TWI424809B - 植物病害防除用照明系統 - Google Patents

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Description

植物病害防除用照明系統
本發明係關於一種用以防除農作物等植物病害的植物病害防除用照明裝置。
以往，在將植物苗配置在與外部光線及外部氣體隔絕的空間內並提供對植物苗而言合適的溫濕度環境與光環境的植物苗生產系統中、在農業用塑膠溫室或玻璃溫室等的設施耕種中、或者在露天耕種中等等，已知有可對植物苗照射B範圍紫外線(UV-B)，以抑制培養地上藻類、黴菌等的發生的植物育成用照明裝置(例如，請參照日本發明專利公報2005-328734)。
對植物進行UV-B的紫外線照射有植物病害防除的效果，且已知有增加植物糖度、色味等的附加效果。然而，植物的成分變化會變得不安定。
本發明係為了解決上述問題應運而生，目的在於提供可有效率地進行植物的成分變化，因而安定地增加植物的營養成分的植物病害防除用照明系統。
本發明之一實施例之植物病害防除用照明系統，包括一照射包含255~340nm波長範圍的UV-B紫外線的紫外線光源(8)；一照射可見光的可見光光源(9)；以及一對該等光源進行點燈控制的控制裝置(4,5)。該控制裝置(4,5)點燈控制該紫外線光源(8)，使於預設的日間期間，植物的草頭面的水平面放射照度在50μW/cm2 以下，且控制該可見光光源(9)，使於預設的夜間期間，植物的草頭面的水平面照度在10勒克斯(lux)以下。
根據此構成，UV-B的照射刺激以及與營養成長相關的可見光照射時間的延長使植物成分變化有效率地進行，因此可穩定地增加植物的營養成分。另外，由於以控制裝置進行紫外線光源與可見光光源的點燈控制，因此可省掉使用者的麻煩，且有效率。
在該系統中，該可見光光源可使用照射500~600nm波長範圍的可見光的光源。
根據此構成，可有效進行光合成，因此有效率地增加植物的營養素，且可集中單獨促進植物的營養生長。
在該系統中，該可見光光源可使用照射600~700nm波長範圍的可見光的光源。
根據此構成，可有效進行光合成，因此有效率地增加植物的營養素，且可促進植物的生殖生長，因此可使收穫期提早。
在該系統中，該可見光光源可使用照射400~500nm波長範圍的可見光的光源。
根據此構成，可有效進行光合成，因此有效率地增加植物的營養素，且可抑制植物的草高度的成長，同時形成較厚的葉子厚度。
在該系統中，該控制裝置可包括一預先記憶各地區整年間日落時間與日出時間的相關資料的計時器，並根據儲存在此計時器中的資料，進行每天日落後到日出之間照射可見光的點燈控制。
根據此構成，該可見光光源根據儲存在此計時器中的每日的日落後到日出之間照射可見光。如此一來就無需每日調整計時器，可省掉使用者的麻煩，較有效率。
在該系統中，該紫外線光源係設於和該可見光光源所設的框體不同的框體內。
根據此構成，紫外線光源由於可和現有照明器具組合，因此可降低製造成本。
以下參照第一圖至第三圖說明本發明一實施例之植物病害防除用照明系統(以下稱為照明系統)。第一圖顯示設置有本實施例之照明系統1之農業用溫室2的構成。照明系統1包括照射紫外線與可見光的光源部3、以及因應光種類點燈控制光源部3的控制裝置4、5。光源部3係設置於農業用溫室2的樑6的下側，平行於樑6，向田壟7的方向照射紫外線與可見光。
第二圖顯示本實施例之照明系統1之概略構成。光源部3具有照射紫外線的紫外線光源8、照射可見光的可見光光源9、使紫外線光源8與可見光光源9安定點燈的安定器10、11、點燈啟動器、電源電路(兩者均未示於圖中)、以及收納紫外線光源8等的框體12。而收納紫外線光源8亦可和收納可見光光源9的框體12為不同的框體。收納於不同框體的紫外線光源8由於可和收納可見光光源9的現有照明器具組合，可降低製造成本。
