照明装置、植物栽培系统以及植物栽培方法
【专利摘要】在利用了人工光的植物的栽培中，即使在高光强度的照明下，高效地将光照射到下位叶。植物栽培用的照明装置具备：射出具有400nm以上700nm以下的范围的波长、且光合作用光量子束密度为200μmol/m2/s以上的单色光或混色光的主光源；以及射出远红光的远红光光源，上述主光源和上述远红光光源包括半导体发光元件。
【专利说明】照明装置、植物栽培系统以及植物栽培方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于利用人工光栽培植物的照明装置、植物栽培系统以及植物栽培方法。
【背景技术】
[0002]伴随农业技术的提高，对植物工厂的要求正在变高。植物工厂由于难以受到天气/气候等的影响，所以植物的全年/计划生产就成为可能。特别是，莴苣等的叶菜类在栽培中所需的光量低，在植物工厂的栽培正在进步。
[0003]在植物工厂中，大多利用荧光灯的人工光，进行植物的栽培。另外，最近，虽然是研究开发阶段，但也研究利用了半导体光源的人工光的栽培。在基于人工光的栽培中，已知有光的量和质对植物的形态、营养成分、收获量等给予大的影响，在各种企业、研究机关中，进行着适于成为对象的植物的光环境的研究。
[0004]如上所述，涉及利用了人工光的植物的栽培方法的发明被公开在以下的专利文献
1、2 中。
[0005]在专利文献I中记载有一种利用半导体光源的光来栽培植物的方法，其为通过调整植物栽培装置内的湿度，改良为栽培并得到更高品质的植物的植物栽培方法。
[0006]在专利文献2中记载有一种栽培方法，其为在伴随徒长的低日照条件下的叶菜类的栽培中，从低日照条件的太阳光减少比波长700nm长的长波长的光中至少波长700?800nm的远红光，在夜间照射波长400?500nm的蓝光的栽培方法。
[0007][现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献I]特开2001-54320号公报(2001年2月27日公开)
[专利文献2]特开2006-340689号公报(2006年12月21日公开)
[非专利文献]
[非专利文献 l]HortScience 1998，33; 988-991。
[非专利文献2]生物环境调节，1995，33 (2)，103-111。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题
徒长现象是在季节性的连续雨天、坏天气/气候的连续所导致的低日照条件下等，叶柄过度地伸长，叶的厚度变薄的现象。本来，在晴天的强光下能茁壮地生长，但在低日照条件下，通过这样的形态变化，在植物硬要扩大受光面积，将光高效地进行受光的反面，叶就变薄，商品价值降低。另外，已知这样的徒长现象即使在植物工厂使用人工光的栽培中也会产生，在存在通过徒长叶变薄而成为低品质的植物的问题之外，还存在容易倒伏等的问题。在上述专利文献1、2中，为了解决这些问题点，作为用于栽培植物的照明，提及了有关在光合作用光量子束密度50?150ymOl/m2/s的低强度的照明下栽培了植物时的徒长的抑制方法。在上述专利文献I中通过增加人工光成分的蓝光，在上述专利文献2中通过减少远红光，来已知低照度条件下的徒长。但是，这些文献是涉及在低强度的光条件下抑制徒长的方法的发明，并不是照射本来的高强度的光，而栽培商品价值高的健壮的植物的发明。
[0009]与此相对，如非专利文献I中记载的那样，已知在高的光强度下，与在低强度的光条件下相比，能栽培叶厚的健壮的高品质的叶菜类，但是还未实用化。这是因为，当在高的光强度下栽培叶菜类时，叶会在水平方向舒展。当叶在水平方向舒展时，该叶菜类的上部的叶(上位叶)与下部的叶(下位叶)重叠，光不会遍及到下位叶。为此，仅上部的叶的光合作用变活跃，而在下位叶不进行充分地光合作用，当考虑植物的光合作用器官整体时，光利用效率会降低。也就是说，在高的光强度的条件下，在提高光利用效率方面，平均地将光照射到植物体的上位叶和下位叶是重要的。另外，通过叶重叠，下位叶变得易于老化，存在作为作物的品质降低的问题。
[0010]在非专利文献2中，记载有作为光源使用高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯，而在高光强度下栽培植物的例子。但是，高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯，由于发热量大，所以在以高光强度使用的情况或靠近植物使用的情况下，栽培温度会上升，会对植物的生长产生妨碍。
