JP7718656B2 - 除草・防草装置及び除草・防草方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気的刺激を利用して雑草の防除を行う除草・防草装置及び除草・防草方法に関する。

雑草の防除は、農業分野や工事現場などあらゆる場面で省力化・低コスト化が求められている。防除方法としては、農薬を用いた化学的防除と、刈払機を用いた草刈りなどの物理的防除とが広く知られている。前者の化学的防除は、生態系への影響に加え、近隣への飛散や、地下流出による水系への影響など、様々な環境問題を引き起こす懸念があるとともに、農薬に含まれる成分を吸い込むことによる人体への影響が懸念される。また、後者の物理的防除は、地上の茎や葉を刈り取っても地中に残った根から短期間で再び繁茂するため、除草頻度を高くする必要があり、人件費がかかるとともに、猛暑下での作業の場合における熱中症のリスクや、刈払機の振動・騒音による作業者の健康被害などの課題もある。

上述の化学的防除や物理的防除の他に、近年では、高電圧を雑草に放電又は印加する電気的防除方法も開発されている。この電気的防除方法は、電極間に高電圧を印加して放電した電流を雑草に当てて電気的刺激を与えるか、高電圧を印加した電極を直接雑草に接触させて電気的刺激を与えることにより、細胞・組織を破壊し、枯死させるものである。

このような電気的防除方法を利用したものとして、下記特許文献１には、高電圧や静電気等の放電もしくは印加を利用し植物を枯れ死させる除草と、植物を切断もしくは破砕等による除草を同時に実施する放電利用除草装置として、高電圧発生装置を備えた電動草刈り機が開示されている。この電動草刈り機は、高電圧発生装置から導かれたプラス電極が接続する上部切削刃と、高電圧発生装置から導かれたマイナス電極が接続する下部切削刃とを備え、雑草が切削刃に接触し刈り取られると火花放電がなされ、この放電を受けた雑草が、その根、茎および葉の細胞が破壊され、粉砕除去されるというものである。

特開２００２－１８６３２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された除草装置では、漏電による感電の危険性があり、作業者の安全性が確保できないとともに、刈払機に放電装置を装着しているので、草刈り頻度の低減は期待できるものの、従来と同様に人が移動して刈払機による草刈り作業を行わなければならないため、作業の省力化にはならず、人件費がかかるなどの欠点があった。

特に、畑の場合、農作物を植え付ける畝には防草シートを張って雑草抑制が図られているが、畝間の通路には防草シートを設置しないため、雑草が繁って畑の養分が奪われる問題があった。

そこで本発明の主たる課題は、除草及び防草の効果に優れ、作業の省力化を図り、効果が長期に亘って持続でき、環境に優しい除草・防草装置及び除草・防草方法を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、雑草の防除対象区域に敷設された電極と、前記電極に電圧を印加する電源装置とを備え、
前記電極は、前記電源装置のプラス側に接続するプラス電極と、前記電源装置のマイナス側に接続するマイナス電極とからなり、前記プラス電極とマイナス電極とが離隔して配置されおり、
前記電極に電圧が印加されることにより、前記プラス電極とマイナス電極との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する植物に電気的刺激を与えることを特徴とする除草・防草装置が提供される。

上記請求項１記載の発明は、本発明に係る除草・防草装置の基本的な形態について規定している。除草・防草装置は、雑草の防除対象区域に敷設された電極と、前記電極に電圧を印加する電源装置とから構成され、前記電極は、プラス電極とマイナス電極とからなり、これらの電極が離隔して配置されている。そして、前記電極に電圧が印加されることにより、前記プラス電極とマイナス電極との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する植物に電気的刺激を与えている。前記電気的作用としては、前記プラス電極とマイナス電極との間に生じた電界、電極に植物が接触することにより少なくともこの植物を通じて一方の電極から他方の電極に流れる電流及び電極と植物との間の隙間に生じる放電のいずれか又は２以上の組み合わせを挙げることができる。このような電気的作用によって電気的刺激を受けた植物は、枯死する。特に、高い電界強度の電気的刺激を受けた植物は、不可逆的な細胞穿孔現象が起こることで細胞内容物が流出し、確実に枯死する。また、電極間に生じた電界は、植物に保持された種子や地面にこぼれ落ちた種子にも作用するため、これらの種子の発芽率が抑制されることによる防草効果も奏される。このような電気的刺激による雑草の防除は、農薬が飛散したり地下水へ流出したりするリスクがなく、環境に優しい。

