JP2011212011A - 植物の照明栽培方法、防虫用照明装置、および防虫用照明システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、植物の照明栽培方法であって、照明は、出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有する複数の光源を用いて行い、複数の光源の各光源は、所定の明期幅と、該明期幅より時間平均明るさが小さい暗期幅とを1周期とする点滅パターンで同期して又は独立して発光強度が変化するものであり、パターンは、下記式(1)で示されるデューティが50%以下であり、
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
複数の光源により照明される領域の少なくとも一部は、複数の光源からの照明のパターンの合成により、照明されることにより防虫効果を備える、植物の照明栽培方法である。
【選択図】図1
Description
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
複数の光源により照明される領域の少なくとも一部は、複数の光源からの照明のパターンの合成により、同期して照明されることにより防虫効果を備える、植物の照明栽培方法である。
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
複数の光源により照明される領域の少なくとも一部は、複数の光源からの照明のパターンの合成により、時間的に一定でないパターンで照明されることにより防虫効果を備える、植物の照明栽培方法である。
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
キクの成長点における明期幅内における放射照度が5mW/m2以上50mW/m2以下であることにより、開花遅延が実用上生じず、複数の光源により照明される領域の少なくとも一部は、複数の光源からの照明のパターンの合成により、同期して又は独立して照明されることにより防蛾効果を備える、キクの照明栽培方法である。
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
照明装置に照明される領域の少なくとも一部は、複数の光源からの照明の点滅パターンの合成により、同期して照明されることにより防虫効果を備える、防虫用照明装置である。
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
照明装置により照明される領域の少なくとも一部は、複数の光源からの照明のパターンの合成により、時間的に一定でないパターンで照明されることにより防虫効果を備える、防虫用照明装置である。
本発明に係る防虫用照明装置において好ましくは、照明装置は短日植物の栽培用である。
(照明栽培の概念)
図1は、本発明の実施の形態1における照明栽培の概念図である。
図2は、本発明の一実施の形態において用いる、LED光源の出射光のパルス波形を示す図である。
防蛾に必要とされる照明時間帯(日光の十分当らない時間である日の入り直後の薄暮期および日の出前の薄明期を含む終夜)を変えることなく、キクに開花遅延させない照明技術を開発するために、本願発明者らは、連続光と比べて総照明時間が短い時間構造である、パルス光に対する開花反応特性を調べた。
次に本願発明者らは、夜蛾類に対するパルス照明の影響に関する基礎実験を行った。
次に本願発明者らは、夜蛾類の照明に対する行動特性を解明した。
本願発明者らは、上記の基礎実験に基づいて、以下の実証実験を行った。
本願発明者らは、上記の実験より、以下の知見(確からしい仮説)を得るに至った。
実施の形態1においては、LEDのパルス点灯により、防蛾効果がありキクの開花遅延を回避できることが示された。一方、単調なパルス点灯の場合には、パルス点灯に夜蛾類が慣れることにより、その行動抑制が弱まることもある。本実施の形態においては、まずこの点について説明する。
オオタバコガのオス16頭について、1個の黄色蛍光LED光源を用いた図10に示すアクトグラフを用いて、放射照度を50mW/m2に設定し、明期幅が20ms、暗期幅が80msのパルス条件の下で照明を夜間に行い、飛翔に伴うセンサーの遮断回数を調査した。その結果を図14に示す。図14は、日齢による暗期飛翔活性変化を示す図であり、縦軸はセンサー遮断回数、横軸のD1からD5は日齢である。
図15に、圃場内に縦横にLED光源200を配置した状態を上空から見た模式図を示す。
