JP2005052105A - 光源装置および植物の栽培方法 - Google Patents

Abstract

【課題】植物の生長促進方法として、植物の生長促進要因を増やす方法と、生長阻害要因を取り除く方法がある。そして、植物には量的成長と質的成長の二大成長があり、植物の二大姿形は、地下部の根と、地上部の幹や枝葉である。根の生長阻害要因となる土壌栽培を水耕栽培に変えると、細い根を密集させ表面積を増やして質的変化を起し、多くの水分や養分を吸収して量的生長を促進させる。植物生育には太陽光に含まれる各波長には植物に対する役割があり、太陽光より一部の光領域を完全にカットすると、植物育成を阻害する。そこで、太陽光中の植物生長阻害要因となる波長域の光量を低減して植物の発育を急速に促進し、効率的な植物育成を行うことを課題とする。
【解決手段】栽培する植物に対し、太陽光分布に対して青色光波長（４３０〜５００ｎｍ）領域の全体または一部のエネルギーレベルを下げた光分布の光を照射し、植物の生長を促進する。
【選択図】図１

Description

本発明は、植物の生長を促進させる栽培方法に関するものである。

従来、植物の生長を促進する技術として、水耕栽培や人工照明を用いたものが知られている。
水耕栽培は、栽培槽内の培養液に、植物を植えた枠を浮かべて、植物の根部を培養液に浸した状態で栽培を行うものである。このような技術として、栽培槽内の培養液の相当量をポンプにより貯槽に移し、それにより栽培槽内の水位とともに定植パネルを降下させ、所要低水位に降下したとき定植パネルを浮上不能にロックした後、上記貯槽内の培養液を栽培槽内に戻し、それによりロックされた定植パネルを液中に埋没させ、所要時間浸漬後、上記ロックを解除して定植パネルを元の位置に浮上させるものが知られている（例えば、特許文献１）。
そして、植物の育成に人工照明を用いるものは、屋内において植物の栽培を行うことができ、露地栽培に比べて、植物の発育が天候などに影響されにくく、管理が容易となる。人工照明を用いた技術としては、太陽光の採光が困難な室内や地下街において、植物を育成すべく、７００ｎｍ以上の波長と４００ｎｍ以下の波長を低減する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

従来の植物の生長を促進させる光源理論は、次のような理論を基礎として成り立っている。植物の生長には、量的生長（光合成による栄養生長と生殖生長）と、質的生長（光形態形成生長）とがあり、量的生長に影響力が強い波長は緑色光より長波長側にある黄色光・橙色・赤色光・赤外領域であり、質的生長に影響力が強い光は緑色光より短波長側にある青色光・藍色光・紫色光。紫外線領域である。
そして、光合成効率は、赤色光が９５％、黄色光が５４％、青色光が３４％であることが知られている。

また、光の各波長と植物の生育との関係について、次のようなことが知られている（非特許文献１を参照）。
紫色光において、長日植物の花芽の分化は、赤色光の連続光ではほとんど花芽を形成しないが、紫色光、青色光、遠赤色光のいずれかの光によって花芽を形成する。
藍色光において、イネの第二葉の葉角は４２０−４４０ｎｍの藍色光と４６０−４８０ｎｍの青色光の二つの波長域にピークが現れ、光形態形成生長に作用している。
青色光においては、トマトの苗は青色光によって節間伸張が抑制され、赤色光によって生長促進が見られるが、遠赤外光の促進効果は赤色光を照射した後で顕著に表れ、青色光を照射した後ではその効果はほとんど表れない。また、赤色光よりも青色光の方がトマトの伸長抑制効果が大であり、青色光＋遠赤色光も同様に伸長抑制効果がある。
緑色光においては、植物が緑色をしているために、可視光線の緑色光のほとんどが反射または透過し、逆に補色関係にある赤色光を多くとり込んで光合成に利用している。
黄色光においては、茶葉に、白色光（七色）と黄色光を照射した場合は、黄色光の方が光合成速度が速くなる。特に、黄色光の下では新芽の生長が旺盛であると同時に、根もよく生長する。
橙色光においては、自然光の下で生長した茶葉に単色光の橙・緑・青色光を個別に当てた場合、光合成速度は、橙＞緑＞青の順序となり、光合成効率が高いことがわかる。
赤色光においては、光合成効率が最も高く、開花が早くなり、早期多収効果が期待できる。ただ、赤色光単独では、栄養生長よりも生殖生長の方が先行する傾向がある。

