CN103929944B

CN103929944B - 植物培育照明装置

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Publication number: CN103929944B
Application number: CN201280055430.2A
Authority: CN
Inventors: 山田真; 石渡正纪; 青木慎一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-10-13
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: JP2013126382A; TW201325439A; TWI459895B; CN103929944A; WO2013088829A1; JP5874060B2

Abstract

植物培育照明装置(1)具备：第一光源(2)，对植物(P)照射含有红色光成分的光；以及第二光源(3)，对植物(P)照射含有红外光成分的光。光源(2)的照射动作由控制部(4)控制。控制部(4)进行动作的时间段由时间设定部(5)设定。时间设定部(5)设定为：第一光源(2)在日落前后的时间段进行照射动作，此后，第二光源(3)在日出之前的时间段进行照射动作3小时以上。由此，由于在日落前后的时间段对植物(P)照射含有红色光成分的光，此后照射含有红外光成分的光，因而能够促进植物(P)的成长。

Description

植物培育照明装置

技术领域

本发明涉及对植物的培育进行调节的植物培育照明装置。

背景技术

一直以来，已知对植物照射来自人工光源的光而对该植物的培育进行调节的方法。例如，在日本专利公开公报2009-136155号(以下，文献1)中，提出了以下方法：在植物的光周期中的明期的开始期附近和结束期附近的某一方或双方，对植物照射红色光和红外光的混合光，从而对该植物施以短日照处理。

另外，例如在日本专利公开公报2007-282544号(以下，文献2)中，提出了以下方法：对茄科植物(特别是西红柿)在日落后照射1～3小时红色光和红外光中的至少一种光，从而提高该植物的果实糖度。

然而，在文献1中提出的方法主要是提早植物的开花时期，不能认为其必然促进植物的成长。另外，在文献2中提出的方法提高果实糖度，不能认为其必然促进植物的成长，而且是限定于茄科植物的方法，所以可能无法应用于其它植物。

发明内容

本发明解决上述问题，其目的在于，提供一种能够通过对植物照射来自人工光源的光而促进植物的成长的植物培育照明装置。

本发明的植物培育照明装置具备对植物照射光的光源，且具备：第一光源，照射含有波长区域610～680nm的红色光成分的光；第二光源，照射含有波长区域685～780nm的红外光成分的光；控制部，控制所述第一光源和第二光源的照射动作；以及时间设定部，对所述控制部设定使所述第一光源和第二光源进行照射动作的时间段。所述时间设定部设定为：所述第一光源在夹着日落的时间段以0.005W/m²以上的辐射照度且以0.015kJ/m²以上的一天累计辐射照度进行照射动作，此后，所述第二光源在直到日出为止的时间段以0.02W/m²以上的辐射照度且以0.21kJ/m²以上的一天累计辐射照度进行照射动作3小时以上。

在该植物培育照明装置中，优选地，所述第一光源在日落前的时间段照射的光的累计辐射照度被控制为比该第一光源在日落后的时间段照射的光的累计辐射照度更少。

在该植物培育照明装置中，优选地，所述第一光源照射的光的累计辐射照度被控制为比所述第二光源照射的光的累计辐射照度更少。

在该植物培育照明装置中，优选地，所述第一光源照射的光的累计辐射照度与所述第二光源照射的光的累计辐射照度之比被控制成为0.05：9.95～4.5：5.5。

依照本发明，由于在夹着日落的时间段对植物照射含有红色光成分的光，此后照射含有红外光成分的光，因而能够促进植物的成长。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的植物培育照明装置的概略图。

