c的安装角度，从而限制光线分布的宽度和降低辐射到植物P上的光量。随着植物P变大，上部光源2a也接通并且调节侧面光源2b和下部光源2c的安装角度，从而扩宽光线的分布和增大辐射到植物P上的光量。同时，调节侧面光源2b和下部光源2c的光线分布和光量的方法不限于上述示例。在上部光源2a的光量很小或植物P需要相对大量的光线的情况下，即使在早期生长阶段也可接通上部光源2a。
为了确保控制植物病害和昆虫的效果，优选地在例如能阻挡太阳光的UV-A的农业乙烯房或玻璃房(下文中称为“房”)内安装光照设备1。当光照设备1用于房内时，不仅能阻挡从光照设备1辐射到植物P上的光线的UV-A，而且还能阻挡从太阳辐射到植物P上的光线的UV-A，因此能有效地控制丝状真菌。
如果其中等于或低于大约255纳米的波长成分已经去除的UV-C和UV-B的强度很高，UV-C和UV-B会损伤人体，例如眼睛或皮肤。为此，优选地在房内安装遮光板或人体检测传感器开关，将其电连接至光照设备1，从而控制光线的分布以使得光源2的光线不会辐射到工人上或控制光源2仅在房内没有工人时接通。通过这种控制，能确保房内工人的安全。
图5用相应图表示出当绿色荧光灯用作光源2的可见光源时作为绿色荧光灯的光谱辐射特性的辐射光谱的示例(用实线表示)、作为植物色素的光吸收特性的吸收光谱的示例(用虚线表示)、以及作为夜蛾光谱敏感性的发光效能特性的示例(用点划线表示)。图表的垂直轴线用发射的最大能级标准化并且吸收光谱设置为1并且发光效能特性的最大敏感性设置为1。而且，由虚线包围的区域10和20分别表示其中等于或低于大约255纳米的波长成分已经去除的UV-C和UV-B。
绿色荧光灯的光谱的光谱辐射特性的示例包括峰值在波长分布从大约460至550纳米的波长成分之中的可见光。由Butler等(Butler，W.L.：Photochem，Photobiol.3，pp.521-528，1964)发现的植物色素的吸收光谱具有在660纳米附近的峰值，并且具有在560-700纳米范围内的较高水平(从红色至黄色)。已知的是，当相应于植物色素吸收光谱的光线辐射到植物上时，光线的辐射对植物花苞的形成有着坏的影响。而且，关于夜蛾的发光效能特性，已知的是，为了实现抑制夜蛾活动的效果，优选地使用光谱辐射能量的峰值在从460至580纳米的波长区域中的光源，如Uchidara所公开的(日本照明工程研究所年会，2003年8月)。
绿色荧光灯的光谱相应于峰值在从夜蛾的发光效能特性的上限至植物色素吸收光谱的下限范围内在460-560纳米之间，并且波长分布与夜蛾的发光效能特性的光谱分布重叠而几乎不与植物色素吸收光谱重叠的可见光。于是，在辐射绿色荧光灯的光谱时，促进植物的新陈代谢，因为叶绿素的光吸收很高，由于叶焦病导致的损坏降低并且对于植物花苞形成的坏影响也降低，因为植物对紫外线的耐性提高，并且能有效地控制夜间昆虫。
下面的表1示出了当紫外线和可见光辐射到草莓上时的试验结果。这个表示出了植物病害发生率(％)、植物生长异常(叶焦率(％))、以及夜蛾损坏率(％)，使用UV-C和UV-B在它们与草莓(植物)相接触之处的辐射度的总和(称为“紫外线输出”)以及可见光在它们与草莓(植物)相接触之处的辐射度(称为“可见光输出”)作为参数获得。
表1
紫外线和可见光辐射到草莓上的测试结果的示例
  紫外线输出(微瓦/平方厘米)   可见光输出(微瓦/平方厘米)   病害发生率(％)   生长异常(叶焦病(％))   夜蛾损坏率(％)
  55   0.2   3.8   33.2   2.68
  50   0.2   3.6   0   2.76
  0   0.2   75   0   4.78
  55   0.15   4.9   41.7   9.02
  50   0.15   4.2   3.5   11.3
  55   0.1   6.8   63.9   12.4
  50   0.1   7.3   15.6   11.9
  50   0   5.1   100   59.3
  55   0   5.7   100   67.2
如表1所示，在可见光输出为0.2微瓦/平方厘米的情况下，当紫外线输出为55微瓦/平方厘米时，叶焦率为33.2％，这是很高的，并且当紫外线输出为0微瓦/平方厘米时，病害损坏发生率为75％，这是非常高的。相反，能看出，在紫外线输出为50微瓦/平方厘米的情况下，病害发生率为3.6％，叶焦率为0％，并且夜蛾损坏率为2.76％，这都非常低。同时，在可见光输出低于0.2微瓦/平方厘米的情况下，也就是，可见光输出为0微瓦/平方厘米、0.1微瓦/平方厘米和0.15微瓦/平方厘米，病害发生率、叶焦率和夜蛾损坏率都恶化并且光照效果很低。也就是，通过将紫外线输出设置于等于或低于50微瓦/平方厘米的值同时将可见光输出设置于等于或高于0.2微瓦/平方厘米的值，与其中可见光输出和紫外线输出设置为不同的参数的情况相比，病害发生率、生长异常(叶焦率)和夜蛾损坏率都能期望地得到抑制。而且，在表1中，UV-C辐射度和UV-B辐射度的比值被测量为大约0.1∶1。
