JP7394349B2 - 植物栽培における遮光制御システム及び遮光制御方法 - Google Patents
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Description
そこで、温室栽培等では、遮光カーテンを用いて適度に遮光処理を行い、過度の日射への暴露を抑えるシステムが採用されている。例えば特許文献1には、温室内の温度センサから得られる測定値と設定値との差に基づいて天窓や遮光カーテンを開閉制御する遮光カーテン制御装置の発明が開示されている。ここでは、日射量センサの測定値に基づく判断により曇りの日が2日続いてカーテンが全開に操作されている状態で3日目に快晴になった場合には、午前中にはカーテンをオンオフ的に開閉制御し遮光時間を最初は長くとって次第に短くし、午後には全開に制御することで、入射量が急激に増加する現象を抑制して萎れ症状を防止するようにしている。
植物への日射を遮断可能な遮光手段と、
植物への日射量を計測する日射量計測手段と、
前記遮光手段の作動を制御する制御手段と、
前記日射量計測手段の計測値に基づいて所定日における1日の積算日射量を算出し、前記積算日射量に基づいて前記所定日の天候を判別する判別手段と、を含み、
前記制御手段は、前記所定日の翌日において、以下の(1)(2)の何れかの制御を実行することを特徴とする。
(1)前記判別手段により前記所定日の天候が曇雨天と判断された場合、前記日射量計測手段によって計測される前記翌日の日射量が所定の第1閾値以上であれば前記遮光手段によって植物に対する遮光を実行し、前記翌日の日射量が前記第1閾値を下回っていれば前記遮光手段による植物への遮光を解除する。
(2)前記判別手段により前記所定日の天候が晴天と判断された場合、前記翌日の日射量が、前記第1閾値よりも大きい所定の第2閾値以上であれば前記遮光手段によって植物に対する遮光を実行し、前記翌日の日射量が前記第2閾値を下回っていれば前記遮光手段による植物への遮光を解除する。
第1の発明の別の態様は、上記構成において、前記制御手段は、前記(1)の制御を実行する場合、前記翌日の日射量が前記第1閾値を所定時間下回っていた際に前記遮光手段による植物への遮光を解除し、
前記(2)の制御を実行する場合、前記翌日の日射量が前記第2閾値を所定時間下回っていた際に前記遮光手段による植物への遮光を解除することを特徴とする。
第1の発明の別の態様は、上記構成において、前記日射量計測手段は、植物が栽培される温室の外部に設置される日射計を含み、
前記判別手段は、前記日射計の計測値に所定の補正用係数を乗算することで前記温室の内部の日射量を算出し、前記温室の内部の日射量に基づいて前記積算日射量を算出することを特徴とする。
第1の発明の別の態様は、上記構成において、前記判別手段は、前記積算日射量が所定の判別値以下であれば曇雨天、前記判別値を超えていれば晴天と判別することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明のうち、第2の発明は、植物への日射を遮断可能な遮光手段と、
植物への日射量を計測する日射量計測手段と、
前記遮光手段の作動を制御する制御手段と、を用いた植物栽培において、前記遮光手段による遮光を制御する方法であって、
前記日射量計測手段の計測値に基づいて所定日における1日の積算日射量を算出し、前記所定日の天候を判別する判別ステップと、
前記判別ステップでの判別結果に基づいて前記制御手段が前記所定日の翌日での植物への遮光を制御する制御ステップと、を含み、
前記制御ステップでは、前記翌日において、以下の(1)(2)の何れかの制御を実行することを特徴とする。
(1)前記判別ステップで前記所定日の天候が曇雨天と判断された場合、前記翌日の日射量が所定の第1閾値以上であれば前記遮光手段によって植物に対する遮光を実行し、前記翌日の日射量が前記第1閾値を下回っていれば前記遮光手段による植物への遮光を解除する。
