JP5106228B2

JP5106228B2 - 植物病害防除用照明装置

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Publication number: JP5106228B2
Application number: JP2008114254A
Authority: JP
Inventors: 真山田; 正紀石渡; 明伸大市; 兼毅降籏; 隆尾身
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: KR101313034B1; EP2272324A1; TWI365710B; EP2272324B1; EP2272324A4; CN102014608A; KR20100135919A; US8458954B2; TW201012380A; US20110016785A1; WO2009131008A1; JP2009261311A; CN102014608B

Description

本発明は、植物の病害を防除するため植物に紫外線を照射する植物病害防除用照明装置に関する。

従来から、植物病害防除用照明装置として、ＵＶ−Ｂ領域（波長が２８０〜３４０ｎｍの領域）の波長成分を有し、ＵＶ−Ｃ領域（波長が１００〜２８０ｎｍの領域）の波長成分及び可視光成分が略ゼロとなるようにされた紫外線を放射するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置によれば、灰色カビ病、うどんこ病、ベト病、炭そ病等の糸状菌の胞子形成及び菌糸の成長を抑制することができる。

また、植物に付く病虫害を減少させるため、波長が２５０〜３７５ｎｍである紫外線と、赤色光、青色光及び黄色光とを放射するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献１に示されるような植物病害防除用照明装置では、ＵＶ−Ｃを植物に照射することができないので、上述の糸状菌の胞子形成及び菌糸の成長を確実に抑制することは難しい。また、可視光が殆んど照射されないので植物の生長を促進することは難しい。また、紫外線の連続照射によって植物が紫外線に慣れ、抗菌性又は抵抗性物質の生成が少なくなり、病害抵抗性を誘導することが難しくなる虞がある。また、紫外線の連続照射によって葉焼けが発生する虞もある。

また、特許文献２に示されるような照明装置では、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線に加えてＵＶ−Ｃ領域内の紫外線も放射されるので上述の糸状菌の胞子形成及び菌糸の成長を確実に抑制することができ、さらに可視光が照射されるので植物の生長を促進することができるが、紫外線の連続照射により、上述のように、病害抵抗性の誘導が難しくなり、また葉焼けが生じる虞がある。
特開２００５−３２８７３４号公報特開２００１−２８９４７号公報

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、灰色カビ病、うどんこ病、ベト病、炭そ病等の糸状菌の胞子形成及び菌糸の成長を確実に抑制して植物の病害を確実に防除することができ、植物の病害抵抗性を確実に誘導することができ、葉焼けを防ぐことができ、植物の生長を促進することができる植物病害防除用照明装置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本発明は、紫外線を含む光を放出する光源を備えた植物病害防除用照明装置において、前記光源は、２５０ｎｍ以下の波長成分がカットされたＵＶ−Ｃと、ＵＶ−Ｂと、可視光波長領域にピークを有する光とを重畳した第１の光照射と、可視光のみの第２の光照射とを組み合わせた照射パターンによる光照射を１日あたり２回以上、繰り返すようにし、前記ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度が５０μＷ／ｃｍ ^２以下となり、かつ前記ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの１日の積算放射照度が０．２〜１０ｋＪ／ｍ ^２となるようにしたものであることを特徴とする。

前記光源は、照明対象の植物の上方、側方及び下方に設置されることが好ましい。

本発明によれば、ＵＶ−Ｂに加えてＵＶ−Ｃも植物に照射することができるので、灰色カビ病、うどんこ病、ベト病、炭そ病等の糸状菌の胞子形成及び菌糸の成長を確実に抑制することができる。また、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとは植物に間欠照射されるので、植物が紫外線に慣れることを防いでファイトアレキシン関連物質又はＰＲ（Pathogenesis Related）たんぱく質等の抗菌性又は抵抗性物質の生成を促すことができ、従って植物の病害抵抗性を確実に誘導することができる。また、植物の葉焼けを防ぐこともできる。さらに、可視光が連続照射されるので、植物の生育を促進することができる。

また、植物の紫外線被曝量が多くなり過ぎず、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとを適量に照射することができる。従って、植物の葉焼けを確実に抑制し、かつ病害発生を抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る植物病害防除用照明装置（以下、照明装置という）について図１〜図４を参照して説明する。この照明装置は、完全閉鎖型の植物苗生産システム、農業用のビニールハウス又はガラスハウス等での施設栽培、若しくは露地栽培等において使用され、植物病害防除のため紫外線等を放射するものである。

