自然光の変動が作物の生育におよぼす影響-香川大学学術情報リポジトリ

自然光の変動が作物の生育におよぼす影響

鈴 木 晴 雄

EFFECTS OF THE FLUCTUATING NATURAL LIGHT ON

THE CROP GROW

‡‡a王・uo StJZt7ⅨⅠ

The objective of this study was to elucidate the effect of the fluctuating natural light on the crop

growh．The fluctuatinglight which had periodic highandlowintencities，WaS gainedinapplyingrotation to a shelter above the crops．Three plots ofdifferent conditions were prepared，i．e．，the shelter was ro−

tated atahigh rateofspeed（300，400r．p．m．），at alowrateof speed（120，280r．．p小m．），andnoshelter （no treatmentplot）．Theexperiments were madein twocases；the one was treatedinthe daytime（Ex−

perimentl），anOtherwasabove the setlightintensities（Experiment2），andthesewereperformedfrom November27，1974toJanuary16，1975．

AtExperimentlspinach（SpinaciaoleraceaL．）wascultured twotimes，andatExperiment2thatalso twotimes，butinwhich spinach andSwiss chard（Beta vulgarisIJ．Var．Cicra L。）were cultured respec−

tively．The following・reSults were obtained．

Spinach growthinboth the treatedplotswere not on alevelwith the onein theno treatmentplot，

throughExperimentlandExperiment2uHowever，thegrowthinthehigh−Speedtreatedplotweresuperior

tothe oneinthelow−Speed

AtSwisschardcultivation，thegrOWthinthelow−Speedtreatedplotwere themost，and followedbythat ofthenotreatmentplot，thehigh−SPeedtreatedplotrespectively．Thetopdryweightinthelow−Speed treatedplot，aCCOuntedfor about47％increasecomparing・tO thatofthenotreatment plot，thosetreated

during・50days．

Itis considered that the effectsoffユuctuating・1ighton thecrop as described above，Willbemadeclear，

ifsuch study performed basical1y．

作物の増収の可能性を追求するために．，自然光を周期的に強弱に．変動させ，それが作物に．およぼす影響をみた 光の強弱への変動は，シェルターを作物上で回転させることによった そして，光変動周期の短い高速回転処理区 （300，400r．p一，m．），周期の長い低速回転処理区（120，230r．p．m．），それと対照区としての無処理区の計3区を設け た∴実験は，光変動処理を連日，日中に処理．した場合（第1実験）と，設定光強度以上で処理した場合（第2実験）と について，1974年11月27日から1975年1月16日にかけて行なった 第1実験では，2回の栽培試験せ行ない，供試作物はどららもオウレ／ソウ（鞄inaciaoier’aCea L．）を用いた．．第 2乗除でも，2回の栽培実験を行なったが，供試作物としてそれぞれホウレンソウ，フダソソウ（β虎αり祝1ダαγ首さL． りαγ．￠壱￠払L．）を用いた小 ホウレンソウでの結果は，第1実験と弟2実験ともに．，処理区はいずれも無処理区より生育不良となったが，高速回 転処理区は，低速回転処理区より優る傾向であった．フダソソウでは，低速回転処理区が最も生育が良く，無処理区1 高速回転処理区が後につづいた．処理後50日の地上部乾物藍では，低速回転処理区は無処理区の47％増となった． 以上のことから，さらに基本的データ−を集質させることにより，作物に対する変動光効果が，より明確に．なるもの と考えられた．

