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明細書 :植物の根圧測定による栽培環境診断システム

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4876257号 (P4876257)
公開番号 特開2008-167662 (P2008-167662A)
登録日 平成23年12月9日(2011.12.9)
発行日 平成24年2月15日(2012.2.15)
公開日 平成20年7月24日(2008.7.24)
発明の名称または考案の名称 植物の根圧測定による栽培環境診断システム
国際特許分類 A01G   7/00        (2006.01)
FI A01G 7/00 603
A01G 7/00 602Z
請求項の数または発明の数 11
全頁数 12
出願番号 特願2007-000980 (P2007-000980)
出願日 平成19年1月9日(2007.1.9)
審査請求日 平成21年8月10日(2009.8.10)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】304020177
【氏名又は名称】国立大学法人山口大学
発明者または考案者 【氏名】荒木 英樹
審査官 【審査官】竹中 靖典
参考文献・文献 実開平06-030791(JP,U)
特開2006-034275(JP,A)
特開2000-157047(JP,A)
特開2000-055702(JP,A)
特開平06-165620(JP,A)
調査した分野 A01G 7/00
JSTPlus/JMEDPlus/JST7580(JDreamII)
特許請求の範囲 【請求項1】
栽培培地で栽培されている植物の活性度を測定することにより栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う栽培環境診断システムであって、
栽培培地に植えられ、根、茎又は枝が切断された検定植物と、
前記検定植物の根、茎又は枝の切断部に取り付けられ、前記検定植物の根圧を一定期間モニタリングする根圧測定手段と、
前記根圧測定工程によりモニタリングされた一定期間の根圧データに基づいて栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う栽培環境診断手段と、
を有する栽培環境診断システム。
【請求項2】
前記検定植物として、前記栽培培地で栽培されている栽培植物の一部を用いる、請求項1記載の栽培環境診断システム。
【請求項3】
前記検定植物として、前記栽培培地で栽培されている栽培植物とは異なる植物であって、栽培環境に対する根圧の挙動が明らかになっている植物を用いる、請求項1記載の栽培環境診断システム。
【請求項4】
前記根圧測定手段は、前記検定植物の根、茎又は枝の切断部に取り付けられるコネクタ部と、前記コネクタ部に接続されるホースと、前記ホースに接続される圧力センサとを有し、
前記コネクタ部と前記圧力センサとは略同一の高さに設置される、請求項1乃至3いずれか記載の栽培環境診断システム。
【請求項5】
前記ホースの途中に気泡除去手段を有する、請求項4記載の栽培環境診断システム。
【請求項6】
前記根圧測定手段は、前記検定植物の根、茎又は枝の切断部に取り付けられるコネクタ部と、前記コネクタ部に接続される抵抗値が既知のキャピラリー管とを有し、
前記キャピラリー管内の流速を測定することにより前記根圧を測定する、請求項1乃至3いずれか記載の栽培環境診断システム。
【請求項7】
前記栽培環境診断手段は、一定期間モニタリングされた根圧データから、根圧の絶対値や日変化及び経時変化を加味して栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う、請求項1乃至6いずれか記載の栽培環境診断システム。
【請求項8】
栽培培地で栽培されている植物の活性度を測定することにより栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う栽培環境診断方法であって、
前記植物の根、茎又は枝を切断して、切断された部分に根圧測定手段を取り付け、前記植物の根圧を一定期間モニタリングする根圧測定工程と、
前記根圧測定工程によりモニタリングされた一定期間の根圧データに基づいて栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う栽培環境診断工程と、
を有する栽培環境診断方法。
【請求項9】
前記植物として、前記栽培培地で栽培されている栽培植物の一部を用いる、請求項8記載の栽培環境診断方法。
【請求項10】
前記植物として、前記栽培培地で栽培されている栽培植物とは異なる植物であって、栽培環境に対する根圧の挙動が明らかになっている植物を用いる、請求項8記載の栽培環境診断方法。
【請求項11】
