植物工場とその照明技術
技術者・研究者向けの専門書籍紹介
発刊日 2009年12月22日(火) ISBN978-4-903413-77-8
Ｃコード C3058
体 裁 B5判上製本 303頁
書籍趣旨
国家政策「新経済成長戦略」の中に「植物工場の普及拡大」が明記され、経済産業省と農林水産省は共同で「農商工連携研究会植物工場ワーキンググループ」を発足させるなど近年活発化し、具体的には生産コストの3割削減と植物工場の3倍増大を目指すと打ち出しています。
また、LEDなど日本が注力する照明技術も追い風となり、大手企業によるアグリビジネスの参入が報道されたり、無農薬・新鮮・高付加価値、天候と場所に左右されないという利点により、食の安全・安心や食糧不足にも対応できるとして、ますます注目されています。
この書籍には、植物工場・施設の技術動向から、蛍光灯・LED・HEFL(CCFL×EEFL)・ハイブリッド(LED×蛍光灯)など各種照明技術による植物育成技術、植物の成長・反応とその調節・制御、植物工場には完全制御型と太陽光併用型があり、その事業化のヒントまで網羅しています。
次世代アグリビジネス・エレクトロニクス技術として、各方面の技術者・研究者・経営者のみなさまにお役に立ち、さらには植物工場の普及拡大、食の安全・安心・安定供給までにもお役に立てる１冊となるでしょう。
第１章．完全制御型植物工場の最新動向と今後の展望
1. 植物工場の意義
2. 照明の基礎
2.1 光強度の単位
2.2 要求される光量子束
2.3 照明設計の方法
2.4 栽培光源
2.5 コスト比較
3. 実際の植物工場
3.1 高圧ナトリウムランプ利用
3.2 蛍光灯植物工場
3.3 ＬＥＤ植物工場
4.課題と展望
4.1 技術課題
4.2 食品加工との結合
4.3 植物工場ワーキンググループの議論
第２章．植物工場用蛍光ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等の技術
第１節．植物工場用蛍光ランプの技術動向
1. 蛍光ランプとは
1.1 構造
1.2 蛍光ランプの発光原理
1.3 高周波点灯（high frequency,Hf）専用形蛍光ランプ
2. 蛍光ランプの点灯方式・始動
2.1 スタータ形蛍光ランプ
2.2 ラピッドスタート形蛍光ランプ
2.3 高周波点灯（Hf）方式の特長と点灯回路
3. 蛍光ランプの応用
第２節．HID(High intensity discharge：高輝度放電灯)ランプの技術動向
1. 種類と範囲
2. 構造・原理
3. 点灯時の動作
4. ランプ効率（1Wあたりの光束）
5. 光束低下と寿命
6. その他の特性
7. 安定器
8. 新規技術
第３章．蛍光灯による完全人工光型植物工場システムの照明の高効率化
1. 照明の高効率化の意義
1.1 従来の植物工場とその課題
1.2 照明の高効率化と植物工場の経営
1.3 植物工場の照明の効率化と空調設計
1.4 植物工場における効率化と野菜市場の要求
2. 照明光を漏らさず均一に植物に当てる効率化
2.1 各種の照明方式における光の漏れ
2.1.1 蛍光灯露出照明方式
2.1.2 天井平板反射方式
2.1.3 新照射効率向上方式
2.2 均一な照明のしかた
3. 照明光のスペクトルの最適化による効率化
4. 高効率照明による栽培実験の結果
4.1 平板反射（白）と放物面反射（白）の差
4.2 放物面反射（白）と放物面反射（波長変換）の差
5. おわりに
5.1 工学分野からのアプローチ
5.2 医学・薬学分野などからのアプローチ
第４章．植物工場とLED及び各種植物栽培用光源技術
1. フードマイレージの数値を小さくする努力と植物工場の関わり
2. 植物工場の類型と栽培用光源
3. 植物はどのように光を利用しているのか
4. 光合成と光形態形成
5. 植物栽培に利用可能な光源
5.1 白熱電球
5.2 蛍光ランプ
5.3 メタルハライドランプ
5.4 高圧ナトリウムランプ
5.5 冷陰極管（CCFL）
5.6 発光ダイオード（LED）
6. 用途別植物栽培用LEDの応用事例
6.1 植物の生理、光形態反応実験用途
6.1.1 Genesis Light
6.2 植物工場用途
