TWI693882B - 葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培方法及葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培裝置 - Google Patents

葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培方法及葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培裝置 Download PDF

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Abstract

本發明係提供一種作為簡便且能量效率佳，生長促進效果優異之藉人工光照射而成之植物栽培方法，其係藉由於一定期間內分別獨立地進行對植物照射紅色光照明光之步驟S1及對植物照射藍色光照明光之步驟S2，以促進植物生長之植物栽培方法。此植物栽培方法係藉由交互照射紅色光照明光及藍色光照明光之簡便的方法，可得到非常顯著的植物生長促進效果。

Description

葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培方法及葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培裝置
本發明係關於植物培養方法及植物培養裝置。更詳細而言，係關於對植物照射人工光，促進良好生長之植物培養方法等。
傳統上，於植物栽培，採用照射人工光於植物苗，促進育苗的技術。藉由促進植物生長，可縮短栽培期間，增加於同一地點的收穫次數。另外，即使相同的栽培期間，若可使植物大幅生長，即可增加收穫量。
利用照射人工光之植物培養方法方面，例如於專利文獻1係揭示構成交互照射綠色光及白色光於植物之植物照射裝置。此照射裝置係藉由交互照射波長500~570nm之綠色光及300~800nm之白色光以構成日夜變化，使植物之轉移作用順利，達到植物培育成長者。
另外，例如專利文獻2中揭示藉由同時或交互點亮放射藍色光(400~480nm)之發光二極體及放射紅色光(620~700nm)之發光二極體，照射植物之培養、生長發育、栽培及組織培養用之光能量之植物栽培用光源。此植物栽培用光源係藉由僅照射波長與葉藍素之光吸收峰(450nm附近及660nm附近)一致的光，能量效率佳地栽培植物者。
專利文獻2係規定可將藍色光及紅色光，同時照射， 亦可交互照射(參考該文獻「申請專利範圍第1項」)。然而，專利文獻2係對單獨照射藍色光、單獨照射紅色光、同時照射藍色光及紅色光進行比較，確認同時照射下係與日光下栽培同樣地健全地生長者(與單獨照射時徒長等之不健全生長比較)(參考該文獻段落「0011」)，未確認交互照射藍色光及紅色光時之生長促進效果。因此，專利文獻2係實質上未揭示藉由交互照射藍色光及紅色光之植物栽培方法者。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：特開平6-276858號公報
專利文獻2：特開平8-103167號公報
為提升生產性，要求更簡便，能量效率佳，生長促進效果之藉人工光照射而成之植物栽培方法。本發明係以提供滿足此等要求之植物栽培方法為主要目的。
本發明者等對藉由照射人工光以促進植物生長之效果，努力進行檢討的結果，令人驚訝係發現藉由交互照射紅色光及藍色光之簡便的方法，可得到非常顯著的效果。
基於此發現，本發明係提供藉由於一定期間內分別獨 立地進行對植物照射紅色光照明光之步驟、及對植物照射藍色光照明光之步驟，以促進植物適合生長之植物栽培方法。
此植物栽培方法(執行法(Shigyo Method))係具體上交互連續地進行照射紅色光照明光之步驟、及照射藍色光照明光之步驟者。
另外，本發明係提供具備對植物照射紅色光照明光及藍色光照明光之光照射部、控制光照射部，於一定期間內分別獨立地實行對前述植物照射紅色光照明光之步驟及對前述植物照射藍色光照明光之步驟之控制部之植物栽培裝置。
於此植物栽培裝置，前述控制部係使自前述光照射部所放射之紅色光照明光及藍色光照明光之光量、波長及/或照射時間維持在指定值，或使其以指定之模式變化。另外，前述光照射部中含放射紅色光或藍色光之發光二極體所構成為宜。
進而，本發明亦提供具備照射紅色光照明光之第一光照射部、照射藍色光照明光之第二光照射部、及在來自前述第一光照射部的照明光之照射位置與來自前述第二光照射部的照明光之照射位置之間，使植物連續地或不連續地移動之搬運手段之植物栽培裝置。
本發明中，「植物」係於種子植物中適用者，亦即至少包含葉菜類、果樹類及穀類。另外，本發明中所謂「植物」亦廣泛地包含蕨類或苔癬類等。
藉由本發明，提供簡便且能量效率佳，可得到促進生長效果優異之藉照射人工光而成之植物栽培方法。
〔用以實施發明之最佳型態〕
以下係對於用以實施本發明之最佳型態，參考圖式下進行說明。另外，以下說明之實施型態係表示本發明代表的實施型態之一例者，不因此而狹義解釋本發明之範圍。說明係以後述順序進行。
1、植物栽培方法
(1)栽培步驟
(1-1)關於第一實施型態之植物栽培方法
(1-2)關於第二實施型態之植物栽培方法
(1-3)關於第三實施型態之植物栽培方法
(1-4)波長
(1-5)光量(強度)
(1-6)照射時間
(2)條件設定步驟
2、植物栽培裝置
(1)關於第一實施型態之植物栽培裝置
(1-1)光照射部
