現場管理技術
植物工場の温度管理は「空気」でなく「葉」で決まる
空調は指示どおりに動いている。設定値も日報の数字も、何ひとつ間違っていない。それでも生育はばらつき、夏の電力は重く、夜温の落としどころには毎回迷う。「守っているのに、なぜ」——その問いは、たいてい宙づりのままになります。
手がかりは、温度を測っている場所にあります。私たちが管理しているのは空気の温度ですが、植物が応じているのは葉の温度と、そこで進む光合成・呼吸・生育のテンポです。ここでは、温度をその生理の側から見直していきます。
空気の温度と葉の温度のズレを読む
植物工場の温度管理は、設定値を決めて守れば終わり、と思われがちです。日中は何℃、夜間は何℃。その値さえ外さなければいい、と。でも現場をやっていると、設定はきちんと守っているのに、棚によって生育が揃わない、夏場の電気が重い、夜温の下げ方に迷う——そういう詰まり方をします。設定を守ることと、作物が応えることは、どうも別の話らしいのです。
たとえば葉物で、昼25℃、夜18℃に固定して、全体としては問題なく回っている。なのに同じラックの上段と下段で、生育が少し揃わない。最初は風の当たり方かLEDとの距離を疑うはずです。実際、LEDは省エネと言われていても、消費電力の四割ほどは熱として出ていきます。高光量の条件では照明のすぐ下で2〜5℃ほど温度が上がるという観測もあって、上段は照明の熱がこもりやすい。設定は25℃でも、実際の葉の温度は下段より高くなっている。すると問いが立ちます。温度は空気を見るべきなのか、葉そのものを見るべきなのか。設定値を守っているのに揃わない理由は、たいていここにあります。
結論から言うと、設定値が指しているのは空気の温度で、作物の中で実際に効いているのは葉の温度です。この二つは普段はだいたい一致するので、区別しなくても回ります。ところがLEDのように近距離で熱を持つ光源があると、上段では葉が空気より高くなり、その「ズレ」が表に出てきます。葉物のレタスで光の強さと風速を変えて葉の温度を測った研究でも、葉温は空気の温度そのままでなく、当たる光の強さと風の速さでずれることが確かめられています（参考: 1）。
なぜ葉温のほうが効くのか。光合成も呼吸も酵素の反応で、その速度を決めているのは空気ではなく葉そのものの温度だからです。酵素の反応は、温度が10℃上がるとおおむね二倍くらいまで速くなる、という温度依存があります。だから同じ「25℃設定」でも、上段の葉が実際に27℃なら、その葉にとっての温度はもう25℃ではありません。反応が回る速さも、呼吸での消耗も、下段の葉とは別の点に乗っている。設定は揃っているのに生育が揃わない——それは、空気をそろえても葉がそろっていない、という形でよく起きます。
では空気を見るのは無駄か。そうではありません。空調が直接動かせるのは空気のほうです。空気を「入力」、葉を「結果」として両方を見る、という二段構えになります。今すぐできることは一つ。上段と下段の葉に放射温度計を当てて、空気の設定値と何℃ずれているかを実測してみてください。葉物に近距離でLEDを当てている棚なら、上段の葉温は空気の設定値より高めに出るはずです。私の感覚では、近接LEDの上段で数℃の差を見てきましたが、その幅は施設や光の当て方でかなり動くので、まずは自分の棚で測って数字を持つのが先です。そのズレが分かれば、上段だけ風を足すのか、設定を少し下げるのか、対策の当てどころが具体的になります。
ちなみに、このズレは光が強い昼に大きく、光のない夜には小さくなります。
夜温は昼に作った糖をどれだけ残すかで決まる
昼は照明の熱で葉の温度が空気より高くなる。では夜はどうか。夜は照明が消えているので、葉温と気温はほぼ一致すると考えていい。昼のように光源の熱で葉だけが持ち上がることが起きないからです。だから夜は設定値と作物の実温度がズレにくい、わりと素直な時間帯です。
問題は、その夜温を「夜は涼しくするもの」くらいの感覚で下げていて、下げる理由のほうはしっくりきていない、という状態です。狙いは「夜は何をしている時間か」から考えると腹落ちします。昼は光を受けて光合成で糖を作っている。夜は光がないので新しく糖は作れず、作物は昼に貯めた糖を使って呼吸をしている。この呼吸は温度で速くなる反応で、夜温が高いほど糖の消耗が速い。ここまでは生理の素過程として確かで、夜に温度を下げれば、夜のあいだの糖の消耗そのものは抑えられます。