控制裝置4係24小時進行供予紫外線光源8的電力的供給與阻斷的點燈控制，以於預設的日間期間點亮紫外線光源8。另外，點燈控制紫外線光源8，使在植物的草頭面的水平面照度在50μW/cm2 以下。利用控制裝置4所進行的紫外線光源8的點燈控制和手動的紫外線光源8的點燈控制相較之下，可省掉使用者的麻煩，較有效率。
控制裝置5係24小時進行供予可見光光源9的電力的供給與阻斷的點燈控制，以於預設的夜間期間點亮可見光光源9。另外，點燈控制可見光光源9，使在植物的草頭面的水平面照度在10勒克斯(lux)以下。利用控制裝置5所進行的可見光光源9的點燈控制和手動的可見光光源9的點燈控制相較之下，可省掉使用者的麻煩，較有效率。
另外，控制裝置5包括一預先記憶各地區整年間日落時間與日出時間等相關資料的計時器(圖中未示出)，較佳根據儲存在此計時器中的資料進行可見光光源9的點燈控制。在控制裝置5儲存有上述資料的情形下，可在計時器中所儲存的每日的日落後到日出之間照射可見光。如此一來就無需每日調整控制裝置5，可省掉使用者的麻煩，較有效率。
紫外線光源8係照射包含255~340nm波長範圍的UV-B的紫外線。另外，紫外線光源8例如可使用螢光燈、小型(compact)螢光燈、冷陰極螢光燈、氙氣燈、高輝度放電燈、發光二極體(LED)、有機EL等。
可見光光源9係照射包含380~780nm波長範圍的可見光。另外，和紫外線光源8同樣地，可見光光源9例如可使用螢光燈、小型(compact)螢光燈、冷陰極螢光燈、氙氣燈、高輝度放電燈、發光二極體(LED)、有機EL等。而可見光光源9隨著植物的生長階段亦可為照射400~500nm、500~600nm、或者600~700nm中任一種波長範圍的可見光。
由於照明系統1中可見光光源9照射500~600nm的綠色可見光波長範圍的光，可有效進行光合成，因此有效率地增加植物的營養素，且可集中單獨促進植物的營養生長。
由於照明系統1中可見光光源9照射600~700nm的紅色可見光波長範圍的光，可有效進行光合成，因此有效率地增加植物的營養素，且因意圖促進花芽形成的植物的生殖生長，可使收穫期提早。又600~700nm波長範圍的可見光在380~780nm波長範圍的光中對植物的光合成是最有效率的。
由於照明系統1中可見光光源9照射400~500nm的藍色可見光波長範圍的光，可有效進行光合成，因此有效率地增加植物的營養素，且可抑制植物的草高度的成長，同時形成較厚的葉子厚度。由於係在植物光感受性高的夜間期間點亮可見光光源9，可見光的水平面照度在10勒克斯(lux)以下的低照度亦足以抑制植物的草高度。為了提高溫室栽培的空間利用效率，因此使用上下兩段或更多段的栽種道(bench)，栽培原本高度較低類型的植物，或栽培故意使高度變低的植物。在後者故意使高度變低的植物栽培中，有效抑制植物的草高度的成長。
第三圖顯示照明系統1的電路構成。在照明系統1中，供應點燈電力的電源13、控制裝置4、安定器10與紫外線光源8依序連接，又電源13、控制裝置5、安定器11與可見光光源9依序連接。紫外線光源8從電源13獲得電力供應，受控制裝置4的點燈控制，並由安定器10限制電力在規定值，因此以包含UV-B的安定紫外線進行特定時間的照射。可見光光源9和紫外線光源8一樣從電源13獲得電力供應，並受控制裝置5的點燈控制，並由安定器11限制電力在規定值，因此以包含UV-B的安定可見光進行特定時間的照射。
照明系統1所使用的對象植物包括一般農家栽種的全部農作物。具體的例子包括果菜類，如蕃茄、茄子、小黃瓜、獅子青辣椒(shishito)、甜椒、香瓜、西瓜、草莓等；葉菜類，如萵苣、甘藍菜、白菜、青江菜、菠菜、小松菜、紫蘇等；根莖類，如牛蒡、白蘿蔔、紅蘿蔔等；豆類，如大豆、枝豆(毛豆)、蠶豆、豌豆等；花卉類，如菊花、玫瑰、土耳其桔梗、康乃馨、雞冠花等；其它，如稻、茶等等。
