屋内 LED 育成ライトガイド - 知識

PAR (光合成活性放射線) は、植物が光合成に利用する 400 ～ 700 ナノメートルの特定の波長範囲内の放射線を指します。植物が感知する光の波長範囲は人間の目で認識される波長範囲とは異なり、光の強さを表す単位も異なります。人間の目は黄-緑色の光に対してより敏感であり、光の強さはルーメン（lm）とルクス（lx）で測定されます。対照的に、植物は赤色光と青色光により敏感であり、その光の強度はマイクロ-モル/秒（μmol/s）とマイクロ-モル/平方メートル/秒（μmol/m²/s）で定量化されます。

植物は光合成のために主に 400 ～ 700 nm の波長スペクトル内の光に依存しています。これはまさに私たちが一般に光合成活性放射 (PAR) と呼ぶものです。 PAR は 2 つの単位で表されます。

光合成放射照度(W/m²)、主に自然太陽光下での光合成の研究に使用されます。

光合成光子束密度 (PPFD)(μmol/m²/s)。これは主に、植物の光合成に対する人工光源と自然太陽光の両方の影響に関する研究に適用されます。

PPFD は、特定の照射面上で 1 秒あたりに受信した光子の数 (PAR 範囲内)、つまり光合成光子束密度をμmol/m2/s の単位で表します。これは光合成と植物の成長に直接影響を与えるため、植物照明システムの実際の照明効率を評価するための重要な指標です。図に示すように、1- 平方メートルの表面で 1 秒あたりに受信される光子の数は 33 μmol/m2/s です。

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PAR は、植物が光合成に利用する放射エネルギーを測定します。 PPF は、光源によって 1 秒あたりに放出される光合成活性なフォトンの総数を定量化しますが、これらのフォトンが植物の表面に到達するかどうかを直接示すものではありません。

PPFD (光合成光子束密度) は、照明システムの全体的な光子出力を測定するだけでなく、さまざまな光源が植物の成長に与える影響も評価するため、植物照明において非常に重要です。 PPFD が高いほど、光合成速度が増加し、植物の収量が増加します。 PPFD は植物に到達する実際の光の強度を評価するために使用され、植物の生育環境を最適化するための重要な指標として機能します。

添付の図は、Benwei LED が製造した 2895.35 μmol/s の光合成光子束 (PPF) を備えた 1000W 折りたたみ式 LED 植物育成ライトのテストレポートを示しています。

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280～315nm: 形態学的および生理学的プロセスへの影響は最小限です。

315 ～ 400 nm (UV-A)：クロロフィルの吸収が少ないと光周効果に影響を及ぼし、茎の伸長を阻害します。

400 ～ 520 nm (青色光): カロテノイドに対するクロロフィルの最も高い吸収率は、光合成PMCに最も大きな影響を与えます。

520 ～ 610 nm (緑色光)：色素の吸収率が低い。

610 ～ 720 nm (赤色光): クロロフィルの吸収率は低いですが、光合成と光周期効果に大きな影響を与えます。

720 ～ 1000 nm (遠赤から近赤外)：吸収率が高く、細胞の伸長を促進し、開花と種子の発芽に影響を与えます。

>1000nm（赤外線）：熱エネルギーに換算。

青色や赤色の光以外にも、緑色、紫色、紫外線などの他のスペクトルも植物の成長に一定の影響を及ぼします。緑色の光は葉の早期老化を遅らせるのに役立ちます。バイオレットライトは色と香りを高めます。紫外線は植物の代謝産物の合成を調節します。これらのスペクトルの相乗効果により、自然光環境をシミュレートし、健全な植物の成長を促進します。

フルスペクトル照明の利点は遠赤色光にあり、二重光ゲイン効果 (エマーソン効果) が可能になります。フルスペクトル範囲は 400 ～ 800 nm で、660 ～ 800 nm を超える遠赤領域だけでなく、500 ～ 540 nm の緑色成分もカバーします。実験では、緑色成分が光の透過を高め、量子効率を向上させ、それによってより効率的な光合成が達成されることが示されています。「二重光利得効果」に基づき、波長が 685 nm を超える場合に 650 nm の赤色光を追加すると、量子効率が大幅に向上し、これら 2 つの波長を単独で使用した場合の効果の合計を超えることがあります。 2 つの光の波長が共同して光合成効率を高めるこの現象は、二重光利得効果またはエマソン効果 PMC として知られています。

