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光合成を促進するためには?生育の効率を高め、収量増加や品質向上を目指す

光合成を効率よく行うためには、やみくもに二酸化炭素を施用したり温度を上げたりすればいいわけではありません。その環境の中でどの要素が光合成に制限をかけているのかを知る必要があります。まずは施設内の環境がどうなっているのか調べ、足りない要素を補って、生育に適した環境を整えましょう。


光合成のイメージ

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植物は光合成によって得たエネルギーや根から吸収した養分によって体を維持したり生長したりしています。光合成を促進することができれば効率よく生育を行うことができ、収量増加や品質の向上が期待できるため、農業現場で注目されています。

植物に欠かせない光合成

植物の芽
出典:写真AC
作物に欠かせない光合成ですが、まずはその仕組みや農業現場での「光合成」について見ていきましょう。

光合成の仕組み

光合成のしくみ
llustration:umi
太陽の光を用いて二酸化炭素と水から糖類を合成し、酸素を排出する働きを光合成といいます。
作物は合成した糖類を養分にして生育します。

農業現場での「光合成」

農業現場では光合成を促進するために環境の管理が行われています。光合成促進は、光合成に足りない要素を供給したりコントロールしたりする必要があるため、天気などに直接影響を受ける露地栽培よりも閉鎖的で環境の制御がしやすい施設栽培で効果的に行うことができます。

光合成の促進で得られるメリット

メリット
llustration:umi
光合成を促進することで、考えられるメリットはどのようなものでしょうか。

単位面積当たりの収量を高める

必要な要素を補い光合成を促進することができれば作物の生育が促進され、その結果として単位面積当たりの生育量(収量)を高めることができます。

作物の品質を高める

キクでは施設栽培において栽培期間中での二酸化炭素の施用で葉数や切り花の重量の増加などによる品質の向上や日持ちが長くなったり(※1)、ガーベラでは施設を締め切る時期や時間帯での二酸化炭素の施用によって切り花の品質や収穫量が増加したり(※2)といった報告がされています。

※1 福岡県農業総合試験場 特別報告 第13号(平成11年3月)
※2 あたらしい農業技術 No620(平成29年3月)

施設栽培において「光合成」に必要な6つの要素

施設栽培
出典:写真AC
光合成を促進するためには、栽培環境で足りていない要素を補い効率を上げることが必要です。
▼環境制御についてはこちらをご覧ください。

1. 二酸化炭素

光合成に必要な二酸化炭素を人為的に供給します。

二酸化炭素を供給する機械

ITEM
ネポン 光合成促進機 グロウエア
特殊設計により完全燃焼し、純良なCO2を供給し作物へ悪影響がありません。時間を合わせるだけのかんたん操作(タイマ式)です。別売のCO2コントローラを使うと濃度による運転もできます。

・電源:AC 100V単相
・CO2発生量:4.29㎏/h
・供給面積:530~860m2(160~260坪)
・燃料:JIS 1号灯油
・燃料消費量:1.7L/h

▼施設栽培での炭酸ガス施用についてはこちらをご覧ください。

2. 酸素

酸素によって根の働きを活性化し、光合成や生育に必要な水や肥料の吸収を促します。

酸素資材

ITEM
オキソパワー5
約5カ月と酸素供給期間が長い粒状タイプ。元肥として土壌混和して使用します。

内容量:10kg

ITEM
M.O.X
即効性の酸素を放出する液体タイプの酸素供給剤です。 根の吸収を助け、根張りを良くします。

・内容量:10kg

3. 飽差(温度と湿度)

「飽差」は作物の気孔の開閉や蒸散に影響を与える要素で、同じ温度であっても湿度の違いによって異なります。

飽差とは

1立米の空気の中に、あとどれくらい水蒸気を含む余地があるかを示すのが飽差です。作物にとって適正な飽差は3~6g/m3とされていますが、適正な飽差を保つことよりも急激に変化し気孔を閉じてしまわないようにすることが大切だといわれています。飽差が急激に変化しないよう、温度や湿度を管理する必要があります。

飽差表(g/m3)

相対湿度(%)
95908580757065605550
気温(℃)150.61.31.92.63.23.94.55.15.86.4
160.71.42.02.73.44.14.85.56.16.8
170.71.42.22.93.64.35.15.86.57.2
180.81.52.33.13.84.65.46.27.78.5
190.81.62.43.14.14.95.76.57.38.2
200.91.72.63.54.35.26.16.97.88.7
210.91.82.83.74.65.56.47.38.39.2
221.01.92.93.94.95.86.87.88.79.7
231.02.13.14.15.16.27.28.29.310.3
241.12.23.34.45.46.57.68.79.810.9
251.22.33.54.75.86.98.19.310.411.5
261.32.53.74.96.17.48.59.810.912.2
271.32.73.95.26.47.79.010.311.612.9
281.42.84.25.66.78.29.510.912.313.6
291.42.94.25.87.38.610.111.513.014.4
301.53.04.76.27.69.110.612.113.615.2
 

▼湿度管理についてはこちらをご覧ください。

4. 風

施設内は閉め切っている状況では無風状態になります。施設内で空気の流れが起きることによって、葉が吸収できる二酸化炭素の効率を上げることができます。

循環扇の活用

▼循環扇についてはこちらをご覧ください。

5. 光

光の調節
出典:写真AC
光合成に必要な光を補ったり、適切な光を供給できるように調整します。

LEDを用いた補光

トマトやぶどうなどでLEDを用いて光を補い栽培を行っている場合もあります。

資材による光の調整

▼遮光シートや遮熱資材についてはこちらをご覧ください。

6. 肥料

光合成の効率が上がると、肥料の吸収が良くなります。栽培途中に肥料が不足しているようであれば、速効性である肥料を施用するなどして対処する必要があります。栽培途中にECメーターなどを活用して簡易的に土壌診断を行っても良いでしょう。