(1-2)控制部
(2)關於第二實施型態之植物栽培裝置
3、栽培植物
(1)葉菜類
(2)果樹類
(3)穀類
(4)苔癬類等
1、植物栽培方法 (1)栽培步驟 (1-1)關於第一實施型態之植物栽培方法
關於本發明之植物栽培方法係包含於一定期間內分別獨立地進行對植物照射紅色光照明光之步驟(以下亦稱為「照射紅色光步驟」)及對植物照射藍色光照明光之步驟(以下亦稱為「照射藍色光步驟」)之栽培植物之步驟。
紅色光照明光係實質上波長區域為570~730nm的紅色光。紅色光照明光雖亦可含與前述紅色光不同波長區域的光，但以不含後述的藍色光為宜。紅色光照明光係以僅含前述紅色光為宜。藍色光照明光係實質上含波長區域為400~515nm之藍色光。藍色光照明光雖亦可含與前述藍色光不同波長區域的光，但以不含前述的紅色光為宜。藍色光照明光係以僅含前述藍色光為宜。進而，紅色光照明光不含前述藍色光，藍色光照明光不含前述紅色光時為宜，紅色光照明光僅為前述紅色光，藍色光照明光僅為前述藍色光時尤佳。
在此，所謂「一定期間」係指植物栽培中之任意時間 長度的期間。此期間最長是全部栽培期間。另外，最短期間係只要可達到本發明之功效，可任意設定。此期間係例如以時間(hr)為時間長度單位，亦可為較長的時間長度單位(例如天(day))或較短的時間長度單位(例如分(minutes))者。
關於本發明之植物栽培方法係於種子剛發芽後或剛種植苗後至收穫之植物的全部栽培期間，於任意的時間點開始或結束，得以適用任意時間長度者。
另外，所謂「分別獨立」係指於前述期間內，分別存在照射紅色光步驟及照射藍色光步驟。照射紅色光步驟及照射藍色光步驟係於前述期間內含至少各一個步驟即可。
照射紅色光步驟及照射藍色光步驟係可交互連續地進行，亦可不連續地反覆進行於兩個步驟間夾著對植物同時照射紅色光照明光及藍色光照明光的步驟或對植物停止光照射的步驟。但是，為提高促進植物生長的效果，以交互連續進行為宜。對於此等關於本發明之植物栽培方法之實施型態，參考圖1~圖3下具體地說明。另外，關於本發明之植物栽培方法，當然亦可適當組合圖1~圖3說明之各種實施型態而實施。
圖1係關於本發明之第一實施型態之植物栽培方法之步驟說明圖。此實施型態係交互連續地進行照射紅色光步驟及照射藍色光步驟者。
圖中，符號S1係表示照射紅色光步驟、符號S2係表示照射藍色光步驟。本實施型態係交互連續地進行照射紅 色光步驟S1及照射藍色光步驟S2，反覆進行由照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2而成之照射循環。
如此藉由對植物交互地照射紅色光照明光及藍色光照明光，可明顯地促進生長(參考後述實施例)。另外，亦可抑制徒長，提高收穫量。
在此，第1次的照射循環C1中，以自照射紅色光步驟S1，開始步驟的情況為例，進行說明，但於各照射循環中先進行照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2中任一種係任意的。
(1-2)關於第二實施型態之植物栽培方法
圖2係關於本發明之第二實施型態之植物栽培方法之步驟說明圖。此實施型態係不連續地反覆進行照射紅色光步驟及照射藍色光步驟，及於兩步驟之間夾著對植物同時照射紅色光照明光及藍色光照明光之步驟(以下亦稱為「同時照射步驟」)者。
圖中，符號S3係表示同時照射步驟。本實施型態中，照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2係夾著同時照射步驟S3，不連續進行，反覆進行由照射紅色光步驟S1、同時照射步驟S3及照射藍色光步驟S2而成之照射循環。
在此，第1次的照射循環C1中，以自同時照射步驟S3開始進行步驟的情況為例，進行說明，但於各照射循環中先進行照射紅色光步驟S1、同時照射步驟S3及照射藍 色光步驟S2中任一種係任意的。
(1-3)關於第三實施型態之植物栽培方法
圖3係關於本發明之第三實施型態之植物栽培方法之步驟說明圖。此實施型態係不連續地反覆進行照射紅色光步驟及照射藍色光步驟，及於兩步驟之間夾著停止對植物光照射之步驟(以下亦稱為「停止步驟」)者。
圖中，符號S4係表示停止步驟。本實施型態中，照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2係夾著停止步驟S4，不連續進行，反覆進行由照射紅色光步驟S1、停止步驟S4及照射藍色光步驟S2而成之照射循環。
在此，第1次的照射循環C1中，以自停止照射步驟S4開始進行步驟的情況為例，進行說明，但於各照射循環中先進行照射紅色光步驟S1、停止步驟S4及照射藍色光步驟S2中任一種係任意的。
(1-4)波長
關於前述各實施型態之植物栽培方法，紅色光係稱波長為570~730nm的光，適合使用以635~660nm之波長為中心波長的光。另外，藍色光係稱波長為400~515nm的光，適合使用以450nm為中心波長的光。紅色光及藍色光係只要以前述波長為中心波長，具有指定的波長區域者即可。作為波長區域，例如藍色光時，可為450±30nm，以450±20nm為宜，進而以450±10nm尤佳。
另外，可於前述波長區域之範圍內改變紅色光及藍色光之波長，亦可於例如第N次(N為1以上之整數)之照射循環CN改變波長。另外，第N次之照射循環CN與第M次(M與N為不同之1以上之整數)之照射循環CM之波長於前述波長區域之範圍內亦可不同。
另外，於前述之照射紅色光步驟S1、同時照射步驟S3及照射藍色光步驟S2中，除了紅色光及藍色光，亦可組合其他波長區域的光，藉多數波長區域的光進行照射。