(2)前記判別ステップで前記所定日の天候が晴天と判断された場合、前記翌日の日射量が、前記第1閾値よりも大きい所定の第2閾値以上であれば前記遮光手段によって植物に対する遮光を実行し、前記翌日の日射量が前記第2閾値を下回っていれば前記遮光手段による植物への遮光を解除する。
第2の発明の別の態様は、上記構成において、前記制御ステップでは、前記(1)の制御を実行する場合、前記翌日の日射量が前記第1閾値を所定時間下回っていた際に前記遮光手段による植物への遮光を解除し、
前記(2)の制御を実行する場合、前記翌日の日射量が前記第2閾値を所定時間下回っていた際に前記遮光手段による植物への遮光を解除することを特徴とする。
第2の発明の別の態様は、上記構成において、前記日射量計測手段は、植物が栽培される温室の外部に設置される日射計を含み、
前記判別ステップでは、前記日射計の計測値に所定の補正用係数を乗算することで前記温室の内部の日射量を算出し、前記温室の内部の日射量に基づいて前記積算日射量を算出することを特徴とする。
第2の発明の別の態様は、上記構成において、前記判別ステップでは、前記積算日射量が所定の判別値以下であれば曇雨天、前記判別値を超えていれば晴天と判別することを特徴とする。
図1は、植物栽培における遮光制御システムの一例を示す説明図である。ここでは植物としてガーベラを例示している。
遮光制御システム1において、温室2内には、ガーベラの栽培ベンチ3,3・・が設置される。温室2の天井面には、栽培ベンチ3,3に対する日射を遮断可能な遮光カーテン4が設けられている。遮光カーテン4は、遮光制御装置5によって開閉動作する。
遮光制御装置5は、コンピュータを用いた演算・制御部6から動作指令を受ける。演算・制御部6には、温室2の外部に設けた温室外日射計7と、温室2の内部に設けた温室内日射計8からの計測値がそれぞれ入力される。
演算・制御部6は、温室外日射計7から得られる計測値に基づいて、日の出から日の入りまでの温室2内での積算日射量を毎日演算して記憶部に記憶している。温室内日射計8でなく温室外日射計7を使用するのは、温室内日射計8は、遮光による日射量低減の影響を受け、天候を正確に判別できなくなるおそれがあることによる。
よって、ここでは、温室外日射計7の計測値に所定の補正用係数(例えば0.6)を乗算する補正を行うことで、温室2内の日射量を推測し、積算日射量を演算している。
まず、遮光制御処理が開始されると、ステップ(以下「S」と表記する。)1において、記憶部に記憶されている前日の警報値をリセットする。
次に、S2で、記憶部に記憶されている前日の積算日射量が、予め設定された判別値以下であるか否かを判別する。この判別値は、例えば5MJ/m2・日である。
S2で積算日射量が判別値以下であれば(S2でYES)、前日を曇雨天日と判断して、S3で警報値=1を出力して記憶部に記憶する。一方、積算日射量が判別値を超えていれば(S2でNO)、前日を晴天日と判断して、S4で警報値=0を出力して記憶部に記憶する。
S5で日射量が第1閾値以上であれば(S5でYES)S6で、遮光制御装置5を介して遮光カーテン4を作動させて温室2内の遮光を行う。一方、日射量が第1閾値を下回っていれば(S5でNO)、S7で、S5の最初の判別から所定時間(例えば10~20分)経過したか否かを判別する。ここで最初の判別から所定時間経過を確認したら、S8で遮光を行わない(遮光状態であれば解除する)。所定時間経過前であれば、S5で再び日射量が第1閾値を下回っているか否かを確認する。よって、所定時間経過前に日射量が第1閾値以上となると、S6で遮光が実行される。
そして、S9で、日の入りか否かを判別(時間で判断してもよいし日射量で判断してもよい)し、日の入り前であればS5に戻って再び日射量を第1閾値と比較する処理を行う。S9で日の入りと判断されれば、遮光制御を終了する。