請求項２に係る本発明として、前記雑草の防除対象区域が、農作物を植え付ける畝と畝間の通路とを備えた畑であり、各通路に１本の前記電極が配置されるとともに、隣り合う通路で前記プラス電極とマイナス電極とが交互に配置され、
前記電極に電圧が印加されることにより、前記プラス電極とマイナス電極との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する畝及び通路に植生する植物に電気的刺激を与える請求項１記載の除草・防草装置が提供される。

上記請求項２記載の発明は、電極の配置に関する第１形態例であり、雑草の防除対象区域を畑とした場合において、畑の各通路に１本の前記電極を配置するとともに、隣り合う通路で前記プラス電極とマイナス電極とを交互に配置している。これによって、畝を挟んだ隣り合う通路に配置されたプラス電極とマイナス電極との間で電気的作用が生じ、これらの電極間に介在する畝及び通路に植生する植物に電気的刺激が与えられる。

請求項３に係る本発明として、前記雑草の防除対象区域が、農作物を植え付ける畝と畝間の通路とを備えた畑であり、同じ通路の両側部にそれぞれ、前記プラス電極とマイナス電極とが離隔して敷設され、
前記電極に電圧が印加されることにより、前記プラス電極とマイナス電極との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する通路に植生する植物に電気的刺激を与える請求項１記載の除草・防草装置が提供される。

上記請求項３記載の発明は、電極の配置に関する第２形態例であり、雑草の防除対象区域を畑とした場合において、畑の同じ通路の両側部にそれぞれ、前記プラス電極とマイナス電極とを離隔して敷設し、これらの電極間に介在する通路に植生する植物に電気的刺激を与えている。本形態例では、畝に農作物を定植した後、通路に繁る雑草を抑制するのに好適である。

請求項４に係る本発明として、前記電極は、前記プラス電極とマイナス電極とが交互に離隔して配置されたネット形に形成されている請求項１記載の除草・防草装置が提供される。

上記請求項４記載の発明は、電極の配置に関する第３形態例であり、前記電極が、プラス電極とマイナス電極とが交互に離隔して配置されたネット形に形成したものである。ネット形の電極は、丸めたり折り畳んだりして簡単に持ち運びできるとともに、雑草の防除対象区域に簡単に敷設でき、これに電圧を印加することで防除対象区域の雑草を簡単に防除できる。

請求項５に係る本発明として、畝に農作物を植え付けない状態で、上記請求項２に記載の除草・防草装置を用いて畝及び通路に植生する植物に電気的刺激を与えた後、
畝に農作物を植え付けた状態で、上記請求項３又は４に記載の除草・防草装置を用いて通路に植生する植物に電気的刺激を与えることを特徴とする除草・防草方法が提供される。

上記請求項５記載の発明は、畑の除草・防草方法として、畝に農作物を植え付ける前に、上記請求項２記載の除草・防草装置によって、畝及び通路に植生する雑草を防除した後、畝に農作物を植え付けた後は、上記請求項３又は４記載の除草・防草装置によって、畝に植え付けた農作物には影響を与えないように、通路に植生する雑草を防除するという方法である。

請求項６に係る本発明として、前記プラス電極とマイナス電極との間の電界強度は、１．１ｋＶ／ｃｍ以上である請求項１～５いずれかに記載の除草・防草装置又は除草・防草方法が提供される。

上記請求項６記載の発明では、植物に強い電気的刺激を与え、不可逆的な細胞穿孔現象を起こすことで植物を確実に枯死させるため、前記電極間に所定の電界強度以上の電界を印加している。

以上詳説のとおり本発明によれば、除草及び防草の効果に優れ、作業の省力化を図ることができ、効果が長期に亘って持続でき、環境に優しい除草・防草装置及び除草・防草方法が提供できるようになる。

第１形態例に係る除草・防草装置１を使用した畑の斜視図である。 第２形態例に係る除草・防草装置１を使用した畑の斜視図である。 第３形態例に係る除草・防草装置１を使用した畑の斜視図である。 ネット形電極７の平面図である。 ＰＦＮ型シングルパルス発生回路の概略図である。 実験装置の概略図である。 レタス葉部総重量と印加パルス電界強度の関係を示すグラフである。 レタス葉部総重量の増減割合を示すグラフである。 通電実験１に係る実験装置の概略図である。 通電実験２に係る実験装置の概略図（その１）である。 通電実験２に係る実験装置の概略図（その２）である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

〔第１形態例〕
本発明の第１形態例に係る除草・防草装置１は、図１に示されるように、雑草の防除対象区域に敷設された電極２と、前記電極２に電圧を印加する電源装置３とを備えている。

