JP2007082489A

JP2007082489A - 植物栽培方法

Info

Publication number: JP2007082489A
Application number: JP2005276920A
Authority: JP
Inventors: Koki Kanehama; 耕基金浜; Masahisa Yoshimura; 正久吉村; Atsushi Sasaki; 厚佐々木; Iwatomo Moriyama; 厳與森山
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Miyagi Prefectural Government.
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Miyagi Prefectural Government.
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】
植物の光反応に最適な波長域の光を最低限必要な光量で照射することで、植物の草丈生長を促進し、開花までの日数を短縮できる植物栽培方法を提供する。
【解決手段】
植物に対し、太陽光が照射されない時間帯において、発光主波長が４００〜５００ｎｍにあり、かつ上記波長域の栽培ベッド面上の放射照度が２．５W／ｍ^２以下の光を照射する植物栽培方法である。
【選択図】
図１

Description

本発明は、太陽光が照射されない時間帯に光照射を行って植物を栽培する植物栽培方法に関する。

植物の開花を促進させる手法としては、通常、白熱電球や蛍光ランプなど、幅広い波長を含む光源を利用した長日処理が行われている。しかしこの場合、開花促進にそれほど有効でない波長も含まれており、効率的とはいえない。

また、薬品で処理する方法もあるが、効果が不安定である、あるいは品目や品種によって効果が一定でないなどの問題点があった。

一方、発光ダイオードなどにより特定の波長を照射した各種研究がなされている。例えば、光量子束密度が１０μmol/m²/s以上の青色光を照射することで、植物の花芽形成が促進されることが知られている（特許文献１参照。）。しかし、この場合は照射する光の強度が強く、低コストのためには更に低い光強度での効果が求められる。

また、植物が生体重１．５ｇに達した後に、外光を遮り、光量子束密度１５〜２００μmol/m²/sの略青緑色を照射することで、植物の開花を促進する方法が知られている（特許文献２参照。）。この場合は照射する光の強度が強いことに加え、自然光を遮った栽培条件であり、実際の生産場面で利用するには、温室全体を覆う必要があり、コスト的にも、労力的にも課題が残されている。

さらに、特許文献１および２の場合は、太陽光の代替として人工光を使用するものである。

太陽光が照射されない時間帯において人工光を照射して植物の開花を促進する方法としては、光量子束密度が０．０４μmol/m²/s以上の遠赤色光を利用した長日植物の好適栽培法が知られている（特許文献３参照。）。しかし、これは遠赤色光を利用しており、青色光を利用したものではない。

開花促進以外にも、波長４００〜５００ｎｍの青色成分を含む光線を夜間に照射することで葉中のアントシアニンの合成を促進させる技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。ただし、ここでは開花促進や草丈の伸長について示していない。また、照射する光の強さも青色光で１２０μmol/m²/s以上、白色光では１８０μmol/m²/s以上とかなりの強い光を必要としている。

太陽光の光質を変えて植物の生育、開花等の調節を行う方法についても研究がなされている（例えば、特許文献５参照。）。特許文献５では赤色光と青色光の比（Ｒ／Ｂ比）が所定の値となるように制御した条件下での植物の栽培方法が示されている。これは不織布に色素を含有させた被覆資材等を用いて、太陽光の特定波長を吸収し、その比率を変える栽培方法である。しかし、この場合のように太陽光の光質を変化させる技術はハウス全体を特殊な光の被覆資材で覆う必要があり、コスト的に問題がある。また、上記のような資材は光の透過効率が悪く、特に冬場等の日照の少ない時期には生育不良を引き起こす可能性がある。
特開２００１−２５８３８９号公報特開２００４−９７０８２号公報特開２００５−９５１３２号公報特開２００３−２０４７１８号公報特開２００２−２４７９１９号公報

植物の栽培場面では、低コストで、省力的な栽培方法が求められている。植物生産の大半を占めるハウス栽培で明期の光源を調節するには太陽光の影響を無視できない。閉鎖系でなく、ハウス栽培でも利用可能な技術開発が望まれており、そのためには昼間は太陽光で生育させ、夜間（暗期）に光を照射する技術が利用しやすい。

植物栽培における光の利用には光合成作用の増進と光形態形成作用の調節がある。光形態形成とは種子発芽、花芽分化、開花、子葉の展開、葉緑素合成、節間伸長等の植物の質的な変化を指し、この光形態形成を引き起こすエネルギーは光合成エネルギーと比べ極端に小さいエネルギーで充分である。

また、計画出荷のためには、単に促進というだけでなく、開花時期の抑制という調節も必要である。上述の従来技術では開花を促進する方法は見出されているが、照射する光の強度と開花促進の程度が示されていない。

