冬場の温室水耕栽培レタス及びパクチョイの収量増加効果に及ぼすLED補助光の効果に関する研究
[要約] 上海の冬は低温と日照量が少ないことが多く、温室の水耕栽培葉物野菜の成長が遅く、生産サイクルが長く、市場の供給需要を満たすことができません。近年、温室の栽培や生産において、自然光が明るい場合に温室内に毎日蓄積される光では作物の生育に必要な量を満たせないという欠点をある程度補うために、LED植物補助照明が使用され始めています。不十分。実験では、光質の異なる2種類のLED補助灯を温室内に設置し、水耕栽培のレタスと冬期の緑茎の増産探査実験を実施した。その結果、2種類のLEDライトはパクチョイとレタスの1株あたりの生重量を大幅に増加させることができることがわかりました。パクチョイの収量増加効果は主に葉の肥大や肥厚など全体的な感覚品質の向上に反映され、レタスの収量増加効果は主に葉数や乾物含量の増加に反映されます。

光は植物の成長に欠かせないものです。近年、LED ライトは、その高い光電変換率、カスタマイズ可能なスペクトル、長寿命により、温室環境での栽培や生産に広く使用されています [1]。海外では、関連研究の早期開始と成熟した支援システムのおかげで、多くの大規模花卉、果物、野菜生産では、比較的完全な軽補給戦略がとられています。また、大量の生産実績データの蓄積により、生産者は増産効果を明確に予測することができます。同時に、LED補助光システム使用後の復帰性も評価しています[2]。しかし、補助光に関する現在の国内研究のほとんどは、小規模な光の品質とスペクトルの最適化に偏っており、実際の生産で使用できる補助光戦略が欠けています[3]。多くの国内生産者は、生産地域の気候条件、生産される野菜の種類、施設や設備の条件に関係なく、生産に補助照明技術を適用する際に、既存の外国の補助照明ソリューションを直接使用します。さらに、補助照明装置のコストが高く、エネルギー消費量が多いため、実際の作物収量と経済的利益と期待される効果との間に大きなギャップが生じることがよくあります。このような現状は、国内で光を補い、生産を増やす技術の開発・促進には適さない。したがって、成熟した LED 補助照明製品を実際の国内生産環境に合理的に投入し、使用戦略を最適化し、関連データを蓄積することが急務となっています。

冬は新鮮な葉物野菜の需要が高まる季節です。温室は、屋外の農場よりも冬の葉物野菜の成長に適した環境を提供できます。しかし、記事によると、老朽化し​​た温室や清掃状態の悪い温室では、冬場の光の透過率が50％を下回るものもあるとのこと。また、冬季は長期の雨天が発生しやすいため、温室内の光透過率が低くなります。温度と低光環境は植物の正常な成長に影響を与えます。光は冬の野菜の成長の制限要因となっています[4]。実験には実際に生産されたGreen Cubeが使用されます。浅い液体流の葉物野菜の植栽システムは、Signify (China) Investment Co., Ltd.の異なる青色光比率を備えた 2 つの LED トップライト モジュールと適合しています。市場の需要が大きい葉物野菜であるレタスとパクチョイの植栽は、冬季温室の LED 照明による水耕葉物野菜の実際の増産を研究することを目的としています。

材料および方法
テストに使用した材料

実験に使用した試験材料はレタスとチンゲン菜です。レタスの品種であるグリーンリーフレタスは北京定峰現代農業発展有限公司から、パクチョイの品種であるブリリアントグリーンは上海農業科学院園芸研究所からのものです。

実験方法

実験は2019年11月から2020年2月まで、上海グリーンキューブ農業開発有限公司孫橋拠点の文螺型ガラス温室で行われ、合計2回の繰り返し実験が行われた。実験の第1弾は2019年末、第2弾は2020年初めに行われた。播種後、実験材料を育苗用の人工光気候室に置き、潮汐灌水を利用した。育苗期間中はEC1.5、pH5.5の水耕野菜の一般養液を潅水に使用した。苗が３葉、１心期まで成長した後、グリーンキューブトラック型浅流葉物野菜植栽床に定植した。植え付け後、浅流養液循環システムにより EC 2 および pH 6 の養液を毎日の灌水に使用しました。潅水頻度は給水時 10 分、給水停止時 20 分とした。実験では、対照群（光を補充しない）と治療群（LED光を補充する）を設定しました。CKを光の補充なしでガラス温室に植えた。LB:drw-lb Ho (200W) をガラス温室に植えた後の光を補うために使用しました。水耕野菜の樹冠表面の光束密度(PPFD)は約140μmol/(㎡・S)であった。MB：ガラス温室に植え付け後、drw-lb（200W）で光を補い、PPFDは約140μmol/(㎡・S)でした。