[0011]本发明是为了解决上述的问题点而创造的发明，其目的在于，提供一种在利用了人工光的植物的栽培中，即使在高光强度的照明下，也能高效地将光照射到下位叶的照明装置、植物栽培系统以及植物栽培方法。
[0012]用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述课题，本发明所涉及的照明装置是用于栽培植物体的照明装置，其特征在于，具备:主光源，射出具有400nm以上700nm以下的范围的波长、且光合作用光量子束密度为200ymol/m2/S以上的单色光或混色光；以及远红光光源，射出远红光，上述主光源和上述远红光光源包括半导体发光元件。
[0013]本发明的
【发明者】发现了通过在光合作用中所需的波长范围的光的基础上，将远红光(例如，波长700?800nm的光)照射到植物体，即使在光合作用光量子束密度为200 μ mol/m2/s以上的高光强度下，能以使植物体的叶在垂直方向立起的方式促进成长，而终于实现了本发明。
[0014]根据上述结构，通过具有400nm以上700nm以下的范围的波长、且光合作用光量子束密度为200ymOl/m2/s以上的单色光或混色光，作为光合作用中所需的波长范围的光，从主光源射出，并且远红光从远红光光源射出，将各光照射到植物体，以使植物体的叶在垂直方向立起的方式来促进成长。
[0015]另外，根据上述结构，上述主光源和上述远红光光源包括半导体发光元件。半导体发光元件(例如发光二极管、有机EL (Electro-Luminescence))与高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯等相比，发热量小。在将发热量大的高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯作为光源来使用并照射植物体的情况下，由于植物体被加热，生长就变差，所以有躲避该植物体的需要。因此，为了对上述植物体照射高强度的光，需要进一步提高射出强度，存在功耗向上增大的问题点。另一方面，半导体发光元件由于发热量小，所以能接近植物体进行照射。为此，由于对植物体能照射高强度的光，所以能减少该相应量的功耗。即，即使为相同的高光强度下的植物的栽培，在将半导体发光元件作为光源来使用的情况下，与高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯等相比，也能接近照射，由此，能大幅降低功耗。
[0016]因此、即使在高光强度下，能高效地将光照射到下位叶，其结果，能使植物体整体的光合作用量增加。
[0017]另外，优选为，上述照明装置具备作为上述主光源发挥作用的、射出650nm以上670nm以下的范围的波长的红光的红光源或射出440nm以上480nm以下的范围的波长的蓝光的蓝光源，或者具备该两者，上述红光与上述蓝光的光量的比率处于1:1?10:1的范围内，
上述红光与上述远红光的光量的比率处于10:1?3:1的范围内。
[0018]由本发明的
【发明者】通过实验已确认上述那样的波长范围和光量的比率，其生长促进效果优秀。因此，根据上述结构，能促进植物体的成长。
[0019]另外，优选为，上述照明装置具备作为上述主光源和上述远红光光源发挥作用的、射出多个波长范围的光的光源。
[0020]根据上述结构，从相同的光源射出光合作用中所需的波长范围的光和远红光。因此、由于仅使用一种类的光源，能构成照明装置，能将照明装置的结构简单化，变为可实现照明装置的低价格化。
[0021]另外，优选为，射出上述多个波长范围的光的光源包括:半导体发光元件；和接受从该半导体发光元件射出的激发光并发光的荧光体。
[0022]通过激发荧光体而生成照明光的半导体发光元件，其射出的红光的波长范围宽，包含直到远红光的波长范围。另外，该半导体发光元件由于是简易且低价格的器件，所以通过利用于光源，能减少照明装置的成本。
[0023]另外，优选为，上述照明装置还具备:将从上述主光源或上述远红光光源射出的光进行漫射的漫射构件。
[0024]漫射构件是通过使入射的光散光，以均匀的亮度照到照射对象的构件。照明装置通过具备漫射构件，能使主光源和远红光光源射出的光漫射。因此、光遍及到植物体的下位叶变得容易，能将均匀的光照射到更多的叶。
[0025]另外，具备上述照明装置的植物栽培系统也包含于本发明的技术范围。
[0026]为了解决上述课题，本发明所涉及的植物栽培方法，其特征在于，在具有400nm以上700nm以下的范围的波长、且光合作用光量子束密度为200ymol/m2/S以上的、从半导体发光元件射出的单色光或混色光的基础上，将从半导体发光元件射出的远红光照射到植物体。
