特開 2022-46035 植物の栽培方法、植物の栽培システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022046035

(43)【公開日】2022-03-23

(54)【発明の名称】植物の栽培方法、植物の栽培システム

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20220315BHJP

   A01G 31/00 20180101ALI20220315BHJP

【ＦＩ】

A01G7/00 601C

A01G7/00 603

A01G31/00 612

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020151862

(22)【出願日】2020-09-10

(71)【出願人】

【識別番号】598116864

【氏名又は名称】平栗 健史

(71)【出願人】

【識別番号】520350432

【氏名又は名称】清水 博幸

(71)【出願人】

【識別番号】520112874

【氏名又は名称】進藤 卓也

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】平栗 健史

(72)【発明者】

【氏名】清水 博幸

(72)【発明者】

【氏名】進藤 卓也

【テーマコード（参考）】

2B022

2B314

【Ｆターム（参考）】

2B022DA01

2B022DA08

2B314MA01

2B314MA38

2B314PD63

(57)【要約】

【課題】植物の成長過程に応じて照明装置による光の色を制御することによって、植物を効率的に栽培する技術を提供する。
【解決手段】照明装置２００は、植物の成長過程の第１期間において光を植物に照射する。照明装置２００は、第１期間に続く第２期間において光を植物に照射する。照明装置２００は、第２期間に続く第３期間において光を植物に照射する。照明装置２００は、第１期間、第２期間、第３期間において、互いに異なった第１色の光と第２色の光とをもとに、照射すべき光の色を変える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物の成長過程の第１期間において光を前記植物に照射する第１ステップと、
前記第１期間に続く第２期間において光を前記植物に照射する第２ステップと、
前記第２期間に続く第３期間において光を前記植物に照射する第３ステップとを備え、
前記第１ステップと前記第２ステップと前記第３ステップにおいて、互いに異なった第１色の光と第２色の光とをもとに、照射すべき光の色を変える植物の栽培方法。

【請求項2】

前記第１ステップでは、前記第１色の光の強さを前記第２色の光の強さよりも強くし、
前記第２ステップでは、前記第２色の光の強さを、前記第１ステップにおける前記第２色の光の強さよりも強くし、
前記第３ステップでは、前記第２色の光の強さを前記第１色の光の強さよりも強くする請求項１に記載の植物の栽培方法。

【請求項3】

前記第１ステップでは、前記第１色の光のみを使用し、
前記第２ステップでは、前記第１色の光と前記第２色の光を使用し、
前記第３ステップでは、前記第２色の光のみを使用する請求項２に記載の植物の栽培方法。

【請求項4】

前記第１期間は、前記植物の発芽のタイミングを含み、
前記第２期間は、前記植物の開花のタイミングを含み、
前記第３期間は、前記植物の着果のタイミングを含む請求項１から３のいずれかに記載の植物の栽培方法。

【請求項5】

前記第１色は赤色であり、前記第２色は青色である請求項１から４のいずれかに記載の植物の栽培方法。

【請求項6】

互いに異なった第１色の光と第２色の光とを植物に照射可能な照明装置と、
前記照明装置から照射する前記第１色の光と前記第２色の光とを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、植物の成長過程において順に続く第１期間、第２期間、第３期間において、前記第１色の光と前記第２色の光とをもとに、照射すべき光の色を変える植物の栽培システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、栽培技術に関し、特に植物を栽培する植物の栽培方法、植物の栽培システムに関する。

【背景技術】

【0002】

水耕栽培のような植物栽培において、人工的な光を照射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の照明装置が使用される場合、照射の効率を向上させるために、栽培する植物の株の真上にＬＥＤが配置される。植物の各成長過程において適切に光を植物へ照射するために、ＬＥＤの間隔が変更可能に構成される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１３００１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような状況において、本発明者は次の着想に至った。ＬＥＤには、赤色の光を照射するＬＥＤ（以下、「赤色ＬＥＤ」という）と青色の光を照射するＬＥＤ（以下、「青色ＬＥＤ」という）が含まれる。植物の成長過程の各段階において、光の色に応じて植物の成長が異なる場合、各色のＬＥＤによる光の照射を制御することによって、植物の効率的な栽培が可能になる。