(1-5)光量(強度)
照射紅色光步驟S1、照射藍色光步驟S2及同時照射步驟S3中，紅色光照明光及藍色光照明光之光量(強度)並無特別的限制，例如光合作用光子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density：PPFD)之程度，分別為1~1000μmol/m2s，以10~500μmol/m2s為宜，以20~250μmol/m2s尤佳。
另外，前述各步驟中紅色光照明光及藍色光照明光之光量(強度)比係可任意設定，例如「紅：藍」或「藍：紅」為1：1、5：3、2：1、4：1、10：1、20：1等。
另外，亦可於前述範圍內改變紅色光照明光及藍色光照明光之光量，亦可於例如第N次(N為1以上之整數)之照射循環CN改變光量。另外，第N次之照射循環CN與第M次(M與N為不同之1以上之整數)之照射循環CM，亦可於前述範圍內改變光量。
(1-6)照射時間
於前述有關各實施例之植物栽培方法中，一個照射循環的期間最長是全部培養期間。另外，最短期間係只要可達到本發明之功效，可任意設定。一個照射循環係可例如以時間(hr)為時間長度單位，進而亦可為較長的時間長度單位(例如天(day))或較短的時間長度單位(例如分(minutes))者。
例如，交互連續地進行照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2之第一實施型態之植物栽培方法中，以一個照射循環為一天時，可使照射紅色光步驟S1為12小時，照射藍色光步驟S2為12小時。另外，例如一天反覆進行4次照射循環時，一個照射循環將為6小時，可使照射紅色光步驟S1為3小時，照射藍色光步驟S2為3小時。
一個照射循環的時間係可使第N次之照射循環CN與第M次(M與N為不同之1以上之整數)之照射循環CM改變。例如，亦可使照射循環CN為12小時，接著，照射循環CN+1為6小時。
另外，一個照射循環內之照射紅色光步驟S1、照射藍色光步驟S2、同時照射步驟S3及停止步驟S4之時間比係可任意的。例如關於前述第一實施型態之植物栽培方法中，以一個照射循環為一天時，可任意設定「照射紅色光步驟S1、照射藍色光步驟S2」為「12小時、12小時(1：1)」、「16小時、8小時(2：1)」、「21小時、3小時 (7：1)」等。
尤其適合於交互連續地進行照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2之關於第一實施型態之植物栽培方法中，於0.1小時以上且未達48小時之時間間隔切換照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2。為得到高植物生長效果，以3小時以上且24小時以下之時間間隔切換照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2最好。即使此種情況下，照射紅色光步驟S1及照射藍色光步驟S2之時間比係可任意的，例如「照射紅色光步驟S1、照射藍色光步驟S2」係可進行切換成「18小時、6小時」。
(2)設定條件步驟
關於本發明之植物栽培方法中，於前述栽培步驟的前段，以含設定紅色光照明光及藍色光照明光之照射條件之步驟為宜。此條件設定步驟係對作為栽培對象之植物，含紅色光照明光及藍色光照明光之照明光所成之照明環境下，設定可得與白色光所成之照明環境下同等以上的生長效果之紅色光照明光及藍色光照明光的照明條件。依據所設定之照射條件，於栽培步驟中進行交互照射紅色光照明光及藍色光照明光，可得到更準確之生長促進效果。
本步驟係首先於白色光所成之照明環境下進行植物栽培，記錄植物生長。在此使用的白色光可為自然光。接著，於同時照射紅色光照明光及藍色光照明光之照明環境下進行植物栽培。此時，設定多數個紅色光照明光及藍色光 照明光之照射條件，由其中探索可得到與先前所記錄的於白色光照明環境下之生長相比為同等以上的成長效果之照射條件。作為照射條件，應檢討紅色光照明光及藍色光照明光之光量比、總光量、波長等。另外，於白色光照明環境下生長係不僅實際的試驗數據，亦可參考文獻等或藉由相同的植物栽培條件下已知的數據。
本步驟具體上係如後述進行。首先，於光量(PPFD)為140μmol/m2s之螢光燈照明環境下進行植物栽培。接著，設定複數個條件之總光量於100~500μmol/m2s程度之範圍，對此進行組合，於「紅：藍」或「藍：紅」於1：1~20：1程度之範圍，設定複數個條件之光量比，於同時照射環境下進行植物栽培。接著，特別指定可得到與螢光燈照明環境下同等以上之成長效果之總光量及光量比。
關於本發明之植物栽培方法，認為係藉由對應植物光合作用機制照射紅色光與藍色光，產生明顯的植物生長促進效果者。關於本發明之植物栽培方法，藉由併用二氧化碳或已知具有生長促進效果之藥劑等，可更加提高植物栽培效果。
2、植物栽培裝置 (1)關於第一實施型態之植物栽培裝置 (1-1)光照射部
關於本發明第一實施型態之植物栽培裝置係可實施前述植物栽培方法之各步驟者，具備對植物照射紅色光照明 光及藍色光照明光之光照射部、控制光照射部，於一定期間內分別獨立地實行對植物照射紅色光照明光之步驟及對植物照射藍色光照明光之步驟的控制部。
光照射部係含放射紅色光或藍色光之光源。紅色光及藍色光之光源係可單獨或組合使用傳統已知之光源。紅色光照明光之光源係以放射含紅色光而不含藍色光之光源為宜，以僅放射紅色光之光源尤佳。另外，藍色照明光之光源亦以放射含藍色光而不含紅色光之光源為宜，以僅放射藍色光之光源尤佳。