S10で日射量が第2閾値以上であれば(S10でYES)、S11で、遮光制御装置5を介して遮光カーテン4を作動させて温室2内の遮光を行う。一方、日射量が第2閾値を下回っていれば(S10でNO)、S12で、S10の最初の判別から所定時間(例えば10~20分)経過したか否かを判別する。ここで所定時間経過を確認したら、S13で遮光を行わない(遮光状態であれば解除する)。所定時間経過前であれば、S10で再び日射量が第2閾値を下回っているか否かを確認する。よって、所定時間経過前に日射量が第2閾値以上となると、S11で遮光が実行される。
そして、S14で、日の入りか否かを判別し、日の入り前であればS10に戻って再び日射量を第2閾値と比較する処理を行う。S14で日の入りと判断されれば、遮光制御を終了する。
(判別値の検証)
恒温器(MLR-352-PJ:Panasonic)内で、処理区当たり4株で花茎長20cm以上且つ収穫適期前のガーベラが10本以上付いている状態で、高天井用LED照明(DRGE17H22K/N-PJX8:(株)ホタルクス)を使用し、1日目は、積算日射量が3、5,7,12(単位はそれぞれMJ/m2・日)となるように6:00~16:00までの時間帯で2時間ごとに段階的に光量を調節してそれぞれ日射を行った。
次に、2日目は、8:00~10:00に0.5kW/m2(晴天想定条件である12MJ/m2・日の最高設定放射照度)で日射を行い、10:00に花茎曲がり発生率を調査した。気温は1日目、2日目共に28℃、相対湿度は40~90%の範囲でなりゆきとした。なお、花茎曲がりは、垂直上部方向を0°として20°以上曲がったものを発生花とした。
この2日間の調査を2回に分け、合計4日間(2019年9月12,13日(3,5MJ/m2・日)、23,24日(7,12MJ/m2・日))で行った。前日の積算日射量と翌日の花茎曲がりとの関係は以下の表1の通りである。
但し、12MJ/m2・日を晴天日と想定すると、判断値の上限は10MJ/m2・日程度でも採用できるため、判断値は、5~10MJ/m2・日の範囲で決定できる。
恒温器(MLR-352-PJ:Panasonic)内で、処理区当たり4株で花茎長20cm以上且つ収穫適期前のガーベラが10本以上付いている状態で、高天井用LED照明(DRGE17H22K/N-PJX8:(株)ホタルクス)を使用し、1日目は、積算日射量が曇雨天日相当の5MJ/m2・日となるように6:00~16:00までの時間帯で2時間ごとに0.1,0.2,0.3,0.4(単位はそれぞれkW/m2)の日射量で段階的に光量を調節してそれぞれ日射を行った。
次に、2日目は、8:00~10:00に同じ日射量下に置き、10:00に花茎曲がり発生率を調査した。気温は1日目、2日目共に28℃、相対湿度は40~90%の範囲でなりゆきとした。なお、花茎曲がりは、垂直上部方向を0°として20°以上曲がったものを発生花とした。
この2日間の調査を2回に分け、合計4日間で行った(2019年9月25、26日(0.2、0.4kW/m2)、27、28日(0.1、0.3kW/m2))。曇雨天想定日の翌日の花茎曲がり発生状況は以下の表2の通りである。
恒温器(MLR-352-PJ:Panasonic)内で、処理区当たり4株で花茎長20cm以上且つ収穫適期前のガーベラが10本以上付いている状態で、高天井用LED照明(DRGE17H22K/N-PJX8:(株)ホタルクス)を使用し、1日目は、積算日射量が晴天日相当の12MJ/m2・日となるように6:00~16:00までの時間帯で2時間ごとに0.3,0.4,0.5,0.6(単位はそれぞれkW/m2)の日射量で段階的に光量を調節してそれぞれ日射を行った。
