トップ :: A 生活必需品 :: A01 農業;林業;畜産;狩猟;捕獲;漁業




【発明の名称】 有用植物の育成方法
【発明者】 【氏名】藤安 洋

【氏名】藤安 健太郎

【氏名】小杉 昌弘

【氏名】小杉 庸子

【氏名】氏原 史郎

【氏名】石垣 新一郎

【氏名】石垣 毅光

【氏名】宮木 昭

【氏名】西沢 広保
【要約】 【課題】温室栽培等において、病虫害の発生を減少させ安全で経済的な有用植物の育成方法を提供する。

【解決手段】温室栽培等において、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体光源を用いて、紫外光と、赤色、青色、黄色の３色のうち少なくとも１色の光とを有用植物に照射して有用植物を育成する。この結果、病虫害が減少し、安全で経済的に有用植物を育成できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 波長２５０ｎｍ〜３７５ｎｍの紫外光を発する半導体光源から放射された光と、波長６００ｎｍ〜７５０ｎｍの赤色光、波長４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光、波長５５０ｎｍ〜５８５ｎｍの黄色光の３色のうち少なくとも１色を発する半導体光源から放射された光とを、有用植物または有用植物の発芽育成床に照射することを特徴とする有用植物の育成方法。
【請求項２】 前記有用植物がイチゴ、トマトまたはキノコである、請求項１に記載の有用植物の育成方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温室栽培などの人工植物栽培において、発光ダイオード、レーザダイオードなどの半導体光源を用いて、イチゴ、トマト、キノコなどの有用植物を育成する有用植物の育成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】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つであり、その人工栽培装置が完全人工光型であると太陽光併用型であるとを問わず、照明装置は人工植物栽培に欠かすことができない。
【０００３】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たが、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。また、換気が不十分になりがちである温室栽培などの人工栽培においては、病虫害が多発するため、その防止策として多量の農薬を使用せざるを得ないという問題があり、これは生産コストのみならず食品衛生上および環境衛生上の危険性も増大させていた。そのため、経済性および安全性を確保することが、人工栽培の分野における長年の課題となっていた。
【０００４】これに対し、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（ＬＥＤ）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、ＬＥＤ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おり、また、特開平０８−２４２６９４号には、ＬＥＤによって波長４００ｎｍ〜５００ｎｍおよび波長６００ｎｍ〜７５０ｎｍのパルス光を植物に照射する植物栽培方法が提案されている。しかしながら、これら提案の技術によって一定の経済的効果は得られるものの、病虫害の多発による経済性および安全性の問題は、いまだ解決されるに至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のような人工栽培特有の問題により、とくにオフシーズンの農産物栽培は需要者に満足される価格および安全性を得ることが難しく、それが温室栽培などの人工栽培の普及を阻害していた。
