JP5821037B2 - Crop cultivation system - Google Patents
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Description
本発明は、作物(植物)の成長を促進する作物育成システムに関する。 The present invention relates to a crop cultivation system that promotes the growth of crops (plants).
従来から、作物に対して人工光を照射することにより、その作物の成長等を調節する作物育成方法が知られている。例えば、人工光源から発せられた遠赤色光及び赤色光の少なくともいずれかを含む光を日没後1〜3時間照射することにより、高糖度の果実を有するナス科植物(特に、トマト)を栽培する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a crop growing method for adjusting the growth of a crop by irradiating the crop with artificial light is known. For example, a solanaceous plant (especially tomato) having a fruit having a high sugar content is cultivated by irradiating light containing at least one of far-red light and red light emitted from an artificial light source for 1 to 3 hours after sunset. A method is known (see, for example, Patent Document 1).
また、人工光源から発せられた赤色光と遠赤色光との混合光を、光周期における明期の開始期近傍及び終了期近傍のいずれか一方又は両方において照射することにより、植物に対して短日処理を施す方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, by irradiating mixed light of red light and far-red light emitted from an artificial light source in the vicinity of one or both of the light period start period and end period in the light cycle, the plant is shortened. A method of performing day processing is known (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1に示される方法は、ナス科植物の糖度を高めるものであり、必ずしも作物の成長を促進するものではない。更に、この方法は、ナス科植物に限定された方法であり、必ずしも他の作物に応用できるものではない。
However, the method disclosed in
また、上記特許文献2に示される方法は、主に植物の開花時期を早めるものであり、必ずしも植物の成長を促進するものではない。
Moreover, the method shown by the said
本発明は、上記課題を解決するものであって、作物の成長を効率的に促進することができる作物育成システムを提供することを目的とする。 This invention solves the said subject, Comprising: It aims at providing the crop cultivation system which can accelerate | stimulate the growth of a crop efficiently.
本発明の作物育成システムは、波長域685〜780nmにピーク波長を持つ光を照射する光源と、前記光源の光照射動作を制御する制御部と、前記制御部に対して前記光源の光照射動作させる時間帯を任意に設定する時間設定部と、を備え、前記時間設定部は、日没後に前記光源が光照射を開始するように設定され、前記制御部は、前記光源の光照射量を時間経過と共に徐々に増加させていくように制御することを特徴とする。 The crop cultivation system according to the present invention includes a light source that emits light having a peak wavelength in a wavelength range of 685 to 780 nm, a control unit that controls a light irradiation operation of the light source, and a light irradiation operation of the light source with respect to the control unit. A time setting unit that arbitrarily sets a time zone to be set, wherein the time setting unit is set so that the light source starts light irradiation after sunset, and the control unit determines a light irradiation amount of the light source. It is characterized by controlling so as to gradually increase with the passage of time.
前記制御部は、前記光源の光照射量の増加分を少なくとも前記光源の初期光照射量の2倍以上となるように制御することが好ましい。 It is preferable that the control unit controls the increase in the light irradiation amount of the light source to be at least twice the initial light irradiation amount of the light source.
前記時間設定部は、前記光源の光照射開始から一定時間経過後に前記光源の光照射を終了するように設定されることが好ましい。 It is preferable that the time setting unit is set so as to end the light irradiation of the light source after a lapse of a certain time from the light irradiation start of the light source.
前記光源は、0.01〜0.15W/m2の放射照度範囲内で光を照射することが好ましい。 The light source preferably emits light within an irradiance range of 0.01 to 0.15 W / m 2 .
本発明の作物育成システムによれば、日没後に徐々に放射照度が増加する遠赤色光が作物に対して照射されることになるため、作物の成長を効率的に促進することができる。 According to the crop growing system of the present invention, since the far-red light whose irradiance gradually increases after sunset is irradiated to the crop, the growth of the crop can be promoted efficiently.
本発明の実施形態に係る作物育成システムについて、図1乃至図6を参照して説明する。本作物育成システムは、完全閉鎖型の植物苗生産システム、農業用のビニルハウス若しくはガラスハウス等の施設栽培、又は露地栽培等において、作物(特に、花き類)が育成される際に利用され、その作物の成長を促進させるものである。 A crop cultivation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. This crop cultivation system is used when crops (especially flowering plants) are cultivated in a completely closed plant seedling production system, facility cultivation such as an agricultural vinyl house or glass house, or outdoor cultivation, etc. It promotes the growth of the crop.
