CN111050541A - 植物栽培方法、以及植物栽培装置 - Google Patents

Abstract

在植物的休息期间交替设置暗期间和明期间。暗期间中，对栽培对象的上述植物照射的光的光强度比光补偿点的光强度小。明期间中，照射比光补偿点的光强度小的波长400nm以上500nm以下的蓝色光。重复暗期间和明期间的1个周期的时间T设为2μs以上500μs以下。明期间的时间ΔT与重复的1个周期的时间T的占空比(ΔT/T)设为20％以下。蓝色光的光合成光量子束密度设为0.001μmol·m^‑2s^‑1以上4.0μmol·m^‑2s^‑1以下。

Description

植物栽培方法、以及植物栽培装置

技术领域

本发明涉及促进植物的成长的植物栽培方法、以及植物栽培装置。

背景技术

在植物的露天栽培以及大棚栽培中，有时由于季节或气候而不能充分得到光合成所必需的光能，植物的成长速度下降。另一方面，在使用人工光的植物工厂栽培中，虽然光能接近最优值，但光源的导入成本和运行成本大，在盈利面的问题上受到指摘。因此，希望开发可促进植物的露天栽培、大棚栽培、植物工厂栽培中的植物的成长速度的光源和光照射方法。

作为使用人工光源的植物栽培方法，专利文献1中公开了交替照射蓝色和红色的LED光、使植物的成长速度提高的技术。专利文献1中，记载了通过在一定期间内交替重复对植物照射红色LED光的步骤和对植物照射蓝色LED光的步骤来促进植物的成长。该方法中，报告了与同时照射红色LED光和蓝色LED光的情况相比，植物的成长速度加快。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2013/021952号

发明的概要

发明所要解决的技术问题

但是，专利文献1中记载的方法存在容易产生叶的生理障碍、收获后容易枯萎、交替照射光强度大的红色的光和蓝色的光造成操作者的心理负担增大、为了照射光强度大的光而运行成本大的问题。

本发明的目的在于提供不易产生叶的生理障碍、收获后不易枯萎、操作者的心理负担小、运行成本小、且可促进植物的成长的植物栽培方法、以及植物栽培装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明提供具有以下的构成的植物栽培方法、以及植物栽培装置。

(1)一种植物栽培方法，其是

交替设置

通过光合成吸收的二氧化碳的量比通过呼吸放出的二氧化碳的量多的成长期间，和

通过呼吸放出的二氧化碳的量比通过光合成吸收的二氧化碳的量多的休息期间，

来使植物成长的植物栽培方法，其中，

在上述休息期间中，交替设置对作为栽培对象的上述植物照射的光的光强度比光补偿点的光强度小的暗期间、和以比上述光补偿点的光强度小的强度照射波长400nm以上500nm以下的蓝色光的明期间，

上述暗期间和上述明期间的重复的1个周期的时间T设为2μs以上500μs以下，

上述明期间的时间ΔT与上述1个周期的时间T的占空比(ΔT/T)设为20％以下，

上述蓝色光的光合成光量子束密度设为0.001μmol·m^-2s^-1以上4.0μmol·m^-2s^-1以下。

(2)一种植物栽培方法，其中，在夜间，交替设置

对作为栽培对象的植物照射的光的光强度比光补偿点的光强度小的暗期间、和照射波长400nm以上500nm以下的蓝色光的明期间，

将重复上述暗期间和上述明期间的1个周期的时间T设为2μs以上500μs以下，

将上述明期间的时间ΔT与上述1个周期的时间T的占空比(ΔT/T)设为20％以下，

将上述蓝色光的光合成光量子束密度设为0.001μmol·m^-2s^-1以上4.0μmol·m^-2s^-1以下。

(3)如(1)或(2)所述的植物栽培方法，其中，将上述蓝色光的光合成光量子束密度设为1.0μmol·m^-2s^-1以下。

(4)如(1)或(2)所述的植物栽培方法，其中，在上述暗期间中，不使上述植物照射到波长600nm以上700nm以下的红色光。

(5)如(1)～(4)中任一项所述的植物栽培方法，其中，上述蓝色光是从LED光源射出的光。

(6)如(1)所述的植物栽培方法，其中，在上述成长期间对上述植物照射的光是太阳光或来自人工光源的连续光照。

(7)如(6)所述的植物栽培方法，其中，上述人工光源是LED光源或荧光灯。

(8)如(1)～(7)中任一项所述的植物栽培方法，其中，设置不对上述植物照射光的非照射期间。

(9)一种植物栽培装置，其具备

对植物照射光的光照射部，和

基于(1)～(8)中任一项所述的植物栽培方法亮灯驱动上述光照射部的光照控制部。

(10)如(9)所述的植物栽培装置，其中，还具备覆盖上述植物的栽培床的、具有透光性的保护构件。

(11)一种植物栽培装置，其具备种植植物的栽培床，和向上述栽培床照射光的光照射部，和基于(1)～(8)中任一项所述的植物栽培方法亮灯驱动上述光照射部的光照控制部，和覆盖栽培床、形成栽培空间、使太阳光透过的大棚栽培用的膜。

(12)如(11)所述的植物栽培装置，其中，上述膜包含选自氟树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯的至少1种。

(13)如(12)所述的植物栽培装置，其中，上述氟树脂为选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚六氟丙烯、聚氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、乙烯-四氟乙烯系共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、全氟(烷基乙烯基醚)-四氟乙烯系共聚物的至少1种。