上述のように各LED光源は独立にパルス点灯(点滅)するため、最初に同期していても点滅のタイミングがずれ、時間的に一定でない照明となる。ここで、表1に基づいて、同期点滅および適度な非同期のパルス発光を実現するための2つの光源周期のばらつきについて考察する。
続いて本願発明者らは、図15に示す圃場のQ地点に2つのLED光源A、Bの光が照射される場合の照度変化を計算した。その結果を図18に示す。図18の結果は、基準周期が100ms、明期幅が20ms、暗期幅が80ms、周期偏差が+5%および−5%(偏差5%)という条件で計算されたものである。
続いて本願発明者らは、図15に示す圃場のR地点において、主として4つのパルス光源A、B、C、Dによって照明される場合の照度変化を計算した。その結果を図19に示す。図19の結果は、基準周期が100ms、明期幅が20ms、暗期幅が80ms、周期偏差が+5%、−5%、+3%および+5%(偏差5%)という条件で計算されたものである。
実施の形態3は、「無処理区」、「非同期照明区」、および「同期照明区」で栽培したキクの生育状況及び夜蛾による被害の状況を調べた。以下においては、「複数の非同期光源」及び「同期光源」を用いたときのキクの育成状況を観察する実験の結果を示す。
本実験では、黄色輪ギク‘精の旗’を、無処理区及び非同期照明区で栽培し、それぞれのキクの生育状況及び夜蛾による被害の状況を対比した。無処理区及び非同期照明区のいずれにおいても、農家慣行にしたがって殺菌剤を使用するとともに、夜蛾類に影響の少ない殺虫剤も使用したが、夜蛾類に影響のある殺ダニ剤は使用しなかった。
実験1では、無処理区と非同期照明区とにおけるキクの栽培の被害茎率を対比したが、本実験では、無処理区と同期照明区とにおけるキクの栽培の被害茎率を対比した。すなわち、本実験では、圃場および各LED光源を同期して照明したことが異なる他は、実験1と同様の方法によって輪ギク‘精の波’を栽培した。本実験では、各LED光源として、外部同期信号に同期して駆動するように、上記の非同期照明区で用いたLED光源に外部同期信号端子を接続して改造したものを用いた。このようにして栽培したキクに対し、実験1と同様の方法によってキクの被害茎率を算出した。その結果を図21に示す。
実験1および実験2の結果から、非同期照明区および同期照明区でキクを栽培することにより、隣接する無処理区でキクを栽培する場合に比して、キクの被害茎率が約1/4に低減されることが明らかとなった。
本実験では、圃場・キクの品種を変更したことが異なる他は、実験1と同様の方法によって無処理区及び非同期照明区でキクを栽培し、それぞれのキクの生育状況及び夜蛾による被害の状況を対比した。すなわち、本実験では、キクとして白色小ギク‘白馬’を用いて無処理区及び非同期照明区におけるキクの生育状況及び夜蛾による被害の状況を対比した。
実施の形態4では、圃場における光源の点滅が圃場外に漏れたときにも周辺住民が不快に感じないようにすることを検討した。具体的には、人間が点滅を認識できない程度の高速で光源を点滅させたときの防虫効果を評価した。
実施の形態5では、実施の形態1・実験6の飼育虫の系統を変え、サンプル数を増やして再現実験を行なった。すなわち、夜蛾としてオオタバコガ(オス)およびオオタバコガ(メス)18頭〜20頭の個体を用いて、アクトグラフによる飛翔活性測定のデータ数を増やして5日間のデータを積算した。図27は、オオタバコガ(オス)の飛翔による平均遮断回数を示すグラフであり、図28は、オオタバコガ(メス)の飛翔による平均遮断回数を示すグラフである。図27および図28の縦軸は飛翔による平均遮断回数であり、横軸は実験条件(明期幅:暗期幅)である。
圃場が市街地に近いなど、圃場の照明を周辺住民が見る可能性のある場合には、防虫効果と共に光の点滅の周辺住民への影響を考慮する必要がある。実施の形態6は、光源の点滅による周辺住民への不快感を低減し、かつ防虫効果を発現し得る光源の光強度変化(波形)に関する。光源の点滅が単純な明期(光量1)と暗期(光量0)とを繰り返すパルス波形であると、明るさの変化が大きいため、特に低周波であると、明暗の変化が明確に認められ、人の視覚への刺激が大きくなる。
図30に示される波形は、1周期(時間Tw)における明期(時間TL)のピーク光量を1としたときに、暗期としての働きを備える期間である相対的暗期(時間TD)の光量が明期に比べて小さく、0を超える値(例えば0.1)の光強度変化パターンである。