図１は、本実施形態に係る照明装置の構成を示す。この照明装置１は、植物Ｐ１に光を照射する光源２と、タイマ３と、タイマ３を用いて計時しつつ光源２を点灯制御するコントローラ４と、を備える。光源２は、紫外線と可視光波長領域にピークを有する光（以下、可視光という）とを重畳した光（以下、重畳光という）と、可視光のみとを切り替えて放射可能に構成されている。光源２は、図２に示されるように、重畳光放射（第１の光照射）時には、紫外線として、略２５０ｎｍ以下の波長成分がカットされたＵＶ−Ｃ（波長領域：略１００〜２８０ｎｍ）と、ＵＶ−Ｂ（波長領域：略２８０〜３４０ｎｍ）とを放射し、さらに波長領域が略３８０〜７８０ｎｍの可視光を放射する。ＵＶ−Ａ（波長領域：略３４０〜３８０ｎｍ）は可能な限り放射しない方が望ましいが、その放射照度がＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度よりも少なければ放射しても問題はない。可視光放射（第２の光照射）時には上述の可視光のみが放射される。コントローラ４は、上述の重畳光放射と可視光放射とを組み合わせた照射パターンによる光照射を１日あたり２回以上、繰り返すように、タイマ３を用いて計時しつつ光源２を点灯制御する。

光源２は、ＵＶ光源２１と、ＵＶ光源２１の放射光の波長制御を行うフィルタ２２と、可視光源２３とを備える。光源２の位置は、植物Ｐ１の上方から光を照射するため、基本的に植物Ｐ１の上方位置であるが、これに限定されない。

ＵＶ光源２１は、図３に示されるような分光分布を有し、略２５０ｎｍ以下の波長成分がカットされたＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとを放出する蛍光灯、ＨＩＤランプ又はＵＶ−ＬＥＤ、若しくはそれらの組み合わせで構成されることが望ましいが、略２５０ｎｍ以下の波長成分を含むＵＶ−Ｃも、又は放射照度がＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度よりも少なければＵＶ−Ａも放出するように構成されていても構わない。蛍光灯としては例えば三共電気株式会社製のＵＶ−Ｂ紫外線ランプ（品番ＧＬ２０ＳＥ）を用いることができる。ＨＩＤランプはメタルハライドランプ、水銀灯、キセノンランプ等を含む。メタルハライドランプとしては例えば松下電器産業株式会社製スカイビームランプを用いることができる。

ＵＶ光源２１は、略２５０ｎｍ以下の波長成分がカットされたＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度が略５０μＷ／ｃｍ^２以下となるように点灯制御される。合算放射照度はユーザにより設定可能であっても予め設定されていてもよい。ＵＶ光源２１は、１日の積算放射照度が略０．２〜１０ｋＪ／ｍ^２となるように、コントローラ４によりタイマ３を用いて点灯制御される。また、複数種の光源の組み合わせで構成される場合、ＵＶ光源２１はＵＶ−Ｃ放射量がＵＶ−Ｂ放射量よりも少なくなるように、例えば、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの放射量比率が略０．０４〜０．１：１となるように点灯制御される。

フィルタ２２は、ガラス又は樹脂等を材料とし、ＵＶ光源２１から放射され植物Ｐ１に照射される光のうち略２５０ｎｍ以下の波長成分をカットすると共に、ＵＶ−Ａすなわち略３４０〜３８０ｎｍの波長の紫外線を殆ど透過しないように構成されている。フィルタ２２は可視光波長領域４６０〜５５０ｎｍの光を透過させるように構成されていることが望ましい。

可視光源２３は、白色ＬＥＤ、白色蛍光灯、白熱灯又は高圧ナトリウムランプ等で構成することができる。可視光２３の放射照度は略４００μＷ/ｃｍ^２以上となるように点灯制御されることが望ましい。

コントローラ４はマイクロプロセッサ等で構成することができ、そのマイクロプロセッサ等は、図４に示されるように、１日あたり少なくとも２回、繰り返してＵＶ光源２１を間欠点灯させ、可視光源２３を連続点灯させる点灯パターンでもってＵＶ光源２１及び可視光源２３を点灯制御する。このようにして、ＵＶ−Ｃ、ＵＶ−Ｂ及び可視光の重畳光放射と可視光放射とを組み合わせた照射パターンによる光照射が行われる。

