セクションの紹介：
- 植物栽培用LEDの役割
- 製品と目的
- 経験的手法とLED試験の構成
植物栽培用LEDの役割
商業用の温室を運営している人も、小規模な市場で農業を営んでいる人も、家庭菜園をしている人も、植物の生産を成功させるためには光の利用可能性と質が重要であることはすでにご存知でしょう。不安定な冬の窓辺、広大なフープハウス、多段式の屋内水耕栽培施設など、光のコントロールは非常に重要です。
既存のグローライト技術で十分ですし、太陽光も捨てたものではありません。HID（HPSやMH）や蛍光灯でも十分な効果が得られ、強度や照射範囲をコントロールすることができます。しかし、LEDは照明のスペクトルを柔軟に操作できるため、植物の成長形態や化学的性質をコントロールするための新たな選択肢を提供してくれます。また、効率、品質、タイミング、生産の柔軟性も向上します。
<<< いずれの場合も、性能や試験は個々の植物種に大きく依存することに注意してください。植物は、自然界の可能な限りのあらゆる光環境を見つけて成長します。固定された生育条件下で、複数種または多段式での栽培でデータ収集を行っているのでない限り、制御された照明下での生育条件の試験により、単一種のデータが得られるはずです。
ここでは、現在および将来のLEDスペクトルのコンセプトと、関連するDigi-Key製品を簡単に紹介します。
植物育成用白色LED
すべてではありませんが、多くの継続的な生育環境に適した汎用照明として設計されています。また、基本的なスペクトルを提供し、他の波長で断続的に増強するためにも使用されます。白色LEDモジュールは、物理的に配置することで、強度や照射範囲、照射頻度を変えることができますが、他の色と組み合わせない限り、スペクトルを特定して制御することはできません。これらの白色LEDは、クールホワイト、ニュートラルホワイトなどと記載されていることがありますが、「スペクトル分布」、「スペクトルパワー分布」などと題された、スペクトルの強度と波長の関係を示すグラフを見つけるのが一番です。LUXEON SunPlus 2835シリーズの例を以下に示します。
植物育成用の白色LEDでは、試験のバリエーションは限られていますが、この照明の強度や時間を変えることで、成長速度や成長形態（モルフォロジー）をコントロールしたり、開花時期を制御したりすることができます。また、白色LEDは基準値にすることができます。ある植物をグループに分けて1つのグループは白色LEDのみ照射、他のグループは同じレベルの水や栄養を与えられた状態で、何か特定の波長を照射します。少なくとも同じ構成で異なるブランドの白色LEDを試してみることができます。
ここでは、植物育成用白色LED部品をご紹介します。［ここをクリック LED照明 - 白色｜オプトエレクトロニクス｜Digi-Key］。 このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - 白色で検索できます。
植物育成用白色LEDのストリップやモジュールを紹介します。［ここをクリック LED照明 - COB、エンジン、モジュール、ストリップ｜オプトエレクトロニクス｜Digi-Key］をご覧ください。このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - COB、エンジン、モジュール、ストリップで検索できます。
植物育成用遠赤色LED
「遠赤色」（FR）に指定される波長は、テーマによって異なります。一般的なスペクトルグラフでは700nm～850nmと表示されていても、特定のブランドやシリーズの植物育成用LEDの資料を見ると700nm～800nmなどと記載されている場合があります。スペクトルの強度と波長を正確に把握するためには、個々の製品の波長チャートを見つけるのが一番です。
FR光は「シェード（日陰）ライト」と呼ばれることが多く、成長形態や開花に最も関係してきます。FR信号に対する植物の一般的な反応は、成長の延長（伸長）と葉のサイズアップです。前述のように、すべての植物が同じ反応をするわけではありませんが、多くの植物はFRを日陰と見なし、日光に届くように高く伸びようとしたり、より多くの光を取り込むために葉を大きくしたりします。また、FRの光を開花の合図とする植物もあります。
FR LEDを使った試験方法は数多くあります。他の波長と組み合わせて、連続的または断続的に使用し、植物の成長形態、開花行動、発色を比較することができます。生産現場では、伸長が必要な場合、美観のために大きな葉が必要な場合、開花を一定のスケジュールで行う必要がある場合（例：休日）などがあります。また、主に自然光に頼っている植物は、FR光を計算して照射することで、望ましい効果を得ることができます。ただし、FR光を照射しないベースグループを必ず確保する、もしくは照射時間や強度、タイミングなどを考慮してグループ分けをしてください。