【０００６】本発明は、これらの課題を解決するために、病虫害の発生を減少させる経済的かつ安全な有用植物の育成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目的を達成するために研究を重ねた結果、半導体光源から紫外光および特定波長の可視光を照射する方法が、病虫害の減少および植物の育成に効果的であり、経済性および安全性に優れていることを見出した。
【０００８】すなわち本発明の要旨は、発光ダイオード、レーザダイオードなどの半導体光源を用いて紫外光（波長２５０ｎｍ〜３７５ｎｍ）および特定波長の可視光（波長６００ｎｍ〜７５０ｎｍの赤色光、または波長４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光、または波長５５０ｎｍ〜５８５ｎｍの黄色光）を有用植物またはその発芽育成床に照射することを特徴とするものであり、これにより病虫害を減少させ経済的かつ安全に有用植物を育成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】植物は、光合成に見られるようにその生育過程において必要なエネルギーを太陽光から獲得する。地上における太陽光は、赤色、青色などの可視光のほかに、波長２００ｎｍ〜４００ｎｍの短波長領域の紫外光をわずかながら含む。この紫外光は、光子（フォトン）のエネルギーが約３ｅＶ〜６ｅＶと高いため、殺菌および殺虫効果を有し、また、波長が短いため微少間隙に進入することができる。さらに、キノコなどの菌類においては、紫外光が子実体の発生を容易にするという役割を果たす。
【００１０】密閉空間であるビニルハウスなどの中では、換気が不十分であることにより病虫害が多発しやすくなるため、露地栽培にも増して殺菌および殺虫効果が求められる。しかしながら、完全人工光型の栽培装置はもとより、太陽光併用型の通常のビニルハウスなどにおいても、透明ビニルが太陽光のうち波長４００ｎｍ以下の紫外光をかなり吸収してしまう。したがって、ただでさえ微量な紫外光は、植物に到達するまでに大きく減少する。そのため、可視光とともに紫外光を植物に供給することが、植物の健全な育成にとって重要である。
【００１１】そこで本発明者らは、光照射の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオードなどの半導体光源を用い、可視光に加え紫外光を有用植物に照射することとした。たとえば、ＬＥＤは光電変換効率が３０％〜４０％と高く、植物の育成にとって有効な波長のみを選択できるため、電力消費が少なく経済的である。また、ＬＥＤは低電圧駆動（４Ｖ以下）素子であるため、通常の駆動回路および電流導入線を用いて高湿下でも絶縁破壊を生じる電界以下において使用でき、漏電も生じにくく、経済性かつ安全性が確保される。さらに、白熱電球等による照射に比べて、果実の苗および果実の表面の焼けを抑制することが可能である。
【００１２】以下に本発明の具体的な実施例を示すが、本発明の内容は以下の実施例に制限されるものではない。本発明の実施例においては、光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）から紫外光（中心波長３００ｎｍ）ならびに赤色（中心波長６５０ｎｍ）、青色（中心波長４３０ｎｍ）および黄色（中心波長５７０ｎｍ）光を照射することによって有用植物であるイチゴ、トマト、キノコを育成した。
【００１３】図１および図２は、本発明によるイチゴの育成方法の実施例を説明する図であり、それぞれビニルハウス内におけるイチゴ苗の畝とＬＥＤアレイの位置関係を平面から見た概念図および側面から見た概念図である。本実施例では、ビニルハウス内においてイチゴ苗が互いに平行な３本の畝Ａ、Ｂ、Ｃに植えられ、そのうちの畝Ａの上方にＬＥＤアレイ１５が設置される。ＬＥＤアレイ１５には、赤色光を放射するＬＥＤ１１と、青色光を放射するＬＥＤ１２と、黄色光を放射するＬＥＤ１３と、紫外光を放射するＬＥＤ１４とを含み、このＬＥＤアレイ１５を光源として、赤色、青色および紫外光、または、黄色および紫外光を畝Ａのイチゴ苗にむけて照射してイチゴを育成する。
