1/f ゆらぎ効果の測定

2018年11月29日 - 未分類

自然界の日射光量は、1/f ゆらぎがあると言われています。植物は、強い光を連続で浴び続けると、光飽和点を超えてしまい、光合成を止めてしまって、休止状態に入ります。光合成は継続していても、光合成で得られるエネルギー以上を使ってしまうとも言えます。これは、植物体内に蓄積した炭水化物の転流や、活性化酸素の除去に必要な期間となります。電力を使って、照明で育てる植物工場では、光を当てても、光合成に寄与しない期間では、電力を使わないようにしたいものです。照明の電力消費を減らせば、その分、温度上昇も抑えられて、温度調整の電力も少なくなります。

 

ITBOXで、O2、CO2,TVOCセンサを搭載して、ポリ袋で密封すれば、光合成中のガス変動が測定できます。光合成が活発になれば、O2は上昇し、CO2は減少するはずです。

実際に測定してみると、CO2は光が当たっている期間中は減少します。しかし、O2は、光が当たってから３時間ほどは上昇するのですが、その後、減少に転じます。減少する時間は５時間から６時間ほどです。この間、光の強さを変えても、O2は上昇しません。恐らく、光合成でH2Oの分解を止めているのではないかと思われます。実験に用いた植物は、水菜であり、水菜の光飽和点は、レタスと同じくらいと仮定すれば、25,000Luxであり、光補償点は1,500Luxです。アイティプランターは、栽培面で5,000Luxあるので、レタスでは、PWM60％ほどで光飽和点を超えます。（参考資料１）(参考資料２）

７時に点灯、１９時に消灯。温度は２４度一定。湿度は９０％RH付近。PWMで照明強度を変更しています。強い光で、光合成が飽和しているように思えます。

光合成が光飽和すると、活性化酸素がSOD（スーパーオキシドディスムターゼ：Superoxide dismutase）により、発生したO2がH2Oに変換されてしまいます。

この活性化酸素対処機構により、測定しているO2が減少しているのではないかと思われます。活性化酸素が増えるのは、光が強すぎるからです。

そこで、照明強度にリズムを付けて、変動させてみました。リズムは、1/f ゆらぎをつかってみました。

 

1/fゆらぎは、PWM１０％以下と９０％以上はカットしてあります。１分ごとに照明強度を変更しています。実験結果が下のグラフになります。1/f ゆらぎ印加時点では、休眠中でO2変動は減少を続けています。CO2は、光量に応じた変動が現れています。

 

約６時間の休眠期間後、再び、O2が上昇しました。光合成が再開されたのだと思われます。このO2上昇期間は、照明強度変動がない場合の３時間に対して、約２倍近くの５時間続きました。その後、O2は減少しましたが、３時間後の消灯後から、再び、上昇しました。O2の上昇は、一晩中継続し、照明が点灯する時刻に減少に転じました。

1/f ゆらぎは、何らかの影響を及ぼしていそうです。もう少し、O2測定値と光合成の関係を突き詰めていく必要があります。