JP2012152122A

JP2012152122A - 作物育成システム

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Publication number: JP2012152122A
Application number: JP2011012542A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yamada; 真山田; Masanori Ishiwatari; 正紀石渡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: JP5821037B2

Abstract

【課題】作物育成システムにおいて、作物の成長を効率的に促進する。
【解決手段】作物育成システム１は、波長域６８５〜７８０ｎｍにピーク波長を持つ遠赤色光を照射する光源２と、光源２の光照射動作を制御する制御部３と、制御部３に対して光源２の光照射動作させる時間帯を任意に設定する時間設定部４とを備える。ここで、時間設定部４は、日没後に光源２が光照射を開始するように設定され、制御部３は、光源２の光照射量を時間経過と共に徐々に増加させていくように制御する。これにより、日没後に徐々に放射照度が増加する遠赤色光が作物Ｐに対して照射されることになるため、作物Ｐの成長を効率的に促進することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、作物（植物）の成長を促進する作物育成システムに関する。

従来から、作物に対して人工光を照射することにより、その作物の成長等を調節する作物育成方法が知られている。例えば、人工光源から発せられた遠赤色光及び赤色光の少なくともいずれかを含む光を日没後１〜３時間照射することにより、高糖度の果実を有するナス科植物（特に、トマト）を栽培する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、人工光源から発せられた赤色光と遠赤色光との混合光を、光周期における明期の開始期近傍及び終了期近傍のいずれか一方又は両方において照射することにより、植物に対して短日処理を施す方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２８２５４４号公報特開２００９−１３６１５５号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される方法は、ナス科植物の糖度を高めるものであり、必ずしも作物の成長を促進するものではない。更に、この方法は、ナス科植物に限定された方法であり、必ずしも他の作物に応用できるものではない。

また、上記特許文献２に示される方法は、主に植物の開花時期を早めるものであり、必ずしも植物の成長を促進するものではない。

本発明は、上記課題を解決するものであって、作物の成長を効率的に促進することができる作物育成システムを提供することを目的とする。

本発明の作物育成システムは、波長域６８５〜７８０ｎｍにピーク波長を持つ光を照射する光源と、前記光源の光照射動作を制御する制御部と、前記制御部に対して前記光源の光照射動作させる時間帯を任意に設定する時間設定部と、を備え、前記時間設定部は、日没後に前記光源が光照射を開始するように設定され、前記制御部は、前記光源の光照射量を時間経過と共に徐々に増加させていくように制御することを特徴とする。

前記制御部は、前記光源の光照射量の増加分を少なくとも前記光源の初期光照射量の２倍以上となるように制御することが好ましい。

前記時間設定部は、前記光源の光照射開始から一定時間経過後に前記光源の光照射を終了するように設定されることが好ましい。

前記光源は、０．０１〜０．１５Ｗ／ｍ^２の放射照度範囲内で光を照射することが好ましい。

本発明の作物育成システムによれば、日没後に徐々に放射照度が増加する遠赤色光が作物に対して照射されることになるため、作物の成長を効率的に促進することができる。

本発明の実施形態に係る作物育成システムの構成を示す図。上記システムで利用される光源から照射される光の分光特性を示す図。上記システムで利用される光源の斜視図。上記システムにおける作物に対する光源の配置を示す側面図。上記システムにおける作物に対する光源の配置を示す上面図。上記システムを利用した実施例における光源の光照射パターンを示す図。上記実施例に対する比較例１における光照射パターンを示す図。上記実施例に対する比較例２における光照射パターンを示す図。上記実施例における光源の光照射パターンの一変形例を示す図。

本発明の実施形態に係る作物育成システムについて、図１乃至図６を参照して説明する。本作物育成システムは、完全閉鎖型の植物苗生産システム、農業用のビニルハウス若しくはガラスハウス等の施設栽培、又は露地栽培等において、作物（特に、花き類）が育成される際に利用され、その作物の成長を促進させるものである。

作物育成システム１は、図１に示されるように、光源２と、光源２の光照射動作を制御する制御部３と、制御部３に対して光源２の光照射動作させる時間帯を任意に設定する時間設定部４とを備える。ここで、光源２と制御部３、そして制御部３と時間設定部４は、それぞれ配電線５によって電気的に結ばれている。配電線５は、商用電源（図示せず）へ接続されており、商用電源から得た電力を作物育成システム１へ供給する。作物育成システム１は、光源２から発せられた光を畝Ｆに植えられた作物Ｐへ照射することにより、作物Ｐの成長を促進させる。

