JP4015251B2

JP4015251B2 - イネの栽培方法

Info

Publication number: JP4015251B2
Application number: JP00232498A
Authority: JP
Inventors: 広司土屋; 敏夫葭原; 文山崎
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JPH11196671A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は植物栽培方法に関し、特に、農作物や園芸作物に適用する植物栽培方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、特開平８−２４２６９４号公報によって開示されたものが知られている。この公報に記載された従来の植物栽培方法は、発光ダイオード等の光半導体を光源として、平均照度３００〜５０００ｌｘ（約５．４〜９０μmol／ｍ²／ｓ）の範囲で植物に光を照射するものである。また、同公報には、照射する光として、波長６００〜７５０ｎｍの赤色光と波長４００〜５００ｎｍの青色光を併用する植物栽培方法が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の植物栽培方法には、次のような課題が存在していた。すなわち、花や果実を収穫することを目的として栽培する、例えば、イネ等の農作物、園芸作物の生育には、多くの光量が必要とされ、照射する光量（平均照度）が３００〜５０００ｌｘでは実際のところ不十分である。また、発光ダイオードを光源とした場合、多くの光量を確保することが困難である。更に、発光ダイオードの発光スペクトルは広いことから、光合成効率を高めるべく波長７００ｎｍ以上の遠赤色光領域の光を含まないようにすると、発光の中心波長は６６０ｎｍ付近に設定せざるを得ないが、この波長６６０ｎｍ付近の赤色光を植物に照射しても、光合成は十分に促進されない。このように、従来の植物栽培方法では、植物の生育を効果的に調整することが困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は、植物の生育を効果的に調整可能な植物栽培方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明に係る植物栽培方法は、定植部に植え付けたイネに人工光を照射してイネの生育を調整するイネの栽培方法において、人工光として、波長４００〜５００ nm の青色光と半導体レーザを光源とする波長６７０〜６８５ nm の赤色光とを用い、定植部の表面における赤色光の光強度（光合成有効光量子束密度）を２５０〜５００μmol／ｍ²／ｓに保ちながら人工光をイネに照射することを特徴とする。
【０００６】
本発明者らは、花や果実を収穫することを目的として栽培する農作物、園芸作物の生育調整を低コストで効果的に実現可能な植物栽培方法について鋭意研究を進めた結果、波長６７０〜６８５ｎｍの赤色光と波長４００〜５００ｎｍの青色光とを用い、定植部の表面における赤色光の光強度（光合成有効光量子束密度：ＰＰＦＤ）を２５０〜５００μmol／ｍ²／ｓに保ちながら人工光を植物に照射すると実用上極めて良好な結果が得られることを見出した。すなわち、この植物栽培方法は、波長６７０〜６８５ｎｍの赤色光を照射することにより、植物の光合成を極めて効果的に促進させるものである。また、植物の生育促進等に必要とされる光量を、定植部の表面における赤色光の光合成有効光量子束密度を２５０〜５００μmol／ｍ²／ｓに保つことにより確保するものである。
【０００７】
この植物栽培方法によれば、花や果実を収穫することを目的として栽培する農作物、園芸作物の生育促進、栽培期間の短縮、単位面積当たりの収量増大等が低コストで効果的に実現可能となる。従って、この植物栽培方法は、砂漠等の劣悪な環境下や、狭い土地での植物栽培、高温／低温期での植物栽培、更には、近時その重要性がますます指摘されるに至っている植物工場、とりわけ、完全制御型の植物工場等に応用することが期待されるものである。