前記栽培環境診断工程は、一定期間モニタリングされた根圧データから、根圧の絶対値や日変化及び経時変化を加味して栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う、請求項8乃至10いずれか記載の栽培環境診断方法。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、土壌をはじめとする栽培培地に植えられている植物の活性度を測定することにより栽培環境(土壌、肥料、周辺環境、害虫又は病原菌の有無等)の適正診断を行う栽培環境診断システムに関する。
【背景技術】
【0002】
植物の良好な生育には栽培環境、特に土壌の温度や水分、肥料の状態、害虫又は病原菌の有無が密接に関係しており、従来から栽培環境の検査・評価方法はいくつか知られている。一般的な方法は、土壌の一部を採取し化学分析等を行う方法、あるいは温度センサや水分センサ等で植物を取り巻く物理的環境をモニターする、又は病原菌や害虫を単離する方法である。この方法により土壌の含有成分、温度や水分環境、害虫又は病原菌の有無はわかるが、含有成分割合や外環境要因と植物の生育との因果関係、あるいは植物病理学的病徴がわかっていないと、その土壌が植物の生育に対して良好な状態であるのか把握するのは難しい。異なる栽培条件で実際に植物を植えて、その生育状態から栽培環境の適正度を把握する方法もあるが、査定には通常数ヶ月~数年かかるという問題があること、また植物の生育状態を客観的に評価するのは難しい。植物の活性度を短時間で直接測定する方法が望まれている。
【0003】
従来技術としては以下のものが挙げられる。
特許文献1には、異なる条件の土壌に種子又は苗を植設し、発芽状態を観察することで土壌の評価を行う方法が記載されている。発芽状態を観察しているものの、植物の活性度を直接測定するものではない。
特許文献2も、特許文献1と同様に、植物の生育状態から土壌の評価を行うものであるが、植物の活性度を直接測定はしていない。
特許文献3には、植物の生存率から植物の耐干性を評価する方法が記載されている。特許文献3は土壌の評価をするものではなく、また植物の活性度を直接測定するものでもない。
【0004】
特許文献4には、植物根の吸水速度の見積方法が記載されている。土壌の状態から植物根の吸水速度を数値計算により見積もる方法であるが、どのように植物の活性度を測定するか、どのように土壌の評価を行うかについては具体的に記載されていない。

【特許文献1】特開2006-262792号公報
【特許文献2】特開平10-123124号公報
【特許文献3】特開2003-230318号公報
【特許文献4】特開2003-166860号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、土壌に植えられている植物の活性度、とくに根系や茎などの組織で発生する圧力を直接測定することにより、植物に対する栽培環境の適正診断を正確に行うことができるシステム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
栽培培地で栽培されている植物の活性度を測定することにより栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う栽培環境診断システムであって、栽培培地に植えられ、根、茎又は枝が切断された検定植物と、前記検定植物の根、茎又は枝の切断部に取り付けられ、前記検定植物の根圧を一定期間モニタリングする根圧測定手段と、前記根圧測定工程によりモニタリングされた一定期間の根圧データに基づいて栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う栽培環境診断手段と、を有する栽培環境診断システム。
【0007】
栽培培地で栽培されている植物の活性度を測定することにより栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う栽培環境診断方法であって、前記植物の根、茎又は枝を切断して、切断された部分に根圧測定手段を取り付け、前記植物の根圧を一定期間モニタリングする根圧測定工程と、前記根圧測定工程によりモニタリングされた一定期間の根圧データに基づいて栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う栽培環境診断工程と、を有する栽培環境診断方法。
前記栽培環境には、土壌の状態、周囲の気温や湿度、日照状態、害虫や病原菌の有無などが含まれる。特に、本発明は、土壌の状態の適正診断に好適に用いられ得る。前記土壌の状態には、土壌の性質(土質)や含水量や肥料の状態なども含まれる。
【0008】
また、以下の実施態様を有する。
前記検定植物として、前記栽培培地で栽培されている栽培植物の一部を用いる。
前記検定植物として、前記栽培培地で栽培されている栽培植物とは異なる植物であって、栽培環境に対する根圧の挙動が明らかになっている植物を用いる。
前記根圧測定手段は、前記検定植物の根、茎又は枝の切断部に取り付けられるコネクタ部と、前記コネクタ部に接続されるホースと、前記ホースに接続される圧力センサとを有し、前記コネクタ部と前記圧力センサとは略同一の高さに設置される。