各種植物可以是露天栽種、塑膠溫室栽種、玻璃溫室栽種等任一種栽培方式。另外，栽種植物的培養地舉例而言可為露天田地常見形狀的田壟、以金屬或木材等所做栽種道上裝土形成的田壟、置於栽種道上的盆架等。
此處說明利用紫外線照射來做植物病害防除的原理。藉由將UV-B照射在植物上可基於以下兩種原理進行病害防除。
植物病害防除的原理之一為植物本身不易染病。通常植物一旦感染病原菌，對病原菌的誘發抵抗表現，也就是所謂的植物免疫系統會發動，以作為對抗的防禦反應。此系統在植物一部分組織受到病原菌等感染等外部因素(刺激)的情況下，從感染部位釋放出信號物質，其到達植物體內尚未受感染的部位，因而誘發出與抵抗表現相關的基因表現(gene expression)。此抵抗力相關物質為具有溶解病原菌細胞壁的酵素聚葡萄糖酶(Glucanase)以及殼質酶(Chitinase)等的抵抗活性的PR蛋白質(病原性相關蛋白質；Pathogenesis-Related Protein)，以及顯示出抗病原菌毒性的防禦素(fight alexin)(抗菌活性物質、厭食活性物質)等。在本發明中，外部因素(刺激)為照射包含UV-B的紫外線至植物上的光刺激、誘發抗病害相關的基因表現。
植物病害防除的另一原理為植物病害原絲狀菌的直接作用，抑制菌絲的成長，使病無法擴散。絲狀菌例如有白粉病菌、灰黴病菌、炭疽病菌、露菌病菌、稻灰黴菌等。專利公開2005-328734號公報中記載為了防止葉灼而以50μW/cm2 以下UV-B放射照度的紫外線照射植物，以抑制黴菌的發生。此外，根據本發明的室內實驗中，對接種於洋菜培養基上的灰黴病菌、炭疽病菌等照射5~50μW/cm2 的UV-B，確定可抑制其後菌絲的成長(恆溫庫培養一週菌落的大小亦無變化)。
以下說明如上述構成的照明系統1的動作步驟。
步驟1：在農業用溫室2的植物栽種空間中，光源部3設於植物體的上部或側部。此時，光源部3的設置位置使得在植物體最上方生長點(發新葉或新芽處)附近高度處的假想面草頭面處的UV-B水平面放射照度在50μW/cm2 以下，且草頭面處的可見光水平面放射照度在10勒克斯(lux)以下。使光源部3設置在UV-B水平面放射照度在50μW/cm2 以下的位置係因為若UV-B水平面放射照度超過50μW/cm2 ，則會有發生植物葉灼症狀的極高危險性。而UV-B水平面放射照度與可見光水平面放射照度的測定係以偵測器的受光部正向上方的狀態且將偵測器設置在植物草頭面的狀態下進行。
具體來說，光源部3係設置於農業用溫室2的田壟7的壟面起算約2米的高度的樑6的下側，與樑6平行。此外，光源部3的紫外線光源8以及可見光光源9例如使用螢光燈型式的20W器具。設置複數個光源部3時，因各光源部3的輸出不同，非為同一高度下的預定UV-B水平面放射照度，或者非為同一高度下的預定可見光水平面放射照度時，使用調光裝置、減光濾光器等進行水平面放射照度、水平面等的調整。
步驟2：田壟7、栽種道等所種植物的草頭面上的紫外線照射時間若相當於一天累積超過10kJ/m2 的紫外線強度，則會有發生植物葉灼症狀的極高危險性。因此，控制裝置4設定一天累積的紫外線強度在10kJ/m2 以下。具體來說，控制裝置4例如設定為紫外線光源8早上9點左右開始點燈，傍晚3點熄燈。控制裝置5例如設定為可見光光源9日落後開始點燈，日出時熄燈。
步驟3：紫外線光源8受控制裝置4的控制在早上9點左右開始點燈，傍晚3點熄燈。紫外線光源8熄燈之後，紫外線光源8與可見光光源9的熄燈狀態持續到日落之後。
步驟4：可見光光源9受控制裝置5的控制在日落後開始點燈，隔日日出時熄燈。可見光光源9熄燈之後，紫外線光源8與可見光光源9的熄燈狀態持續到早上9點左右。