光源係以使用容易選擇波長，放射有效波長區域之光能量所佔比率大的光之發光二極體(LED)或雷射二極體(LD)等之光半導體元件為宜。使用電致發光(EL)時，EL可為有機，亦可為無機。
光半導體元件係小型且壽命長，依材料而以特定波長發光，因為無不必要的熱放射，所以能量效率佳，即使接近照射植物，亦不容易引起葉燒等傷害。因此，使用光半導體元件作為光源，與其他光源相比較，可以電力成本更低，空間更省，進行栽培。
光源係可使用將組合1個紅色光半導體元件及1個藍色光半導體元件而組裝之SMD(2 Chips Surface Mount Device)，配列成線狀之SMD線光源、或僅將紅色光半導體元件或藍色光半導體元件中任一種，配列成線狀或面狀之單色線光源或單色平板光源等。
半導體元件係原理上可以數兆赫(MHz)以上非常高 的頻率進行點滅驅動。因此，使用光半導體元件為光源，亦可極高速地進行切換照射紅色光步驟S1、照射藍色光步驟S2、同時照射步驟S3及停止步驟S4之各步驟。
作為放射前述波長區域的光之LED，例如紅色LED有由昭和電工股份有限公司所銷售之製品號碼HRP-350F之鋁‧鎵‧銦‧磷系發光二極體(鎵‧磷系基板，紅色波長為660nm)等，藍色LED則有同公司製品號碼GM2LR450G之發光二極體等。
作為發光二極體以外的光源，可舉例如直管形及壓縮形螢光燈及燈泡形螢光燈、高壓放電燈、金屬鹵化燈、雷射二極體等。組合此等光源，亦可使用用以選擇性利用前述波長區域的光之光學過濾器。
(1-2)控制部
控制部係使自光照射部所放射的紅色光照明光及藍色光照光的光量(強度)、波長及/或照射時間維持在指定值，或使其以指定的模式變化。
控制部係可使用泛用的電腦構成。例如使用LED為光源時，控制部係依據記憶體或硬碟所預先保持、記憶之控制模式，調整LED的驅動電流大小，改變紅色光照明光及藍色光照明光之光量比、總光量及照射時間等。另外，控制部係依據控制模式，切換、驅動放射不同波長區域的光之複數個LED，改變所照射光的波長區域。
(2)關於第二實施型態之植物栽培裝置
圖4係模式表示關於本發明之第二實施型態之植物栽培裝置之構成。圖中符號A表示之植物栽培裝置係具備照射紅色照明光之第一光照射部1及照射藍色照明光之第二光照射部2。另外，植物栽培裝置A係具備在來自第一光照射部1的照明光之照射位置與來自第二光照射部2的照明光之照射位置之間，使植物P連續地移動之搬運手段3。圖中例舉第一光照射部1及第二光照射部2使用單色平板光源，可載置植物P之輸送帶作為搬運手段3而構成(圖中箭頭方向係表示輸送帶的驅動方向)。
植物栽培裝置A係可實施前述關於第一實施型態之植物栽培方法所構成者，夾著隔板4配置第一光照射部1及第二光照射部2，沿著藉由搬送手段3之植物P之移動方向，交互排列。因為第一光照射部1的下方所搬送的植物P係藉由隔板4遮光來自鄰近的第二光照射部2所放射的藍色光照明光，所以僅照射來自第一光照射部1之紅色光照明光。同樣地，第二光照射部2的下方所搬送的植物P，僅照射藍色照明光。
植物栽培裝置A係藉由搬送手段3自第一光照射部1的下方往第二光照射部2的下方連續地移動植物P，藉由對植物P交互地照射紅色光照明光及藍色光照明光，可促進植物P的生長。另外，亦可抑制徒長，提高收穫量。
於植物栽培裝置A，搬送手段3係於植物P之全部栽培期間，驅動以移動植物P自最初的第一光照射部1之光 照射位置至最後的第二光照射部2之光照射位置為宜。第一光照射部1及第二光照射部2之配置數量及搬送手段3之驅動速度(亦即植物P之移動速度)係因應植物P之栽培期間及照射循環(參考圖1符號C1)之時間等而適當設定。例如栽培期間為30天，以照射循環為照射紅色光步驟(參考相同符號S1)12小時及照射藍色光步驟(參考相同符號S2)12小時時，配置各30個第一光照射部1及第二光照射部2，搬送手段3係以植物P位置於各光照射部下方的時間各12小時的速度進行驅動。
隔板4之配置間隔亦因應照射循環的時間等而適當設定。例如，以一個照射循環為照射紅色光步驟18小時及照射藍色光步驟6小時時，設定構成第一光照射部1的2個隔板4之間的距離係構成第二光照射部2的2個隔板4之間的距離的3倍。另外，例如將一個照射循環中照射紅色光步驟的時間，自前段照射循環中照射紅色光步驟的時間改變時，將一個構成第一光照射部1的隔板4之間的距離，與構成前段第一光照射部1之隔板4之間的距離相比，因應時間變化而設定大或小。
另外，在此雖以藉由搬送手段3沿著植物P之移動方向，於交互排列的第一光照射部1及第二光照射部2的下方，單一方向地移動植物P為例進行說明，但關於本發明之植物栽培裝置中，亦可在來自第一光照射部之紅色光照明光的照射位置與來自第二光照射部之藍色光照明光之照射位置間，使植物不連續地移動。此時，例如各配置一個 第一光照射部及第二光照射部，藉由搬送手段，使植物往返於二個光照射部的下方。
關於前述第二實施型態之植物栽培裝置亦可使用於用以實施關於前述第二實施型態及第三實施型態之植物栽培方法。使用於關於第二實施型態之植物栽培方法時，於植物栽培裝置A，於第一光照射部1及第二光照射部2之間，配置照射紅色光照明光及藍色光照明光之第三光照射部即可。或是亦可於植物栽培裝置A，藉由隔板4使遮光為部份不完全之狀態，對自第一光照射部1的下方往第二光照射部2移動之植物P，暫時地同時照射紅色光照明光及藍色光照明光。