次に、2日目は、8:00~10:00に同じ日射量下に置き、10:00に花茎曲がり発生率を調査した。気温は1日目、2日目共に28℃、相対湿度は40~90%の範囲でなりゆきとした。なお、花茎曲がりは、垂直上部方向を0°として20°以上曲がったものを発生花とした。
この2日間の調査を2回に分け、合計4日間で行った(2019年9月29、30日(0.4、0.6kW/m2)、10月1、2日(0.3、0.5kW/m2))。晴天想定日の翌日の花茎曲がり発生状況は以下の表3の通りである。
想定の温室内日射量を作成する補正値を検証するため、無遮光条件下で温室の内外に日射センサを設置し、日射量を比較して補正用係数(補正値)を算出する。
日射センサはPVアレイ日射計(PVSS-01)を使用し、終日無遮光とした。データの取得にはUECS(Ubiquitous Environment Control System)環境計測ノードを利用した。日射センサは温室外では地上高430cm、温室内ではガーベラ栽培ベンチ中央の地上高115cmにそれぞれ設置し、2019年10月9日の日の出(5:48)から日の入り(17:23)までの温室内外の最高瞬時日射量、平均瞬時日射量、積算日射量について、それぞれ温室内/温室外の値を算出し、その係数を基に補正用係数を決定した。そして、翌日の日射量について、補正値と実測値との比較を行った。温室内外の日射量と積算日射量を表4に、補正用係数別の遮光基準日射量超過時刻を表5にそれぞれ示す。
よって、補正用係数としては0.68が0.52よりも適していると考えられる。但し、温室の立地、材質等の条件により適切な補正用係数は変化すると考えられるため、0.6前後、望ましくは0.6から1.0の範囲での選択も可能である。
[検証例1]
温室内にガーベラの品種「ミノウ」を1区当たり13株で設置し、遮光率60%の遮光カーテンを利用し、温室外の地上高430cmに日射計を設置して、本発明の遮光制御システムによる遮光制御を以下の2回実行し、花茎曲がりの発生を検証した。
1回目:2019年10月19日(雨)、20日(晴のち曇)
2回目:2019年10月30日(晴)、31日(晴)
制御に用いる日射量は、温室外日射量の計測値に補正用係数0.68を掛けた値を使用した。判別値は5MJ/m2・日、第1閾値は0.3kW/m2、第2閾値は0.5kW/m2とした。
比較例として、タイマーを用いて8:30~14:30の時間帯に遮光を行う慣行遮光区と、遮光を行わない遮光区とで花茎曲がりの発生を検証した。日射量は栽培ベンチ中央の地上高115cmで測定した。
花茎曲がり発生調査は10月20日、31日の10時に行い、垂直方向から20°以上の曲がりが見られたものを発生とした。
調査日における積算日射量及び天候を表6に、処理別の花茎曲がり発生状況を表7(10月20日),表8(10月31日)にそれぞれ示す。
温室内にガーベラの3品種「ミノウ」「サンディ」「キムシー」を1区当たり13株で設置し、遮光率60%の遮光カーテンを利用し、温室外の地上高430cmに日射計を設置して、本発明の遮光制御システムによる遮光制御を以下の日時に実行し、花茎曲がりの発生を検証した。
2020年6月7日(曇天翌日の晴天)、8日(晴天翌日の晴天)
制御に用いる日射量は、温室外日射量の計測値に補正用係数1.0を掛けた値を使用した。また、日射量が連続して15分間第1、第2閾値以上とならないと遮光を解除しない設定とした。判別値は10MJ/m2・日、第1閾値は0.3kW/m2、第2閾値は0.5kW/m2とした。
比較例として、タイマーを用いて7:30~16:30の時間帯に遮光を行う慣行遮光区と、遮光を行わない遮光区とで花茎曲がりの発生を検証した。日射量は栽培ベンチ中央の地上高115cmで測定した。
花茎曲がり発生調査は8~16時に2時間ごとに行い、垂直方向から20°以上の曲がりが見られたものを発生とした。
6月8日の日射量の最大値は、本発明遮光区:0.47kW/m2、慣行遮光区:0.36kW/m2、無遮光区0.86kW/m2であった。