(14)一种植物栽培装置，其具备

种植植物的栽培床，和

对上述栽培床照射光的光照射部，和

基于(1)～(8)中任一项所述的植物栽培方法亮灯驱动上述光照射部的光照控制部，和

覆盖栽培床而建造的栽培室。

发明的效果

如果采用本发明，则可提供不易产生叶的生理障碍、收获后不易枯萎、操作者的心理负担小、运行成本小、且可促进植物的成长的植物栽培方法、以及植物栽培装置。

附图说明

图1是表示照射连续光的情况下光-光合成曲线的一例的图。

图2是表示光照射的时序图的一例的说明图。

图3是植物栽培装置的大致构成图。

图4是表示蓝色脉冲光强度的时间变化的说明图。

图5是表示试验例1中的光照射部和栽培床的生菜的配置的说明图。

图6是表示在各个照射条件下生菜的叶的照片。

图7是用质量表示相对于栽培天数的礁膜的成长的试验结果的图。

图8是用叶绿素a浓度表示相对于栽培天数的裸藻的成长的试验结果的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明。

〔植物栽培方法〕

本发明的植物栽培方法中，交替设置通过光合成吸收的二氧化碳的量比通过呼吸放出的二氧化碳的量多的成长期间、和通过呼吸放出的二氧化碳的量比通过光合成吸收的二氧化碳的量多的休息期间，使植物成长。切换成长期间和休息期间时，基于植物的光合成的二氧化碳吸收量(排氧量)和基于植物的呼吸的二氧化碳放出量(吸氧量)相等。该点称为“光补偿点”。

在成长期间，对植物照射连续光照。

在休息期间，交替设置对栽培对象的上述植物照射的光的光强度比光补偿点的光强度小的暗期间、和以比光补偿点的光强度比小的强度照射波长400nm以上500nm以下的蓝色光的明期间。藉此可提高植物的光合成光利用效率，得到充分的成长促进效果。

此处所称的暗期间是指不对植物照射光、或以比光补偿点的光强度小的光强度照射除了400nm以上500nm以下的波长的蓝色光以外的光的期间。不照射光的期间对植物而言是细胞修复等所需要的期间，因此更优选不对植物照射光。

换而言之，在休息期间中，设有对植物照射蓝色脉冲光的脉冲光照射期间、和不对植物照射一切光的非照射期间(参照图2)。此处，蓝色脉冲光是指使用蓝色光源、存在不进行光照射的期间和进行光照射的期间的光。即，脉冲光照射期间是指交替设置蓝色光打开的明期间、和蓝色光关闭的暗期间。藉此可提高植物的光合成光利用效率，得到充分的成长促进效果。

明期间中，以比光补偿点的光强度小的强度对栽培对象的植物照射波长400nm以上500nm以下的蓝色光。

本发明的植物栽培方法中，将重复暗期间和明期间的1个周期的时间T设为2μs以上500μs以下，将明期间的时间ΔT(单一脉冲的脉冲宽度)与1个周期的时间T的占空比(ΔT/T)设为20％以下。

而且，将在明期间中照射的蓝色脉冲光的光合成光量子束密度(以下，也记作“PPFD”。)设为0.001μmol·m^-2s^-1以上4.0μmol·m^-2s^-1以下。

(植物的成长期间和休息期间)

图1中示出了对植物连续照射光的情况下的光-光合成曲线的一例。图示例的图的横轴是光合成光量子束密度PPFD，纵轴是基于植物的光合成的二氧化碳吸收量、和基于植物的呼吸的二氧化碳放出量之差所决定的植物周边的二氧化碳浓度。上述植物周边的二氧化碳浓度与光合成速度存在相关关系。光合成速度越快则二氧化碳的吸收量越多，因此其结果是二氧化碳浓度变低。

由光-光合成曲线可知，在一定光强度以上则光合成饱和。将该光合成饱和的光强度称为“光饱和强度”。在光饱和强度为止的范围内，光强度变强则光合成活跃，植物周边的二氧化碳浓度减少。在该状态下，光合成比呼吸更优势，通过光合成吸收的二氧化碳量比通过呼吸放出的二氧化碳量多。该状态是对植物而言的成长期间。

反之，光强度变小则光合成不活跃，植物周边的二氧化碳浓度增加。在该状态下，光合成比呼吸更劣势，通过呼吸放出的二氧化碳量比通过光合成吸收的二氧化碳量多。该状态是对植物而言的休息期间。

植物在白天同时进行光合成和呼吸，在没有光的夜间仅进行呼吸。

光照的PPFD比光补偿点小的区域是植物的休息期间，比光补偿点大的区域是植物的成长期间。该光补偿点根据植物的种类而不同。

(对栽培对象的植物的光照射)

本发明的植物栽培方法中，在休息期间中，没有对植物照射来自太阳光、或LED光源或荧光灯等的连续光照的情况下，或这些光照的PPFD在光补偿点以下的情况下，通过对植物照射特定的蓝色脉冲光，提高植物的成长速度。

蓝色脉冲光对叶厚的成长、叶宽扩大有效果，另一方面也有徒长抑制效果。朝阳中大量含有的红色有结束植物的睡眠的作用，因此仅为不含有红色的蓝色的脉冲光对于植物而言的夜间环境保持有效果。在将蓝色和红色的脉冲光进行比较的情况下，单独照射蓝色脉冲光对植物的成长效果高。因此，在休息期间中，优选积极地不让红色光进行照射，在不得已有漏出的红色光的情况下，则根据该光强度的程度而可以容许。