【００１４】ここで、ＬＥＤ１１〜１４の指向性を考慮すると、ＬＥＤアレイ１５直下の畝Ａには高強度の光照射、ＬＥＤアレイ１５斜め下の畝Ｂには低強度の光照射がされるが、ＬＥＤアレイ１５から外れた位置の畝Ｃには自然光（ビニルハウスを透過した太陽光）のみが照射される。本発明者らは上記の光環境の下で約２週間にわたってイチゴを育成した後、畝Ａ〜Ｃのイチゴの果実を収穫して、各果実について糖度計測を用いて比較し、ＬＥＤアレイ１５からの光照射による効果を検討した。なお、本実施例は、オフシーズンに温室栽培用ビニルハウスにおいて太陽光併用で行なったが、この期間中雨天または曇天の日が半分以上あり、太陽光のみではイチゴにとって十分な光量とはいえなかった。
【００１５】図３は、糖度計測した畝Ａ〜Ｃイチゴの糖度の最大値、最小値および平均値の比較を示す表である。畝Ａおよび畝Ｂのイチゴは、畝Ｃのイチゴと比較して、最大糖度はそれほど差がないものの、平均糖度および最小糖度が４０％〜５０％程度高く、各イチゴの糖度のばらつきが小さくなった。畝Ａと畝Ｂのイチゴの糖度にはそれほど大きな差はなかったため、光の強弱はイチゴの糖度にあまり関連がなかったものと考えられる。また、赤色、青色および紫外光を照射したイチゴと、黄色および紫外光を照射したイチゴとの間においても糖度にそれほどの差はなかった。したがって本実施例においては、可視光の波長は赤色および青色または黄色のうちどちらを用いてもよいと考えられる。さらに、畝Ａおよび畝Ｂのイチゴ苗は、畝Ｃのイチゴ苗と比較して、病虫害による被害が減少した。紫外光が殺菌および殺虫の役割を果したと考えられる。
【００１６】図４および図５は、本発明によるトマト（レッドオール種）の育成方法の実施例を説明する図であり、それぞれビニルハウス内におけるトマト苗の畝とＬＥＤアレイの位置関係を平面から見た概念図および側面から見た概念図である。最近レッドオール等の糖度が高いトマトに人気があるが、これらはもともとアンデスが原産地であり、乾燥および高紫外光下での育成が望まれる。高乾燥を保つためビニルハウス等での湿度制御下において育成せざるを得ないことから、太陽光を補うために紫外光等の供給が必要になる。本実施例では、ビニルハウス内において、トマト（レッドオール種）苗は互いに平行な２本の畝Ｄ、Ｅに植えられ、そのうちの畝Ｄの上方にＬＥＤアレイ２５が設置される。ＬＥＤアレイ２５には、赤色光を放射するＬＥＤ２１と、青色光を放射するＬＥＤ２２と、黄色光を放射するＬＥＤ２３と、紫外光を放射するＬＥＤ２４とを含み、このＬＥＤアレイ２５を光源として赤色、青色および紫外光、または、黄色および紫外光を畝Ｄのトマト苗にむけて照射する。また、ＬＥＤアレイ２５から外れた位置の畝Ｅには自然光（ビニルハウスを透過した太陽光）のみが照射される。
【００１７】加えて、畝Ｄの片側面に、赤色光を放射するＬＥＤ２１および青色光を放射するＬＥＤ２２、または、黄色光を放射するＬＥＤ２３を含む側面照射ＬＥＤアレイ２６が設置される。これによって、畝Ｄのいくつかのトマト苗に対しての赤色および青色光または黄色光の照射をＬＥＤアレイ２５からの照射に代え側面照射ＬＥＤアレイ２６からの側面照射とし、紫外光のみＬＥＤアレイ２５からの照射とした。本発明者らは上記の光環境の下で約２週間にわたってトマトを育成した後、畝Ｄ、Ｅのイチゴの果実を収穫して、各果実について糖度計測を用いて比較し、ＬＥＤアレイ２５および側面照射ＬＥＤアレイ２６からの光照射による効果を検討した。なお、本実施例においても、育成期間中雨天または曇天の日が半分以上あり、太陽光のみではトマトにとって十分な光量とはいえなかった。
