JP2020046782A

JP2020046782A - 植物栽培の管理システム及び管理方法

Info

Publication number: JP2020046782A
Application number: JP2018173051A
Authority: JP
Inventors: 亘千住; Wataru Senju; 税増田; Osamu Masuda
Original assignee: Hokkaido University NUC; Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Hokkaido University NUC; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】病害が発生するまでの時間を、病害が発生する前により正確に予測して、効率的に栽培を行うことが望まれていた。【解決手段】管理システムは、植物の栽培空間中の病原粒子の量の測定結果を取得する測定結果取得部と、病原粒子の量に基づいて、前記病原粒子により前記植物に引き起こされる病害の発生度が予め定められた基準値に到達するまでの時間を算出する算出部と、算出部により算出された時間に基づいて前記植物の栽培を管理する管理部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、植物栽培の管理システム及び管理方法に関する。

ネギ栽培圃場の気温とネギ葉面の濡れとに基づき、予測モデルを用いて、降水量と風速データを参考に、発病の急増日を予測する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、閉鎖された生産施設内に正負イオンを放出して空気中の浮遊微生物を不活化する方法が知られている。
特許文献１特開２００８−１２５４９６号公報
特許文献２特開２００４−６５６１４号公報

植物栽培においては、病害が発生してはじめて、植物が病原体に感染したことを確認できる場合が多い。また、植物が病原体に感染しているか否かを判定するためには、植物の全株検査が必要となる場合がある。従来、病害が発生するまでの時間を、病害が発生する前により正確に予測して、効率的に栽培を行うことが望まれていた。

第１の態様において、管理システムが提供される。管理システムは、植物の栽培空間中の病原粒子の量の測定結果を取得する測定結果取得部を備えてよい。管理システムは、病原粒子の量に基づいて、病原粒子により植物に引き起こされる病害の発生度が予め定められた基準値に到達するまでの時間を算出する算出部を備えてよい。管理システムは、算出部により算出された時間に基づいて植物の栽培を管理する管理部を備えてよい。

管理システムは、１つ以上の基準値について、病原粒子の量と、発生度が基準値に到達するまでの時間との関係性を示す関係性情報を記憶する記憶部を備えてよい。病原粒子の量は、栽培空間から採取された栽培空間中の気体に含まれる病原粒子の数を測定することによって特定されてよい。算出部は、病原粒子の量、及び、記憶部に記憶されている関係性情報に基づいて、気体が採取されたタイミングから発生度が基準値に到達するまでの時間を算出してよい。

管理部は、植物への薬剤散布、栽培空間の温度の制御、栽培空間の湿度の制御、栽培空間の風向の制御、及び植物の栽培計画の生成のうちの少なくとも一つを行ってよい。

病原粒子は、植物に病害を引き起こす病原体の胞子であってよい。測定結果取得部は、植物を栽培する栽培施設内の空気中に含まれる単位体積あたりの胞子の数の測定結果を取得してよい。

第２の態様において、栽培管理方法が提供される。栽培管理方法は、植物の栽培環境中の病原粒子の量の測定結果を取得する段階を備えてよい。栽培管理方法は、病原粒子の量に基づいて、病原粒子により植物に引き起こされる病害の発生度が予め定められた基準値に到達するまでの時間を算出する段階を備えてよい。栽培管理方法は、算出された時間に基づいて植物の栽培を管理する段階を備えてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

一実施形態に係る栽培システム１０の全体構成を概略的に示す。管理システム１００の機能ブロックを模式的に示す。病害発生度と胞子数との間の関係性を概略的に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態に係る栽培システム１０の全体構成を概略的に示す。栽培システム１０は、植物１８０を栽培するためのシステムである。栽培システム１０は、栽培施設１４０、環境制御機器１２０、測定装置１６０、栽培管理端末１１０、及び管理システム１００を備える。

測定装置１６０及び環境制御機器１２０は、栽培施設１４０内に設けられてよいし、栽培施設１４０外に設けられてよい。栽培管理端末１１０は、栽培管理用の端末である。栽培管理端末１１０は、作物の生産に従事する者や栽培施設１４０の管理者が使用する端末であってよい。管理システム１００は、測定装置１６０、環境制御機器１２０、及び栽培管理端末１１０と、ネットワークを通じて通信する。