コントローラ４は、タイマ３を用いてＵＶ光源２１の積算点灯時間を計時し、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度に応じて１日あたりの点灯時間を制御し、積算放射照度を０．２〜１０ｋＪ／ｍ^２の範囲内の所定の数値とする。

下記表１は、従来のようにＵＶ−Ｂのみを連続照射したときと、略２５０ｎｍ以下の波長成分がカットされたＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとを複合連続照射したときと、本実施形態のようにＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとを複合間欠照射し可視光を連続照射したときの植物の被害株率及び葉焼け率を示す。この実験においては、試験区を複数設け、各試験区の株数を約１００株とし、試験作物をイチゴとした。被害株率は、各区の被害株数を各区の試験株数で除して得られる値であり、葉焼け率は、各区の葉焼け株数を各区の試験株数で除して得られる値である。

上記表１に示されるように、ＵＶ−Ｂのみを試験作物に連続照射したときには、被害株率が５〜１０％となり、葉焼け率は５〜５０％となった。また、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとを試験作物に連続照射したときには、被害株率が、ＵＶ−Ｂ単独連続照射時よりも少なくなり、０〜３％となった。また、葉焼け率は１０〜６０％となった。これに対して、本実施形態のように、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとを試験作物に間欠照射し、可視光を連続照射したときには、被害株率が略３．６％となった。また、葉焼け率は０％となり、最小となった。

下記表２は、可視光のみを連続照射したときと、紫外線及び可視光を植物に連続照射したときと、本実施形態のように紫外線を間欠照射し可視光を連続照射したときの植物の被害果率及び植物内のファイトアレキシン関連物質量とを示す。この実験においても試験作物はイチゴとした。紫外線照射は１日あたり２回繰り返した。ファイトアレキシン関連物質は具体的にはフェニルアラニンアンモニアリアーゼであり、抵抗性物質である。本実験ではイチゴの葉からそれを採取してその量を高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ：High Performance Liquid Chromatography）により分析した。ＵＶ光源としては三共電気株式会社製ＵＶ−Ｂ紫外線ランプ（品番ＧＬ２０ＳＥ）を使用し、紫外線放射照度は平均３０μＷ／ｃｍ^２に、紫外線積算放射照度は約５．４ｋＪ／ｍ^２となるようにした。

上記表２に示されるように、可視光連続照射時、紫外線及び可視光連続照射時、並びに紫外線間欠照射及び可視光連続照射時のそれぞれにおける被害果率は、３９、４．３、１．２％となった。そして、ファイトアレキシン関連物質量は０．９、１１．９、１６．８μｇ／ｇとなった。すなわち紫外線間欠照射及び可視光連続照射時に被害果物率が最低となり、ファイトアレキシン関連物質量が最高となった。

下記表３は、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度（以下、紫外線放射照度という）を変化させたときの植物の被害株率、葉焼け率及び夜蛾による被害株率の変化を示す。この実験においても試験作物はイチゴとした。ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの放射量比率は略０．１：１とし、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂに加えて、放射照度が０．２μＷ／ｃｍ^２である可視光も照射した。

上記表３に示されるように、紫外線放射照度を５５、５０、０μＷ／ｃｍ^２と変化させたとき、病害による被害株率は３．８、３．６、７５％と変動し、葉焼け率は３３．２、０、０％と激減し、夜蛾による被害株率は２．６８、２．７６、４．７８と増加した。病害による被害株率は紫外線放射照度が５０μＷ／ｃｍ^２であるときに最低となり、葉焼け率は紫外線放射照度が５０、０μＷ／ｃｍ^２であるときに最低となった。夜蛾による被害株率は紫外線放射照度が５５μＷ／ｃｍ^２であるときに最低となったが、５０μＷ／ｃｍ^２であるときと殆んど変わらなかった。この実験結果によれば、紫外線放射照度を５０μＷ／ｃｍ^２以下とすることで、病害による被害株率、葉焼け率、及び夜蛾による被害株率をいずれも良好に抑制することができる。