此处，作为一例，对将PPFD设为1.0μmol·m^-2s^-1的情况下的植物的成长效果与照射连续光照的情况、和照射脉冲光的情况进行比较。白天的连续光照的照射中，照射至少PPFD为10μmol·m^-2s^-1的光。但是，在照射脉冲光的情况下，PPFD与白天相同则光强度过大，有对植物的成长产生不良影响之虞。于是，脉冲光的PPFD设为上述的最低的PPFD的1/10，即1.0μmol·m^-2s^-1。

虽然已知植物的光合成的光吸收在约1fs以内完成，但这样的极短脉冲光难以均匀照射在植物整体上。因此，对于脉冲光，以脉冲宽度ΔT为1.0μs、脉冲间隔的时间T为20μs、占空比(ΔT/T)为5％的情况为例，对其光照射的效果进行说明。

基于植物的光合成的光吸收在脉冲宽度ΔT以内完成。因此，基于连续光照和脉冲光的照射的植物的光合成量与脉冲宽度ΔT之间照射的光子数成比例。以下，求出光照射面积1平方米(1m²)中的脉冲光的效果。

在照射PPFD为1.0μmol·m^-2s^-1、脉冲宽度ΔT为1.0μs、占空比(ΔT/T)为5％的光的情况下，照射时间20μs中照射的光的光子数在连续光照、脉冲光中均为1.2×10¹³个。如果将脉冲光的照射时间(脉冲宽度ΔT)限制为1μs，则占空比为5％，因而脉冲光的情况下，光子以连续光照的20倍的密度被照射。

植物的光合成从光化学系II(P680)的光吸收起到光化学系I(P700)的光吸收的转换时间为200μs左右。因此，认为光合成的光利用效率在蓝色脉冲光的照射间隔为200μs附近时变大，通过将脉冲间隔的时间T设为20μs，能够以不丢失光化学系I的光吸收的方式进行。

(蓝色脉冲光照射的效果)

认为作为休息期间中照射蓝色脉冲光的效果如下。

(1)植物的光合成速度与照射的光的光子数成比例。与连续光照的情况相比，脉冲光的照射中能够在短时间内对植物照射20倍的光子。其结果是植物的光合成速度也为20倍，植物的成长速度提高。对植物照射脉冲光不仅使植物的光合成速度提高，对保持夜间环境也有效果。

(2)在没有光的夜间对植物照射蓝色脉冲光的情况下，也可通过缩小蓝色脉冲光的占空比、保持对植物与夜间相同的环境。藉此，不会对植物在夜间进行的糖酵解和糖的转运(日语：転流)产生大的影响。

(3)通过在没有光的夜间对植物照射蓝色脉冲光，在原本在植物中不合成糖的夜间里，通过利用蓝色光进行光合成，在植物中补充糖。藉此，对植物而言糖不枯竭，因此促进成长。此外，可以期待促进白天的连续光照射中积蓄的糖的转运的效果、促进从夜间转换为白天时的连续光照射开始时的光合成的效果、增加光合成中不可欠缺的叶绿素a的效果。

图2表示光照射的时序图的一例。

成长期间中，太阳光、或来自LED光源或荧光灯等人工光源的光(连续光照)在任意的时间继续对植物进行照射。该例表示屋内配置的栽培床的照射模式，图2中，表示了将1天划分为每8小时的时段。即，图中的时间值不是实际的时刻，是单纯用于定义时段的划分的值。如图所示，0时～8时的时段(成长期间)照射红色、绿色、蓝色的LED光的连续光照。各个连续光照的PPFD大于光补偿点。

如果对植物照射连续光照的成长期间，则接着转移为休息期间。休息期间中，如上所述，设有照射蓝色脉冲光的脉冲光照射期间、和非照射期间。成长期间的连续光照的照射结束时起到休息期间的蓝色脉冲光的照射开始时为止之间，可以空开任意的时间，也可以不空开。

休息期间的脉冲照射期间为8时～16时，非照射期间为16时～24时，但不限于此，各期间能够增加减少。

在植物是叶物野菜的情况下，在明期间照射的蓝色脉冲光理想的是波长在400nm以上500nm以下、峰波长在450nm附近。蓝色脉冲光的脉冲宽度尽可能短则可高效地与植物的光合成的光吸收时机(例如每200～500μs)同步，容易促进植物的成长。

此处，重复休息期间中照射的蓝色脉冲的明期间和暗期间的1个周期的时间T设为2μs以上500μs以下。时间T的下限值优选6.6μs。通过将时间T设为上述范围，可提高植物的成长促进效果。

此外，蓝色脉冲光中，将明期间的时间ΔT与明期间和暗期间的重复的1个周期的时间T的占空比ΔT/T设为20％以下。通过将占空比ΔT/T设为上述范围，可加快植物的成长速度。

而且，蓝色脉冲光的PPFD设为0.001μmol·m^-2s^-1以上4.0μmol·m^-2s^-1以下。蓝色脉冲光的PPFD的上限值优选1μmol·m^-2s^-1。如果蓝色脉冲光的PPFD超过上述范围的上限，则植物的成长的促进效果变小，根据情况叶枯萎等，不认为有助于成长。

