JP2014064479A - Ｌｅｄ光源を用いた植物の栽培方法および栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特にイチゴにおいて、糖度とビタミンＣ量が豊富であって、また、光源の電力が省エネルギーであるＬＥＤ光源を用いた植物の栽培方法および栽培装置を提供する。
【解決手段】植物に照射する光源を、固定された光源として蛍光灯と、移動する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と、波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源とを用い、蛍光灯の光量子束密度を０〜２００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との合計した光量子束密度を２００〜４００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、更に赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と、青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との比率を２対１から１０対１の範囲とし、かつ、赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源の照射を連続照射またはパルス照射とし、蛍光灯の照射を同一時間内において連続照射とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、固定された蛍光灯光源と、固定された赤ＬＥＤ光源と青ＬＥＤ光源または移動する赤ＬＥＤ光源と青ＬＥＤ光源とを、あるいは太陽光と、固定された赤ＬＥＤ光源と青ＬＥＤ光源または移動する赤ＬＥＤ光源と青ＬＥＤ光源とを植物に与え、前記赤ＬＥＤ光源と、青ＬＥＤ光源の光の照明を、連続照射あるいはパルス照射で行い、植物の収穫量が多く、特にイチゴ栽培において、糖度とビタミンＣ量が従来より豊富であって、また、ＬＤＥ光源の使用電力が省エネルギであるＬＥＤ光源を用いた植物への照射方法および照射装置関する。

従来から、赤ＬＥＤ光源、青ＬＥＤ光源、その他の光源を植物に照射し、植物の育成を助長する技術に関しては、各種公開されている。

特許文献１によれば、波長が６２０〜６８０ｎｍの発光ダイオードと、波長が７００〜７６０ｎｍの発光ダイオードと、波長が４００〜５００ｎｍの発光ダイオードを植物に照射する植物の照射方法について記載されている。

特許文献２によれば、波長が６００〜７５０ｎｍの赤色光のみ、もしくは、波長が４００〜５００ｎｍの青色光とを併用して、パルス光にて植物に照射する植物の照射方法について記載されている。

特許文献３によれば、波長が６２０〜７５０ｎｍの赤色光、もしくは、波長が４００〜４８０ｎｍの青色光とを同時に、もしくは交互に点灯し、植物に照射する植物の照射方法について記載されている。

特許文献４によれば波長が２５０〜３７５ｎｍの紫外光と、波長が６００〜７５０ｎｍの赤色光と、波長が４１０〜４６０ｎｍの青色光と、波長が５５０〜５８５ｎｍの黄色光の少なくとも１つを植物に照射する植物の照射方法について記載されている。

特開平５−１１５２１９号公報 特開平８−２４２６９４号公報 特開平８−１０３１６７号公報 特開２００１−２８９４７号公報

特許文献１では、具体的な植物については、記載されておらず、波長が６２０〜６８０ｎｍの発光ダイオードと、波長が７００〜７６０ｎｍの発光ダイオードと、波長が４００〜５００ｎｍの発光ダイオードを植物に照射した効果については開示されていないという問題点があった。

特許文献２では、パルス光にて、植物工場の消費電力を行い、その結果としてレタスの収量について記載されているが、他の一般の植物について、同様の効果があるかどうかデータは、開示されていないという問題点があった。

特許文献３では、波長が６２０〜７５０ｎｍの赤色光、もしくは、波長が４００〜４８０ｎｍの青色光とを同時に、もしくは交互に点灯してはいるが、具体的な植物に対しての、品質への効果については記載されていないという問題点があった。

特許文献４では、植物をイチゴ、トマト、キノコとしており、図３にイチゴの糖度比較、図６にトマトの糖度比較が記載されているが、４種類もの多種類の、発光ダイオードを準備する必要があるという問題点があった。