図１に示される雑草の防除対象区域は、農作物を植え付ける畝１０と畝間の通路１１とを備えた畑であるが、雑草の繁茂を抑制したい土地であれば特に制限はなく、例えば、畑の他に田んぼや果樹園などでもよいし、工事現場などでもよく、また使用されていない空き地などでもよい。

前記電極２は、導電性の部材であり、棒材や線材、帯材、板材などが用いられる。この電極２は、雑草の防除対象区域の土中に埋設してもよいし、地表面に沿って配置してもよい。土中に埋設する場合の地表面からの深さとしては、雑草の根が延びる深さ範囲であれば特に制限はないが、好ましくは１０～５０ｃｍ程度である。

前記電極２は、前記電源装置３のプラス側に接続するプラス電極４と、前記電源装置３のマイナス側に接続するマイナス電極５とからなり、前記プラス電極４とマイナス電極５とが平面方向に離隔して配置されている。

前記プラス電極４とマイナス電極５との離隔距離は、後段で詳述するようにこれらの電極間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する植物に電気的刺激を与えることができる範囲であれば特に限定されないが、好ましくは１０～２００ｃｍ、より好ましくは３０～１００ｃｍである。１０ｃｍより狭いと電極２を設置する間隔が細かくなり過ぎて作業性が悪い。また、２００ｃｍより大きいと電極間の電界強度が弱くなって、雑草を枯死させるのに必要な電圧が大きくなる。

前記電極２に電圧が印加されることにより、前記プラス電極４とマイナス電極５との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する植物６に電気的刺激が与えられる。前記電気的作用としては、前記プラス電極４とマイナス電極５との間に生じた電界、一方の電極２に植物６が接触することにより少なくともこの接触した植物６を通じて一方の電極２から他方の電極２に流れる電流及び電極２と植物６との間の隙間に生じる放電のいずれか又は２以上の組み合わせを挙げることができる。

前記電極間に介在する植物６は、前記プラス電極４とマイナス電極５との間に生じた電気的作用を受けることで、やがて枯死する。特に、前記電気的作用が電界の場合、電界によって高い電界強度の電気的刺激を受けることにより、不可逆的な細胞穿孔現象が起こることで細胞内容物が流出するとともに、細胞が破壊されることで栄養吸収も滞り、やがて枯死する。電極を土中に埋設した場合、植物６の根に大きなダメージを与えるため、除草効果が長期に亘って持続できる。また、前記プラス電極４とマイナス電極５との間に生じた電気的作用は、植物６に保持された種子や地面にこぼれ落ちた種子にも作用するため、これらの種子の発芽率が抑制されることによる除草効果も奏される。このような電気的刺激による雑草の防除は、農薬が飛散したり地下水へ流出したりするリスクがなく、化学的防除方法と比べ環境に優しい。

後段で詳述する非特許文献に記載されるように、植物に一定の電界を印加するとエレクトロポレーション効果により生育が促進されることが確認されている。しかし、これより高い電界強度は植物にとって強すぎる刺激となり、不可逆的な細胞穿孔現象が起こることで細胞内容物が流出するという植物にとって悪い効果をもたらす。このように植物に不可逆的な細胞破壊を生じさせる電界強度としては、後述する非特許文献に記載される実験結果より、１．１ｋＶ／ｃｍ以上、好ましくは１．５ｋＶ／ｃｍより大きくするのがよい。

本第１形態例に係る除草・防草装置１では、電極に電圧が印加されることにより、前記プラス電極４とマイナス電極５との間に生じた電気的作用によって、これらの電極４、５間に介在する畝１０及び通路１１に植生する植物６に電気的刺激を与えている。つまり、畝１０の両側の通路１１、１１にそれぞれ配置されたプラス電極４及びマイナス電極５の間に生じた電気的作用によって、畝１０に植生する植物６及び通路１１に植生する植物６に電気的刺激が与えられるため、畝１０及び通路１１の雑草が防除できる。一方、前記プラス電極４とマイナス電極５との間に発生する電気的作用が畝１０を通るため、畝１０に農作物を植え付けた後、収穫までの間は、電気的刺激によって農作物が枯死するのを防止するため、電極に電圧を印加しないのが好ましい。

〔第２形態例〕
第２形態例では、図２に示されるように、同じ通路１１の両側部にそれぞれ、プラス電極４とマイナス電極５とが離隔して敷設されている。つまり、通路１１の一方側の側部にプラス電極４が敷設され、他方側の側部にマイナス電極５が敷設されている。