〔植物栽培装置〕

图3示出植物栽培装置的大致构成图。

本发明的植物栽培装置10具备水耕或土耕用的栽培床11、和向着栽培床11照射光的光照射部13、和亮灯驱动光照射部13的光照控制部15。此外，植物栽培装置10也可具备覆盖栽培床11、形成栽培室的保护构件17。

光照射部13具有在规定的时间内连续亮灯的连续光照源19、和射出脉冲光的脉冲光源21。连续光照源19例如可使用LED、荧光灯、等离子灯、汞灯、白炽灯、金属卤化物灯、钠灯、无极灯等人工光源。

另外，在作为连续光照使用太阳光的情况下，光照射部13在规定的时间内具有或不具有连续亮灯的连续光照源19的情况下都不亮灯。

脉冲光源21例如可使用能够射出LED、EL、激光等蓝色光、容易进行脉冲亮灯控制的光源。此外，脉冲光源21也可以在连续发光的光源的光路中设置快门(日语：シャッタ)，通过快门构成脉冲光。此外，也可以设为在白色光光源上安装波长限制滤光器、射出蓝色光的构成。

光照射部13设置于保护构件17的顶面或侧壁的上方、或设置于设于栽培床11的柱的上方等，根据来自光照控制部15的指令对栽培床11进行照明。光照射部13优选具备多个光源，各个光源配置在不同的位置上且照射角度不同。藉此，可均匀地对栽培床11的植物进行光照射，可抑制由于场所导致的成长不均。

光照控制部15基于前述的植物栽培方法将光照射部13亮灯驱动。在光照射部13具备多个光源的情况下，优选光照控制部15使各光源同步亮灯。此外，栽培床11划分为多个区块，在各个区块中分别进行控制的情况下，可以以区块为单位使光源同步，也可以使所有区块的光源同步亮灯。通过使各光源同步，可正确地维持对植物进行照射的脉冲光的占空比。

该植物栽培装置10可合适地适用于用于普通家庭中简便地在住房内进行栽培的小型栽培套件到农业用大棚、具有建造的栽培室的植物工厂等大型设施。

接着，对将本发明的植物栽培装置10适用于农业用大棚的构成例进行说明。

农业用大棚可设为以下说明的具有透光性的膜在大棚整面展开的农业塑料大棚，也可设为除此以外的、膜在玻璃窗的内侧整面铺展延伸的农业用玻璃大棚。农业用玻璃大棚中，大棚内的栽培空间中的含有水分的空气透过膜、通过玻璃窗与玻璃窗的框架部分的间隙离开大棚外。因此，农业用玻璃大棚中，也可抑制大棚内变得高温多湿。另外，上述的“透光性”是指通过白天培育植物所必需的光。

用于上述的农业用大棚等大棚栽培用的膜(以下，也记作“农业用膜”。)包含选自氟树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯的至少1种。

作为氟树脂，可例举聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚六氟丙烯、聚氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、乙烯-四氟乙烯系共聚物(ETFE)、四氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、全氟(烷基乙烯基醚)-四氟乙烯系共聚物等。氟树脂可以是1种，也可以是2种以上。

作为氟树脂，从低成本、低温成形性优良、容易得到强度高的膜的方面出发，优选ETFE、四氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、全氟(烷基乙烯基醚)-四氟乙烯系共聚物，特别优选ETFE。

农业用膜从耐候性优良的方面出发，优选还含有紫外线吸收剂。作为紫外线吸收剂，可使用公知的，例如可举例氧化铈、氧化锌、氧化铁等无机紫外线吸收剂、或市售的有机紫外线吸收剂。紫外线吸收剂可以是1种，也可以是2种以上。

在农业用膜含有紫外线吸收剂的情况下，相对于农业用膜的100质量份的紫外线吸收剂的含量优选0.4～5质量份，特别优选0.5～3质量份。如果紫外线吸收剂的含量在上述范围的下限值以上，则耐候性优良。如果紫外线吸收剂的含量在上述范围的上限值以下，则雾度不会变得过高，可使光线充分地进入农业用大棚内。

农业用膜也可以是在单侧表面上具有凹凸的膜。在农业用大棚中，具有凹凸的面(以下，也记作“凹凸面”。)优选以向着大棚内的方式适用。

农业用膜的厚度优选25～500μm，特别优选50～250μm。如果农业用膜的厚度在上述范围的下限值以上，则容易得到足够的强度。如果农业用膜的厚度在上述范围的上限值以下，则透过性优良，且施工时的操作性优良。

也可在向着农业用膜的大棚内的面上涂布流滴材料。作为流滴材料没有特别的限定，可使用公知的材料。例如，可例举二氧化硅微粒或氧化铝微粒等无机微粒等。

也可为了提高流滴材料的涂布性，在向着农业用膜的大棚内的面上实施表面处理。作为表面处理，没有特别限定，例如可例举等离子处理、臭氧处理、火焰处理、化学转化处理、底涂处理等，例如也可在等离子处理上进一步实施底涂处理。作为底涂处理，例如可例举硅烷偶联剂的涂布等。

实施例

以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明不受以下记载的限定。另外，试验例1～试验例10的各照射条件的实施例/比较例的对应关系如下。

[试验例1]