香川大学農学部学術報告 第31巻 第1号（1979） Ⅰ は じ め に 作物の徴気象環境の制御においては，・ますます省・エネルギー化が望まれる現状である．太陽光の効率的利用は，その 畳要なる手段の1つと言える．そこで，光エネル単一の制御に．よる作物の増収の可能性を追求するため，強弱の変動が 与えられた自然光に．よって，作物の栽培試験を行なった 太陽光は連続光であるが，間欠光を・用いることで，光合成速度が高くなることはすでに報告されて：いる（1・2，＄）．また 連続光を，強光と弱光の変動光へと制御させ，光合成への効果を認めたものもある（4・も6，の‖ しかし，それらの大部分は 光合成の磯作を研究するためのもので，実際的な栽培への適用をめざしたものではないけ したがって，ここではまず2 種類の作物を用い，変動光による生育への影響をみることにした Ⅱ 装置と方法 実験1 自然光を変動制御するた捌こ，シご．ルターを栽培ポット底より約32emの高さにおき，モ・一夕一により回転さ せ，ポットの作物に変動光があたるよう処理した（Fig．1）．シェルターはアクリル製の薄板（全長80cm，幅15em， 厚さ3mm）で，しゃへい率ほシェルタ1一回転面重の11．5％であった、こ．れに．より連続光が，晴天日でほシェルタ1−・の 陰による弱光と，陰のない強光とからなる変動光に制御されたい また，それの周期は，シュノレターの回転速度を調節す ることによって加減したい回転処理．の期間中は，光電式回転計（横河電機製作所）に．より，回転数を随時確認した。．実 験区は高速回転処理区．（300r．p．m．），低速回転処理区（120r．p．mけ），無処理地区（対照区）の3区を設けた∴実際の 植被層に．おける個々の実は，風の振動で互いに藍なりあい，しかもそこでの周期は，毎秒数回∼数百回であることが観 測されている（5，6）．したがって，回転数の設定はそれらの点と，間欠光では1周期に0．01∼100秒が重要であること（8） などを，参考に．して行なった Motor Pot

Fig．1Schematicdiagram ofthe naturallig、ht control equipment（Exp．1） 供試作物ほ，装置の点から草丈の低いホウレンソウ（Sp宜花αCぬogβγαββαL．）を用いた．各区ごとに15個体づつ，回 転軸を中心に同心円状に配置した第1回栽培は1974年11月27日に播種し，変動光の処理は12月7日より翌年の2月4 日まで約2カ月間，連日8時間（8時∼16時）行なった第2回栽培は，1974年1月20日に播種し，処理は2月5日よ り4月4日まで（約2カ月），毎日日出より日入まで行なった．生育調査は，処理期間の半ば頃と終了時の2回行なっ た 実験2 光の弱い時間帯での処理ほ，無処理におけるよりも同化盈を少なくし，また処理区間の生育差が明確でな くなることも考．えられるので（9），設定光強度以上で自動的に処理が行なわれるようにしたそして，光が設定強度に 達しない弱光時にその回転が停止した場合，特定の作物個体がシご．ルタ一の陰になって，同一・処理区何でも個体間に．受 光盈の差ができるので，その陰を防くいため，Fig．2のような装匠を考案した．そこでは，作物の個体を刃先せた台車をレ ール上で南北方向に移動できるようにし，すなわち，光が設定強度に達しない時，各処理区の台車はレ−ル上の北端に 停止しているので，個々の作物はシェルターの陰に．ならないことになる光が設定強度以上になると，光電池照度計 （横河電機製作所，フィルタ・一を用いて使用範囲を広めた）に．接続されたリレーが働いて，両区の台車けん引装置を作 動させ，台辛がシェルタ・−のある南端で停止して処理がはじまる∴光が設定強度以下になると，台車は元の位置に．戻り， 同時にシェルタ−の回転も停止する．各処理区の回転数は400rいp〃m．（高速回転処理区），と230r．p．m．（低速回転処

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Fig．2 Schematicdiag・ramOft，he naturallightcontrol equipment（Exp．2）．

Fig．3 Stat・uSOfthe equipment・A：400r・p・m・B：230r・p・m・

C：Control． 理区）とした．毎日の処理時間は，リレーに接続した竃気式場計の指針を読みとった・また，装置の全体を電気系の防 水のため，豪商を開けた小型ビニールハウス（間口2．5m，奥行5，5m，高さ2・2m）内に設置した（Fig・3）・ この実験での栽培（実験1から通算して第3回目）には栽培時期と装置との関係から，フダソソウ（β扉αガ痴αγ宜8 L．γαγ．￠f仁王αL．）を用い，播種は9月30日（1975年），台車のベットに移殖したのは10月7日で，変動光つ処理ほ10 月8日から11月26日まで（50日間）行なった．光の設定強度は，10月8日より11月11日までが55kluxとした・しかし その場合，実際に作動した処理時間はきわめて少なくなったので，11月12日より26日までは20kluxに設定して，処理 時間がより長くなるようにした． 第4回栽培には再びホウレンソウを用い，描種は，11月26日（1975年），移殖ほ12月8日，処理は12月9日より1月 16日（1976年）まで（約40日間）20k厄Ⅹ以上で行なった・生育調査は，実験1の場合と同じ要領で行なった・ m 結果および考察 実験1 第1回栽培および第2回栽培とともに，栽培期間中に2臥生育調査を行ない，結果はそれぞれTablel，