前記電極２に電圧が印加されることにより、前記プラス電極４とマイナス電極５との間に生じた電気的作用によって、これらの電極４、５間に介在する通路１１に植生する植物６に電気的刺激を与えている。

本形態例では、各通路１１の両側部にそれぞれ電極４、５を配置し、これらの電極４、５間に介在する植物６に電気的刺激を与えているため、畝１０に農作物を植え付けた後も、通路１１に植生する雑草の防除が可能となる。

〔第３形態例〕
第３形態例では、図３に示されるように、各通路１１に、プラス電極４とマイナス電極５とが交互に離隔して配置されたネット形電極７を配置している。

前記ネット形電極７は、図４に示されるように、電気絶縁性の素材からなる格子状のネット形基材８に、プラス電極４及びマイナス電極５が前記ネット形基材８に沿って固定されたものである。前記ネット形基材８に対する前記プラス電極４及びマイナス電極５の配置は任意であるが、例えば図４(A)に示されるように、前記プラス電極４及びマイナス電極５をネット形基材８の長手方向に沿うとともに短手方向に離隔して配置したものや、図４(B)に示されるように、前記プラス電極４及びマイナス電極５をネット形基材８の短手方向に沿うとともに長手方向に離隔して配置したものなどを挙げることができる。

このように前記ネット形電極７は、全面に亘ってプラス電極４とマイナス電極５とが所定の間隔でほぼ均等に配置されているため、ネット形電極７のほぼ全面に亘ってほぼ均等の強度の電界が生じ、雑草の防除をより確実に行うことができる。前記ネット形電極７を小さく丸めたり折り畳んだりできるようにすることにより、簡単に持ち運びできるとともに、雑草の防除対象区域への敷設が簡単にでき、雑草の防除が更に簡単にできる。

前記ネット形電極７は、図３の例では畑の通路１１に敷設しているが、畝１０に敷設して畝１０の雑草の防除に利用してもよいし、畑以外の区域に敷設してもよい。

〔除草・防草方法〕
次に、上記第１形態例と、上記第２形態例又は第３形態例とを用いた除草・防草方法について説明する。

先ずはじめに、畝１０に農作物を植え付けない状態で、図１に示される上記第１形態例に係る除草・防草装置１を用いて畝１０及び通路１１の雑草の防除を行う。具体的には、各通路１１に１本の電極２を配置するとともに、隣り合う通路１１、１１でプラス電極４とマイナス電極５とを交互に配置し、この電極２に電圧を印加することにより、プラス電極４とマイナス電極５との間に生じた電気的作用によってこれらの電極間に介在する畝１０及び通路１１に植生する植物６に電気的刺激を与える。これによって、畝１０に農作物を定植する前に、畝１０及び通路１１の雑草の防除ができる。

その後、畝１０に農作物を植え付けた状態では、図２に示される上記第２形態例又は図３に示される上記第３形態例に係る除草・防草装置１を用いて通路１１の雑草の防除を行う。具体的には、図２に示されるように、同じ通路１１の両側部にそれぞれ、前記プラス電極４とマイナス電極５とを離隔して敷設するか、図３に示されるように、ネット形電極７を敷設し、前記電極２に電圧を印加することにより、前記プラス電極４とマイナス電極５との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する通路１１に植生する植物６に電気的刺激を与える。

このように、畝１０に農作物を植え付ける前は、畝１０を通過する電気的作用を加えることにより、畝１０内の雑草が防除でき、農作物の植え付け後にも畝１０における雑草が抑制できる。一方、畝１０に農作物を植え付けた後は、農作物に強い電気的作用を加えると農作物が枯死するおそれがあるため、上記第２形態例又は第３形態例の装置を用いて通路１１に植生する雑草にのみ電気的作用を加え、防除するようにする。

農作物を植え付けた後、上記第２形態例及び第３形態例のいずれを用いるかは任意であるが、第１形態例の棒状又は線状の電極２が転用できる点で、上記第２形態例を用いるのが好ましい。

〔電界強度に関する実験〕
従来より、パルス電界によって細胞を穿孔するいわゆるエレクトロポレーション技術が知られており、近年では農業分野への応用が始められている。本願の発明者らは、非特許文献（王斗艶、後藤貴弘、吉田尭史、浪平隆男、秋山秀典、藤原俊之、佐藤大吾；「パルス電界によるレタスの成育制御」、電気学会パルスパワー研究会資料、ＰＰＴ－１２、２０１２年３月、Ｐ１３－１６）において、植物工場普及へ向けた解決手段の一つである農作物の栽培日数短縮を目指して、植物根部へのパルス電界印加による植物の生育制御を図ることを目的として、パルス電界印加対象農作物として植物工場における主要栽培品種である水耕レタスを取り上げ、印加するパルス電界強度とレタス収量との関係について行った実験の結果を報告した。以下、その概要について説明する。

