JP5047117B2

JP5047117B2 - 植物病害防除用照明システム

Info

Publication number: JP5047117B2
Application number: JP2008269896A
Authority: JP
Inventors: 正紀石渡; 真山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: TW201019847A; JP2010094109A; EP2338326B1; US8338801B2; WO2010047277A1; US20110163246A1; EP2338326A4; EP2338326A1; TWI424809B; CN102186332B; CN102186332A

Description

本発明は、農作物などの植物病害を防除するための植物病害防除用照明システムに関する。

従来から、外光及び外気を遮断した空間内に植物苗を配置し、植物苗に対して適切な温湿度環境及び光環境を提供する植物苗生産システムや、農業用のビニールハウス若しくはガラスハウス等の施設栽培、又は露地栽培などにおいて、培地上に発生する藻やカビの発生を抑えるためにＢ領域紫外線（ＵＶ−Ｂ）を植物苗に照射させる植物育成用照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

植物へのＵＶ−Ｂの紫外線照射は、植物病害防除に効果があり、かつ、植物の糖度や色味を増加させる副次的な効果があることが知られている。しかしながら、植物の成分変化は不安定となっていた。
特開２００５−３２８７３４号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、植物の成分変化を効率的に行わせることで、植物の栄養成分を安定的に増加させる植物病害防除用照明システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、２５５〜３４０ｎｍの波長域のＵＶ−Ｂを含む紫外線を照射する紫外線光源と、可視光を照射する可視光光源と、を備える植物病害防除用照明システムにおいて、前記紫外線光源への電力供給又は遮断を所定の周期で制御する第１のタイマと、前記可視光光源への電力供給又は遮断を所定の周期で制御する第２のタイマと、を備え、前記紫外線光源は、前記第１のタイマを用いて予め定められた昼間帯に、植物の草冠面での水平面放射照度が５０μＷ／ｃｍ^２以下となるように点灯させ、前記可視光光源は、前記第２のタイマを用いて予め定められた夜間帯に、植物の草冠面での水平面照度が１０ルクス以下となるように点灯させるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の植物病害防除用照明システムにおいて、前記可視光光源から照射される可視光は、５００〜６００ｎｍの波長域の可視光を含むものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の植物病害防除用照明システムにおいて、前記可視光光源から照射される可視光は、６００〜７００ｎｍの波長域の可視光を含むものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載の植物病害防除用照明システムにおいて、前記可視光光源から照射される可視光は、４００〜５００ｎｍの波長域の可視光を含むものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の植物病害防除用照明システムにおいて、前記紫外線光源は、前記可視光光源が設けられる筐体とは別体の筐体に設けられるものである。

請求項１の発明によれば、ＵＶ−Ｂの照射による刺激と、栄養成長に係る可視光の照射時間の延長とによって、植物の成分変化が効率的に行われるので、植物の栄養成分を安定的に増加させることができる。

請求項２の発明によれば、光合成が効率化されるので植物の栄養素を効率的に増加させることができ、かつ、植物の栄養生長のみを集中的に促進することができる。

請求項３の発明によれば、光合成が効率化されるので植物の栄養素を効率的に増加させることができ、かつ、植物の生殖生長を促進させて収穫時期を早めることができる。

請求項４の発明によれば、光合成が効率化されるので植物の栄養素を効率的に増加させることができ、かつ、植物の草丈生長を抑制すると共に葉の厚さを厚く形成することができる。

請求項５の発明によれば、紫外線光源を既存の照明器具と組み合わせることができるので、製造コストを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る植物病害防除用照明システム（以下、照明システムという）について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施形態の照明システム１が設置された農業用温室２の構成を示す。照明システム１は、紫外線や可視光を照射させる光源部３と、光源部３を点灯制御するためのタイマ４、５とを備える。光源部３は、農業用温室２の梁６の下側に梁６と平行に設置され、畝７に向かって紫外線や可視光を照射する。

図２は本実施形態の照明システム１の概略構成を示す。光源部３は、紫外線を照射する紫外線光源８と、可視光を照射する可視光光源９と、紫外線光源８及び可視光光源９を安定的に点灯させるための安定器１０、１１と、点灯スタータと、電源回路（図示せず）と、紫外線光源８等を収納する筐体１２とを有する。紫外線光源８は、可視光光源９が収納される筐体１２と別体の筐体に収納されてもよい。別体の筐体に収納された紫外線光源８は、可視光光源９が収納された既存の照明器具と組み合わせることができるので、製造コストを抑制することができる。