下記表４は、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの１日あたりの積算放射照度を変化させたときの植物の被害果率、葉焼け率、及び植物内のファイトアレキシン関連物質量の変化を示す。この実験においても試験作物はイチゴとし、被害果率はイチゴを５０果調査して、葉焼け率はイチゴの葉を１００枚調査して算出した。紫外線照射は１日あたり少なくとも２回繰り返した。ファイトアレキシン関連物質は具体的にはフェニルアラニンアンモニアリアーゼであり、抗菌性物質である。本実験ではイチゴの葉からそれを採取してその量を高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ：High Performance Liquid Chromatography）により分析した。ＵＶ光源としては三共電気株式会社製ＵＶ−Ｂ紫外線ランプ（品番ＧＬ２０ＳＥ）を使用した。

上記表４に示されるように、積算放射照度が０．２ｋＪ／ｍ^２よりも少なくなると被害果率は急激に上昇し、１０ｋＪ／ｍ^２よりも多くなると葉焼け率が急激に上昇する。

上記の各種実験結果に示されるように、本実施形態においては、ＵＶ−Ｂに加えてＵＶ−Ｃも植物に照射することができるので、灰色カビ病、うどんこ病、ベト病、炭そ病等の糸状菌の胞子形成及び菌糸の成長を確実に抑制することができる（上述の表１参照）。また、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとは植物に間欠照射されるので、植物が紫外線に慣れることを防いでファイトアレキシン関連物質等の抗菌性物質の生成を促すことができ、従って植物の病害抵抗性を確実に誘導することができる（上述の表２参照）。また、実験結果は省略するが、ＰＲ（Pathogenesis Related）たんぱく質等の抵抗性物質の生成も促すことができ、植物の病害抵抗性を確実に誘導することができる。また、上述の間欠照射により植物の葉焼けを防ぐこともできる（上述の表３参照）。また、可視光が連続照射されるので、植物の生育を促進することができる。

また、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度が５０μＷ／ｃｍ^２以下とされ、かつ１日の積算放射照度は略０．２〜１０ｋＪ／ｍ^２とされるので、植物の紫外線被曝量が多く成り過ぎず、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂとを適量に照射することができる（上述の表４参照）。従って、植物の葉焼けを確実に抑制し、かつ病害発生を抑制することができる。

また、植物に照射される紫外線は、糸状菌の胞子の形成を促進させるＵＶ−Ａの領域の波長成分が略ゼロであるため、より効果的に糸状菌の胞子形成や菌糸の成長を抑制して植物病害の広がりを抑えることができ、最終的には作物の収量を増やすことができる。また、ＵＶ−Ａを含む光は誘虫効果を有するので、ＵＶ−Ａをカットすることより誘虫効果を抑制し、害虫による被害を低減することが可能となる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、植物に照射する可視光として、図１に示した可視光源２３の放射光と太陽光の組み合わせ又は太陽光のみを用いてもよい。

また、ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度を略５０μＷ／ｃｍ^２以下とする手段は、コントローラ４に限定されず、例えば、光源２のランプに形成した塗膜又は蒸着膜、若しくはフィルタ２２、又はこれらの組み合わせにより構成されてもよい。

また、植物が比較的密に植えられて栽培される場合、光源が植物の上方に在るだけでは、植物の影により、近接する植物の側部及び下部に十分に光が照射されず、植物の側部及び下部が他の部分よりも病気にかかり易くなる虞がある。従って、そのような場合には、図５に示されるように、植物Ｐ１の上方に加えて、植物Ｐ１の側方及び下方に光源２を設置することが望ましい。植物Ｐ１上方、側方及び下方にそれぞれ設置される光源２を上部光源２ａ、側部光源２ｂ、下部光源２ｃという。これらは、それぞれ、植物Ｐ１の上部、側部及び下部を照らす。同図においては、側部光源２ｂが１個、下部光源２ｃが１個だけ図示されているが、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃの個数はこれに限定されず、それぞれ、複数であってもよい。

また、図６に示されるように、植物Ｐ１が畝Ｆ１に合わせて複数植えられている場合には、上部光源２ａ、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃがそれぞれ複数設けられることが望ましい。上部光源２ａは畝Ｆ１に沿って所定の間隔で設置され、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは畝Ｆ１と略平行にすなわち植物Ｐ１の列と略平行に略連続して設置される。側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは、例えば、シリンダ等で覆われて防水加工が施された蛍光灯により構成され、畝Ｆ１と略平行に並設される。側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは、ホローライトガイド方式の照明器具、光ファイバ又は細長い形状のＥＬ器具等の光源により構成されていてもよい。このように、上部光源２ａ、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃは並べて設置されるので、それらの個々の光照射範囲よりも広い範囲に亘って植物Ｐ１が植えられている場合においても、植物Ｐ１の側部及び下部に確実に光を照射することができる。

