JP2013198484A

JP2013198484A - 植物の栽培方法

Info

Publication number: JP2013198484A
Application number: JP2013033632A
Authority: JP
Inventors: Michio Kanaji; 通生金地; Kei Kojima; 圭小嶋
Original assignee: AGRICAL SYSTEM KK; SAKURAI KK; Kobe University NUC
Current assignee: AGRICAL SYSTEM KK; SAKURAI KK; Kobe University NUC
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】発光ダイオードを光源とするパルス光を利用して、効率よく植物の生育性を向上させる方法を提供する。
【解決手段】赤色発光ダイオード及び青色発光ダイオードの組み合わせである発光ダイオードを光源とするパルス光を、植物に対し８０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上照射する。
【選択図】なし

Description

本発明は、植物の栽培方法に関する。

近年、植物栽培の人工光源としての発光ダイオードが注目されている。発光ダイオードは長寿命であり、また、熱の発生が少ないので植物に近接させて照明することができ、照明効率を大幅に向上させることができる。

特許文献１には、光半導体を光源として周期０．５μｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃ、デューティー比（ＤＴ比）２０〜６０％の範囲のパルス光を照射することによる植物の栽培方法が記載されている。特許文献２には、白色光の発光ダイオードを光源として、周期２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、デューティー比２０〜７０％の範囲のパルス光を照射するものを用いて植物を栽培する方法が記載されている。

特開平８−２４２６９４号公報国際公開第２００２／０６７６６０号

しかし、特許文献１及び２の技術では、植物の生育性の向上を十分に行うことができなかった。

本発明は、発光ダイオードを光源とするパルス光を利用して、効率よく植物の生育性を向上させる方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の発明を提供する。
〔１〕発光ダイオードを光源とするパルス光を、植物に対し８０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上照射する、植物の栽培方法。
〔２〕発光ダイオードが、赤色発光ダイオード及び青色発光ダイオードの組み合わせである、上記〔１〕に記載の植物の栽培方法。
〔３〕赤色発光ダイオード：青色発光ダイオードの比率が６：１〜２：１である、上記〔２〕に記載の植物の栽培方法。
〔４〕植物が、レタス又はコマツナである、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載の植物の栽培方法。
〔５〕発光ダイオードを光源とするパルス光を、植物に対し８０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上照射する、植物の育成性を向上させる方法。

本発明によれば、植物の生育性を効率よく向上させることができる、植物の栽培方法が提供される。本発明は、植物工場、野菜工場等でのいわゆる工場栽培、育苗装置などを用いた栽培において有用である。また、本発明は、発熱が少ないので、植物に光源を近づけることができるとともに、空調費用などを削減できる。

図１は、実施例１〜５におけるリーフレタスの生育量を示すグラフである。図２は、実施例６〜１２におけるリーフレタスの生育量を示すグラフである。図３は、実施例１３〜１９におけるリーフレタスの生育量を示すグラフである。図４は、実施例６におけるリーフレタスの生育の様子を示す図である。図５は、連続照射下におけるリーフレタスの生育の様子を示す図である。図６は、実施例１４におけるコマツナの生育の様子を示す図である。図７は、連続照射下におけるコマツナの生育の様子を示す図である。

本発明の栽培方法においては、発光ダイオードを光源とするパルス光を、植物に対し照射して、植物を栽培する。

本発明においては、発光ダイオードを光源として用いる。

発光ダイオードを光源とするパルス光の植物への照射量は、８０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上であり、１２０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上であることが好ましく、１５０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上であることがより好ましい。また上限は特に限定されないが、通常は３００μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以下であり、好ましくは２００μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以下である。植物への照射量は、光合成光量子束密度(ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｐｈｏｔｏｎｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙ（ＰＰＦＤ値）が光合成光量子束密度として測定することができる。

本発明においてパルス光とは、短時間の照射を周期的に繰り返す光を意味する。パルス光の周期は１ｍｓｅｃを超えることが好ましく、２ｍｓｅｃを超えることがより好ましく、２０ｍｓｅｃを超えることが更に好ましい。パルス光の周期の上限は特に限定されないが、通常は６００ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。

発光ダイオードのパルス光の周期は特に制限されないが、植物の種類、栽培条件等によって適宜調整することができる。例えばレタスの場合には、１〜２００ｍｓｅｃであることが好ましく、１〜１００ｍｓｅｃであることがより好ましく、２〜２０ｍｓｅｃであることが更に好ましい。コマツナの場合には、１〜７００ｍｓｅｃであることが好ましく、１〜６００ｍｓｅｃであることがより好ましく、２〜６００ｍｓｅｃであることが更に好ましい。