【0005】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、植物の成長過程に応じて照明装置による光の色を制御することによって、植物を効率的に栽培する技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の植物の栽培方法は、植物の成長過程の第１期間において光を植物に照射する第１ステップと、第１期間に続く第２期間において光を植物に照射する第２ステップと、第２期間に続く第３期間において光を植物に照射する第３ステップとを備える。第１ステップと第２ステップと第３ステップにおいて、互いに異なった第１色の光と第２色の光とをもとに、照射すべき光の色を変える。

【0007】

本発明の別の態様は、植物の栽培システムである。この栽培システムは、互いに異なった第１色の光と第２色の光とを植物に照射可能な照明装置と、照明装置から照射する第１色の光と第２色の光とを制御する制御装置とを備える。制御装置は、植物の成長過程において順に続く第１期間、第２期間、第３期間において、第１色の光と第２色の光とをもとに、照射すべき光の色を変える。

【0008】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、植物の成長過程に応じて照明装置による光の色を制御することによって、植物を効率的に栽培できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例に係る植物の成長過程を示す図である。

【図2】図２（ａ）－（ｃ）は、照射する光の色を変更した場合の植物の成長を示す図である。

【図3】実施例に係る栽培システムの構成を示す図である。

【図4】図３の記憶部に保持されるテーブルのデータ構造を示す図である。

【図5】図３の制御装置による照射手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本実施例を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本実施例は、ＬＥＤ等の照明装置のみで植物を栽培する完全人工光型の栽培システムに関する。このような栽培システムは、部屋等の施設内に接地されるので、設置のための広大な敷地が不要であるという利点を有する。また、栽培システムにおける照明装置は、ハウス栽培で十分な光量が取れない場合の補助光としても使用できるという利点を有する。栽培システムでの栽培対象となる植物には、トマト、ナス等の果菜類と、レタス、ミツバ等の葉菜類が含まれる。このような植物を栽培するために必要な光の強度として光飽和点と光補償点とが規定される。光飽和点は、成長速度が飽和する光の強度であり、光補償点は、成長に最低限必要な光の強度である。一般的に、葉菜類よりも果菜類において、光飽和点と光補償点とが高くなる傾向にあるので、果菜類は、葉菜類よりも人工光のみによる栽培が困難である。そのため、果菜類を栽培する場合、より効率的な光の照射が求められる。

【0012】

一方、植物は、光合成において葉緑体(クロロフィル)で光を吸収する。特に、赤色の光と青色の光が吸収される。しかしながら、各色の光（各波長成分の光）が植物の成長過程にどのような影響を及ぼすかは明らかではない。これらより、植物の成長過程で必要な色（波長）の光を明らかにし、それに応じて光の照射を制御することにより、植物を効率的に栽培することが求められる。これに対応するために、本実施例に係る栽培システムは、植物の成長過程をもとに複数の期間を規定し、期間に応じて光の色を変えながら光を植物に照射する。

【0013】

図１は、植物の成長過程を示す。植物は、種子１０から発芽１２、茎葉の増大発芽１４、花芽分化・発芽１６、花粉・胚のう形成１８、開花・受精２０、果実の肥大・熟成２２、種子形成２４の順に成長する。また、種子１０から花芽分化・発芽１６までの間では栄養成長３０がなされ、花芽分化・発芽１６から種子形成２４、種子１０までの間では生殖成長３２がなされる。ここで、種子１０から花芽分化・発芽１６までの期間は第１期間５０と定義され、第１期間５０は、植物の発芽のタイミングを含む。花芽分化・発芽１６から果実の肥大・熟成２２までの期間は第２期間５２と定義され、第２期間５２は、第１期間５０に続くタイミングであり、植物の開花のタイミングを含む。果実の肥大・熟成２２、種子形成２４、種子１０を含む期間は第３期間５４と定義され、第３期間５４は、第２期間５２に続くタイミングであり、植物の着果のタイミングを含む。