植物育成ライトは、380 ～ 800 nm の波長範囲をカバーする適切なスペクトル比で設計されています。自然光を補いながら、植物の成長に必要な理想的なスペクトル比を提供します。これにより、植物はより健康で豊かになり、あらゆる成長段階に適し、水耕栽培と土壌栽培の両方に適用できます。屋内庭園、鉢植え、育苗、繁殖、農場、温室などに最適です。

クロロフィル a と b は、それぞれ 660 nm (赤色光) と 450 nm (青色光) に吸収ピークを持っています。結合された赤と青の光は、光合成のコアスペクトル範囲を正確にカバーし、光エネルギー変換効率を 20% 以上高めます。赤色光は光化学系 II を活性化し、青色光は光化学系 I を駆動します。それらの相乗効果により、光依存性反応中の ATP と NADPH の生成が加速され、カルビンサイクル (光非依存性反応) に十分なエネルギーが供給されます。

青色光は、茎の伸長を抑制し、葉の肥厚を促進し、機械的強度を高めることにより、植物のコンパクトさを高めます。赤色光は茎の伸長を刺激し、生殖成長を促進します。この 2 つを組み合わせることで、植物の構造と収量のバランスが取れます。青色光はビタミンやアントシアニンなどの二次代謝産物の蓄積を促進し、赤色光は可溶性糖含量を増加させます。光を組み合わせることで、栄養素と風味化合物PMCの両方の合成が最適化されます。

苗の段階の葉物野菜の場合、茎と葉の成長を促進するには、より高い青色光比率 (4:1 ～ 7:1) が必要です。開花および結実の段階では、より高い赤色光比 (9:1) に切り替えると収量が増加します。

フルスペクトルの光源と比較して、赤と青を組み合わせた光は有効な波長範囲に焦点を当て、非有効なスペクトルによって引き起こされるエネルギー消費を削減し、その結果、電気エネルギー単位当たりのより高いバイオマス収量を達成します。

インテリジェントな制御システムは、紫外線波長を統合して、根の発達、苗の伸長抑制、花の色の向上などの複合機能を実現できます。たとえば、多肉植物は、ダイナミック調光テクノロジーにより、コンパクトな植物の形状と鮮やかな色を実現できます。

以下は、設計または調達の参考として、さまざまな植物に共通する赤と青の光の比率です。

1.レタス、ほうれん草、白菜などの葉物野菜や広葉樹の観葉植物に適しています。

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2.多肉植物など、成長サイクル全体を通して補助照明を必要とする植物に適しています。

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3.トマト、ナス、キュウリなどの開花結実植物に適しています。

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自然光は通常、作物の健全な成長に必要な条件を満たせません。 LED 栽培ライトを使用すると、作物の成長傾向を効果的に制御し、収量を増やすことができます。温室、垂直農業システム、またはその他の屋内施設で野菜、果物、花を栽培する場合でも、LED 栽培ライトは、それぞれの作物の特定の特性に合わせた最適なケアを提供できます。 Sena Optoelectronics が製造する LED 育成ライトは、均一な作物の成長を促進し、それによって作物の品質と収量を向上させることが証明されています。

実験研究では、補助照明によって光環境が改善され、植物の茎の長さ、茎の直径、葉の大きさが大きくなることが示されています。光を補充した後、実際の光強度をそれに応じて調整して、全体的な光エネルギー利用効率を向上させることができます。作物の収量は約 25% 増加し、水の利用効率は 3.1% 増加します。