この記事を書いた時点では、FR LED製品は当サイトではあまり紹介されていませんでしたが、今は多くのメーカーがシリーズのオプションとして掲載しています。シリーズのデータシートやサプライヤのホームページを見て、注文可能な品番を確認してください。以下は、前述したLUXEON SunPlus 2835の製品ラインで、720nm～740nmのLEDが提供されています。
データシート：［ここをクリックhttps://www.lumileds.com/wp-content/uploads/files/DS237-luxeon-sunplus-2835-line-datasheet.pdf］
ここでは、植物育成用遠赤色LED部品の簡単なリストを紹介します。［ここをクリック LED照明 - カラー｜オプトエレクトロニクス｜Digi-Key］。このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - カラーで検索できます。
植物育成用遠赤色LEDのストリップまたはモジュールのリンクです：［ここをクリック LST1-01F06-FRD1-00 New Energy｜オプトエレクトロニクス | DigiKey］。 このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - COB、エンジン、モジュール、ストリップで検索できます。
植物育成用赤色LED
一般的に赤色LEDの波長は、600nm～700nmまでのフルレンジで記載されていますが、赤色と深紅色に分かれる場合もあります。以下にOSRAM LED Engin LuxiGen製品の例を示します。また、製品の説明書にはピーク波長が記載されていることが多いです。
出典： ［ここをクリック Wavelength, CCT and flux options for optimized PPF | LED Engin］
これらの赤色光は、FRと同様に植物の成長に影響を与えますが、光合成を促進する効果はFRよりもはるかに高いと考えられます。これを図式化したものが「光合成作用スペクトル曲線」で、どの波長が植物に最も利用されやすいかを示しています。しかし、何度も言うようですが、すべての植物がこの線に沿ってきれいに収まるわけではありません。植物には、光合成を行うための構造が複数あり、その規模や位置が異なるため、利用できる波長や強度が異なり、効率も異なります。
赤色LEDを使った試験では、FR LEDと同様に成長形態や開花を調べることができますが、青色や植物育成用の白色など、他の波長と組み合わせることで、成長速度や植物の体積、さらにある程度は植物内部の化学的性質を調べることもできます。赤色とFRは、フィトクロム（光受容体）を介して直接的な関係がありますが、別に分けて記事にしたほうがよいでしょう。この関係は、生産者がフィトクロムの活性型（Pfr）と不活性型（Pr）の存在をテストし、モニタする手段を持っていれば、重要な試験対象となります。
ここでは、様々な赤や深紅の植物栽培用LED部品のリンクを紹介しています：［ここをクリック LED照明 - カラー｜オプトエレクトロニクス｜Digi-Key］です。このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - カラーで検索できます。
ここでは、いくつかの植物栽培用赤色LEDのストリップまたはモジュールのリンクを紹介します：［ここをクリック LED照明 - COB、エンジン、モジュール、ストリップ｜オプトエレクトロニクス｜Digi-Key］。 このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - COB、エンジン、モジュール、ストリップで検索できます。
<<< なお、既存の植物栽培用LEDモジュールの多くは、すでに赤色と青色のLEDが含まれています。用途や試験に応じて、個別の仕様や全体の仕様を確認してみてください。
植物栽培用青色LED
青色光は一般的に400nm～500nmの範囲で記載されていますが、植物栽培用青色LEDは450nm付近に代表値があり、その上下の値をとることが多いです。赤色の波長と同様に、光合成反応の主要な原動力となりますが、同じ効率ではありません。多くの植物では、青い光の高いエネルギーの一部の影響を受けません。青色光は、さまざまなレベルの強度を適用することにより、制御因子としてよく使用されます。 特に100%人工光を使用する条件では、成長形態に強い影響を与えます。 通常の屋外の温室の光を補うものとしては、ほとんど効果がありません。