通过水耕栽培栽培生菜。对作为连续光照对生菜照射LED的蓝色光、红色光的情况、和作为脉冲光并用LED的蓝色的脉冲光进行照射的情况，测定生菜的叶的成长度。叶的成长通过后述的方法测定叶的总质量比、叶的面积比进行评价。栽培环境为气温22℃、湿度40～50％，不补充二氧化碳。液肥将HYPONeX(注册商标：花宝日本株式会社(ハイポネックスジャパン社)制的液体肥料)稀释1000倍使用。

图4表示蓝色脉冲光的光强度的时间变化。在蓝色脉冲光照射植物的脉冲照射期间中，将照射蓝色光的期间作为明期间(脉冲宽度ΔT)，将没有照射的期间作为暗期间(参照图2)。本试验例中，将ΔT设为2μs、将ΔT和暗期间的1个周期的时间T设为20μs，对生菜反复照射蓝色光。

表1表示连续光照源和脉冲光源的照射条件和生菜的成长结果。

[表1]

通过光照控制部，分别独立控制来自LED光源的蓝色光、红色光的光强度。蓝色光的峰波长为450nm，红色光的峰波长为660nm。可使生菜最大成长的PPFD为(红色,蓝色)＝(48,8)(单位：μmol·m^-2s^-1)，因此将该照射条件下的成长作为基准(照射条件1A)，决定其它照射条件(照射条件2A～6A)。

即，固定红色光的PPFD，对蓝色光的PPFD设定多种强度。此处，红色光的PPFD在600～700nm的波长范围内测定，蓝色光的PPFD在400～500nm的波长范围内测定。蓝色光的峰波长为450nm。

首先，播种生菜的种子、7天后移种为水耕栽培。测定播种后42天后的叶的面积和总质量。叶的面积根据最外侧的叶的面积和植株整体的质量推定求出。

图5中示出试验例1中使用的光照射部和生菜的配置。在作为栽培床的水耕栽培槽23中，以任意的间隔配置生菜25。在生菜25的上方交替配置能够射出红色光和蓝色光的连续光照源27和射出蓝色脉冲光的脉冲光源29。连续光照源27和脉冲光源29均使用LED光源。

连续光照源27和脉冲光源29根据来自没有图示的光照控制部的指令分别独立地亮灯驱动。

测定照射对象的植物(生菜)的叶的面积和总质量，设定成为基准的作为叶面积的基准面积值和成为基准的总质量。表中的“叶面积比”和“总质量比”通过(1)式、(2)式算出。

(叶面积比)＝(面积测定值)/(基准面积值)…(1)

(总质量比)＝(测定总质量)/(基准总质量)…(2)

将成为基准的叶面积以及总质量设为照射条件1A的情况下的叶面积以及总质量。

照射条件1A～6A中，从6时起到18时为止的12小时照射连续光照。照射条件lA中，红色和蓝色的连续光照的PPFD分别为48μmol·m^-2s^-1和8.3μmol·m^-2s^-1，不照射蓝色脉冲光。

照射条件2A中，从6时起到18时为止照射红色的连续光照和蓝色脉冲光(PPFD：0.1μmol·m^-2s^-1)。该情况下的生菜的成长结果是与照射条件1A几乎相同的叶面积比和总质量比。藉此可知蓝色脉冲光在作为连续光照的蓝色光的1/8.3的光强度下，具有同等的成长效果。

照射条件3A中，同时照射作为连续光照的红色光以及蓝色光、和蓝色脉冲光。在该情况下，叶面积比为0.70，总质量比为0.67。该结果显示出连续光照和蓝色脉冲光的同时照射抑制生菜成长。

照射条件4A中，在连续光照射后照射蓝色脉冲光8小时。在该情况下，叶面积比为1.24，总质量比为1.50。如果在连续光照消失的时间段内照射PPFD为0.1μmol·m^-2s^-1的蓝色脉冲光，则最为促进生菜的成长。

照射条件5A中，在照射条件4A中去除蓝色脉冲光的照射的照射条件下进行试验。在该情况下，叶面积比为0.82，总质量比为0.88。对照射条件3A、4A、5A进行比较，可得出连续光照的照射期间外的蓝色脉冲光的照射对生菜的成长有效的结论。

照射条件6A中，在照射条件1A的连续光照的照射以外，照射蓝色脉冲光24小时。其结果是叶面积比与总质量比比照射条件1A均少10％左右。该情况下的、成长期间中的连续光照和蓝色脉冲光的同时照射显示出抑制生菜的成长的作用。另一方面，在没有连续光照的休息期间的时间段中的蓝色脉冲光的照射具有促进生菜的成长的作用，推测双方的作用抵消，实现与照射条件1A同等程度的成长。

图6示出了照射条件1A～6A下照射光的情况下的各个生菜的叶的照片。该照片中，将生菜的叶的部分白化显示。

如果将照射条件1A作为基准，则可知照射条件4A中叶的长度、宽度度均大。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1A：仅满足设定条件1～4。

·照射条件2A：仅满足设定条件1～3。

·照射条件3A：仅满足设定条件1～3。

·照射条件4A：满足设定条件1～9全部。

·照射条件5A：仅满足设定条件1～3。

·照射条件6A：仅不满足设定条件4。

[试验例2]

接着，以与表1的照射条件相同强度和照射时间段照射连续光照和蓝色脉冲光，在2～30％的范围内改变蓝色脉冲光的占空比来栽培生菜。该情况下的生菜的成长结果示于表2。

[表2]

根据表2的成长结果，蓝色脉冲光的占空比在2～20％的范围内则为同等程度的成长，但为30％则叶的总质量比大幅减少。藉此可知，蓝色脉冲光的占空比为2～20％的范围适于生菜的成长。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1B～5B：满足设定条件1～9的全部。