また、冬季にハウス内でLED補助照明を使用する場合、補助照明効果を最大限に高めるためにはハウス温度を適切に管理する必要があり、暖房エネルギー消費量が増加する可能性があります。これは、LED補助照明戦略を包括的に最適化し、温室の生産効率と経済的利益を向上させるのに役立ちます。補助照明の一般的な形式は次のとおりです。a) 赤色-青色光の組み合わせ: 赤色光 (660nm) はクロロフィル合成、開花、結実を促進し、青色光 (450nm) は茎と葉の成長を促進します。両方を組み合わせることで光合成効率が向上します。b) フルスペクトルライト: 自然光をシミュレートし、長期的な補助照明のニーズに適しており、植物の過剰な伸長や抵抗の低下を防ぎます。c) キセノンランプ: 光の強度は自然光に近く、価値の高い植物に適していますが、大量の熱を発生し、大量のエネルギーを消費し、コストが高くなります。-

曇りや雨の日には、一日中補助照明を提供する必要があります。自然光が減少する晴れた日には、午後 3 時から 4 時以降に照明をオンにすることができ、1 日の合計照明時間が 10 ～ 12 時間に制御されるようにします。 16 時間を超えて連続的に補助照明を当てると、葉縁焼けや黄変を特徴とする光阻害が発生する可能性があります。

周囲温度が 15 度以上の場合は補助照明を導入する必要があります。気温が低いと光合成が阻害されます。冬や自然光が不十分な場合は、補助照明時間を 14 時間まで延長できますが、植物の種類に応じて調整する必要があります。

自然光の強度が 100 μmol/m²・s を下回る場合は、光合成光子束密度 (PPFD) を 200 ～ 1000 μmol/m²・s に維持するために補助照明を作動させる必要があります。光センサーを使用して葉上の光の均一性を監視し、局所的な過剰照射や不十分な照明を回避する必要があります。-葉への紫外線によるダメージを防ぐために、高強度の光源を遮光カーテンや調光器と組み合わせて使用する必要があります。-

バルコニーや屋内の植物（クモ植物やクロロフィツムコモサムなど）の場合は、低電力 LED 補助照明を 1 日あたり 8～12 時間使用することをお勧めします。{0}

温室では、自動システムを統合して、植物の高さに応じて補助照明の高さを動的に調整することで、エネルギー消費を削減できます。科学的な照明設計と正確なメンテナンスを組み合わせることで、緑の植物は生き生きとした外観を維持し、成長を促進できます。補助照明の効果の改善は、温度と水、肥料の管理と組み合わせて最適化する必要があります。{2}}

自然光が不十分な屋内施設で複数の作物を栽培する場合、植物の成長を促進し、健全な発育を促進するために LED 育成ライトがよく使用されます。屋内で野菜や果物を栽培している場合でも、LED 栽培ライトは自然光を補い、スペクトル構成を最適化し、過剰な熱を発生させることなく光の強度を高めることができます。

さらに、LED照明はエネルギー消費を削減しながら明るさを効果的に高めます。葉物野菜の栽培に合わせたグローライトを選択すると、栽培者は味の向上、栄養価の向上、保存期間の延長などの作物の固有の特性に対応しながら、単位面積あたりの収量を増やすことができます。-照明装置が異なればスペクトル範囲と光の強度が異なり、葉物野菜の成長と発育に直接影響します。一般に、青と赤の光を組み合わせた育成ライトが最適です。

栄養成長段階（茎と葉の発育段階）にあるほとんどの葉物野菜では、赤色光と青色光の比率を 4:1 にすることが推奨されます。-この比率は、光合成を促進する赤色光の役割と、葉の形態を制御する青色光の利点のバランスをとります。たとえば、レタスやほうれん草などの一般的な葉物野菜は、この光比の下で効率的な炭水化物の蓄積と調整された茎葉の成長を実現します。{6}

屋内葉物野菜栽培の赤色光-青色光の比率は、成長段階に応じて動的に調整する必要があります。

苗段階

青-光優勢フェーズ: 赤-対-の青光の比率3:1 ～ 5:1が最適です。青色光の割合を 30% ～ 50% に増やすと、根の発育と葉の分化が促進され、茎の過度の伸長が防止され、苗の活力が大幅に向上します。