図31に示される波形は、1周期(時間Tw)における明期(時間TL)のピーク光量を1としたときに、相対的暗期(時間TD)における光量が徐々に減少するように光強度変化パターンを設定する。このような波形は、例えばLED電球505内において、直列に配された発光ダイオード列に対し、コンデンサを並列に配することによって実現することができる。
図32に示される波形は、1周期(時間TW)における明期(時間TL)のピーク光量を1としたときに、相対的暗期(図32中の時間TDを意味する)においてさらに周期TDWの副パルス(暗期中明期(時間TDL)、暗期中暗期(時間TDD))を繰り返すように光強度変化パターンを設定する。
図33に示される波形は、1周期(時間TW)における明期(時間TL)のピーク光量を1としたときに、相対的暗期(図33中の時間TDを意味する)においてさらに周期TDWであって、ピーク光量が0.5の副パルス(暗期中明期(時間TDL)、暗期中暗期(時間TDD))を繰り返すように光強度変化パターンを設定する。
図34に示される波形は、波形の例2の波形における明期TLに10msの明期中明期および明期中暗期を重畳させるとともに、暗期TDに10msの暗期中明期および暗期中暗期を重畳させたものである。このように2.5Hzのパルスに加え、明期中明期および明期中暗期あるいは暗期中明期および暗期中暗期からなる副パルスを重畳したものとすることにより、人間には副パルスが感じられにくく、明期(TL)における明るさおよび暗期(TD)における明るさが連続的に感じられるため、点滅による不快感を低減することができる。一方、夜蛾類は、明期(TL)および暗期(TD)中の副パルスを分離して点滅したものとして感じるため、これらの副パルスにより虫の活動を抑制することができる。
図35に示される波形は、人間にとって刺激の少ないサイン波形における明期TLに10msの明期中明期および明期中暗期を重畳させるとともに、暗期TDに10msの暗期中明期および暗期中暗期を重畳させたものである。このように明期中明期および明期中暗期あるいは暗期中明期および暗期中暗期からなる副パルスを重畳させることにより、人間には副パルスが感じられにくく、明期(TL)における明るさおよび暗期(TD)における明るさが連続的に感じられるため、点滅による不快感を低減することができる。一方、夜蛾類は、明期(TL)および相対的暗期(TD)の中の副パルスを分離して点滅したものとして感じるため、これらの副パルスにより虫の活動を抑制することができる。
上記の波形の例3〜6においては、1つの光源が全体として主パルスと副パルスからなる波形を有するものとしたが、1つの光源に低周波パルスLED列(例えば明期幅200、暗期幅800ms)と高周波パルスLED列(例えば明期幅8ms、暗期幅32ms)とを内蔵して、その両者の合成光を照射してもよい。高周波パルスの周波数は低周波パルスの周波数の4倍以上であることが好ましい。
実施の形態7は、光源の点滅が目的とする照明範囲外に漏れることによって周辺住民に与える影響を低減するための照明システムに関する。図36は、防虫効果を備える照明領域である圃場とその周辺領域の斜視図である。図36に示されるように、住宅513、車道512、および歩道511がこの順に隣接している。そして、歩道511に隣接して圃場501が設けられており、圃場501に柱502が立てられている。圃場501からの高さHが1.8mとなるように柱502の間に3列の電線503を張っている。電線503には6m間隔に5個のLED電球505を配置している。LED電球505は、図16に示すLED光源200と同じものを用いている。LED電球505は独立に周期的に点滅または光強度変化しており、その周期はたとえば明期幅20ms、暗期幅80msである。なお、上記光強度変化の周波数は、0.5Hz以上60Hz以下であることが好ましい。このような範囲で防虫効果が高いからである。
実施の形態8は、光源の点滅が圃場外に漏れることによって周辺住民へ与える不快感を低減する照明システムである。図39は、防虫効果を備える照明領域である圃場とその周辺領域を示す斜視図である。図39に示されるように、歩道511に隣接して圃場501が設けられており、圃場に柱502が立てられている。柱502の間に電線503を張っており、電線503には等間隔にLED電球505(LED光源200と同じもの)を配置している。LED電球505は独立に周期的に点滅または光強度変化しており、その周期はたとえば明期幅20ms、暗期幅80msである。