また、光源２の配光及び光は植物Ｐ１の生育に合わせて調整してもよい。例えば、初期の生育ステージにおいて、植物Ｐ１があまり生育しておらず、植物Ｐ１がまだ小さい場合には、上部光源２ａが消灯させると共に側部光源２ｂ及び下部光源２ｃを点灯させ、さらに側部光源２ｂ及び下部光源２ｃの取付角度等を調整することにより、配光の広がりが抑えられ、植物Ｐ１に照射される光の光量を少なくする。植物Ｐ１が大きくなるにつれて、上部光源２ａも点灯させると共に、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃの取付角度等を調整することにより、配光を広くし、植物Ｐ１に照射される光の光量を多くする。なお、側部光源２ｂ及び下部光源２ｃの配光及び光量の調整方法は、上述した例に限定されず、上部光源２ａの光量が少ない場合や、植物Ｐ１が比較的多くの光を必要とする場合には、初期の生育ステージにおいても上部光源２ａを点灯させても構わない。

また、照明装置１は、植物病害防除効果をより確実なものにするため、例えば、太陽光線からＵＶ−Ａをカットすることができる農業用のビニールハウスやガラスハウス（以下、ハウスという）内に設置することが望ましい。上記のハウス内で照明装置１が用いられる場合、照明装置１から植物Ｐ１に照射される光だけでなく、太陽から植物Ｐ１に注がれる光においても、ＵＶ−Ａがカットされるので、糸状菌防除をより効果的に行うことができる。

ＵＶ−Ｃ及びＵＶ−Ｂは、その照度が強い場合、人体、例えば目や皮膚等に害を与える虞がある。このため、遮光板や人感センサスイッチをハウス内に設置し、それらを照明装置１と電気的に接続させて、光源２の光が作業者に照射されないように配光を制御することや、作業者が居ないときにのみ光源２を点灯させることが望ましい。このような制御により、ハウス内の作業者の安全確保を図ることが可能となる。

また、ＵＶ光源２１が蛍光灯により構成される場合、フィルタ２２を設けずに、図７に示されるように、蛍光灯の蛍光管２１ａの内側に蛍光体２１ｂを塗布し、これによりＵＶ−Ｃの領域のうちの略２５５ｎｍ以下の波長成分とＵＶ−Ａの領域（波長が略３４０〜３８０ｎｍの領域）の波長成分とが略ゼロの光を発するようにしてもよい。この蛍光灯においては、放電により電子が放出され、水銀原子がその電子のエネルギーを受け取ることによって紫外線を放出し、その紫外線が蛍光体２１ｂに吸収され、蛍光体２１ｂから上記の光が放出される。

本発明の一実施形態に係る植物病害防除用照明装置の一構成例を示す正面図。上記装置の光源の重畳光放射時と可視光放射時の分光分布を示す図。上記光源を構成するＵＶ光源の分光分布例を示す図。上記光源を構成するＵＶ光源及び可視光源の点灯パターンを示す図。上記装置の他の構成例を示す正面図。上記装置のさらに他の構成例を示す平面図。上記ＵＶ光源として使用される蛍光灯の構成例を示す斜視図。

符号の説明

１照明装置
２光源
２１ＵＶ光源
２２フィルタ
２３可視光源
３タイマ
４コントローラ

Claims

紫外線を含む光を放出する光源を備えた植物病害防除用照明装置において、
前記光源は、２５０ｎｍ以下の波長成分がカットされたＵＶ−Ｃと、ＵＶ−Ｂと、可視光波長領域にピークを有する光とを重畳した第１の光照射と、可視光のみの第２の光照射とを組み合わせた照射パターンによる光照射を１日あたり２回以上、繰り返すようにし、
前記ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの合算放射照度が５０μＷ／ｃｍ ^２以下となり、かつ前記ＵＶ−ＣとＵＶ−Ｂの１日の積算放射照度が０．２〜１０ｋＪ／ｍ ^２となるようにしたことを特徴とする植物病害防除用照明装置。
前記光源は、照明対象の植物の上方、側方及び下方に設置される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装置。