JP5102190B2

JP5102190B2 - 植物栽培方法

Info

Publication number: JP5102190B2
Application number: JP2008312306A
Authority: JP
Inventors: 壯元中井; 良洋宍戸
Original assignee: Ｍｋｖドリーム株式会社
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-12-08
Also published as: JP2010130986A

Description

本発明は、太陽光利用ハウスにおいて、栽培植物に対して、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを光源とする２種類の光を照射して植物を栽培する方法に関する。

近年、野菜や果物などの有用植物は、温室栽培などの人工栽培によって、１年を通して栽培されている。人工栽培によって育成された有用植物が露地栽培された有用植物と同等の品質を保つためには、ビニルハウスなどの人工栽培装置内の環境条件を適切に制御する必要がある。とくに植物へ照射される光量の適切な制御は植物の生長に最も大きな影響を持つ要素の１つである。

特に、北陸や北海道など日照量が少ない地域で温室栽培を行う場合や、作物の増収を図る場合、後述する、品質リスクを減らし多収を可能とすることから近年注目されているトマト等の低段密植栽培や遮光資材を用いたイチゴ栽培を行う場合には、自然光（太陽光）のみでは十分ではなく、照明装置で補光することによりハウス内の栽培植物に照射される光量を増やすことが要求される。

照明装置として、従来から白熱電球、蛍光灯またはハロゲンランプなどが用いられているが、これらの照明装置は、多量のエネルギーを必要とするため電力コストが増大し、高湿下では電源系統に絶縁破壊を生じる可能性があった。

一方、従来の白熱電球などに代わる照明装置として、発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう。）を用いた植物栽培の可能性が提案されている。たとえば、特開平０８−１０３１６７号には、発光ダイオードによって波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍおよび波長６２０ｎｍ〜７００ｎｍの光を植物に照射する植物栽培装置が提案されている。また、特開２００１−２５８３８９号には、出力波長が４００〜５００ｎｍに最大値を有し、かつ、光量子束密度が１０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓ以上である青色発光ダイオードを照射する植物栽培方法が提案されている。

発光ダイオードは、蛍光灯に比べて安全で長寿命であり、熱が出ないという利点がある。この特性を利用して、特に青色と赤色の発光ダイオードについては、工場などの施設内で高度に環境制御することで植物を周年生産する植物工場での使用の可能性が検討されている。しかしながら、発光ダイオードを使用した照明装置は蛍光灯に比べてコストが高く、これを施設内の全面に使用した植物工場を建設する費用は甚だ高くなることから、一般的な施設園芸農家が行うことは困難である。従って、発光ダイオードを通常の施設園芸用ハウスに利用するにはいまだ至っていない。

本発明者は、上記した補光が特に要求される栽培形態において、発光ダイオードのもつ安全で長寿命であるという特徴を生かしながら効果的な補光手段を提供できないかを検討したところ、自然光（太陽光）に近い白色発光ダイオードを用いて補光することにより、最小限のエネルギー（電気）コストで増収効果が得られるのではないかという考えに至った。ここで、太陽光の不足分を白色発光ダイオードのみで補うことは可能ではあるが、例えば密植栽培のような光が遮られる環境下においては、６００〜７００ｎｍの長波長域の光（赤色光）がより遮蔽されやすいため赤色光が栽培植物の低い位置にある葉の隅々にまで届かなくなってしまうという問題がある。また、白色発光ダイオードでは赤色光の放射エネルギーが小さいため白色発光ダイオードのみで赤色光を十分に補うことが困難である。これらの問題に対して、白色発光ダイオードの光をより多く照射することで対応ができなくはないが、白色発光ダイオードはコストが高いため現実的ではない。

そこで、本発明者は、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを組合わせて補光することにより、栽培植物に必要な赤色光を十分与えながら、補光に必要なコストを抑えることが可能であることを見出した。

しかして、本発明は、太陽光利用ハウスにおいて、栽培植物に対して、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを光源とする２種類の光を照射することを特徴とする。特に、本発明においては、照射する光の全放射エネルギー量に対して、６００〜７００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が２５〜５０％の範囲であり、５００〜６００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が１５〜３０％の範囲であるように照射する光の放射エネルギーを調整することにより、より効果的に植物を栽培することができる。

