屋内LED栽培ライトガイド：PPFD、スペクトル、そして健康な植物のための照明のヒント

現在、市場には数多くのLED植物照明製品が流通しており、外観は似ているように見えるかもしれません。しかし、実際の性能には大きな差があり、特に寿命が短い製品では、数十時間の使用で故障したり、規定の寿命内に著しい光量低下が発生したり、初期の光量出力が製品仕様を満たさなかったりするケースがあります。そのため、多くのユーザーにとって、品質と信頼性に優れた製品を選択することが重要な検討事項となっています。

この記事では、室内緑葉植物用のLED栽培ライトを例に、植物用ライトに関する基礎知識とスペクトルの適切な設定方法を紹介し、様々な製品を比較する際に考慮すべきパラメータを提供します。本情報が、お客様の製品選択の一助となることを願っています。

PAR、​​PPFD、PPF とは何ですか?

PAR（光合成有効放射）とは、植物が光合成に利用する特定の波長範囲（400～700 nm）の放射線を指します。植物が光に敏感な波長範囲は、人間の目が光に敏感な波長範囲とは異なり、光の強度を表す単位も異なります。人間の目は黄緑色の光に敏感で、光強度はルーメンとルクスで測定されます。一方、植物は赤色と青色の光に敏感で、光強度はμmol/sとμmol/m²/sで測定されます。

植物は主に400～700 nmの波長域の光を光合成に利用します。この波長域は、一般的に光合成有効放射（PAR）と呼ばれています。PARには2つの単位があります。1つは光合成放射照度（w/m²）で、主に太陽光下での光合成を研究するために使用されます。もう1つは光合成光量子束密度（PPFD）（μmol/m²/s）で、主に人工光源と太陽光が植物の光合成に及ぼす影響を研究するために使用されます。

PPFDは、特定の照射面における1秒あたりの光子数（PAR）、すなわち光合成光子束の密度を表し、単位はμmol/m²/sです。PPFD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光効果を評価するための重要な指標です。下の図に示すように、1m²の面における1秒あたりの光子数は33μmol/m²/sです。

PPF（光合成光量子束）は光合成における光の強度の単位であり、具体的には光合成有効放射（PAR）範囲（波長400～700 nm）における単位面積・単位時間あたりの光子数を指します。同じ電力条件下では、光源から1秒あたりに放出される光子数が多いほど（つまり、μmol/s値が高いほど）、発光効率が高くなり、照明器具のエネルギー効率も高くなります。光合成光量子束の単位は1秒あたりの光子数で、通常はμmol/sで表されます。

植物の照明パラメータ	でニット	一般的な照明パラメータ	でニット
光子束（PPF）	μmol/s	光束	ルーメン
光子束効率（η）	μmol/S/W	光源	光/西
光子束密度（PPFD）	μmol/㎡/秒	照度	ルクス（lm/㎡）

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は光源から1秒間に放出される光合成光子の総数を測定しますが、これらの光子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、照明システム全体の光子出力を測定するだけでなく、異なる光源が植物の成長に与える影響を評価するため、植物照明において非常に重要です。PPFDが高いほど、光合成速度が速くなり、植物の収量が増加します。PPFDは、植物に到達する実際の光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です。

添付の図は、SignliteLED 社が製造した、PPF が 2895.35 μmol/s の 1000W 折りたたみ式 LED 栽培ライトのテスト レポートを示しています。

植物の照明にはどのようなスペクトル（波長）が必要ですか?