图2是表示本发明的实施方式中的植物培育照明装置的光照射模式的一例的图。

图3是构成本发明的实施方式中的植物培育照明装置的第一光源和第二光源被容纳于一个框体内的状态的立体图。

图4是表示构成本发明的实施方式中的植物培育照明装置的第一光源的红色光过滤器及构成第二光源的红外光过滤器的分光透过率的图。

图5是表示从本发明的实施方式中的植物培育照明装置的第一光源和第二光源照射的光的分光特性的图。

图6是表示本发明的实施方式中的植物培育照明装置的第一光源和第二光源相对于植物配置的状态的一例的侧视图。

图7是表示本发明的实施方式中的植物培育照明装置的第一光源和第二光源相对于植物配置的状态的一例的俯视图。

图8是表示实施例1中的植物培育照明装置的光照射模式的图。

图9是表示比较例1中的光照射模式的图。

图10是表示比较例2中的植物培育照明装置的光照射模式的图。

图11是表示比较例3中的植物培育照明装置的光照射模式的图。

图12是表示比较例4中的植物培育照明装置的光照射模式的图。

图13是表示比较例5中的植物培育照明装置的光照射模式的图。

图14是表示植物培育照明装置中的第一光源在日落前照射的光的累计辐射照度与相同光源在日落后照射的光的累计辐射照度之比(第一累计辐射照度比)和菊花的生长速度的关系的图。

图15是表示来自植物培育照明装置中的第一光源的光的累计辐射照度与来自第二光源的光的累计辐射照度之比(第二累计辐射照度比)和菊花的生长速度的关系的图。

图16是表示实施例2中的植物培育照明装置的光照射模式的图。

图17是表示比较例6中的光照射模式的图。

图18是表示根据实施例2和比较例6的草莓的产量的图。

具体实施方式

参照图1至图8说明本发明的实施方式的植物培育照明装置(以下称为照明装置)。本照明装置在完全封闭型的植物苗生产系统、农业用的塑料大棚或玻璃大棚等设施栽培、或者露天栽培等中促进植物(特别是花类和果蔬类)的成长。

如图1所示，照明装置1具备第一光源2和第二光源3，作为对植入田垅F的植物P照射光的光源。第一光源2照射含有红色光成分的光，第二光源3照射含有红外光成分的光。在此情况下，来自上述第一光源2的红色光成分具有610～680nm的波长区域，来自上述第二光源3的红外光成分具有685～780nm的波长区域。这些光源2、3配置在植物P的上方。光源2、3的照射动作由控制部4控制。控制部4动作的时间段由时间设定部5设定。光源2、3和时间设定部5分别通过配电线6与控制部4电连接。

第一光源2具有发光体21和红色光过滤器22，在从发光体21发出的光之中，该红色光过滤器22主要使红色光成分透过。发光体21例如由发出红色光的红色LED、红色荧光灯或红色EL元件、或者发出含有红色光的光的白炽灯或HID灯(高压钠灯、氙灯等)构成。红色光过滤器22例如由彩色树脂、彩色玻璃或者施以光学多层膜处理的光学过滤器构成。第一光源2以0.005W/m²以上的辐射照度且以每一天0.015kJ/m²以上的累计辐射照度对植物P照射光。此外，上述辐射照度使用莱卡(Leica)制照度计Li-250和传感器Li-190SA测定。在此情况下，在发光体21构成为主要照射具有685～780nm的波长区域的光的情况下，第一光源2也可不具有红外光过滤器22。

第二光源3具有发光体31和红外光过滤器32，在从发光体31发出的光之中，该红外光过滤器32主要使红外光成分透过。发光体31例如由发出红外光的红外LED、红外荧光灯或红外EL元件、或者发出含有红外光的光的白炽灯或HID灯(高压钠灯、氙灯等)构成。红外光过滤器32例如由彩色树脂、彩色玻璃或者施以光学多层膜处理的光学过滤器构成。第二光源3以0.02W/m²以上的辐射照度且以每一天0.21kJ/m²以上的累计辐射照度对植物P照射光。此外，在发光体31构成为主要照射具有685～780nm的波长区域的光的情况下，第二光源3也可不具有红外光过滤器32。