実験植栽の第 1 回目は 2019 年 11 月 8 日、植栽日は 2019 年 11 月 25 日です。試験グループの光補充時間は 6:30 ～ 17:00 です。2回目の実験植栽日は2019年12月30日日、植栽日は2020年1月17日、実験群の補充時間は4:00～17:00です。
冬場の晴天時には、温室は毎日 6:00 ～ 17:00 までサンルーフ、サイドフィルム、ファンを開いて換気します。夜間の気温が低い場合、17:00～翌6:00の間は天窓、サイドロールフィルム、扇風機を閉め、夜間保温のため温室内の断熱カーテンを開けます。

データ収集

青京菜およびレタスの地上部を収穫した後、草丈、葉の数、および植物当たりの新鮮重量を求めた。新鮮な重量を測定した後、オーブンに入れ、75℃で72時間乾燥させました。終了後、乾燥重量を測定した。温室内の温度と光合成光子束密度 (PPFD、光合成光子束密度) は、温度センサー (RS-GZ-N01-2) と光合成活性放射線センサー (GLZ-CG) によって 5 分ごとに収集および記録されます。

データ分析

次の式に従って光利用効率 (LUE、Light Use Efficiency) を計算します。
LUE（g/mol）＝単位面積当たりの野菜収量／植え付けから収穫までに野菜が単位面積当たり得た累積光量の合計
次の式に従って乾物含有量を計算します。
乾物含有量 (%) = 植物あたりの乾燥重量/植物あたりの生重量 x 100%
Excel2016 と IBM SPSS Statistics 20 を使用して実験のデータを分析し、違いの重要性を分析します。

材料および方法
光と温度

第 1 ラウンドの実験では植え付けから収穫まで 46 日、第 2 ラウンドでは植え付けから収穫まで 42 日かかりました。最初の実験では、温室内の日平均温度はほとんどが 10 ～ 18 ℃の範囲でした。2回目の実験では、温室内の日平均温度の変動が1回目の実験よりも激しくなり、日平均最低気温は8.39℃、日平均最高気温は20.23℃となった。日平均気温は成長過程において全体的に上昇傾向を示しました（図1）。

最初の実験では、温室内の日積光量 (DLI) の変動は 14 mol/(㎡・D) 未満でした。第 2 ラウンドの実験では、温室内の 1 日あたりの自然光の累積量は全体的に増加傾向を示し、8 mol/(㎡・D) を超え、最大値は 2020 年 2 月 27 日に現れ、26.1 mol となりました。 /(㎡・D)。温室内の日積算自然光量の変化は、実験1回目よりも2回目の実験のほうが大きかった（図2）。第 1 ラウンドの実験では、補助光グループの 1 日の総累積光量 (自然光 DLI と LED 補助光 DLI の合計) は、ほとんどの場合 8 mol/(㎡・D) を超えていました。実験の 2 回目では、補助光グループの 1 日あたりの積算光量の合計は、ほとんどの時間で 10 mol/(㎡・D) 以上でした。２回目の補助光蓄積量の合計は、１回目よりも３１．７５ｍｏｌ／ｍ２増加した。

葉物野菜の収量と光エネルギー利用効率

●一次試験結果
図３から、LEDを添加したパクチョイは無添加のパクチョイに比べて生育が良好で、草姿がよりコンパクトで、葉が大きく厚いことが分かる。LB および MB パクチョイの葉は CK よりも明るく、濃い緑色です。図４から、ＬＥＤ補助光を使用したレタスは、補助光を使用しないＣＫよりも生育が良く、葉数が多く、草姿が充実していることが分かる。

表 1 からわかるように、CK、LB、MB で処理したチンゲン菜の草丈、葉数、乾物含量、光エネルギー利用効率には有意な差はありませんが、LB と MB で処理したチンゲン菜の生重はCKよりも大幅に高い。LB と MB の処理において、青色光の比率が異なる 2 つの LED 栽培ライトの間で、植物あたりの新鮮な重量に有意な差はありませんでした。

