TWI459895B - 植物育成照明裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於調節植物育成的植物育成照明裝置。
以往已知有對植物照射來自人工光源的光以調節該植物之育成的方法。例如,日本特許公開公報2009-136155號(以下稱為文獻1)中,提出有以下方法:在植物光週期的光照期開始期附近及結束期附近中的任一者或兩者,對植物照射紅光和遠紅光的混合光,以對該植物施行短日處理之方法。
又,例如,日本特許公開公報2007-282544號(以下稱為文獻2)中,提出有以下方法:對茄科植物(特別是蕃茄)於日落後照射1~3小時紅光及遠紅光中至少一方的光,以提高該植物的果實糖度之方法。
然而,文獻1中提出的方法,主要是為了讓植物的開花時期提早,難以視為用以促進植物成長者。又,文獻2中提出的方法,是為了提高果實糖度者,難以視為用以促進植物成長者,且其係限定於茄科植物之方法,因而可能無法應用於其他植物。
本發明係用以解決上述課題者,其目的在於提供一能藉由對植物照射來自人工光源的光以促進植物成長之植物育成照明裝置。
本發明之植物育成照明裝置具備對植物照射光之光
源,該光源具備:用於照射含有波長區域610~680nm的紅光成分的光之第1光源;用於照射含有波長區域685~780nm的遠紅光成分的光之第2光源;用於控制前述第1光源及第2光源的照射動作之控制部;及用於設定使前述第1光源及第2光源對前述控制部進行照射動作的時間帶之時間設定部;前述時間設定部被設定成:前述第1光源於涵蓋日落的時間帶,以0.005W/m2
以上的輻射照度且0.015kJ/m2
以上的1日累積輻射照度進行照射動作,然後前述第2光源於日出前的時間帶,以3小時以上、0.02W/m2
以上的輻射照度且0.21kJ/m2
以上的1日累積輻射照度進行照射動作。
本植物育成照明裝置較佳為:前述第1光源於日落前的時間帶照射的光的累積輻射照度,被控制成比該第1光源於日落後的時間帶照射的光的累積輻射照度少。
本植物育成照明裝置較佳為:前述第1光源照射的光的累積輻射照度被控制成比前述第2光源照射的光的累積輻射照度少。
本植物育成照明裝置較佳為:前述第1光源照射的光的累積輻射照度和前述第2光源照射的光的累積輻射照度之比,被控制成0.05:9.95~4.5:5.5。
根據本發明,由於對植物於涵蓋日落的時間帶照射含有紅光成分的光,然後照射含有遠紅光成分的光,因而能促進植物成長。
參照圖1至圖8,說明有關本發明之實施形態之植物育
成照明裝置(以下稱為照明裝置)。本照明裝置係於完全閉鎖型之植物苗生產系統、農業用之塑料溫室或玻璃溫室等設施栽培或露地栽培(open field culture)等,用以促進植物(特別是開花類及果菜類)成長者。
如圖1所示,照明裝置1具備第1光源2及第2光源3,做為對定植在畝田F的植物P照射光之光源。第1光源2照射含有紅光成分之光,第2光源3照射含有遠紅光成分之光。於該情形,來自上述第1光源2的紅光成分具有610~680nm波長區域,而來自上述第2光源3的遠紅光成分具有685~780nm波長區域。該等光源2、3被配置在植物P的上方。光源2、3的照射動作係由控制部4控制。控制部4進行動作的時間帶係由時間設定部5設定。光源2、3及時間設定部5係分別藉由配電線6而電性連接於控制部4。
第1光源2具有發光體21、及主要是讓發光體21發射的光之中的紅光成分透過之紅光濾光器22。發光體21係例如由發射紅光的紅外LED、紅外螢光燈及紅外EL元件,或發射含有紅光的光之日光燈及HID燈(高壓鈉燈、氙燈等)所構成。紅光濾光器22係例如由彩色樹脂、彩色玻璃或經施以光學多層膜處理之光學濾光器所構成。第1光源2係以0.005W/m2