控制部4具有调光装置，该调光装置由微型计算机、继电器和开关等构成，调节从光源2、3照射的光的辐射照度。调光装置例如由光控制器构成，以电气方式调节辐射照度。

时间设定部5由计时器及微型计算机等构成，使光源2、3按照由用户预先设定的时间进行照射动作。图2表示从日落前直到日出后的一天内(24小时)的状态，如该图所示，时间设定部5设定为：来自第一光源2的含有红色光的光在日落前后的时间段中照射，此后，来自第二光源3的含有红外光的光在日出之前的时间段中照射3小时以上。来自第一光源2的红色光照射和来自第二光源3的红外光照射通常连续地进行，但如果是短时间(例如数分钟)，也可彼此重叠或有空白。

在光源2、3由LED那样的单体光量少的发光体构成的情况下，为了确保足量的光量，优选地如图3所示，多个光源2、3各自集中容纳在一个框体7内。在此情况下，优选为，框体7由热导率高、散热性优异并且具有高的光反射性的材料形成，该材料例如为铝或不锈钢等金属材料。

如图4所示，红色光过滤器22构成为例如对波长约590～710nm的范围的光具有分光透过性(曲线A)，该分光透过性对于波长约660nm的光最高。另外，红外光过滤器32构成为例如具有对于波长约690nm以上的光的分光透过性(曲线B)。

如图5所示，从由荧光灯(发光体21)和红色光过滤器22构成的第一光源2照射的光C例如在约660nm的波长处具有最大的光强度。另外，从由红色LED(发光体21)构成的第一光源2照射的光D例如在约630nm的波长处具有最大的光强度。

从由荧光灯(发光体31)和红外光过滤器32构成的第二光源3照射的光E例如在约740nm的波长处具有最大的光强度。另外，从由红外LED(发光体31)构成的第二光源3照射的光G例如在约735nm的波长处具有最大的光强度。

光源2、3通常配置在植物P的上方。然而，在植物P的植株较高或枝叶较多的情况下，仅通过配置于上方的光源2、3，可能不能将足够量的光照射到植物P的下方或内部。在此，如图6所示，除了配置于植物P上方的上部第一光源2a和上部第二光源3a(以下称为上部光源2a、3a)之外，还可以在植物P的侧方或下方也配置光源2、3。在植物P的侧方配置侧部第一光源2b和侧部第二光源3b(以下称为侧部光源2b、3b)，在植物P的下方配置下部第一光源2c和下部第二光源3c(以下称为下部光源2c、3c)。在此情况下，上部光源2a、3a、侧部光源2b、3b、下部光源2c、3c分别配置成能够根据植物P的大小(例如植物P的种类或成长状态)而上下左右移动，例如由围绕植物P周围的框架部件固定即可。但是，并不限定于此，也可以将框架部件划分，上部光源2a、3a、侧部光源2b、3b、下部光源2c、3c分别由对应的框架部件固定。由此，能够使来自光源2、3的光向植物P整体照射充分的量。在此，侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c能够调节它们的安装角度，使得能够以任意的角度对植物P照射光。

图7表示从上方观察时的上部光源2a、3a、侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c相对于植物P的配置。此外，在此为了使图简化，将光源2、3表示为一个部件。上部光源2a、3a配置成与田垅F延伸的方向Y(植物P成行的方向)大致平行，并且在方向X和方向Y上彼此设置规定的间隔而配置多个。侧部光源2b、3b通过由圆筒等覆盖而被施以防水加工，配置成与田垅F延伸的方向Y大致平行，在田垅F之间的区域的方向X和方向Y上彼此设置规定间隔而配置多个。下部光源2c、3c通过由圆筒等覆盖而被施以防水加工，配置成与田垅F延伸的方向Y大致平行，在田垅F之间的地面上的方向X和方向Y上彼此设置规定间隔而配置多个。在此情况下，下部光源2c、3c安装成在植物P的根部附近(田垅F附近)照射光即可。因此，下部光源2c、3c的安装位置不限于在田垅F之间的地面上，也可以从上述地面向上方(植物P成长而伸展的方向)设置规定的间隔。由此，即使在相对于各光源2、3的光照射范围而植物P遍及大范围成行的情况下，也能够对植物P照射足量的光。此外，侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c也可以由中空光导方式的照明器具、光纤、或者成形为细长形状的EL器具等连续光源构成。

