JP4991990B2 - 植物の生育段階判定方法及びシステム - Google Patents
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但し、当該管理法の実施のためには、植物による肥料成分の吸収状況を正確に判定する必要がある。そこで、例えば特許文献1には、日射エネルギー量を電圧に変換してさらに周波数に変換し、該周波数を分周して、分周値が所定の積算値に達すると所定量の水又は養液を自動供給する養液供給制御方法が、特許文献2には、植物一個体当たりに供給する培養液の給液量を、所定の積算日射量当たりに供給する量で調節して、培養液の廃液率を調整する給液制御養液栽培方法が夫々開示されている。また、特許文献3には、種を蒔いてからの経過時間によって現在の植物の生長ステージを判断する一方、植物への日射量を積算し、各生長ステージにおいて、日射量の積算値がその生長ステージに予め設定された閾値に達すると、当該生長ステージに対して定められた量の施肥を行う施肥管理方法が開示されている。
請求項2に記載の発明は、請求項1の目的に加えて、植物の肥料成分の吸収状況の推定精度の向上を図るために、散乱光センサの出力差の積算値を求めて、その積算値に基づいて生育段階を判定することを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、植物への給液制御方法であって、受光面の前方側を除いて周囲を遮光した散乱光センサを、植物群落内と植物群落外とに、夫々受光面を北方向に向けた状態で少なくとも1つずつ設置して、植物群落内外での散乱光センサの出力差を測定し、得られる測定結果に基づいて植物群落への水又は養液の供給を行うことを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項3の目的に加えて、植物の肥料成分の吸収状況の推定精度の向上を図るために、散乱光センサの出力差を積算し、その積算値が所定値に達すると植物群落への水又は養液の供給を行うことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、植物への給液制御システムであって、受光面の前方側を除いて周囲が遮光され、植物群落内と植物群落外とに夫々受光面を北方向に向けた状態で少なくとも1つずつ設置される散乱光センサと、植物群落内外での散乱光センサの出力差を測定する測定手段と、その測定手段により得られる測定結果に基づいて植物群落への水又は養液の供給を行う給液手段とを備えることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項5の目的に加えて、植物の肥料成分の吸収状況の推定精度の向上を図るために、測定手段は、散乱光センサの出力差を積算し、給液手段は、出力差の積算値が所定値に達すると植物群落への水又は養液の供給を行うことを特徴とするものである。
そして、本発明の給液制御方法及び給液制御システムによれば、当該生育段階判定方法に基づく構成であるため、植物の実際の肥料成分の吸収状況に応じた過不足のない適切な給液制御が可能となり、収量と品質の向上が期待できるのは勿論、余剰肥料の流出が抑制されて環境負荷も低減可能となる。特に散乱光センサは簡単な構成であるので、採用に伴うコストアップは少なく、システムも低コストで構築可能となる。
一方、各方法及びシステムにおいて散乱光センサの出力差の積算値を採用すれば、植物群落の受光環境を適正に評価でき、肥料成分の吸収状況の判定精度の向上に繋がる。
図1は、本発明の生育段階判定方法に用いる散乱光センサの説明図、図2はその散乱光センサを用いた給液制御システムの説明図である。ここでの散乱光センサ1は、鉛直方向の一面のみを開口させた立方体状の黒色の箱体である遮光枠2と、その遮光枠2内に収容されたシリコンフォトダイオード3とからなり、シリコンフォトダイオード3は、遮光枠2における開口2aに相対する鉛直方向の対向面2bの中央に、受光面を開口2aに向けた姿勢で設置されている。すなわち、受光面の前方側を除いて周囲が遮光された状態となっている。4はリード線である。
従って、植物群落Pが図1右側のように成長すると、ΔPが大きくなってΣΔPの給液設定値への到達頻度が多くなり、給液回数が増加することになる。
従って、この生育段階判定方法に基づく給液制御方法及び給液制御システムによれば、植物の実際の肥料成分の吸収状況に応じた過不足のない適切な自動給液制御が可能となり、収量と品質の向上が期待できるのは勿論、余剰肥料の流出が抑制されて環境負荷も低減可能となる。特に散乱光センサは簡単な構成であるので、採用に伴うコストアップは少なく、システムが低コストで構築可能となる。
シリコンフォトダイオード(浜松フォトニクス製S1133、可視光域用、負荷抵抗560Ω、以下「SPD」と略記する。)を、厚さ2mmの黒色アクリル板で製作した四辺が100mmの遮光枠内に設置し、2個の散乱光センサを得た。この散乱光センサの一方を、光反射防止用の黒色シートで覆った栽培ベッドの上面と、栽培ベッド上120cmの高さとの二箇所に夫々受光面を北向きにして設置し、両センサの(−)出力同士を接続し、(+)出力を夫々データロガーに接続して、出力電圧差(mV)を測定してΔPを得る。但し、ここでは植物が繁茂した状態を想定して、下方の散乱光センサのみを黒色シート(遮光率94%)で覆い、温室内で夫々ΔPを連続測定する。