另外，使用於關於第三實施型態之植物栽培方法時，於植物栽培裝置A，於第一光照射部1及第二光照射部2之間，設有未配置光照射部之空間，使植物P自第一光照射部1的下方往第二光照射部2不連續移動即可。
3、栽培植物
關於本發明之植物栽培方法等，作為對象之栽培植物並無特別的限制，可為蔬菜類、薯類、菇類、果實類、豆類、穀物類、種子類、觀賞用植物類、蕨類、苔蘚類等。另外，此等植物的栽培型態亦無特別的限制，可為水耕栽培、土耕栽培、營養液栽培、固體培養基栽培等。
(1)葉菜類
作為葉菜類，可列舉萵苣類、蔥、水菜、生菜、春菊、荷蘭芹、鴨兒芹、小松菜、辛子水菜、芥菜、山葵葉、水芹、白菜、醃漬菜類、青江菜、高麗菜、花椰菜、青花菜、高麗菜芽、洋蔥、蒜頭、辣菲、菲菜、蘆筍、芹菜、菠菜、水芹菜、獨活、茗荷、蜂斗菜、紫蘇、各種香草等。另外，亦可列舉被稱為「寶貝生菜(baby leaf)」，主要是食用嫩葉之Detroit、紅捲鬚生菜、芝麻菜(rucola)、Pino Green、紅羅馬生菜(Lettuce red romaine)、菊苣等之葉菜類。
萵苣類係包含結球萵苣、非結球萵苣及半結球萵苣等，可舉例如尖葉萵苣、frilly lettuce、Romaine、藍波、藍葉、紅葉、frill ice(註冊商標)、River-green(註冊商標)、frill leaf、Fringe green、no chip、mocolettuce、莖用萵苣、藍橡木萵苣。
各種香草係包含例如羅勒、義大利香芹等。
另外，蕃茄、哈蜜瓜、小黃瓜、草莓、南瓜、西瓜、茄子、青椒、秋葵、敏豆、蠶豆、豌豆、枝豆、玉黍蜀等之果菜類、白蘿蔔、蕪菁、牛蒡、紅蘿蔔、馬鈴薯、里芋、蕃薯、山藥、薑、山葵、蓮藕等之根菜類等亦可為栽培對象。
(2)果樹類
作為果樹類，可列舉芒果、鳳梨、無花果、藍莓、覆盆子、黑莓、波伊森莓、葡萄、山櫻桃、蔓越莓、藍錠果 、醋栗、房醋栗、木瓜、百香果、火龍果等。
(3)穀類
作為穀類，可列舉蘆筍、粟、燕麥、大麥、小米、小麥、米、糯米、蕎麥、玉黍蜀、薏仁、稗、黑麥。
(4)苔蘚類等
作為苔蘚類，包含屬於真蘚綱屬之苔蘚類。可舉例如日本砂蘚(Racomitrium japonicum)等之所謂的稱為砂蘚之紫萼蘚目(Grimmiales)紫萼蘚科砂苔屬之苔蘚類。
另外，作為觀賞用植物，除了玫瑰、迷你玫瑰、龍膽等，還可以含鐵線蕨、鳳尾蕨、卷柏等之蕨類之各種觀葉植物為栽培對象。
〔實施例〕 <試驗例1>
關於本發明之植物栽培方法或植物栽培裝置，準備生長發育時光環境不同之試驗群1~8，藉由比較此等，驗證人工光的照射模式與對植物之生長促進效果之相關性。
A、材料及方法 (材料)
本試驗中，使用尖葉萵苣(品種：summerserge)作 為生長發育狀態之觀察對象。首先，將6粒種子等間隔地播種於生長發育泥炭土板，使於螢光燈下(12小時白天長度)發芽。自播種至發芽之3天，任一個試驗組皆置於相同的光環境下。發芽後，放置於光環境不同的各人工氣象器內，使生長發育21天。人工氣象器環境係除了光照射條件以外全部相同，氣溫為25~27℃，濕度為50%。
(光源)
本試驗例之光環境用之光源係使用紅色LED(中心波長：660nm，昭和電工製HRP-350F)、紅色LED(中心波長：635nm，昭和電工製HOD-350F)、藍色LED(中心波長：450nm，昭和電工製GM2LR450G)、白色LED(近紫外線405nm激發，Kyocera製TOP-V5000K)之3種LED燈及螢光燈。各LED之1組安裝數量係紅色LED660nm、635nm皆各240個、藍色LED為240個、白色LED為128個。
使用各光源，製作表1所示之實驗組1~10之光環境。光源之光量係依光合作用光子通量密度(PPFD，μmolm-2s-1)，調節生長發育泥炭土板中心部約為140μmolm-2s-1(僅試驗組8約為80μmolm-2s-1)。同時照射或交互照射複數波長的光時，調整各照射光之PPFD的合計約為140μmolm-2s-1。實驗組1~10之光環境中，光合作用光子通量密度(PPFD，μmolm-2s-1)係依據生長發育泥炭土板所放入土壤表面附近的高度之5點平均值表 示。另外，對於各試驗組之光環境、照射光及照射模式之詳細內容，說明如下。
Figure 101110708-A0305-02-0025-1
(試驗組1)
本試驗組係對萵苣交互照射紅色光(660nm)及藍色光(450nm)各12小時。本試驗組中，未設有不照射任何光的時間。
本試驗組中之光環境，對於紅色光(660nm)，PPFD平均為80.7μmolm-2s-1。對於藍色光(450nm)，PPFD平均為56.4μmolm-2s-1。
(試驗組2)
本試驗組係對萵苣同時照射紅色光(660nm)及藍色光(450nm)12小時，後續的12小時，設有不照射任何 光的時間，將此反覆進行。
(試驗組3)
本試驗組係對萵苣同時照射紅色光(660nm)及藍色光(450nm)24小時。本試驗組中，未設有不照射任何光的時間。
本試驗組中之光環境係紅色光(660nm)與藍色光(450nm)的合計，PPFD平均為145.3μmolm-2s-1。另外，對試驗組2亦相同。
(試驗組4)
本試驗組係對萵苣交互照射紅色光(635nm)及藍色光(450nm)各12小時。本試驗組中，未設有不照射任何光的時間。
(試驗組5)
本試驗組係對萵苣同時照射紅色光(635nm)及藍色光(450nm)12小時，後續的12小時，設有不照射任何光的時間，將此反覆進行。
(試驗組6)