植物の成長を促進する主なスペクトルは、フルスペクトルの白色光に加えて、青色光、赤色光、そして遠赤外線です。波長は、濃青色光が450nm、赤色光が660nm、遠赤外線が730nmです。これらの異なるスペクトルを組み合わせることで、植物の成長を促進できます。

フルスペクトルの白色光フルスペクトル LED 電球は太陽光に似たスペクトルを提供し、あらゆる成長段階に適しており、植物の総合的な照明ニーズを満たすことができます。

青色光青色光は葉緑体の発達と茎葉の成長を促進します。作物の初期生育段階に顕著な効果があり、根の発達を効果的に促進します。青色光は主茎と葉の成長を抑制しますが、主茎の肥大を促進します。さらに、青色光は光屈性、気孔の開口、葉緑体の運動など、器官や細胞小器官の運動を制御します。

赤信号赤色光は開花と結実を著しく促進します。クロロフィル、カロテノイド、その他の物質の蓄積を促進し、開花プロセスを制御し、光合成効率を高めます。赤色光は光合成の主要な駆動力であり、低照度環境では、赤色光下の植物は最も高い光合成効率を示します。

遠赤外線園芸照明における730nm遠赤外線の重要な役割は、660nmと730nmの照明を通して開花サイクルを制御できることです。さらに、植物への主な効果の一つは遮光です。植物が730nm遠赤外線にさらされると、背の高い植物によって日陰になっていると認識し、障害物を突破しようと勢いよく成長します。

異なるスペクトル範囲が植物生理に与える影響

280～315 nm: 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: クロロフィル吸収が低いと光周期効果に影響し、茎の伸長が抑制されます。

400～520 nm（青）：クロロフィルとカロテノイドの吸収比率が最も高く、光合成への影響​​が最も大きい。

520～610 nm（緑）：色素吸収率が低い。  

610～720 nm（赤）：クロロフィル吸収率が低く、光合成や光周期効果に大きな影響を与えます。

720～1000 nm: 吸収率が高く、細胞の伸長を刺激し、開花や種子の発芽に影響を与えます。

>1000 nm: 熱に変換されます。

青色光と赤色光に加え、緑色光、紫色光、紫外線光といった他のスペクトル光も植物の成長に一定の効果をもたらします。緑色光は葉の早期老化を緩和し、紫色光は色と香りを高め、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は自然光を模倣し、健全な植物の成長を促進します。

全スペクトル照明の利点は、遠赤色光にあり、二重光利得効果を実現します。400～800 nmの全スペクトル範囲には、660～800 nmを超える遠赤色光セグメントだけでなく、500～540 nmの緑色成分も含まれます。実験によると、緑色成分は浸透性を高め、光量子効率を加速し、より効率的な光合成を実現します。「二重光利得効果」に基づき、波長が685 nmを超える場合、650 nmの赤色光を補充することで光量子効率が大幅に向上し、これら2つの波長を個別に照射した場合の合計を上回ります。この2つの波長の光が光合成効率を高める現象は、二重光利得効果またはエマーソン効果として知られています。

植物育成ライトは、380～800nmの適切な波長比で設計されており、自然光を補いながら、植物の成長に必要な最適なスペクトル比を提供します。これにより、植物はより健康で活力のある状態になり、あらゆる成長段階に適しており、水耕栽培と土壌栽培の両方に効果的です。屋内ガーデン、鉢植え、苗の繁殖、育種、農場、温室など、あらゆる用途に最適です。

植物成長ライトでは赤と青の光の混合はどのように設計されていますか?

植物成長ライトにおける赤と青の光の混合の重要性:

1. 光合成効率の最大化

クロロフィルaとbは、それぞれ660nmの赤色光と450nmの青色光の波長で吸収ピークを示します。赤色光と青色光の混合光は、光合成のコアスペクトルを正確にカバーし、光エネルギー変換効率を20%以上向上させます。赤色光は光化学系IIを活性化し、青色光は光化学系Iを活性化します。これにより、明反応期におけるATPとNADPHの産生が相乗的に促進され、暗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、機械的強度を向上させることで、植物のコンパクト性を高めます。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つの光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。青色光は二次代謝産物（ビタミンやアントシアニンなど）の蓄積を促進し、赤色光は可溶性糖含量を増加させます。これらの光を組み合わせることで、栄養成分と香味成分の合成が同時に最適化されます。