タイマ４は、予め定められた昼間帯に紫外線光源８を点灯させるために、紫外線光源８への電力の供給又は遮断を２４時間周期で制御する。タイマ４による紫外線光源８の点灯制御は、手動による紫外線光源８の点灯制御に比べて、ユーザの手間が省けて効率的である。

タイマ５は、予め定められた夜間帯に可視光光源９を点灯させるために、可視光光源９への電力の供給又は遮断を２４時間周期で制御する。タイマ５による可視光光源９の点灯制御は、手動による可視光光源９の点灯制御に比べて、ユーザの手間が省けるので効率的である。

また、タイマ５は、予め各地域の年間における日没時間及び日の出時間に関するデータが記憶され、この記憶されたデータに基いて可視光光源９の点灯制御を行うことが望ましい。タイマ５に上記データが記憶された場合、可視光光源９は、タイマ５に記憶された各日の日没後から日の出までの間、可視光を照射させる。そのため、タイマ５の調整を毎日行う必要がないので、ユーザの手間が省けて効率的である。

紫外線光源８は、２５５〜３４０ｎｍの波長域のＵＶ−Ｂを含む紫外線を照射させる。また、紫外線光源８は、例えば、蛍光灯、コンパクト蛍光灯、冷陰極蛍光灯、キセノンランプ、高輝度放電灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ等を用いることができる。

可視光光源９は、３８０〜７８０ｎｍの波長域の光を含む可視光を照射させる。また、可視光光源９は、紫外線光源８と同様に、例えば、蛍光灯、コンパクト蛍光灯、冷陰極蛍光灯、キセノンランプ、高輝度放電灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ等を用いることができる。

可視光光源９から照射される可視光が、５００〜６００ｎｍの波長域における緑色の可視光を含むとき、植物は、光合成が効率化されるので栄養素を効率的に増加させ、かつ、栄養生長のみを集中的に促進する。

可視光光源９から照射される可視光が、６００〜７００ｎｍの波長域における赤色の可視光を含むとき、植物は、光合成が効率化されるので栄養素を効率的に増加させ、かつ、花芽形成といった生殖生長を促進する。生殖生長の促進は、意図的に収穫時期を早めるのに有効である。また、６００〜７００ｎｍの波長域における可視光は、３８０〜７８０ｎｍの波長域の光の中で最も植物の光合成を効率化する。

可視光光源９から照射される可視光が、４００〜５００ｎｍの波長域における青色の可視光を含むとき、植物は、光合成が効率化されるので栄養素を効率的に増加させ、かつ、草丈生長を抑制すると共に葉の厚さを厚く形成する。植物の光感受性が高まる夜間帯に可視光光源９を点灯させるため、可視光の水平面照度が１０ルクス以下の低照度であっても植物の草丈は抑えられる。ハウス栽培において空間の利用効率を高めるために、上下２段又はそれ以上の多段式栽培ベンチを使って、もともと背丈の低いタイプの植物を栽培するか、又は意図的に背丈を低くさせた植物を栽培する。後者の意図的に背丈を低くさせた植物を栽培する場合に、草丈生長の抑制は有効である。

図３は、照明システム１の電気的構成を示す。照明システム１は、点灯電力を供給するための電源１３と、タイマ４と、安定器１０と、紫外線光源８とが順に接続され、また、電源１３と、タイマ５と、安定器１１と、可視光光源９とが順に接続される。紫外線光源８は、電源１３から電力が供給され、タイマ４によって点灯制御され、安定器１０によって電力が規定値に制限されることで、安定して所定の時間にＵＶ−Ｂを含む紫外線を照射する。可視光光源９は、紫外線光源８と同様に、電源１３から電力が供給され、タイマ５によって点灯制御され、安定器１１によって電力が規定値に制限されることで、安定して所定の時間に可視光を照射する。