[0027]根据上述结构，通过在具有400nm以上700nm以下的范围的波长、且光合作用光量子束密度为200μπιΟ1/πι2Λ以上的、从半导体发光元件射出的单色光或混色光的基础上，将从半导体发光元件射出的远红光照射到植物体，以使植物体的叶在垂直方向立起的方式促进成长。
[0028]另外，半导体发光元件(例如，发光二极管、有机EL等)，与高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯等相比，发热量小。在将发热量大的高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯作为光源来使用并照射到植物体的情况下，由于植物体受热生长变差，所以存在需要躲避该植物体。因此，为了对上述植物体照射高强度的光，需要进一步提高射出强度，存在功耗向上增大的问题点。另一方面，半导体发光元件由于发热量小，所以能接近植物体进行照射。因此，由于对植物体能照射高强度的光，所以能减少该相应量的功耗。即，即使为相同的高光强度下的植物的栽培，在将半导体发光元件作为光源而使用的情况下，与高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯等相比，能接近照射，由此，能大幅地降低功耗。
[0029]因此、即使在高光强度下，也能高效地将光照射到下位叶，其结果，能使植物体整体的光合作用量增加。该栽培方法的效果，由本发明的
【发明者】通过实验已确认。
[0030]发明效果
如上所述，本发明所涉及的照明装置是由于栽培植物体的照明装置，其结构为，具备:主光源，射出具有400nm以上700nm以下的范围的波长，且光合作用光量子束密度为200ymol/m2/s以上的单色光或混色光；以及远红光光源，射出远红光，上述主光源和上述远红光光源包括半导体发光元件。
[0031]本发明所涉及的植物栽培方法为如下构成，即，在具有400nm以上700nm以下的范围的波长、且光合作用光量子束密度为200ymOl/m2/s以上的、从半导体发光元件射出的单色光或混色光的基础上，将从半导体发光元件射出的远红光照射到植物体。
[0032]因此、即使在高光强度下，也能将光高效地照射到下位叶，其结果，实现了能使植物体整体的光合作用量增加的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0033][图1]是表示本发明的一实施方式所涉及的植物栽培系统的概略结构的图；
[图2]是表示本发明的一实施方式所涉及的照明装置中的、使用了荧光体激发LED的光源单元的结构的图；
[图3]是表示本发明的一实施方式所涉及的照明装置中的、组合使用了红色LED、蓝色LED以及远红光LED的各LED的光源单元的结构的图；
[图4] Ca)是表示上述荧光体激发LED的外观的图，(b)是表示具备漫射板的光源单元的结构的图；
[图5]是表示上述荧光体激发LED的光谱的图；
[图6]是用于说明上述植物栽培系统的作用效果的图，表示植物的在垂直方向立起的样子的图；
[图7]是用于说明上述植物栽培系统的作用效果的图，表示密植栽培中植物的叶在垂直方向立起的样子的图；
[图8]是比较各光源的光谱的图；
[图9]是表示由上述植物栽培系统栽培的、从第13天的莴苣的水平方向的照片的图；[图10]是表示由上述植物栽培系统栽培的、从第13天的莴苣的新生叶的栽培面到叶的最上部的植物高度的图表；
[图11]是表示由上述植物栽培系统栽培的、从第19天的莴苣的上部的照片的图；
[图12]是表示由上述植物栽培系统栽培的、第19天的莴苣的地上部分(可食部分)的干物重的图表。
【具体实施方式】
[0034]若基于图1?图12对本发明的实施的一方式进行说明，则为如下所述。本实施方式的植物栽培系统10，例如是使用于封闭型的人工光利用型的植物工厂的栽培系统。
[0035]该植物栽培系统10是通过将远红光照射到植物体，以使植物体的叶在垂直方向立起的方式来促进生长，其结果，通过对植物体整体能均匀地照射强光，使光合作用量增加的系统。
[0036]此外，本发明是涉及在利用人工光栽培植物的栽培设施中使用的照明装置、栽培系统以及栽培方法的发明。所谓利用人工光的栽培其含义是在用于栽培的光的至少一部分中使用人工光的栽培，并没有完全不使用太阳光的栽培的含义。在将太阳光与人工光进行组合而栽培的情况下，本发明是可适用的。
[0037](植物栽培系统10的结构)