さらに、特に切花の生産では早期開花が実現できても、市場の出荷規格を満たさない草丈では、市場性がない。そのため、短い栽培期間で、草丈が長い植物を生産することのできる技術が望まれている
長日植物などの植物の光受容体であるフィトクロムおよびクリプトクロム等には、吸収波長域がある。したがって、長日植物の開花および草丈制御に最も適した波長域に発光主波長のある光を用いて、しかも植物の光反応に最低限必要な光量を照射することで、開花制御、草丈制御および草丈生長制御をする技術の出現が望まれていた。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、発光ダイオードを用いて太陽光が照射されない時間帯に植物に照射する放射エネルギーの波長、強度と植物の生育、開花の関係を詳細に研究した。その結果、かなり弱い青色光の照射が植物の草丈を促進させること、また花芽形成・開花を促進させることを見出した。さらに、上記促進の程度は光の強度を変化させることで所望に制御できることも見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、植物の光反応に最適な波長域の光を最低限必要の光量を照射することで、植物の草丈生長を促進し、開花までの日数を短縮し、またそれらを所望に制御できる植物栽培方法を提供することを目的とする。

本発明の植物栽培方法は、植物に対し、太陽光が照射されない時間帯において、発光主波長が４００〜５００ｎｍにあり、かつ上記波長域の栽培ベッド面上の放射照度が２．５W／ｍ^２以下の光を照射することを特徴としている。

植物は、その光周性のタイプで分類すると、長日植物、短日植物および中性植物に分けられるが、本発明において栽培の対象となる植物は、上記のいずれであってもよい。しかし、長日植物で最も大きな効果が得られるので、本発明は長日植物に対して特に好適である。なお、長日植物とは１日のうちの昼（明期）が長いとき、つまり夜（暗期）が短いときに開花が促進される植物である。短日植物とは１日のうちの昼（明期）が短いとき、つまり夜（暗期）が長いときに開花が促進される植物である。中性植物とはある程度生長すれば日長にあまり関係なく開花する植物である。

太陽光が照射されない時間帯とは、暗期および白明期のいずれか一方または両方であってもよい。

太陽光が照射される時間帯においては、植物の栽培に太陽光照射を利用することができるので、本発明による放射の照射を植物に対して行う必要がない。しかし、太陽光が不足するときに行う補光照射法においては効果的である。

本発明において、植物に光照射される際の放射照度は、栽培ベッド面上で計測した値で２．５W／ｍ^２以下でよい。なお、放射照度は、各波長のエネルギー強度を積分したものであり、光量子束密度の約３．８μmol/m²/sに相当する。また、植物に照射する際の放射照度は、０．１W／ｍ^２以上であれば明らかな植物栽培効果が認められるが、好適には１W／ｍ^２以上である。

本発明の植物栽培方法によれば、太陽光が照射されない時間帯に発光主波長が４００〜５００ｎｍにある光を所定の小さな放射照度で植物に照射することで、植物の草丈生長を促進し、開花までの日数を短縮することができるとともに、照射する光の放射強度を調節することで草丈生長および開花日数の制御が可能になる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

〔照射時間帯について〕植物に対する光照射の時間帯は、太陽光が照射されない時間帯であるところの夜間および白明期のいずれか一方でもよいし、両方の時間帯であってもよい。なお、白明期は、日没から夜間までの間と、夜間から日の出前の時間帯である。

また、本発明による光照射は、照射時間帯の中において、連続照射および断続照射のいずれの態様であってもよい。断続照射の場合、暗期中断法や間欠照射法等を適用することができ、１〜４時間の照射と消灯を繰り返すように光照射を行うことができる。これにより植物栽培効果を奏しながら省エネルギーを図ることができる。

〔照射光について〕植物に照射される光は、発光主波長が４００〜５００ｎｍにあり、放射照度が２．５W／ｍ^２以下である。なお、放射照度は、栽培ベッドの上面における複数箇所の測定値の平均値により求める。

発光主波長は、その分光分布曲線中のピーク波長が４００〜５００ｎｍの間に存在している光をいう。したがって、その分光分布曲線が上記波長範囲だけでなく、それより短波長域および／または長波長域にわたっていることを許容する。しかし、植物の光受容体であるフィトクロムおよびクリプトクロム等の吸収波長域が４００〜５００ｎｍの波長域にあることから、エネルギー効率の点からは上記波長域の光が多く含まれているほど望ましい。

本発明による光照射を行うために用いる光源としては、波長選択が容易で、有効波長域の光エネルギーの占める割合が大きな光を放射する発光ダイオード等の人工光源が好適である。しかし、所望により発光ダイオード以外の放射源を用いることができる。

発光ダイオード以外の光源としては、例えば直管形およびコンパクト形の蛍光ランプや電球形蛍光ランプなどを用いることが許容される。この場合、所望により所定波長域の光を選択的に利用するために光フィルタを組み合わせることが許容される。