照明システム１が対象とする植物は、一般的に農家が栽培している農作物全てである。具体的には、トマト、ナス、キュウリ、シシトウ、ピーマン、メロン、スイカ、イチゴ等の果菜類、レタス、キャベツ、ハクサイ、チンゲンサイ、ホウレンソウ、コマツナ、シソ等の葉栽類、ゴボウ、ダイコン、ニンジン等の根菜類、大豆、エダマメ、ソラマメ、エンドウ等の豆類、キク、バラ、トルコギキョウ、カーネーション、ケイトウ等の花き類、その他として稲や茶などを挙げられる。

それぞれの植物は、露地栽培、ビニールハウス栽培、ガラス温室栽培のいずれで栽培されてもよい。また、植物を栽培するための培地は、露地畑によく見られるような形状の畝、金属や木材で作られた栽培ベンチ上に盛られる土で形成された畝、栽培ベンチ上に置かれた鉢やプランタ等が挙げられる。

ここで、紫外線照射による植物病害防除の原理について説明する。ＵＶ−Ｂを植物に照
射させることにより、以下のような２種類の原理に基いて病害防除がなされる。

植物病害防除の原理の一つは、植物自身を病気にかかり難くすることである。通常植物は、病気の基となる菌に感染すると、それに対する防御反応として、病原菌に対する誘導抵抗発現、いわゆる植物免疫システムが発動する。このシステムは、植物の一部の組織が、病原菌などによる感染など外的要因（ストレス）を受けた場合、その感染部位からシグナル物質が放出され、それが植物体内を通ってまだ感染を受けていない部位に到達し、そこで抵抗性発現に関与する遺伝子の発現を誘導するというものである。この抵抗性に関与する物質としては、病原菌の細胞壁を溶解する酵素でグルカナーゼ及びキチナーゼ等の抵抗活性を有するＰＲ−タンパク質（Pathogenesis-Related Protein）、病原菌に対して毒性を示すファイトアレキシン（抗菌活性物質や摂食忌避活性物質）等がある。本発明の場合は、外的要因（ストレス）として、光刺激であるＵＶ−Ｂを含む紫外線を植物に照射させ、病害抵抗性に関与する遺伝子の発現を誘発させるものである。

植物病害防除のもう一つの原理は、植物病害の基となる糸状菌に直接作用して菌糸の生長を抑制させて病気が広がらないようにすることである。糸状菌は、例えば、うどんこ病菌、灰色カビ病菌、炭そ病菌、ベト病菌、ススカビ病菌などである。特許文献１には、葉焼けの防止のためにＵＶ−Ｂ放射照度が５０μＷ／ｃｍ^２以下である紫外線を植物に照射させて、カビの発生を抑制することが記載されている。また、本発明者による室内実験において、寒天培地に接種した灰色カビ病菌や炭そ病菌に、５〜５０μＷ／ｃｍ^２のＵＶ−Ｂを照射することによって、その後の菌糸の生長が抑えられること（恒温庫で１週間培養しても菌のコロニーの大きさに変化なし）が確認されている。

上記のように構成された照明システム１の動作手順を説明する。

手順１：農業用温室２といった植物を栽培させる空間において、光源部３は植物体の上部又は側部に設置させる。その際には、光源部３は、植物体の一番上にある生長点（新しい葉や芽が出る場所）付近の高さにおける仮想面である草冠面でのＵＶ−Ｂの水平面放射照度が５０μＷ／ｃｍ^２以下となり、かつ、草冠面での可視光の水平面照度が１０ルクス以下となる位置に設置させる。ＵＶ−Ｂの水平面放射照度が５０μＷ／ｃｍ^２以下の位置に光源部３を設置させるのは、ＵＶ−Ｂの水平面放射照度が５０μＷ／ｃｍ^２を超えると、植物が葉焼け症状を起こす危険性が極端に高まるからである。なお、ＵＶ−Ｂの水平面放射照度、及び可視光の水平面照度の測定は、測定器の受光部が真上に向けられた状態、かつ、植物の草冠面に測定器を設置させた状態で行われる。

具体的には、光源部３は、例えば、農業用温室２の畝７の畝面から約２ｍの高さにある梁６の下側に、梁６と平行に設置される。また、光源部３の紫外線光源８及び可視光光源９は、例えば、蛍光灯タイプの２０Ｗ器具が用いられる。光源部３を複数設けたとき、各光源部３の出力の違いにより、同一高さでＵＶ−Ｂが所定の水平面放射照度とならない場合、又は同一高さで可視光が所定の水平面照度とならない場合、水平面放射照度や水平面照度の調整は、調光装置や減光フィルタ等を用いて行われる。