以上的輻射照度且每1日0.015kJ/m2
以上的累積輻射照度,對植物P照射光。此外,上述輻射照度係利用Leica製光計測器Li-250及感測器Li-190SA測定。於該情形,當發光體21主要是照射具有685~780nm波長區域的光時,第1光源2亦可不具備遠紅光濾光器22。
第2光源3具有發光體31、及主要是讓發光體31發射
的光之中的遠紅光成分透過之遠紅光濾光器32。發光體31係例如由發射遠紅光的遠紅外LED、遠紅外螢光燈及遠紅外EL元件,或發射含有遠紅光的光之日光燈及HID燈(高壓鈉燈、氙燈等)所構成。遠紅光濾光器32係例如由彩色樹脂、彩色玻璃或經施以光學多層膜處理之光學濾光器所構成。第2光源3係以0.02W/m2
以上的輻射照度且每1日0.21kJ/m2
以上的累積輻射照度,對植物P照射光。此外,當發光體31主要是照射具有685~780nm波長區域的光時,第2光源3亦可不具備遠紅光濾光器32。
控制部4係由個人電腦、繼電器及開關等所構成,且具有用以調節從光源2、3照射的光的輻射照度之調光裝置。調光裝置例如由光控制器構成,以電力調節輻射照度。
時間設定部5係由計時器或個人電腦等構成,根據使用者預先設定的時間讓光源2、3進行照射動作。圖2係從日落前到日出後的1日間(24小時)之態樣,如該圖所示,時間設定部5被設定成讓含有來自第1光源2的紅光的光在涵蓋日落的時間帶照射,然後,讓含有來自第2光源3的遠紅光的光在日出前的時間帶照射3小時以上。來自第1光源2的紅光照射和來自第2光源3的的遠紅光照射,通常係連續地進行,若為短時間(例如數分鐘)則彼此重疊或有間隔亦可。
於光源2、3係由如LED般單體光量少的發光體構成之情形,為了確保充分量的光量,如圖3所示,將各個複數之光源2、3匯集收納於一個框體7內為佳。於該情形,框體7以熱傳導率高且散熱性優異並且具有高光反射性的材料形成為佳,例如鋁和不鏽鋼等金屬材料。
如圖4所示,紅光濾光器22之構造為例如對波長約590~710nm之範圍的光具有分光透過性(曲線A),該分光透過性對波長約660nm的光達到最高。又,遠紅光濾光器32之構造為例如對波長約690nm以上的光具有分光透過性(曲線B)。
如圖5所示,來自由螢光燈(發光體21)和紅光濾光器22構成的第1光源2所照射的光C,例如為約660nm之波長且具有最大的光強度。又,來自由紅外LED(發光體21)構成的第1光源2所照射的光D,例如為約630nm之波長且具有最大的光強度。
來自由螢光燈(發光體31)和遠紅光濾光器32構成的第2光源3所照射的光E,例如為約740nm之波長且具有最大的光強度。又,來自由遠紅外LED(發光體31)構成的第2光源3所照射的光G,例如為約735nm之波長且具有最大的光強度。
光源2、3通常被配置於植物P的上方。但是,於植物P的高度較高時和枝葉較多時,只靠配置於上方的光源2、3會有無法讓充分量的光照射至植物P的下方和內部之虞。因此,如圖6所示,配置於植物P的上方之上部第1光源2a及上部第2光源3a(以下稱為上部光源2a、3a)以外,亦可在植物P的側方和下方配置光源2、3。植物P的側方配置側部第1光源2b及側部第2光源3b(以下稱為側部光源2b、3b),植物P的下方配置下部第1光源2c及下部第2光源3c(以下稱為下部光源2c、3c)。於該情形,上部光源2a、3a、側部光源2b、3b、下部光源2c、3c係分別配合植物P的大小(例如植物P的種類和成長狀態),配置
