CN102014608B - 用于防除植物病害的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了防除植物病害的照明装置(1)，包括：发射其中约250nm以下波长成分被截断的UV-B和UV-C的UV光源(21)；发射可见光的可见光源(23)；及控制UV光源(21)和可见光源(23)操作的控制器(4)。控制器(4)控制光源(21)和(23)操作，使每天至少重复两次以下照射模式光照射：将其中UV-C和UV-B与可见光叠加的第一光照射与仅由可见光构成的第二光照射组合。这样UV-C和UV-B照射到植物(P1)并可准确防止丝状菌孢子形成和丝状菌菌丝生长。此外，由于UV-B和UV-C间歇照射，可防止植物(P1)适应紫外线，可促进抗性物质或抗菌物质产生以准确诱导植物(P1)中对植物病害的抵抗力并可预防植物(P1)叶焦枯。此外，可见光连续照射可促进植物(P1)生长。

Description

用于防除植物病害的照明装置
技术领域
本发明涉及向植物发射紫外线以防除植物病害的用于防除植物病害的照明装置。
背景技术
通常地，存在一种公知的用于防除植物病害的照明装置。上述照明装置发射紫外线，所述紫外线控制为包括UV-B范围(波长范围280至340nm)内的波长成分和设置UV-C范围(波长范围100至280nm)内的波长成分几乎为零(例如参见日本特开2005-328734号公报)。根据上述照明装置，能够防止引起灰霉病、白粉病、霜霉病、炭疽病等的丝状真菌的菌丝生长和孢子形成。
还有一种公知的用于防除植物病害的照明装置，其发射波长范围为250至375nm的紫外线、红光、蓝光和黄光以减少植物上的病害和虫害(例如参见日本特开2001-28947号公报)。
但是，2005-328734号公报中描述的照明装置不能向植物照射UV-C，因此不能可靠地抑制上述丝状真菌的菌丝生长和孢子形成。而且，几乎不照射可见光，因此难以促进植物生长。还可能由于紫外线的连续照射使得植物太过习惯于紫外线，因此抗菌物质或抵抗性物质的产生降低，使得对植物病害的抵抗力的诱导常常是困难的。此外，还可能由紫外线连续照射引起叶焦枯。
2001-28947号公报中描述的照明装置照射UV-B范围的紫外线以及UV-C范围的紫外线，因此能够可靠地抑制上述丝状真菌的菌丝生长和孢子形成。此外，照射可见光从而可以促进植物生长，但是，如上所述，可能会降低对植物病害的抵抗力的诱导或者由于紫外线连续照射发生叶焦枯。
发明内容
为了解决上述传统技术领域中的问题，本发明的一个目的是提供用于防除植物病害的照明装置，其中能够可靠地防除引起灰霉病、白粉病、霜霉病、炭疽病等的丝状真菌的菌丝生长和孢子形成以防除植物病害，能够可靠地诱导植物的抗病性，能够防止叶焦枯，并且能够促进植物生长。
根据本发明一个方面的向植物照射包括紫外线的光来用于防除植物病害的照明装置，具有：发射UV-B和UV-C(其中将UV-C中约250nm以下波长成分截断)的UV光源、发射可见光的可见光源、以及控制UV光源和可见光源操作的控制器，其中所述控制器控制各个光源并且每天至少重复两次具有以下照射模式的光照射：将其中所述UV-C和UV-B与所述可见光叠加的第一光照射以及仅由可见光构成的第二光照射组合。
根据上述配置，可以用UV-C加UV-B照射植物，使得能够可靠地抑制引起灰霉病、白粉病、霜霉病、炭疽病等的丝状真菌的菌丝生长和孢子形成。此外，用UV-C和UV-B间歇性地照射植物，使得植物避免太过习惯于紫外线，结果，能够促进例如包括植物抗毒素相关物质和PR(发病机制相关)蛋白物质的抗性物质或抗菌物质的产生，并且能够可靠地诱导植物的抗病性。此外，可防止叶焦枯。此外，可见光连续照射，使得能够促进植物生长。
在上述照明装置中，也适用通过持续打开可见光源和间歇性地打开UV光源，使得第一光照射和第二光照射依次逐个重复的照射模式。
在上述照明装置中，控制器也可控制各个光源以照射总照射量为约50μW/cm2以下的UV-C和UV-B，以及照射每天综合照射量为约0.2～10kJ/m2的UV-C和UV-B。