上部光源2a、3a、侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c的配光和光量根据植物P的生长来调节。例如，在植物P处于初期生长阶段而尚小的情况下，远离植物P的上部光源2a、3a熄灭，靠近植物P的侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c点亮。此时，侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c以如下方式被调节：通过调整它们的安装角度等，将配光设定得较窄，能够对植物P集中地照射光。另外，处于初期生长阶段的植物P枝叶尚未充分发育，因而即使对植物P照射的光的光量较低，也容易遍及植物P整体。因此优选为，侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c分别降低所照射的光的光量。

另一方面，在植物P长高后的情况下，上部光源2a、3a、侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c全部点亮。此时，侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c以如下方式被调节：通过调整它们的安装角度等，将配光设定得宽，能够对植物P的大范围照射光。另外，由于长高后的植物P拥有很多枝叶，因而如果对植物P照射的光的光量不高，可能难以照射到植物P的内部(植物P的茎部分)。因此优选为，上部光源2a、3a、侧部光源2b、3b和下部光源2c、3c分别使照射的光的光量增加。

实际使用照明装置1栽培属于花类的菊花(品种：SEIPRINCE)，算出大约八成的菊花成为茎高80cm以上所需的平均天数，从而确认了如上所述构成的照明装置1给植物P带来的成长促进效果。

(实施例1)

菊花在11月初种植，在直到次年3月为止的大致3.5个月间栽培之后收获。在种植后，为了维持菊花的营养生长，通过白炽灯点亮开始深夜4小时的暗期中断。该暗期中断从菊花的茎高成为20cm以上的种植开始起，持续到45天后的12月末。此后，使菊花转移至繁殖生长，同时开始照明装置1向菊花的光照射。照明装置1的光照射继续，直到菊花开花。

作为第一光源2，使用上述的红色LED(参照图5)。第一光源2以5个/m²的密度配置在菊花的上方，以0.005W/m²的辐射照度对菊花照射红色光。作为第二光源3，使用上述的红外LED(参照图5)。第二光源3以20个/m²的密度配置在菊花的上方，以0.02W/m²的辐射照度对菊花照射红外光。

图8表示从日落前到日出后的一天间(24小时)的状态，如该图那样，从日落的15分钟前直到日落的45分钟后，来自第一光源2的红色光对菊花照射共一个小时。来自第二光源3的红外光从日落的45分钟后起对菊花照射3小时。即，来自第一光源2的红色光和来自第二光源3的红外光连续地对菊花照射。结果，本实施例的菊花如表1所示，茎高成为80cm以上平均需要90天。

[表1]

与此相对，图9表示从日落前起直到日出后的一天间(24小时)的状态，如该图那样，在比较例1中，不照射来自光源2、3的光，仅对菊花照射太阳光。结果，比较例1的菊花如表1所示，茎高成为80cm以上需要平均111天。该结果表示，照明装置1有效地促进了菊花的成长。

图10表示从日落前起直到日出后的一天间(24小时)的状态，如该图那样，在比较例2中，除了太阳光以外，仅照射来自第一光源2的红色光，不照射来自第二光源3的红外光。结果，比较例2的菊花如表1所示，茎高成为80cm以上需要平均110天。该结果表示，为了显著地促进菊花的成长，来自第二光源3的红外光是必要的。