·照射条件6B：仅不满足设定条件8。

[试验例3]

接着，以与表1的照射条件4A相同的强度和照射时间段照射连续光照和脉冲光(蓝色、红色)，并且将脉冲光的占空比固定为10％，改变蓝色脉冲光和红色脉冲光的比例，栽培生菜。该情况下的生菜的成长结果示于表3。

[表3]

根据表3的成长结果，则如果加入红色脉冲光，总质量减少10～20％左右。藉此可知，仅蓝色脉冲光一方可得到较大的成长效果。此外，蓝色脉冲光的PPFD为0.05μmol·m^-2s^-1则叶的总质量减少10％，因此确认蓝色脉冲光的PPFD的下限优选0.1μmol·m^-2s^-1。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1C，2C：满足设定条件1～9的全部。

·照射条件3C：仅不满足设定条件6、9。

[试验例4]

接着，以与表1的照射条件4A相同的强度和相同的照射时间段照射连续光照和蓝色脉冲光，并且将蓝色脉冲光的占空比固定为10％，在改变了蓝色脉冲光的强度的照射条件下，栽培生菜。该情况下的生菜的成长结果示于表4。

[表4]

根据表4的成长结果，则在照射条件6D的蓝色脉冲光的PPFD为5.0μmol·m^-2s^-1以上的情况下，生菜的成长显著减少，在照射条件5D的4.0μmol·m^-2s^-1的情况、照射条件4的1.0μmol·m^-2s^-1的情况下，是与作为基准的照射条件1A同等的成长。藉此可知，蓝色脉冲光的PPFD为4.0μmol·m^-2s^-1以下使生菜良好成长，优选1.0μmol·m^-2s^-1以下。

此外，在将蓝色脉冲光的PPFD设为0.001μmol·m^-2s^-1的照射条件2D下，也与照射条件3D～5D的情况相同。该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1D～5D：满足设定条件1～9的全部。

·照射条件6D：仅不满足设定条件6、9。

[试验例5]

接着，在仅荧光灯的连续照射(8小时)的照射条件、和荧光灯的连续照射(8小时)+蓝色脉冲光照射(6小时)的照射条件2个条件下实施生菜的水耕栽培。

荧光灯的连续光照和蓝色脉冲光的照射条件和生菜的栽培结果示于表5。

[表5]

水耕栽培中使用的蓝色脉冲光的明期间的脉冲宽度ΔT为2μs，1个周期的时间T为20μs。分别在红色光600～700nm、绿色光500～600nm、蓝色光400～500nm的波长范围内测定荧光灯的各PPFD。

栽培环境为气温22℃、湿度40～50％，不补充二氧化碳。液肥使用将4mL的HYPONeX(注册商标：花宝日本株式会社制的液体肥料)稀释1000倍后的水溶液。

播种生菜的种子、7天后移种为水耕栽培。测定播种后42天后的叶的面积和质量。穗的面积以最外侧的叶进行测定。

以照射条件1E的成长为基准，求出照射条件2E的叶面积比和总质量比。照射8小时荧光灯后，照射蓝色脉冲光，则叶面积达到1.60倍，总质量达到1.75倍。

可知如果采用本试验例，则通过在休息期间1天内照射6小时PPFD为0.05μmol·m^{- 2}s^-1的蓝色脉冲光，叶面积增加1.60倍，总质量增加1.75倍。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1E：仅满足设定条件1～4。

·照射条件2E：满足设定条件1～9全部。

[试验例6]

接着，在位于北纬43.0度、东经141.3度的塑料大棚中，进行生菜的栽培试验。在10月1日对苗进行定植，在11月18日收获。在仅照射太阳光的参照区和照射太阳光和蓝色脉冲的试验区中栽培。在参照区和试验区中，分别定植100株的苗。定植日的日出时间和日落时间分别为5点29分和17点21分。收获日的日出时间和日落时间分别为6点29分和16点29分。作为一例，栽培期间中的太阳光的PPFD在正午为850μmol·m^-2s^-1，在日落时为40μmol·m^{- 2}s^-1。太阳光从日出到日落为止照射参照区和试验区。试验区中，日落时刻起照射8小时蓝色脉冲光。蓝色脉冲光的PPFD为0.1μmol·m^-2s^-1，占空比为20％。以从至少4个方向对试验区的生菜照射蓝色脉冲光的方式配置光源。

去除收获的生菜的根的部分的总质量的平均为参照区(照射条件1F)180g，试验区(照射条件2F)252g。这样，通过日落后照射8小时蓝色脉冲，生菜的收获量以总质量计增加1.4倍。

从12月15日到2月20日为止进行本试验例和相同的试验。作为一例，该栽培期间中的太阳光的PPFD在正午时刻为600μmol·m^-2s^-1，在日落时刻为20μmol·m^-2s^-1。去除收获的生菜的根的部分的总质量的平均为参照区(照射条件3F)130g，试验区(照射条件4F)230g。这样，通过蓝色脉冲光照射，生菜的收获量以总质量计达到约1.7倍。

根据以上，认为在露天栽培或塑料大棚等中，尤其在日照时间短的的时期中有显著的成长效果。此外，将蓝色脉冲光源的占空比设定为50％进行相同的试验时，收获的总质量与参照区没有明显的差别。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1F～3F：满足设定条件1～9的全部。