根据上述配置，植物不会暴露于过多紫外线，而是可以用合适量的UV-C和UV-B照射，因此，能够可靠地抑制植物的焦枯并且能够抑制植物病害的发生。
在上述照明装置中，UV光源和可见光源也可设置在进行照射的植物的上侧、侧面和底部。
当多株植物种植和生长相对较近时，仅从植物上侧照射植物的光源不能充分照射到相邻的植物的侧面和底部，这是因为植物落入植物自身的阴影中，因此植物的侧面和底部可能受病害影响，但是根据上述配置，可以从侧面和底部照射植物，使得能够降低侧面和底部的植物病害的可能性。
在上述照明装置中，UV光源也包括发射UV-C和UV-B的光源、以及阻挡光源发射的UV-C和UV-B中波长成分在约250nm以下的滤光器。
在上述照明装置中，光源也可由发射UV-C和UV-B的荧光灯、HID(高强度放电)灯或者UV-LED单独构成或者由它们的组合构成。
在上述照明装置中，滤光器也可具有防UV-A配置。
根据上述配置，照射到植物的紫外线几乎不存在促进丝状真菌的孢子形成的UV-A范围的波长成分，使得能够更有效地抑制丝状真菌的菌丝生长和孢子形成，并能够降低植物病害的传播，最终可以提高作物产量。包括UV-A的光具有吸引昆虫的效果，能够通过阻挡UV-A抑制昆虫吸引，从而能够减少虫害。
附图说明
图1是示出根据本发明第一优选实施方案的用于防除植物病害的照明装置的一种配置实施例的正视图。
图2是示出来自图1的照明装置的光源在照射叠加光和可见光过程中的光谱分布的图。
图3是示出构成图2中光源的UV光源的光谱分布实施例的图。
图4是示出构成图2中光源的UV光源和可见光源的照明模式的图。
图5是示出图1中照明装置的另一个配置实施例的正视图。
图6是示出图1中照明装置的另一个配置实施例的正视图。
图7是示出在用作图2中UV光源的荧光灯的配置实施例的透视图。
具体实施方式
参考图1至图4描述根据本发明一个优选实施方案的用于防除植物病害的照明装置(下文中简称为照明装置)。所述照明装置用于完全封闭的植物种苗生产体系，例如使用农用塑料大棚、玻璃房子等保护地栽培，或开放种植，其用紫外线等照射植物以防除植物病害。
图1示出根据该优选实施方案的照明装置的配置。照明装置1具有：向植物P1发射光的光源2、计时器3和控制器4(控制单元)，所述控制器4使用计时器3计时和执行光源2的光控制。光源2可在其中紫外线和在可见光波长范围中达到其峰值的光(下文中简称为可见光)叠加的叠加光(下文中简称为叠加光)与单独可见光之间转换，并且照射其中之一。如图2所示，光源2发射其中将约250nm以下的波长成分被截断的UV-C(波长范围约100～280nm)和UV-B(波长范围约280～340nm)作为紫外线，并且在发射叠加光(第一光照射)时，还发射具有波长范围约380～780nm的可见光。尽管如果可能的话优选不照射UV-A(波长范围约340～380nm)，但是只要UV-A的发射量低于UV-C和UV-B的总照射量则发射UV-A不会有问题。当发射可见光(第二光照射)时，仅发射可见光。控制器4利用计时器3计时和执行光源2的光控制，从而至少每天两次地重复具有组合叠加光照射和可见光照射的照射模式的光照射。
光源2包括：UV光源21、控制由UV光源21发射光的波长的滤光器22和可见光源23。用光从上面照射植物P1，使得光源2基本位于植物P1上方，但是光源2的位置不限于上述情况。
优选UV光源21具有图3所示的光谱分布，并且由发射UV-B和UV-C(其中将UV-C中约250nm以下的波长成分截断)的荧光灯、HID灯或UV-LED单独构成或者它们的组合(光源)构成，但是，也可具有发射包括约250nm以下的波长成分的UV-C或者UV-A的配置，只要其照射量低于UV-C和UV-B的总照射量即可。就荧光灯而言，例如可以使用SankyoDenki Co.，Ltd.制造的UV-B紫外灯(产品编号GL20SE)。HID灯包括例如金属卤化物灯、汞灯、氙灯。就金属卤化物灯而言，可以使用MatsushitaElectric Industrial Co.，Ltd.制造的Skybeam灯。
