光放射の作用

（1）植物生育への影響

光放射は植物の生育において、温度、湿度、気流条件、CO2、水分、養分などとともに不可欠な要素です。光放射は、その分光特性、強度、照射時間、明暗周期などが相互に関連し、光放射の作用の程度も、植物の種類や生育の段階によって異なります。このため、光放射と植物生育の関係は多様･複雑ですが、両者のかかわりは大別して二つの側面からとらえることができます。一つは、光放射がエネルギーとして植物に作用するもので、光合成と呼ばれています。もう一つは信号として植物に作用するもので、光形態形成と呼ばれています。

表1、図1に光放射の植物に対する主要な作用と放射照度および分光特性を示します。

図1：植物の各種光反応の分光特性

表1に示すように、光放射がエネルギーとしての作用をもつためには数100W/m²の放射照度が必要であるのに対し、信号としての作用のためにはその1/1,000以下の量で作用を発現する場合もあります。また、光放射の植物に対する作用を分光特性からみると、光合成に関与するのはPAR（光合成有効放射、Photosynthetically Active Radiation）と呼ばれる400～700nmの光放射であり、光形態形成には紫外放射および短波長域の光放射（300～400nm）、赤色光（600～700nm）、遠赤色光（700～800nm）が関与しています。

また葉色や果実の着色（サニーレタスの赤、イチゴの赤、ナスの紫など）には色素（アントシアニンなど）の働きが不可欠ですが、この色素の発現は近紫外放射（300～380nm）によって促進されます。したがって近紫外放射を含まない光放射環境の下では、色素の発現が促進されず着色が悪くなることがあります。

表1：光放射の植物に対する作用と放射照度^1）

（2）光放射による植物育成

植物の生育にとって必要な光放射をはじめ、温度、水分、養分、二酸化炭素などの環境状態を最適生育条件に適合するように制御すれば、気候条件の悪い冬期などでも育成促進が図れ、年間を通じて安定した栽培を行うことが可能になります。当資料では、植物生育の支配的条件の一つである光放射環境のご提案をするための基礎データを紹介します。なお、植物が順調に生育できるようにするためには、温度、水、風、養分などの条件も最適なものにしなければならないことはいうまでもありません。

図2：光合成評価のための分光特性

（2）-3 遠赤色光による植物の成長制御

植物の形状を左右する葉や茎の伸長は660nm（赤色光：Red）と730nm（遠赤色光：Far-Red）を中心とする二つの波長域に含まれる光子束比（R／FR比）と密接な関係があり、この値が大きいと葉面積や茎の背丈は小さくなる傾向があります^3）。図3は、同一の蛍光ランプ本数の下で、ランプのR／FR比のみを変えたヒマワリの栽培試験^4）で、それぞれのR／FR比はA：0.78、B：1.26（自然光の値は約1.10）、C：2.09、D：8.68（パルック蛍光灯）となっています。このようにR／FR比を変えることで、草高を大きく変えることができます。

図3：遠赤色光による草高の違い（ヒマワリの栽培試験）

これらの研究成果に基づき、「現行の蛍光灯」の中でPPFが最も高いパルック蛍光灯をベースにしてFR蛍光体（700～800nmにエネルギーを放射する遠赤色蛍光体）を付加し、自然光に近いR／FR比（1.0）になるように開発した「４波長域発光形植物用蛍光灯」^5）を採用することにより、光合成の促進と自然光の下での生育に近い環境が実現できます。

（2）-4 光合成有効光子束（PPF）

光はエネルギーを持つ一個の粒子（光子またはフォトンと呼ぶ）の集まりであるとみなされ、単位時間当たり放射される粒子の数を光子束と呼んでいます。400～700nmの波長域に含まれる光子束を、光合成有効光子束（PPF）と定義しています。現在の人工光源の中では、高圧ナトリウム灯、マルチハロゲン灯、パルック蛍光灯がPPF効率が高くなります。

PPF…Photosynthetic Photon Flux

（2）-5 R／FR比

R／FRの評価は、600～700nmと700～800nmの波長の光子束比が望ましいといわれています。白熱電球を除く人工光源は自然光に比べてR／FRが大きくなるため、植物の葉や茎の背丈が小さく育つ傾向になります。