実施の形態9は、大規模農場において植物を栽培するときの防虫用照明システムである。図40は、大規模農場において植物を栽培するときの防虫用照明システムを示す模式的な斜視図である。図40に示される防虫用照明システムでは、綿(コットン)の無農薬・減農薬栽培を想定しているが、このような作物のみに限られるものではない。
Claims (25)
- 植物の照明栽培方法であって、
前記照明は、出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有する複数の光源を用いて行い、
前記複数の光源の各光源は、所定の明期幅と、前記明期幅より時間平均明るさが小さい暗期幅とを1周期とするパターンで同期して発光強度が変化するものであり、
前記パターンは、下記式(1)で示されるデューティが50%以下であり、
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
前記複数の光源により照明される領域の少なくとも一部は、前記複数の光源からの照明のパターンの合成により、同期して照明されることにより防虫効果を備える、植物の照明栽培方法。 - 植物の照明栽培方法であって、
前記照明は、出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有する複数の光源を用いて行い、
前記複数の光源の各光源は、所定の明期幅と、前記明期幅より時間平均明るさが小さい暗期幅とを1周期とするパターンで独立して発光強度が変化するものであり、
前記パターンは、下記式(1)で示されるデューティが50%以下であり、
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
前記複数の光源により照明される領域の少なくとも一部は、前記複数の光源からの照明のパターンの合成により、時間的に一定でないパターンで照明されることにより防虫効果を備える、植物の照明栽培方法。 - 前記複数の光源間における前記1周期の偏差は1×10-5以上20%以下である、請求項2に記載の植物の照明栽培方法。
- 前記暗期幅が16ms以上5000ms以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の植物の照明栽培方法。
- 前記明期幅が4ms以上1000ms以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の植物の照明栽培方法。
- 前記複数の光源の各光源からの出射光が、黄色に発光ピーク波長を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の植物の照明栽培方法。
- 前記デューティが25%以下である、請求項1から6のいずれか1項に記載の植物の照明栽培方法。
- 前記照明栽培される植物は、請求項1から7のいずれか1項に記載の植物の照明栽培方法によっても開花遅延が実用上生じない短日植物である、請求項1から7のいずれか1項に記載の植物の照明栽培方法。
- 前記植物の成長点における前記明期幅内における放射照度が5mW/m2以上50mW/m2以下である、請求項8に記載の植物の照明栽培方法。
- キクの照明栽培方法であって、
前記照明は、出射光が黄色の領域に発光ピーク波長を有する複数の光源を用いて行い、
前記複数の光源の各光源は、所定の明期幅と、前記明期幅より時間平均明るさが小さい暗期幅とを1周期とするパターンで同期して又は独立して発光強度が変化するものであり、
前記パターンは、下記式(1)で示されるデューティが50%以下であり、
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
前記キクの成長点における前記明期幅内における放射照度が5mW/m2以上50mW/m2以下であることにより、開花遅延が実用上生じず、
前記複数の光源により照明される領域の少なくとも一部は、前記複数の光源からの照明のパターンの合成により、同期して又は独立して照明されることにより防蛾効果を備える、キクの照明栽培方法。 - 複数の光源からなる照明装置であって、
前記複数の光源の各光源は、出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有し、
前記各光源は、所定の明期幅と、前記明期幅より時間平均明るさが小さい暗期幅とを1周期とするパターンで同期して発光強度が変化するものであり、
前記パターンは、下記式(1)で示されるデューティが50%以下であり、
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