对UV光源21执行光控以照射总照射量为大约50μW/cm2以下的UV-B和UV-C，其中将UV-C中约250nm以下的波长成分截断。总照射量可由使用者设置或者也可以预先设置。UV光源21的光控利用计时器3通过控制器4实施以照射每天综合照射量为约0.2～10kJ/m2的UV-C和UV-B。此外，当UV光源21由几种类型的光源的组合构成时，进行UV光源21的光控以照射比UV-B的量少的UV-C，具体地，例如UV-C照射和UV-B照射的比例设定为约0.04～0.1∶1。
滤光器22由例如玻璃或树脂制成，阻挡由UV光源21照射的光中约250nm以下的波长成分照射到植物P1，并且几乎不透射UV-A，即具有波长为大约340～380nm的紫外线。优选滤光器22透射波长为约460～550nm的可见光范围内的光。
可见光源23可由例如白色LED、白色荧光灯、白炽灯或者高压钠灯构成。优选实施可见光源23的光控以使得照射量为约400μW/cm2以上。
控制器4可由例如微处理器构成，如图4中所示，例如微处理器执行UV光源21和可见光源23的光控以重复光照射，具有每天至少两次间歇性地打开UV光源21和连续打开可见光源23的照明模式。这样的光控能够得到一种模式，其中叠加光照射和可见光照射逐个依次重复，作为叠加光照射和可见光照射的结合的照射模式的一个实施例。
控制器4用计时器3测定UV光源21的综合照明时间，根据UV-C和UV-B的综合照射控制每天UV光源21的照明时间，并且将综合照射设置在0.2～10kJ/m2的预定数值。
下述表1示出如传统做法连续照射UV-B的情况下，在UV-B和UV-C(其中将UV-C中约250nm以下的波长成分截断)组合连续照射的情况下，以及根据本发明优选实施方案用UV-B和UV-C组合间歇照射和可见光的连续照射的情况下，受损植物的比例和植物的叶焦枯比例。在实验中，存在多个试验段，每个试验段中的植物数量为约100株，草莓用作受试作物。通过用受损植物数量除以每个试验段中的植物数量来获得受损植物的比例，通过植物叶焦枯数量除以每个试验段中的植物数量来获得叶焦枯比例。
[表1]
Figure BPA00001249149700051
如表1所示，当用UV-B单独连续照射试验作物时，受损植物比例为5～10％，叶焦枯比例为5～50％。当用UV-C和UV-B组合连续照射试验作物时，受损植物比例为0～3％，小于单独用UV-B连续照射时的比例。在该情况中，叶焦枯比例为10～60％。与之相比，当如本发明优选实施方案所述用UV-C和UV-B组合间歇性照射试验作物并且用可见光连续照射试验作物时，受损植物比例为约3.6％。叶焦枯比例为0％，是最低的比例。
下述表2示出，在用可见光单独连续照射的情况下，在紫外线和可见光组合连续照射的情况下，以及根据本发明优选实施方案用紫外线间歇照射和可见光的连续照射的情况下，植物中的果实受损比例和植物抗毒素相关物质的量。同样在本实验中，用草莓作为受试作物。紫外线的照射每天重复两次。植物抗毒素相关物质特别为苯丙氨酸解氨酶和抵抗性物质。在本实验中，植物抗毒素相关物质从草莓叶中获得，并且它的量用高效液相色谱(HPLC)分析。使用Sankyo Denki Co.，Ltd.制造的UV-B紫外灯(产品编号GL20SE)作为UV光源，紫外照射量设置为平均30μW/cm2，紫外综合照射量设置为约5.4kJ/m2。
[表2]
Figure BPA00001249149700061
如表2所示，在可见光连续照射的情况下，在紫外线和可见光连续照射的情况下，以及在用紫外线间歇照射和可见光连续照射的情况下，受损果实的比例分别为39、4.3和1.2％。植物抗毒素相关物质的量分别为0.9、11.9和16.8μg/g。即，当间歇照射紫外线和连续照射可见光时，果实受损比例最低且植物抗毒素相关物质的量最高。
下述表3示出了当改变UV-C和UV-B的综合照射量(下文简称为紫外照射量)时，病害引起的植物受损比例、植物的叶焦枯比例和夜蛾引起的植物受损比例。同样在本实验中，用草莓作为受试作物。UV-C照射和UV-B照射的比例设置为约0.1∶1，除了UV-C和UV-B之外，还有照射量为0.2μW/cm2的可见光。
[表3]