步驟5：早上9點以後重覆步驟3與步驟4。
由於照明系統1在日間期間UV-B的照射刺激以及在夜間期間與營養成長相關的可見光照射時間的延長使植物成分變化有效率地進行，因此可穩定地增加植物的營養成分。
從省能源的觀點來看，日落後的可見光光源9的點燈可考慮在夜間不要連續進行。具體來說，可見光光源9例如可反覆點燈一段特定時間後熄燈一段特定時間、或者在夜裏集中熄燈幾個小時等等。一般而言，植物係藉由黑暗時間的連續性來判斷夜晚。因此，在夜間短時間的熄燈和植物受光週期反應的影響相較之下較小。此外，在夜間的點燈即使是短時間也會有延長白天時間的效果，因此對白天時間短則開花的短日植物的栽培或者白天時間長則開花的長日植物的栽培都有利。
本發明不限於上述實施例構成，在不變更發明主旨的範圍內可有各種變形。例如，因UV-B對人體有危害之虞，因此可使用人體感應器開關，只在作業者不在時點亮含UV-B的紫外線光源，如此達成確保農業溫室用內作業者的安全。
本申請案係以日本專利申請案2008-269896為基礎，參照該專利申請案的說明書與圖式的內容最終可併於本申請案發明。
另外，本發明已參照附圖利用實施例詳加記載。然而，在此技術中之通常知識者應可明顯了解本發明可具有各種不同的變化和變形。所以，在此須說明此類之變化和變形並非落於本發明之保護範圍以外，而是落於本發明之保護範圍內。
圖式中所包含之各元件列式如下：
1．．．照明系統
2．．．農業用溫室
3．．．光源部
4．．．控制裝置
5．．．控制裝置
6．．．樑
7．．．田壟
8．．．紫外線光源
9．．．可見光光源
10．．．安定器
11．．．安定器
12．．．框體
13．．．電源
第一圖係設置有本發明第一實施例之植物病害防除用照明系統之農業用溫室的外觀圖。
第二圖為上述照明系統之外觀圖。
第三圖為上述照明系統之電路構成示意方塊圖。
1．．．照明系統
3．．．光源部
4．．．控制裝置
5．．．控制裝置
8．．．紫外線光源
9．．．可見光光源
10．．．安定器
11．．．安定器
12．．．框體

Claims (6)

  1. 一種植物病害防除用照明系統，包括：一照射包含255~340nm波長範圍的UV-B紫外線的紫外線光源；一照射包含400~700nm波長範圍的可見光的可見光光源；以及一對該等光源進行點燈控制的控制裝置，其特徵在於該控制裝置點燈控制該紫外線光源，使於預設的日間期間，植物的草頭面的水平面放射照度在50μW/cm2 以下並超過0值，且控制該可見光光源，使於預設的夜間期間，植物的草頭面的水平面照度在10勒克斯(lux)以下並超過0值，且該紫外線光源在該預設的夜間期間內為關閉狀態，而該可見光光源在該預設的日間期間內為關閉狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項之植物病害防除用照明系統，其特徵在於該可見光光源係使用照射500~600nm波長範圍的可見光的光源。
  3. 如申請專利範圍第1項之植物病害防除用照明系統，其特徵在於該可見光光源係使用照射600~700nm波長範圍的可見光的光源。
  4. 如申請專利範圍第1項之植物病害防除用照明系統，其特徵 在於該可見光光源係使用照射400~500nm波長範圍的可見光的光源。
  5. 如申請專利範圍第1項之植物病害防除用照明系統，其特徵在於該控制裝置包括一預先記憶各地區整年間日落時間與日出時間的相關資料的計時器，並根據儲存在此計時器中的資料，進行每天日落後到日出之間照射可見光的點燈控制。
  6. 如申請專利範圍第1~5中任一項之植物病害防除用照明系統，其特徵在於該紫外線光源係設於和該可見光光源所設的框體不同的框體內。
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