【0014】

以下では、図１のような成長過程を有する植物、例えば、果菜類のトマト（ミニトマト）に対して、照射する光の色を変更しながら成長を測定した実験を説明する。実験では、トマトの種子１０を植えた水耕栽培器を３台を用意し、各水耕栽培器に対して互いに異なった色の光を照射する。例えば、１台目の水耕栽培器（以下、「第１トマト群」という）には、赤色ＬＥＤから赤色の光を照射し、２台目の水耕栽培器（以下、「第２トマト群」という）には青色ＬＥＤから青色の光を照射し、３台目の水耕栽培器（以下、第３トマト群」には赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤから赤色と青色の混合色の光を照射する。混合色における赤色と青色の比率は１：１である。その際、照射間隔は、明期１２時間、暗期１２時間で統一する。また、第１トマト群から第３トマト群を設置した施設は、空調装置により２８度で温度管理される。このような状況下において、苗の成長点までの高さ、開花数、着果数が測定される。

【0015】

図２（ａ）－（ｃ）は、照射する光の色を変更した場合の植物の成長を示す。横軸は、種子１０を植えてからの経過日数（日）を示す。種子１０を植えたときから第１期間５０が開始する。図２（ａ）の縦軸は、苗の成長点までの高さ［ｃｍ］を示す。これは、複数のトマトに対する平均値であり、双葉が１００ｍｍ程度まで伸長してからの測定結果である。第１トマト群６０（赤色）における苗の成長点までの高さは５１．７ｃｍであり、第２トマト群６２（青色）における成長点までの高さは４５ｃｍであり、第３トマト群６４（混合色）における成長点までの高さは４３．８ｃｍである。また、赤色の光はすべての成長段階で苗の高さの伸長に対し他の色よりも効果的である。

【0016】

図２（ｂ）の縦軸は、開花数［個］を示す。第１トマト群６０（赤色）の開花数は１３個であり、第２トマト群６２（青色）の開花数は２４個であり、第３トマト群６４（混合色）の開花数は３５個である。そのため、開花の促進には、赤色と青色の混合色の光が適するといえる。ここで、第１トマト群６０（赤色）の開花日は６７日目であり、第２トマト群６２（青色）の開花日は４４日目であり、第３トマト群６４（混合色）の開花日は３８日目である。そのため、第１期間５０は３８日目までで終了し、第２期間５２は３８日目から開始する。

【0017】

図２（ｃ）の縦軸は、着果数［個］を示す。第１トマト群６０（赤色）の着果数は５個であり、第２トマト群６２（青色）の着果数は２４個であり、第３トマト群６４（混合色）の着果数は１３個である。そのため、花から実になるためには、青色の光が適するといえる。また、８５日目から１２４日目にかけて生殖成長３２がなされるので、第２期間５２は８５日目までで終了し、第３期間５４は８５日目から開始する。

【0018】

実験結果をまとめると、赤色の光は、成長促進の働きを有するので、苗の栄養成長に適する。青色の光は、生殖成長を促進する働きを有するので、着果を促すことに対して適する。赤色の光と青色の光とを組み合わせた混合色の光は、成長促進と開花の働きを有するので、開花の時期の早期化と開花数の増加に適する。そのため、光の各波長成分はトマトの生育においてそれぞれ異なる作用を寄与する。本実施例に係る栽培システム１０００は、このような特性にもとづく。

【0019】

図３は、栽培システム１０００の構成を示す。栽培システム１０００は、水耕栽培器１００、照明装置２００、制御装置３００、空調装置４００を含み、制御装置３００は、タイマ３１０、記憶部３１２、制御部３１４、出力部３１６を含む。栽培システム１０００は施設５００に設置されており、施設５００は例えば室内である。