2. 成長段階における異なる光比率

葉物野菜の発育期には、茎と葉の発育を促進するために、高い青色光比率（4:1～7:1）が必要です。開花期と結実期には、高い赤色光比率（9:1）に切り替えることで収量が向上します。

3. Significant improvement in efficiency

フルスペクトル光源と比較すると、赤青混合光は有効な波長帯域に焦点を当て、無効なスペクトルからのエネルギー消費を削減し、電気エネルギー単位あたりのバイオマス出力を高めます。

4. Integrated multi-dimensional effects

インテリジェント制御システムは、紫外線波長を統合することで、根の発達、黄化防止、開花時の色彩強化といった複合的な機能を実現します。例えば、多肉植物はダイナミック調光によってコンパクトな形状と鮮やかな色彩を実現できます。

以下は、設計や購入の参考として、さまざまな植物に共通する赤と青の混合光比率です。

1) レタス、ほうれん草、白菜などの葉野菜や広葉観賞用植物に適しています。

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。

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。

植物用ライトを使った室内栽培の利点

LED植物育成ライトは、太陽光を模倣し、植物に均一な光環境を提供することで、成長に必要な栄養と光量を満たす、新しいタイプの植物育成ライトです。従来の自然光と比較して、LED植物育成ライトは栽培において以下の利点があります。

1. 植物用ライトの光の強度と持続時間は、天候や季節などの外部要因に左右されず、いつでもどこでも制御・調整できるため、植物の成長と発育に非常に有益です。

2. 植物育成用ライトの光スペクトルは、様々な植物のニーズに合わせて調整可能で、成長段階に応じて異なる光量を提供します。これにより、植物による光スペクトルの吸収と利用が促進され、成長が促進されます。

3. 蛍光灯などの従来の光源と比較して、植物育成ライトはエネルギー効率が高く環境に優しく、寿命も35,000時間以上と長く、経済的にも実用的にも高い価値を提供します。

まとめると、屋内栽培において植物育成ライトを使用する主なメリットの一つは、植物の成長を制御できることです。適切なスペクトル、最適な光強度、温度、そしてCO₂濃度を調整することで、生殖成長と栄養成長の優れたバランスを実現できます。これらの成長パラメータをすべて制御することで、収量と品質を真に最適化することが可能になります。

光合成における光の補償点と飽和点を理解する

光補正ポイント光補償点とは一体何でしょうか？簡単に言うと、植物が光合成と呼吸のバランスをとるために必要な最低限の光量のことです。つまり、植物にとって損益分岐点です。この点を下回ると、植物の消費エネルギーが生産エネルギーを上回り、成長が阻害されます。植物は、私たちがエネルギーを得るために食べるのと同じように光合成を行います。光が不足すると、「十分に食べる」ことができず、「餓死」してしまいます。

光飽和点光強度が一定の範囲内にある場合、光合成速度は光強度の増加とともに増加します。光強度が一定レベルに達すると、光合成速度はそれ以上増加しなくなります。この強度が光飽和点です。光飽和点に達すると光合成速度は最高になり、植物は最も速い速度で成長します。この点を超えると、光強度をさらに増加させても効果はなく、これは既に満腹になった植物に似ています。さらに、飽和点を超える光強度に長時間さらされると、一般的に葉の老化が促進されます。

室内園芸を成功させるには、光補償点と光飽和点を理解することが鍵となります。植物によって光補償点は異なり、成長と繁殖にはそれぞれ特定の光量が必要です。つまり、植物それぞれに固有の光補償点があるということです。光飽和点と光補償点は植物の種類によって異なります。植物がこの閾値に達するのに十分な光を受けないと、生育しません。同様に、光がこの飽和点を超えると、追加の光は成長を促進せず、むしろ有害となる可能性があります。