作物育成システム1は、図1に示されるように、光源2と、光源2の光照射動作を制御する制御部3と、制御部3に対して光源2の光照射動作させる時間帯を任意に設定する時間設定部4とを備える。ここで、光源2と制御部3、そして制御部3と時間設定部4は、それぞれ配電線5によって電気的に結ばれている。配電線5は、商用電源(図示せず)へ接続されており、商用電源から得た電力を作物育成システム1へ供給する。作物育成システム1は、光源2から発せられた光を畝Fに植えられた作物Pへ照射することにより、作物Pの成長を促進させる。
As shown in FIG. 1, the
光源2は、例えば、ランプ20と、ランプ20の光導出面に配置される遠赤色フィルタ21とを備え、波長域685〜780nmにピーク波長を持つ遠赤色光を照射する。ランプ20は、例えば、あらゆる可視光波長域の光を照射する白熱灯やHIDランプ(例えば、高圧ナトリウムランプ及びキセノンランプ等)から構成される。遠赤色フィルタ21は、例えば、カラー樹脂、カラーガラス、光学多層膜処理を施したフィルタから構成され、ランプ20から発せられた光のうち685nm以上の波長を有する光を透過させる。なお、光源2は、遠赤色フィルタ21を備えず、遠赤色光を直接発するランプ(図示せず)のみから構成されてもよい。この場合、このランプは、遠赤色LED、遠赤色EL素子、又は遠赤色蛍光灯等から構成される。また、光源2は、これらの構成に限定されず、上述したピーク波長を持つ遠赤色光を照射できるように構成されていればよい。
The
制御部3は、マイコン、リレー、及びスイッチ等から構成され、光源2から出射される光の放射照度を調整する調光装置(図示せず)を備える。調光装置は、例えば、電気的に光源2から発せられる光の放射照度を調整することができるライトコントローラから構成され、光源2の光照射量を時間経過と共に徐々に増加させる。このとき、調光装置は、光源2の放射照度を0.01〜0.15W/m2の範囲内で調節し、かつ光源2の光照射量の増加分を少なくとも光源2の初期光照射量の2倍以上となるように制御することが好ましい。放射照度は、Leica製のライトメータLi−250及びセンサLi−200SAを用いて測定される。
The
時間設定部4は、タイマやマイコン等を備え、日没後に光源2が光照射を開始するように設定される。時間設定部4は、光センサを備え、この光センサを利用して作物Pの周囲に照射される自然光(太陽光)の放射照度を感知することにより、光源2による光照射開始時間を決定してもよい。また、時間設定部4は、ソーラタイムスイッチを備え、このソーラタイムスイッチに予め記憶された日没時刻に従って、光源2の光照射を開始させてもよい。時間設定部4は、光源2からの光照射が少なくとも3時間は継続するように設定されており、その光照射開始から一定時間経過後に光源2の光照射を終了するように設定されることが好ましい。なお、時間設定部4は、制御部3にタイマ機能を有するマイコン等を用いることにより、制御部3に組み込まれた構成とされてもよい。
The
図2は、光源2から照射される遠赤色光の分光特性例を示す。遠赤色フィルタ21を備えた蛍光灯及び遠赤色LEDから発せられる光は、それぞれ略740nm及び略735nmにピーク波長を有する。なお、光源2から照射される光は、波長域685〜780nmの放射エネルギの総和が他の波長域の放射エネルギの総和よりも大きい光であってもよく、必ずしもこの波長域内にピーク波長を持つ必要はない。
FIG. 2 shows an example of spectral characteristics of far-red light emitted from the
光源2を構成するランプ20は、図3に示されるように、筺体6内に複数まとめて配置されてもよい。この場合、これらのランプ20のオン/オフ制御及び調光制御は、制御部3により各ランプ20ごとに行われてもよいし、一括に行われてもよい。遠赤色フィルタ21は、例えば、すべてのランプ20を覆うように筐体6の光導出面に装着される。なお、ランプ20及び遠赤色フィルタ21の配置並びに筐体6の形態は、本実施形態のものに限定されない。
As shown in FIG. 3, a plurality of
光源2は、通常、作物Pの上方に配置される。しかし、作物Pの背が高くて枝葉が多い場合には、上方に配置された光源2だけでは、作物Pの下方や内部にまで光を照射することができない虞がある。そこで、図4に示されるように、作物Pの上方に配置される上部光源2aに加えて、作物Pの側方に側部光源2b、そして作物Pの下方に下部光源2cを配置してもよい。これにより、作物Pの背が高くて枝葉が多い場合であっても、作物P全体に対して十分量の光を照射することが可能となる。このとき、側部光源2b及び下部光源2cは、任意の角度で作物Pに対して光を照射することができるように、それらの取付角度が調節可能に設置されることが好ましい。なお、側部光源2b及び下部光源2cの設置台数及び設置場所は、図例のものに限定されない。
The
上部光源2a、側部光源2b、及び下部光源2cは、図5に示されるように、それぞれ作物Pの周囲に均等に配置される。上部光源2aは、畝Fが伸びる方向(作物Pが連なる方向)と略平行に、互いに一定間隔を置いて、作物Pの上方に複数配置される。側部光源2bは、防水加工が施され、畝Fが伸びる方向と略平行に、隣接する畝Fの間の領域へ互いに一定間隔を置いて複数配置される。下部光源2cは、防水加工が施され、畝Fが伸びる方向と略平行に、隣接する畝Fの間の地面上へ互いに一定間隔を置いて複数配置される。このような配置にすることにより、個々の上部光源2a、側部光源2b、又は下部光源2cの光照射範囲に対して作物Pがより広い範囲に亘って連なっている場合であっても、作物Pに対して効率良く光を照射することが可能となる。なお、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、又は細長い形状に成形されたEL器具等の連続光源から構成されてもよい。
The upper