１．実験方法
〈パルス電界印加対象サンプル〉
実験では、水耕レタス（品種：アーリーインパルス）の根部へパルス電界を印加した。栽培は、レタス種を培養土で満たされた育苗ポットに播種して定植期（播種後２０日前後）までポット内で育てた後、定植期より育苗ポットごと液肥に浸して、液肥を循環させる。育苗ポットは薄い樹脂製であり、側面下部に周方向に間隔を空けて複数のスリットが設けられている。このスリットより液肥を吸収するとともに、成長した根が外部へ伸長する。レタス葉部の収穫時期は、播種後４０日前後である。

実験では、定植期にインキュベータ（Ｍ－２３０Ｆ、タイテック株式会社製）へ移して、収穫日まで約２０日間培養した。その間に、パルス電界印加実験を実施する。培養条件は、温度２０～２１℃、湿度３０～９５％、２４時間蛍光灯照明、照度６８００～１００００ルクスである。インキュベータ内では、樹脂製バットに液肥を浸した状態で育苗ポットを設置し、インキュベータ内で蒸発減少した分の液肥を追加することで、一定の液肥量を維持した。

〈パルス電界発生装置〉
パルス電界の発生には、ＰＦＮ（Pulse Forming Network）型シングルパルス発生回路を用いた。概略を図５に示す。ＰＦＮは７段接続とし、各段のインダクタンスは２μＨ、キャパシタンスは２．７ｎＦとした。理論値の出力パルス幅は４００ｎｓ、電源特性インピーダンスは１０Ωである。特性インピーダンスは、水耕レタスの栽培に用いる液肥の導電率（約１ｍｓ／ｃｍ）および電界を印加するための電極形状より算出した。なお、ＰＦＮ入力端に整合負荷１０Ωを接続することにより、負荷端で発生する反射波を入力側で吸収し、出力のシングルパルス化を図った。

ＰＦＮへの充電には直流高電圧電源（ＰＳ／ＥＷ４０Ｒ１５．０－１０、GLASSMAN HIGH VOLTAGE製）を用いた。また、電極間での放電発生を回避するために、負荷へは負極性のパルス電圧を印加した。

電極間へ印加される電圧波形は高電圧プローブ（Ｐ６０１５Ａ－Ｒ３、Tektronix製）を、負荷への電流は電流プローブ（Pearson current monitor、Model 110、Pearson Electronics製）を用いて、オシロスコープ（ＴＤＳ３０５４Ｂ、Tektronix製）により計測した。

レタス根部へのパルス電界印加用リアクタとしては、アクリル製容器の対向壁面にステンレス製平行平板型電極（直径８０ｍｍ、円盤型）を固定した。印加パルス電界強度を変化させるために、長さの異なるアクリル製容器を複数作成し、平行平板型電極を目的電界強度に応じた容器へ装着した。

〈パルス電界印加方法及びレタスの生育評価方法〉
パルス電界印加を開始するタイミングは定植期へ入る２０日前後とし、収穫日まで毎日１回、午前中に印加を実施した。パルス電界印加手順は、まずリアクタ内を新しい液肥で満たし、インキュベータより出したレタス株を育苗ポットの全体が液肥に浸るように平行平板電極間へ設置した（図６参照）。レタス根部へパルス電界を印加した後、育苗ポットをリアクタより取り出し、インキュベータ内へ戻した。リアクタ内の電界印加時に使用した液肥は廃棄し、レタス培養には使用しないこととした。

予備試験の知見より、レタス根部へ印加するパルス電界の周波数は１Ｈｚ、印加回数は１００回と決定し、また電界強度を０．２～２．０ｋＶ／ｃｍへと変化させた。レタス自身が有する生物的バランスを考慮して、各パラメータに３サンプルを用いた。また、コントロールサンプルには、パルス電界印加サンプルと同等の処理を施し、電界強度０．０ｋＶ／ｃｍ（電界印加無し）とした。

生育評価方法として、収穫したレタス葉部の総重量を、電界印加パラメータ毎のサンプルとコントロールサンプルを比較評価した。また、収穫の際は育苗ポットの上面縁高さに合わせてレタス葉部を切断し、電子天秤（ＰＬ３００２、メトラー・トレド株式会社製）を用いて葉部の総重量を計測した。また、再現性を検討するために実験は３回実施し、その平均値を評価した。