以下の表は、参考として一般的な野菜の光補償点と飽和点を示しています。

野菜	ライト c補償ポイント（PPFD）umol/m²/s	光飽和点（PPFD（ピーピーディーエフディー）umol/m²/s	最大光合成速度
カリフラワー	43	1095	17.3
キャベツ	32	1324	20.3
大根	48	1461	24.1
チャイブ	29	1076	11.3
レタス	29.5	857	17.3
ほうれん草	45	889	13.2
キュウリ	51	1421	21.3
トマト	53.1	1985	24.2
ピーマン	35	1719	19.2
ナス	51.1	1682	20.1

植物に光を補う方法

自然光だけでは、作物の健全な成長に必要な光量を十分に得られないことがよくあります。LED植物育成ライトを使用することで、作物の生育傾向を効果的にコントロールし、収穫量を向上させることができます。温室、垂直農法システム、その他の屋内施設で野菜、果物、花を栽培する場合、LED植物育成ライトは、それぞれの作物の特性に合わせた最適なケアを提供します。サイナイ・オプトエレクトロニクスが製造するLED植物育成ライトは、作物の均一で安定した生育を促進し、品質と収穫量の両方を向上させることが実証されています。

実験と研究の結果、補助照明後、光環境が改善され、植物の茎長、茎径、葉の大きさがいずれも改善することがわかりました。補助照明後、実際の照明強度を適切に調整できるため、全体的な光利用効率が向上します。その結果、作物の収穫量は約25%増加し、水利用効率は3.1%向上します。

さらに、冬季温室でLED補助照明を使用する場合、補助照明の効果を最大限に高めるには、温室温度を適切に制御する必要があり、これによ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。一般的に使用されている補助照明には、以下の形態があります。

a) 赤光と青光の組み合わせ：赤色光（660 nm）はクロロフィルの合成と開花・結実を促進し、青色光（450 nm）は茎と葉の成長を促進します。この2つの光を組み合わせることで、光合成効率を向上させることができます。

b) フルスペクトルランプ: 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、植物の伸長や抵抗の低下を防ぎます。

c) キセノンランプ：自然光に近い光量を提供し、高付加価値植物に適しています。ただし、かなりの熱を発生し、大量のエネルギーを消費するため、コストが高くなります。

曇りや雨の日には、一日中補助照明を当ててください。晴れた日には、自然光が弱まる午後3～4時以降に照明を点灯し、1日の総照明時間を10～12時間に抑えます。16時間を超える連続照明は、光阻害を引き起こし、葉縁の焼けやクロロシスを引き起こす可能性があります。

補助照明は、周囲温度が15℃以上の場合に実施してください。低温は光合成を阻害します。冬季や自然光が不足する場合は、補助照明を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。

自然光強度が100 μmol/m²·sを下回る場合は、補助照明を点灯し、PPFD（光合成光量子束密度）を200～1000 μmol/m²·sの範囲に維持する必要があります。光センサーを用いて葉面光の均一性を監視し、局所的な光過多または光不足を回避してください。高強度光源を使用する場合は、葉への紫外線ダメージを防ぐため、遮光カーテンまたは調光器と併用してください。

バルコニーや室内の植物（ポトスやクモの巣植物など）には、低電力 LED 補助照明（1 日 8 ～ 12 時間）が推奨されます。

温室では、植物の高さに応じて補助照明の高さを動的に調整する自動化システムを導入することで、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、植物は光沢のある外観を維持し、成長を促進できます。補助照明の有効性向上は、温度や水・肥料管理と連携して最適化する必要があります。

室内の緑化に適した植物用ライトの選び方は？

自然光が届かない屋内施設で様々な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すために、LED植物育成ライトがよく使用されます。野菜でも果物でも、屋内で栽培する場合、LED植物育成ライトは自然光を補い、光スペクトルを増強し、余分な熱を加えることなく光強度を高めることができます。