6.2.1 収穫ACE
6.2.2 GAIA magical nursery
7. 植物工場用栽培光源に求められる性能と課題
第５章．植物工場用ＬＥＤパネル／高輝度ＬＥＤ野菜栽培システムの開発動向
1. 植物栽培用LED光源
1.1 植物工場のためのLEDの必要条件
1.1.1 LED光源低コスト化
1.1.2 LEDの長寿命化
1.1.3 低消費電力化
2. 閉鎖型植物工場実用化LEDパネル
2.1 LEDパネルサイズ
2.2 LEDパネル配列パターン
2.3 LEDパネル発熱対策
3. 高輝度LED野菜栽培システム
3.1 ファミリー向け野菜栽培システム
3.2 9.8平米（6畳）野菜栽培ユニットハウス
3.3 コンテナハウス栽培
3.4 LED閉鎖型植物工場
3.4.1 昇降型LED光源による栽培棚の省エネ効果
3.4.2 ミスト栽培方式
4. 閉鎖型植物工場用生産効率を上げるための各種センサー
4.1 CO2センサーとコントローラー
4.2 葉面境界層センサー
4.3 光量子計
4.4 葉面温度センサー
第６章．新しい光が農業を変える！ ＨＥＦＬ照明による野菜人工栽培技術
1. HEFL照明装置の概要
2. 人工栽培技術
3. HEFL波長特性によるレタス類の成長形態実験
第７章．ハイブリッド型照明（ＬＥＤ＋蛍光ランプ）による植物工場への適用と評価
1. ハイブリッド型照明とは
1.1 なぜハイブリッド型なのか
1.2 ハイブリッド型照明の特徴
2. ハイブリッド型照明の植物工場への適用例
2.1 Ｈｆ蛍光ランプ＋赤色ＬＥＤ
2.2 スリム蛍光ランプ＋ＬＥＤ
第８章．人工照明による植物の成長・反応メカニズムとその調節・制御
第１節．LED等の照明光源による植物の成長・分化の制御 1. 植物の光受容体
2. 光質と植物の成長・分化
2.1 光合成作用スペクトル
2.2 基本的な実験条件
2.3 茎伸長に及ぼす光質の影響
2.4 草姿に及ぼす育苗条件と栽培時の光質の影響
2.4.1 栽培時の光質の影響
2.4.2 異なるPPFDで育苗したキャベツの成長・草姿に及ぼす光質の影響
2.5 開花・結実に及ぼす光質の影響
2.5.1 花成を促進する光質と植物種
2.5.2 シソの成長と花成に及ぼす光質の影響
2.5.3 トマト‘マイクロ・トム’の成長・開花に及ぼす光質の影響
2.6 植物の機能性成分含量に及ぼす光質の影響
2.6.1 スイートバジルの成長と香気成分の生成に及ぼす光質の影響
2.6.2 キャベツ葉身のアントシアニン形成
3. 光質制御に関する課題
3.1 品種間差
3.2 LEDランプの選択
3.3 栽培光か、シグナルとしての光照射か
第２節．人工光による植物育成の環境条件制御とその最適化
1. 植物の物質生産と環境条件
1.1 植物の光合成反応と環境条件
1.2 光合成のエネルギー利用効率
1.3 植物の物質生産モデル
2. 人工光型植物工場と環境制御
2.1 人工光型植物工場の概要
2.2 人工光型植物工場における環境条件の制御例
2.3 制御環境下における植物の成長特性
3. 人工光型植物工場における光環境制御とその最適化
3.1 照明方法
3.2 近接照明による栽培室の光利用効率
3.3 植物育成に及ぼす照明時間の影響
第３節．ＨＥＦＬ照明による、植物工場における養液栽培技術
1. 養液組成
2. 養液の濃度管理
3. レタス類栽培における管理
第４節．光制御による植物の色素・形態・機能性成分のコントロールと評価
1. 光制御による作物栽培
1.1 光による形態制御
1.2 光による色素制御
1.3 光による機能性成分制御
2. 光制御による植物の色素、形態および機能性成分に及ぼす影響
2.1 単色光照射がサニーレタスの色素，形態および機能性成分に及ぼす影響
2.2 LEDと蛍光灯の同時照射がアカジソの機能性成分に及ぼす影響
第５節．アーチング栽培法によるバラ切り花生産と補光に関する一考察並びにLED照明の可能性
1. ロックウール栽培(エアリッチ・カンエキ方式)とアーチング栽培の開発のねらいと普及
1.1 開発のねらい・経過
1.2 バラへの適用
1.3 アーチング栽培法の開発
1.4 アーチング栽培法の特許
1.5 特許実施料について
1.6 特許による活性化