発光ダイオードには特に限定はない。発光ダイオードは、例えば、赤色発光ダイオード、橙色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオード、白色発光ダイオードなどがあり、これらから選ばれる一種を単独で、或いはこれらから選ばれる二種以上を組み合わせて用いることができる。このうち、赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードの組み合わせが好ましい。赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードの組み合わせを用いる場合においては、赤色発光ダイオード：青色発光ダイオードの比率が６：１〜２：１の使用比率とすることが好ましく、５：１〜２：１の使用比率とすることがより好ましい。赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードの比率を変化させることにより、植物の生理機能の活性化も期待できる。

発光ダイオードの発光波長は特には問わないが、赤色発光ダイオードのピーク発光波長は６６０ｎｍであることが好ましく、青色発光ダイオードのピーク発光波長は４５５ｎｍであることがより好ましい。

発光ダイオードの装置のタイプは限定されない。発光ダイオードは蛍光灯などの照明に比べて熱放射、電力消費が少ないが、中でも、熱放射がより少ない発光ダイオードであることが好ましい。例えば、ＬＥＤ管の表面温度が環境温度に対して１０℃を超えないことが好ましく、９℃を超えないことがより好ましく、７℃を超えないことが更に好ましい。これにより、栽培の際の温度管理が容易となる。また、これにより植物に光源を近づけることができるとともに、空調費用などを削減できる。

発光ダイオードを光源として用いる際には、例えば、アルミフレームなどのフレーム上に適宜個数配置して発光ダイオードモジュールとして用いてもよい。

本発明においては、発光ダイオード以外の光源を組み合わせて用いてもよい。発光ダイオード以外の光源としては例えば、蛍光灯、電球形蛍光灯、高圧放電ランプ、メタルハライドランプ等が挙げられる。その場合には、パルス光の照射と他の光源からの照射とを別個に行う（例えば、それぞれの照射期間又は照射時間を分ける）ことが好ましい。

パルス光のデューティー比（ＤＴ比：１つの明期及び１つの暗期からなる周期１００％に対する、明期の割合）は、３０〜５０％であることが好ましい。

植物へのパルス光の照射期間も特に問わないが、例えば、栽培期間中継続して連続照射する方法、ある特定の時期（特定の時期は複数個であってもよい）に照射する方法などが挙げられる。照射を開始する時期は特に限定されないが、例えば、定植後から、育苗中から、その他生育途中から等とすることができる。照射を終了する時期も特に限定されないが、例えば野菜の場合は収穫時までとすることができ、花卉の場合は出荷時までとすることができる。

本発明において、パルス光の被照射部位は、植物の全体であってもよいし一部であってもよいが、少なくとも葉が含まれることが好ましい。

照射距離、すなわち、植物の被照射部位と光源の間の距離は、特に限定はなく、植物の照射部位において所定の放射照度が得られる距離を適宜設定することができる。

本発明において植物の栽培条件に特に制限はない。栽培場所は屋内外を問わず、例えば、露地栽培、ハウス栽培（ガラス製、プラスチック製等の、温室、ハウスなどでの栽培）でもよいが、一日の照射時間が長い場合には、太陽光の入らない場所（通常は屋内）での栽培であることが好ましい。また、栽培方式としては、例えば、培土を収容した容器（トレイ、ポット等）を用いて発芽及び育苗させた後圃場に定植し栽培する方法、スポンジキューブ上で発芽させた後水耕栽培する方法、養分を含んだ寒天上で無菌的に組織培養し育苗する方法等が挙げられる。

本発明において照射の対象である植物は特に限定されないが、例えば、野菜、果物、花卉が挙げられる。また、植物の用途も特に限定されず、例えば、観葉用、食用などのいずれであってもよい。

野菜としては、例えば、ゴボウ、コマツナ、サトイモ、シュンギク、セリ、ダイコン、ニンジン、ネギ、ハクサイ、ホウレンソウ、チンゲンサイ、ヤマイモ、レンコン、タマネギ、キャベツ、ジャガイモ、レタス、キュウリ、ナス、トマト、ブロッコリ、カリフラワ、アスパラガス、カブ、もやし、しいたけ、イチゴ、スイカ、メロン等が挙げられる。