ただし、ここで気をつけたいことがあります。「消耗を抑える＝そのぶん残って育つ」と素直に結びつけてしまうと、話を読み違えます。実際に葉物のレタスで温度を振った研究を見ると、向きはむしろ逆に出ます。昼夜の差を6℃に固定したまま平均温度を上げていく——夜温でいえば15℃から18℃、21℃へと上げていく——と、生鮮重はむしろ増えていきました。品種によって、20℃から26℃まで上げ続けて18%増えたもの、20℃から23℃で32%増えてそこで頭打ちになったものがあり、生育がいちばん良かったのは平均23℃、昼夜でいうと25/18℃あたりでした（参考: 2）。つまり、夜を冷やすほど糖が残って一直線に育つ、という単純な話ではない。暖かいほうが（少なくとも昼夜25/18℃あたりまでは）むしろよく育つのです。
では夜温を下げる意味は何か。それは「糖を節約して増収する」ことではなく、徒長を抑えて株を締める、という品質側の調整です。夜温を下げきらないと茎が間延びしやすく、姿が崩れる。だから夜温は「育ちの量」を稼ぐレバーというより、「育ち方の締まり」を整えるレバーだと考えるほうが現場の感覚に合います。そして都合のいいことに、研究が示す生育の最適（昼夜25/18℃）と、現場で締めの目安にしている夜18℃は、ほぼ同じ場所にいます。だからまずは夜18℃で固定する、というのは、増収の面でも品質の面でも筋の通った出発点になります。
下げれば下げるほどいい、とはならないのも、ここから分かります。下げすぎると徒長は止まるけれど、生育のテンポも鈍る側に入っていく。夜温は「締める」と「ちゃんと育てる」のあいだのバランスで決まっていて、18℃はその折り合いの一例です。
だから夜温を考えるときは、昼にどれだけ糖を作れているかとセットで見るのがいい。昼の光合成が弱いのに夜だけ下げても、もともと貯まっていないものを守っているだけになります。逆に昼しっかり作れているなら、一日の収支は素直に回る。昼と夜は別々の設定値ではなく、昼に作って夜に使う、という一日の差し引きでつながっています。
そう考えると、夜温はずっと同じ18℃である必要があるのか、という疑問も出てきます。昼に光をしっかり浴びた日と、曇りで光が弱かった日とでは、夜に守るべきものも少し違うはずです。理屈としては、光が弱かった日ほど夜は下げ気味に、という方向は筋が通っています。ただ現場で日替わりにそこまで追い込むかというと、まずは固定の18℃で一日の収支を読めるようにするほうが先です。変えるとしても、曇天が続いたときに少し下げる、くらいの粗さで十分効きます。
夏の1℃は昼と夜で重さが違う
夏場は電気が切実です。とくに空調の電力が重くのしかかり、設定を1℃でも上げて、その負担を少しでも軽くしたい。でも、上げたら生育に何が起きるのか言い切れず、結局怖くて触れない——夏の現場ではよくある足踏みです。一日の収支の中で見たとき、夏に設定を1℃動かすというのは、どこを触っていることになるのか。
夏に1℃上げるのは、昼と夜で効く向きがまるで違います。ここを分けると、怖くて触れない、という状態から抜け出せます。
まず昼。葉物のレタスでは、適温の幅の中なら、気温が光合成そのものに与える効きは思ったほど大きくありません。気温がおもに効くのは、葉が展開していく発達のテンポや葉の大きさのほうで、乾物の重さへの効きは小さい、という整理があります（参考: 3）。だから夏の昼に1℃上げて怖いのは、光合成が一気に落ちるからではない。怖いのは、高い気温に強い光が重なったときに、チップバーン（葉先枯れ）や姿の崩れといった品質側のリスクが上がることです。設定が25℃で上段の葉がすでに27℃なら、設定を1℃上げて葉温を28℃に押すのは、いちばん攻めている棚をさらに攻める方向で、品質を落とす側に効く。だから昼の設定は、電気のために上げる対象としては筋が悪い。
一方、夜。夜の1℃は、呼吸の消耗を「増やす」側に効きます。18℃を19℃にすると、夜のあいだの糖の使いすぎがわずかに進む。ただ、さきほど見たように、生育の最適は昼夜25/18℃あたりにあって、夜を少し緩めても生育がすぐ落ちるわけではありません。むしろ「暖かくても23℃まではよく育つ」という幅があるぶん、夜は緩める余地が残っている。そして電力の観点では、夜は外気との温度差が小さく、葉だけが持ち上がることもないぶん、同じ1℃でも空調の負荷を軽くしやすい時間帯です。
だから組み立てはこうなります。夏に電力を抑えたいなら、昼を上げて品質を危うくするより先に、昼の上段の葉温を風で抑えて余計な空調をかけずに済ませる方向、そして夜温を下げきらずに少し緩める方向——この二つから当たる。1℃を「どこでも同じ1℃」として怖がるのではなく、品質に近い昼の1℃は重い、生育に余地のある夜の1℃は相対的に軽い、と分けて見る。そうすれば、触れる1℃と触りたくない1℃が、現場の数字として切り分けられます。