本発明の課題は、特にイチゴにおいて、従来よりも、糖度とビタミンＣ量が豊富であって、また、光源に使用する電力が省エネルギであり、栽培場所をとらない光源の電力が省エネルギーであるＬＥＤ光源を用いた植物の栽培方法および栽培装置を提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、植物の栽培において、前記植物に照射する光源を、第１の光源として、太陽光、あるいは固定された光源として蛍光灯を用い、第２の光源として、固定された光源あるいは移動する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源とを用い、前記蛍光灯の光量子束密度を０〜２００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との合計した光量子束密度を２００〜４００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、
更に赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と、青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との比率を２対１から１０対１の範囲とし、かつ、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源の照射を連続照射あるいはパルス照射とし、前記蛍光灯の照射を同一時間内において連続照射とすることを特徴とする植物の栽培方法である。

ここで、前記第１の光源である、太陽光、あるいは固定された光源として蛍光灯は、植物の成長にかかわる主要な光源であり、一方、第２の光源である、固定された光源あるいは移動する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源は、植物の成長を補助する光源である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記赤色ＬＥＤ光源と、青色ＬＥＤ光源は、放射角度を１０度〜６０度の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の植物の栽培方法である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源からのパルス照射においてパルス照射周期を１００〜１６００μｓ、パルス幅を５０〜８００μｓとすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の植物の栽培方法である。

本発明の請求項４に係る発明は、前記植物がイチゴであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の植物の栽培方法である。

本発明の請求項５に係る発明は、植物に照射する光源として、第１の光源を、太陽光あるいは固定された光源として蛍光灯とし、第２の光源を、固定された光源あるいは移動する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源とし、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源との駆動回路と、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源とを移動する移動装置とで構成される植物の栽培装置であって、前記蛍光灯の光量子束密度が０〜２００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓであり、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との合計の光量子束密度が２００〜４００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓでありとし、前記駆動回路は、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と、前記青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との比率を２対１から１０対１の範囲であり、かつ、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源からの照射が連続照射あるいはパルス照射とされ、前記蛍光灯の照射を同一時間内において連続照射されることを特徴とする植物の栽培装置である。

本発明の請求項６に係る発明は、前記赤色ＬＥＤ光源と、青色ＬＥＤ光源は、その放射角度を１０〜６０度とすることを特徴とする請求項５記載の植物の栽培装置である。

本発明の請求項７に係る発明は、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源からのパルス照射においてパルス照射周期を１００〜１６００μｓ、パルス幅を５０〜８００μｓとすることを特徴とする請求項５または６記載の植物の栽培装置である。

本発明の請求項８に係る発明は、前記植物がイチゴであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の植物の栽培装である。

請求項１の植物の栽培方法によれば、特にイチゴにおいて、従来よりも糖度とビタミンＣ量が豊富であって、また、光源の電力が省エネルギーであるＬＥＤ光源を用いた植物の栽培方法を提供できる。
請求項２から４の植物の栽培方法によれば、植物工場において、光源の電力が省エネルギーであるＬＥＤ光源を用いた植物の栽培方法を提供できる。

請求項５の植物の栽培装置によれば、特にイチゴにおいて、従来よりも糖度とビタミンＣ量が豊富であって、また、光源の電力が省エネルギーであるＬＥＤ光源を用いた植物の栽培装置を提供できる。
請求項６から８による植物の栽培装置によれば、植物工場において、光源の電力が省エネルギーであるＬＥＤ光源を用いた植物の栽培装置を提供できる。

本発明によれば、特にイチゴにおいて、従来よりも糖度とビタミンＣ量が豊富であって、また、光源の電力が省エネルギーであるＬＥＤ光源を用いた植物の栽培方法および栽培装置を提供することができる。

蛍光灯単独、および蛍光灯と青ＬＥＤの組み合せ、蛍光灯と赤ＬＥＤとの組み合わせ、ならびに蛍光灯と赤青ＬＥＤ混合との組み合わせによるイチゴ栽培の図。 蛍光灯単独、および蛍光灯と青ＬＥＤの組み合せ、蛍光灯と赤ＬＥＤとの組み合わせ、ならびに蛍光灯と赤青ＬＥＤ混合によるイチゴの収量対経過時間の図。 蛍光灯と、赤青ＬＥＤの各照射条件との組み合わせにおけるイチゴの収量対経過時間の図。 蛍光灯と、赤青ＬＥＤの各照射条件との組み合わせにおけるイチゴと糖度との関係の図。 蛍光灯と、赤青ＬＥＤの各照射条件との組み合わせにおけるイチゴとビタミンＣの量との関係の図。 本発明の植物の栽培装置の図 ＬＥＤ光源収納箱の図。