照射光の放射照度は、所定範囲の２．５W／ｍ^２以下の所望の値に設定することができる。照射光の放射照度を所定範囲内で調節することにより、草丈生長制御および開花時期の制御が可能となる。

本発明において、前述のように太陽光が照射される時間帯において、太陽光照射が少ないときに、太陽光照射に加えて所望により本発明による光照射を並行して行うことができる。この照射法は、補光照射法として知られているが、本発明の光照射の場合にも効果的である。

〔光照射の時期について〕本発明による光照射を開始する時期は、特段限定されない。しかし、一般的には定植後からである。なお、所望により育苗中からの光照射、あるいは生育途中からの光照射も許容され、このような場合においても本発明の効果を得ることができる。

〔その他の構成について〕太陽光照射と本発明による光照射を、それぞれの時間帯において行うための栽培装置に特別の構造は要求されない。すなわち、本発明による光照射は、前述のように小さな放射照度であるため、植物から十分に離間した位置に人工光源を取り付けることが可能になるので、人工光源を配置しても太陽光が十分に照射されるので、人工光源が上記照射の邪魔にならない。したがって、太陽光の照射のために特別な構造の栽培装置を採用する必要がない。

また、本発明による光照射は、太陽光照射の時間が短い時期や温度が植物の生育温度とかけ離れている時期に行うのが効果的である。したがって、本発明はハウス栽培と併用する場合に適している。すなわち、ハウス内の栽培しようとする植物の上方の離間した位置に人工光源、例えば発光ダイオードモジュールを配置することができる。なお、人工光源と植物の離間距離は、栽培ベッド位置において所定の放射照度が得られ、かつ太陽光が植物に照射され得る距離とするのがよい。

〔光照射以外の栽培方法について〕本発明においては、既述のように植物の栽培において所定波長域に発光主波長を有し、かつ所定放射照度の光を照射することにより、所期の効果が得られるものである。したがって、それ以外の栽培方法の要素は特段限定されない。

次に、図１および図２を参照してハウス栽培と併用する場合のガラス温室および使用する人工光源の一例を説明する。

図１および図２は、本発明を実施するための形態において用いる栽培施設を示し、図１はガラス温室の概念図、図２は発光ダイオードモジュールであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。図１において、ガラス温室Ｈは、温室構体１、支持枠２、人工光源３からなる。

温室構体１は、外側枠およびガラス板からなり、ガラス温室Ｈの輪郭を画成する。

支持枠２は、栽培する植物から上方へ離間した位置であるガラス温室Ｈの天井側に複数の人工光源３を支持するとともに、後述する実験の遂行のために、各人工光源３に対応する複数の処理区を区画するのに利用されている。そして、各処理区は、光反射性シート４によって区切ることができる。

人工光源３は、青色光の放射照度が、後述する栽培ベッドＦの上面で２．５Ｗ／ｍ^２以下の範囲内において処理区ごとに所望の値にすることができるように調節可能に構成されている。そして、青色発光の発光ダイオードからなり、支持枠２に下向きに支持され、各処理区に対向して配設されている。すなわち、人工光源３は、その発光主波長が４６５ｎｍであるとともに放射エネルギーの殆どが青色発光である。

また、人工光源３は、図２（ａ）および（ｂ）に示すような平板状の発光ダイオードモジュールＬＭを構成している。すなわち、発光ダイオードモジュールＬＭは、多数の発光ダイオード素子ＬＥＤ、ケースＣ、配線用コネクタＣＷおよび吊り具Ｓを具備して構成されている。

多数の発光ダイオード素子ＬＥＤは、いずれも砲弾形であり、図示されていない配線基板に整列して実装されている。

ケースＣは、アルミニウム製であり、内部に配線基板および熱伝導性樹脂を充填している。配線基板は、上記のように多数の発光ダイオードに加えてその駆動回路を実装している。熱伝導性樹脂は、充填されることによって配線基板とケースＣの間を熱的および機械的に結合している部材であり、発光ダイオードＬＥＤおよびその駆動回路から発生する熱をケースＣに伝導させるとともに、配線基板をケースＣ内の所定の位置に固定している。したがって、ケースＣは、発光ダイオードＬＥＤおよびその駆動回路のヒートシンクとしても作用するように構成されている。

配線用コネクタＣＷは、一端側が電源に接続し、他端側が他の発光ダイオードモジュールＬＭに送り配線可能なように配線基板に実装され、発光ダイオードモジュールＬＭの下面に露出している。