「昼の高い気温に光の強さが重なると痛い」というのは、研究でもはっきり出ています。閉鎖型のレタスでは、光を強くするほど成長は速くなりますが、その急いだ成長そのものがチップバーンの出やすさと結びつくことが知られています（参考: 4）。さきほどの研究でも、CO2を増やして成長を急がせるとチップバーンの発生が上がりました（参考: 2）。そして生育を最大にする条件と品質を守る条件はずれてくる、というトレードオフも知られています（参考: 4, 5）。だから、上段のように葉温も高く光も近い棚は、いわば「攻めている」状態で、そこにさらに昇温を足すのが一番痛い、ということになります。光をどこまで強くするかという設計は光合成積算とPPFDの設計の側で別に踏み込めます。
設定が合っているかは葉温と昼夜差と地温で判定する
ここまで見てきたように、葉温と気温のズレは光が強い昼に大きくなります。ここで少し引いて考えます。現場で温度を管理していて、いちばん知りたいのは、結局「自分のところの今の設定値は、合っているのか間違っているのか」でしょう。けれど絶対値で「葉物は昼22℃が正解」と言ってしまうと、現場ごとの違いを潰してしまう。必要なのは、生理の側から見て自施設の設定が合理的かどうかを判定する型——たとえば根の温度や昼夜の差をどう扱うか——のほうです。
判定の物差しは、絶対値ではありません。これまでの収支——昼に作り、夜のあいだ使いすぎず、一日の差し引きで育ちが回っているか——です。具体的には三つの型で見ます。
一つ目は、葉温と気温のズレ。上段の葉が設定値より何℃高いかを実測し、その差が小さく収まっていれば、空気と葉がおおむねそろっていると見ていい目安になります。二つ目は、昼夜差、いわゆるDIF（昼夜温度差）。昼を高く夜を低くした差がきちんと取れているか。徒長していれば夜を下げ切れていない可能性がある、と読めます（徒長は光量や植え付け密度など他の要因も絡むので、温度はそのうちの一つです）。三つ目が、根の温度。これは葉温より見落とされやすい。地温が高すぎると根が呼吸で消耗し、せっかく作った糖が根で余計に使われてしまいます。根の温度まで測っている現場は、葉温ほど多くないかもしれません。
ですから判定の手順は、絶対値の正解表ではなく、葉温のズレ・DIF・地温の三点を自施設で測り、一日の収支が成立しているかで合理性を見る、という形になります。
根の温度のところでは、「差で読む」という見方の一例がきれいに出ています。レタスで、根の温度を気温より3℃ほど高く保つと、試した4つの気温帯（17・22・27・30℃）すべてで地上部・根の乾物重が増えた、という研究があります。面白いのは、この研究が比べたのが「気温と同じ」と「気温＋3℃」の二水準で、＋3℃のほうが全帯で有利だった、という比較だったことです。論文自身も＋3℃を便宜的に選んだと断っていて、これを「根は必ず気温＋3℃が正解」という普遍の物差しに広げることはできません。それでも、いい関係が絶対値でなく気温との差のほうで保たれていた、という構図は、設定値の良し悪しを生理の側から見るときの足場になります（参考: 6）。念のため、これは根の温度をあえて気温より少し高くつける、という話で、型の一つ目（葉温と気温のズレは小さく保つ）とは差の向きが逆である点には注意してください。根の適温帯そのものについては、別の研究で、レタスでは根の温度25℃前後で乾物重が最大になり、35℃まで上がると生育が落ちる、と報告されています（参考: 7）。地温は、気温に追随して少し高めが有利な帯と、25℃前後を上限に高くなりすぎると生育が落ちる帯の、両方で見ておくのがよいでしょう。
チップバーンや徒長は温度と一対一では対応しない
温度計を当てる前に、葉の見た目で何かを察してきたことがあるはずです。葉先が枯れるチップバーン、間延びする徒長、葉色の変化。こうした見た目のサインは、温度を測る前段の兆候として読めるのか。どのサインが温度のどこに対応しているのかが分かれば、測る前に葉で気づけるはずです。
ただ、結論を先に言えば、チップバーン・徒長・葉色のどれも温度を読む入り口にはなりますが、サインと温度が一対一で対応しているわけではない。これがまず大事なところです。
徒長は比較的読みやすい。昼夜差が取れていない、つまり夜に下げ切れていない側の話として読めることが多く、DIFのサインの一つと考えてよいでしょう（ただし光量や植え付け密度も徒長に効くので、温度だけの指標ではありません）。徒長そのものを症状から温度設計に戻して読む筋は夜温と徒長の関係で別にたどれます。