图11表示从日落前起直到日出后的一天间(24小时)的状态，如该图那样，在比较例3中，除了太阳光以外，仅照射来自第二光源3的红外光，不照射来自第一光源2的红色光。来自第二光源3的红外光从日落紧之后起照射3小时。结果，比较例3的菊花如表1所示，茎高成为80cm以上需要平均102天。该结果表示，为了显著地促进菊花的成长，来自第一光源2的红色光是必要的。

图12表示从日落前起直到日出后的一天间(24小时)的状态，如该图那样，在比较例4中，除了太阳光以外，从日落的1小时前起直到日落为止，来自第一光源2的红色光照射1小时，来自第二光源3的红外光从日落紧之后起照射3小时。结果，比较例4的菊花如表1所示，茎高成为80cm以上需要平均97天。该结果表示，为了显著地促进菊花的成长，来自第一光源2的红色光在日落前后照射是重要的。

图13表示从日落前起直到日出后的一天间(24小时)的状态，如该图那样，在比较例5中，除了太阳光以外，来自第一光源2的红色光从日落紧之后起照射1小时，然后来自第二光源3的红外光照射3小时。结果，比较例5的菊花如表1所示，茎高成为80cm以上需要平均96天。该结果也与上述比较例4同样地表示，为了显著地促进菊花的成长，来自第一光源2的红色光在日落前后照射是重要的。

在本实施例中，第一光源2在日落前照射的红色光的累计辐射照度R1与第一光源2在日落后照射的红色光的累计辐射照度R2之比(第一累计辐射照度比：R1/R2)为0.33(由15(分钟)/45(分钟)算出)。图14表示使该R1/R2各种变化时的、茎高成为80cm以上所需的菊花的生长期间(生长期间)的变化。在R1为零的情况下，也就是在日落前不对菊花照射来自第一光源2的红色光的情况下，菊花成为茎高80cm以上需要平均96天。从该状态起，如果增加R1，则菊花的成长被促进，成为茎高80cm以上所需的期间缩短。该成长促进效果在R1/R2为0.09～0.71的范围内显著，而如果R1/R2大于1则未发现成长促进效果。该结果表示，为了有效地促进菊花的成长，使R1少于R2是优选的。

另外，在本实施例中，来自第一光源2的光的累计辐射照度R(＝R1+R2)与来自第二光源3的光的累计辐射照度FR之比(第二累计辐射照度比：R/FR)为0.083(由(0.005W/m²×1小时)/(0.02W/m²×3小时)算出)。图15表示使该R/FR各种变化时的、茎高成为80cm以上所需的菊花的生长期间(生长期间)的变化。在R为零的情况下，也就是不对菊花照射来自第一光源2的红色光的情况下，菊花成为茎高80cm以上需要平均102天。从该状态起，如果增加R，则菊花的成长被促进，成为茎高80cm以上所需的期间缩短。该成长促进效果在R/FR为0.005～0.82的范围内特别显著。该结果表示，为了有效地促进菊花的成长，使R少于FR是优选的，特别是将R/FR设定为0.005(相当于R：FR＝0.05：9.95)～0.82(相当于R：FR＝4.5：5.5)是优选的。

接着，实际使用照明装置1栽培属于果蔬类的草莓(品种：枥乙女草莓，Tochiotome)，算出草莓的产量(每10株)，由此确认了照明装置1给植物P带来的成长促进效果。

(实施例2)

草莓在9月末种植，在直到次年3月为止的大致6个月间栽培之后收获。照明装置1向草莓的光照射在11月中旬开始，持续到草莓收获。

作为光源2、3，使用与实施例1相同的光源。另外，光源2、3的设置场所和设置个数也与实施例1相同。第一光源2以0.01W/m²的辐射照度对草莓照射红色光，第二光源3以0.02W/m²的辐射照度对草莓照射红外光。