【００１８】図６は、糖度計測した畝Ｄ、Ｅのトマトの糖度の最大値、最小値および平均値を示す表である。畝Ｄのトマトは最大糖度、最小糖度ともに畝Ｅのトマトを上回り、畝Ｄのトマトの平均糖度は７．０となって畝Ｅのトマトと比較して約０．６の糖度の向上が見られた。市場では糖度７以上のレッドオールは高糖度トマトとして高く評価されているため、この向上は重要な意味を持つ。上方からの照射に代えて側面からの照射によって育成したトマトも、上方からの照射によって育成したトマトとほぼ同じように糖度が向上したため、光を側面から照射することもトマトの糖度向上に有用であると考えられる。また、赤色、青色および紫外光を照射したトマトと、黄色および紫外光を照射したトマトとの間においても糖度にそれほどの差はなかった。従って、本実施例においても、可視光の波長は、赤色および青色または黄色のうちどちらを用いてもよいと考えられる。さらに、イチゴのときと同様に、畝Ｅの苗と比較して畝Ｄのトマト苗は、紫外光の殺虫および殺菌効果のため病虫害が減少した。
【００１９】図７は、本発明によるキノコの育成方法を実施するための人工栽培装置の例を示す図である。人工栽培装置３１は、箱型のケースの内側底面にキノコを育成するキノコ床３２を備え、ケースの内側上面に紫外光を放射するＬＥＤ３３および赤色光を放射するＬＥＤ３４を含むＬＥＤアレイ３５を光源として設置する。本実施例では、キノコ床３２に菌糸を埋蔵し、ＬＥＤアレイ３５から紫外および赤色光をキノコ床３２の土壌表面に照射して子実体を発生させキノコ３６を育成した。
【００２０】この結果、紫外光照射のない場合と比較して子実体の発生回数が２割〜３割増加した。このことから、紫外光にはキノコの子実体の発生を促進する効果があると考えられる。また、子実体に紫外光を直接照射することにより、紫外光の殺虫効果のため虫による食被害が大幅に減少した。
【００２１】本発明者らが検討を重ねたところ、波長２５０ｎｍ〜３７５ｎｍ（さらに好ましくは、２５０ｎｍ〜３００ｎｍ）の紫外光と、赤色光（波長６００ｎｍ〜７５０ｎｍ）、青色光（波長４１０ｎｍ〜４６０ｎｍ）、黄色光（波長５５０ｎｍ〜５８５ｎｍ）の３色のうち少なくとも１色を含む可視光とを照射することが、病虫害の予防および植物の育成に最も効果的であることが見出された。
【００２２】図８は、本発明の方法を実施する好ましい温室栽培装置の外観図である。本温室栽培装置において、有用植物４１は、栽培環境を保つために建設された太陽光透過型ビニルハウス４２内の底面の土壌上に植えられる。前述の好ましい範囲の波長の光を放射する紫外ＬＥＤ４３、赤色ＬＥＤ４４、青色ＬＥＤ４５および黄色ＬＥＤ４６を含むＬＥＤアレイ４７が、ビニルハウス４２内の土壌の上方に設置され、ビニルハウス４２内の柱（図示せず）に固定される。ＬＥＤアレイ４７に供給する電力を制御するための電源制御ボックス４８が、ビニルハウス４２外部に設置され、導電コードを介してＬＥＤアレイ４７と接続される。また、ＬＥＤアレイ４７に電力を供給するための太陽電池パネル４９および蓄電池５０が、ビニルハウス４２外部に設置され、それぞれ導電コードを介して電源制御ボックス４８と接続される。太陽電池パネル４９は、太陽光を取り込む面を上向きとして、太陽光を取り込むことが可能な位置に設置される。ビニルハウス４２内の照度を感知し電気信号を出力する照度センサ５１が、太陽光を採取するように天井の方向を向いてビニルハウス４２内に設置され、導電コードを介して電源制御ボックス４８と接続される。また、有用植物４１の葉または果実からの反射光を感知し電気信号を出力する反射光センサ５２が、有用植物４１の葉または果実の方向を向いてビニルハウス内４２に設置され、導電コードを介して電源制御ボックス４８と接続される。
【００２３】図９は、電源制御ボックス４８と各種デバイスとの接続関係を示すブロック図である。電源制御ボックス４８は、その内部にコントローラ５３、タイマ５４、操作パネル５５および光源ドライバ５６を備える。太陽電池パネル４９、蓄電池５０、照度センサ５１、および反射光センサ５２から電力または電気信号を受け取るための導電コードは、電源制御ボックス４８内部の電気回路を介してコントローラ５３と接続される。設定された時間に応じて電気信号を出力するためのタイマ５４、および、使用者の手動の命令に応じて電気信号を出力するための操作パネル５５が、電源制御ボックス４８内の電気回路を介してコントローラ５３と接続される。また、コントローラ５３によって制御された電力をＬＥＤアレイ４７へ供給する光源ドライバ５６が、コントローラ５３およびＬＥＤアレイからの導電コードと電源制御ボックス４８内の電気回路を介して接続される。