本試驗組係對萵苣僅照射紅色光(660nm)12小時，後續的12小時，設有不照射任何光的時間，將此反覆進行。
本試驗組中之光環境係PPFD平均為139.3μmolm-2s-1。
(試驗組7)
本試驗組係對萵苣僅照射紅色光(635nm)12小時，後續的12小時，設有不照射任何光的時間，將此反覆進行。
本試驗組中之紅色光(635nm)之PPFD係與試驗組6相同程度。
(試驗組8)
本試驗組係對萵苣僅照射藍色光(450nm)12小時，後續的12小時，設有不照射任何光的時間，將此反覆進行。
本試驗組中之光環境係PPFD平均為84.1μmolm-2s-1。
(試驗組9)
本試驗組係對萵苣僅照射白色光(405nm激發)12小時，後續的12小時，設有不照射任何光的時間，將此反覆進行。
本試驗組中之光環境係PPFD平均為142.0μmolm-2s-1。
(試驗組10)
本試驗組係對萵苣僅照射螢光燈12小時，後續的12小時，設有不照射任何光的時間，將此反覆進行。
本試驗組中之光環境係PPFD平均為139.8μmolm-2s-1。
B、結果
前述試驗組1~10係發芽後，於不同光環境下開始生長發育，於7天後(種子播種10天後)、14天後(播種17天後)、21天後(播種21天後)之各個時間點，觀察、測定生長發育狀態，進行試驗組間的比較。
(生長發育7天後)
圖5係以照片表示於不同光環境下開始生長發育7天後之各個試驗組之生長發育狀態。另外，於表2表示同時間點之各試驗組中莖長(mm)、第1葉長(cm)、本葉數(枚)、葉寬度(cm)之測定結果。各項目之測定值係記載於相同生長發育泥炭土板內所播種之6個樣品之「平均值」或「最小值-最大值」。
Figure 101110708-A0305-02-0029-2
如圖5及表2所示，生長發育7天後，試驗組1之紅色光(660nm)與藍色光(450nm)之交互照射下之萵苣與其他試驗組相比較，顯示第1葉長及葉寬度長。
(生長發育14天後)
圖6係以照片表示於不同光環境下開始生長發育14天後之各個試驗組之生長發育狀態。另外，於各照片中生長發育泥炭土板的大小係相同的。並且於表3表示同時間點之各試驗組中莖長(mm)、第1葉長(cm)、本葉數(枚)、葉寬度(cm)之測定結果。各項目之測定值係與表2同樣地記載6個樣品之「平均值」或「最小值-最大值」。
Figure 101110708-A0305-02-0030-3
由圖6及表3，生長發育14天後，試驗組1之紅色光(660nm)及藍色光(450nm)之交互照射下之萵苣與其他試驗組相比較，可見第1葉長長之特徵。另外，試驗組1之本葉數量與其他試驗組比較，多1、2枚程度。
(生長發育21天後)
圖7係以照片表示於不同光環境下開始生長發育21天後之各個試驗組之生長發育狀態。另外，各照片中，發育成長泥炭土板的大小係相同的。另外，表4表示對於同時間點之各試驗組中地上部新鮮重(g)、地上部乾燥重(g)、本葉數(枚)、莖長(mm)、葉身長(cm)、葉寬度(cm)、葉柄長(cm)，以試驗組10(螢光燈下)之生長發育結果為100%之比較結果。各項目之測定值係與表2同樣地記載6個樣品之平均值。
Figure 101110708-A0305-02-0031-4
於表4中，試驗組1之紅色光(660nm)及藍色光(450nm)交互照射下之萵苣之地上部新鮮重比試驗組10(螢光燈下)重2倍以上。另外，試驗組4之紅色光(635nm)及藍色光(450nm)交互照射下之萵苣之地上部新鮮重亦與試驗組10相比較，為2倍程度。另一方面，試驗組2及5之紅色光及藍色光同時照射下之萵苣之地上部新鮮重雖比試驗組10重，但不及進行交互照射之試驗組1或試驗組4。另外，試驗組3之紅色光(660nm)及藍色光(450nm)同時照射24小時之萵苣之地上部新鮮重與照射時間一半之試驗組2之重量為相同程度。由此結果顯示紅色光及藍色光之交互照射促進植物生長。
試驗組1之本葉數與生長發育14天後不同，於21天後時，試驗組2或試驗組10為相同程度。認為此乃因試驗組1中葉數增加生長係於生長發育14天後至21天後之間達到停滯狀態。
試驗組1及試驗組4之葉身長及葉寬度比試驗組10長。試驗組2、3及5之紅色光及藍色光之同時照射條件之萵苣未確認此趨勢。另一方面，試驗組2及試驗組5之 莖長比試驗組10長。由此結果顯示紅色光及藍色光之交互照射比同時照射，可抑制莖徒長，僅促進葉子生長。
表5係表示於不同光環境下，自開始生長發育至21天後之各試驗組之地上部新鮮重(g)及地上部乾燥重(g)之同化器官(g)及非同化器官(g)於各個總重量的比率(%)、及乾燥重(g)對新鮮重(g)之比率(%)。
Figure 101110708-A0305-02-0032-5
試驗組1中地上部新鮮重及地上部乾燥重，與試驗組2組相比較之結果，同化器官之比率高。另外，試驗組4與試驗組5相比較，同化器官之比率係地上部新鮮重高。此結果係表4所示之試驗組1及試驗組4中葉部份之促進生長結果與於圖7中生長發育狀態之觀察結果一致。
C、總結
由本試驗例之結果，顯示紅色光及藍色光之交互照射促進植物生長。另外，前述交互照射係顯示促進葉的生長，另一方面，未促進莖之徒長。此效果係顯示紅色光及藍色光之同時照射或任一方單獨照射下未再出現，僅紅色光及藍色光之交互照射可得。由本試驗例表示之結果，顯示 本發明記載之植物栽培方法、及植物栽培裝置係適用於植物的生長促進。
<試驗例2>
改變一個照射循環之時間、及照射循環內照射紅色光步驟及照射藍色光步驟之時間比，對於藉由紅色光及藍色光之交互照射之生長促進效果，進一步進行檢討。