光源２は、例えば、ランプ２０と、ランプ２０の光導出面に配置される遠赤色フィルタ２１とを備え、波長域６８５〜７８０ｎｍにピーク波長を持つ遠赤色光を照射する。ランプ２０は、例えば、あらゆる可視光波長域の光を照射する白熱灯やＨＩＤランプ（例えば、高圧ナトリウムランプ及びキセノンランプ等）から構成される。遠赤色フィルタ２１は、例えば、カラー樹脂、カラーガラス、光学多層膜処理を施したフィルタから構成され、ランプ２０から発せられた光のうち６８５ｎｍ以上の波長を有する光を透過させる。なお、光源２は、遠赤色フィルタ２１を備えず、遠赤色光を直接発するランプ（図示せず）のみから構成されてもよい。この場合、このランプは、遠赤色ＬＥＤ、遠赤色ＥＬ素子、又は遠赤色蛍光灯等から構成される。また、光源２は、これらの構成に限定されず、上述したピーク波長を持つ遠赤色光を照射できるように構成されていればよい。

制御部３は、マイコン、リレー、及びスイッチ等から構成され、光源２から出射される光の放射照度を調整する調光装置（図示せず）を備える。調光装置は、例えば、電気的に光源２から発せられる光の放射照度を調整することができるライトコントローラから構成され、光源２の光照射量を時間経過と共に徐々に増加させる。このとき、調光装置は、光源２の放射照度を０．０１〜０．１５Ｗ／ｍ^２の範囲内で調節し、かつ光源２の光照射量の増加分を少なくとも光源２の初期光照射量の２倍以上となるように制御することが好ましい。放射照度は、Ｌｅｉｃａ製のライトメータＬｉ−２５０及びセンサＬｉ−２００ＳＡを用いて測定される。

時間設定部４は、タイマやマイコン等を備え、日没後に光源２が光照射を開始するように設定される。時間設定部４は、光センサを備え、この光センサを利用して作物Ｐの周囲に照射される自然光（太陽光）の放射照度を感知することにより、光源２による光照射開始時間を決定してもよい。また、時間設定部４は、ソーラタイムスイッチを備え、このソーラタイムスイッチに予め記憶された日没時刻に従って、光源２の光照射を開始させてもよい。時間設定部４は、光源２からの光照射が少なくとも３時間は継続するように設定されており、その光照射開始から一定時間経過後に光源２の光照射を終了するように設定されることが好ましい。なお、時間設定部４は、制御部３にタイマ機能を有するマイコン等を用いることにより、制御部３に組み込まれた構成とされてもよい。

図２は、光源２から照射される遠赤色光の分光特性例を示す。遠赤色フィルタ２１を備えた蛍光灯及び遠赤色ＬＥＤから発せられる光は、それぞれ略７４０ｎｍ及び略７３５ｎｍにピーク波長を有する。なお、光源２から照射される光は、波長域６８５〜７８０ｎｍの放射エネルギの総和が他の波長域の放射エネルギの総和よりも大きい光であってもよく、必ずしもこの波長域内にピーク波長を持つ必要はない。

光源２を構成するランプ２０は、図３に示されるように、筺体６内に複数まとめて配置されてもよい。この場合、これらのランプ２０のオン／オフ制御及び調光制御は、制御部３により各ランプ２０ごとに行われてもよいし、一括に行われてもよい。遠赤色フィルタ２１は、例えば、すべてのランプ２０を覆うように筐体６の光導出面に装着される。なお、ランプ２０及び遠赤色フィルタ２１の配置並びに筐体６の形態は、本実施形態のものに限定されない。