本発明の植物の栽培方法は、植物に照射する光源を、第１の光源として、太陽光、あるいは固定された光源として蛍光灯を用い、第２の光源として、固定された光源、あるいは移動する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源とを用い、前記蛍光灯の光量子束密度を０〜２００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との合計した光量子束密度を２００〜４００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、更に赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と、青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との比率を２対１から１０対１の範囲とし、かつ、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源の照射を連続照射あるいはパルス照射とし、前記蛍光灯の照射を同一時間内において連続照射とすることを特徴とする植物の栽培方法である。

この場合は、固定された光源として蛍光灯を用い、追加する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と、波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源を用いる、

ここで、光量子束密度が、２００未満の場合は、植物の生育が不足する不具合があり、４００を超えると、光源の消費電力が増加するという不具合が起こる。

また、本発明の植物の栽培装置は、植物に照射する光源として、第１の光源を、太陽光あるいは固定された光源として蛍光灯とし、第２の光源を、固定された光源あるいは移動する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源とし、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源との駆動回路と、
前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源とを移動する移動装置とで構成される植物の栽培装置であって、前記蛍光灯の光量子束密度が０〜２００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との合計の光量子束密度が２００〜４００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、前記駆動回路は、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と、前記青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との比率を２対１から１０対１の範囲とし
かつ、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源からの照射が連続照射あるいはパルス照射とされ、前記蛍光灯の照射を同一時間内において連続照射されることを特徴とする植物の栽培装置である。

この場合は、固定された光源として蛍光灯を用い、追加する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と、波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源を用いる、

ここで、光量子束密度が、２００未満の場合は、植物の生育が不足する不具合があり、４００を超えると、光源の消費電力が増加するという不具合が起こる。

本発明のＬＥＤ光源を用いた植物の栽培方法および栽培装置の実施例について、以下説明する。

（実施例１）
本実施例１は、固定された蛍光灯単独の場合、および固定された蛍光灯と固定された赤ＬＥＤまたは青ＬＥＤの場合、ならびに固定された蛍光灯と、固定された赤青ＬＥＤ組み合わせによる場合のイチゴの栽培に関する。ここでは、光量子束密度を、200μｍｏｌ／ｍ^２・ｓ（蛍光灯＋赤ＬＥＤ＋青ＬＥＤ）に設定した。

図１は、実施例１での植物の栽培の図である。対象となる植物（イチゴ）１の近傍上部に、ＬＥＤ光源収納箱２が、固定されている。
前記ＬＥＤ光源収納箱２内には、赤色ＬＥＤ３ａ，３ｂが、青色ＬＥＤ４ａ，４ｂが配置されている。なお、蛍光灯は、植物全体を照射できるよう装置側面に固定されている。
なお、図７は、ＬＥＤ光源収納箱の図の詳細である。多数のＬＥＤが配列された状態である。
なお、表３に、栽培条件を示す。

表１は、各試験区の条件を示した内容であり、蛍光灯＋赤ＬＥＤ＋青ＬＥＤでの光量子束密度の合計を２００μｍｏｌ／ｍ２・ｓとした場合である。
なお、混合補光区においては、赤ＬＥＤと青ＬＥＤとの比率は、３：１に設定した。

図２は、 表１に示した試験区に基づいた、蛍光灯単独（対照区）、および赤青ＬＥＤ単独、ならびに蛍光灯と赤青ＬＥＤとの組み合わせ（混合補光）によるイチゴの収量対経過時間の図である。
図２より、イチゴの収量に関しては、混合補光→対照区→青ＬＥＤ補光区→赤ＬＥＤ補光区の順番となっている。
蛍光灯のみの対照区は、赤青ＬＥＤ単独よりも、イチゴの収量の面では、優れていることが判明した。