上部光源2a、側部光源2b、及び下部光源2cの配光及び光量は、作物Pの生育に合わせて調節される。例えば、初期の生育ステージにおいて作物Pがあまり生育しておらずまだ小さい場合、作物Pから離れた上部光源2aは消灯され、作物Pとの距離が近い側部光源2b及び下部光源2cは点灯される。このとき、側部光源2b及び下部光源2cは、それらの取付角度等が調節されることにより配光が狭く設定され、作物Pに対して集中的に光を照射することができるよう配置されることが好ましい。また、初期の生育ステージにある作物Pは、枝葉が未だ十分に発達していないため、作物Pに対して照射される光は、光量が低くても作物Pの全体に行き渡り得る。そのため、側部光源2b及び下部光源2cは、照射する光の光量を下げてもよい。
The light distribution and light quantity of the upper
他方、作物Pが大きく成長した場合には、上部光源2a、側部光源2b、及び下部光源2cのすべてが点灯される。このとき、側部光源2b及び下部光源2cは、それらの取付角度等が調節されることにより配光が広く設定され、作物Pの広い範囲に対して光を照射することができるよう配置されることが好ましい。また、成長が進んだ作物Pは、背が高くなり、かつ多くの枝葉を持ち得るため、作物Pに対して照射される光は、高い光量でなければ作物Pの隅々まで行き渡らない。そのため、上部光源2a、側部光源2b、及び下部光源2cは、照射する光の光量を増加させることが好ましい。
On the other hand, when the crop P grows greatly, all of the upper
以上のように構成された作物育成システム1は、通年利用することが可能であるが、自然光(太陽光)が減少する秋から春先にかけての短日期において特に有効に用いることができる。
The
作物育成システム1が作物Pに与える成長(伸長)促進効果は、作物Pとしてキクの1種であるセイプリンス及びマリーゴールドを用いて検討された。これらのキクは、12月末に定植された後、翌年4月の収穫まで略4ヵ月間栽培された。この間、キクの栄養生長を維持するため、白熱灯による深夜4時間の暗期中断が定植後から開始され、キクの草丈が20cm以上となった定植開始略45日後の2月初めまで継続された。その後、キクを生殖生長に移行させると同時に、光源2によるキクへの光照射が開始され、この光照射はキクが開花するまで継続された。光源2としては遠赤色LEDが用いられ(図2参照)、30個/m2の密度でキクの上方に配置された。
The growth (elongation) promoting effect of the
光源2によるキクへの光照射は、図6のように行われた。図6は、太陽光及び光源2から照射された遠赤色光の照射パターンを示す。太陽光の相対放射強度は、日出と共に徐々に増加し、日中略一定に保たれた後、日没が近づくにつれて減衰する。光源2からの光照射は、日没と共に開始され、略0.01〜0.05W/m2の放射照度範囲内で放射照度を線形的に徐々に増加させながら3時間継続された。その結果、表1の実施例に示されるように、太陽光及び光源2からの遠赤色光照射を受けたセイプリンスは、平均87日で茎丈80cm以上に達した。
これに対し、図7に示されるように、セイプリンスに太陽光のみを照射した場合(比較例1)には、表1の比較例1に示されるように、セイプリンスは茎丈80cm以上となるのに平均105日を要した。また、図8に示されるように、セイプリンスに太陽光及び略0.03W/m2の一定放射照度で遠赤色光を日没直後から3時間照射した場合(比較例2)には、表1の比較例2に示されるように、茎丈80cm以上となるのに平均92日を要した。ここで、比較例2においてセイプリンスへ照射された遠赤色光の積算エネルギ(図8のパターン塗りつぶし領域の面積で表される)は、本実施例において照射された遠赤色光の積算エネルギ(図6のパターン塗りつぶし領域の面積で表される)とほぼ等しい。 On the other hand, as shown in FIG. 7, when only the sunlight was irradiated to the prince (Comparative Example 1), as shown in Comparative Example 1 in Table 1, the sapling was 80 cm or more in stem height. It took 105 days on average. In addition, as shown in FIG. 8, in the case of irradiating a sapile with sunlight and far red light at a constant irradiance of approximately 0.03 W / m 2 for 3 hours immediately after sunset (Comparative Example 2), As shown in 1 of Comparative Example 2, it took 92 days on average to reach a stem height of 80 cm or more. Here, the accumulated energy of the far red light irradiated to the sacred Prince in Comparative Example 2 (represented by the area of the pattern filling region in FIG. 8) is the accumulated energy of the far red light irradiated in the present embodiment (FIG. 6), which is approximately equal to the area of the pattern fill region.