白色発光ダイオード
本発明に使用することができる白色発光ダイオードとして、市販されている３種類のタイプのランプ、即ち、（１）青、緑、赤の３種類の発光ダイオードを用いるタイプ、（２）青色発光ダイオードの表面に黄色蛍光体を塗布したタイプ、（３）青色発光ダイオードの表面に緑と赤の蛍光体を塗布したタイプ、のいずれを用いることができる。しかしながら、（１）のタイプは他のものに比べてコストが高く、（２）のタイプでは６００〜７００ｎｍの波長域の光放射エネルギーが少ないため、赤色発光ダイオードを光源とする光の光量を増やして照射する必要があるが、この場合、栽培植物の葉などに赤色光を多く照射し過ぎると葉が赤茶けて見えてしまうことがある。従って、（３）のタイプである青色発光ダイオードに緑色蛍光体と赤色蛍光体を組合わせたタイプを使用することがコスト及び光を照射した栽培植物の色目の点から好ましい。

赤色発光ダイオード
本発明に使用することができる赤色発光ダイオードは、市販されている発光波長６００〜７００ｎｍのタイプのランプを用いることができる。

本発明の実施に必要な光強度は、対象とする植物種や生育段階、天候やハウス内の自然環境によって変化する。例えば、トマトの場合、光飽和点に達するまで白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを光源とする光で照射することが好ましい。

一方、本発明においては、照射する光において、白色発光ダイオードによる光と赤色発光ダイオードによる光の放射エネルギーの比率が重要であり、照射する光の全放射エネルギー量に対して、６００〜７００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が２５〜５０％の範囲であり、５００〜６００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が１５〜３０％の範囲であるように調整するのが好ましい。このように調整することにより、発光ダイオードのコストを抑えながら植物に対して生育を促進するのに必要な光を効果的に与えることができる。

６００〜７００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が２５％未満だと植物の生育が不十分となりやすく、逆に５０％を超えると植物の品質が低下しやすい。また、５００〜６００ｎｍの波長域の光エネルギー量が１５％未満だと障害果の発生が出やすく、逆に３０％を超えると植物の品質が低下しやすい。

６００〜７００ｎｍと５００〜６００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量を調整するには、例えば、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードの数の調整により行うことができる。また、光放射エネルギー量の測定は、市販の分光放射計により行う。

本発明においては、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを１つまたは複数の基板上に配置して使用することができる。この場合、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを別々の基板に配置することもできるが、栽培植物に白色光と赤色光を均一に照射するためには白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを混合配置するのが好ましい。また、光源の回路接続において白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードのそれぞれのグループを別の電源で点灯・駆動することもでき、これにより照射する光の全放射エネルギー量に対しする白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードの光照射エネルギー量を容易に調整・変化させることができる。

本発明においては、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードによる照射はハウスの天井部や側面部から行うことも出来るが、栽培作物に必要な光を補光するという本発明の目的から、栽培している作物の周辺から補光することもできる。本発明における発光ダイオードを光源とする光を栽培植物に照射する態様の非限定的例を図１に示す。図中、１は栽培ベッド、２はトマトの株、３は発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプ、４は作業・収穫スペースを表す。ＬＥＤランプのうち黒塗のものは赤色ＬＥＤランプ、白抜のものは白色ＬＥＤランプを表す。

本発明において、太陽光を利用するハウスとしては、施設園芸に利用されている被覆材からなるハウス全般、例えば、ガラスハウス、塩化ビニル系樹脂フィルム、ポリオレフィン系樹脂フィルム、ポリエステル系樹脂フィルム、フッ素系樹脂フィルム等が展張されたハウスなどがあげられるが、これらに限定されない。

本発明の栽培方法を適用する植物としては、長日植物（長日に反応して花芽形成を調節する植物）でも、短日植物（短日に反応して花芽形成を調節する植物）でも、中性植物（光周期に反応しない植物）でも特に限定されずに適用できる。具体的には、花き園芸植物、果菜類、果樹類及び穀物類が挙げられ、例えば、ファレノプシス、シンピジウム、デンドロジウムをはじめとするラン類、サボテン類、バラ、カーネーション、ガーベラ、カスミソウ、ユリ、スターチス等の切り花用途の花き類、及び、パンジー、プリムラ、ベコニア、ペチュニア、シクラメン等の鉢花用途の花き類；トマト、キュウリ、メロン、イチゴ、ピーマン等の果菜類；ナシ、リンゴ、ブドウ等の果樹類；及びトウモロコシ、コムギ等の穀物類などにも適用可能である。特に本発明の効果を最大限に活用するには、花芽形成が遅い植物、自然状態での花芽形成数が少ない植物、あるいは特別に通常状態よりも多くの実生が必要な状態になった植物を対象とすることが考えられる。