图16表示从日落前起直到日出后的一天间(24小时)的状态，如该图那样，在实施例2中，从日落的20分钟前起直到日落的100分钟后为止，来自第一光源2的红色光对草莓照射共计2小时，来自第二光源3的红外光从日落的100分钟后起对草莓照射3小时。即，上述第一累计辐射照度比(R1/R2)为0.2，上述第二累计辐射照度比(R/FR)为0.33。与实施例2相对，图17表示从日落前起直到日出后的一天间(24小时)的状态，如该图那样，在比较例6中，不照射来自光源2、3的光，除了太阳光之外，来自白炽灯的光从日落紧之后起对草莓照射5小时。

结果，如表2所示，实施例2的草莓的总产量为14222克，比较例6的草莓的总产量为比实施例2的总产量少大约两成的11653克。因此表示，在本实施例中，为了促进草莓的成长且提高其总产量，使R少于FR也是优选的，特别是将R/FR设定为0.005(相当于R：FR＝0.05：9.95)～0.82(相当于R：FR＝4.5：5.5)是优选的。另外，实施例2和比较例6中的草莓的12月至3月的每月的产量和总产量如图18所示。比较例6的草莓的产量在任何一个月中均比实施例2的产量少。该结果表示，照明装置1促进了草莓的成长。

[表2]

如上所述，依照本实施方式的照明装置1，在日落前后的时间段对植物P照射含有红色光成分的光，此后照射含有红外光成分的光。由此，与照射红色光成分和红外光成分混合的太阳光的情况相比，能够在植物P中对从Pr型光敏色素(phytochrome)向Pfr型光敏色素的变换施以一定的张弛，因而促进植物P的成长。所以，能够缩短植物P的栽培周期，并增加植物P的产量。

另外，使R1少于R2，并且使R少于FR(优选为R/FR＝0.005～0.82)，从而能够进一步对从Pr型光敏色素向Pfr型光敏色素的变换施以张弛。由此，能够进一步促进植物P的成长。

照明装置1也可以设置在太阳光照射不到的完全封闭系统的植物生产工厂等。在此情况下，第一光源2和第二光源3例如以植物P培育中使用的人工光源的明期/暗期日程作为基准而进行开/关控制。另外，照明装置1能够贯穿整年利用，但特别在从太阳光减少的秋天起直到早春的短日照期是有效的。

此外，本发明的植物培育照明装置不限于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，第一光源和第二光源也可以通过控制从一种光源照射的光的波长而实现。这能够通过例如使用发出所有波长的可见光的白炽灯作为光源并使该白炽灯与红色光过滤器或红外光过滤器适当地组合而实现。

Claims

1.一种植物培育照明装置，是具备对植物照射光的光源的植物培育照明装置，其特征在于，具备：

第一光源，照射含有波长区域610～680nm的红色光成分的光；

第二光源，照射含有波长区域685～780nm的红外光成分的光；

控制部，控制所述第一光源和第二光源的照射动作；以及

时间设定部，对所述控制部设定使所述第一光源和第二光源进行照射动作的时间段，

所述时间设定部设定为：所述第一光源在日落前后的时间段以0.005W/m²以上的辐射照度且0.015kJ/m²以上的一天累计辐射照度进行照射动作，此后，所述第二光源在日出之前的时间段以0.02W/m²以上的辐射照度且0.21kJ/m²以上的一天累计辐射照度进行照射动作3小时以上。

2.根据权利要求1所述的植物培育照明装置，其特征在于，

控制为所述第一光源在日落前的时间段照射的光的累计辐射照度比该第一光源在日落后的时间段照射的光的累计辐射照度更少。

3.根据权利要求1或2所述的植物培育照明装置，其特征在于，

控制为所述第一光源照射的光的累计辐射照度比所述第二光源照射的光的累计辐射照度更少。

4.根据权利要求3所述的植物培育照明装置，其特征在于，

控制为所述第一光源照射的光的累计辐射照度与所述第二光源照射的光的累计辐射照度之比为0.05：9.95～4.5：5.5。