【０００８】
この場合、赤色光の光源としては、半導体レーザを用いると好ましい。これより、レーザ光が有する単色性という特性から、光合成を最も効率よく促進させる波長６７０〜６８５ｎｍの赤色光を容易に照射させることが可能となる。また、植物に照射する光の光源として、高圧ナトリウムランプを採用した場合と比較すると、光源の駆動及び、ランプ放熱を除去するための冷房施設等に必要とされる電力が不要となることから、植物栽培に要する電力コストを大幅に低減することができる。
【０００９】
また、定植部の表面における赤色光の光強度（光合成有効光量子束密度）を３００〜４００μmol／ｍ²／ｓに保ちながら人工光をイネに照射すると好ましい。このような方法は、イネの植え付けから収穫までの期間をおよそ３ヶ月とすることを可能とするものである。従って、このイネの栽培方法を応用することより、年間５回のイネの収穫を可能とする植物工場の実現も期待できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による植物栽培方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明による植物栽培方法を用いるための植物栽培装置を示す斜視図である。同図に示す植物栽培装置１は、イネを栽培するためのものとして構成された人工光を利用する完全制御形の植物栽培装置である。植物栽培装置１は、略立方体形状を有する人工気象箱２を備え、この人工気象箱２には、図示しない環境制御装置が接続されている。この環境制御装置を操作することにより、人工気象箱２の内部における温度、湿度等を任意に設定することができる。また、人工気象箱２の内部には、イネを定植させるための水耕装置３が配置されている。水耕装置３は、培養液を満たした栽培槽４と、栽培槽４の上に浮かべられた発泡スチロール製の定植板５等を有する。イネ６の苗は、この定植板５に植え付けられる。
【００１２】
また、人工気象箱２の上壁内面には、レーザパネル７が配置されている。このレーザパネル７には、複数（例えば３０個）のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ８が互いに所定間隔を隔ててマトリクス状に配設されている。各半導体レーザ８は、直径およそ１０ｍｍ程度の円筒形状を呈すると共に、ＣＷ点灯で３００ｍＷ以上の出力をもち、波長６７０〜６８５ｎｍの赤色光（人工光）を、上方からレーザパネル８と対向する水耕装置３に対して照射することができる。このように赤色光の光源として半導体レーザを用いることにより、レーザ光が有する単色性という特性から、光合成を最も効率よく促進させる波長６７０〜６８５ｎｍの赤色光を容易に照射させることが可能となる。また、イネに照射する光源として、例えば、高圧ナトリウムランプを採用した場合と比較すると、電力に対する光量の変換効率が高く、発熱量が少ないことから、光源の駆動及び、ランプ放熱を除去するための冷房施設等に必要とされる電力が不要となり、植物栽培に要する電力コストを大幅に低減することができる。なお、レーザパネル７に配設された各半導体レーザ８は、図示しないレーザ駆動装置によって駆動される。
【００１３】
更に、人工気象箱２の互いに対向し合う１組の側壁の内面には、補助光源として青色光を発する青色蛍光燈９が配置されている。各側壁に対しては、互いに平行な２個の青色蛍光燈９が設けられており、各青色蛍光燈９は、定植板５に植え付けられたイネ６に対して、側方から４００〜５００ｎｍの青色光（人工光）を照射することができる。
【００１４】
この植物栽培装置１を用いて、植物、すなわち、イネ６を栽培する場合は、イネ６に照射する光として、波長６７０〜６８５ｎｍの赤色光と波長４００〜５００ｎｍの青色光とを用い、定植板５の表面における赤色光の光強度、すなわち、光合成有効光量子束密度（ＰＰＦＤ）を２５０〜５００μmol／ｍ²／ｓ、より好ましくは、３００〜４００μmol／ｍ²／ｓに保ちながら人工光をイネ６に照射する。これにより、イネ６の光合成が極めて効果的に促進させられると共に、イネ６の生育促進等に必要とされる光量が十分に確保されるので、イネ６の生育促進、栽培期間の短縮等が低コストで効果的に実現可能となる。