調査日における処理別の花茎曲がり発生状況を品種ごとに表9~表11にそれぞれ示す。
演算・制御部6は、積算日射量に基づいて所定日の天候を判別する(判別ステップ)と共に、所定日の翌日において、以下の(1)(2)の何れかの制御を実行する(制御ステップ)ようにしている。
(1)演算・制御部6により所定日の天候が曇雨天と判断された場合、温室外日射計7によって計測される翌日の日射量が所定の第1閾値以上であれば遮光カーテン4によって植物に対する遮光を実行し、翌日の日射量が第1閾値を下回っていれば遮光カーテン4による植物への遮光を解除する。
(2)演算・制御部6により所定日の天候が晴天と判断された場合、翌日の日射量が第1閾値よりも大きい所定の第2閾値以上であれば遮光カーテン4によって植物に対する遮光を実行し、翌日の日射量が第2閾値を下回っていれば遮光カーテン4による植物への遮光を解除する。
よって、温室外日射計7に一時的に雲がかかって日射が遮られるような場合に日射量が少ないと誤認識して遮光が解除される状態を排除でき、植物が強日射へ暴露されることによる花茎曲がり等の規格外品の発生を確実に抑制可能となる。
よって、遮光による日射量低減の影響を受ける温室内日射計8の計測値を用いなくても温室2内の日射量を推測でき、正確な積算日射量が算出可能となる。
さらに、演算・制御部6は、積算日射量が所定の判別値以下であれば曇雨天、判別値を超えていれば晴天と判別するので、所定日の天候を正確に判別可能となる。
上記形態では、積算日射量を判別値と比較して天候を判断し、警報値を出力する処理を遮光制御の当日に行っているが、積算日射量から天候を判断して警報値を出力するまでの処理を前日に行って記憶しても差し支えない。この場合、当日に使用した警報値のリセットは、その日の遮光制御の終了時に行えばよい。
判別値、第1閾値、第2閾値はそれぞれ上記形態に限らず、適用する品種等に応じて適宜変更可能である。
日射量が第1、第2閾値以上でない場合にカウントする所定時間も上記形態に限らず、適宜変更可能である。第1閾値と第2閾値とで所定時間を異ならせてもよい。但し、所定時間のカウント処理を省略して、日射量が閾値以上でなければ直ちに遮光を解除することもできる。
また、温室外と温室内との両方の日射計の計測値に基づいて積算日射量を算出してもよい。温室外日射計又は温室内日射計を複数設置して計測値の平均値を採用したりしてもよい。
遮光手段としては遮光カーテンに限らず、開閉制御が可能であればネットやロールスクリーン等の他の資材も採用できる。異なる資材を組み合わせてもよい。
例えば前日の積算日射量の算出、判別値との比較、天候の判別、警報値の入力といった処理の何れか又は全てを手動で行ったり、積算日射量を用いずに天候に応じた警報値の入力を手動で行ったりする等、部分的に人手が加わる処理も本発明の遮光制御方法に含まれる。
そして、本発明はガーベラに限らず、他の花きや野菜等の植物に対しても適用できる。よって、本発明は、花茎曲がりに限らず、萎れ等による規格外品の発生抑制を目的とした利用も可能である。勿論温室栽培に限らず、植物工場等の栽培環境であっても遮光制御の必要性があれば本発明を適用して差し支えない。
Claims (8)
- 植物への日射を遮断可能な遮光手段と、
植物への日射量を計測する日射量計測手段と、
前記遮光手段の作動を制御する制御手段と、
前記日射量計測手段の計測値に基づいて所定日における1日の積算日射量を算出し、前記積算日射量に基づいて前記所定日の天候を判別する判別手段と、を含み、
前記制御手段は、前記所定日の翌日において、以下の(1)(2)の何れかの制御を実行することを特徴とする植物栽培における遮光制御システム。
(1)前記判別手段により前記所定日の天候が曇雨天と判断された場合、前記日射量計測手段によって計測される前記翌日の日射量が所定の第1閾値以上であれば前記遮光手段によって植物に対する遮光を実行し、前記翌日の日射量が前記第1閾値を下回っていれば前記遮光手段による植物への遮光を解除する。
