JP3878643B2

JP3878643B2 - 植物の栽培方法

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Publication number: JP3878643B2
Application number: JP2005068511A
Authority: JP
Inventors: 飛鳥森下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: JP2006246798A

Description

本発明は、植物の生長を促す栽培方法に関し、日照不足の改善や日照時間の延長、及び、茎や根の生育を促す最適な栽培方法の提供に関するものである。

青色発光ダイオード(青色LED)が実用化され、植物の栽培に赤、青、黄色の光の要素を考慮に入れた方法が提案され始めている。また、農業の工場生産化も一部始められており、その実用化のために活発な研究がなされている。その結果、赤色の光は植物の光合成に大きく作用し、青色の光は花芽の形成や光合成を促進させ、黄色い光は植物の生長にほとんど寄与しない事が知られている。しかし、現実にはまだ研究は始まったばかりであり、これからの研究が期待されている分野である。
特開２００２‐２４７９１９号公報特開２００２‐２７２２７２号公報

しかしながら、上記特許文献１，２の植物の栽培方法では、赤い光、青い光に対する研究と出願は不十分であるといえる。例えば、特開２００２‐２４７９１９号公報では、一年を通じての赤色や青色の光が植物の生育に及ぼす影響について調べているが、一日の曇りや雨の影響については触れられておらず、その時の赤色や青色の光の影響は何ら考慮されていない。また、梅雨や秋雨時の赤や青い光の変化や、その変化が植物の生長に及ぼす影響については何ら触れていない。
また、特開２００２‐２７２２７２号公報では、赤い光や青い光が植物の光合成に関係することや花芽の生育に影響することについては触れられているが、青い光が植物の茎や根の生長については何ら記載されていない。
また、工場におけるレタス栽培が始められているが、一日中赤色LEDによる照明のみである。昼間の太陽光は全く利用されていないため、エネルギーの利用効率が悪い。

本発明は、赤、青、黄色の光の要素に注目し、効率の良い日照不足の改善や日照時間の延長、及び、茎や根の生長を促す植物の栽培方法を提供することを目的とする。

曇ったり、雨が降ったりしている時は、太陽が陰り日の光が弱くなる。その時の光量の変化を近くに設置してある光量センサで検出することが好ましい。ここで光量は全光量を検出しても良いし、赤色と青色の光量を検出しても良い。この時不足した光量を天井の近くに設置された赤と青のLEDが多数並んだ補助光源を制御して不足分を補う。通常、雲が出ている時は赤い光の割合が２０％ほど減るので（図１参照）、この不足分を補うように赤色LEDを発光させる。また、雲が厚く雨が降ったりしている時は赤い光ばかりでなく青い光までも弱まる。その時は赤色LEDと青色LEDも発光させても良い。

青い光は主に根と茎の生長を促す。従って、大根や人参、ごぼうなど根菜類の野菜を育てる時やアスパラガスなどの茎を主とする野菜を育てる時は、青い光が重要であることが分かる。そこで、この発明の構成にある様に、補助光源の青色LEDを制御して、例えば１０％から２０％ぐらい青色の光を増やすことにより根や茎の生育を促すことが出来る。また、青い光は花芽の生長を促進させる。種子植物の場合発芽後、本葉が出る時期以降に青色LEDを発光させても良い。

曇りや雨の日の日照不足を効率よく補い、朝夕の時間帯や夜間で効率の良い照明を提供する事が出来るため、消費電力を低減し、植物の栽培コストを低く抑える事が出来る。

根菜類の野菜や茎を主とする野菜、及び、鉢花や観葉植物などの栽培をする時に茎や根の生長を促す照明を提供できる。

まず最初に、本発明に至った一日における赤、青、黄色の光の成分について調べた結果を実験１により説明する。
（実験1）

赤色、青色、黄色の光成分の割合が天候によってどのように変化するか、つまり晴れ、曇り、雨の時の赤、青、黄色の相対光強度を調べた。例えば、２００３年８月４日における一日の時刻にわたり相対光強度を調べたものが図１である。この日はほぼ一日中晴れていたが、１１時から１２時３０分ごろ雲が出て日が陰った。この曇りの時間帯以外は赤、青、黄色の光強度の割合はほぼ一定だったが、雲が出た時間帯は赤色の光の割合が晴れている時に比べて約１５％減り、その分黄色の光の割合が増えた。また、青色の光の割合は晴れても曇っても一日中ほとんど変わらなかった。この現象は次のように説明できる。赤色の光は波長が長いために雲の水分により吸収される量が増える。したがって、雲が出ると地上に届く赤い光の割合が減る。一方、青い光は波長が短いために雲により散乱する量が増えるので雲が出ると地上に到達する青い光も少し減るが、大きくは変化しない。それに対して、黄色の光は波長が赤と青の中間にあるために吸収も散乱もされにくいので、地上に到達する光の量は晴れても曇ってもほとんど変わらない。つまり、赤色の光が減少し、黄色の光の量が変わらなかったので黄色の光の割合が増えたのである。
また、夕方になると、太陽の光は斜めに入射するために、大気中を通る長さが長くなるために青い光だけではなく、黄色の光も散乱されて少なくなる。このために夕方には赤い光の割合が増える。この現象が夕焼けである。図１からも分かるように、１８時ごろ黄色の光が少なくなっているのはこのためである。
一方、図は省略するが雨が降った場合も同様の結果が得られている。雨が降り雲が厚くなった場合、地上に届く赤い光の割合は晴れた時に比べて２０％程度減る。

