計算中水耕栽培 LED ライトの PPFD 要件: 葉物作物と結実する作物
導入
PPFD (光合成光子束密度) は、水耕栽培システムにおける育成光のパフォーマンスを評価するための基礎となる指標です。 μmol/m²/s で測定され、1 秒あたりに植物の表面に到達する光合成活性光子 (400-700nm) の数を定量化します。この記事では、PPFD ニーズを計算するための段階的な方法論を提供し、葉物野菜と結実野菜の大きな違いを分析します。-
パート 1: PPFD 要件の計算
ステップ 1: 作物-固有の DLI を決定する
Daily Light Integral (DLI) は、毎日配信される光子の総量 (mol/m²/日) を表します。参考値：
葉物野菜（レタス/ケール）: 12-17 mol/m²/日
結実作物（トマト/ピーマン）: 20-30 mol/m²/日
ステップ 2: DLI をターゲット PPFD に変換する
次の式を使用します。
例:
14 DLI、16 時間の光周期のレタス:
14 ÷ (16 × 0.0036)=243 μmol/m²/s
DLI 25、光周期 18 時間のトマト:
25 ÷ (18 × 0.0036)=386 μmol/m²/s
ステップ 3: システム効率を調整する
以下を考慮します:
反射率の損失(垂直農場では 10 ～ 20%)
キャノピー貫通（下葉は30～50％削減）
実践的なヒント: 計算された PPFD に安全マージンとして 1.3 倍を掛けます。
パート 2:葉物作物と結実作物の主な違い
1. 強度要件
| パラメータ | 葉物野菜 | 結実する野菜 |
|---|---|---|
| 最適なPPFD | 200-300μmol/m²/s | 400-600μmol/m²/s |
| ピークPPFD | 最大 400 (赤葉品種)- | 最大 800 (温室トマトなど) |
技術的な洞察: 結実する作物は、次の理由により開花/結実段階で 2 ～ 3 倍の PPFD を必要とします。
果物の発育のためのより高い炭水化物需要
葉肉層が厚いため、光の透過が減少します。
2. 分光感度
葉物野菜:
コンパクトな形態を実現するには、青色が豊富なスペクトル（青色 20～30%、450nm）を優先します-
例: バターヘッドレタスは、450+660nm 未満で全スペクトルと比較して 15% 速い成長を示します
結実する作物:
日陰回避反応を引き起こすには遠赤（730nm）が必要です-
データ: 15% 730nm を追加すると、トマトの収量が 22% 増加します (HortScience、2021)
3. 光周期の相互作用
葉物野菜:
最大 18 時間の光で収量が直線的に増加 (216 μmol/m²/s での DLI=14)
結実する作物:
エチレン規制には暗期が必要
最適なサイクル: 12 時間 @ 600 μmol/m²/s (DLI=26) ピーマンの場合
パート 3: 実装戦略
葉物野菜用（NFTシステム）
ライトのセットアップ:
1平方メートルあたり120～150WのLEDバー
高さ: キャノピー上 30-50cm
スペクトル: 450nm (20%) + 660nm (80%)
経済的利益:
PPFD を 300 μmol/m²/s から 200 μmol/m²/s に削減すると、収量の低下はわずか 8% で 33% のエネルギーが節約されます。
結実作物用（DWCシステム）
ライトのセットアップ:
1 平方メートルあたり 300 ～ 400 W の LED パネル
高さ: 40-60cm (調節可能)
スペクトル: 450nm (15%) + 660nm (70%) + 730nm (15%)
技術ノート:
可動ライトを使用して、垂直結実ゾーン全体で均一な PPFD を維持します
結論
正確な PPFD 計算には、作物{0}}固有の DLI ターゲットとシステム{1}}固有の調整が必要です。葉物野菜は 200-300 μmol/m²/s で生育しますが、果菜類は遠赤を追加して 400～600 μmol/m²/s を必要とします。最新の LED システムには以下を組み込む必要があります。
動的スペクトル制御
リアルタイム PPFD モニタリング センサー
光周期-プログラマブル コントローラ