Figure BPA00001249149700062
如表3所示，当紫外照射变为55、50和0μW/cm2时，由病害引起的受损植物比例变为3.8、3.6和75％，叶焦枯比例显著降低至33.2、0和0％，夜蛾引起的受损植物比例增加至2.68、2.76和4.78％。当紫外照射为50μW/cm2时，病害引起的受损植物比例最低，当紫外照射为50和0μW/cm2时，叶焦枯比例最低。当紫外照射为55μW/cm2时，夜蛾引起的受损植物比例最低，但是与紫外照射为50μW/cm2时几乎没有变化。根据上述实验结果，当紫外照射设定为50μW/cm2以下时，病害引起的受损植物比例改变，叶焦枯比例和夜蛾引起的受损植物比例可以成功地降低。
下述表4示出改变每天UV-C和UV-B的综合照射的情况下的果实受损比例、植物的叶焦枯比例和植物中的植物抗毒素相关物质的量。同样在本实验中，用草莓作为受试作物，并且果实受损比例通过测试50个草莓果实计算，叶焦枯比例通过测试100片草莓叶子计算。每天至少重复两次紫外线照射。植物抗毒素相关物质为苯丙氨酸解氨酶和特别为抵抗性物质。在本实验中，植物抗毒素相关物质从草莓叶中获得，并且它的量用高效液相色谱(HPLC)分析。使用Sankyo Denki Co.，Ltd.制造的UV-B紫外灯(产品编号GL20SE)作为UV光源。
[表4]
Figure BPA00001249149700071
如表4所示，当紫外照射小于0.2kJ/m2时，果实受损比例显著增加，当紫外照射大于10kJ/m2，叶焦枯比例显著增加。
如上述实验结果所示，在本优选实施方案中，可对植物照射UV-C以及UV-B，从而能够可靠地抑制导致灰霉病、白粉病、霜霉病、炭疽病等的丝状真菌的孢子形成和菌丝生长(参考上述表1)。此外，UV-C和UV-B间歇照射，使得防止植物过于习惯于紫外线，结果，可以促进包括植物抗毒素相关物质在内的抗菌物质的产生，并且能够可靠地诱导植物抗病性(参考上述表2)。尽管省略了实验结果，但是也可以促进包括PR(发病机制相关)蛋白物质的抵抗性物质的产生，并且能够可靠地诱导植物抗病性。此外，通过上述间歇性照射可以防止植物的叶焦枯(参考上述表3)。此外，连续照射可见光使得可以促进植物生长。
UV-C和UV-B的总照射设定为约50μW/cm2以下，并且UV-C和UV-B的综合照射量设定为每天约0.2～10kJ/m2，使得植物不会暴露于过多紫外线中，而是可以用适当量的UV-C和UV-B照射(参考表4)。因此，能够可靠地抑制植物的焦枯并能够抑制植物病害的发生。
此外，照射到植物的紫外线几乎没有促进丝状真菌的孢子形成的UV-A范围内的波长成分，使得能够更有效地抑制丝状真菌的孢子形成和菌丝生长以及减少植物病害的传播，最后能够提高作物产量。包括UV-A的光具有吸引昆虫的效果，因此通过阻挡UV-A，抑制昆虫吸引，从而减少虫害。
但是本发明不限于上述优选实施方案的配置，根据预期应用适于进行各种改变。例如，可见光源23照射的光和自然日光的组合或者单独自然日光也适用于作为照射植物的可见光。
此外，将UV-C和UV-B的综合照射控制为约50μW/cm2以下的方法不限于控制器4，可是，也可以通过利用在例如光源2的灯上形成的涂覆膜或蒸发膜或者单独使用滤光器3或者将它们组合使用来控制综合照射。
当多株植物种植和生长相对较近时，仅从植物上侧照射植物的光源不能充分照射到相邻植物的侧面和底部，这是因为植物落入植物自身的阴影中，因此相对于植物的其它部位，植物的侧面和底部受到病害影响。因此，在这种情况下，如图5所示，优选在植物P1的侧面和底部以及在植物P1的上部设置光源2。下文中位于植物P1的上部、侧面和底部的光源2分别称为上部光源2a、侧面光源2b和底部光源2c。它们照射植物P1的上部、侧面和底部。图5中示出一个侧面光源2b和一个底部光源2c，但是侧面光源2b和底部光源2c的数目不限于此，可以分别应用多个光源。