【0020】

水耕栽培器１００は、トマトを水耕栽培する装置である。水耕栽培とは、養液栽培のうち固形培地を必要としないものであり、土を使わず水と液体肥料（養液）で植物を育てる方法である。水耕栽培器１００では、肥料が入った水(溶液）にトマトの根の部分が浸されることによって、必要な水、養分と酸素を根から吸収させる。水耕栽培器１００は、ＮＦＴ（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ Ｆｉｌｍ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）方式、ＤＦＴ（Ｄｅｅｐ Ｆｌｏｗ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）方式のいずれであってもよい。ＮＦＴ方式は、流れる培養液に伸びた植物の根の先端から肥料と水分を吸収させる。ＤＦＴ方式は、循環する液に苗を培地ごとパネル(発泡板）の穴に差し込んで一緒に浮かせる。このような水耕栽培器１００には公知の技術が使用されればよい。

【0021】

照明装置２００は、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを備え、水耕栽培器１００の上方に設置される。赤色ＬＥＤは、例えば波長６００ｎｍ～７００ｎｍの赤色の光を水耕栽培器１００のトマトに照射可能である。また、青色ＬＥＤは、例えば波長４００ｎｍ～５００ｎｍの青色の光を水耕栽培器１００のトマトに照射可能である。赤色を第１色と呼ぶ場合、青色は第２色と呼ばれる。

【0022】

制御装置３００は、照明装置２００における赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤを制御することによって、赤色の光と青色の光とをもとに、照射すべき光の色を変える。光の色を変えるために、制御装置３００は、赤色ＬＥＤから照射する赤色の光の強さと、青色ＬＥＤから照射する青色の光の強さとを制御する。その際、制御装置３００は、第１期間５０、第２期間５２、第３期間５４において、赤色の光と青色の光の強さを変える。このような制御を実現するために、タイマ３１０は、水耕栽培器１００においてトマトの栽培が開始されたタイミングを起点「Ｔ０」として、起点から経過した時間を計時する。

【0023】

記憶部３１２は、タイマ３１０において計時される時間と比較するためのテーブルを記憶する。図４は、記憶部３１２に保持されるテーブルのデータ構造を示す。「Ｔ０」、「Ｔ１」、「Ｔ２」が順に規定される。例えば、「Ｔ１」は「３８日目」に設定され、「Ｔ２」は「８５日目」に設定される。「Ｔ１」、「Ｔ２」は、実験によりこれらとは別の値に設定されてもよい。「Ｔ０」～「Ｔ１」は第１期間５０とされ、「Ｔ１」～「Ｔ２」は第２期間５２とされ、「Ｔ２」～は第３期間５４とされる。また、第１期間５０において赤色ＬＥＤの発光が規定され、第２期間５２において赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの発光が規定され、第３期間５４において青色ＬＥＤの発光が規定される。図３に戻る。

【0024】

制御部３１４は、タイマ３１０において計時された時間が「Ｔ０」～「Ｔ１」に含まれる場合、第１期間５０において赤色ＬＥＤから赤色の光を照射させる。その際、制御部３１４は、青色ＬＥＤから青色の光を照射させない。つまり、第１期間５０において、赤色の光の強さが青色の光の強さよりも強くされる。

【0025】

また、制御部３１４は、タイマ３１０において計時された時間が「Ｔ１」～「Ｔ２」に含まれる場合、第２期間５２において赤色ＬＥＤから赤色の光を照射させるとともに、青色ＬＥＤから青色の光を照射させる。つまり、第２期間５２における青色の光の強さが、第１期間５０における青色の光の強さよりも強くされる。

【0026】

さらに、制御部３１４は、タイマ３１０において計時された時間が「Ｔ２」～に含まれる場合、第３期間５４において青色ＬＥＤから青色の光を照射させる。その際、制御部３１４は、赤色ＬＥＤから赤色の光を照射させない。つまり、第３期間５４において、青色の光の強さが赤色の光の強さよりも強くされる。