さらに、LED照明は消費電力を抑えながら、明るさを効果的に高めることができます。葉物野菜の生育に適した植物育成用照明を選択することで、栽培者は単位面積あたりの収穫量を増やすと同時に、食味の向上、栄養価の向上、保存期間の延長など、作物の特性に合わせた栽培が可能になります。照明器具によって光のスペクトルや強度が異なるため、葉物野菜の生育に影響を与える可能性があります。一般的に、青色光と赤色光を組み合わせた植物育成用照明が最適です。

ほとんどの葉物野菜は、栄養成長期（茎と葉の成長期）に赤色光と青色光の比率を4:1にすることが推奨されています。この比率は、赤色光による光合成促進効果と青色光による葉の形態制御効果のバランスをとっています。例えば、レタスやホウレンソウなどの一般的な葉物野菜は、この比率で効率的な炭水化物蓄積と茎と葉の調和した成長を実現できます。

室内での葉物野菜栽培における赤色光と青色光の比率は、栽培段階に応じて動的に調整する必要があります。

1. ステージベースの制御方式

苗段階

青色光優勢期：赤色光と青色光の比率を3:1～5:1にします。青色光の比率を30～50%に増やすと、根の発達と葉の分化が促進され、茎の​​過度な伸長が抑制され、苗の活力が大幅に向上します。

急速な成長段階

赤色光増強段階：赤色光と青色光の比率を4:1～5:1に徐々に調整します。赤色光（630～660 nm）の比率を高めることで光合成速度が加速します。200～300 μmol/m²/sの光強度と組み合わせることで、日成長速度を30%以上向上させることができます。

収穫前段階

‌遠赤色光の補充‌: 4:1 の主要スペクトルを維持しながら、少量の遠赤色光 (720 ～ 740 nm) を追加できます。

葉の拡大と細胞の伸長を促進し、葉野菜の生重量と市場性を高めます。

2. 特別要件の調整‌

複数回収穫できる品種（例：チャイブ、空芯菜）: 栄養素の枯渇を避けるために、4:1 の比率を変えずに維持します。

クロロフィル含有量の高い品種（例：ケール）: 青色光の比率を25%～30%に増やし、色素合成を促進します。

注記: 実際の応用では、スペクトルを調整できる LED 植物ライトを使用し、葉の厚さや茎の硬さなどの形態指標を使用して、特定の品種と栽培環境に基づいて微調整することをお勧めします。

野菜は成長段階によってスペクトル要件が異なり、これは人間の食べ物の好みと似ています。例えば、葉野菜は成長サイクルを通して比較的高い青色光を必要とします。青色光は葉の成長を促進し、レタスやほうれん草などの葉をより緑色で豊かにします。十分な青色光は葉の幅を広げ、柔らかい食感をもたらします。唐辛子やトマトなどの果菜では、赤色光が開花と結実に重要な役割を果たし、花芽の分化を刺激し、果実の着果を促進し、より大きくふっくらとした果実を育てます。栽培用ライトを購入する際は、製品のスペクトルパラメータを確認し、野菜の特定の成長要件に合わせてスペクトル比を柔軟に調整できるモデルを選択することが重要です。

屋内栽培用ライトを使用する場合、考慮すべきことは何ですか?

1. 光への露出時間と強度を制御する

光強度（PPFD）はμmol/m²・sで測定され、栽培用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量を必要としますが、過剰な光量や長時間の照射は成長に悪影響を与える可能性があります。

一般的に、1日の照射時間は10～12時間程度に抑えるのが適切です。苗期の植物はデリケートなため、80～150μmol/m²・sの光量で十分です。この程度の光量は、苗を優しくケアし、旺盛な成長を促します。野菜が急成長期に入ると、必要な光量は徐々に増加し、光合成に必要なエネルギーと急速な成長に必要なエネルギーを供給するために、約200～400μmol/m²・sの光量が必要になります。開花・結実期には、果実の発育を促進するために、500μmol/m²・sを超える光量を必要とする野菜もあります。