图1是表示植物栽培系统10的概略结构的图。植物栽培系统10是用于栽培植物体50并且以使植物体50的叶在垂直方向立起的方式来促进生长的系统。
[0038]如图1所示，植物栽培系统10具备:照明装置1、空调装置4、栽培容器5以及控制装置6。
[0039]照明装置I具备用于射出栽培植物体50的光的光源20，并被配置于栽培容器5的上方。该照明装置I具备:具有光源(主光源、远红光光源)20的光源单元2。所谓主光源是，射出在400nm以上700nm以下的范围内至少具有一个峰值波长，且光合作用光量子束密度为200μπιΟ1/πι2Λ以上的单色光或混色光的光源。所谓远红光光源是，射出在700nm以上SOOnm以下的范围内具有峰值的远红光的光源。具体来说，光源单元2在基板上作为半导体发光元件具备LED (Light-Emitting Diode:发光二极管)(对应于权利要求中的“半导体发光元件”)。此外，作为光源20而使用的半导体发光元件并不限定于LED。关于该光源单元2的详细情况在后面叙述。
[0040]另外，在光源单元2的相反侧(上侧)配设有冷却板3。冷却板3是用于使各光源所发出的热进行散热的构件，并且是由金属(例如，铁、铜、铝)等的热传导性高的物质构成的构件。
[0041]空调装置4是调节栽培室7的内部的温度的空气自动调节器。另外，空调装置4也作为使栽培室7的内部的空气循环的送风机而发挥作用。
[0042]栽培容器5既可以是用于放入培养土或栽培用的固形培养基(石棉、氨基甲酸乙酯、海绵等)的花盆，也可以是保持植物体50并且贮存水耕栽培用的培养液的水槽。
[0043]控制装置6控制照明装置I的照度和空调装置4的空调温度以及风量。关于照度、光照期以及黑暗期的长度、空调温度等的详细情况，用后面叙述的具体例进行说明。
[0044](光源单元2的结构)
关于光源单元2的结构，基于图2和图3进行说明。图1所示的光源单元2对应于图2所示的光源单元2a或图3所示的光源单元2b。另外，图1所示的光源20对应于图2所示的荧光体激发LED (主光源和远红光光源)21或图3所示的红色LED (主光源)22、蓝色LED (主光源)23以及远红光LED (远红光光源)24。
[0045]首先，对图2进行说明。图2是表示仅由荧光体激发LED21构成的光源单元即光源单元2a的结构的图。光源单元2a在基板上具备多个荧光体激发LED21。
[0046]在此，关于荧光体激发LED21，基于图4和图5进行说明。荧光体激发LED是作为主光源和远红光光源发挥作用的、射出多个波长范围的光的光源。该荧光体激发LED21是包含半导体发光元件和接受从该半导体发光元件射出的激发光而发光的荧光体，且由单体能射出红光、蓝光、远红光的3波长的低价格的照明设备。一般广泛普及的室内用的LED照明装置是该荧光体LED的一种。
[0047]图4的(a)是表示荧光体激发LED的外观的图。另外，图5是表示荧光体激发LED射出的光的光谱的图表。横轴表不波长，纵轴表不发光强度。
[0048]荧光体激发LED，例如，是具备了反射作为激发光的蓝光的LED元件和发出由上述蓝光激发且在红色的波长中具有峰值的荧光的荧光体的复合LED。一般普及的室内照明用的LED照明装置，由于荧光体的荧光峰值波长为黄色的波长，所以与栽培用的荧光体LED不同。如图5所示，荧光体激发LED射出的红光其波长域很宽，包含直到680nm以上的远红光的波长域。这一点是与通常的仅射出红光的红色LED不同的点。
[0049]另外，在图4的(b)中，示出了光源单元2a具备漫射板30的情况的构造。漫射板30 (漫射构件)是用于通过使从主光源或远红光光源射出的光漫射，将照射对象以均匀的亮度照射的光学构件。光源单元2a通过具备漫射板30，能使荧光体激发LED21射出的光漫射，其结果，光遍及到下部的叶(下位叶)就变得容易，能将均匀的光照射到更多的叶。
[0050]此外，漫射板30的厚度为几毫米左右。另外，光源单元2b也可以具备漫射板30。
[0051]漫射板30，例如由作为基材的透明树脂和在该透明树脂中分散的光散射剂构成。
[0052]作为上述透明树脂，例如，能使用聚碳酸酯树脂、丙烯酸类树脂、氟类丙烯酸树脂、硅类丙烯酸树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚苯乙烯树脂、环烯烃聚合物、甲基苯乙烯树脂、芴树月旨、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、丙烯腈苯乙烯共聚物、丙烯腈聚苯乙烯共聚物
坐寸ο