また、表２は、表１に示した試験区に基づいた、蛍光灯単独（対照区）、および赤青ＬＥＤ単独、ならびに蛍光灯と赤青ＬＥＤとの組み合わせ（混合補光）によるイチゴの収量、一果重、糖度、ビタミンＣの表である。

表２の結果によれば、青ＬＥＤ、赤ＬＥＤ混合補光区は、対照区に比べて、イチゴの生育や収量に効果が見られ、また、青ＬＥＤ補光、赤ＬＥＤ補光区では、育成が抑制された。
また、ビタミンＣ量は、赤補光区、混合補光区で増加し、対照区に比べ約１４％増加している。しかし、糖度、ビタミンＣ量ともに、全体的に低かった。

（実施例２）
本実施例２は、固定された蛍光灯と、固定されたＬＥＤの組み合わせによるイチゴ植物の栽培に関し、先の実施例１よりも、光量子束密度を増加し、300μｍｏｌ／ｍ^２・ｓ（蛍光灯＋赤ＬＥＤ＋青ＬＥＤ）とした場合の結果である。

図1が、実施例1と同様、実施例２での栽培の図である。対象となる植物（イチゴ）１の近傍上部に、ＬＥＤ光源収納箱２が、固定されている。前記ＬＥＤ光源収納箱２内には、赤色ＬＥＤ３ａ，３ｂが、青色ＬＥＤ４ａ，４ｂが配置されている。なお、蛍光灯は、植物全体を照射できるよう装置側面に固定されている。なお、図７は、ＬＥＤ光源収納箱の図の詳細である。多数のＬＥＤが配列された状態である。

赤色ＬＥＤ光源と、青色ＬＥＤ光源は、その放射角度を１０度〜６０度の範囲としている。
放射角度が１０度未満では、植物の与える光源の領域が狭くなるという不具合があり、
また、放射角度が６０度を超えると、植物に与える光源の密度が低くなるという不具合がある。

表４に、イチゴ栽培における、赤ＬＥＤ，青ＬＥＤの各照度の条件を示す。
ここで蛍光灯の光量子束密度は、１５０μｍｏｌ／ｍ^２・ｓ、赤ＬＥＤ＋青ＬＥＤの合計の光量子束密度は、１５０μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとしており、合計の光量子束密度を、300μｍｏｌ／ｍ^２・ｓ（蛍光灯＋赤ＬＥＤ＋青ＬＥＤ）に設定した。
赤青３：１のパルス照射の条件は、パルス照射周期を４００μｓ、パルス幅を２００μｓとした。なお、赤：青３：１は、ＬＥＤの光量子束密度の比とした。

表５に試験結果を示す。
また、図３に各条件におけるイチゴの収量対経過時間の関係を示す。
図４に糖度の比較データ、図５にビタミンＣ量の比較データを示す。
図３の結果では、収量の面では、赤青（１：１）の場合が最も優れている。

図４の結果より、イチゴの糖度が最も優れているのは、赤青（３：１）であり、ついで赤青（５：１）、赤青（３：１）パルス照射が、ほぼ同等で、赤青（３：１）に続いており、次に、赤青（１：１）の順番となっている。

また、図５の結果より、ビタミンＣの量が最も多いのは、赤青（３：１）と赤青（５：１）
であって、ついで、赤青（３：１）パルス照射が続き、次に赤青（１：１）の順番となっている。

（実施例３）
本実施例３は、太陽光と、移動するＬＥＤの組み合わせによるハウスにおけるイチゴの栽培に関する。
赤ＬＥＤ＋青ＬＥＤの光量子束密度を、300μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとした場合の結果である。

図６は、実施例３での植物の栽培装置の図である。栽培ペット１０の上の、対象となる植物（イチゴ）１が、所定の間隔を有して、配置されている。前記植物の近傍上部に、ＬＥＤ光源収納箱２が、移動できるように配置されている。前記ＬＥＤ光源収納箱３内には、赤色ＬＥＤ３ａ，３ｂが、青色ＬＥＤ４ａ，４ｂが配置されている。
なお、図６には、太陽光を図示していないが、前記太陽光は、植物全体が照射されるよう
ハウス全体は、透明なビニールで覆われている。なお、図７は、ＬＥＤ光源収納箱の図の詳細である。多数のＬＥＤが配列された状態である。

