土着の垂直水耕栽培システムにおけるアイスバーグレタスの屋内栽培に最適な日積分光量 (DLI) の決定

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10923 (2023) この記事を引用

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人工照明下での垂直水耕栽培システム (VHS) でのレタスの屋内栽培は、エネルギーを大量に消費するプロセスであり、高いエネルギーコストがかかります。 この研究では、屋内 VHS で栽培されたアイスバーグレタス (品種 Glendana) の資源利用効率だけでなく、生理学的、形態学的、栄養学的パラメーターに基づく光周期の関数として最適な日次光積分 (DLI) を決定します。 苗木は、白色 LED 光を使用して 200 μmol m-2 s-1 の光合成光子束密度 (PPFD) で 12 時間、16 時間、および 20 時間の光周期で成長しました。 得られた結果は、温室内で人工照明を使用しない VHS と比較されました。 12 時間、16 時間、および 20 時間の DLI 値は、それぞれ 8.64、11.5、および 14.4 mol m-2 day-1 でした。 DLI が 8.64 mol m-2 day-1 から 11.5 mol m-2 day-1 に増加するにつれて、収穫時の苗条の新鮮重量は 275.5 g から 393 g に増加しました。 14.4 mol m-2 day-1 の DLI は、生重、乾燥重、葉面積にマイナスの影響を与えました。 人工照明なしの VHS から人工照明ありの VHS への移行により、生の重量が 60% 増加しました。 11.5 mol m-2 day-1 の DLI では、71 g FW/L という大幅に高い水利用効率と 206.31 g FW/kWh のエネルギー利用効率が観察されました。 この研究では、屋内垂直水耕栽培システムで栽培するアイスバーグレタスについて、最適な DLI 11.5 mol m-2 day-1 を推奨しています。

世界の人口は 2050 年までに 97 億人に達すると予想されており、そのうち 70% が都市部に住むことになり 1、都市インフラが逼迫することになります。 インドは 2023 年までに中国を追い抜き、世界で最も人口の多い国になると予測されており、インドの人口は現在から 2050 年までに最大の割合で増加します 2,3。 気候変動、天然資源の枯渇、都市化の進行の影響により、農業に利用できる土地は減少します。 気候変動が作物収量に及ぼす影響は、作物の種類、地域、将来の気候変動シナリオに応じて、収量減少が今世紀末までに最大 60% に達する可能性があることを示唆しています4。 これらの課題に取り組むには、食料安全保障を確保するために垂直農法のような現代の栽培技術を実践する必要があります5,6。 これらのシステムは、従来の栽培方法よりも単位面積あたりより多くの植物を栽培できるため、作物の生産量が増加します。 これは、垂直方向の作物生産を確立することによって達成されます7。 垂直農業は、環境制御農業の典型的な形態である温室と植物工場で行うことができます8,9。

レタスは、世界中で栽培されている最も商業的に重要な作物の 1 つです。 レタスは、成長サイクルが短く、エネルギー需要が少なく、成長が早く、カロリーが低いため、垂直農法に理想的な作物です。また、有益な生理活性物質に加えて、繊維、ミネラル、ビタミンも大量に含まれています10。 アイスバーグ レタスと五大湖レタスは、インドで最も一般的に栽培されている結球レタスの品種の 2 つです。 インドは中国と米国に次いで世界で第 3 位のレタス生産国であり、世界中の総作付面積の 14% を占めていますが、総生産量のわずか 4.1% しか生産していません11。 したがって、インドでは垂直農法のような現代の集約栽培技術を利用してレタスの生産性と生産性を向上させる必要性が高まっています。

光は垂直農法における最も重要な環境変数の 1 つであり、植物の発育に影響を与え、光の量、質、方向に基づいて植物の活動を制御します 12,13。 光は太陽から自然に放射されたり、スペクトル変換を受けたり、方向を変えることさえできます。 伝統的な作物栽培の主なエネルギー源は太陽光ですが、自然環境において植物が受け取る光は変動し、複雑です14。 曇りの日、特に冬には、植物は通常の成長と発育に必要な光よりもはるかに少ない光しか受け取りません。 人工栽培用ライトは、自然の太陽光が不十分な場合に補助光として使用できます。また、人工栽培用ライトは、人工照明を備えた垂直屋内農場にとって唯一の光源です15、16。 人工照明は、光合成のエネルギー源と、植物の形態や品質を変化させる生物学的信号の両方として機能する放射線を生成します。 高収量の作物を屋内で年間を通じて効果的に生産するには、人工光の下で植物の成長を最大限に高め、同時に経費を削減することが重要です17、18、19。 LED は、すべての人工光源の中で最も高い光合成活性放射 (PAR) 効率を持っています。 また、バイオマス生産量と全体的なエネルギーコストの観点から、最適なレベルの放射照度を達成することもできます20。 これまでの研究 21,22 では、赤色 LED と青色 LED を組み合わせて栽培した植物は赤っぽく見えるため、病気や生育上の問題の兆候を特定することが困難であることが示されています。 白色 LED と冷白色蛍光灯の間で、レタス植物のすべての生理学的特性と収量特性に大きな変化はありませんでした。 しかし、白色 LED は消費電力が少なく、白色 LED が古典的な蛍光灯を効果的に置き換える可能性があることを示しています 23,24。