2. システムの概要と特徴
2.1 特徴・利点
2.2 給液システムと培養液管理の特徴
3. 導入の条件と導入にあたっての留意点
4. アーチング栽培における栽培体系と管理の基本
4.1 アーチング栽培の概要
4.2 育苗
4.3 定植
4.4 仕立て方、樹形管理
4.5 培養液管理
4.5.1 管理の基本
4.5.2 ECの調節
4.5.3 pHの調節
4.5.4 排液とマット内の養分診断
4.5.5 改植後の養分管理
4.6環境管理
4.6.1 湿度
4.6.2 温度
4.6.3 炭酸ガスの施用
4.6.4 環境3要因における課題
5. バラ切り花栽培の補光に関する一考察
5.1 オランダのバラ切り花栽培における補光
5.1.1 メリット
5.1.2 作用
5.1.3 補光時間
5.1.4 均一性
5.1.5 注意点
5.1.6 環境要因
5.2 オランダと日本の日射量の違い
5.3 国内での補光
6. LED照明の可能性
6.1 目的
6.2 方法
6.2.1 供試品種：リトルマーベル(3年株)
6.2.2 試験区の構成
6.2.3 処理方法
6.2.4 耕種概要
6.3 結果の概要
6.4 考察
第６節．完全制御型植物工場におけるワサビ生産のための環境制御法とその評価
1. 栽培装置および材料の概要
2. 光環境の制御法
2.1 光強度が生育に及ぼす影響
2.2 明期の長さがワサビの生育に及ぼす影響
3. 温度環境の制御法
3.1 明期気温が生育に及ぼす影響
3.2 養液温度が生育に及ぼす影響
4. 養液濃度の影響
第７節．遠赤色光照射による植物の開花促進とそのメカニズム
1. 植物の発育と光
2. 光質と開花
3. 光質と開花のメカニズム
4. 光質の調節に用いられる光源の特性
5. 遠赤色光蛍光ランプによる開花促進
5.1 シュッコンカスミソウ
5.2 トルコギキョウ
5.3 ストック
6. 遠赤色ＬＥＤによる開花促進
6.1 シュッコンカスミソウ
6.2 トルコギキョウ
6.3 その他の作物
第８節．ＬＥＤを用いた切り花ギクの開花調節
1. 供試光源の分光特性
2. 発蕾抑制効果の比較
2.1 白熱電球と蛍光灯
2.2 白熱電球，赤色ＬＥＤおよび白色ＬＥＤ
3. 考察
第９節．光質による植物の開花調節とその実用技術の開発
1. トルコギキョウの光応答特性
1.1 長日処理に用いる光源の種類がトルコギキョウの成長と開花に及ぼす影響
1.1.1 共通の材料および方法
1.1.2 実験方法
1.1.3 光源の特性
1.1.4 結果および考察
1.2 長日処理に用いる照射光のR:FR比がトルコギキョウの成長と開花に及ぼす影響
1.2.1 実験方法
1.2.2 結果および考察
2. 農業生産への活用
2.1 トルコギキョウの冬春出荷栽培における開花促進技術の開発
2.1.1 白熱灯を用いた長日処理の開花促進効果
2.1.2 異なる発育ステージにおける長日処理の影響
2.1.3 長日処理の時間帯の影響
2.1.4 冬春出荷栽培における開花促進技術
2.2 トルコギキョウの初秋出荷栽培における
花芽形成を抑制する光源を用いた長日処理による切り花品質の向上
2.2.1 赤色光長日処理における電照時間帯の影響
2.2.2 赤色光長日処理による花芽形成の抑制および切り花品質向上における品種間差
2.2.3 初秋出荷栽培における品質向上技術
第９章．医薬製剤原料のための密閉型植物工場の開発
1. 医薬品原材料等を生産する遺伝子組換え植物の開発
2. 医薬品原材料等を発現する遺伝子組換え植物の栽培規制
3. 医薬品等を生産する密閉型植物工場の開発
3.1 必要性および要求される性能
3.1.1 種々の作物種を生育・栽培可能な完全人工環境を構築可能な性能
3.1.2 遺伝子封じ込め対策措置
3.1.3 医薬品原材料生産に関してあるべき施設性能
3.2 密閉型遺伝子組換え植物工場施設の概要
3.2.1 遺伝子拡散防止対策
3.2.2 汚染防止対策
3.2.3 製剤化エリア
4. 閉鎖型遺伝子組換え植物工場栽培室の環境測定例
5. ジャガイモの水耕栽培技術の開発
第１０章．植物工場における空調施設
1. 植物工場における空気調和
1.1 温度制御
1.2 湿度制御
1.3 炭酸ガス制御