（2）-6 植物用蛍光灯（育成用FR）の育成効果

植物用蛍光灯（育成用FR）はこれまでの実験により、パルック蛍光灯に比べて顕著な育成効果があることを実証されています。（表4）

表4：植物用蛍光灯（育成用FR）の育成効果（パルック蛍光灯を1.0とする。）

植物の種類	地上部 生体重	葉の面積	植物の高さ
レタス コウサイ（ハーブ） シュンギク コマツナ ミツバ ホウレンソウ	1.7 1.8 1.1 1.4 1.0 1.1	2.2 2.0 1.5 1.4 1.3 1.3	2.5 2.1 1.3 1.8 1.8 1.1

図4：育成比較写真

（3）インドアスペースの植栽に対する光放射環境

空間のアメニティの向上をはかる有効な手法の一つとして、インドアスペースへの植栽（以下、インドアグリーナリーと記す）の設置が取り上げられるようになり、アトリウムをはじめとするビル･オフィス空間や地下空間での緑化が活発化しています。

（3）-1 光強度と光合成

光や温度、湿度への要求が高い植物と、高温多湿を嫌う人間やコンピュータとは、それぞれ求める最適環境が異なります。このため、両者がうまく共存できる環境の接点･領域の探索が、グリーンアメニティ構築の課題となります。その中で、光は植物の光合成のエネルギー源として、また茎･葉の伸長や花芽形成などの光形態形成の刺激源として重要な役割を果たしています。

図5：光強度と光合成速度

光合成の活性は、通常、光合成速度として、単位葉面積、単位時間当たりのCO2吸収量で表されます。温度、CO2濃度を一定とした場合の、一般的な光強度と光合成速度の関係をみてみると、図5のようになります。光合成で吸収するCO2量と、呼吸で排出するCO2量が同一になる光強度の値を補償点と呼びます。この補償点より弱い光強度では、CO2の吸収量よりCO2の排出量の方が大きくなり、光合成量が負の値になります。こうした状態が長く続くと、植物体は活力が弱まり、場合によっては枯死します。また、光強度の増加とともに光合成速度は増加しますが、ある光強度で飽和状態になります。この状態を光飽和と呼び、光飽和になる点の光強度を飽和点と呼びます。補償点や飽和点は植物の種類によって異なります。得られる光強度が制約された室内で、旺盛な生育を期待しないまでも、活力を維持できる程度の生育を目的とするインドアグリーナリーにおいては、必ずしも飽和点に近い光強度を確保する必要はありません。しかし、インドアグリーナリーにおいても、補償点は必ず確保することはもちろんのことですが、補償点あるいはこれを幾分上回る程度の光強度では、植物を長期間生育させることは不可能になります。

各種植物の光合成特性の測定結果、ならびにこれまでのいろいろな研究報告から、インドアグリーナリーによく用いられる植物について、その必要とする光強度をまとめると、表5に示すようになります。ただし、ここに示す所要光強度はおおよその目安となる値であって、自然界の環境下と同様の生育を示すための値ではありません。花芽形成、葉や果実の色付き、落葉等の形態形成には、光強度のほかに、光質、光照射時間、温度条件等多くの要因が複雑に関与するため、光強度のみを充足させても形態形成が発現するとは限りません。

農業では害虫を人為的に防除することが生産性向上のために不可欠なものであり、農薬などが積極的に使用され、大きな効果を上げてきました。そして、害虫防除法のひとつに夜間照明を利用した方法があります。光放射を利用した害虫防除は、昆虫の光放射に対する反応を利用しているため、薬剤の残留毒性や耐性の心配もなく、環境に優しい防除法のひとつです。

この防除方法は、「黄色蛍光ランプによる害虫の忌避」と「捕虫器用蛍光ランプによる害虫の捕獲」の2種類に分類されます。このふたつの防除方法は、照明器具を使う点では同じですが、光の利用の方法は根本的に異なっています。いずれの方法も夜行性の昆虫が対象であり、昼間活動する害虫に対しては照明の効果は期待できません。そのため、光放射を利用して害虫防除を行う場合、対象となる害虫の光に対する反応特性を前もって調査しておくことが重要です。