光源２は、通常、作物Ｐの上方に配置される。しかし、作物Ｐの背が高くて枝葉が多い場合には、上方に配置された光源２だけでは、作物Ｐの下方や内部にまで光を照射することができない虞がある。そこで、図４に示されるように、作物Ｐの上方に配置される上部光源２ａに加えて、作物Ｐの側方に側部光源２ｂ、そして作物Ｐの下方に下部光源２ｃを配置してもよい。これにより、作物Ｐの背が高くて枝葉が多い場合であっても、作物Ｐ全体に対して十分量の光を照射することが可能となる。このとき、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは、任意の角度で作物Ｐに対して光を照射することができるように、それらの取付角度が調節可能に設置されることが好ましい。なお、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃの設置台数及び設置場所は、図例のものに限定されない。

上部光源２ａ、側部光源２ｂ、及び下部光源２ｃは、図５に示されるように、それぞれ作物Ｐの周囲に均等に配置される。上部光源２ａは、畝Ｆが伸びる方向（作物Ｐが連なる方向）と略平行に、互いに一定間隔を置いて、作物Ｐの上方に複数配置される。側部光源２ｂは、防水加工が施され、畝Ｆが伸びる方向と略平行に、隣接する畝Ｆの間の領域へ互いに一定間隔を置いて複数配置される。下部光源２ｃは、防水加工が施され、畝Ｆが伸びる方向と略平行に、隣接する畝Ｆの間の地面上へ互いに一定間隔を置いて複数配置される。このような配置にすることにより、個々の上部光源２ａ、側部光源２ｂ、又は下部光源２ｃの光照射範囲に対して作物Ｐがより広い範囲に亘って連なっている場合であっても、作物Ｐに対して効率良く光を照射することが可能となる。なお、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは、ホローライトガイド方式の照明器具、光ファイバ、又は細長い形状に成形されたＥＬ器具等の連続光源から構成されてもよい。

上部光源２ａ、側部光源２ｂ、及び下部光源２ｃの配光及び光量は、作物Ｐの生育に合わせて調節される。例えば、初期の生育ステージにおいて作物Ｐがあまり生育しておらずまだ小さい場合、作物Ｐから離れた上部光源２ａは消灯され、作物Ｐとの距離が近い側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは点灯される。このとき、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは、それらの取付角度等が調節されることにより配光が狭く設定され、作物Ｐに対して集中的に光を照射することができるよう配置されることが好ましい。また、初期の生育ステージにある作物Ｐは、枝葉が未だ十分に発達していないため、作物Ｐに対して照射される光は、光量が低くても作物Ｐの全体に行き渡り得る。そのため、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは、照射する光の光量を下げてもよい。

他方、作物Ｐが大きく成長した場合には、上部光源２ａ、側部光源２ｂ、及び下部光源２ｃのすべてが点灯される。このとき、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは、それらの取付角度等が調節されることにより配光が広く設定され、作物Ｐの広い範囲に対して光を照射することができるよう配置されることが好ましい。また、成長が進んだ作物Ｐは、背が高くなり、かつ多くの枝葉を持ち得るため、作物Ｐに対して照射される光は、高い光量でなければ作物Ｐの隅々まで行き渡らない。そのため、上部光源２ａ、側部光源２ｂ、及び下部光源２ｃは、照射する光の光量を増加させることが好ましい。

以上のように構成された作物育成システム１は、通年利用することが可能であるが、自然光（太陽光）が減少する秋から春先にかけての短日期において特に有効に用いることができる。

作物育成システム１が作物Ｐに与える成長（伸長）促進効果は、作物Ｐとしてキクの１種であるセイプリンス及びマリーゴールドを用いて検討された。これらのキクは、１２月末に定植された後、翌年４月の収穫まで略４ヵ月間栽培された。この間、キクの栄養生長を維持するため、白熱灯による深夜４時間の暗期中断が定植後から開始され、キクの草丈が２０ｃｍ以上となった定植開始略４５日後の２月初めまで継続された。その後、キクを生殖生長に移行させると同時に、光源２によるキクへの光照射が開始され、この光照射はキクが開花するまで継続された。光源２としては遠赤色ＬＥＤが用いられ（図２参照）、３０個／ｍ^２の密度でキクの上方に配置された。

光源２によるキクへの光照射は、図６のように行われた。図６は、太陽光及び光源２から照射された遠赤色光の照射パターンを示す。太陽光の相対放射強度は、日出と共に徐々に増加し、日中略一定に保たれた後、日没が近づくにつれて減衰する。光源２からの光照射は、日没と共に開始され、略０．０１〜０．０５Ｗ／ｍ^２の放射照度範囲内で放射照度を線形的に徐々に増加させながら３時間継続された。その結果、表１の実施例に示されるように、太陽光及び光源２からの遠赤色光照射を受けたセイプリンスは、平均８７日で茎丈８０ｃｍ以上に達した。