【００１５】
次に、この植物栽培装置１を用いて行った実験及びその結果について説明する。この実験では、栽培する植物として、イネ（品種：キタイブキ）を採用した。ここで、イネの生長の程度は、完全に開いた状態の葉の数（以下「葉齢」という）で表すこととし、２番目に芽生えた葉が完全に開いた状態を２葉展開と、３番目に芽生えた葉が完全に開いた状態を３葉展開といったように表すこととする。実験に先立っては、イネの苗を、ウレタン製の苗床に播種した後、約１０日間程経過させ、３番目に芽生えた葉が５割程度に開いた状態になるまで生育させた（このような状態を「２．５葉展開」というものとする）。そして、この２．５葉展開の状態になったイネの苗を、上述した植物栽培装置１に含まれる水耕装置３の定植板５に植え付けた。
【００１６】
実験に際しては、人工気象箱２の内部の環境を、気温２５℃、湿度７０％に設定した。このような条件下で、定植板５の表面における赤色光の光強度（光合成有効光量子束密度）を３５０μmol／ｍ²／ｓに保ちながら、イネに対してレーザパネル７に配設された半導体レーザ８から６８０ｎｍの赤色光を照射すると共に、青色蛍光燈９から水銀の輝線スペクトル４０５ｎｍ及び４３６ｎｍを含む４００〜５００ｎｍの青色光を照射した。また、青色光の赤色光に対する割合は、光強度で約５％となるように設定し、日長時間は１２時間とした。そして、およそ３ヶ月（１１週間）にわって、毎週、葉齢、草丈、稈数（イネ科植物の茎の数をいう）、穂数を調査した。更に、対照区として、植物栽培装置１のレーザパネル７を高圧ナトリウムランプに置き換えた植物栽培装置（以下「高圧ナトリウム区」という）を用意し、植物栽培装置１と同様の条件下で、葉齢、草丈、稈数、穂数について調査を行った。この実験の結果を、図２〜５に掲げる図表に示す。
【００１７】
図２は、６８０ｎｍの赤色光に５％の割合で青色光を加えた人工光を用いた植物装置１（以下「赤ＬＤ＋青色光区」という）と、高圧ナトリウム区との間におけるイネの草丈を比較する図表であり、縦軸に草丈をとり、横軸に、定植板５にイネを定植させた後の週数（以下「定植後週数」という）をとったものである。同図に示すとおり、定植後６週間程までは、草丈は定植後週数にほぼ比例して増加しているが、その後は、ほぼ一定となり、両者の間に草丈についての大きな差は見られない。
【００１８】
一方、葉齢について比較すれば、高圧ナトリウム区では、図３に示すように、定植後８週間目までは、イネの葉齢が増加し、定植後８週間目に葉齢が１１葉展開となった段階、すなわち、１１番目に芽生えた葉が完全に開いた段階で葉齢の増加が止まっており、この段階で、止め葉（最上位の葉をいう、この止め葉が出現した後に、穂が出現する）が出現したことがわかる。これに対して、赤ＬＤ＋青色光区では、定植後６週間目に葉齢が１０葉展開となった段階で葉齢の増加が止まっており、この段階で、止め葉が出現している。この結果から、赤ＬＤ＋青色光区にてイネを栽培すれば、止め葉の出現が高圧ナトリウム区にてイネを栽培する場合よりも２週間程度早まることがわかる。すなわち、赤ＬＤ＋青色光区にてイネを栽培すれば、イネの苗の植え付けから収穫までに要する期間を高圧ナトリウム区にてイネを栽培する場合よりも２週間程度短縮できる。
【００１９】
また、図４に、赤ＬＤ＋青色光区にて栽培したイネの稈数及び穂数を、図５に高圧ナトリウム区にて栽培したイネの稈数及び穂数を示す。これらの図表に示すように、稈数については、赤ＬＤ＋青色光区にて栽培したイネは（図４参照）、定植後４週目に稈数４となり、その後、稈数の増加は見られないことから、高圧ナトリウム区にて栽培したイネ（図５参照）と比べて稈数が少ない。しかしながら、赤ＬＤ＋青色光区にて栽培したイネは、定植後６週目に、最初の穂が出現すると共に、定植後８週目には、ほとんどすべての稈に穂が形成されている。また、それぞれの穂の生育状態も良好であった。