栽培施設１４０は、例えば、ビニールハウス等の温室、植物工場等の農業施設である。栽培施設１４０は、完全に又は概ね閉鎖された栽培空間１４２を有する。植物１８０は、栽培空間１４２内で栽培される。植物１８０は、野菜を含む園芸作物、食用作物、試料作物、緑肥作物、及び工芸作物等の栽培植物である。なお、植物１８０としては、シバクサ、トマト、アズキ、タバコ、イチゴ等を例示することができる。

環境制御機器１２０は、栽培空間１４２の環境を制御する。環境制御機器１２０は、照光装置１２２、空調装置１２４、散布装置１２６、及び給水装置１２８を備える。照光装置１２２は、植物１８０の生育を促進するための光を発する。空調装置１２４は、栽培空間１４２内の温度、湿度、風向、風量を制御する。散布装置１２６は、植物１８０に肥料や薬剤を散布する。給水装置１２８は、植物１８０を生育させるための水を提供する。

測定装置１６０は、栽培施設１４０内の温度、湿度、照度、気体組成、及び、病原菌の胞子量を測定する。測定装置１６０は、栽培空間１４２内の温度を測定する温度センサ１６２、栽培空間１４２内の湿度を測定する湿度センサ１６４、栽培空間１４２内の照度を測定する照度センサ１６６、栽培空間１４２内の気体組成を測定する組成センサ１６８、及び、病原体の胞子量を測定する胞子量測定部１７０を備える。

胞子量測定部１７０は、栽培施設１４０内の空気を試料として採集する採集器１７２と、採集器１７２により採集された試料に含まれる病原菌の胞子量を測定する検査装置１７４とを備える。検査装置１７４は、特定の病原菌の胞子量を測定する。例えば、検査装置１７４は、ＰＣＲ法を用いて、特定の病原菌の胞子の遺伝子量を定量することにより、単位体積の空気に含まれる病原菌の胞子数を測定する。本実施形態において、特に断らない限り、単位体積の空気に含まれる病原菌の胞子数のことを単に「胞子数」と呼ぶ。

なお、病原菌の胞子は、病原粒子の一例である。病原菌は、植物１８０の病気を引き起こす原因となる病原体の一例である。病原体が病原である場合において、病原粒子とは、胞子以外の繁殖体を含む概念である。また、病原粒子とは、病原体の繁殖体に限らず、病原体そのものであってよい。例えば、病原粒子とは、ウイルスであってよい。なお、病原菌としては、例えば、うどんこ病等を引き起こす糸状菌等を例示することができる。

管理システム１００は、測定装置１６０による測定結果を取得する。具体的には、管理システム１００は、測定装置１６０による温度、湿度、照度、気体組成、及び胞子数の測定結果を取得する。温度、湿度、照度、気体組成、及び胞子数は、栽培空間１４２の環境情報の一例である。

管理システム１００は、測定装置１６０による測定結果に基づいて、植物１８０に病害が発生するまでの時間を算出する。管理システム１００は、病害が発生するまでの時間に基づいて、環境制御機器１２０を制御する。例えば、管理システム１００は、植物１８０に病害が発生するまでの時間が予め定められた日数より短い場合に、散布装置１２６から薬剤を散布させる。また、管理システム１００は、病害が発生するまでの時間に基づいて、温度及び湿度、及び風向の少なくとも一つを制御する。例えば、管理システム１００は、栽培空間１４２の温度や湿度が、病原菌の増殖が抑制される温度や湿度になるように、空調装置１２４を制御する。

また、管理システム１００は、病害が発生するまでの時間に応じて警告情報を栽培管理端末１１０に送信してよい。また、管理システム１００は、病害が発生するまでの時間に基づいて栽培計画を生成して、生成した栽培計画を示す情報を栽培管理端末１１０に送信してよい。栽培計画としては、薬剤の散布時期等を示す防疫計画、植物１８０の生育計画、植物１８０の収穫時期等を示す収穫計画等を例示することができる。

栽培システム１０によれば、空気中の胞子数に基づいて病害が発生するまでの時間をより正確に予測することができる。そのため、病害が発生する前に、より正確な警告情報を提供したり、病害が発生する可能性があるより正確な時期を、生産者等に提供したりすることができる。また、病害が発生するまでの時間に基づいて栽培空間１４２の環境を制御することで、病害の発生を遅らせたり、植物１８０の生育を促進して植物１８０の収穫を早めたりすることができる。そのため、植物１８０を効率的に栽培することができる。