一方、比較の対象として、遮光枠を用いず受光面を上に向けた光合成有効光量子束密度センサ(以下「PPFDセンサ」という。)を同様に上下二箇所に設置してΔPの連続測定を行った。夫々のΔPの変化を図3に示す。なお、同図において、上は温室外日射量のグラフで、中がPPFDセンサのΔPの変化を、下が散乱光センサのΔPの変化を夫々示している。
先に作成した2個の散乱光センサを、光反射防止用の黒色シートで覆った栽培ベッドの上面と、栽培ベッド上120cmの高さとに夫々受光面を北向きにして設置した。以下、栽培ベッド上面の散乱光センサを「下方センサ」、ベッド上方の散乱光センサを「上方センサ」と称し、夫々「Pl」「Pu」と示す。
この上方センサ及び下方センサの出力を減算器(エム・システム技研製KSBS)に接続し、データロガーによって電圧差(ΔP:mV)を測定して、両データから7時〜17時の積算値であるΣPu、ΣPl、ΣΔP、そしてΣΔP/ΣPuを算出した。
また、草丈、草高(栽培ベッドからのトマト群落の高さ)等の生育調査を行うと共に、トマト群落をデジタルカメラにより斜め上方から定期的に撮影し、全画像面積に対する茎葉面積の百分率を被覆率(%)として算出した。
さらに、プラントキャノピーアナライザー(PCA)を用いて栽培ベッド面と群落上とをセンサで測定することにより、葉面積指数(LAI)を非破壊的に評価した。
なお、トマト栽培は、無培地循環栽培システム(2条植え)を用いて行った(品種:桃太郎ヨーク、播種:2006年7月31日、定植8月22日、摘心:3段花房上2葉(10月6日)、基本培養液(N,P,K,微量要素、EC2.5dS/m)、ストレス培養液(Ca,Mg,EC4.0dS/m)、遮光:定植〜11月7日まで晴天日に適宜外部遮光(遮光率50%))。
さらに、ΣΔPは、温室外の積算日射量と同様に晴天日に大きく、曇雨天日に小さい値を示しているが、生育ステージの進行に伴って増加する傾向となっている。
ここで、温室内の光量を一定とした場合のΣΔPを表すΣΔP/ΣPuは、図6に示すように、定植期から3段花房開花期後の10月下旬まで増加したが、それ以降は収穫期(11月下旬)まで略一定の値で推移している。これに併記した草高、茎葉面積被覆率、LAIを見ると、ΣΔP/ΣPuが同様の変化パターンであることがわかる。
なお、図7は、トマトの葉面積が急激に増加する定植〜3段花房開花期後におけるΣΔPと蒸発散量との関係を示すグラフであるが、ここから、ΣΔPが蒸発散量と密接な関係を有していることも明らかである。
ΔP及びΣΔPに基づく給液制御システムを構築し、トマトの栽培過程における給液状況をシミュレートする。(2)の試験と同様の散乱光センサを2個用いて温室内の上下に設置し、SPDを直接続してΔPを測定した。ΔP出力は積算機能付きメータリレー(鶴賀電機製419A−02)に入力し、ΣΔPを算出すると共に、ΣΔPが給液設定値(パネルメータ:750p)に達すると給液される設定として、一日当たりの給液回数を調査した。なお、トマトの栽培は(2)と同じ条件である。この結果を図8に示す。
このように、ΔPを指標とした給液制御システムにより、葉面積が急激に増加する3段花房開花期後において蒸発散量に応じた給液制御が可能なことが明らかとなった。
また、散乱光センサは植物群落の内外に夫々一個ずつ設けているが、複数個ずつ設置してもよい。この場合、植物群落内外で夫々の出力値の平均値を採用したり、最大値と最小値を除いた中間値を採用したりすることが考えられる。また、同じ植物群落内外のエリアであっても高さや位置を変えて設置し、時間帯や季節、生育段階等に応じて判定に使用する散乱光センサを変えるようにしてもよい。
その他、温室内での養液栽培に限らず、例えば温室外で水又は養液を供給する場合に本発明を採用してもよい。勿論トマト以外の他の植物でも本発明は採用可能である。
Claims (6)
- 受光面の前方側を除いて周囲を遮光した散乱光センサを、植物群落内と植物群落外とに、夫々前記受光面を北方向に向けた状態で少なくとも1つずつ設置し、前記植物群落内外での前記散乱光センサの出力差に基づいて植物の生育段階を判定することを特徴とする植物の生育段階判定方法。
- 散乱光センサの出力差の積算値を求めて、その積算値に基づいて生育段階を判定することを特徴とする請求項1に記載の植物の生育段階判定方法。
- 受光面の前方側を除いて周囲を遮光した散乱光センサを、植物群落内と植物群落外とに、夫々前記受光面を北方向に向けた状態で少なくとも1つずつ設置して、前記植物群落内外での前記散乱光センサの出力差を測定し、得られる測定結果に基づいて前記植物群落への水又は養液の供給を行うことを特徴とする植物への給液制御方法。
- 散乱光センサの出力差を積算し、その積算値が所定値に達すると植物群落への水又は養液の供給を行うことを特徴とする請求項3に記載の植物への給液制御方法。
- 受光面の前方側を除いて周囲が遮光され、植物群落内と植物群落外とに夫々前記受光面を北方向に向けた状態で少なくとも1つずつ設置される散乱光センサと、前記植物群落内外での前記散乱光センサの出力差を測定する測定手段と、その測定手段により得られる測定結果に基づいて前記植物群落への水又は養液の供給を行う給液手段とを備えることを特徴とする植物への給液制御システム。
- 測定手段は、散乱光センサの出力差を積算し、給液手段は、前記出力差の積算値が所定値に達すると植物群落への水又は養液の供給を行うことを特徴とする請求項5に記載の植物への給液制御システム。
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