【００２４】本温室栽培装置において、晴天時は太陽電池パネル４９から、雨天時および夜間は蓄電池５０から電力が供給される。コントローラ５３は、照度センサ５１、反射光センサ５２、タイマ５４または操作パネル５５から光量を最適化するための電気信号を受け、太陽電池パネル４９または蓄電池５０から供給される電力を制御し、また点滅等のようなパルス制御を行い、光源ドライバ５６へ伝達する。光源ドライバ５６は電力をＬＥＤアレイ４７へ供給し、ＬＥＤアレイ４７の紫外ＬＥＤ４３、赤色ＬＥＤ４４、青色ＬＥＤ４５および黄色ＬＥＤ４６は供給された電力をそれぞれの波長の光に変換し、有用植物へ照射する。
【００２５】この電力制御システムにより、有用植物４１に光量を過不足なく供給することが可能となる。たとえば、タイマ５４に設定値を入力することによって、昼夜など時間に応じて光量を最適化することができる。また、操作パネル５５に設定値を入力することによって、天候、着果時期など状況に応じて手動で光量を最適化することができる。また、照度センサ５１からの電気信号によって、日照量などに応じて自動で光量を最適化することができる。さらに、植物の各果実の育成が最適になるように効率的にＬＥＤを点滅させるために、反射光センサ５２からの電気信号によって、生育状態分布に応じて個々のＬＥＤの点滅を制御することができる。
【００２６】本発明の方法を実施するための温室栽培装置において、光源となる発光体はＬＥＤに限られず、レーザダイオードなどの他の半導体光源を用いることができる。発光体からの放射光は、土壌中の殺菌効果などのために、植物自体のみならず土壌など発芽育成床へ照射することができる。また、葉の裏面または果実自体を直接照射するために、側面または下面から光を照射することもできる。さらに、これらを組み合わせてさまざまな方向から植物自体および土壌を照射することもでき、着果後は下方から果実に照射するというように着果時期に応じて照射方向を変えることもできる。そのため、有用植物の上面のみではなく、側面または下面にＬＥＤアレイを設置することができる。
【００２７】電源制御ボックスは、電気信号を受信および発信し、電力を制御するさまざまな制御装置を用いることができ、ビニルハウス内部に設置することもできる。電源には、資源節約の観点から太陽電池の単独使用または他の蓄電池との併用が望ましいが、太陽電池のほか、発電手段または蓄電手段の少なくとも一方を備えるさまざまな電源を用いることができる。また、従来の白熱電球などと比べてＬＥＤの電力消費が少なくてすむために、より小型の電源を用いることができるため、ビニルハウス内部に設置することもできる。
【００２８】
【発明の効果】本発明において、半導体光源から紫外光および特定波長の可視光を有用植物に照射することによって病虫害の発生を減少させる経済的かつ安全な方法を提供することができた。これにより、オフシーズンの温室栽培などの人工栽培においても、露地栽培と比べて遜色のない品質を有する有用植物が得られることが可能となった。
【出願人】 【識別番号】５９２１５４４８８
【氏名又は名称】やまと興業株式会社
【識別番号】５９２２０９７６６
【氏名又は名称】藤安 洋
【識別番号】５９５１０６２８０
【氏名又は名称】株式会社日本ゲルマニウム研究所
【識別番号】５９９１０３８２３
【氏名又は名称】宮木 昭
【出願日】 平成１１年７月２３日（１９９９．７．２３）
【代理人】 【識別番号】１０００８８１５５
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹 （外２名）
【公開番号】 特開２００１−２８９４７（Ｐ２００１−２８９４７Ａ）
【公開日】 平成１３年２月６日（２００１．２．６）
【出願番号】 特願平１１−２０９１９６