コンピュータシミュレーションによる散乱性被覆資材の有効性の検討

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K06310
• Research Institution: Takasaki University of Health and Welfare
• Principal Investigator: 石神 靖弘 高崎健康福祉大学, 農学部, 准教授 (50361415)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: レイトレーシング / 植物群落

Outline of Annual Research Achievements

温室内の作物の生産性を向上させるためにはいかに光を有効的に使用できるかが重要な課題である。本研究では、散乱性被覆資材を展張した温室を想定して、温室内の光環境ならびに、群落の受光量のばらつきについて、光シミュレーションの一種であるレイトレーサー法を用いて推定を行った。温室モデル内にトマト個体を想定した植物モデルを4列の栽培列として配置した。市販されている拡散性フィルムの拡散性をB1とし、B1の2倍の範囲に透過光が拡散すると仮定した資材のBSDFを設定した（B2）。さらに、ほとんど光を拡散しない資材（光透過率90％）のBSDFを設定（B0）した。温室内の光強度（光合成有効光量子束密度；PPFD）を推定した。群落上の水平面（第4図）として、温室の栽培エリアの約半分の49 m2について、10㎝間隔の格子点を設け、高さ2.2 mの地点の光強度を推定し、変動係数を求めた。また、植物群落を上中下の3層に葉面積が同じになるように分割し、各層について、葉を構成するポリゴンごとに受光量を求め、積算したものを各層の葉面積で除して層別の平均受光強度を推定した。
群落上の水平面の光強度について11：30（南中時刻付近）を除いてB0、B1、B2の経時変化は同様の傾向を示した。また、群落上水平面（49 m2）の光強度の変動係数（CV）は平均でB0、B1、B2でそれぞれ0.52、0.45、0.41となり、B1、B2でB0より小となった。B1、B2では光が拡散したことにより、群落上水平面の光強度が均斉化したと考えられた。群落の層別受光強度について、上層ではB0、B1、B2共に群落上水平面と同様の推移を示した。B2ではB0よりも受光強度が大となる時間帯があったが、B1ではB0と同程度もしくは小となる
被覆資材の拡散性が増すと温室内の光強度および植物群落の場所による受光強度の変動が小さくなることが示された。