以上のようなことから、植物の生長には全ての波長が必要であることがわかる。しかし、従来の光源理論は量的生長を促進させることに重点が置かれ、赤色光のみを照射したり、赤色光に橙色光・黄色光を加えたものを光源として照射したりしている。また、赤色光の光合成効率は青色光の存在によって増加するために、赤色光と青色光を同時照射する方法も取られている。あるいは、植物の生長抑制力が強い青色光・藍色光・紫色光・紫外線領域をカットした光を照射する方法が用いられている。

特開２００３−１５８９２７号 特開平８−８４号 稲田勝美編著「光と植物生育」養賢堂 昭和５９年

太陽光のそれぞれの波長は植物の生育に対して役割があるため、太陽光の光分布より一部の光領域をカットすると、かえって植物の生長を阻害するために、他の方法として、植物の生長を速める方法として、植物の生長促進要因を増やす方法と、植物の生長阻害要因を取り除くという方法が考えられる。

植物の二大姿形は、地下部の根と、地上部の幹や枝葉であり、根の生長阻害要因となる培地を土壌栽培から水耕栽培に変える（すなわち、植物の生長阻害要因を取り除く）ことによって、根は、太い根から、か細い根を密集させて表面積を増やすという質的変化が起こり、その結果、多くの水分や養分を吸収して、土壌栽培よりも生長が速くなった。

そこで、この生長阻害要因を取り除くという考え方（理論）を光にも適用し、光の中の質的生長（光形態形成生長）に影響力が強い青色光・藍色光・紫色光・紫外線のなかで最も生長抑制力が高く生長阻害要因となっている青色光（４３０〜５００ｎｍ）を全てカットするのではなく、青色光（４３０〜５００ｎｍ）の全体もしくは一部のエネルギーレベルを下げることによって、植物の生長を促進させることができる。

このようなことから、発明者は、青色光の波長域が植物に与える影響において、その太陽光分布の中の青色光の強さを調節することにより、生長抑制効果を低減できると考えたものである。

図１は光の波長とエネルギー比との関係を示す図であり、横軸に波長を、縦軸に放射エネルギーの比をとって示すものである。図１（ａ）は太陽光の波長とエネルギー比との関係を示す図であり、図１（ｂ）は発育促進光線の一例を示す図であり、図１（ｃ）は発育促進光線の他の一例を示す図である。
太陽光線の光分布は、ほぼ一定のものであり、もっとも似た形として約５８００Ｋの黒体放射が知られている（株式会社日立デジタル平凡社の「世界大百科事典」や、日本経済新聞社の「別冊サイエンス『光と色』」において、示されている）。そして、地表に届く、太陽光も同様にほぼ一定の光分布を示すものである。
植物の発育促進光線は、太陽光の光の分布に比べて、４３０ｎｍ〜５００ｎｍの全体もしくは一部のエネルギーレベルを下げた光の分布となっている。そして、発育促進光線は、光源において４３０ｎｍ〜５００ｎｍの全体もしくは一部の波長のレベルを下げて構成したり、複数の光源を組み合わせて構成したりすることにより、全体として太陽光の光の分布に比べて４３０ｎｍ〜５００ｎｍの全体もしくは一部のエネルギーレベルを下げた光分布を構成することも可能である。
図１（ｂ）においては、発育促進光線として、４３０ｎｍ〜５００ｎｍの全体におけるエネルギーレベルを下げたものを示している。図１（ｃ）においては、発育促進光線として、４３０ｎｍ〜５００ｎｍの一部のエネルギーレベルを下げたものの一例を示している。
このような発育促進光線を照射する光源装置としては、メタルハライドランプを用いることができる。メタルハライドランプはランプ内には水銀・メタルハライドおよび希ガスが封入されており、金属の種類および組み合わせにより発育促進光線を構成できるものである。

