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照明点灯時間 連続光の是非

植物は昼も夜も生長する。

必ずしも、昼は栄養をため込むだけで、夜のみに生長するというような明確な分業体制が敷かれているわけではない。
だから、夜が無いと生長のための時間がとれない、というのはちょっとウソ。

夜は、昼間に同化器官にため込まれた栄養を植物体の各所に分配している、というのは、事実。まあ、昼にも栄養の輸送を一切やってないわけではないが。

昼と夜がいい塩梅で設定されないと、光合成による栄養の生産と、生産した栄養の輸送のバランスがとりにくくなる、だから調子を落とすことがある、というのは妥当と言えば妥当。



絶え間ない連続光で調子を落とす植物もあれば、そうでもない植物もある。

連続光の是非を語るときには、照明の強度や、育成しようとする種のことをセットにしておかなければ、意味は無さそう。


充分な照度での連続光では、光合成の効率が下がってくる種が結構ある。
もちろん特に障害らしい障害が出てこない種もあるが、一般論としては、連続光は何かしらの障害をもたらしうると認識しておいてよさそう。

光合成効率低下の要因は、気孔開度の低下でガス交換がうまくいかないとか、過剰に生産・蓄積したデンプンのせいで葉緑体の構造に影響が出そうになったりとか、光合成をドライブさせる酵素の活性が低くなったりとか、活性酸素が体内に増えて体内を傷つけるとか、様々な理由がある模様。
しかも植物種によってどういう理由がメインになるかは、さまざま。
一概にこうとは言えない感じ。


しかし、光合成効率×照射時間=光合成の成果(栄養の蓄積、生長)と考えると、必ずしも連続光の方が生長が悪いとは言えない。
極端な話だが、光合成効率が半減しても、照射時間を倍にしていれば、プラマイゼロということに(理屈上)なる。

むしろ、光障害が生じにくいような、絶対的な光量が少ない場合は、連続光の方が生長が良かったりすることがある。
植物工場黎明期では、パワーの無い、しかし安価な赤色LEDの長時間照射をやってたりした。



昼夜それぞれの長さは繁殖にも影響する。

連続光下で花芽形成が進む種もあれば、暗い時間が長くなってくると花芽形成が進む種もある。


結局、植物に夜が必要かどうか、照明の点灯時間をどうセットすべきかは、照明の強度と各植物種の特性によるところが大きい。


これらは陸上の農林作物に関しての知見。
トマトやインゲンやジャガイモ、ホウレンソウなど身近な野菜とか、用材として流通する一部の樹木に対する実験から得られたもの。


しかし、水草においても共通する考え方だろう。

連続光はデメリットが大きいとする人、点けっぱなしでも問題ないという人、双方がいるが、これは照明の強度とか育成使用としている種とか、点灯時間以外の要素が抜けているから、相反するように見えるだけ。多分。

おそらく実際は、強度の照明を使用している人は連続光による障害を体験し、弱い照明を使用している人は連続光で好調な生育を体験しているとか、そういうもんだと推測。

生物を取り巻く環境は多元的なのだから、点灯時間という要素のみをもっていろいろ議論しても意味なし。


残念なことに、アクアリウム用として流通している水草に対して、野菜等と同様の研究をした例は殆どない模様。

頼りになる情報は、大半が経験則。詳細なデータを伴わない、おおざっぱなもの。

だから、誰かの経験則をベースに、自分の水槽の環境を踏まえてカスタマイズすることが必要。
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光合成

植物が光合成をしているのは周知の事実。

屋内で人工光源を用いて植物を成育させる場合、その光合成をいかに効率よく、あるいは最大限にドライブさせるかを考えていくことになる。

そうすると、光合成の立役者:葉緑素に含まれるクロロフィルが、どんな波長の光をメインに吸収しているかというところに考えが至る。

そこでクロロフィルを抽出してどんな波長をよく吸収するのか調べると、赤(660nm)と青(470nm)の波長のところにピークがあることがわかったりする。

赤と青の間には緑色の波長もあるのだが、そもそも植物が緑色なのは緑の波長の光を反射しているからで、すなわち光合成には対して役に立ってないのだ、と結論付けちゃったりする。

そんなこんなで、植物育成時の人工光源には、青や赤の波長の光が多いものが用いられる。
赤色LEDと青色LEDのみを用いたLED育成灯などは、その最たるものである。


が、東大の植物生態研・寺島さんの研究結果を見ると、上記のような考え方は必ずしもベストとは言えない模様。

過程をすっ飛ばして結論を急ぐと、弱い光の下では赤色光の効率が良いが、強い光の下では、むしろ緑色の光が光合成に貢献するとのこと。

葉っぱは薄っぺらいが、何層もの細胞からできている。赤や青の光はさっさとクロロフィルに吸収され、葉っぱの表面近くで止まってしまう。
一方、緑色の光は吸収されにくいゆえに、葉っぱの奥深くまで到達する。で、葉っぱの中を反射して何度も行き来して、光合成に使われる。

語弊はあるが、赤や青の光が強烈な一発屋なら、緑の光はロングセラーという感じか。総売り上げではロングセラーの方が勝ることがあるのは当然の話。そういうことらしい。

なお、緑の波長は植物に反射されるというのは半分間違いだ。緑の波長も吸収されるが、赤や青ほどには吸収されず反射されちゃうというイメージの方が正確だ。


ということは、あまり照度を稼げないような場合とか、意図的に照度を下げたい場合なんかでは、赤や青に振った方が効率がよさそうだ。
が、十分明るい照明を用意できるのなら、緑色の光も取り入れた方が良いということになる。

そうなると、パワーLEDを用いた超強力な育成灯を創るなら、赤と青だけでなく、緑のLEDも混ぜておくと光合成を一層効率的にドライブできるかもしれない。

3波長がそろうことになり、見た目にも普通の白色光に近づくはずだから、鑑賞の面でも具合がよさそうだ。

実践してみたいがお金も暇もないので、先送り。

反射材

水槽照明を効率よく水槽内に導くべく、フードなどを改良・付加することが多い。

効率を求めるなら、反射率の高い素材を用いるべき。

最も高い反射率を誇るのはレーザー部品などで使われるもので99.99%とか。
光学屋さんの領域で、素人が簡単に入手できるものではなさそう。しかも高そう。
イオンビームスパッタリングで超高反射率を実現!とか言われてもよくわかんない。無理。


そこそこ一般的な材料の反射率の一覧は、

http://www2.panasonic.biz/es/lighting/sekkei/pdf/cc0412.pdf

↑こんなところに転がっている。


なるべくまっすぐ水槽へ光を投じたいなら…銀や電解研磨でピカピカにしたアルミ。とても身近なものとは思えない。というかアルミの電解研磨面は酸化してすぐにくすみそう。あまり現実的ではない。

多用されるアルミホイルは…アルミ:70~75%、アルミ箔20~30%、どちらに該当するだろうか。
箔になると反射率が下がるのは、表面処理上の問題と、薄い箔を幾分か光が透過するからか。
アルミホイルは箔と言えば箔だが、そんなに薄くもないので、アルミ地金と同等で扱っていいだろうが。
どちらにせよ、イメージと違いあまり効率がよくない。

拡散光でよければ、白系の素材が健闘している。

灯器反射面の白い塗装も、意外とよいのかも。


2012年、富士フィルムが反射率95%で、かつ軽量な樹脂フィルム状のミラーを開発している。太陽光発電やLED照明の反射材用途に使えるよう、早い時期の実用化を目指すと発表していた。

こういうのが安価に入手できるといいな。

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