（a） 黄色蛍光ランプによる害虫の忌避

農薬の長期・大量の利用に伴い、薬剤耐性のある害虫の出現が問題となってきています。そのため、天敵を温室内に放したり、フェロモンディスペンサーを利用して害虫の繁殖を抑制しようという、バイオロジカルコントロールの新しい試みがなされています。農薬を使わない害虫防除法のひとつとして、黄色蛍光ランプによるヤガ類の防除があります。この防除法は、ナシやモモなどの果実を加害する吸汁性ヤガに関しては、既に実用化^7）8）されています。

最近では、吸汁性ヤガの防除に加えて、青ジソのハスモンヨトウ、カーネーションのオオタバコガ、スイートコーンのアワノメイガなどのヤガ類の防除に黄色蛍光ランプが利用されはじめています。吸汁性ヤガでは黄色蛍光ランプを点灯し、成虫を明適応させ吸汁活動を抑えます。一方、花木や野菜のヤガ類では成虫そのものが被害を与えるのではなく、葉や蕾に産卵された卵が孵化しその幼虫が葉や蕾を食べて被害を与えます。そのため、黄色蛍光ランプを点灯し成虫を明適応させ、産卵を抑えるために使用する点が吸汁性ヤガの場合と異なります。

〈ヤガの明適応と暗適応とは〉

ヤガの複眼は昼間は「明適応」、夜間は「暗適応」しており、ヤガの果樹園への侵入・果実の吸汁、葉や蕾への産卵は暗適応時にのみ起こります。夜間照明を行うと、ヤガの複眼が明適応化して活動が抑制されます。この効果は黄色光で最も大きいことから、黄色蛍光ランプを果樹園に設置する吸汁性ヤガの防除法が実用化されています。なお、複眼の明適応化には白熱ランプ1 lxで40分を要します^7）。

〈活動抑制に必要な明るさ〉

ナシ園において吸汁性ヤガの被害を十分に防止するために必要な平均空間照度（補足参照）は1 lx^8）であり、栽培圃場内を少なくともこの照度以上に維持しなければなりません。この照度以下の所があれば、その部分の果実が被害を受ける可能性があります。ナシ園やモモ園では棚上灯・棚下灯などを設置して最低照度を確保し、光のベールで果樹園全体を覆います。

（補足）平均空間照度とは光源の方向に関係なく、受光部を垂直にした東西南北の4方向と上方水平面の計5方向の測定値の平均をいう。

（b） 黄色蛍光ランプによる防蛾照明の事例

栽培対象によって防蛾灯の配置設計基準は異なりますが、防蛾灯を設置することによって害虫による被害を軽減することができます。

〈ナシ〉

ナシの吸汁性ヤガの防除には、40W黄色蛍光灯を10a当たり7台使用します。その内訳は、棚下灯5台、棚上灯2台設置し、光のベールでナシ園全体を覆います^9）。

〈カーネーション〉

カーネーションのオオタバコガの防除では、蕾に成虫の産卵を行わせないために、40W黄色蛍光灯を約9m間隔（施設の幅7.4m、取り付け高さ3.1mの場合）に設置すれば、防除効果が得られます^10）。

〈バラ〉

バラのハスモンヨトウの防除では、葉に成虫の産卵を行わせないために、40W黄色蛍光灯を約14m間隔（施設の幅8.3m、取り付け高さ3.5mの場合）に設置すれば、防除効果が得られます^11）。但し、器具の汚れによる照度低下を考慮すれば、所要照度を得るための事前の照度計算に基づき、必要に応じて器具間隔を短くする必要があります。

〈青ジソ〉

青ジソのハスモンヨトウの防除では、葉に成虫の産卵を行わせないために、20W黄色蛍光灯を器具の長手方向3m、器具の幅方向3.6m間隔（取り付け高さ1.5m）に設置すれば、害虫防除と開花抑制効果が得られます^12）。但し、青ジソの開花抑制は種子の違いにより所要照度に差が生じる可能性があり、予備実験が必要と考えられます。