２．実験結果
図７に、収穫時のレタス葉部総重量の印加パルス電界強度依存性を示す。また、コントロールを１００％とした場合の、各電界強度におけるレタス葉部総重量の平均値をコントロールと比較した増減割合を表１及び図８に示す。図７、図８及び表１より、レタス根部へパルス電界を印加することで、レタスの成育制御が可能であることは明白である。また、生育促進効果を得るためには適切な電界強度値が存在し、強すぎる電界強度を印加すると生育抑制となる。本研究の実験条件（パルス持続時間４００ｎｓ、１Ｈｚ、１００パルスを定植期以降１日１回印加）においては、レタス葉部の生育促進に適切な電界強度は０．５～１．０ｋＶ／ｃｍであり、２．０ｋＶ／ｃｍ以上の強い刺激は葉部の生育抑制効果をもたらす。また、最も生育促進効果が得られた０．４ｋＶ／ｃｍでは、パルス電界を印加しない場合と比べて約２０％の増産となった。

更に、収穫時のレタス根部は、コントロールと比較して、最も生育促進効果が得られた０．４ｋＶ／ｃｍ印加株では根が太く長く伸びており、根毛の密度も高い。一方、生育抑制がみられた２．０ｋＶ／ｃｍ印加株では、コントロール株よりは根が発達しておらず、指で触れると根部先端が脆く崩れた。

表１及び図８に示されるように、コントロール株と比較してレタス葉部の総重量が減少する電界強度は、約１．１ｋＶ／ｃｍ以上であり、特に１．５ｋＶ／ｃｍより大きいと減少割合が２０％を超えて顕著となる。

〔通電実験１〕
上記除草・防草装置１を模擬した実験装置を用いて、植物への通電実験を行った。本通電実験１は、２つの電極（印加側電極２ａ、受電側電極２ｂ）のうち一方の電極（印加側電極２ａ）に植物が直接接触することにより、この電極から植物や土壌を通じて他方の電極（受電側電極２ｂ）へと電流が流れて植物に電気的刺激を与える場合を想定したものである。

実験装置は、図９に示されるように、３株の植物６（ソルガム）が植生された栽培ポットと、水平方向に張設した線状の印加側電極２ａと、前記栽培ポット底面から土中に挿入して設置された受電側電極２ｂと、パルスパワーを発生する電源装置とから構成される。実験条件は、電源出力が20kV（開放負荷時）、パルス周波数が1kppsである。また、植物６に対する印加側電極２ａの高さは、土壌表面から65mm、30mmの２通りとした。実験方法は、印加側電極２ａを植物６に接触させた状態で約１分間通電し、植物６の状態を観察するとともに、これを同一の栽培ポットに植生された３株のうち２株について実施した後、インキュベータ内で１週間継続栽培し、植物６の状態を観察した。

その結果、通電後の植物６は、印加側電極２ａに接していた部位で折れて、折れた部分に黒い焦げが見られた。通電時間帯の途中から、印加側電極２ａと植物６との接触部分から放電が目視で確認された。約１週間後、通電した２株の植物６は目視で枯死が確認され、根の一部は土と同化して回収できない状態となっていたが、通電しない１株の植物６は成長を続けた。上記の現象は、印加側電極２ａの高さが65mm、30mmのいずれの場合も同様である。

〔通電実験２〕
上記除草・防草装置１を模擬した実験装置を用いて、植物への通電実験を行った。本通電実験２は、２つの電極（印加側電極２ａ、受電側電極２ｂ）のうち一方の電極（印加側電極２ａ）に植物が直接接触することにより、この電極から植物や土壌を通じて他方の電極（受電側電極２ｂ）へと電流が流れて植物に電気的刺激を与える場合を想定したものである。

実験装置は、１株の植物６（ソルガム）が植生された栽培ポットと、水平方向に張設した線状の印加側電極２ａと、実験条件に応じて所定の位置に設置された受電側電極２ｂと、パルスパワーを発生する電源装置とから構成される。