前記ホースの途中に気泡除去手段を有する。
前記根圧測定手段は、前記検定植物の根、茎又は枝の切断部に取り付けられるコネクタ部と、前記コネクタ部に接続される抵抗値が既知のキャピラリー管とを有し、前記キャピラリー管内の流速を測定することにより前記根圧を測定する。
前記栽培環境診断手段(工程)は、一定期間モニタリングされた根圧データから、根圧の絶対値や日変化及び経時変化を加味して栽培管理又は栽培環境の適正診断を行う。前記モニタリング期間は、植物の種類、測定方法、栽培環境などに応じて適宜設定できるものであり、数時間から数日間程度が好ましい。
【発明の効果】
【0009】
本発明は、検定植物の切断部において圧力を測定することにより根圧をモニタリングすることができ、土壌に植えられたままの状態でも植物の活性度を直接測定することができる。本発明者らの実験により、植物の種類にもよるが、茎等を切断しても数日程度は根圧を測定できることが確認された。したがって、根圧をある程度の期間測定することで正確に植物の活性度を測定でき、植物の活性度から栽培環境(土壌、周辺環境等)の適正診断を行うことができる。植物の活性度の測定として、検定植物の切断部からあふれる導管液(溢泌液、出液)の流量を測定する方法も考えられるが、この方法だと根の張り具合や茎の太さなどにより導管液の流量が左右されてしまい正確に植物の活性度を測るのは難しい。また、根圧は負圧となる場合もあり、その場合当然導管液は出現してこないため、導管液の流量による活性度の評価はできない。本発明のように圧力を測定する方法であれば、圧力は場所に寄らず一定であるので根の張り具合や茎の太さなどに左右されずに圧力を正確に測定でき、根圧が正負圧のいずれを示す場合でも植物の活性度を測ることができる。これは、検定植物の切断部を圧力センサで塞ぐことにより根を含む植物内部が閉空間になり、パスカルの原理により閉空間内の圧力はどこでも一定なので、検定植物の切断部の圧力を測ることで茎の太さや根の張り具合などに左右されずに根圧、すなわち植物の活性度を測定できるからである。また、本発明は圧力を測定するので、植物の導管内の圧力を適正に保つことができ、より自然に近いかたちでの植物の活性度の測定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、本システムの概略図である。耕地土壌1に、野菜や穀物や果実などの栽培植物2が植えられている。栽培植物2は植物であれば何でも良い。栽培植物2と同種目又は異なる種目の検定植物3が、栽培植物2と同じ耕地土壌1に植えられている。検定植物3は、ある時期までは栽培植物2と同様に栽培されるが、ある程度成長した段階で茎又は枝が切断され、根圧測定用として用いられる。検定植物3の茎又は枝の切断部には、根圧測定手段4が取り付けられる。根圧測定手段4は、検定植物3の茎又は枝の切断部に取り付けられるコネクタ部5と、コネクタ部5に接続されるホース6と、ホース6に接続される気泡除去手段7と圧力センサ8とからなる。
【0011】
ホース6中には、脱気した水、あるいはシリコンオイルなど植物に化学的な損傷を与えない溶液を充填する。ホース6内に気泡が入っていると気泡の圧縮効果によりホース6内の圧力が正確に測れないので、圧力測定前に、逆止弁やバルブなどを用いた気泡除去手段7によりホース6内の気泡を除去する。圧力センサ8は公知の圧力センサを用いることができる。コネクタ部6と圧力センサ8とを略同一の高さにすることで、高度差による圧力の違いを補償できる。コネクタ部6と圧力センサ8の高さが異なる場合は、その高低差によって生じる圧力差を算出し、測定値を補正する。圧力センサ8による測定データは、栽培環境診断手段9(例えば、コンピュータ等)に送られる。
【0012】
栽培環境診断手段9は、様々な栽培種目や栽培環境における過去の根圧測定データを有しており、これらのデータと実際の測定データとを比較することにより、土壌の状態、肥料の適否、日照状態、気温、周辺環境、温室の状態などの栽培環境の適正診断を行う。測定データや診断結果は、表示手段により表示しても良いし、栽培環境診断手段9に記録しあとで解析・表示しても良い。また、測定データや診断結果を、無線やネットワークを通じて外部に送信しても良い。
【0013】
図2は、根圧測定手段4の詳細図である。検定植物3、コネクタ部5、ホース6、及び圧力センサ8については、図1の説明と同じであるので省略する。気泡除去手段7は、バルブ10及び気泡トラップ(水槽)11とからなる。圧力測定前に、しばらくの間バルブ10を開いておく。そうすると、気泡は検定植物3の切断部からの圧力(根圧)に押され、気泡トラップ(水槽)11に押し出される。根圧が低く気泡の移動が著しく遅い場合には、植物に取り付けたコネクタ5を若干緩めた後、トラップ(水槽)11にコンプレッサーなどの圧力源を用いて圧力をかけ、ホース6内の気泡を押し流す。気泡トラップ(水槽)11があることで、ホース6内の圧力が負圧になっても空気の逆流を防ぐことができる。ホース6内の気泡が除去されたらバルブ10を閉じ、圧力測定を開始する。図2は気泡除去手段7の一例であり、このほかに逆止弁を用いる、シリンジを用いる、などの方法も考えられる。