当沿着犁沟F1种植多株植物P1时，优选如图6所示分别设置多个上部光源2a、侧面光源2b和底部光源2c。沿着犁沟以预定间隔设定多个上部光源2a，多个侧面光源2b和多个底部光源2c设置为与犁沟F1大致平行，换句话说，与植物P1的行大致平行。侧面光源2b和底部光源2c由防水荧光灯构成，其用例如筒等覆盖，并且大致平行于犁沟F1成行。侧面光源2b和底部光源2c也可由如例如具有空心光导***的发光装置或者具有光纤***或具有加长形状的电致发光(EL)装置的光源构成。如上所述，上部光源2a、侧面光源2b和底部光源2c成行设置，使得即使多株植物P1在比各个光源照射范围更宽的范围种植，植物P1的侧面和底部也能够可靠地照到光。
也适用于根据植物P1的生长来调整光源2的光分布和光容量。例如，当植物P1还没有生长和以及在生长的早期阶段还很小时，关闭上部光源2a，打开侧面光源2b和底部光源2c，此外，例如调整侧面光源2b和底部光源2c的安装角度。根据上述配置，控制光的传播和减少照射植物P1的光容量。随着植物P1生长，例如也打开上部光源2a并调整侧面光源2b和底部光源2c的安装角度，因此扩大光分布和增加照射植物P1的光容量。但是，调节侧面光源2b和底部光源2c的光分布和光容量的方法并不限于上述实例，当上部光源2a的光容量小或者当植物P1需要相对大量的光时，即使在生长的早期阶段就可以打开上部光源2a。
优选将照明装置1设置在农业塑料大棚或玻璃暖房(下文中简称为暖房)中，例如，可以阻挡太阳光中的UV-A以确保更加可靠地防除植物病害的效果。当在上述暖房中使用照明装置1时，不仅截断了照明装置1照射到植物P1的光中的UV-A，还截断了由太阳提供给植物P1的天然阳光中的UV-A，因此可以更有效地防除丝状真菌。
当UV-C和UV-B的照射高时，可能对人体例如眼睛和皮肤造成伤害。因此，优选在暖房中设置光屏蔽板和人探测传感器开关，并与照明装置1电连接，从而控制光分布以防止工人受到光源2的光照射，或者仅当工人不在暖房中时打开光源2。上述控制能够确保暖房中工人的安全。
如图7中所示，当光源21由荧光灯构成时，也适用于对荧光灯的荧光管21a的内壁应用荧光材料21b来代替滤光器22，其特性为发射UV-C范围内几乎没有约255nm以下的波长成分的和几乎没有UV-A(波长范围为大约340～380nm)范围的波长成分的光。在上述荧光灯中，首先，通过放电发射电子，水银原子接收电子的能量而发射紫外线，然后荧光材料21b吸收紫外线和最终发射上述光。
尽管本发明参考附图完全描述了优选实施方案，但是对本领域技术人员清楚的是可以进行各种变化和修改。因此，这种变化和修改并未背离本发明的范围而是包括在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种向植物照射包括紫外线的光来用于防除植物病害的照明装置，包括：
发射其中UV-C中250nm以下的波长成分被截断的UV-C和UV-B的UV光源；
发射可见光的可见光源；
控制所述UV光源和所述可见光源的操作的控制器，其中
所述控制器控制各所述光源并且每天至少重复两次具有以下照射模式的光照射：将其中所述UV-C和UV-B与所述可见光叠加的第一光照射以及仅由所述可见光构成的第二光照射组合，并且所述控制器控制所述UV光源，使其发射总照射量为50μW/cm2以下的所述UV-C和所述UV-B，以及每天综合照射量为0.2～10kJ/m2的所述UV-C和所述UV-B，以及
所述照射模式为：连续地打开所述可见光源和间歇性地打开所述UV光源来依次逐个重复所述第一光照射和所述第二光照射。
2.根据权利要求1的用于防除植物病害的照明装置，其中所述UV光源和所述可见光源设置在作为照射对象的植物的上部、侧面和底部。
3.根据权利要求1的用于防除植物病害的照明装置，其中所述UV光源包括发射UV-C和UV-B的光源以及阻挡由所述光源发射的UV-C和UV-B中250nm以下的波长成分的滤光器。
4.根据权利要求3的用于防除植物病害的照明装置，其中所述光源由发射UV-C和UV-B的荧光灯、HID(高强度放电)灯或者UV-LED单独构成或者由它们的组合构成。
5.根据权利要求3的用于防除植物病害的照明装置，其中所述滤光器具有防UV-A配置。
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