香川大学農学部学術報告 第31巻 第1号（1979）

Tablel．Effect ofthe fluctuated natural1ight on spinch growth．

10

Jan．．14，1975 Feb．4，1975

Treatment

Numberof Totaldry Numberof Totaldry Top dry Root dry Top／root

leaves weight（g）leaves weight（g）weight（g）weight（g） ratio

7．1 0．21 12．5 1．31 1．02 0．29 （100） （100） （100） （10の （100） （100） 3．56 （100） Control 6．8 （97） 0．15 （71） 11．4 （91） 1．28 1，01 0．27 （98） （99） （93） 3．82 （107） 300r‖p．m巾 0小09 （43） 1．01 0．84 0．．17 5．15 （77） （82） （59） （145） 120r・p・m・ 5 （） 12．2 （98） LいSいD”（5％） n息 nいS． n巾S． n．S． n．．S… 0．08 1．10

＊January14，1975：means of6plants。February4，1975：means of5plants

Table2”Effectofthe fluctuated natural1ight on spinachgr・OWth．

Mar．4，1975 Apr．4，1975

Treatment

_{Numberof Totaldry Numberof Totaldry Top dry Root dry Top／roo七}

1eaves weight（gr）1eaves weight（g）weight（g）weight（g） r・atio

6．4 0．16 15．4 4．36 3．21 0．79 4．19 （100） （100） （100） （100） （100） （100） （100） Control 300r・p皿 5 ・ 5 ・・ ・ 小 （ら） ） ） ） ） ） ）

120r抑

5 ・ 3 一・ ・ ・ 一・ （） ） ） ） ） ） Lぷ．D‖（5％） 0…9 n息 n．S． n息 n…S． n息 nいS叫 ＊Mach4・1975：meansof5plants・Apri14，1975：means Table2に示した。供試個体数，装置の制約から詳細な調査ほできなかったが，以下に述べるような結果が得られた 第1回栽培に．おける日中8時間の変動制御の場合，高速回転処理区1低速回転処理区ともに，対照区より全体的に生 育が劣る傾向であった。すなわち1月14日（処理後38日）では，全乾物重は高速回転処理区が対照区の約30％減とな り，低速回転処理区では約60％も減少して，両処理区とも光の変動処理による生育不良が大きかった なお，表中，調 査個体の平均値の比較では差が目立つが，個体間のはらつきが若干大きく，その結果，ほとんど最小有意差（5％）は みられなかった．これは1回の調査個体数が少ないことと（5個体），各個体がシェルク−の回転軸を中心として同心 円状に眉己厚されていたため，日射塵の日変化と太陽高度の変化が関係して，各個体に等しく処理できなかったことによ る．これは第2回の栽培についても同様に言える． 次に2月4日（処理後59日）では，高速回転処理区は対照区と生育がほぼ等しくなるまで回復し（全乾物重），低速 回転処理区もほぼ80％程度となり，生育がすすむにつれて変動光による生育盟の回復がみられた“そして，地下部と地 上部の生育は，高速回転処理屈：でほ計2回の調査とも，対照区と比較して生育盈の減少は少なかったが，低速回転処理 区でほ特に地7■部の生育が悪く，その結果，T／R率は5…15にも達し，対照区（356）とは大きな差が示された 第2回栽培でも，光の変動処理せ行なった区に．生育不良の傾向がみられたしかし，高速回転処理区では3月4日 （処理後27日）にほ，4月4日（処理後58日）の調査時点よりも，対照区との比較では生育がよかった‖一・方，低速回 転処理地区では，両調査時点とも，全乾物盈盈が対照区の約70％で，第1回栽培の場合とは若干異なって，その差はか なり締少した．この差異は主として，第1回，第2回の栽培期間における光と温度条件によることが考えられる．．すな わち，第1回栽培では，変動処理を始めた12月7日から1月14日までは平均日射盈が192cal／day，平均気温は540C であり，その後2月4日まではそれぞれ179eal／dayと3．．70Cであった，他方，第2回栽培では．，処理をはじめた2月