これに対し、図７に示されるように、セイプリンスに太陽光のみを照射した場合（比較例１）には、表１の比較例1に示されるように、セイプリンスは茎丈８０ｃｍ以上となるのに平均１０５日を要した。また、図８に示されるように、セイプリンスに太陽光及び略０．０３Ｗ／ｍ^２の一定放射照度で遠赤色光を日没直後から３時間照射した場合（比較例２）には、表１の比較例２に示されるように、茎丈８０ｃｍ以上となるのに平均９２日を要した。ここで、比較例２においてセイプリンスへ照射された遠赤色光の積算エネルギ（図８のパターン塗りつぶし領域の面積で表される）は、本実施例において照射された遠赤色光の積算エネルギ（図６のパターン塗りつぶし領域の面積で表される）とほぼ等しい。

以上の結果より、まず、光源２から照射される遠赤色光は、顕著にセイプリンスの成長を促進することが分かった。更に、同程度のエネルギを持つ遠赤色光をセイプリンスに照射する場合には、一定放射照度で光を照射するよりも、放射照度を線形的に徐々に増加させながら照射する方が、セイプリンスの成長をより効率的に促進することができることが明らかとなった。

上述と同様の効果が、マリーゴールドに対しても得られた。表２に示されるように、本実施例において太陽光及び放射照度が徐々に増加していく遠赤色光の照射を受けたマリーゴールドは、平均８５日で茎丈８０ｃｍ以上に達した。これに対し、比較例１において太陽光のみの照射を受けたマリーゴールドは、茎丈８０ｃｍ以上となるのに１０２日を要し、比較例２において太陽光及び一定放射照度の遠赤色光照射を受けたマリーゴールドは、茎丈８０ｃｍ以上となるのに９１日を要した。従って、ここでも、遠赤色光の放射照度を徐々に増加させることにより、マリーゴールドの成長をより効率的に促進することができることが明らかとなった。

本実施例では、光源２は放射照度が線形的に増加していく遠赤色光を発するように設定されているが、光源２の光照射様式はこれに限定されない。光源２は、例えば、図９に示されるように、放射照度が段階的に増加していく遠赤色光を発してもよい。

本実施形態に係る作物育成システム１は、一定放射照度で作物Ｐに対して光を照射する従来の装置又は方法と異なり、放射照度を徐々に増加させながら作物Ｐに対して光を照射するものである。これにより、従来技術と比較してより効率的に作物Ｐの成長を促進することができる。具体的には、作物育成システム１によれば、キクの成長を比較例１と比べて１７〜１８日、比較例２と比べて５〜６日早めることができる。そのため、キクの栽培サイクルを短くすることが可能となり、一定期間内に収穫し得るキクの量を増加させることができる。

なお、本発明に係る作物育成システムは、種々の変形が可能である。例えば、光源の点灯時期は、本実施形態で用いられた日没後３時間に限定されず、終夜点灯であってもよいし、夜中断続的に点灯されてもよい。また、設置される光源の数及び配置は、本実施例のものに限定されず、栽培される作物の特性に応じて調整され得る。

１作物育成システム
２光源
３制御部
４時間設定部

Claims

波長域６８５〜７８０ｎｍにピーク波長を持つ光を照射する光源と、
前記光源の光照射動作を制御する制御部と、
前記制御部に対して前記光源の光照射動作させる時間帯を任意に設定する時間設定部と、を備え、
前記時間設定部は、日没後に前記光源が光照射を開始するように設定され、
前記制御部は、前記光源の光照射量を時間経過と共に徐々に増加させていくように制御することを特徴とする作物育成システム。
前記制御部は、前記光源の光照射量の増加分を少なくとも前記光源の初期光照射量の２倍以上となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の作物育成システム。
前記時間設定部は、前記光源の光照射開始から一定時間経過後に前記光源の光照射を終了するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の作物育成システム。
前記光源は、０．０１〜０．１５Ｗ／ｍ^２の放射照度範囲内で光を照射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の作物育成システム。