【0027】

空調装置４００は、施設５００内の温度および湿度が所望の値となるように空調制御を実行する。空調装置４００は、例えば、２８度に近づくように制御する。

【0028】

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0029】

以上の構成による栽培システム１０００の動作を説明する。図５は、制御装置３００による照射手順を示すフローチャートである。第１期間５０が開始になると（Ｓ１０）、制御部３１４は照明装置２００に赤色の光を照射させる（Ｓ１２）。第２期間５２が開始でなければ（Ｓ１４のＮ）、ステップ１２に戻る。第２期間５２が開始になると（Ｓ１４のＹ）、制御部３１４は照明装置２００に赤色と青色の光を照射させる（Ｓ１６）。第３期間５４が開始でなければ（Ｓ１８のＮ）、ステップ１６に戻る。第３期間５４が開始になると（Ｓ１８のＹ）、制御部３１４は照明装置２００に青色の光を照射させる（Ｓ２０）。第３期間５４が終了でなければ（Ｓ２２のＮ）、ステップ２０に戻る。第３期間５４が終了あれば（Ｓ２２のＹ）、処理は終了される。

【0030】

本実施例によれば、植物の成長過程の第１期間から第３期間において、互いに異なった第１色の光と第２色の光とをもとに、照射すべき光の色を変えるので、第１期間から第３期間のそれぞれに適した色の光を植物に照射できる。また、第１期間から第３期間のそれぞれに適した色の光が植物に照射されるので、植物を効率的に栽培できる。また、植物の成長過程において人工光の色を変更するので、植物の栽培を促進できる。また、第１期間において赤色の光を照射するので、発芽のタイミングにおける茎および葉の成長を促進できる。また、第２期間において赤色と青色の混合色の光を照射するので、開花のタイミングにおいて開花数を増加できる。また、第３期間において青色の光を照射するので、着果のタイミングにおいて花から着果する数を増加できる。また、色を切りかえるために、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの点灯、消灯を制御するだけなので、処理を簡易にできる。

【0031】

以上、本発明の実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【0032】

本実施例において植物としてトマトが栽培される。しかしながらこれに限らず例えば、トマト以外の植物が栽培されてもよい。本変形例によれば、本実施例の適用範囲を拡大できる。

【0033】

本実施例における栽培システム１０００は水耕栽培器１００を含む。しかしながらこれに限らず例えば、植物は水耕栽培ではなく、土耕栽培されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

【0034】

本実施例における制御装置３００は、予め設定した第１期間５０、第２期間５２、第３期間５４に応じて照明装置２００の光の色を制御する。しかしながらこれに限らず例えば、カメラ等の撮像装置が水耕栽培器１００の植物を撮像し、撮像した画像における植物の成長の程度に応じて第１期間５０、第２期間５２、第３期間５４が制御されてもよい。その際、公知の画像認識処理、機械学習処理が使用されればよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

【0035】

本実施例における制御装置３００は、第１期間５０において青色ＬＥＤから青色の光を照射させず、第３期間５４において赤色ＬＥＤから赤色の光を照射させない。しかしながらこれに限らず例えば、制御装置３００は、第１期間５０において赤色ＬＥＤからの赤色の光よりも弱くなるように、青色ＬＥＤから青色の光を照射してもよい。また、制御装置３００は、第３期間５４において青色ＬＥＤからの青色の光よりも弱くなるように、赤色ＬＥＤから赤色の光を照射させない。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

【符号の説明】

【0036】

１００ 水耕栽培器、 ２００ 照明装置、 ３００ 制御装置、 ３１０ タイマ、 ３１２ 記憶部、 ３１４ 制御部、 ３１６ 出力部、 ４００ 空調装置、 ５００ 施設、 １０００ 栽培システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】