成朝上下左右可動,例如,可藉由環繞植物P的周圍之框構件予以固定。但是,並非限定於此,亦可區分框構件,將上部光源2a、3a、側部光源2b、3b、下部光源2c、3c藉由分別對應之框構件予以固定。藉此,能使來自光源2、3的光對植物P全體照射充分量。其中,側部光源2b、3b及下部光源2c、3c係其等的安裝角度為可調節,因而能以任意角度對植物P照射光。
圖7係顯示從上方觀看時的上部光源2a、3a、側部光源2b、3b及下部光源2c、3c對植物P之配置。此外,此處為了讓圖式簡單化,以一個構件顯示光源2、3。上部光源2a、3a係配置成與畝田F延伸的方向Y(植物P連結的方向)形成大致平行,且在方向X及方向Y,彼此隔著既定的間隔配置複數個。側部光源2b、3b係藉由覆蓋缸筒等被施以防水加工,且配置成與畝田F延伸的方向Y大致平行,並且在畝田F間的區域之方向X及方向Y,彼此隔著既定間隔配置複數個。下部光源2c、3c係藉由覆蓋缸筒等被施以防水加工,且配置成與畝田F延伸的方向Y大致平行,在畝田F間的地面上之方向X及方向Y,彼此隔著既定間隔配置複數個。於該情形,亦可將下部光源2c、3c安裝成讓光照射於植物P的根附近(畝田F附近)。據此,下部光源2c、3c的安裝位置不限於畝田F間的地面上,只要是從上述地面向上方(植物P成長延伸的方向)隔著既定的間隔即可。藉此,相對於各光源2、3的光照射範圍,即使於植物P涵蓋廣範圍連結著的情形下,仍能對植物P照射充分量的光。此外,側部光源2b、3b及下部光源2c、3c亦可由全息導光(holo light guide)方式的照明器具、光纖
或成形為細長形狀的EL器具等連續光源構成。
上部光源2a、3a、側部光源2b、3b及下部光源2c、3c之配光及光量,係配合植物P的生育而調節。例如,在生育期初期,植物P還小的情形下,將遠離植物P的上部光源2a、3a熄燈,將接近植物P的側部光源2b、3b及下部光源2c、3c點燈。此時,側部光源2b、3b及下部光源2c、3c藉由調整其等的安裝角度等而將配光設定成狹窄,調節成可對植物P集中地照射光。又,生育期初期之植物P係枝葉尚未充分地發達,因此對植物P照射的光即使光量低,仍容易遍及植物P全體。因此,側部光源2b、3b及下部光源2c、3c係使各自照射的光之光量降低為佳。
另一方面,植物P成長至較大時,將上部光源2a、3a、側部光源2b、3b及下部光源2c、3c全部點燈。此時,側部光源2b、3b及下部光源2c、3c藉由調整其等的安裝角度等而將配光設定成寬廣,調節成能對植物P的廣範圍照射光。又,由於成長至較大的植物P能具有較多的枝葉,因此對植物P照射的光若非高光量,則可能不會遍及植物P的內部(植物P的莖部分)。因此,使上部光源2a、3a、側部光源2b、3b及下部光源2c、3c增加各自照射的光之光量為佳。
經實際使用照明裝置1栽培屬於開花類之菊花(品種:sei prince),算出約8成的菊花成長至莖長80 cm以上所需之平均日數,確認如上述般構成的照明裝置1對於植物P的成長促進效果。
菊花係於11月初定植,至翌年3月為止栽培大約3.5個月後收穫。為了維持菊花的營養生長,定植後立即藉由
日光燈點燈而開始深夜4小時之暗期中斷。該暗期中斷係從菊花的莖長成長至20 cm以上之定植開始,繼續至45日後的12月末為止。然後,將菊花移植到生殖生長並同時開始照明裝置1對菊花之光照射。照明裝置1之光照射繼續至菊花開花為止。
第1光源2係使用上述紅外LED(參照圖5)。第1光源2係以5個/m2
之密度配置於菊花的上方,對菊花以0.005W/m2
的輻射照度照射紅光。第2光源3係使用上述遠紅外LED(參照圖5)。第2光源3係以20個/m2
之密度配置於菊花的上方,對菊花以0.02W/m2
的輻射照度照射遠紅光。