接着，对生菜以外的其它品种适用本发明的植物栽培方法的例子进行说明。表6示出了作为对象的品种和其成长结果。

[表6]

表6试验例7～10

	品种	成长结果
			试验例7	罗勒	○
试验例8	礁膜	○
			试验例9	裸藻	○
试验例10	草莓	○

[试验例7]

在仅利用太阳光的大棚栽培中，研究蓝色脉冲光的照射对罗勒的成长的影响。照射条件示于表7。大棚内的光的PPFD根据月日、时刻变化，但如果示出一例，则为(红色光，绿色光，蓝色光)＝(417，387，280)(单位：μmol·m^-2s^-1)。此外，蓝色脉冲光的中心波长为450nm。脉冲光源和罗勒的距离约为1m。日落后，照射6小时蓝色脉冲光。照射天数为20天。罗勒的成长量用总质量进行评价。

[表7]

在照射蓝色脉冲光的情况下(照射条件2G～4G)，与没有照射的情况(照射条件1G)相比，为1.8倍的总质量比。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1G：仅满足设定条件1～4。

·照射条件2G～4G：满足设定条件1～9的全部。

[试验例8]

研究夜间(休息期间)的蓝色脉冲光照射对成长为叶状体的礁膜的成长的影响。用泵抽取15℃前后的深层海水注入在容积1000L的水槽中，用浇注的方式保持为水深40cm。为了将暗期间的蓝色脉冲光的效果定量化，准备仅在白天照射太阳光的参照用水槽，和在白天照射太阳光、日落后照射蓝色脉冲光的试验水槽。

将总质量计为50g的叶状体的礁膜放入各个水槽中。通过通风注入空气，使礁膜在水槽内对流。在试验水槽的上部、以光照射水面的80％的方式设置脉冲光源。

脉冲光源是发光峰波长为449nm的蓝色光源。暗期间的脉冲光的占空比为3％，水面上的PPFD为0.02μmol·m^-2s^-1。夜间的蓝色脉冲光在日落后照射6小时。

图7是用总质量表示相对于栽培天数的礁膜的成长的试验结果的图。

礁膜的总质量每5天测定。图中的“○”表示栽培第一天的礁膜的投入总质量，“□”表示仅太阳光的参照水槽中的成长结果(1H)，“■”表示照射太阳光和夜间的蓝色脉冲光的试验水槽中的成长结果(照射条件2H)。

在栽培第5天观察到暗期间中脉冲光照射导致的质量增加，在第25天，与仅太阳光的情况(照射条件1H)相比，照射脉冲光的情况(照射条件2H)下总质量达到3.5倍。在照射脉冲光的情况(照射条件2H)下，比仅太阳光的情况(照射条件1H)早15天实现了仅太阳光下栽培35天时的总质量。此外，将占空比设定为0.1％、在与本试验例相同的条件下进行试验时(照射条件3H)，可得到与图7几乎相同的成长促进效果。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1H：仅满足设定条件1～4。

·照射条件2H、3H：满足设定条件1～9的全部。

[试验例9]

研究休息期间的蓝色脉冲光照射对裸藻的成长的影响。

在装满了将HYPONeX(注册商标)稀释1000倍后的水溶液的烧瓶中放入裸藻，用通风泵搅拌。水温保持21℃。裸藻的初期浓度为5μg/L。准备2个用于成长试验的烧瓶，分别放入等量的裸藻。对一个烧瓶仅照射荧光灯(照射条件1I)，在荧光灯照射后的休息期间中对另一个烧瓶进行蓝色脉冲光照射(照射条件2I)。荧光灯照射为9时起到21时为止的12小时，从21时起到3时为止的6小时照射蓝色脉冲光。荧光灯光的PPFD为210μmol·m^-2s^-1，蓝色脉冲光的PPFD为0.04μmol·m^-2s^-1，占空比为5％。

蓝色脉冲光是峰波长为443nm的蓝色光。试验开始起4、5天中，有无蓝色脉冲光照射没有成长状况的差别，但7天后起观察到明显的差异。

比较试验开始起10天后的裸藻的成长状况。与仅照射荧光灯的情况(照射条件1I)相比，在照射蓝色脉冲光的情况(照射条件2I)的烧瓶中，观察到大量通过分裂增殖的裸藻团。

叶绿素a是承担光合成的色素。可根据叶绿素a的浓度求出裸藻的质量浓度变化。

图8是用叶绿素a浓度表示相对于栽培天数的裸藻的成长的试验结果的图。

间隔2天测定烧瓶中的叶绿素a浓度(μg/L)。叶绿素a浓度的测定使用环境系统株式会社(環境システム社)制DS-5来进行。图中的“□”为仅荧光灯(照射条件1I)，“■”为在荧光灯中照射蓝色脉冲光的测定值(照射条件2I)。叶绿素a浓度在栽培第6天有差别但不显著。在第10天，蓝色脉冲光照射的情况(照射条件2I)为480μg/L，仅荧光灯的情况(照射条件1I)为100μg/L。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1I：仅满足设定条件1～4。

·照射条件2I：满足设定条件1～9全部。

[试验例10]

研究夜间的蓝色脉冲光照射对草莓的糖度的影响。太阳光的照射时间设为从日出到日落。准备2个草莓盆，白天的太阳光照射设为相同条件，仅一个盆在日落后照射6小时蓝色脉冲光。蓝色脉冲光的发光峰为443nm，占空比为5％，最上部的叶面上的PPFD为0.08μmol·m^-2s^-1。