葉緑素を増やす液体肥料

ITEM
ペンタキープ ハイパー Hyper 5000
植物の光合成を高める5-アミノレブリン酸を配合した液状肥料です。5-アミノレブリン酸は植物や動物の体内にある大切なアミノ酸で、光合成を行う場所である植物体内で葉緑素の元となります。

内容量:800ml(1.05kg)
有効成分:L-アルギニン 5-アミノレブリン酸
(肥料成分は窒素8%、水溶性リン酸6%、水溶性カリ4%、水溶性苦土4%、水溶性マンガン0.11%、水溶性ホウ素0.17%)


▼肥料の種類や効き方についてはこちらをご覧ください。
▼土壌診断についてはこちらをご覧ください。

光合成の促進の前にやるべきこと!

やること
出典:写真AC
光合成を効率よく行うためにはやみくもに二酸化炭素を施用したり温度を上げたりすればいいわけではありません。その環境の中でどの要素が光合成に制限をかけているのかを知るために、まずは施設内の環境がどうなっているのかを調べる必要があります。

施設内の環境を調べてデータを取る

同じ施設内でも場所や一日の中で温度や湿度などは変化します。そのため、施設内のいくつかの場所でデータを継続して記録できるもの(残せるもの)がおすすめです。

センサーや測定器が用いられますが、温度、湿度など単一の項目を調べるものや複数の項目を一つの機械で調べられるものなど種類があります。施設内の何が知りたいのかや導入にかけられるコストなどを考慮して選びましょう。
これらのセンサーはデータを記録するだけでなく、各種発生機などと接続することにより温度や湿度、二酸化炭素などを制御できるものもあります。

データは継続して取る!
光合成促進の前だけでなく、必要な要素を補っている間にもセンサーや測定器を用い継続してデータを取りましょう。継続してデータを取ることで、補った要素がどのように推移・変化しているかを見ることができるので、どのように施用すれば効率的であるかを考える材料となります。


環境データを測定する機器

温度を2chで測定

ITEM
T&D おんどとり TR-71wb
2chあるセンサーで温度を測定、記録する無線LANタイプのデーターロガーです。クラウドを活用することでデータの自動収集などの機能が使えます。また電池でも動くタイプなので設置場所を選びません。

・測定対象:温度2ch、湿度
・測定範囲:-40~110℃
・本体の動作環境:-10~60°C(温度)、90%RH以下(湿度)結露しないこと
・通信:無線LAN、USB通信、Bluetooth 4.2

CO2 、温度、湿度を測定

ITEM
CHC CO2モニター マーベル003
CO2濃度を見える化するだけでなく、温度や湿度も測定できます。測定したCO2濃度・温度・湿度のデータの記録を可能にしたデーターロガー内臓式です。測定間隔を1~60分間で設定可能です。

・測定対象:CO2濃度、温度、湿度
・測定条件:0~3,000ppm
・使用条件:0~50℃(温度)、95%HR以下(湿度)
・電源:DC5V ACアダプター

環境データを測定し制御する機器

メーカー商品特徴
デンソープロファームコントローラーハウス外(風向風速、雨、日射、温湿度)とハウス内(温湿度、CO2、水分)を測定し、複合的に環境を制御する
ネポン環境制御盤設定した温度に応じ換気窓の開閉するシンプルなタイプから、温度、温湿度、日射、CO2 、雨、風を測定し複合的に制御するタイプまで、栽培状況に応じて選択できる
CHC施設園芸用CO2コントローラーCO2を測定し、測定値に応じてCO2発生機やCO2ボンベを制御する
ITEM
CHC 施設園芸用CO2コントローラー SA-K03
世界で初めてゼロ濃度差CO2施用対応したCO2コントローラ。ゼロ濃度差CO2施用と高濃度CO2施用を自動に切替、制御できます。CO2ボンベ、燃焼式CO2発生器に対応可能です。

・表示:CO2濃度ppm(室内・室外)、CO2バルブ(発生器)
・測定範囲:0~3,000ppm
・使用条件:湿度0~50℃(温度)、95%HR以下(湿度)


▼環境制御についてはこちらをご覧ください。

光合成促進を行う際に考えられるデメリット

デメリット
出典:写真AC
光合成促進を行うにあたり、考えられるデメリットを見ていきましょう。

導入や維持にコストがかかる

施設内の環境を測定するセンサーや測定器、また光合成に必要な要素を補うためにさまざまな設備が必要となるため導入や維持にコストがかかります。

管理が難しい

足りない要素を補うだけではなく、それぞれの要素を複合的に管理しなければいけないため管理が難しくなります。また作物の違い、施設環境や栽培時期によっても管理は異なるうえに、まだよくわかっていない部分もあるため難しい技術といえます。

センサーのメンテナンスが必要

センサーには寿命があります。施設内の環境を測定するセンサーが壊れて測定値が間違っていると施設内の環境を正確に知ることができないため、足りない要素や量を施用してしまう可能性があります。また施設内は温度や湿度、農薬散布などにより過酷な環境であるため、センサーは定期的に調整や交換が必要です。

光合成を促進して栽培効率や品質向上につなげよう!

光合成
出典:写真AC
植物にとって光合成は必要不可欠な働きです。光合成に必要なポイントに考慮し、作物の栽培効率を上げることができれば、収量増加や品質向上につなげることができます。栽培している状況でどの要素が足りていないかを把握し、作物に必要な環境を整えてあげましょう。

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umi

農業資材メーカと農協にて6年間勤務。農家への栽培技術(農薬・肥料・栽培システムなど)の普及を担当。役立つ情報を初心者の方にもわかりやすくお伝えします。

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