(2)前記判別手段により前記所定日の天候が晴天と判断された場合、前記翌日の日射量が、前記第1閾値よりも大きい所定の第2閾値以上であれば前記遮光手段によって植物に対する遮光を実行し、前記翌日の日射量が前記第2閾値を下回っていれば前記遮光手段による植物への遮光を解除する。 - 前記制御手段は、前記(1)の制御を実行する場合、前記翌日の日射量が前記第1閾値を所定時間下回っていた際に前記遮光手段による植物への遮光を解除し、
前記(2)の制御を実行する場合、前記翌日の日射量が前記第2閾値を所定時間下回っていた際に前記遮光手段による植物への遮光を解除することを特徴とする請求項1に記載の植物栽培における遮光制御システム。 - 前記日射量計測手段は、植物が栽培される温室の外部に設置される日射計を含み、
前記判別手段は、前記日射計の計測値に所定の補正用係数を乗算することで前記温室の内部の日射量を算出し、前記温室の内部の日射量に基づいて前記積算日射量を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の植物栽培における遮光制御システム。 - 前記判別手段は、前記積算日射量が所定の判別値以下であれば曇雨天、前記判別値を超えていれば晴天と判別することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の植物栽培における遮光制御システム。
- 植物への日射を遮断可能な遮光手段と、
植物への日射量を計測する日射量計測手段と、
前記遮光手段の作動を制御する制御手段と、を用いた植物栽培において、前記遮光手段による遮光を制御する方法であって、
前記日射量計測手段の計測値に基づいて所定日における1日の積算日射量を算出し、前記所定日の天候を判別する判別ステップと、
前記判別ステップでの判別結果に基づいて前記制御手段が前記所定日の翌日での植物への遮光を制御する制御ステップと、を含み、
前記制御ステップでは、前記翌日において、以下の(1)(2)の何れかの制御を実行することを特徴とする植物栽培における遮光制御方法。
(1)前記判別ステップで前記所定日の天候が曇雨天と判断された場合、前記翌日の日射量が所定の第1閾値以上であれば前記遮光手段によって植物に対する遮光を実行し、前記翌日の日射量が前記第1閾値を下回っていれば前記遮光手段による植物への遮光を解除する。
(2)前記判別ステップで前記所定日の天候が晴天と判断された場合、前記翌日の日射量が、前記第1閾値よりも大きい所定の第2閾値以上であれば前記遮光手段によって植物に対する遮光を実行し、前記翌日の日射量が前記第2閾値を下回っていれば前記遮光手段による植物への遮光を解除する。 - 前記制御ステップでは、前記(1)の制御を実行する場合、前記翌日の日射量が前記第1閾値を所定時間下回っていた際に前記遮光手段による植物への遮光を解除し、
前記(2)の制御を実行する場合、前記翌日の日射量が前記第2閾値を所定時間下回っていた際に前記遮光手段による植物への遮光を解除することを特徴とする請求項5に記載の植物栽培における遮光制御方法。 - 前記日射量計測手段は、植物が栽培される温室の外部に設置される日射計を含み、
前記判別ステップでは、前記日射計の計測値に所定の補正用係数を乗算することで前記温室の内部の日射量を算出し、前記温室の内部の日射量に基づいて前記積算日射量を算出することを特徴とする請求項5又は6に記載の植物栽培における遮光制御方法。 - 前記判別ステップでは、前記積算日射量が所定の判別値以下であれば曇雨天、前記判別値を超えていれば晴天と判別することを特徴とする請求項5乃至7の何れかに記載の植物栽培における遮光制御方法。
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