圖8係顯示從日落前至日出後為止1日間(24小時)之態樣,如該圖所示,來自第1光源2的紅光係從日落的15分鐘前至日落的45分鐘後為止,對菊花照射共計1小時。來自第2光源3的遠紅光係從日落的45分鐘後起,對菊花照射3小時。亦即,來自第1光源2的紅光和來自第2光源3的遠紅光係連續地對菊花照射。其結果,本實施例中的菊花係如表1所示,為了成長至莖長80 cm以上,平均需要90日。
相對於此,圖9係顯示從日落前至日出後為止1日間(24小時)之態樣,如該圖所示,在比較例1中,未照射來自光源2、3的光,只對菊花照射太陽光。其結果,比較例1中的菊花係如表1所示,為了成長至莖長80 cm以上,平均需要111日。其結果,顯示照明裝置1有效率地促進菊花之成長。
圖10係顯示從日落前至日出後為止1日間(24小時)之態樣,如該圖所示,在比較例2中,除太陽光以外,還照射僅來自第1光源2的紅光,而未照射來自第2光源3的遠紅光。其結果,比較例2中的菊花係如表1所示,為了成長至莖長80 cm以上,平均需要110日。其結果,顯示為了顯著地促進菊花之成長,必須有來自第2光源3的遠紅光。
圖11係顯示從日落前至日出後為止1日間(24小時)
之態樣,如該圖所示,在比較例3中,除太陽光以外,還照射僅來自第2光源3的遠紅光,而未照射來自第1光源2的紅光。來自第2光源3的遠紅光係從日落之後立即照射3小時。其結果,比較例3中的菊花係如表1所示,為了成長至莖長80 cm以上,平均需要102日。其結果,顯示為了顯著地促進菊花之成長,必須有來自第1光源2的紅光。
圖12係顯示從日落前至日出後為止1日間(24小時)之態樣,如該圖所示,在比較例4中,除太陽光以外,還照射從日落的1小時前至日落為止的1小時的來自第1光源2的紅光,並從日落之後立即照射3小時來自第2光源3的遠紅光。其結果,比較例4中的菊花係如表1所示,為了成長至莖長80 cm以上,平均需要97日。其結果,顯示為了顯著地促進菊花之成長,涵蓋日落照射來自第1光源2的紅光是重要的事。
圖13係顯示從日落前至日出後為止1日間(24小時)之態樣,如該圖所示,在比較例5中,除太陽光以外,還從日落之後立即照射1小時來自第1光源2的紅光,然後立刻照射3小時來自第2光源3的遠紅光。其結果,比較例5中的菊花係如表1所示,為了成長至莖長80 cm以上,平均需要96日。該結果與上述比較例4同様地,亦顯示為了顯著地促進菊花之成長,涵蓋日落照射來自第1光源2的紅光是重要的事。
本實施例中,第1光源2在日落前照射的紅光的累積輻射照度R1,及第1光源2在日落後照射的紅光的累積輻射照度R2,兩者之比(第1累積輻射照度比:R1/R2)為0.33(由15(分鐘)/45(分鐘)算出)。圖14係顯示使該R1
/R2做各種變化時,菊花為了成長至莖長80 cm以上所需的生育期間(生育期間)之變化。於R1為零之情形下,亦即於日落前未有來自第1光源2的紅光對菊花照射之情形下,菊花成長至莖長80 cm以上平均需要96日。根據此狀態,若增加R1則促進菊花之成長,可縮短成長至莖長80 cm以上所需之期間。此成長促進效果於R1/R2為0.09~0.71之範圍內顯著,若R1/R2比1大則未見此效果。其結果,顯示為了有效率地促進菊花之成長,使R1比R2少為佳。
又,本實施例中,來自第1光源2的光的累積輻射照度R(=R1+R2),及來自第2光源3的光的累積輻射照度FR,兩者之比(第2累積輻射照度比:R/FR)為0.083(由(0.005W/m2
x 1小時)/(0.02W/m2