以上の結果より、まず、光源2から照射される遠赤色光は、顕著にセイプリンスの成長を促進することが分かった。更に、同程度のエネルギを持つ遠赤色光をセイプリンスに照射する場合には、一定放射照度で光を照射するよりも、放射照度を線形的に徐々に増加させながら照射する方が、セイプリンスの成長をより効率的に促進することができることが明らかとなった。
From the above results, it was first found that far-red light emitted from the
上述と同様の効果が、マリーゴールドに対しても得られた。表2に示されるように、本実施例において太陽光及び放射照度が徐々に増加していく遠赤色光の照射を受けたマリーゴールドは、平均85日で茎丈80cm以上に達した。これに対し、比較例1において太陽光のみの照射を受けたマリーゴールドは、茎丈80cm以上となるのに102日を要し、比較例2において太陽光及び一定放射照度の遠赤色光照射を受けたマリーゴールドは、茎丈80cm以上となるのに91日を要した。従って、ここでも、遠赤色光の放射照度を徐々に増加させることにより、マリーゴールドの成長をより効率的に促進することができることが明らかとなった。
本実施例では、光源2は放射照度が線形的に増加していく遠赤色光を発するように設定されているが、光源2の光照射様式はこれに限定されない。光源2は、例えば、図9に示されるように、放射照度が段階的に増加していく遠赤色光を発してもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態に係る作物育成システム1は、一定放射照度で作物Pに対して光を照射する従来の装置又は方法と異なり、放射照度を徐々に増加させながら作物Pに対して光を照射するものである。これにより、従来技術と比較してより効率的に作物Pの成長を促進することができる。具体的には、作物育成システム1によれば、キクの成長を比較例1と比べて17〜18日、比較例2と比べて5〜6日早めることができる。そのため、キクの栽培サイクルを短くすることが可能となり、一定期間内に収穫し得るキクの量を増加させることができる。
Unlike the conventional apparatus or method which irradiates light with respect to the crop P with fixed irradiance, the
なお、本発明に係る作物育成システムは、種々の変形が可能である。例えば、光源の点灯時期は、本実施形態で用いられた日没後3時間に限定されず、終夜点灯であってもよいし、夜中断続的に点灯されてもよい。また、設置される光源の数及び配置は、本実施例のものに限定されず、栽培される作物の特性に応じて調整され得る。 The crop cultivation system according to the present invention can be variously modified. For example, the lighting timing of the light source is not limited to 3 hours after sunset used in the present embodiment, and may be turned on all night or may be turned on intermittently at night. Further, the number and arrangement of the light sources to be installed are not limited to those in the present embodiment, and can be adjusted according to the characteristics of the crops to be cultivated.
1 作物育成システム
2 光源
3 制御部
4 時間設定部
1
Claims (4)
前記光源の光照射動作を制御する制御部と、
前記制御部に対して前記光源の光照射動作させる時間帯を任意に設定する時間設定部と、を備え、
前記時間設定部は、日没後に前記光源が光照射を開始するように設定され、
前記制御部は、前記光源の光照射量を時間経過と共に徐々に増加させていくように制御することを特徴とする作物育成システム。 A light source that irradiates light having a peak wavelength in a wavelength range of 685 to 780 nm;
A control unit for controlling the light irradiation operation of the light source;
A time setting unit for arbitrarily setting a time zone for the light irradiation operation of the light source to the control unit,
The time setting unit is set so that the light source starts light irradiation after sunset,
The said control part is controlled so that the light irradiation amount of the said light source may be made to increase gradually with progress of time, The crop growing system characterized by the above-mentioned.
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