チップバーンは少しやっかいです。高温そのものというより、高温と強い光が重なった時間帯に、葉先までカルシウムなどの送り込みが追いつかないときに出る。温度だけでなく、光・気流・湿度が重なった結果です。だから「チップバーンが出た＝温度を下げる」と単線で結んではいけません。温度はそのうちの一つの入力として見ます。
実際、これは実験でもかなりはっきり裏付けられています。閉鎖型植物工場のレタスで、昼間の温度を下げてもチップバーンはほとんど抑えられなかった。ところが、水平方向の気流を秒速0.28メートル以上で安定して当てると、発生は大きく減りました。仕組みとしては、気流が葉のカルシウム分布を均一にする、つまり葉先までの行き渡り方を助けることが示されており、温度を動かすより気流のほうが効く場面がある、とまで言われています。同じ研究では、チップバーンの出やすさには品種差も大きいことが指摘されていて、温度・光・気流だけでなく品種の選び方も一つの軸になります（参考: 8）。別の研究では、気流を秒速0.25から0.75メートルに上げると、チップバーンの発生が87.3％減ったと報告されています（参考: 1）。
ですから見た目のサインは、「どこを測りに行くか」のあたりを付ける入り口として使うのがよいでしょう。徒長ならDIFを、チップバーンなら葉温と光と湿度の重なりを疑う。そこから先は、結局また葉温・DIF・地温を測って収支で確かめにいく、という順番に戻ってきます。
ここで一つ、現場で使う風速の目安を整理しておきます。気流の風速は、目的によって狙う帯が少しずつ違います。棚の中の温度ムラを崩して均すなら秒速0.3〜0.7メートルあたり、チップバーンを抑えにいくなら水平気流を0.28メートル以上、結露を防ぐ常時運転なら0.3〜0.5メートルの弱めの風、という具合に、同じ「風を回す」でも狙いで帯が変わります。先ほどのチップバーンを87.3％減らした例は、0.25から0.75メートルへ上げたときの値です。風は一律に強くすればいいものではなく、何のために回すのかを決めてから帯を選ぶ、という順番になります。
温度は光と気流と養液の組み合わせの中で意味を持つ
最後に、文書として一つ線を引いておきます。ここまで温度が生理のどこに効いているかを軸にほどいてきましたが、いま見たチップバーンのように、温度だけでは閉じない場面は必ず出てきます。葉温と光と湿度が重なってくると、それはもう湿度（VPD）や気流、CO2、養液をどう設計するかという別の話になり、温度の設定値の中だけで答えを出そうとすると無理が出ます。そこは温度を入り口にしつつ、別の環境パラメータの設計として持ち替える——必要なら専門家に相談し、湿度・光それぞれの設計に踏み込む、という線引きが要ります。
このことには裏付けがあります。植物工場のレタスでは、養液の濃度（EC）や光のレシピ、CO2や温度・湿度といった環境因子のあいだに互いの効き方を変える絡み合いがあり、どれか一つだけを最適化しても十分にはならない、という整理が示されています（参考: 5, 9）。温度も同じで、光・気流・養液・湿度の組み合わせの中に置いてはじめて、その設定値が効いているのか外しているのかが見えてきます。だから「温度を入り口にしつつ、別の環境パラメータの設計に持ち替える」という締め方は、単独の数字をいじり続けても答えが出にくい、という観察とも整合します。
そのうえで、ここに、葉温というフレームがもたらす実益が二つあります。一つは風の使い方です。上段の葉温が高いとき、冷気をさらに送り込んで空気ごと冷やすのは電力を増やす方向ですが、風を当てて葉の表面の熱だけを逃がすのは、空気の設定温度を下げずに葉温だけを下げられる省エネのレバーになります。空気を冷やすのと、葉を冷やすのは、同じではない。葉で読むからこそ、空気を冷やさずに済ませる手が見えてきます。もう一つは投資の基準です。経営側から見れば、空調更新や断熱の投資も「設定値をきっちり追従させるため」ではなく、「葉温・DIF・地温のばらつきを、生育に効く場所で抑えるため」という基準に置き換わります。守るべきは空気の数字ではなく、生育が決まる場所の揃い方です。
ここまでの話を一文にまとめると、温度管理は空調パネルの中で終わる作業ではなく、同じ25℃が昼の光合成・夜の呼吸・生育のテンポのどこで効いているかで、設定値の意味が決まる——ということです。
温度を含めた現場の判断軸をもう少し体系立てて押さえたい方は、植物工場の収益性を高める172のヒントも参考にしてください。