[0053]另外，作为上述光散射剂，例如，能使用由硅石(Si02)、氧化铝(A1203)、氧化镁(MgO)、二氧化钛等的氧化物构成的微粒子，或者，能使用碳酸钙和硫酸钡等的微粒子。另夕卜，作为上述光散射剂，也可以使用由丙烯酸树脂、苯乙烯树脂等的树脂构成的粒子。
[0054]在图2中，荧光体激发LED21虽然在基板上形成多个列，但荧光体激发LED21的配置并不局限于此，荧光体激发LED21的列即使仅配置I列也可以。另外，若适当地变更荧光体激发LED21的个数也可，通过调整供给荧光体激发LED21的电力调节光量也可。
[0055]图3是表示使红色LED、蓝色LED以及远红光LED的各LED混合后的光源单元即光源单元2b的结构的图。
[0056]如图3所示，光源单元2b在基板上具备多个红色LED22、多个蓝色LED23以及多个远红光LED24。红色LED22射出在波长600?700nm内具有峰值的红光。蓝色LED23射出在波长400?500nm内具有峰值的蓝光。进而，远红光LED24射出在波长700?800nm内具有峰值的远红光。
[0057]通过红色LED22和蓝色LED23的组合来构成主光源。此外，只将红色LED22和蓝色LED23的任一个作为主光源使用也可。
[0058]在图3中，虽然红色LED22，蓝色LED23以及远红光LED24的个数的比率为1:1:1，但上述比率并不限定于此。为了照射所希望的光量的红光、蓝光以及远红光，若将红色LED22、蓝色LED23以及远红光LED24的个数适当地变更也可。
[0059]此外，通过调整供给红色LED22、蓝色LED23以及远红光LED24的电力进行红光、蓝光以及远红光的光量的调整也可。[0060]另外，红色LED22、蓝色LED23以及远红光LED24的配置也不限定于图3所示的配置，适当地变更也可。例如，在红色LED22的列与蓝色LED23的列之间配置远红光LED24的列也可。
[0061]另外，以远红光源位于植物中心部的正上方的方式，配置远红光LED24也可。通过该配置，能提高以使植物体的叶在垂直方向立起的方式促进生长的效果。
[0062]光源单元2a与光源单元2b虽然具有不同的结构，但在植物栽培系统10中，取得大致相同的效果。因此，在光源单元2中，根据费用等，采用光源单元2a或光源单元2b的哪一个都可。
(栽培方法的概要)
下面，对使用了植物栽培系统10的植物栽培方法的概要，基于图1进行说明。在该植物栽培方法中，在作为利用人工光的植物栽培用的空间的栽培室7中，在光合作用中所需的波长范围的光(在波长400nm以上700nm以下的范围内至少具有一个峰值波长的单色光或混色光)的基础上，将远红光(波长700?800nm的光)照射到定植后的植物体50。
[0063]具体地说，在光源单元2中采用光源单元2a的结构的情况下，将从荧光体激发LED21射出的蓝光、红光以及远红光照射到植物体50。
[0064]另外，在光源单元2中采用光源单元2b的结构的情况下，将从红色LED22射出的红光、从蓝色LED23射出的蓝光以及从远红光LED24射出的远红光分别照射到植物体50。
[0065]LED、有机EL等的半导体发光元件与高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯等相比，发热量小。在将发热量大的高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯作为光源来使用并照射植物体的情况下，由于植物体被加热生长变差，有必要从该植物体躲远。因此，为了对上述植物体照射高强度的光，需要进一步提高射出强度，存在功耗向上增大的问题点。另一方面，LED等的半导体发光元件由于发热量小，能接近植物体进行照射。为此，由于能对植物体照射高强度的光，所以能减少该相应量的功耗。即，即使为相同的高光强度下的植物的栽培，在将LED等的半导体发光元件作为光源而使用的情况下，与高压纳蒸气灯、金属卤化物水银灯等相比，能接近照射，由此，能大幅度地降低功耗。另外，能不使栽培温度上升，实现高光强度下的栽培。
[0066]优选为，照射到植物体50的红光与蓝光的光量的比率为1:1?10:1左右。另外，优选为，照射到植物体50的红光与远红光的光量的比率为10:1?3:1左右。上述的各比率是有植物的生长促进效果优秀这样的数据的比率。
[0067]另外，优选为，射出的蓝光的波长的峰值为440?480nm左右，红光的波长的峰值为650?670nm左右。特别是，关于红光，照射比波长640nm长的660nm的光，生长促进效果更优秀，即使照射680nm以上的光也有效果小这样的数据。