手順２：畝７や栽培ベンチ上にある植物の草冠面における紫外線の照射時間は、１日当りの積算紫外線強度が１０ｋ／Ｊｍ^２よりも多くなると植物が葉焼け症状を起こす危険性が極端に高まる。そのため、タイマ４は、１日当りの積算紫外線強度が１０ｋ／Ｊｍ^２以下となるように設定される。具体的には、タイマ４は、例えば、紫外線光源８を朝９時頃から点灯させ、夕方３時頃に消灯させるように設定される。タイマ５は、例えば、可視光光源９を日没後から点灯させ、日の出に消灯させるように設定される。

手順３：紫外線光源８は、タイマ４の制御によって朝９時頃から点灯し、夕方３時頃に消灯する。紫外線光源８の消灯後は、紫外線光源８及び可視光光源９が消灯した状態が日没まで継続する。

手順４：可視光光源９は、タイマ５の制御によって日没後に点灯し、翌日の日の出に消灯する。可視光光源９の消灯後は、紫外線光源８及び可視光光源９が消灯した状態が朝９時頃まで継続する。

手順５：朝９時以降は、手順３、手順４を繰り返す。

照明システム１は、昼間帯のＵＶ−Ｂの照射による刺激と、夜間帯の栄養成長に係る可視光の照射時間の延長とによって、植物の成分変化が効率的に行われるので、植物の栄養成分を安定的に増加させる。

日没後の可視光光源９の点灯は、省エネルギの観点から、夜間に連続で行わない場合が考えられる。具体的には、可視光光源９は、例えば、一定時間点灯させた後に一定時間消灯させるのを繰り返すことや、夜中に数時間程度まとめて消灯させたりすること等が挙げられる。一般的に植物は暗闇の時間の連続性によって夜を判断している。そのため、夜間における短時間の消灯が植物の日長反応に与える影響は比較的小さい。また、夜間における点灯は、短時間であっても日長時間を延ばす効果があるため、日長時間が短くなると花を付ける短日植物の栽培よりも、日長時間が長くなると花を付ける長日植物の栽培に有利である。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、ＵＶ−Ｂが人体に害を与える虞があるため、人感センサスイッチを用いて、作業者がいないときにのみＵＶ−Ｂを含む紫外線光源を点灯させることで、農業用温室内の作業者の安全確保を図っても構わない。

本発明の一実施形態に係る植物病害防除用照明システムが設置された農業用温室の外観図。同照明システムの外観図。同照明システムの電気的構成を示すブロック図。

符号の説明

１植物病害防除用照明システム（照明システム）
８紫外線光源
９可視光光源
１１筐体

Claims

２５５〜３４０ｎｍの波長域のＵＶ−Ｂを含む紫外線を照射する紫外線光源と、可視光を照射する可視光光源と、を備える植物病害防除用照明システムにおいて、
前記紫外線光源への電力供給又は遮断を所定の周期で制御する第１のタイマと、
前記可視光光源への電力供給又は遮断を所定の周期で制御する第２のタイマと、を備え、
前記紫外線光源は、前記第１のタイマを用いて予め定められた昼間帯に、植物の草冠面での水平面放射照度が５０μＷ／ｃｍ^２以下となるように点灯させ、
前記可視光光源は、前記第２のタイマを用いて予め定められた夜間帯に、植物の草冠面での水平面照度が１０ルクス以下となるように点灯させることを特徴とする植物病害防除用照明システム。
前記可視光光源から照射される可視光は、５００〜６００ｎｍの波長域の可視光を含むことを特徴とする請求項１に記載の植物病害防除用照明システム。
前記可視光光源から照射される可視光は、６００〜７００ｎｍの波長域の可視光を含むことを特徴とする請求項１に記載の植物病害防除用照明システム。
前記可視光光源から照射される可視光は、４００〜５００ｎｍの波長域の可視光を含むことを特徴とする請求項１に記載の植物病害防除用照明システム。
前記紫外線光源は、前記可視光光源が設けられる筐体とは別体の筐体に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の植物病害防除用照明システム。