赤色ＬＥＤ光源と、青色ＬＥＤ光源は、その放射角度を１０度〜６０度としている。
放射角度が１０度未満では、植物の与える光源の領域が狭くなるという不具合があり、
また、放射角度が６０度を超えると、植物に与える光源の密度が低くなるというの不具合がある。

ＬＥＤ光源収納箱の移動速度は、表６に示すように、５ｍ／分である。ＬＥＤ光源収納箱は、栽培ベッドの上を往復移動して照射する。

表６に、試験区に関する一覧表、表７は、各試験区における、イチゴの収量、糖度、ビタミンＣ量の比較である。
表７にて、ＬＥＤ（混合30度）の場合は、赤：青＝３：１の場合は、糖度、およびビタミンＣ量は、先の実施例２（蛍光灯）の場合の赤：青＝３：１の場合と同等のレベルが達成された。

本発明によれば、特にイチゴにおいて、糖度とビタミンＣ量が豊富であって、また、光源の電力が省エネルギーであるＬＥＤ光源を用いた植物の栽培方法および栽培装置を提供することができ、植物工場の効率化に寄与する。
更に、蛍光灯の場合、また太陽光の場合の両方にも適用できる、汎用性に優れた栽培方法および栽培装置を提供できる。

１ 植物（イチゴ）
２ ＬＥＤ光源収納箱
３ａ，３ｂ 赤色ＬＥＤ
４ａ，４ｂ 青色LED
５ 蛍光灯
６ ＬＥＤ光源収納箱の移動方向
１０ 栽培ベット

Claims (8)

1. 植物の栽培において、前記植物に照射する光源を、第１の光源として、太陽光、あるいは固定された光源として蛍光灯を用い、
   第２の光源として、
   固定された光源、あるいは移動する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源とを用い、
   前記蛍光灯の光量子束密度を０〜２００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との合計した光量子束密度を２００〜４００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓとし、
   更に赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と、青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との比率を２対１から１０対１の範囲とし、
   かつ、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源の照射を連続照射あるいはパルス照射とし、
   前記蛍光灯の照射を同一時間内において連続照射とすることを特徴とする植物の栽培方法。
2. 前記赤色ＬＥＤ光源と、青色ＬＥＤ光源は、放射角度を１０度〜６０度の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の植物の栽培方法。
3. 前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源からのパルス照射において
   パルス照射周期を１００〜１６００μｓ、パルス幅を５０〜８００μｓとすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の植物の栽培方法。
4. 前記植物がイチゴであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の植物の栽培方法。
5. 植物に照射する光源として、
   第１の光源を、太陽光あるいは固定された光源として蛍光灯とし、
   第２の光源を、固定された光源あるいは移動する光源として波長が６００〜７５０ｎｍの赤色ＬＥＤ光源と波長が４００〜５００ｎｍの青色ＬＥＤ光源とし、
   前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源との駆動回路と、
   前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源とを移動する移動装置とで構成される植物の栽培装置であって、
   前記蛍光灯の光量子束密度が０〜２００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓであり、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との合計の光量子束密度が２００〜４００μｍｏｌ／ｍ^２・ｓであり、
   前記駆動回路は、前記赤色ＬＥＤ光源の光量子束密度と、前記青色ＬＥＤ光源の光量子束密度との比率を２対１から１０対１の範囲であり、
   かつ、前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源からの照射が連続照射あるいはパルス照射であり、
   前記蛍光灯の照射を同一時間内において連続照射されることを特徴とする植物の栽培装置。
6. 前記赤色ＬＥＤ光源と、青色ＬＥＤ光源は、その放射角度を１０〜６０度とすることを特徴とする請求項５記載の植物の栽培装置。
7. 前記赤色ＬＥＤ光源と青色ＬＥＤ光源からのパルス照射において
   パルス照射周期を１００〜１６００μｓ、パルス幅を５０〜８００μｓとすることを特徴とする請求項５または６記載の植物の栽培装置。
8. 前記植物がイチゴであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の植物の栽培装。

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