[0068]关于射出的红光、蓝光以及远红光的光量，以不产生徒长的方式，照射比基于通常的人工光的栽培更大的光量。例如，虽然光合作用光量子束密度为200μπιΟ1/πι2Λ以上，但为300?400 μ mol/mVs时，也能抑制矮化(生长阻碍)，也能期待促进生长的效果。
[0069]昼夜的周期通过植物体50的种类适当地设定。例如，植物体50为短日植物的情况下，以实现短日条件的光环境的方式，通过控制装置6控制光源单元2，调节光源20的光量。昼夜的周期，例如，虽然为光照期12小时，黑暗期12小时，但并不限定于此。
[0070]对植物体50照射光的时期，从栽培开始时期进行也可，在向栽培容器5的移植时期、叶密度变高的时期进行也可。
伴随昼夜的周期，也调节栽培室7的内部的温度。在控制装置6的控制下空调装置4进行该温度调节。栽培室7的内部的温度，例如，设定为光照期为25°C，黑暗期为10°C。[0071 ] 关于其它的栽培条件(培养土的组成、给肥条件等)，使用公知条件也可。
[0072]此外，作为植物体50的具体例，虽然在栽培莴苣等的叶莴苣时效果特别高，但也可利用与生菜等的其它的莴苣等的叶菜类。在栽培草莓、高光强度下叶在水平方向舒展的植物时也能期待效果。
[0073](植物栽培系统10的作用效果)
对植物栽培系统10的作用效果，基于图6和图7进行说明。
[0074]首先，对图6进行说明。图6的上侧示出的状态表示作为现有的光源200，使用高光强度(光合作用光量子束密度为200μπιΟ1/πι2Λ以上)且不射出远红光的光源来栽培植物体50的样子。在这种情况下，植物体50的上位叶100在水平方向舒展，就会遮挡朝向下位叶101的光。由此，会产生光源200的光遍及不到下位叶101的问题。
[0075]这样，当在高光强度下栽培叶菜类时，通常，叶就会在水平方向舒展。进而，当光源200的光遍及不到下位叶101时，下位叶101变得易老化。其结果，会产生植物体50的作为作物的品质降低的问题。特别是，如植物工厂那样，在从上部的固定的方向或上部的多个方向照射光的光照射环境下，认为如下位叶101那样的光遍及不到的叶变多，在光合作用能力的降低中给予大的影响。
[0076]已知有，一般情况下在高光强度的光下，能栽培叶厚且更有咬头的健壮的高品质的叶菜类。另外，当使用低光强度的光时，存在植物体50的叶容易引起徒长这样的问题。因此，可以认为，优选的是，利用高光强度的光栽培植物。
[0077]这里，图6的下侧示出的状态表示作为光源20使用高光强度且包含远红光的光源，来栽培植物体50的样子。具体地说，这里使用的光源是图2或图3所示的、光源单元2a或光源单元2b的LED或LED的组合。
[0078]当使用上述光源20栽培植物体50时，植物体50的上位叶100以在垂直方向立起的方式进行。其结果，光源20的光变为遍及到植物体50的下位叶101，光合作用量增加，植物体50的作为作物的品质提高。
[0079]进而，由于光以锐角照射叶，所以即使在高光强度下，不存在一部分的光照射部位中的每一细胞(叶面积)的受光量极端地变高，变为难以接受光胁迫，也能抑制叶的损害、老化。
[0080]接着，对图7进行说明。图7表示密植栽培植物体50a、50b、50c的样子。
[0081]与图6 —样，在图7的上侧所示的状态中，作为现有的光源200使用高光强度且不包含远红光的光源。另外，在图7的下侧所示的状态中，作为光源20使用高光强度且包含远红光的光源。
[0082]在图7的上侧所示的状态中，通过植物体50a和植物体50c的叶在水平方向舒展，光不遍及到植物体50b的叶。因此，植物体50b的生长被抑制，植物体50b变小。
[0083]这样，当提高在高光强度下栽培的植物体的栽培密度时，通过植物体之间互相的叶遮挡光，光不遍及的植物体的生长被抑制。其结果，在植物体之间的生长中产生差异。
[0084]另一方面，在图7的下侧所示的状态中，通过植物体50a、50c的叶在垂直方向立起，就变成光遍及到植物体50b。进而，通过植物体50a?50c的各叶在垂直方向立起，在植物体之间叶尖变为向上部方向推挤，进一步取得使叶立起这样的效果。
[0085]如上所述，当作为光源使用包含远红光的光源时，即使在高光强度下，植物的叶在水平方向不舒展，而能以在垂直方向立起的方式促进生长。其结果，植物的光合作用量增力口，该植物的作为作物的品质提高。
[0086](基于远红光照射的叶的形态变化的原理)
如上所述，当将远红光照射到植物体50、50a?50c时，能以使叶在垂直方向立起的方式来促进生长。对像这样通过远红光的照射产生叶的形态变化的原理，在以下进行说明。