実験１の結果より次の事が分かる。
１）積雲程度の雲が出て日が陰ると赤い光の全光量に対する割合は、図１から分かるように雲が出る（１１時から１２時半）と晴れている時（例えば、８時〜１１時）に比べておよそ１５〜２０％程度減る。
２）黄色い光は、雲が出ると晴れている時に比べて１５％程度割合が増える。
３）夕方、８月は１８時頃になると、日中晴れている時に比べて黄色い光の割合が減る。
また、同様に雨が降ったときについても調べた。その結果、次の事が分かった。
４）晴れ、曇り、雨の日では赤い光の割合が変わり、晴れ＞曇り＞雨の順で赤い光は減る。
５）青い光の割合は、晴れでも曇りでも雨でも一日中ほとんど変わらない。

次に、赤、青、黄色の光が植物の生長に及ぼす影響について調べた結果を実験２により説明する。
（実験２）

カイワレダイコンの発芽と生長過程と光の関係について、茎と根の長さと重さを比較、観察した。容器に土を入れ、その土が被さるくらいに水入れ、その上からカイワレダイコンの種をまいたものに自然光、赤、青、黄色の光を当てた状態と光を当てない状態で一週間育てたものの発芽と生長について観察した。そのうち、発育の悪いものについては削除した。その結果を図２から図９に示した。図２は自然光を当てて育てたものの観察結果である。図中の番号は、カイワレダイコンの個体の番号である。

図３は光を当てない状態で育てたものの観察結果である。茎の長さの平均値を見て分かるように光を当てないで育てると、自然光を当てて育てたもの（図２参照）よりも茎が約２倍長かった。一方、全体の重さの平均値は同じだったが、茎の重さは自然光の約２倍であり、葉は小さく重さは自然光の半分であった。

図４は、赤い光の透過率はそのままで、青と黄色の光の透過率を４分１くらいに落として育てたものの観察結果である。茎の長さの平均値を見て分かるようにこの条件で育てると、自然光を当てて育てたもの（図２）よりも茎の長さが約１．５倍になった。

図５は、青と黄色の光をほとんど通さなくして育てたものの観察結果である。茎の長さと茎の重さの平均値を見て分かるようにこの条件で育てると、自然光を当てて育てたもの（図２）よりも茎の長さが約１．５倍であり、茎の重さは２倍になった。つまり、自然光で育てたものよりも茎が太い事が分かる。

図６は青い光の透過率はそのままで、赤と黄色の透過率を３分の１くらいに落として育てたものの観察結果である。根の長さと根の重さの平均値を見て分かるようにこの条件で育てると、自然光を当てて育てたもの（図２）と比べて、根の長さはほぼ同じであるが、根の重さが１．３倍になった。つまり、この条件で育てると自然光を当てて育てた時よりも根が１．３倍太くなる事が分かる。

図７は青い光の透過率はそのままで赤と黄色の光の透過率を６分の１くらいに落として育てたものの観察結果である。根の長さと根の重さの平均値を見て分かるように、この条件で育てると自然光を当てて育てたもの（図２）と比べて、根の長さはほぼ同じであるが、根の重さが１．５倍になった。つまり、この条件で育てると自然光を当てて育てた時よりも根が２倍になる事が分かる。

図８は黄色い光の透過率はそのままで赤と青の光の透過率を６分の１くらいに落として育てたものの観察結果である。茎の長さと重さ、根の長さと重さ、葉の重さの平均値を見て分かるように、この条件で育てると自然光を当てて育てたもの（図２）と比べると、どの長さも重さもほとんど同じである。

図９は赤と青の光をほとんど通さなくして育てたものの観察結果である。葉の重さの平均値を見て分かるようにこの条件で育てると、自然光を当てて育てたもの（図２）よりも葉の重さが約０．６倍になった。また、茎や根の長さと重さはほとんど変わらない。

その結果をまとめると図１０のようになった。
暗室に入れて育てると茎が長くなる。また青い光を当てて育てると根と茎の長さの比率は自然光を当てて育てたものと同じくらいの割合になる。それに対し、暗室で育てたもの、赤や黄色の光を当てて育てたものの根と茎の長さの比率は自然光で育てたものの半分くらいの割合である。つまり、根の生長を促すのは青い光である事が分かる。自然光を当てて育てたものは他の条件よりも茎の長さが短い。つまり、光のバランスを変えると茎が長くなることが分かる。次は重さに関して調べてみた。青い光を当てて育てると茎の単位長さあたりの重さが自然光で育てたものの約１．５倍である。また、青い光を当てて育てると根の単位長さあたりの重さが他の条件で育てたものの約２倍である。つまり、青い光は茎と根を生長させ、太くする作用がある。赤い光を当てて育てると葉が重くなる。これは赤い光が葉の生長を促し、葉緑素に作用するからである。