【0014】
図3は、根圧測定手段4の別の実施形態を表す図である。図2においては、圧力(根圧)の測定に圧力センサ(圧力トランスデューサ)を用いたが、本実施形態では圧力センサを用いなくても圧力(根圧)を測定することができる。図の符号は図1及び2と同じである。本実施形態においては、コネクタ部5に既知の抵抗値Rを有するキャピラリー管を接続する。キャピラリー管を流れる流速Fは、根圧が正圧ならばキャピラリー管から流出する液量、根圧が負圧ならばキャピラリー管に流入する液量を測定することで求めることができる。既知のキャピラリー管の抵抗値Rと、キャピラリー管を流れる流速Fから、コネクタ部の圧力P(すなわち根圧)は、
P=FR
で求めることができる。
【0015】
次に、本システムの動作について説明する。耕地土壌1には、野菜や穀物や果実などの栽培植物2と、少数の検定植物3が栽培されている。検定植物3は、栽培植物2と同種目でも異なる種目でも、どちらでも構わない。検定植物3がある程度成長した段階で、根、茎又は枝を切断し、切断部に根圧測定手段4を取り付け、気泡除去手段7によりホース6内の気泡を除去してから、検定植物3の根圧を測定する。検定植物3の茎を切断したとしても、数日程度は根圧を測定できることを本発明者らは実験により確認している。したがって、長時間にわたって根圧を測定することで、日変化や経時変化などの影響を補正することができ、正確に検定植物3の活性度を測定できる。測定された根圧データは、栽培環境診断手段9において、様々な栽培環境において測定された過去の根圧データと比較され、その比較結果により栽培環境の適正診断がなされる。診断結果は、栽培環境診断手段9において記録又は表示しても良いし、外部に送信しても良い。
【実施例】
【0016】
以下に実験結果を示す。
図4は、トウガラシ(第15葉齢)について、適湿土壌条件下で、茎を切断してから5日間の根圧の変化を連続的に測定したグラフである。このグラフから、茎を切断しても5日程度は根圧を測定できることがわかる。また、根圧に日変化があることもわかる。
図5は、キュウリ(第12葉齢)について、土壌が適湿状態である場合(太線)と湛水状態である場合(細線)の根圧推移を比較したグラフである。グラフから適湿状態(太線)の方が湛水状態(細線)に比べて根圧が高い状態で推移することがわかり、根圧を測定することで土壌の状態が診断できることがわかる。
【0017】
図6は、ダイズ(第7葉齢)について、土壌が適湿状態である場合(太線)と湛水状態である場合(細線)の根圧推移を比較したグラフである。図5と同様に、根圧測定により土壌の状態が診断できることがわかる。
図7は、ダイズ(第7葉齢)について、標準的な土壌(標準区)、リン酸を欠乏させた土壌(-P区)、窒素を欠乏させた土壌(-N区)での根圧推移を比較したグラフである。グラフからリン酸欠乏や窒素欠乏の土壌に比べて標準的な土壌の方が根圧が高いことがわかり、根圧測定により土壌の水分量だけではなく、土壌含有成分の適否の診断もできることがわかる。
【0018】
図8は、キュウリ(第4葉齢)について、根の一部を切断した個体(断根あり)と処理を行わなかった個体(断根なし)での根圧推移を比較したグラフである。グラフから、根圧は根の構造的損傷によって急激に低下することがわかり、根圧測定が根の食害を起こす害虫(一般に根きり虫と呼ばれるカブラヤガとタマナヤガ等の幼虫)の発生状況を診断する上で有効なツールであることがわかる。同様に、根の生理機能を低下させる原菌の罹病状況を診断するツールにもなり得る。
【0019】
以上、本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において各種の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、実施例においては本システムを土壌の状態の診断に用いているが、本システムは根圧により植物の活性度を直接測定できるので、他の栽培環境、例えば気温や日照状態などの診断にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】栽培環境診断システム概略図
【図2】根圧測定手段の詳細図
【図3】根圧測定手段の別の実施形態
【図4】トウガラシの根圧の推移
【図5】キュウリの根圧の推移
【図6】ダイズの根圧の推移
【図7】窒素とリン酸を欠乏させたダイズの根圧の推移
【図8】キュウリ(断根有り・無し)の根圧の推移
【符号の説明】
【0021】
1 耕地土壌
2 栽培植物
3 検定植物
4 根圧測定手段
5 コネクタ部
6 ホース
7 気泡除去手段
8 圧力センサ
9 栽培環境診断手段
10 バルブ
11 気泡トラップ(水槽)
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7