[0087]通常，在波长400?700nm的人工光下栽培莴苣等的叶菜类的情况下，在200ymol/m2/s以上的光量中，该叶菜类的叶的徒长被抑制。进而，可认为当光量变大到该光量以上时，会产生叶的矮化。
[0088]另一方面，与太阳光与人工光相比光量非常大无关，当在太阳光下栽培叶菜类时，不会产生极端的矮化，该叶菜类的叶的形态被保持成最合适的状态。这可以认为是，太阳光所含的远红光的光量与人工光相比，非常大的缘故。
[0089]因此，通过将远红光照射到植物体50，即使在高光强度下，可认为也会产生与照射太阳光的情况相同的现象。
[0090](栽培方法的具体例)
接着，作为植物栽培系统10中的植物体50的具体例，对栽培莴苣的方法的一个例子进行说明。此外，作为莴苣的品种，使用了冈山莴苣。
[0091]首先，将莴苣的种子播种在水耕栽培用氨基甲酸乙酯垫中。接着，通过将白色荧光灯，以120ymol/m2/S的照射强度，照射在上述水耕栽培用氨基甲酸乙酯垫，对莴苣的种子进行菜芽处理。
[0092]莴苣的种子被播种之后，将育苗了 10天后的幼苗，移到在图1所示的植物栽培系统10的照明装置I的下方设置的栽培容器5中，将其作为植物体50，进行了光照射实验。作为在莴苣栽培用中给肥的培养液，使用园艺实验厂处理方法的I / 2单位。另外，栽培室7的湿度保持为70%以上。
进而，以光照期12小时、黑暗期12小时的周期，使各照明点亮。栽培室7的内部的温度被调节为光照期为25°C、黑暗期为10°C。这些各条件由控制装置6控制。
[0093]对为了光照射实验而使用的光源进行说明。为了进行比较实验，通过各栽培区(实验系)，使照明光的质和量变化。
[0094]作为各光源，使用了包含红色LED和蓝色LED的光源(以下，红蓝LED)、荧光体激发LED21、荧光灯的3种类。
[0095]基于红蓝LED的光源由于仅使用红色LED和蓝色LED，几乎不射出远红光。荧光灯也一样，几乎不射出远红光。另一方面，荧光体激发LED21，如上所述，射出包含远红光的波长域的光。
[0096]图8中不出上述各光源射出的光的光谱。图8中横轴表不波长,纵轴表不发光强度。如图8所示，与荧光体激发LED21的波长域相比，红蓝LED和荧光灯的波长域不包含波长700nm以上的远红光的波长域。因此，通过在光照射实验中使用基于红蓝LED和荧光灯的光源、基于荧光体激发LED21的光源，能比较远红光对莴苣的叶所给予的影响。此外，在红蓝LED中，红色LED与蓝色LED的比率设定为1:1。
[0097]此外，光强度为照射了通常的植物工厂的2倍左右的光量即230 μ mol/mVs。在这样的高光强度下，莴苣的叶以在水平方向舒展的方式进行成长。
[0098](实验结果)
将基于上述的各条件的光照射实验的实验结果，基于图9?图12进行说明。
[0099]图9是表示由植物栽培系统10栽培的、从第13天的莴苣的水平方向的照片的图。如图9所示，在作为光源20使用了荧光体激发LED21的栽培区(以下，荧光体激发LED区)，像叶徒长的情况下观察到的那样，莴苣的叶在光源的方向(垂直方向)立起。另一方面，在使用了红蓝LED栽培区(以下，红蓝LED区)和使用了荧光灯的栽培区(以下，荧光灯区)，不能断定这样的形态变化。
[0100]进而，在荧光体激发LED区，未断定莴苣的叶的向纵向的伸长。因此，荧光体激发LED区中的莴苣的叶的形态变化，并不是由基于光不足的徒长所导致的变化，可认为是基于荧光体激发LED21射出的远红光的照射的影响。
[0101]图10是表示由植物栽培系统10栽培的、第13天的莴苣的新生叶的、从栽培面到叶的最上部的高度(植物高度)的图表。上述栽培面是相当于露地栽培中的地面的面，在本实验中，是支撑植物体50的栽培容器5的上表面。图10表示各栽培区中分别4种植物的平均的植物高度。误差线表示标准误差。如图10所示，在荧光体激发LED区，通过叶在垂直方向立起，可认为植物高度比其它的栽培区变得更高。从该情况明确地可知，通过将荧光体激发LED21射出的远红光照射到莴苣，以使莴苣的叶朝向垂直方向立起的方式进行成长。
[0102]图11是表示由植物栽培系统10栽培的、从第19天的莴苣的上部的照片的图。
[0103]如图11所示，在荧光体激发LED区，与红蓝LED区和荧光灯区相比，促进了莴苣的成长。
[0104]另外，在荧光体激发LED区，能断定莴苣的叶在垂直方向立起。另一方面，在红蓝LED和荧光灯区，能断定莴苣的叶尖接地于栽培面。
[0105]进而，知道了在荧光体激发LED区，在垂直方向立起的叶通过在莴苣的各个体之间进行接触，变为在各个体之间叶尖向上部方向推挤，进而使叶向垂直方向立起。另一方面，在红蓝LED区和荧光灯区，通过邻接的其它个体的叶，存在朝向叶的光被遮挡的个体。