【００２０】
これに対して、高圧ナトリウム区で栽培したイネは、定植後８週目にようやく最初の穂が出現し、穂の形成期間は、定植後１１週目に至るまでの３週間にわたっている。また、この場合、定植後１１週間目を過ぎても、穂が形成された稈は、すべての稈のうちの半分程度に過ぎない。従って、赤ＬＤ＋青色光区にてイネを栽培すれば、高圧ナトリウム区にてイネを栽培する場合と比較して、イネの葉数、稈数等は少なくなるものの、穂が早期かつ良好な生育状態で形成されると共に、稈に対する穂の形成率が高くなることがわかる。従って、赤ＬＤ＋青色光区では、早期かつ効率よくイネを栽培、収穫することが可能となる。
【００２１】
このように、図２〜５に示した実験結果より、６８０ｎｍの赤色光に、５％の割合で青色光を加えた人工光を、定植板５の表面における赤色光の光強度（光合成有効光量子束密度）を３００〜４００μmol／ｍ²／ｓ、とりわけ３５０μmol／ｍ²／ｓに保つようにイネに照射することは、イネの栽培促進に極めて効果的であり、イネの植え付けから収穫までの期間をおよそ３ヶ月とすることが可能となることがわかる。従って、この植物栽培方法を応用して、５〜６葉展開の状態となったイネの苗を用いれば、年間５回のイネの収穫も可能である。
【００２２】
上述したように、この植物栽培方法によれば、花や果実を収穫することを目的として栽培する農作物、園芸作物の生育促進、栽培期間の短縮、単位面積当たりの収量増大等が低コストで効果的に実現可能となる。従って、この植物栽培方法は、砂漠等の劣悪な環境下や、狭い土地での植物栽培、高温／低温期での植物栽培、更には、近時その重要性がますます指摘されるに至っている植物工場、とりわけ、完全制御型の植物工場等に応用することが期待されるものである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による植物栽培方法は、以上説明した手順に従って植物を栽培することにより、次のような効果を得る。すなわち、定植部に植え付けた植物に照射する人工光として、波長６７０〜６８５ｎｍの赤色光と波長４００〜５００ｎｍの青色光とを用い、定植部の表面における赤色光の光強度（光合成有効光量子束密度）を２５０〜５００μmol／ｍ²／ｓに保ちながら人工光を植物に照射することにより、植物の生育を効果的に調整可能な植物栽培方法の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による植物栽培方法を用いる植物栽培装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の植物栽培装置を用いて行った実験の結果を示す図表である。
【図３】図１の植物栽培装置を用いて行った実験の結果を示す図表である。
【図４】図１の植物栽培装置を用いて行った実験の結果を示す図表である。
【図５】図１の植物栽培装置を用いて行った実験の結果を示す図表である。
【符号の説明】
１…植物栽培装置、２…人工気象箱、３…水耕装置、４…栽培槽、５…定植板（定植部）、６…イネ、７…レーザパネル、８…半導体レーザ、９…青色蛍光燈。

Claims

定植部に植え付けたイネに人工光を照射して前記イネの生長を調整するイネの栽培方法において、
前記人工光として、波長４００〜５００ nm の青色光と半導体レーザを光源とする波長６７０〜６８５ nm の赤色光とを用い、前記定植部の表面における前記赤色光の光強度（光合成有効光量子束密度）を２５０〜５００μmol／ｍ²／ｓに保ちながら前記人工光を前記イネに照射するイネの栽培方法。
前記定植部の前記表面における前記赤色光の光強度を３００〜４００μmol／ｍ²／ｓに保ちながら前記人工光を前記イネに照射する請求項１記載のイネの栽培方法。
前記青色光の赤色光に対する割合は、光強度で５％であることを特徴とする請求項１又は２記載のイネの栽培方法。