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5日から3月4日までの平均日射盈は262cal／day，平均気温は．3．50Cで，その後4月4日までは386cal／dayと7。20C で，日射盈が多く気温は上昇の傾向にあ・つた 日射盈の多い時の生育では，光合成における暗反応の過程が律速段階で あることから，▲その結果，処理区において変動光の効果の差が出現するものと思われるまたこの場合，温度要因の影 響も考えられる。．相対的に低温下では，暗期の時間を充分にとる程，変動処理の効果が望まれることも言われており（9）， 結局，栽培時期が異なることに．よる温度と光条件の差異が，既述の結果に．表われたものと考えられる いずれに．しろ，第1回，第2回栽培における変動光の処理では，ホウレンソウの場合，高速回範処理による変動周期 （0、10秒）が，低速回転のそれ（0い25秒）より，同化に対して効率がよいのでほないかと思われる．なお，対照区より 両処理区に．おいて，生育が劣ったのは，栽培期間中の気象状況，主として光強度に無関係に．処理．したからであろう．す なわち，曇天日や朝夕における弱光の時間帯に．おける処理ほ，シ耳．ルタ・一に・よるしゃへい（しゃへい率11．6％）でさら に光急が不足し，このことが光化学反応を制約したと考えている 実験2 実験1の結果にかんがみ，同化盈を自然光の場合より多く得るための変動方法として，日射の強さがある 設定強度以上での処理が必要となるその場合，設定強度をいくらにするかが問題となる。Pollard（5），Inoら（6，のの 報告では，人工光源下で光の変動処理をした植物の光合成速度ほ，強光と弱光の強度の差が大きいほど（たとえば， Ino（■6）は強光40Klux，弱光28Kluxをも用いた），光が連続照射された場合の平均値より大きくなり，・そ・の差が小さ いと，両者は等しくなると言う そこで，フダソソウを変動処理した期間中に．おける光の強度をみると，シェルタ・−の上面では23Kluxであったのに 対して，シェルク一の下面で5Kluxにすぎず，強光と弱光の差ほかなり大きかったい またフダソソウの前期に設定し た55Klux（シェルター上面）以上での変動処理率（日照時間に対する率）は平均11い4％で，実際の日照時間に比して 非常に少なかったが，後期の20Kluxでは．48．5％となった．．そ・れらの処理期間に・おける経過ほ，Fig．4に日照時間と変 動処理時間の推移として示した 10 15 20 25 30 5 10 15 0ctober November

Fig。4 Seasonalvariation ofthe sunshine dlユration andtreated hours．Solid line shows the sunshine duration，dottedline the treated hours．

次に生育調査の結果は，Table3のとおりである‖それによると，乗数は低速回転処理区と対照区は同じであったが， 高速回転処理区ほやや少なかった、ところが，素面墳の場合ほ，低速回転処理区で対照区の約50％増となり，全乾物望 も，38％増加した。．しかし，高速回転処理区の方は，地上，地下部ともに・，対照区より1割減となった、この実験では， 光の設定強度を途中で変更した点も考慮に、入れると，余り厳密なことほ言えないが，光の変動制御に・よる生育盈の増加 は，低速回転処理区∵で認められたと言ってよい‖ これらの生育状況はFig．5でもわかるようにり：生育は低速回転処理 区（B）の方が他の2区よりかなり良好であった． なお，両処理区における光の変動周期は，高速回転処理区で0い04秒，低速回転処理区は013秒であり，共にシェルタ ・−のしゃへいによる個々の作物への受光盈は減少するが，残りの日射透過盈の利用の効率化を考えると，変動周期の長