前記照明装置に照明される領域の少なくとも一部は、前記複数の光源からの照明のパターンの合成により、同期して照明されることにより防虫効果を備える、防虫用照明装置。 - 前記各光源は、外部から供給される同期信号に同期して点滅し、
前記外部から供給される同期信号は、有線、無線、光信号又は電源線に重畳のいずれかの同期信号伝達手段によって伝達される、請求項11に記載の防虫用照明装置。 - 複数の光源からなる照明装置であって、
前記複数の光源の各光源は、出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有し、
前記複数の光源は、パルス発生回路及び発光素子を備え、
前記各光源のパルス発生回路は、独立して所定の明期幅と前記明期幅より時間平均明るさが小さい暗期幅を1周期とするパターンを生成し、
前記発光素子は前記パルス発生回路が生成するパターンにより発光強度が変化するものであり、
前記パターンは、下記式(1)で示されるデューティが50%以下であり、
デューティ(%)=明期幅/(明期幅+暗期幅)×100 (1)
前記照明装置により照明される領域の少なくとも一部は、前記複数の光源からの照明のパターンの合成により、時間的に一定でないパターンで照明されることにより防虫効果を備える、防虫用照明装置。 - 前記複数の光源の1周期の偏差は1×10-5以上20%以下である、請求項13に記載の防虫用照明装置。
- 前記暗期幅が16ms以上5000ms以下である、請求項11から14のいずれか1項に記載の防虫用照明装置。
- 前記明期幅が4ms以上1000ms以下である、請求項11から15のいずれか1項に記載の防虫用照明装置。
- 前記複数の光源の各光源からの出射光が、黄色の領域に発光ピーク波長を有する、請求項11から16のいずれか1項に記載の防虫用照明装置。
- 前記デューティが25%以下である、請求項11から17のいずれか1項に記載の防虫用照明装置。
- 前記照明装置は短日植物の栽培用である、請求項11から18のいずれか1項に記載の防虫用照明装置。
- 前記植物の成長点における前記明期幅内における放射照度が5mW/m2以上50mW/m2以下である、請求項19に記載の防虫用照明装置。
- 複数の第1の光源及び1または2以上の第2の光源を用いる照明システムであって、
前記複数の第1の光源は、出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有し、防虫効果を備える周波数で光強度が変化することにより第1の領域を照射し、
前記1または2以上の第2の光源は、人間が連続点灯と認識できる状態で点灯して前記第1の領域に隣接し人間が存在することのある領域を照射することにより、前記第1の領域における防虫効果を備える、防虫用照明システム。 - 複数の光源及びセンサを備える照明システムであって、
前記複数の光源は、出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有し、防虫効果を備える周波数で点滅して第1の領域を照射し、
前記センサは、第1の領域または第1の領域に隣接する領域のいずれか一方もしくは両方における人間を検知して、前記複数の光源を消灯あるいは人間が連続点灯と認識できる状態で点灯させて、前記第1の領域における防虫効果を備える、防虫用照明システム。 - 光量が変化する光源を備える防虫用照明装置であって、
前記光源は、出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有し、
前記光源の光量は、明期及び時間平均明るさが明期より相対的に暗い相対的暗期の繰り返しによる主パルスと、前記明期内または前記相対的暗期内における副パルスとによって周期的に変化し、
前記副パルスの周波数は、前記主パルスの周波数の4倍以上である、防虫用照明装置。 - 前記主パルスの周波数は10Hz以下であり、前記副パルスの周波数は60Hz以下である、請求項23に記載の防虫用照明装置。
- 第1の周波数で光量が周期的に変化する第1の光源と、第2の周波数で光量が周期的に変化する第2の光源を備える防虫用照明システムであって、
第1の光源及び第2の光源は、いずれも出射光が緑色から赤色の領域に発光ピーク波長を有し、
前記第1の周波数は前記第2の周波数の4倍以上であり、
前記第1の光源及び前記第2の光源の両方で照射される領域を備える、防虫用照明システム。
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