実験２の結果をまとめると以下のようになる。
１）赤い光は葉と茎を生長させ、葉緑素を作り光合成に作用する。
２）青い光は根と茎を太くする。特に根を太くさせ、側根を増やす。
３）黄色の光は植物の生長には作用しない。
４）自然光の色のバランスを変えると、茎が長くなる。

赤い光を当てて育てると茎と葉の生長が促されるので、レタスなどの葉物類の野菜に当てて育てると良い。赤と青い光を当てて育てると根と茎が太くなるので、大根や人参などの根菜類やアスパラガスなど主として茎を食べる野菜に当てると良い。また、鉢花や観葉植物などの生育には根や茎の生長も重要であるために赤い光と青い光を当てることは大切な条件となる。

次は具体的な実施例について説明する。図１１は農業工場における本発明の実施例である。農業工場（ビニールハウスも同様）の天井２には、太陽光７を取り入れる窓１があり、天井の近くには多数のLED３，４が並べられている補助光源が配置されている。前記多数のLEDは、赤色LED３、及び、青色LED４の二種類のLEDで構成されている。さらに生育される植物８が植えられており、その近くには光量を検出する光量センサ６が設けられている。光量センサ６の出力に応じて各LED３，４の光量が変化できるようにLED発光制御回路５によりLED３，４の発光強度を制御する。

空が曇っていたり雨が降った時は、赤色の光が減るので、光量センサ６により全光量、または、赤色と青色の光量を検出する。光量センサの出力に応じて赤色LED ３、及び、青色LED４の光量を制御する。また、日中は太陽光７を取り入れ夕方から夜間は各LED３，４を点灯させる事により植物の生育期間を早め、早く収穫でき、少電力化を測る事ができる。
また、前記太陽光７を取り入れる窓１は、太陽光７を直接取り入れる窓１、または、太陽光７を光ファイバにより導かれた構成では光ファイバの端面、または、ミラーにより太陽光７を導く構成では最後に配置されたミラーであってもよい。これにより、多層階の工場にも対応する事ができる。

農業工場やビニールハウスで、大根や人参などの根菜類の野菜やアスパラガスなどの茎を主とする野菜、鉢花や観葉植物などを栽培する時に用いる。曇りや雨が多い日の補助光源や、夕方や夜間にわたり日照時間を長くして野菜の早期収穫をする時に利用する植物の栽培方法である。

一日の時刻における赤、青、黄色の相対光強度を示すグラフである。カイワレダイコンの発芽と生長における、自然光を当てて育てた時の茎と根の長さと重さを比較した結果を示した図である。カイワレダイコンの発芽と生長における、光を当てない状態で育てた時の茎と根の長さと重さを比較した結果を示した図である。カイワレダイコンの発芽と生長における、赤い光の透過率はそのままで、青と黄色の光の透過率を４分１くらいに落として育てた時の茎と根の長さと重さを比較した結果を示した図である。カイワレダイコンの発芽と生長における、青と黄色の光をほとんど通さなくして育てた時の茎と根の長さと重さを比較した結果を示した図である。カイワレダイコンの発芽と生長における、青い光の透過率はそのままで、赤と黄色の透過率を３分の１くらいに落として育てた時の茎と根の長さと重さを比較した結果を示した図である。カイワレダイコンの発芽と生長における、青い光の透過率はそのままで赤と黄色の光の透過率を６分の１くらいに落として育てた時の茎と根の長さと重さを比較した結果を示した図である。カイワレダイコンの発芽と生長における、黄色い光の透過率はそのままで赤と青の光の透過率を６分の１くらいに落として育てた時の茎と根の長さと重さを比較した結果を示した図である。カイワレダイコンの発芽と生長における、赤と青の光をほとんど通さなくして育てた時の茎と根の長さと重さを比較した結果を示した図である。カイワレダイコンの発芽と生長過程において、自然光、赤、青、黄色の光をそれぞれ当てたもの、暗室に入れて育てたものについて、茎と根の長さと重さを比較した結果をまとめた表である。農業工場における本発明の実施例である。

符号の説明

１．太陽光取り入れ窓
２．天井
３．赤色ＬＥＤ
４．青色ＬＥＤ
５．ＬＥＤ発光制御回路
６．光量センサ
７．太陽光
８．植物

Claims

植物に照射する補助光源と前記植物の上方に設けられ太陽を取り入れる太陽光の取り入れ窓とで構成され、前記補助光源は多数個の赤色LEDと青色LEDで構成されおり、天気が晴れの時は太陽光を前記植物に当て、曇りの時は前記赤色LEDを照射し、雨の時は前記赤色LEDと前記青色LEDを照射し、且つ、前記植物の本葉が出た以降は、前記青色LEDを前記植物に照射する事を特徴とする植物栽培方法。
前記植物の近辺には、前記植物に当たる光量を計測する光量センサがあり、前記光量センサの出力に応じて前記植物に当たる光量を維持するように、前記補助光源の発光量を制御するLED発光制御回路が設けられている事を特徴とする請求項１記載の植物栽培方法。