果物としては、例えば、サクランボ、モモ、スイカ、メロン、ナシ、かんきつ類（みかん、グレープフルーツ、オレンジ、いよかんなど）、キウイフルーツ、カキ等が挙げられる。

花卉としては、例えば、キク、バラ、シクラメン、ラン、ユリ、ツツジ、ゼラニウム、キキョウ、スイートピー、カーネーション、セントポーリア、スミレ、アブラナ、ケシ、アヤメ、スイセン、アネモネ、ジンチョウゲ、アジサイ等が挙げられる。

これらのうち、葉を食用とする野菜が好ましく、レタス、コマツナがより好ましい。レタス（ＬａｃｔｕｃａｓａｔｉｖａＬ．）としてはヘッドレタス（Ｌ．ｓ．ｖａｒ．ｃａｐｉｔａｔａ、サラダ菜など)、リーフレタス（Ｌ．ｓ．ｖａｒ．ｃｒｉｓｐａ）、立ちレタス（Ｌ．ｓ．ｖａｒ．ｌｏｎｇｉｆｏｌｉａ）、カッティングレタス（Ｌ．ｓ．ｖａｒ．ｃｒｉｓｐａ）、ステムレタス（Ｌ．ｓ．ｖａｒ．ａｎｇｕｓｔａｎａ）が例示される。コマツナ（Ｂｒａｓｓｉｃａｒａｐａｖａｒ．ｐｅｒｖｉｒｉｄｉｓ）には早生、中生、晩生の３系統に分類され、地方品種、早採りコマツナなどもあるが、いずれであってもよい。

以下、実施例により、本発明を更に具体的に説明する。

実施例１〜５
リーフレタスを用いて照射試験を行い、成育への照射の影響を観察した。リーフレタスは予め２２℃恒温室でセル成型育苗で栽培したものを用いた。各実施例のリーフレタスの数は、５株×３反復実験とした。

発光ダイオード（棒状蛍光灯型、赤色（発光ピーク波長６６０ｎｍ）４：青色（発光ピーク波長４５５ｎｍ）１の繰り返し配置）を光源とするパルス光をリーフレタスに照射した。パルス光は、２０μｓ／５０％（実施例１）、２００μｓ／５０％（実施例２）、２ｍｓ／５０％（実施例３）、２０ｍｓ／５０％ｄｕｔｙ（実施例４）又は２００ｍｓ／５０％ｄｕｔｙ（実施例５）とした。発光ダイオードの設置位置と植物体との距離は１０ｃｍであった。照射期間は３週間とし、２４時間照射した。植物の受光量は同一（ＰＰＦＤ値１５０〜２００μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）とした。

各実施例とも、恒温グロースチャンバー内にて、湛水水耕栽培中のリーフレタスに対して照射試験を行った。恒温グロースチャンバー内の温度は２２℃に設定し、水耕栽培は、大塚ハウス液肥Ａ処方（肥料濃度（ＥＣ）０．１３ｓ／ｍ、ｐＨ６．０、曝気）にて行った。

各実施例において、照射試験開始前及び終了後に、それぞれのリーフレタスの葉の面積（Ｌｅａｆａｒｅａ）、地上部重量（Ｔｏｐ）及び根重量（Ｒｏｏｔ）を測定した。そして、照射試験終了後の葉の面積、地上部重量及び根重量の、試験開始前のそれらに対する増加量を算出した。正常光（連続照射）における生育量を１００％とした場合の、各実施例のリーフレタスの相対的な生育量を算出し、生育量（％）とした。結果を図１に示した。

図１より、実施例のリーフレタスの生育量は、正常光のリーフレタスの生育量と比較して向上しており、特に実施例３〜４のリーフレタスの生育が顕著であることが分かる。この結果は、本発明の栽培方法により、植物の生育が顕著に促進されることを示している。

実施例６〜１９
完全閉鎖型人工光植物工場栽培のモデル試験として、神戸大学大学院農学研究科Ｄ２０４室内に４段の栽培棚を設置し、恒温（室内温度２５℃）下で葉菜類（リーフレタス、早採りコマツナ）の栽培試験を行った。光源ＬＥＤｓは赤色波長と青色波長を４：１に並べて繰り返し配置した熱放射の少ないＬｅｇｕＬＥＤを用いた。ＬＥＤ素子を７．５ｍｍ間隔（隣接するＬＥＤの中心間の距離）としたＬＥＤ管を、７７ｍｍピッチで並べた。