香川大学放学部学術報告 第31巻 第1号（1979）

Table3・Effectofthefluctuatednatural1ig・hton Swiss chardgrowth．

（Nov．26，1975）

12

Treatment Numberof Leafarea Totaldry Topdry Roo七dry Top／roo七

1eaves （cm2） weight（g） weight（g） weight，（g） ratio

Control （ （1） ） ） ） 400r・p皿 7 ・ 0 ・ （） （ ） （ ） ） 240r・p・l乱 ・ ） （1） ） ） ） ） L．S．D．（5％） 軋S． 16 0．11 仇09 0．03 nふ ＊means of25plants．

yig．5 Growth stattlS Of Swiss ehard（Nov．26，1975）．

A：400r．p．1n．B‥230r．p．m．C：Control． い低速回転処理区の光エネルギー利用効率が，よかったものと言える． しかし，第引回栽培のホウレンソウでは，この処理方法によっても生育盈の増大（対照区に比し）はみとめられなか った（Table4）．また，この期間中（12月9日∼1月16日）の総日照時間に対する処理率は20．1％であった．ただ， 実験1，2における計3何のホウレンソウに関する栽培試験から言えることは，相対的に光の変動周期の短い処理の方 が，長周期のものより同化蕊があがる傾向であるということである．フダソソウの場合とほ，逝の傾向となったが，こ の差異は，同化に対して作物衝こ固有の，最適な変動周期があると思われ，ここで設定した変動周期以外で試みること Table4・Effectofthefluetuatednaturallig批on spinaebgrowth． （Jan．16，1976） Treatment Numberof Totalfresh Topfresh Rootfresh Top／root l

eaves weight（g） weig・ht（g） weight（g） ral;io Control ） ） ） 0．08 5．23 （100） （100） 6．1 0．37 0．28 （91） （80） （72） 0．08 3．67 （100） （70） 400r．p．m． 6．O n．33 0．28 （90） （72） （72） 0．05 7．08 （63） （135） 230r．p．111． L．S．D．（5％） 0．5 0．11 0．09 0．02 n，S．

＊means oflO plalltS．

で，それらが一層，明確に．なると考える 以上のホウレンソウ，フダソソウを供試作物とした実験結果は，いずれも変動光の効果を示したものとは考えられる が，さらに基本的データ・−の集積がなければ断言できない．特に変動制御する光の強度設定を，作物と光要因以外の環 境襲困に．よりいくらにするのか，シ＃ノレタ1−の回転周期としゃへい面積，生育段階別変動光の効果等，多くの問題を順 次とりあげていかねばならない 本実験の実施にあたり，故上原勝樹教授（農業環境学研究室）からは指導と助言を賜った．本報告のとりまとめに・際 しては，木暮 株教授（作物学研究室），官本硬一・教授（農業環境学研究室）に有益な助言を賜った．また実験装置の 作成に．は，当時の専攻生諸君に協力をいただいた．．ここに厚く御礼を申し上げる 引 用 文 献

（5）PoLLARD，F．W．：The effect of rapidly

Changing1ight on the rate of photosyn−

thesis in1argetooth aspen （Populus

gγα耽dL乞dβ％−fα舌α），Cα仇よβ0≠．，4S，823−829

（1970）

（6）INO，Y．：The effect offluctuating・1ighton

photosynthesis，。〃及已／PFp九0わβ財％紘eβ宜さ エせ肌戎 Ⅱ Gγ0％p，68−70（1970）巾 （7）伊野良夫，大島康行：強弱光の繰返しが光合成に およぼす効果，植物生産過程の生理生態学的研究， 亡〃間／PP都0わsy≠￡ゐeβ宜βエeve￡ Ⅲ，4一−8 （1973）． （8）RABINOWITCH，E．Ⅰ．：Photosynthesisand re− 1atedprocesses，Vol．Ⅱ．PaIt2．Interscience， New Yor・k，1313−1484（1956）． （9）坂村徹：植物生理学（上巻），1・−1015，東京， 裳華房（1958）． （1979年5月81日 受理） （1）BROWN，H．T．and F．EscoMBE：Reseaches on some ofthe physiolog・icalprocesses of

greenleaves，With specialreferencetothe

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andits surroundingS，Proc．Roy．Soc．Ser． β，βゐ．S￠宜，76，29−111（1905） （2）WARBURG，0．：UberdieGeshwindigkeitder

photochemischenKohlensanrezersetzungin

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（4）立道美朗，田中純生‥タバコの光合成に関する研

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