x 3小時)算出)。圖15係顯示使該R/FR做各種變化時,菊花為了成長至莖長80 cm以上所需的生育期間(生育期間)之變化。於R為零之情形下,亦即沒有對菊花照射來自第1光源2的紅光之情形下,菊花成長至莖長80 cm以上平均需要102日。根據此狀態,若增加R則促進菊花之成長,可縮短成長至莖長80 cm以上所需之期間。此成長促進效果於R/FR為0.005~0.82之範圍內特別顯著。其結果,顯示為了有效率地促進菊花之成長,使R比FR少為佳,特別是將R/FR設定於0.005(相當於R:FR=0.05:9.95)~0.82(相當於R:FR=4.5:5.5)為佳。
接著,實際使用照明裝置1栽培屬於果菜類的草莓(品種:栃乙女(tochiotome)),算出草莓之採收量(每10株)以確認照明裝置1對植物P之成長促進效果。
草莓係於9月末定植,至翌年3月為止栽培大約6個月後收穫。照明裝置1對草莓的光照射係於11月中旬開始,繼續到收穫草莓為止。
光源2、3係使用與實施例1相同者。且,光源2、3的設置場所及設置個數亦與實施例1相同。第1光源2係以0.01W/m2
的輻射照度對草莓照射紅光,第2光源3係以0.02W/m2
的輻射照度對草莓照射遠紅光。
圖16係顯示從日落前至日出後1日間(24小時)之態樣,如該圖所示,在實施例2中,來自第1光源2的紅光係從日落的20分鐘前至日落的100分鐘後為止,對草莓照射共計2小時,來自第2光源3的遠紅光係從日落的100分鐘後對草莓照射3小時。亦即,其係指出上述第1累積輻射照度比(R1/R2)為0.2,上述第2累積輻射照度比(R/FR)為0.33。相對於實施例2,圖17係顯示從日落前至日出後為止1日間(24小時)之態樣,如該圖所示,在比較例6中,未照射來自光源2、3的光,太陽光以外,從日落之後立即對草莓照射5小時來自日光燈的光。
其結果,如表2所示,實施例2中的草莓之總採收量為14222公克,比較例6中的草莓之總採收量為比實施例2的少約2成之11653公克。據此,顯示本實施例中,為了促進草莓之成長且提升其總採收量,也是使R比FR少為佳,特別是將R/FR設定於0.005(相當於R:FR=0.05:9.95)~0.82(相當於R:FR=4.5:5.5)為佳。又,實施例2及比較例6中的草莓之12月~3月為止的每月採收量及總採收量,係如圖18所示。比較例6中的草莓之採收量在任何月份皆比實施例2的少。其結果,顯示照明裝置1促進草莓
之成長。
如上述,藉由本實施形態的照明裝置1,對植物P在涵蓋日落的時間帶照射含有紅光成分的光,然後照射含有遠紅光成分的光。藉此,與照射混合有紅光成分和遠紅光成分的太陽光之情形相比,能對於植物P從Pr型光敏素轉變到Pfr型光敏素賦予變化,因此促進植物P之成長。因而,能縮短植物P的栽培週期或增加植物P的採收量。
又,利用使R1比R2少,並且使R比FR少(較佳為R/FR=0.005~0.82),進一步能對於從Pr型光敏素轉變到Pfr型光敏素賦予變化。藉此,能進一步促進植物P之成長。
照明裝置1亦可設置在太陽光照射不到的完全封閉型植物生產工場等。於該情形,第1光源2及第2光源3例如以植物P之育成所用的人工光源之光照期/暗期排程為基準,被控制開啟/關閉。又,照明裝置1係全年可利用,特別是在太陽光減少的秋天至初春之短期間有效。
此外,本發明之植物育成照明裝置不限定於上述實施形態,可做各種變形。例如,第1光源及第2光源亦可藉由控制來自1種光源所照射的光之波長而予以實現。其例如可使用發射各種波長的可視光之日光燈做為光源,將該日光燈和紅光濾光器或遠紅光濾光器做適當組合而實現。
1‧‧‧照明裝置
2‧‧‧第1光源
2a‧‧‧上部第1光源
2b‧‧‧側部第1光源
2c‧‧‧下部第1光源
3‧‧‧第2光源
3a‧‧‧上部第2光源
3b‧‧‧側部第2光源
3c‧‧‧下部第2光源
4‧‧‧控制部
5‧‧‧時間設定部
6‧‧‧配電線
7‧‧‧框體
21‧‧‧發光體
31‧‧‧發光體
22‧‧‧紅光濾光器
32‧‧‧遠紅光濾光器