図２は、管理システム１００の機能ブロックを模式的に示す。管理システム１００は、測定結果取得部１０２、算出部１０４、及び管理部１０６を備える。管理システム１００は、例えばコンピュータにより実現される。

測定結果取得部１０２は、測定装置１６０による測定結果を取得する。具体的には、測定結果取得部１０２は、植物１８０の栽培空間１４２中の病原菌の胞子数の測定結果を取得する。より具体的には、測定結果取得部１０２は、胞子量測定部１７０による測定結果を取得する。

例えば、胞子量測定部１７０において、検査装置１７４は、採集器１７２により栽培空間１４２から採取された栽培空間１４２中の気体に含まれる病原菌の胞子の数を測定する。具体的には、検査装置１７４は、植物１８０を栽培する栽培施設１４０内の空気中に含まれる単位体積あたりの胞子の数を測定する。管理システム１００において、測定結果取得部１０２は、検査装置１７４による測定結果を検査装置１７４から受信することにより、病原菌の胞子数の測定結果を取得する。

算出部１０４は、測定結果取得部１０２が取得した病原菌の胞子数に基づいて、病原菌の胞子により植物１８０に引き起こされる病害の発生度が予め定められた基準値に到達するまでの時間を算出する。

例えば、記憶部１０８は、病害の発生度に関する１つ以上の基準値について、病原菌の胞子数と、病害の発生度が当該基準値に到達するまでの時間との関係性を示す関係性情報を記憶する。関係性情報については、図３に関連して説明する。算出部１０４は、病原菌の胞子数、及び、記憶部１０８に記憶されている関係性情報に基づいて、採集器１７２により気体が採取されたタイミングから病害の発生度が基準値に到達するまでの時間を予測する。

管理部１０６は、算出部１０４により算出された時間に基づいて、植物１８０の栽培を管理する。例えば、管理部１０６は、病害が発生するまでの時間を示す報知情報を、栽培管理端末１１０に送信してよい。管理部１０６は、病害が発生するまでの時間が予め定められた時間より短い場合に、警告情報を栽培管理端末１１０に送信してよい。

また、管理部１０６は、病害が発生するまでの時間及び病原菌の胞子数に基づいて、植物１８０の栽培計画を生成して、栽培計画を示す情報を栽培管理端末１１０に送信してよい。栽培計画としては、病原菌の防染計画、植物１８０の生育計画、及び植物１８０の収穫計画等を含んでよい。

例えば、管理部１０６は、防染計画として、薬剤の散布計画を生成してよい。一例として、管理部１０６は、病害が発生するまでの時間及び病原菌の胞子数に基づいて、散布する薬剤の種類、及び、それぞれの薬剤を散布する時期を決定してよい。例えば、管理部１０６は、病害が発生するまでの時間が第１の日数以上の場合に、細胞の成長を促進する成分を主成分とする散布剤を散布する計画を生成してよい。細胞の成長を促進する成分としては、ビタミンＣ等を例示することができる。一方、管理部１０６は、病害が発生するまでの時間が第１の日数より短い場合に、病原菌の殺菌作用を有する薬剤を散布する計画を生成してよい。これにより、植物１８０への薬剤の散布量を抑制することができる。

また、管理部１０６は、病害が発生するまでの時間に基づいて、収穫タイミングを病害の発生前のタイミングに設定した収穫計画を生成してよい。また、管理部１０６は、生育計画として、植物１８０の生育条件を定めた計画を生成してよい。生育条件としては、温度、湿度、照光量、及び肥料の種類を含んでよい。管理部１０６は、病害の発生前に植物１８０を収穫できるような生育条件を決定してよい。また、管理部１０６は、栽培空間１４２の温度が生育条件で定まる温度になるように、空調装置１２４を制御する制御信号を空調装置１２４に送信してよい。同様に、管理部１０６は、栽培空間１４２の湿度及び照光量が生育条件で定まる湿度及び照光量になるように、空調装置１２４及び散布装置１２６を制御する制御信号を空調装置１２４及び散布装置１２６に送信してよい。また、管理部１０６は、生育条件で定まる種類の肥料を散布装置１２６に散布させるための制御信号を、散布装置１２６に送信してよい。