予備実験として、図１０(A)に示されるパターン1-1、図１０(B)に示されるパターン1-2について、通電実験を行った。パターン1-1は、金属棒からなる前記受電側電極２ｂを、印加側電極２ａからの水平距離Ｌを30mm離隔した土中に先端から30mmの深さまで鉛直に挿入したものである。このときの負荷抵抗値は小さく、約３ｋΩであった。パターン1-2は、金属棒からなる前記受電側電極２ｂを、印加側電極２ａからの水平距離Ｌを60mm離隔した栽培ポット外の空気中にセットしたものである。このときの負荷抵抗値は前記パターン1-1と比較して各段に大きく、数ＭΩ以上であった。実験条件は、電源出力が20kV（開放負荷時）、パルス周波数が1kppsである。また、植物６に対する印加側電極２ａの高さは、土壌表面から15mmである。その結果、パターン1-1では、印加側電極２ａ→植物６→土壌→受電側電極２ｂを閉回路として電流が流れるとともに、通電時間帯の途中から印加側電極２ａと植物６との接触部分から放電が目視で確認され、一定期間経過後（数日後）、植物６が枯死した。一方、パターン1-2では、電流が流れず（流れたとしても測定器の検出感度以下であり）、植物６はそのまま成長を続けた。この結果から、植物を確実に枯死させるには、植物へより大きな電流を流すことが必要である。

本実験では、水分を充分に含ませた土壌に植物６（ソルガム）をポット栽培しているため、電源装置と負荷の間に形成される閉回路は低い抵抗値を有している。一方、実際に雑草が生い茂った草地では、土壌の水分含有率や印加側電極２ａと受電側電極２ｂとの距離、受電側電極２ｂの接地面積などにより抵抗値が大きくなり、この抵抗値が過大になると上記パターン1-2のような閉ループが想定される。したがって、草地においてより大きな電流が流れるような工夫を施すことが重要である。

より大きな電流が流れるようにするため、水撒きの効果について確認実験を行った。実験は、草地に水撒きする前後で大地の抵抗を測定し比較した。測定器として絶縁抵抗計を用い、アース側とリード側のテストリード先端を水平距離で10cm離して土壌に鉛直に突き刺した。水撒きする前と約8L/m²水撒きした後とで抵抗を測定した結果、水撒き前は14kΩだった抵抗が、水撒き後5kΩに低下した。これにより、水撒きを行うことで大地抵抗を低下させることができ、より大きな電流を流すことが可能になることが確認できた。

次に、より大きな電流が流れるようにするため、印加側電極２ａと受電側電極２ｂとの距離Ｌ及び受電側電極２ｂの接地面積Ａを変化させて通電実験を行った。実験装置を図１１に示す。受電側電極２ｂとしては先端が金属体であればよく、好ましくは平板状を成しているのがよく、本実験では先端がリング状の圧着端子を用いた。この受電側電極２ｂと印加側電極２ａとの水平距離をＬとした。前記受電側電極２ｂを土壌中に挿入した状態（図示例）では、土壌との接触面は圧着端子の表裏両面となり、前記受電側電極２ｂを土壌表面に接触させた状態では、土壌との接触面は圧着端子の一方面となる。このため、受電側電極２ｂを土壌表面に接触させた場合の接地面積Ａを１とすると、受電側電極２ｂを土壌中に挿入した場合の接地面積Ａは２となる。実験条件は、電源出力が20kV（開放負荷時）、パルス周波数が1kppsである。表２に示すように、土壌表面から印加側電極２ａまでの高さＨ、印加側電極２ａから受電側電極２ｂまでの水平距離Ｌ及び受電側電極２ｂの接地面積Ａの割合をそれぞれ変化させたパターン2-1～2-3について通電実験を行った。なお、パターン2-1の印加電圧は10kV、印加電圧は16Aであり、パターン2-2、2-3の印加電圧は6～7kV、印加電流は10Aである。

なお、これら電気処理株との比較として、市販の除草剤（ＢＡＳＦジャパン製、バスタ液剤）を使用した除草剤処理株も用意した。前記除草剤は、100倍希釈液を10ml、植物の地上部表面に満遍なく滴下して使用した。

その結果、除草剤処理株は、処理後１日目から萎れはじめ、５日目には液剤を滴下したところを中心に枯れ始めた。電気処理株は、いずれも処理後２日目までには萎れはじめ、５日目にはワイヤ電極接触部より下の地上部を中心に枯れ始めた。いずれの処理においても、７～１０日目には地上部は枯れていた。植物６の地上部では、電気処理株は除草剤処理株と同等の効果を示す。植物６の地下部では、電気処理株では土から分離しづらいほど脆くなったのに対して、除草剤処理株では細くなるも形状を維持していた。本実験で使用した除草剤が主に植物の地上部を枯らす成分が配合されていたため、地下部（根）の形状が維持されていたものと思われるが、いずれにせよ、除草剤は部分的な枯草効果であるのに対して、電気処理は電流が流れる回路の閉ループの取り方（植物の根にも電流が流れるようにすること）によって、地上部と地下部の両方を枯らす効果がある。また、印加側電極２ａと受電側電極２ｂとの距離Ｌを小さくし、受電側電極２ｂの接地面積Ａを大きくしたパターン2-2、2-3の方がパターン2-1よりその傾向が顕著であった。