表 2 から、LB 処理におけるレタスの草丈は CK 処理におけるレタスの草丈よりも有意に高かったが、LB 処理と MB 処理の間に有意な差はなかったことがわかります。3 つの処理の間で葉の数には有意な差があり、MB 処理の葉の数が最も多く 27 枚でした。LB 処理の 1 株あたりの生重は 101g で最も高かった。2 つのグループ間にも有意な差がありました。CK 処理と LB 処理の間で乾物含有量に有意な差はありませんでした。MB の含有量は、CK および LB 処理より 4.24% 高かった。3 つの処理間で光利用効率には大きな差がありました。光利用効率が最も高かったのはLB処理で13.23g/mol、最も低かったのはCK処理で10.72g/molであった。

●2次試験結果

表３からわかるように、MB処理したパクチョイの草丈はCKよりも有意に高く、LB処理との間に有意差はなかった。LB および MB で処理したパクチョイの葉の数は CK よりも有意に多かったですが、補助光処理の 2 つのグループ間に有意な差はありませんでした。3 つの処理間では植物あたりの生重量に大きな差がありました。CK での植物あたりの生重は 47 g で最も低く、MB 処理が 116 g で最も高かった。3 つの処理間で乾物含量に有意な差はありませんでした。光エネルギー利用効率には大きな違いがあります。CK は 8.74 g/mol と低く、MB 処理は 13.64 g/mol と最も高くなります。

表４から、３つの処理間でレタスの草丈に有意差がないことが分かる。LB および MB 処理における葉の数は、CK よりも有意に多かった。このうち、MB 葉数は 26 枚と最も多かった。LB 処理と MB 処理の間で葉数に有意差はなかった。補助光処理の 2 つのグループの植物あたりの新鮮重量は CK よりも有意に高く、植物あたりの新鮮重量は MB 処理で最も高く、133g でした。LB 治療と MB 治療の間にも大きな違いがありました。3 つの処理間で乾物含量には有意な差があり、LB 処理の乾物含量が最も高く、4.05% でした。MB 処理の光エネルギー利用効率は、CK および LB 処理の光エネルギー利用効率 (12.67 g/mol) よりも大幅に高くなります。

2 回目の実験では、補助光グループの合計 DLI は、1 回目の実験 (図 1-2) での同じ定着日数の DLI よりもはるかに高く、補助光の補助光時間は実験の第 2 ラウンドの治療グループ (4:00-00-17:00)。第1回実験（6:30～17:00）と比較すると、2.5時間増加しました。２回のパクチョイの収穫時期は、植え付け後３５日であった。2 回のラウンドにおける CK 個体植物の新鮮重量は同様でした。第 2 ラウンドの実験における CK と比較した LB および MB 処理における植物あたりの新鮮重量の差は、第 1 ラウンドの実験における CK と比較した植物あたりの新鮮重量の差よりもはるかに大きかった (表 1、表 3)。２回目の実験レタスの収穫時期は植え付け後４２日であり、１回目の実験レタスの収穫時期は植え付け後４６日であった。実験用レタス CK の第 2 ラウンドを収穫したときの定着日数は、第 1 ラウンドよりも 4 日少なかったが、植物あたりの新鮮重量は第 1 ラウンドの実験の 1.57 倍であった (表 2 および表 4)。光エネルギー利用効率も同様です。気温が徐々に暖かくなり、ハウス内の自然光が徐々に増えてくると、レタスの生産サイクルが短縮されることがわかります。

材料および方法
2回の試験は基本的に上海の冬全体を対象とし、対照群（CK）は冬の低温、日照不足の温室内で水耕栽培した緑茎とレタスの実際の生産状況を比較的回復させることができた。軽度のサプリメント実験グループは、2 回の実験において最も直観的なデータ指標 (植物あたりの生重) に対して顕著な促進効果がありました。その中で、パクチョイの収量増加効果は、葉の大きさ、色、厚さにも同時に反映された。しかし、レタスは葉の数が増える傾向があり、植物の形がより豊かに見えます。試験結果は、軽い栄養補給が 2 つの野菜カテゴリーの作付けにおける生重量と製品の品質を向上させ、それによって野菜製品の商業性を高めることができることを示しています。赤白、低青、および赤白、中青の LED トップライト モジュールは、補助光なしの葉よりも濃い緑色で光沢があり、葉が大きくて厚く、成長傾向が強いパクチョイです。植物全体のタイプはよりコンパクトで活発です。しかし、「モザイクレタス」は淡緑色の葉物野菜に属し、生育過程において明らかな色の変化過程はありません。葉の色の変化は人間の目には分かりません。適切な割合の青色光は、葉の発育と光合成色素の合成を促進し、節間の伸長を抑制します。したがって、ライトサプリメントグループの野菜は、外観品質の点で消費者により好まれています。