1.4 風（気流）制御
1.5 クリーンルームとバイオハザード
2. 植物工場における空調の実例
2.1 完全制御型植物工場の実例
2.2 太陽光利用型の実例
第１１章．植物工場における環境制御を中心とした生産のシステム化
1. 完全制御型植物工場と太陽光・人工光併用型植物工場の環境制御の特徴比較
1.1 完全制御型植物工場の環境制御システム化の要点
1.2 太陽光・人工光併用型植物工場の環境制御システム化の要点
2. システム化促進のためのユビキタス環境制御システム
3. 生産のシステム化を促進するアプリケーションソフトウェアの必要性
第１２章．植物工場の実用化・事業化動向 〜実際稼働している９社の事例〜
第１節．“完全人工光型”植物工場の実用化・事業化動向
（その１） 日本アドバンストアグリ(株)
「ＨＥＦＬ照明を用いた植物工場・栽培施設の実用化・事業化」
1.簡易型植物栽培装置と量産装置
（その２） (株)野菜工房
「完全制御型植物工場の事業化について」
1. 株式会社野菜工房みどりが丘ファームについて
2. 株式会社野菜工房の取り組み
2.1 生産野菜の差別化
2.2 初期投資の削減
2.3 ブランド化
（その３） ベルグアース(株)
「閉鎖型苗生産システムの現状と課題」
1. 閉鎖型苗生産システムの導入
2. 閉鎖型苗生産システムの現状と課題
2.1 育苗と照明
2.1.1 光強度について
2.1.2 蛍光灯からの放射熱について
2.2 育苗と空調管理
2.2.1 外部環境と閉鎖型育苗装置内環境の関係
2.2.2 育苗トレイの入庫枚数と閉鎖型育苗装置内環境の関係
（その４） (株)エム式水耕研究所
「植物工場 〜安全・安心・安定・健康の食物工場をめざす〜」
1. 経験農業からデザイン農業へ
2. M式水耕研究所と植物工場
3. 植物工場の今後 安全・安心・安定・健康の食物工場へ
第２節．“太陽光・人工光併用型”植物工場の実用化・事業化動向
（その５） (株)ホト・アグリ
「実用化に向けての取り組み」
1．補光使用光源
2．実用化に向けての試み〈ホト・アグリ農場の場合〉
2.1 問題点と課題
3．太陽光・人工光併用型植物工場の問題点と運営上の留意点
3.1 人工光を併用することの利点を明確にする
3.2 人工光を併用する目的を明確にする
3.3 販売先の確保
3.4 小規模試験栽培の推奨
4．今後の見通し
（その６） (株)アグリポピュレイションジャパン
「太陽光利用型植物工場：百年野菜栽培システムの事業化と普及」
1. 野菜のおいしさと安全・安心について
2. 地球上の天然・森羅万象に逆らわない生産システム
3. 野菜メーカーとしての機能
4. 生産作業について
5. 各地域におけるセンター機能と小規模・多プラントの設置
6. イニシャル・ランニングコスト低減の為の進化
（その７） (財)北海道農業企業化研究所
「北海道における太陽光、人工光併用型植物工場の取り組み」
1. 地域、気象の概況
2. 施設概要
3. 各温室の栽培状況
4. いくつかの課題と取り組み
4.1 寡日照冬期間における生産の安定化
4.2 施設、暖房低コスト化
4.3 新品目の開発
（その８） (株)トヨタフローリテック
「太陽光・人工光併用型植物工場における鉢花生産」
1. 事業開始時の花き鉢物生産の状況と事業の方向性
2. 会社の概要
3. 施設の内容
4. システム概要
5. 生産品目
6. 生産計画の策定
7. 初年度の経緯(平成11年度)
8. 2年目の経緯(平成12年度)
9. トリジェネ施設の導入(平成20年度)
10. 環境への配慮の取り組み
11. 今後の課題
11.1 多品目生産のための品目の選択
11.2 他業界への営業展開
11.3 生産計画の策定
11.4 出荷作業の効率化
11.5 生育促進ランプの増設とランニングコスト
（その９） ＭＫＶドリーム(株)
「MKVドリーム(株)の植物工場」
1. 育苗工程：人工光・閉鎖型苗生産システム「苗テラス」による計画的良苗生産
1.1 計画的な良苗生産を必要とする理由
1.2 人工光・閉鎖型苗生産システム「苗テラス」
2. 本圃栽培工程：「太陽光利用型植物工場」による高効率野菜生産
3. 新技術の適用による生産性向上