吊り具Ｓは、発光ダイオードモジュールＬＭの上面から上方へ突出して、発光ダイオードモジュールＬＭを支持枠２から吊下げる。

さらに、人工光源３を構成する発光ダイオードモジュールＬＭの点灯を制御する制御回路が配設され、発光ダイオードＬＥＤの点滅および調光を司る。

植物Ｐは、栽培ベッドＦの上に載置された状態で光照射を受ける。そして、人工光源３の下方に配置されて、植物Ｐを地面から離間させることによって床面を提供している。

植物Ｐは、植木鉢内に定植されたものをガラス温室内の床面に載置された栽培ベッドＦ内に整列配置される。そして、太陽光が照射される時間帯においては、温室構体１を透過した太陽光によって白色光が照射される。太陽光が照射されない時間帯においては、人工光源３により連続して青色光を照射される。

さらに、ガラス温室Ｈは、図示を省略している暖房装置および冷房装置が付設されていて、植物の周囲温度を植物の生育に好ましい５〜４０℃の範囲内に保持できるように構成されている。

ストックの極早生品種「イエロードルセ」と中早生の「リーガルホワイト」を用い、栽培試験を行った。２００４年９月２２日に播種し、１０月２０日に定植した。

実験は図１に示すガラス温室内で行った。幅８０ｃｍの栽培ベッドの中央部に１２×１２ｃｍの栽植密度で各品種を３列ずつ植えた。

試験区として、発光主波長４６５ｎｍの青色発光ダイオードモジュールを栽培ベッド面から１７０ｃｍの位置に設置した。昼間は太陽光下で生育させ、夜間の太陽光が照射されない時間帯に、放射照度を変えて、いずれも定植時から開花終了までの期間、日の入り前から日の出後まで終夜照射した。対照区として、無電照区を設けた。

３つの処理区を形成して、以下のように光照射の放射照度を大、中、小に区分した。
・放射照度大の区分：２．０W／ｍ^２
・放射照度中の区分：１．０W／ｍ^２
・放射照度小の区分：０．２５W／ｍ^２
［実験結果］
１．草丈の推移：リーガルホワイトにおいて、図３に示すような結果が得られた。すなわち、光照射により、草丈は長くなった。照射する光の放射照度が小さくても効果は充分に得られる。また、光照射を行った区分は、そのいずれも対照区の無電照区に比較して明らかに草丈生長が良好であった。なお、光照射を行った区分の中では、放射照度と草丈は図３に示されているように比例する傾向を示した。

２．開花までの日数：リーガルホワイトにおいて、図４の表に示すような結果が得られた。すなわち、光照射により、開花までの日数は短くなった。照射する光の放射照度が小さくても開花促進効果は充分に得られるが、放射照度を所定範囲内において、より大きくすることで、開花までの日数は著しく短くなった。また、光照射を行った区分は、そのいずれも対照区の無電照区に比較して明らかに開花日数が短縮された。なお、図５のグラフは、光照射の処理開始後日数と開花個体率の関係を示している。

３．光照射の放射照度と開花までの日数の相関：リーガルホワイトにおいて、図６に示すように、照射する放射照度と開花までの日数の短縮効果には高い相関が見られた。なお、図においては、放射照度大、中、小区分以外の放射照度に設定した処理区分のデータを加味している。また、図中の斜線は、多数のデータから求めた相関線であり、図中の数式により表わされる。

また、図７に示すように、イエロードルセにおいても上述のリーガルホワイトにおけるのと類似した相関が見られた。

しかし、図６および図７には示していないが、放射照度が２．５W／ｍ^２を越えると、いずれの植物であっても草丈生長および開花日数が飽和傾向を示し、放射照度を増強する魅力がなくなることが分かった。

本発明を実施するための形態において用いる栽培施設としてのガラス温室の概念図同じく発光ダイオードモジュールの側面図本発明の実施例において光照射の放射照度を大中小に変化させたときの草丈生長の違いを比較例のそれとともに示すグラフ本発明の実施例において光照射の放射照度を大中小に変化させたときの開花までの日数を比較例のそれとともに示す表本発明の実施例において処理開始後日数と開花個体率の関係を示すグラフ本発明の実施例においてリーガルホワイトの開花までの日数と放射照度の関係を示すグラフ本発明の実施例においてイエロードルセの開花までの日数と放射照度の関係を示すグラフ

符号の説明

１…温室構体、２…支持枠、３…人工光源、４…光反射性シート、Ｆ…栽培ベッド、Ｈ…ガラス温室、Ｐ…植物

Claims

植物に対し、太陽光が照射されない時間帯において、発光主波長が４００〜５００ｎｍにあり、かつ上記波長域の栽培ベッド面上の放射照度が２．５Ｗ／ｍ^２以下の光を照射することを特徴とする植物の栽培方法。
植物に対し、太陽光が照射されない時間帯において、照射する光の放射照度を変えて、植物の草丈、節間長、花芽形成および開花時期を調節することを特徴とする請求項１記載の植物栽培方法。