また、管理部１０６は、病害が発生するまでの時間が予め定められた第２の日数より短い場合に、栽培空間１４２内の風向を制御してよい。例えば、栽培空間１４２内の空気の流れが、地面やフィルタに当たってから植物１８０に向かうように、空調装置１２４を制御してよい。

なお、管理部１０６は、病害が発生するまでの時間が予め定められた第３の日数より短い場合に、植物１８０の収量より生育速度の速さを優先する生育条件を決定してよい。なお、上述した第１の日数、第２の日数、及び第３の日数は、植物１８０の種類や病原菌の種類等に応じて適宜定められてよい。

このように、管理部１０６は、植物１８０への薬剤散布、栽培空間１４２の温度制御、栽培空間１４２の湿度制御、栽培空間１４２の風向制御、及び植物１８０の栽培計画の生成のうちの少なくとも一つを行う。栽培システム１０によれば、栽培施設１４０で栽培される植物１８０の品質や衛生度を高めることができる。また、空気中の病原菌の胞子数に基づいて栽培管理を行うことができるので、病原菌への感染を検査するための全株検査を行う必要がない。したがって、植物１８０の栽培効率を高めることができる。

図３は、病害発生度と胞子数との間の関係性を概略的に示す。図３の横軸は、病害発生度が基準値に到達するまでの時間を示す。図３の縦軸は、栽培空間から採取された空気中に含まれる胞子数を示す。

図３に示す３種類の丸印は、実験に基づくデータ点を示す。当該実験において、病害発生度は、病害が発生した葉の割合を示す。具体的には、圃場における栽培領域を上方から撮影して得られた画像を複数の要素にメッシュ分割し、病害が発生した葉を含むメッシュ要素の数をメッシュ要素の全数で除すことによって、病害発生度を算出した。

図３のデータ点で示されるように、病害発生度が基準値（例えば、１０％、５０％、１００％等）に到達するまでの時間と、病原菌の胞子数との間には、相関関係がある。従来は、空気中の胞子数と発症までの時間との相関は知られていなかったため、空気中の胞子数に基づいて栽培管理を行うことができなかった。

図３において、線３１０は、病害発生度１０％のデータ点に当てはまる直線である。同様に、線３２０及び線３３０は、それぞれ病害発生度５０％及び１００％のデータ点に当てはまる直線である。すなわち、線３１０は、栽培空間から採取した空気中に含まれる胞子数と、当該試料を採取したタイミングから病害発生度が１０％に到達するまでの時間との間の関係性を示す。線３２０は、栽培空間から採取した空気中に含まれる胞子数と、当該試料を採取したタイミングから病害発生度が５０％に到達するまでの時間との間の関係性を示す。線３３０は、栽培空間から採取した空気中に含まれる胞子数と、当該試料を採取したタイミングから病害発生度が１００％に到達するまでの時間との間の関係性を示す。

病害発生度１０％、５０％及び１００％のデータ点を基に病害発生度１０％未満の任意の基準値まで外挿することで、空気試料の採取タイミングから病害発生度１０％未満の任意の基準値に到達するまでの時間を示す所要時間を推定できる。本実施形態においては、空気試料の採取タイミングから病害が発生するまでの時間を推定することが望ましい。すなわち、空気試料の採取タイミングから病害発生度０％を超えるまでの所要時間を推定することが望ましい。そこで、本実施形態では、図３に示すデータ点を基に病害発生度０％に外挿することで得られる所要時間を、「空気試料の採取タイミングから病害が発生するまでの時間」とする。図３において四角形で示される点は、病害発生度０％に外挿することで得られる所要時間の推定値を示す推定点である。線３００は、当該推定点に当てはまる直線である。よって、線３００は、栽培空間から採取した空気中に含まれる胞子数と、試料を採取したタイミングから病害が発生するまでの時間との間の関係性を示す。記憶部１０８は、線３００を表す情報を、関係性情報として記憶する。