A、材料及方法 (材料)
材料係與試驗例1同樣地使用使尖葉萵苣(品種：summerserge)發芽者。人工氣象器之溫度及濕度亦與驗例1相同環境。
(光源)
使用試驗例1使用之紅色LED(中心波長：660nm，昭和電工製HRP-350F)、藍色LED(中心波長：450nm，昭和電工製GM2LR450G)、及螢光燈。
B、條件設定步驟
最初於光量(PPFD)為140μmol/m2s之螢光燈照明環境下進行栽培(試驗組1)。接著，於紅色光及藍色光之同時照射環境下進行栽培，與白色光照明環境下之生長對比，尋找可得到同等以上成長效果之照射條件。作為照射 條件係設定總光量為140μmol/m2s，「紅：藍」光量比為5：3。
如表6所示，於生長發育21天後，同時照射紅色光及藍色光12小時，之後設有12小時不照射任何光的時間之試驗組2係地上部新鮮重量、葉身長、葉寬度及同化器官新鮮重與試驗組1同等以上。另外，同時照射紅色光及藍色光24小時，未設有不照射任何光的時間之試驗組3亦相同。另外，表中各項目之測定值係記載於相同生長發育泥炭土板內所播種之6個樣品之平均值。
C、栽培步驟
紅色光及藍色光之總光量為140μmol/m2s，光量比為5：3之照射條件，進行於交互照射照明環境下之栽培。
交互地照射紅色光及藍色光各3、6、12、24小時之試驗組5~7、10係生長發育21天後，對地上部新鮮重量、葉身長、葉寬度及同化器官新鮮重與試驗組1~3相比較，確認明顯的生長促進效果。另外，以「18小時、6小時」或「6小時、18小時」切換紅色光及藍色光，進行交互照射之試驗組8、9亦同樣地確認明顯的生長促進效果。
交互地照射紅色光及藍色光各1小時之試驗例1，莖長變長，發生徒長。另外，交互地照射紅色光及藍色光各48小時之試驗例11，雖承認比螢光燈照明環境之試驗組1有效果，但對紅色光及藍色光之同時照射環境之試驗組2 、3則效果不足。
Figure 101110708-A0305-02-0035-6
<試驗例3>
改變栽培植物，對藉由紅色光及藍色光之交互照射之生長促進效果，進一步進行檢討。
A、材料及方法 (材料)
本試驗例係使用水菜(品種：shakisara)作為生長發育狀態之觀察對象。首先，將5~10粒種子等間隔地播種於生長發育泥炭土板，使於螢光燈下(12小時白天長度)發芽。自播種至發芽之3天及發芽7天之間，任一個試驗組皆置於相同的光環境下。發芽後，放置於光環境不同的各人工氣象器內，使生長發育14天。人工氣象器環境係除了光照射條件以外全部相同，氣溫為25~27℃，濕度為50%。
(光源)
使用試驗例1使用之紅色LED(中心波長：660nm， 昭和電工製HRP-350F)、藍色LED(中心波長：450nm，昭和電工製GM2LR450G)、及螢光燈。
B、條件設定步驟
最初於光量(PPFD)為140μmol/m2s之螢光燈照明環境下進行栽培(試驗組1A)。接著，於紅色光及藍色光之同時照射環境下進行栽培，與白色光照明環境下之生長對比，尋找可得到同等以上成長效果之照射條件。作為照射條件係設定總光量為140μmol/m2s，「紅：藍」光量比為1：1及1：3。
如表7所示，於生長發育7天後，同時照射紅色光及藍色光12小時，之後設有12小時不照射任何光的時間之試驗組2、3係新鮮重與試驗組1同等以上。另外，表中各項目之測定值係記載於相同生長發育泥炭土板內所播種之6個樣品之平均值。
Figure 101110708-A0305-02-0036-7
C、栽培步驟
紅色光及藍色光之總光量為140μmol/m2s，光量比為1：1或1：3之照射條件，進行於交互照射照明環境下之栽培。同時，再次於光量(PPFD)為140μmol/m2s之螢光燈照明環境下進行栽培(試驗組1B)
如表8所示，交互地照射紅色光及藍色光各12小時之試驗例4、5，於生長發育7日後之新鮮重與試驗組1B比較，確認明顯的生長促進效果。
Figure 101110708-A0305-02-0037-8
<試驗例4>
改變栽培植物，對藉由紅色光及藍色光之交互照射之生長促進效果，進一步進行檢討。
A、材料及方法 (材料)
本試驗例係使用芽蔥作為生長發育狀態之觀察對象。 首先，將6粒種子等間隔地播種於生長發育泥炭土板，使於螢光燈下(12小時白天長度)發芽。自播種至發芽之3天，任一個試驗組皆置於相同的光環境下。發芽後，放置於光環境不同的各人工氣象器內，使生長發育24天。人工氣象器環境係除了光照射條件以外全部相同，氣溫為25~27℃，濕度為50%。
(光源)
使用試驗例1使用之紅色LED(中心波長：660nm，昭和電工製HRP-350F)、藍色LED(中心波長：450nm，昭和電工製GM2LR450G)、及螢光燈。
B、條件設定步驟
最初於光量(PPFD)為140μmol/m2s之螢光燈照明環境下進行栽培(試驗組1)。接著，於紅色光及藍色光之同時照射環境下進行栽培，與白色光照明環境下之生長對比，尋找可得到同等以上成長效果之照射條件。作為照射條件係設定總光量為140μmol/m2s，「紅：藍」光量比為5：3。
如表9所示，於生長發育14天後，同時照射紅色光及藍色光12小時，之後設有12小時不照射任何光的時間之試驗組2係新鮮重與試驗組1同等以上。另外，表中之各項目之測定值係記載於相同生長發育泥炭土板內所播種之6個樣品之平均值。
C、栽培步驟
紅色光及藍色光之總光量為140μmol/m2s，光量比為5：3之照射條件，進行於交互照射照明環境下之栽培。
交互地照射紅色光及藍色光各12小時之試驗例3，於生長發育14日後之新鮮重及葉長，與試驗組1、2比較，確認明顯的生長促進效果。