この他に、発育促進光線を照射する光源装置としては、フィルターを用いることにより構成可能である。
太陽光に近い光分布を発生する光源に、４３０ｎｍ〜５００ｎｍの全体もしくは一部の波長のエネルギーレベルを下げるフィルターを装着して、発育促進光線の光源装置とすることが可能である。例えば、キセノンランプに色ガラスフィルターを装着したものや、キセノンランプに干渉フィルターを装着したものなどを用いることができる。

また、他の発育促進光線の光源装置としては、複数の光源を用いることができる。
スペクトル特性の異なる複数の光源を用いて、太陽光の光分布に対応させてエネルギーレベルを調節するとともに、４３０ｎｍ〜５００ｎｍにおいては、この波長域の全体もしくは一部のエネルギーレベルを下げる構成とするものである。これにより、太陽光のエネルギー分布に比べて、４３０〜５００ｎｍの波長域の全体もしくは一部のエネルギーレベルを下げた光源を構成できる。

図２は複数の光源による発育促進光線の構成例を示す図である。図２において、光源として、４つの光源（光源１・光源２・光源３・光源４）を用いて発育促進光線を構成するものである。それぞれの光源より発生する光線を合成することにより、図２の実線で示すエネルギー分布を有する光線が構成されるものである。これにより、植物に照射される光線を発育を促進するエネルギー分布をもつものとすることができる。
図２において、２点鎖線は各光源の主な波長域を示すものである。このように、複数の光源を組み合わせることにより、発育促進光線を構成することができるものである。
複数の光源を利用した発育促進光線としては上記構成の他に、太陽光のエネルギー分布に比べて、４３０〜５００ｎｍの波長域のエネルギーレベルが低い光分布の光であればよく、光源数を特に限定するものではない。目的とする発育促進光線の光エネルギー分布に応じて適宜選択し、構成することができるものである。
さらに、フィルター及び複数の光源を組み合わせて、植物の発育促進光線を構成することもできる。

本発明の植物をより自然に近い状態で、かつ植物に好ましい状態で、植物の育成を促進できるという利点がある。
例えば、水耕栽培される植物に、発育促進光線を照射することにより、植物の生長阻害要因を低減して植物の急速な生長促進を行うものである。

本発明は、植物の工業的生産効率を向上させるという目的を、植物の育成において生長抑制力の強い青色光（４３０ｎｍ〜５００ｎｍ）の全体もしくは一部のエネルギーレベルを下げた状態にすることによって植物の生長を促進させるものである。

本発明の第１実施例について、図を用いて説明する。
図３は植物育成工場の構成例を示す図である。植物育成工場はルーフ１０下の室内において、植物１を育成するものである。植物育成工場において、直射日光は遮られており、植物１には光源３より発育促進光線が照射される。そして、植物１は水耕栽培されている。
植物１・１・・・は根を栽培槽２に浸漬した状態で栽培されており、栽培槽２にはポンプ５により培養液タンク７から十分な酸素と養分を含む培養液が供給される。そして、新鮮な培養液を常に循環させるものである。培養液タンク７には肥料液タンク４が接続されており、ポンプ６により肥料液が培養液タンク７に供給されて培養液タンク７内における肥料液濃度を一定に維持する構成となっている。
培養液タンク７において、培養液を調節して植物に供給することができるので、培養液管理が容易となる。なお、培養液タンク７および肥料液タンク４には給水管を接続し、水の補給をすることが可能であり、肥料液タンク４に液肥配管を接続して液肥を供給することが可能である。
図３においては、植物１の上方に発育促進光線を発生する光源３・３・・を配設しているが、光源３の配置位置は、植物１・１・・に向けて発育促進光線を照射可能であればよく、特に限定するものではない。