植物栽培用の青い波長は、形態（茎が短くなる、葉が小さくなるなど）に加えて、植物の化学的性質や色に強い影響を与え、これらは販売用の植物製品にとって重要な要素です。また、気孔（葉の開口部）を制御する役割を持ち、水の損失やガス交換に影響を与えます。
青色光を用いた試験は、他の波長と比較した青色光の割合が各試験グループで分かっている「混合率」で行われることが多いです。同じように有効なオプションとして、強度と持続時間がありますが、目に見える効果は別として、化学的変化を測定するには特定のテスト機能が必要です。長日植物では開花を促進し、短日植物では開花を抑制するように強度を調整することができます。いつものことですが、固定した条件下で時間の経過とともにどの作物が最もよく反応するかを見つけることが目的でない限り、さまざまな条件下で1つの植物種への影響を研究することが望ましいです。
植物栽培用青色LED部品の一覧です。［ここをクリック LED照明 - カラー｜オプトエレクトロニクス｜Digi-Key］。このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - カラーで検索できます。
植物栽培用青色LEDのストリップやモジュールを紹介します。［ここをクリック LED照明 - COB、エンジン、モジュール、ストリップ｜オプトエレクトロニクス｜Digi-Key］。このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - COB、エンジン、モジュール、ストリップで検索できます。
<<< なお、既存の植物育成用LEDモジュールの多くは、すでに赤色と青色のLEDが含まれています。用途や試験に応じて、個別の仕様や全体の仕様を確認してみてください。
植物栽培用緑色LED
緑の波長と植物に関して、「葉はその色を利用していないから、緑に見える」とよく言われますが、不正確な表現です。一般的な500nm～600nmの波長を持つ緑色の光は、植物にとって無視できないエネルギー吸収の機会となります。ただ、他の波長のように効率的に、同じようには利用されていないだけなのです。
植物は種類にもよりますが、緑色の光のかなりの部分を反射しますが、一部は葉の構造体の中の葉緑体や、キャノピー全体の中のさらに下にある葉の葉緑体に取り込まれます。クロロフィルが赤や青の波長で飽和状態になっても、上層の葉やキャノピーを通過した緑の波長の光を、主要ではない場所の葉緑体が利用することで、光合成の効率を高めることができるのです。また、緑色の光は植物の気孔を調節する役割も持っています。
植物栽培用の緑色LEDを使用した試験では、ほとんどが補助的な役割で使用されているため、緑色を使用せずに光合成活性範囲をフルに使ったLEDのベースグループと、緑色の波長を照射する強度や時間を変えたグループを比較することができます。自然光を利用する屋外の温室ではあまり使われませんが、作物のキャノピーを重ねて配置する方法では、下層での緑の光の効果を試すことができます。
植物栽培用の光の試験は何十年も前から行われていますが、LEDの使用は比較的新しいため、その試験も新しいものになります。 作物への緑色の波長の適用に関する新しい情報を探してください。LumiledsのLUXEON SunPlusシリーズのライムLEDを取り上げた次の記事は、興味深い例です。［ここをクリック https://www.lumileds.com/wp-content/uploads/files/WP34.pdf］
植物栽培用緑色（ライム）LED部品の簡単なリストです。［ここをクリック LED照明 - カラー｜オプトエレクトロニクス｜Digi-Key］。このカテゴリは、製品索引 > オプトエレクトロニクス > LED照明 - カラーで検索できます。
植物栽培用紫外線（UV）LED
紫外線は、光合成有効放射（PAR）の範囲である400nm～700nmの外にありますが、植物の成長に重要な役割を持っています。紫外線は、人間の組織に損傷を与えるのと同じように、植物に害を及ぼす可能性があります。 ただし、いくつかの効果は有益であり、他の効果も特定の植物種の生産目標を達成するという点で役立ちます。