以上の実験から、電気処理（パルスパワー通電処理）による植物の枯死を達成するためには、印加側電極２ａ→植物６→土壌→受電側電極２ｂにより形成される閉回路において、土壌の抵抗値（インピーダンス）をできるだけ低減させることで、より大きな電流を流すことが望ましい。

土壌の抵抗値（インピーダンス）を低減させる方法としては、次の３つが有効であることが上記実験から明らかである。
(1)土壌への水撒き
(2)印加側電極２あと受電側電極２ｂとの水平距離をできるだけ短くとる
(3)受電側電極２ｂの接地面積をできるだけ大きくとる
以下、上記３項目を本発明に係る除草・防草装置１に適用した場合の具体的な実施形態例について例示する。

(1)土壌への水撒き
土壌の抵抗値を低減させるため、本発明に係る除草・防草装置１によって植物６に電気的刺激を与える前に、予め土壌に水を撒いておくのが好ましい。散水の時期は、印加側電極２ａが植物６に接触して植物６に電流が流れる前であればいつでもよいが、土壌に充分な水分が保持された状態で通電が成されるようにするのが好ましい。

土壌への散水方法としては、除草・防草予定区画にホースなどで予め散水したり、散水車によって予め散水することができる。

(2)印加側電極２ａと受電側電極２ｂとの水平距離をできるだけ短くとる
土壌の抵抗値を低減させるため、印加側電極２ａと受電側電極２ｂとは、これらの間で電気的に短絡しない程度の水平距離を空けて離隔させた近接設置することができる。

(3)受電側電極２ｂの接地面積をできるだけ大きくとる
受電側電極２ｂと地面との接地面積を増加するには、受電側電極２ｂを複数設けることが可能である。例えば、１つの印加側電極２ａに対して複数の受電側電極２ｂ…を並列に接続することができる。これにより、印加側電極２ａで印加された電流は、植物６を通って土壌から複数の受電側電極２ｂ…へと流れやすくなる。

１…除草・防草装置、２…電極、３…電源装置、４…プラス電極、５…マイナス電極、６…植物、７…ネット形電極、８…ネット形基材、１０…畝、１１…通路

Claims (6)

1. 雑草の防除対象区域に敷設された電極と、前記電極に電圧を印加する電源装置とを備え、
   前記電極は、前記電源装置のプラス側に接続するプラス電極と、前記電源装置のマイナス側に接続するマイナス電極とからなり、前記プラス電極とマイナス電極とが離隔して配置されおり、
   前記電極に電圧が印加されることにより、前記プラス電極とマイナス電極との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する植物に電気的刺激を与えることを特徴とする除草・防草装置。
2. 前記雑草の防除対象区域が、農作物を植え付ける畝と畝間の通路とを備えた畑であり、各通路に１本の前記電極が配置されるとともに、隣り合う通路で前記プラス電極とマイナス電極とが交互に配置され、
   前記電極に電圧が印加されることにより、前記プラス電極とマイナス電極との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する畝及び通路に植生する植物に電気的刺激を与える請求項１記載の除草・防草装置。
3. 前記雑草の防除対象区域が、農作物を植え付ける畝と畝間の通路とを備えた畑であり、同じ通路の両側部にそれぞれ、前記プラス電極とマイナス電極とが離隔して敷設され、
   前記電極に電圧が印加されることにより、前記プラス電極とマイナス電極との間に生じた電気的作用によって、これらの電極間に介在する通路に植生する植物に電気的刺激を与える請求項１記載の除草・防草装置。
4. 前記電極は、前記プラス電極とマイナス電極とが交互に離隔して配置されたネット形に形成されている請求項１記載の除草・防草装置。
5. 畝に農作物を植え付けない状態で、上記請求項２に記載の除草・防草装置を用いて畝及び通路に植生する植物に電気的刺激を与えた後、
   畝に農作物を植え付けた状態で、上記請求項３又は４に記載の除草・防草装置を用いて通路に植生する植物に電気的刺激を与えることを特徴とする除草・防草方法。
6. 前記プラス電極とマイナス電極との間の電界強度は、１．１ｋＶ／ｃｍ以上である請求項１～５いずれかに記載の除草・防草装置又は除草・防草方法。