このように、植物１を水耕栽培するとともに、植物１に光源３より発育促進光線を照射することによって、植物の発育を急速に促進することができるものである。
水耕栽培により植物の根における生長阻害要因を低減するとともに、生長阻害要因となる波長域を低減した発育促進光線を照射することによる相乗的な効果により、植物の発育を急速に促進するものである。
そして、農作物生産において、遺伝子操作が不要となるとともに、工場内において農作物を害虫から容易に保護することができるとともに、農薬が不要となり、安全性の高い農作物生産を行うことができる。また、気候の影響を受けずに生産可能であり、農作物の生産を急速に行うことができ、食料の安定供給を行うことができる。

本発明は、水耕栽培により根にかかる生長阻害要因を低減するとともに、植物に太陽光のエネルギー分布に比べて植物の生長阻害要因となっている４３０〜５００ｎｍの波長域のエネルギーレベルを下げた光を供給することにより、植物の生長促進を行うものである。そして、植物への発育促進光線の供給する光源装置の構成として、次のような構成をとることも可能である。
まず、光源において太陽光のエネルギー分布に比べて４３０〜５００ｎｍの波長域の前部もしくは一部のエネルギーレベルを下げた光を発生させて、植物に照射するものである。このような光源として、メタルハライドランプなどを用い、地表に到達する太陽光の分光特性に対して、４３０〜５００ｎｍの波長域の全部もしくは一部のエネルギーレベルを下げるように調節したものを利用することができる。これは、発光体の組成比等を調節するなどにより構成可能である。

また、光源にフィルターを装着することにより、地表に到達する太陽光の分光特性に対して、４３０〜５００ｎｍの波長域の全部もしくは一部のエネルギーレベルを下げ、植物に照射することが可能である。
図４は光源にフィルターを装着した構成を示す図であり、図５は光源と植物との間にフィルターもしくはフィルムを配置した構成を示す図である。
まず、図４に示すごとく、太陽光のエネルギー分布に近い光源を、４３０〜５００ｎｍの波長域のエネルギーレベルを下げた状態にできるフィルター１５により覆い、植物１に供給される光線を発育促進光線とすることができるものである。
光源より照射される太陽光のエネルギー分布に近い光が、フィルター１５を通ることにより、４３０〜５００ｎｍの波長域の一部もしくは全部のエネルギーレベルが低減され、発育促進光線となって、植物に届くものである。
この構成においては、光源として太陽光を利用可能であるとともに、植物の種類によりフィルター１５の特性を変えて多種の植物について利用可能となる。

次に、図５において、光源と植物１との間にフィルターもしくはフィルムを配設する構成について説明する。
光源は、太陽の光分布に近い光が照射されるものであり、光源と植物１との間にはフィルターもしくはフィルム１４が配設されている。
植物１の上方にフィルターもしくはフィルム１４を配設することによって、光源より照射される太陽光のエネルギー分布に近い光が、フィルターもしくはフィルム１４を通ることにより、４３０〜５００ｎｍの波長域の一部もしくは全部のエネルギーレベルが低減され、植物発育促進光線となって、植物に届くものである。
光源と植物１との間のフィルターもしくはフィルム１４は、４３０〜５００ｎｍの波長域のエネルギーレベルを低減させるものである。これにより、植物１に供給される光線を発育促進光線とすることができるものである。

本発明は、植物の発育促進を行うものであり、特に農作物の短期間の栽培収穫ばかりでなく、一般的な植物育成の促進の用途にも適用できる。

光の波長とエネルギー比との関係を示す図。 複数の光源による発育促進光線の構成例を示す図。 植物育成工場の構成を示す模式図。 光源にフィルターを装着した構成を示す図。 光源と植物との間にフィルターもしくはフィルムを配置した構成を示す図。

符号の説明

１ 植物
２ 栽培槽
３ 光源
１０ ルーフ
１４ フィルターもしくはフィルム
１５ フィルター

Claims (2)

1. 太陽光の光分布に対して青色光波長（４３０〜５００ｎｍ）領域の全体または一部のエネルギーレベルが低い光分布の光を発生させ、照射できるように構成したことを特徴とする光源装置。
2. 栽培する植物に対し、太陽光の光分布に対して青色光波長（４３０〜５００ｎｍ）領域の全体または一部のエネルギーレベルが低い光分布の光を照射することを特徴とする植物の栽培方法。
   

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