在开始栽培58天后测定草莓的糖度。草莓的糖度根据部位而不同，因此将草莓在长边方向上以垂直方向进行3等分，使用糖度计APAL-1(亚苏旺株式会社(アズワン社)制)测定各自的糖度。

其结果是，仅照射白天的太阳光的参照草莓(照射条件1J)的糖度为9.0。另一方面，照射白天的太阳光和日落后的蓝色脉冲光的试验草莓(照射条件2J)的糖度为11.7。各糖度是最靠近萼部位侧的测定值。试验草莓(照射条件2J)中，将草莓分割为3分后，剩余的部位中与参照草莓(照射条件1J)比较，测定到同等程度的糖度提高。

该情况下的光照的设定条件的满足与否状态如下。

·照射条件1J：仅满足设定条件1～4。

·照射条件2J：满足设定条件1～9全部。

产业上利用的可能性

本申请发明的植物栽培方法对露天栽培、大棚栽培、植物工厂栽培有效。对进行光合成的任何植物有成长促进效果，因此可用于生菜或罗勒等的叶物、草莓等果树类、稻或小麦等谷物、海带等海藻类、礁膜或裸藻等绿藻类等的生产效率提高或降低生产成本。

本申请基于2017年8月8日提交申请的日本专利申请(特愿2017-153544)，在此引用其内容作为参照。

符号说明

10 植物栽培装置

11 栽培床

13 光照射部

15 光照控制部

17 保护构件

19,27 连续光照源

21,29 脉冲光源

23 水耕栽培槽

25 生菜

ΔT 明期间的脉冲宽度

T 脉冲周期(重复暗期间和明期间的1个周期的时间)

Claims (14)

1.一种植物栽培方法，其是

交替设置

通过光合成吸收的二氧化碳的量比通过呼吸放出的二氧化碳的量多的成长期间，和

通过呼吸放出的二氧化碳的量比通过光合成吸收的二氧化碳的量多的休息期间，

来使植物成长的植物栽培方法，其特征在于，

在所述休息期间中，交替设置对作为栽培对象的所述植物照射的光的光强度比光补偿点的光强度小的暗期间，和以比所述光补偿点的光强度小的强度照射波长400nm以上500nm以下的蓝色光的明期间，

将重复所述暗期间和所述明期间的1个周期的时间T设为2μs以上500μs以下，

所述明期间的时间ΔT与所述1个周期的时间T的占空比(ΔT/T)设为20％以下，

所述蓝色光的光合成光量子通量密度设为0.001μmol·m^-2s^-1以上4.0μmol·m^-2s^-1以下。

2.一种植物栽培方法，其特征在于，在夜间，交替设置

对作为栽培对象的植物照射的光的光强度比光补偿点的光强度小的暗期间、和照射波长400nm以上500nm以下的蓝色光的明期间，

将重复所述暗期间和所述明期间的1个周期的时间T设为2μs以上500μs以下，

将所述明期间的时间ΔT与所述1个周期的时间T的占空比(ΔT/T)设为20％以下，

将所述蓝色光的光合成光量子通量密度设为0.001μmol·m^-2s^-1以上4.0μmol·m^-2s^-1以下。

3.如权利要求1或2所述的植物栽培方法，其特征在于，将所述蓝色光的光合成光量子通量密度设为1.0μmol·m^-2s^-1以下。

4.如权利要求1或2所述的植物栽培方法，其特征在于，在所述暗期间中，不使所述植物照射到波长600nm以上700nm以下的红色光。

5.如权利要求1～4中任一项所述的植物栽培方法，其特征在于，所述蓝色光是从LED光源射出的光。

6.如权利要求1所述的植物栽培方法，其特征在于，在所述成长期间对所述植物照射的光是太阳光或来自人工光源的连续光照。

7.如权利要求6所述的植物栽培方法，其特征在于，所述人工光源是LED光源或荧光灯。

8.如权利要求1～7中任一项所述的植物栽培方法，其特征在于，设置不对所述植物照射光的非照射期间。

9.一种植物栽培装置，其具备

对植物照射光的光照射部，和

基于权利要求1～8中任一项所述的植物栽培方法点灯驱动所述光照射部的光照控制部。

10.如权利要求9所述的植物栽培装置，其特征在于，还具备覆盖所述植物的栽培床的、具有透光性的保护构件。

11.一种植物栽培装置，其具备

种植植物的栽培床，和

向所述栽培床照射光的光照射部，和

基于权利要求1～8中任一项所述的植物栽培方法点灯驱动所述光照射部的光照控制部，和

覆盖栽培床、形成栽培空间、使太阳光透过的大棚栽培用的膜。

12.如权利要求11所述的植物栽培装置，其特征在于，所述膜包含选自氟树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯的至少1种。

13.如权利要求12所述的植物栽培装置，其特征在于，所述氟树脂为选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚六氟丙烯、聚氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、乙烯-四氟乙烯系共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、全氟(烷基乙烯基醚)-四氟乙烯系共聚物的至少1种。

14.一种植物栽培装置，其具备

种植植物的栽培床，和

对所述栽培床照射光的光照射部，和

基于权利要求1～8中任一项所述的植物栽培方法点灯驱动所述光照射部的光照控制部，和

覆盖栽培床而建造的栽培室。

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