したがって、野菜の成長段階の要件を満たす、光の強度範囲を調整できる栽培用ライトを選択することが重要です。

付録には、一般的な野菜の推奨照明時間の表が参考として記載されています。

名前	点灯時間	効果
レタス	10-12	茎と葉の成長を促進し、葉を厚くします。
ほうれん草	10-12	茎と葉の成長を促進し、葉をより柔らかく緑色にします。
白菜	12-14	樹高が伸び、葉数が増え、うどんこ病の発生を抑えます。
トマト	11-13	果実の変形を防ぎ、早期成熟を促進します。
キュウリ	8-10	早期開花と結実を促進し、早期収穫と高収量をもたらします。
ナス	10-13	植物の成長を促進し、早期開花を促し、収穫量を増加させます。
ピーマン	10-12	植物の成長を促進し、花や果実の落下を防ぎます。
スイカ	10-12	開花を促進し、果実の収穫量と品質を向上させます。
ゴーヤ	8-10	早期開花と結実を促進し、魅力的な果実を生産します。
じゃがいも	10-12	植物の成長を促進し、光合成を強化し、より大きな果実を生産します。

2. 栄養と水分の供給を管理する

植物用照明は植物に光を与えますが、栄養と水の供給も同様に重要です。レタスを栽培する場合、生育と発育を促進するために、適切な量の培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）を適切に補給することでクロロフィルの合成が促進され、クロロフィルの主要成分であるマグネシウムは定期的に補給する必要があります。

さらに、よく腐熟したナッツの殻（ヒマワリの種の殻など）を土壌に混ぜ込むと、通気性が向上し、根の吸収力を高めることができます。さらに、高温多湿による病害を防ぐために、換気とガス調整（CO₂濃度の上昇）に加え、温度と湿度の管理（50～70%RH）を実施する必要があります。

3. 取り付け高さと均一性

植物用ライトは種類によって出力レベルが異なり、光の強さも異なります。ライトを選ぶ際は、取り付け高さを考慮してください。高出力の補助ライトは、比較的高い光強度を提供します。

一般的に、光源が植物に近いほどPPFD（光合成光量子束密度）が高くなり、植物はより効果的な光を受け取ることができます。しかし、植物用ライトからの距離が離れるにつれて、照射面積は拡大する一方で光量は低下します。光学設計が施されていない植物用ライトでは、中心照度と周辺照度に大きな差が生じ、補助光が不均一になりやすく、光の無駄が生じやすくなります。

要約すると、植物用照明は葉物野菜の栽培に最適な光と環境条件を提供し、成長速度を加速させ、生育成果を向上させることができます。このプロセスでは、照明の持続時間と強度、そして栄養分と水分の供給管理を慎重に行う必要があります。

S要約

SignliteLEDは長年にわたり、 LED栽培ライト 植物の生育に。SignliteLEDが製造するLED栽培ライトは、大麻、野菜、ハーブ、果物、食用花など、様々な作物に適用でき、温室での野菜栽培をはじめとする関連分野に最適です。

SignliteLEDは、屋内栽培向けに特別に設計されたT8植物育成ライトを開発しました。このライトは、フルスペクトルの日光と補助照明を組み合わせたハイブリッド照明モードを備えています。この設計では、赤色光と青色光をフルスペクトルに統合しています。この設計は、植物の成長段階のすべてにおいてフルスペクトル照明のニーズに対応するだけでなく、調光機能も備えているため、成長段階に応じて光量子出力レベルを正確に制御し、植物の急速な成長を促進します。スペクトル制御機能、耐久性、そして優れたコスト効率により、性能とコスト効率のバランスが取れた屋内栽培に最適な選択肢となります。お問い合わせや詳細については、当社の営業チームまでお問い合わせください。