[0106]另外，荧光体激发LED区的莴苣的叶呈圆形，不能断定叶的向纵向的伸长。因此，荧光体激发LED区中的莴苣的叶的形态变化，并不是由基于光不足的徒长所导致的变化，能断定照到荧光体激发LED区的莴苣的各叶的光量是充分的，全部的叶能充分地接受来自光源的光。为此，认为荧光体激发LED区中的莴苣的叶的形态变化，是基于荧光体激发LED21射出的远红光的照射的影响。
[0107]图12是由植物栽培系统10栽培的、第19天的莴苣的地上部分(可食部分)的干物重的图。
[0108]图12表示各栽培区中分别4种植物的平均的植物高度。误差线表示标准误差。如图12所示，认可了在荧光体激发LED区，与红蓝LED区和荧光灯区相比，地上部分的干物重的增加。因此，在荧光体激发LED区，由于通过莴苣的叶在垂直方向立起，在各叶中照射了充分的光量的光，所以可认为每一个莴苣的光合作用能力提高，干物生产增加。另外，可认为由荧光体激发LED21射出的波长700nm以上的光的影响，产生埃默森效应，也存在进一步的成长促进的影响。此外，所谓埃默森效应是指，通过在作为通常的波长域的红光和蓝光的基础上，将波长700?800nm的光照射到植物物体，在植物体内光量子的吸收速度加速，促进光合作用的现象。
[0109]如上所述，即使在高光强度下，通过照射远红光，使莴苣的叶在垂直方向立起能促进生长，其结果，莴苣的干物生产增加。
[0110]这样，认为通过使用植物栽培系统10来栽培莴苣，有促进莴苣的生长的效果。另夕卜，该效果不取决于莴苣的品种。
[0111](备注事项)
本发明并不是限定于上述实施方式的发明，在权利要求表示的范围内各种的变更是可能的，关于将实施方式中公开的技术手段适当地组合而得到的实施方式，其也包含于本发明的技术范围内。
[0112]工业实用性
本发明作为在植物工厂等中通过人工照明光栽培植物时所使用的照明装置、栽培系统以及栽培方法而能利用。
[0113]附图标记说明
1照明装置
2光源单元(主光源、远红光光源)
2a 光源单元(主光源、远红光光源)
2b 光源单元(主光源、远红光光源)
10 植物栽培系统
20光源(半导体发光元件)
21荧光体激发LED (射出多个波长范围的光的光源)
22红色LED (主光源)
23蓝色LED (主光源)
24远红光LED (远红光光源)
30 漫射板(漫射构件)
50 植物体 100 上位叶 101下位叶。
【权利要求】
1.一种照明装置，其用于栽培植物体，其特征在于，具备: 主光源，射出具有400nm以上700nm以下的范围的波长，且光合作用光量子束密度为200ymol/m2/s以上的单色光或混色光；以及 远红光光源，射出远红光， 上述主光源和上述远红光光源包括半导体发光元件。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于， 具备作为上述主光源发挥作用的、射出650nm以上670nm以下的范围的波长的红光的红光源或射出440nm以上480nm以下的范围的波长的蓝光的蓝光源，或者具备该两者， 上述红光与上述蓝光的光量的比率处于1:1?10:1的范围内， 上述红光与上述远红光的光量的比率处于10:1?3:1的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于， 具备作为上述主光源和上述远红光光源发挥作用的、射出多个波长范围的光的光源。
4.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于， 上述射出多个波长范围的光的光源包括:半导体发光元件；接受从该半导体发光元件射出的激发光并发光的荧光体。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的照明装置，其特征在于， 还具备:将从上述主光源或上述远红光光源射出的光进行漫射的漫射构件。
6.一种植物栽培系统，其特征在于，具备: 权利要求1?5中任一项所述的照明装置。
7.一种植物栽培方法，其特征在于， 在具有400nm以上700nm以下的范围的波长、且光合作用光量子束密度为200μπιΟ1/m2/s以上的、从半导体发光元件射出的单色光或混色光的基础上，将从半导体发光元件射出的远红光照射到植物体。
【文档编号】A01G9/20GK103574348SQ201310318691
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】坂本胜 申请人:夏普株式会社