植物の化学的性質は紫外線照射によって変化する可能性があるため、栽培された植物の目的が、例えば蒸留によって化合物を採取することであれば、紫外線照射によるその化合物のレベルの上昇は、作物の収穫高よりも重要です。紫外線は植物に色の反応を起こさせることができ、これは造園や食用作物の美観を保つためにも、また一部の食品市場の植物の必須栄養素レベルを保つためにも必要なことです。
また、紫外線は植物の成長形態、病気のかかりやすさ（特に真菌類）、有害な昆虫による害などにも影響を与えます。また、屋外での栽培に移行すると、急に太陽光を浴びてダメージを受けてしまうため、温室で栽培された植物のコンディションを事前に整えるためにも、UV照射は使用できます。温室の素材には紫外線を遮るものが多く、屋内栽培施設では紫外線を全く照射しない場合もあるため、UV LEDを使用することにはメリットがあります。
現在、Digi-keyサイトには「植物育成用」として掲載されているUV製品はありませんが、製品索引 > オプトエレクトロニクス配下のいくつかのカテゴリに掲載されています。
経験的手法とLED試験の構成
植物栽培用LEDの試験は一般的に実証試験に分類され、行う際にはいくつかのガイドラインに従うことが重要です。つまり、先入観を証明する目的で実験をしてはいけないのです。仮説を立ててスタートするのはいいのですが、試験は結論を出すためのデータや観察結果を得るために行われます。これらは元の理論をサポートする場合もあれば、しない場合もあります。
不完全なデータや操作されたデータに基づいて結果を出すような方法で試験を行ってはいけません。これは不正行為のようなものです。例えば、比較対象となるグループがない実験や、テストグループ間の条件が一貫してコントロールされていない実験では、結果は無効となります。もう一つの例は、人の性による介入です。「ああ、これは違う設定にしておけばよかったな、実験が終わる前に変更しておこう」という風に考えてしまいがちです。その結果も無効です。T
そこで、植物栽培用LEDを試験する際の基本的なシナリオをご紹介します。
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比較のためのベースグループを使用するか、または結果を評価するために使用できるプリセットの基準やデータベースを使用します。あるグループの植物には自然光または白色LED光源を、他のグループには異なる波長またはその組み合わせの光を照射します。このシナリオでは、すべての植物種が同じであり、その他の条件（水、肥料など）も同じである必要があります。
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このベースグループのコンセプトのバリエーションとして、すべての植物に固定のLEDセットを使用し、テストグループごとに他の入力を変更するという方法があります。同様に、固定されたLEDセットを使用し、テストグループごとに異なる植物種を試します。いずれの場合も、LEDは変化しないベースとなります。これは、照明を変えられないときに最も効果的な作物を探すときに便利です。
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試験を繰り返してください。優れた試験は、繰り返し行うことで、一貫性を確立したり、分析するのに十分な大きさのデータセットを提供できますし、またそうすべきです。また、時間をかけて繰り返し行うことで、経験則上の試験のエラーも取り除かれます。例えば、01番から10番までの試験で、06番を除いて一貫した結果が得られた場合、その試験はまだ有効かもしれませんが、設定を確認する理由にもなります。試験番号06では、1つあるいはそれ以上の照明器具のLEDが間違っていたのかもしれません。
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LEDが試験の中心となる場合は、可能であれば、各テストランまたはテストグループを1つの機能ごとに分けてください。それらの特徴や品質のいくつかは、先に述べたとおりです。その内容は、波長、強度、ポジショニング（カバー率）、比率、ブランド、タイミングなどです。観察や分析がしやすいように、テストグループごとに異なる機能の数を少なくするようにしてください。そうしないと、原因と結果を理解するのが難しくなります。
試験変数の数を考えると、イノベーションには制限や制約がないことがよくわかります。植物栽培用LEDに関する研究は非常に新鮮で、新しい研究成果が発表されるたびに、この分野が非常にダイナミックな研究であることがわかります。それは、単独でも、既存の方法にも適応できる技術です。暗闇の中に取り残されないように。ライトを持って始めましょう！