〈スイートコーン〉

スイートコーン（露地未熟トウモロコシ）のアワノメイガを防除する場合、スイートコーンは草丈が高いため、防除時期である雄穂の抽出開花期において、薬剤を効率的かつ的確に散布することは困難になっています。そのため、アワノメイガの被害軽減のためには、40W黄色蛍光灯を垂直に、設置高さは地上3mとし、約8～10m間隔で1灯、10a当たりおよそ10灯設置する必要があります^13）。

（c） 捕虫器用蛍光ランプによる害虫の捕獲

生物が照明などの外的な刺激を受けると、能動的に体を一定の位置、または方向に保とうとする性質があります。刺激に対応して移動を起こすものを走性といい、昆虫の場合には多くのものが光に反応して走性を示します。光源の方向に進むものを正の走光性、光に対し忌避するものを負の走光性といいます。昆虫の走光性の波長特性については多くの研究がありますが、図6に示す分光特性が昆虫視力の代表例です。この昆虫視力に近い分光特性をもつ光源が「捕虫器用蛍光ランプ」であり、同じく図6に示します。

図6：昆虫の視力と捕虫器用蛍光ランプの分光特性

捕虫器用蛍光ランプは、「誘虫灯」と「電撃殺虫器（図7）」に使用されます。

＜誘虫灯＞農業試験場などでは、昆虫による被害発生の事前予測を行うため、ランプ周辺に集まってくる夜行性の昆虫をできるだけ傷をつけないように捕獲し、昆虫の種類別の発生数の季節的な推移を調査するために点灯します。

＜電撃殺虫器＞ランプ周辺に集まってきた昆虫はその周辺を飛び回ります。その時、ランプ近くに設置された高圧の電撃格子（6,800～10,000V）に昆虫が触れると感電死してしまいます。この電撃殺虫器は店舗周辺や駐車場など昆虫が飛来するのを好まない場所に設置されます。なお、電撃殺虫器を圃場などに設置した場合、光によって害虫を引き寄せるため、電撃殺虫器の周辺では逆に農作物の被害を受ける場合があり、設置場所の選定には細心の注意が必要になります。

図7：電撃殺虫器

（d） 光源の誘虫性

現在一般に使用されている光源は、いずれも人間の視覚を助ける目的で開発されたものであって、光束、輝度、演色性などで光源の照明特性を示します。人間の目に光として感じるのは、380～780nmの波長に限られるので、光源の照明特性もこの波長範囲のなかで考えられています。一方、昆虫の視感度特性を考える場合、人間の目に感じない紫外放射が特に重要になります。

光源が放射する電磁波を単位波長域ごとに数値化したものが、光源の分光放射パワーになります。光源の種類が決まれば、その分光放射パワーが定まり、一定照度における放射照度の値も決まります。昆虫に対する光放射の作用を定量的に評価するには、昆虫の分光視感度と光源の分光放射パワーで行うべきであって、照度、輝度などの人間の視覚の測光量で評価するのは適切ではありません。

図8：低誘虫照明器具ムシベールの特長

昆虫の誘虫性を検討する場合、それぞれの光源によって得られる同一光束の下での昆虫への影響度を求めれば、光源そのものが持つ特性を定量化できます。換言すれば、それぞれの光源に同じ光束を与えた場合に昆虫の視力に作用する効果はどの程度かを知ることができます。

昆虫の誘虫性は次式で求められます。

I： 単位光束の持つ誘虫性
Ｐ（λ）： 光源の分光パワー分布
Ｒ（λ）： 昆虫の視力の波長特性（Bickfordのデータ）
Ｖ（λ）： 標準分光視感効率（標準比視感度）

＜低誘虫照明器具ムシベール＞

昆虫を寄りにくくするためには、図6の昆虫の視力曲線に沿った光をできるだけカットする必要があります。従来より、380nm以下の光（紫外線のみ）をカットした照明器具はありますが、それだけでは虫の低減効果は十分とはいえません。一方、青色光をカットし過ぎると、光束が低下する上、黄色っぽい色になるため見た目の印象が良くありません。

当社の低誘虫照明器具ムシベールは、従来の紫外線カットの器具に比べて虫の低減効果を向上させながら、黄色っぽさを感じない領域として、410nm以下の光をカットする特許カバーを採用しています。