発芽後約２週間生育させた苗を口径約７ｃｍ×深さ約７ｃｍのビニールポットにベルムライト培地を入れて定植し、養液を底面吸水させた。養液は大塚ハウス液肥Ａ処方（ＥＣ０．１３Ｓ／ｍ、ｐＨ６．０、ベルムライト培地）を用いた。

照射量は受光量のＰＰＦＤ値が１２０〜１５０μｍｏｌ／ｍ²／ｓ、５０％ｄｕｔｙとした。照射は２０日間行い、２４時間照明とし、受光量は連続照射とパルス照射で等しくなるように、光量子センサー（ＬＩ−１９０Ｓ、Ｌｉ−ｃｏｒ社製）で確認して調節した。さらに植物体毎でも受光量を均一化するために、栽培期間中は２日毎にトレイ内でポット位置を無作為に移動させた。

ＬＥＤ管から１００ｍｍ直下における照射量（ＰＰＦＤ）は約２００μｍｏｌ／ｍ²／ｓ、ＬＥＤ管間で約１８０μｍｏｌ／ｍ²／ｓであるが、試験期間中は上記の通り植物とＬＥＤとの距離を調整して上記ＰＰＦＤ値となるように調整した。入力にあたるＬＥＤ管１本あたりの仕様電力は、６００ｍｍタイプのＬＥＤ管で５．８Ｗ、１２００ｍｍタイプのＬＥＤ管で１１．５Ｗであった。また、管の表面温度は、２２℃環境下で２８℃、２９℃環境下で３５℃であった（なお、蛍光灯の表面温度は、２２℃環境下で４０℃である）。

パルス光の周期は表１の通り、レタスは２ｍｓ（５００Ｈｚ）〔実施例６〕、２０ｍｓ（５０Ｈｚ）〔実施例７〕、２００ｍｓ（５Ｈｚ）〔実施例８〕、４００ｍｓ（２．５Ｈｚ）〔実施例９〕、６００ｍｓ（１．６７Ｈｚ）〔実施例１０〕、８００ｍｓ（１．２５Ｈｚ）〔実施例１１〕、１０００ｍｓ（１Ｈｚ）〔実施例１２〕とした。コマツナは２ｍｓ（５００Ｈｚ）〔実施例１３〕、２０ｍｓ（５０Ｈｚ）〔実施例１４〕、２００ｍｓ（５Ｈｚ）〔実施例１５〕、４００ｍｓ（２．５Ｈｚ）〔実施例１６〕、６００ｍｓ（１．６７Ｈｚ）〔実施例１７〕、８００ｍｓ（１．２５Ｈｚ）〔実施例１８〕、１０００ｍｓ（１Ｈｚ）〔実施例１９〕とした。

生育応答の評価は受光の影響を直接的に受けやすい葉の生長量（新鮮重と葉面積）について行った。生長量は、連続照射による成長量を１００％とした場合の各実施例の相対生長量として示した。結果を表１、図２および図３に示した。

リーフレタス、コマツナ共に栽培２０日間で生育量の増加が見られた。リーフレタスでは周波数が高くなるほど生育がより増大する傾向が見られ、実施例６（５００Ｈｚ（１ｍｓ点灯／１ｍｓ消灯）パルス照射）で最も生育が増大した（葉重で１１９％、葉面積で１３０％）。バラツキを考慮して有意な生育増加が認められるのは１１０％以上と考えると、５０Ｈｚ以上では顕著な生育効果が見られると言える。

コマツナでは実施例１３〜１６（周波数が１．６７〜５０Ｈｚの範囲）で顕著な生育増加（１１６〜１２５％）が見られた。中でも実施例１４（５０Ｈｚ）での増加が著しく、より効果的な生育条件であることが分かる。図４及び５には参考として、実施例６及び連続照射下におけるレタスの生育の様子をそれぞれ示した。図６及び７には参考として、実施例１４及び連続照射下におけるコマツナの生育の様子をそれぞれ示した。

Claims

発光ダイオードを光源とするパルス光を、植物に対し８０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上照射する、植物の栽培方法。
発光ダイオードが、赤色発光ダイオード及び青色発光ダイオードの組み合わせである、請求項１に記載の植物の栽培方法。
赤色発光ダイオード：青色発光ダイオードの比率が６：１〜２：１である、請求項２に記載の植物の栽培方法。
植物が、レタス又はコマツナである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の植物の栽培方法。
発光ダイオードを光源とするパルス光を、植物に対し８０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上照射する、植物の育成性を向上させる方法。