管理システム１００において、算出部１０４は、胞子量測定部１７０から受信した測定結果に含まれる病原菌の胞子数から、線３００を参照して、空気試料の採取日から病害が発生するまでの日数を算出する。一例として、病原菌の胞子数が１５０個／１０Ｌであった場合、図３の線３００を参照すると、空気試料の採取日から約１５．５日で病害が発生すると推定される。この場合、管理部１０６は、病害発生までの推定日数１５．５日に基づいて、病害が発生しない期間を予測する。例えば、管理部１０６は、病害発生までの推定日数と予め定められた予備日数とに基づいて、空気試料の採取日から１０日後までの期間を、病害が発生しない期間として特定する。この場合、管理部１０６は、空気試料の採取日から１０日以内に植物１８０の収穫をするよう栽培管理端末１１０に指示するとともに、空気試料の採取日から１０日以内に植物１８０を収穫できるような栽培計画を生成して栽培管理端末１１０に送信する。これにより、将来的に病害が発生する可能性が有り得る場合でも、植物１８０の品質や衛生度を保って栽培し、収穫することができる。また、収量低下を抑制することができる。

なお、図３の線３００は、病原菌の胞子数と、病害の発生度がそれぞれの基準値に到達するまでの時間との関係性を示す関係性情報の一例である。関連性情報としては、病原菌の胞子数から、任意の時間の後における病害の発生度や、病害が発生するまでの時間を算出できる情報であれば、どのような形式のデータであってもよい。例えば、線３１０、線３２０、及び線３２０を示す情報を関係性情報として記憶してよい。また、関連性情報は、植物１８０の種類と病原菌の種類との組み合わせ毎に設定されてよい。算出部１０４は、栽培施設１４０で栽培される植物の種類と栽培管理において対象となる病原菌の種類との組み合わせに対応する関連性情報を参照して、病害の発生度が基準値に到達するまでの時間を算出してよい。

以上に説明したように、栽培システム１０によれば、病害が発生するまでの時間を、病害が発生する前により正確に予測して、効率的に栽培管理を行うことができる。これにより、栽培される植物の品質や衛生度を高めることができる。また、病原菌への感染を検査するための全株検査を行う必要がない。そのため、植物の栽培効率を高めることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０栽培システム、１００管理システム、１０２測定結果取得部、１０４算出部、１０６管理部、１０８記憶部、１１０栽培管理端末、１２０環境制御機器、１２２照光装置、１２４空調装置、１２６散布装置、１２８給水装置、１４０栽培施設、１４２栽培空間、１６０測定装置、１６２温度センサ、１６４湿度センサ、１６６照度センサ、１６８組成センサ、１７０胞子量測定部、１７２採集器、１７４検査装置、１８０植物、３００線、３１０線、３２０線、３３０線

Claims

植物の栽培空間中の病原粒子の量の測定結果を取得する測定結果取得部と、
前記病原粒子の量に基づいて、前記病原粒子により前記植物に引き起こされる病害の発生度が予め定められた基準値に到達するまでの時間を算出する算出部と、
前記算出部により算出された時間に基づいて前記植物の栽培を管理する管理部と
を備える管理システム。
１つ以上の前記基準値について、前記病原粒子の量と、前記発生度が前記基準値に到達するまでの時間との関係性を示す関係性情報を記憶する記憶部
をさらに備え、
前記病原粒子の量は、前記栽培空間から採取された前記栽培空間中の気体に含まれる病原粒子の数を測定することによって特定され、
前記算出部は、前記病原粒子の量、及び、前記記憶部に記憶されている関係性情報に基づいて、前記気体が採取されたタイミングから前記発生度が前記基準値に到達するまでの時間を算出する
請求項１に記載の管理システム。
前記管理部は、前記植物への薬剤散布、前記栽培空間の温度の制御、前記栽培空間の湿度の制御、前記栽培空間の風向の制御、及び前記植物の栽培計画の生成のうちの少なくとも一つを行う
請求項１又は２に記載の管理システム。
前記病原粒子は、前記植物に病害を引き起こす病原体の胞子であり、
前記測定結果取得部は、前記植物を栽培する栽培施設内の空気中に含まれる単位体積あたりの前記胞子の数の測定結果を取得する
請求項１から３のいずれか一項に記載の管理システム。
植物の栽培環境中の病原粒子の量の測定結果を取得する段階と、
前記病原粒子の量に基づいて、前記病原粒子により前記植物に引き起こされる病害の発生度が予め定められた基準値に到達するまでの時間を算出する段階と、
前記算出された時間に基づいて前記植物の栽培を管理する段階と
を備える栽培管理方法。