如上述试验结果所示，根据本实施例，在大约255-280纳米的UV-C和UV-B波长区域中的紫外线辐射到植物上，能可靠地抑制丝状真菌的孢子形成和关于灰霉病、白粉菌、霜霉病、炭疽病等菌丝的生长，能可靠地诱发植物对病害损坏的耐性，能抑制病害损坏的发生，并且能防止植物的生长异常。而且，能由叶绿素强烈地吸收并且对于夜间昆虫具有高发光效能的460-550纳米的可见光以重叠的方式辐射，因此促进了植物的新陈代谢、抑制了光线对植物花苞形成的影响，并且能有效地控制夜间昆虫。
尤其，将在与植物相接触之处相应于UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和的紫外线输出调节至等于或低于50微瓦/平方厘米的值，UV-C和UV-B能适当地辐射到植物上，能防止植物生长异常比如叶焦病，并且能强烈地抑制病害损坏的发生。而且，将可见光辐射到植物之处的可见光输出调节至等于或高于大约0.2微瓦/平方厘米的值，能易于促进植物的新陈代谢，并且能有效地增大控制夜间昆虫比如夜蛾的效果。
而且，根据本实施例，辐射到植物上的紫外线基本上没有处于促进丝状真菌孢子形成的UV-A区域中的波长成分，因此通过有效地抑制丝状真菌的孢子形成或菌丝生长就能抑制植物病害损伤的扩展，因而使得庄稼产量增大。而且，由于包括UV-A的光线具有引诱昆虫的效果，在本实施例中，通过去除UV-A，能抑制引诱昆虫的效果并且能降低由于有害昆虫导致的损坏。
同时，在光源2由荧光灯构成时，无需提供过滤器3，并且应用于荧光灯的荧光管内部的荧光物质21如图6所示可以具有辐射光线的特性，其中UV-C区域中等于或低于大约255纳米的波长成分和UV-A区域中的波长成分(波长成分从大约340至380纳米范围内的区域)几乎为零。在这种荧光灯中，电子通过放电发出，紫外线通过由汞原子接受电子能量而发出，紫外线由荧光物质21吸收，并且荧光物质21辐射光线。
而且，光源2不限于特定光源，并且波长等于或低于大约255纳米的光线可通过使用不传输波长等于或低于255纳米的大部分光线的过滤器作为过滤器3来去除。这种过滤器3在具有相对高光通量并且包括紫外线区域中等于或低于大约255纳米波长成分的金属卤化物灯或氙气灯用作光源2的情况下是有效的。
接着，下面将描述根据本发明第二实施例的光照设备1。根据本实施例的光照设备1的图示将在这里省略。根据本实施例的光照设备1与第一实施例的不同之处在于，从光源辐射的光线被适应为使得UV-C辐射度和UV-B辐射度在它们与植物P相接触之处的比值为大约0.04-0.1∶1。
用于将UV-C辐射度和UV-B辐射度的比值调节至大约0.04-0.1∶1的控制单元用例如能控制光线的照明的光控制器构造。光源由光控制器电气地控制，因此辐射比值变为大约0.04-0.1∶1。
下面的表2示出了在UV-C辐射度和UV-B辐射度的比值变化的情况下对于草莓的辐射试验结果。这个表示出了当UV-C辐射度和UV-B辐射度在它们与草莓(植物)相接触之处的比值以如此的方式变化以使得UV-B设置为1并且UV-C从0至0.12变化作为参数的情况下关于病害发生率(％)和生长异常(叶焦率(％))的试验结果。而且，可见光输出一直维持在0.2微瓦/平方厘米，并且相应于UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和的紫外线输出一直维持在50微瓦/平方厘米。
表2
在UV-C辐射度与UV-B辐射度的比值变化的情况下对于草莓的辐射试验结果的示例
Figure BPA00001167885600091
如表2所示，能获得非常有利的辐射试验结果，其中当UV-C辐射度与UV-B辐射度的比值为0.04-0.1∶1时，病害发生率为1.9-2.5％并且相应于生长异常的叶焦率为0％。尤其，病害发生率1.9-2.5％相比第一实施例的表1中的最低病害发生率3.6％而言是更加有利的，并且在0.04-0.1∶1的总体范围内，相应于生长异常的叶焦率为0％。
如上试验结果所示，按照根据第二实施例的用于控制植物病害和昆虫的光照设备，将UV-C辐射度与UV-B辐射度的比值调节至大约0.04-0.1∶1，因此能可靠地抑制植物的生长异常，比如叶焦病，并且能进一步降低病害发生率。
同时，本发明不限于上述实施例，而是可以根据其目的以各种方式变型。例如，能提供一个或多个能检测植物附近光照度的光照度传感器，使用这些光照度传感器检测可见光和/或紫外线并根据检测信号控制一个或多个光源的接通和关闭。

Claims (2)

1.一种保护植物免受病害的光照设备，其包括发出包括紫外线的光的光源，
其中光源至少以重叠的方式辐射具有在大约280-340纳米范围内的波长成分的UV-B、具有在大约100-280纳米范围内的波长成分并且已从中去除等于或低于大约255nm的波长成分的UV-C、以及峰值在具有460至550纳米波长分布的波长成分之中的可见光，以及
其中在UV-C和UV-B与植物相接触之处的UV-C辐射度和UV-B辐射度的总和等于或低于大约50微瓦/平方厘米，并且在可见光与植物相接触之处的可见光辐射度等于或高于0.2微瓦/平方厘米。
2.如权利要求1所述的光照设备，其中UV-C辐射度和UV-B辐射度的比值为大约0.04-0.1∶1。
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