高度成長期

赤-強化フェーズ: 赤-対-青の光の比率を徐々に調整して、4:1 ～ 5:1。赤色光 (630 ～ 660 nm) の割合を増やすと、光合成速度が高まります。 200 ～ 300 μmol/m2/s の光強度と組み合わせると、1 日の成長速度が 30% 以上増加します。

-収穫前段階

遠赤色光サプリメント-: 4:1 のコアスペクトル比を維持しながら、少量の遠赤色光 (720 ～ 740 nm) を追加できます。-。これにより、葉の拡大と細胞の伸長が促進され、葉物野菜の生重と市場性が高まります。

複数の-収穫品種（例：ニラ、空心菜）：栄養素の枯渇を避けるために、安定した4：1の比率を維持してください。

高-クロロフィル品種(ケールなど): 青色光の割合を 25% ～ 30% に増やして、色素の合成を強化します。

注記: 実際のアプリケーションでは、スペクトル調整可能な LED 植物育成ライトを選択することをお勧めします。 -葉の厚さや茎の硬さなどの形態学的指標を参照基準として使用し、特定の作物の品種や栽培環境に基づいて照明設定を微調整します。

人間が食べ物の好みを持つのと同じように、さまざまな野菜には、その成長サイクル全体にわたって異なるスペクトル要件があります。たとえば、葉物野菜は、成長サイクル全体を通じて比較的高い割合の青色光を必要とします。青色光は葉の成長を刺激し、その結果、より青々とした緑の葉が生まれます。-たとえば、十分な青色光は、レタスやホウレンソウの幅広で柔らかい葉の発達に役立ちます。ピーマンやトマトなどの結実する野菜の場合、赤色光は開花および結実の段階で重要な役割を果たします。赤色光は花芽の分化を刺激し、結実を促進し、より大きくてふっくらした果実を生産します。成長ライトを購入するときは、必ず製品のスペクトルパラメーターを確認し、野菜の特定の成長ニーズを満たすためにスペクトル比を柔軟に調整できるモデルを選択してください。

光の強度、測定単位PPFD (光合成光子束密度)単位はμmol/m²・sで、グローライトの性能を示す重要な指標です。葉物野菜は十分な光を必要としますが、過度の光強度や長時間の曝露は生育に悪影響を与える可能性があります。

一般に、1 日の光の持続時間はおよそ次のように制御する必要があります。10～12時間。苗は繊細なので、必要な光の強さは次のとおりです。80～150μmol/m²・s優しいケアとしっかりとした成長を保証します。野菜が急速な成長段階に入ると、光強度の需要が-前後に増加します200～400μmol/m²・s光合成の要件を満たし、活発な成長に十分なエネルギーを提供するために必要です。開花結実の段階では、野菜によっては、500μmol/m2・s果実の発育を促進します。

したがって、LED 植物育成ライトを選択することが重要です。調整可能な光強度範囲さまざまな野菜の成長段階の要件に適合します。

グローライトは植物に照明を提供しますが、栄養素と水の供給も同様に重要です。レタスを栽培する場合、その成長と発育を確実にするために、適切な量の養液と水を供給する必要があります。窒素肥料（大豆肥料など）を適度に補給すると、クロロフィルの合成が促進されます。また、クロロフィルの中心成分であるマグネシウム-も定期的に補給する必要があります。-

また、分解したナッツの殻（ヒマワリの種の殻など）を土壌に加えると、通気性が向上し、根の吸収能力が高まります。また、高温多湿による病気の予防のため、換気やガス調整（二酸化炭素濃度の上昇）、温湿度管理（50～70％RHの維持）を行う必要があります。

植物育成ライトは、出力とそれに対応する光の強度が異なります。植物育成ライトを選択するときは、取り付け高さを考慮してください。-高出力補助ライトは通常、比較的高い光強度を提供します。-

一般に、光源が植物に近づくほど、PPFD (光合成光子束密度) が高くなり、植物はより効果的な照明を受けることができます。ただし、育成ライトからの距離が増加するにつれて、光の適用範囲は拡大しますが、それに応じて光の強度は減少します。専門的な光学設計を行わない植物育成ライトは、中心照度と周辺照度の間に大きな差があり、不均一な補助照明や光エネルギーの無駄が発生する傾向があります。