Figure 101110708-A0305-02-0039-9
<試驗例5>
對於各種栽培植物，確認藉由紅色光及藍色光之交互照射之生長促進效果。
(材料)
材料係使用與試驗例1同樣地使2種尖葉萵苣(品種：紅火、黑玫瑰)發芽者。人工氣象器之溫度及濕度亦與試驗例1相同環境。
另外，材料方面，亦使用廿日蘿蔔(品種：紅鈴)及蕪青(品種：夏白麗)。首先，將6粒種子等間隔地播種於生長發育泥炭土板，使於螢光燈下(12小時白天長度)發芽。自播種至發芽之3天，任一個試驗組皆置於相同的 光環境下。發芽後，放置於光環境不同的各人工氣象器內，使生長發育24天。人工氣象器環境係除了光照射條件以外全部相同，氣溫為25~27℃，濕度為50%。
(光源)
使用試驗例1使用之紅色LED(中心波長：660nm，昭和電工製HRP-350F)、藍色LED(中心波長：450nm，昭和電工製GM2LR450G)、及螢光燈。調節紅色光及藍色光之光合作用光子通量密度(PPFD，μmolm-2s-1)，使生長發育泥炭土板中心部分別成為87.5、52.5μmolm-2s-1。
紅火、黑玫瑰、紅鈴及夏白麗之結果分別如表10~13所示。另外，表中之各項目之測定值係記載於相同生長發育泥炭土板內所播種之6個樣品之平均值。
對任一種尖葉萵苣，交互地照射色光及藍色光之試驗組，生長發育21天後之地上部新鮮重量、葉身長、葉寬長及同化器官新鮮重，與螢光燈照明環境之試驗組1比較，確認有明顯的生長促進效果(參考表10、11)。
Figure 101110708-A0305-02-0041-10
Figure 101110708-A0305-02-0041-11
Figure 101110708-A0305-02-0041-12
Figure 101110708-A0305-02-0042-13
另外，萊菔子於交互照射環境之試驗組3與螢光燈照明環境之試驗組1及同時照射環境之試驗例2相比較，見有生長促進效果(生長發育21天後)。生長促進效果係以根部長度及粗細來確認(參考表12)。另外，生長發育21天後之蕪青於交互照射環境之試驗組與螢光燈照明環境之試驗組1相比較，確認至少對根部及粗細，促進生長，確認對地下部新鮮重效果大(參考表13)。
〔產業上利用性〕
依據關於本發明之植物栽培方法等，藉由簡便的方法促進植物生長，可增加單位時間之收穫次數及收穫量等。因此，關於本發明之植物栽培方法等，可適合使用於葉菜類、果實及穀類等之人工栽培。
A:植物栽培裝置
P:植物
S1:照射紅色光步驟
S2:照射藍色光步驟
S3:同時照射步驟
S4:停止步驟
C1、C2:循環
1:第一光照射部
2:第二光照射部
3:搬送手段
4:隔板
[圖1]關於本發明之第一實施型態之植物栽培方法之步驟說明圖。
[圖2]關於本發明之第二實施型態之植物栽培方法之步驟說明圖。
[圖3]關於本發明之第三實施型態之植物栽培方法之步驟說明圖。
[圖4]關於本發明之第二實施型態之植物栽培裝置組成之說明圖。
[圖5]表示試驗例1中發芽7天後之生長發育結果之圖式代用照片。
[圖6]表示試驗例1中發芽14天後之生長發育結果之圖式代用照片。
[圖7]表示試驗例1中發芽21天後之生長發育結果之圖式代用照片。

Claims (4)

  1. 一種葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培方法，其特徵係將對植物照射紅色光照明光之步驟及對前述植物照射藍色光照明光之步驟以使各步驟之照射時間為3小時以上且未達24小時交互連續個別獨立地進行，前述紅色光照明光與前述藍色光照明光的光量比為紅：藍=1：1~3：1，前述紅色光照明光及前述藍色光照明光的強度為20~250μmol/m2s。
  2. 一種葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培裝置，其特徵係具備對植物照射紅色光照明光及藍色光照明光之光照射部與控制部，前述控制部係控制光照射部，將對前述植物照射前述紅色光照明光之步驟及對前述植物照射前述藍色光照明光之步驟以使各步驟之照射時間為3小時以上且未達24小時交互連續個別獨立地實行的控制部，前述紅色光照明光與前述藍色光照明光的光量比為紅：藍=1：1~3：1，前述紅色光照明光及前述藍色光照明光的強度為20~250μmol/m2s。
  3. 如申請專利範圍第2項之葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培裝置，其係於前述光照射部中含放射紅色光或藍色光之發光二極體。
  4. 一種葉菜類、果樹類或穀類之植物栽培裝置，其 特徵係具備照射紅色光照明光之第一光照射部、照射藍色光照明光之第二光照射部、在來自前述第一光照射部的照明光之照射位置與來自前述第二光照射部的照明光之照射位置之間，使植物連續地或不連續地移動之搬運手段、以及控制部，前述控制部係控制前述第一光照射部及前述第二光照射部，將對前述植物照射前述紅色光照明光之步驟及對前述植物照射前述藍色光照明光之步驟以使各步驟之照射時間為3小時以上且未達24小時交互連續個別獨立地實行的控制部，前述紅色光照明光與前述藍色光照明光的光量比為紅：藍=1：1~3：1，前述紅色光照明光及前述藍色光照明光的強度為20~250μmol/m2s。
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