2 回目のテストでは、補助光グループの 1 日の合計累積光量は、1 回目の実験での同じ定着日数中の DLI よりもはるかに高かった (図 1-2)。補助光治療群の2回目の時間（4:00〜17:00）は、1回目の実験（6:30〜17:00）と比較して、2.5時間増加しました。２回のパクチョイの収穫時期は、植え付け後３５日であった。2ラウンドのCKの新鮮な重さは同様でした。実験の第 2 ラウンドにおける LB および MB 処理と CK の間の植物あたりの新鮮重量の差は、実験の第 1 ラウンドにおける CK による植物あたりの新鮮重量の差よりもはるかに大きかった (表 1 および表 3)。したがって、光補給時間を延長することにより、冬季に屋内で栽培される水耕パクチョイの増産を促進することができる。２回目の実験レタスの収穫時期は植え付け後４２日であり、１回目の実験レタスの収穫時期は植え付け後４６日であった。実験レタスの第 2 ラウンドを収穫したとき、CK グループの定着日数は第 1 ラウンドより 4 日減少しました。しかし、単一植物の生重は、実験の最初のラウンドの 1.57 倍でした (表 2 および表 4)。光エネルギー利用効率も同様であった。温度がゆっくりと上昇し、ハウス内の自然光が徐々に増加するため（図1-2）、それに応じてレタスの生産サイクルが短縮されることがわかります。したがって、気温が低く日照量が少ない冬期にハウス内に補助照明設備を追加することで、レタスの生産効率を効果的に向上させ、生産量を増やすことができます。第 1 ラウンドの実験では、リーフ メニュー プラントの補助光電力消費量は 0.95 kw-h で、第 2 ラウンドの実験では、リーフ メニュー プラントの補助光電力消費量は 1.15 kw-h でした。パクチョイの 3 回の処理による光消費量を 2 回の実験で比較すると、2 回目の実験のエネルギー利用効率は 1 回目の実験よりも低かった。２回目の実験におけるレタスＣＫおよびＬＢ補助光処理群の光エネルギー利用効率は、１回目の実験よりもわずかに低かった。この原因としては、定植後 1 週間以内の日平均気温が低いため、育苗期間が長くなり、実験中に若干気温が回復したものの、その範囲は限定的であり、全体としては日平均気温が低かったためと推察される。これは、葉物野菜の水耕栽培における全体的な成長サイクル中の光エネルギー利用効率を制限します。（図1）。

実験中、養液プールには加温装置が設置されていなかったため、水耕栽培の葉物野菜の根環境は常に低温レベルにあり、1日の平均温度が制限され、野菜の能力を十分に発揮できませんでした。 LED補助光の増設により、1日の積算光量が増加しました。このため、冬季にハウス内に光を補う場合には、光補うことによる生産量増加効果を確保するため、適切な保温・加温対策を考慮する必要があります。したがって、冬期ハウスにおける光補填効果と収量増加を確実にするためには、適切な保温・温度上昇対策を検討する必要がある。LED補助光の使用は生産コストをある程度増加させますし、農業生産自体が高収量産業ではありません。そこで、冬季ハウス水耕葉物野菜の実際の生産において、補助光戦略を最適化し他の施策と連携させ、効率的な生産を実現し、光エネルギー利用効率と経済効果を向上させる補助光設備の活用方法について検討する。 、さらに実稼働実験が必要です。

著者: Yiming Ji、Kang Liu、Xianping Zhang、Honglei Mao (上海グリーン キューブ農業開発有限公司)。
記事の出典：農業工学技術（施設園芸）。

参考文献:
[1] Jianfeng Dai、フィリップスの温室生産における園芸用 LED 応用の実践 [J]。農業土木技術、2017、37(13):28-32
[2] Xiaoling Yang、Lanfang Song、Zhenli Jin、他。保護青果物に対する光補填技術の適用状況と展望[J]。北方園芸、2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu、Zhigang Xu、Xuelei Jiao、他。植物照明の研究応用状況と開発戦略[J]。照明工学ジャーナル、013、24 (4): 1-7
[4] Jing Xie、Hou Cheng Liu、Wei Song Shi、他。温室野菜生産における光源と光の品質管理の応用 [J]。中国野菜、2012 (2): 1-7