対象植物の栽培方法としては、とくに限定されるものではなく、培土をつめたトレイやポットを用いて発芽・育苗したものを圃場に定植し栽培する方法、スポンジキューブ上で発芽させた後、そのまま水耕栽培する方法、養分を含んだ寒天上で無菌的に組織培養し育苗する方法等、植物の種類や栽培の目的に応じた栽培法を用いることが出来る。

本発明の栽培方法は、特に、トマト低段密植栽培や遮光資材を用いたイチゴ栽培において効果的に使用することができる。

トマト低段密植栽培は、多段栽培よりも密植して１〜３花房程度を残して摘心する短期栽培を繰り返す栽培法であり、低農薬で高糖度果実の生産が期待できるが、一方密植するため影ができやすく自然光のみでは光量不足となりやすい。そのため本発明の栽培方法が効果的である。

また、夏期にイチゴ栽培をおこなう場合、高温となり品質低下を招くため遮光資材を用いるが、逆に光量不足となるため本発明の栽培方法が効果的である。

本発明において、栽培植物に対して、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを光源とする２種類の光を照射する時期としては、通常、定植〜収穫中期の期間とすることが好ましい。

以下、実施例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
トマトの一段密植栽培において白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを用いた水耕栽培試験をおこなった。トマト（品種：桃太郎）の種子を、水を含んだロックウール細粒綿を詰めたセルトレイに播き発芽させた。
子葉展開後は薄い培養液（ＥＣ０．６〜１．２ｄＳ／ｍ）を与えた。
播種から２５日後、本葉が４〜５枚出てきたので農業用ハウス内の栽培ベッドに定植した。
栽培ベッドは、ベッド巾５０ｃｍ、深さ１５ｃｍの保水シート耕方式とし、株間は８ｃｍ、ベッド間隔８０ｃｍとした。
定植後は培養液（ＥＣ１．２〜２．４ｄＳ／ｍ）を与え、補光ＬＥＤを朝６時〜夕６時の時間帯で照射した。
ＬＥＤは白色ＬＥＤランプ（星和電機製、青色ＬＥＤ＋緑色蛍光体＋赤色蛍光体）と赤色ＬＥＤランプ（ＫＯＤＥＮＳＨＩ製）を用い、アルミ基板に２種類を組み合わせ、表１に示す放射エネルギーとなるＬＥＤランプとした。
６００〜７００ｎｍと５００〜６００ｎｍの放射エネルギーの割合は、英弘精機分光放射計ＭＳ−７２０により調整・測定した。
定植から４０日後、第１花房の３花が開花し、着果ホルモン（トマトトーン）を散布し、第１花房の上１〜２葉を残して摘心した。
更に１０日後、塩類ストレス処理として培養液ＥＣを５ｄＳ／ｍに上げた。
定植から８０日以降、収穫期となったトマトを収穫し収量、品質を評価し、表１の結果を得た。

比較例１
赤色ＬＥＤランプを使用せず、白色ランプのみとした以外は実施例１と同様
とした。

比較例２
赤色ＬＥＤランプの使用割合を実施例１の４倍とした以外は実施例１と同様とした。

比較例３
補光ＬＥＤを使用せず、太陽光のみで栽培した以外は実施例１と同様とした。但し収穫期は定植後９０日以降となった。

表１は、本発明の栽培方法を用いると、果重が大きく、糖度の高いトマトを収穫することができ、さらに障害果の割合を低く抑えることができたことを示している。従って、本発明は、補光に必要なコストを抑えながら作物生育に効果的な植物栽培方法の提供するものである。

本発明における発光ダイオードを光源とする光を栽培植物に照射する態様の概略図。

Claims

太陽光利用ハウスにおいて、栽培植物に対して、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを光源とする２種類の光を照射する植物栽培方法であって、照射する光の全放射エネルギー量に対して、６００〜７００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が２５〜５０％の範囲であり、５００〜６００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が１５〜３０％の範囲であることを特徴とする植物栽培方法。
白色発光ダイオードが青色発光ダイオードと緑色蛍光体と赤色蛍光体を用いたタイプである請求項１に記載の植物栽培方法。
トマトの低段密植栽培を行う請求項１又は２に記載の植物栽培方法。
遮光資材を用いたイチゴ栽培を行う請求項１又は２に記載の植物栽培方法。