C、D‧‧‧第1光源照射的光
G‧‧‧第2光源照射的光
F‧‧‧畝田
FR‧‧‧來自第2光源3的光的累積輻射照度
P‧‧‧植物
R‧‧‧來自第1光源2的光的累積輻射照度
R1、R2‧‧‧紅光的累積輻射照度
X、Y‧‧‧方向
圖1係本發明之實施形態中的植物育成照明裝置之概略圖。
圖2係表示本發明之實施形態中的植物育成照明裝置的光照射模式之一例圖。
圖3係構成本發明之實施形態中的植物育成照明裝置的第1光源及第2光源被收容於一個框體內的狀態之立體圖。
圖4係表示構成本發明之實施形態中的植物育成照明裝置的第1光源之紅光濾光器及構成第2光源之遠紅光濾光器的分光透過率圖。
圖5係表示從本發明之實施形態中的植物育成照明裝置的第1光源及第2光源所照射之光的分光特性圖。
圖6係表示本發明之實施形態中的植物育成照明裝置的第1光源及第2光源對於植物被配置的狀態之一例的側視圖。
圖7係表示本發明之實施形態中的植物育成照明裝置的第1光源及第2光源對於植物被配置的狀態之一例的俯視圖。
圖8係表示本實施例1中的植物育成照明裝置的光照射模式圖。
圖9係表示比較例1中的光照射模式圖。
圖10係表示比較例2中的植物育成照明裝置的光照射模式圖。
圖11係表示比較例3中的植物育成照明裝置的光照射模式圖。
圖12係表示比較例4中的植物育成照明裝置的光照射模式圖。
圖13係表示比較例5中的植物育成照明裝置的光照射模式圖。
圖14係表示來自植物育成照明裝置中的第1光源於日落前照射的光的累積輻射照度和來自同光源於日落後照射的光的累積輻射照度之比(第1累積輻射照度比),與菊花的生育速度之關係圖。
圖15係表示來自植物育成照明裝置中的第1光源的光的累積輻射照度與來自第2光源的光的累積輻射照度之比(第2累積輻射照度比),與菊花的生育速度之關係圖。
圖16係表示實施例2中的植物育成照明裝置的光照射模式圖。
圖17係表示比較例6中的光照射模式圖。
圖18係表示實施例2及比較例6中的草莓採收量圖。
1‧‧‧照明裝置
2‧‧‧第1光源
3‧‧‧第2光源
4‧‧‧控制部
5‧‧‧時間設定部
6‧‧‧配電線
21‧‧‧發光體
31‧‧‧發光體
22‧‧‧紅光濾光器
32‧‧‧遠紅光濾光器
F‧‧‧畝田
P‧‧‧植物
Claims (4)
- 一種植物育成照明裝置,其係具備用於對植物照射光之光源,其特徵在於具備:用於照射含有波長區域610~680nm的紅光成分的光之第1光源;用於照射含有波長區域685~780nm的遠紅光成分的光之第2光源;用於控制前述第1光源及第2光源的照射動作之控制部;及用於設定使前述第1光源及第2光源對前述控制部進行照射動作的時間帶之時間設定部;前述時間設定部被設定成:前述第1光源於涵蓋日落的時間帶,以0.005W/m2 以上的輻射照度且0.015kJ/m2 以上的1日累積輻射照度進行照射動作,然後前述第2光源於日出前的時間帶,以3小時以上、0.02W/m2 以上的輻射照度且0.21kJ/m2 以上的1日累積輻射照度進行照射動作。
- 如申請專利範圍第1項之植物育成照明裝置,其中前述第1光源於日落前的時間帶照射的光的累積輻射照度,被控制成比該第1光源於日落後的時間帶照射的光的累積輻射照度少。
- 如申請專利範圍第1或2項之植物育成照明裝置,其中前述第1光源照射的光的累積輻射照度被控制成比前述第2光源照射的光的累積輻射照度少。
- 如申請專利範圍第3項之植物育成照明裝置,其中前述第1光源照射的光的累積輻射照度和前述第2光源照射的光 的累積輻射照度之比,被控制成0.05:9.95~4.5:5.5。
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