(57)【要約】【課題】  簡便な方法で植物の水ストレス状態を正確に把握できる気孔開度のモニタリング方法及び装置を提供する。【解決手段】  植物１００の生葉１１０の近傍に、水で濡れた湿面模擬葉１及び水が全く蒸発しない乾燥模擬葉２をそれぞれ配置し、生葉１１０、湿面模擬葉１及び乾燥模擬葉２の各葉温を測定し、測定した各葉温を用いて生葉１１０の気孔開度を求める。生葉、湿面模擬葉及び乾燥模擬葉の各葉温を測定する構成であるため、これらの葉温に基づき、環境要因を排除でき、簡便な方法で気孔開度の相対値を正確に把握することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の生葉の近傍に、湿面模擬葉及び乾燥模擬葉をそれぞれ配置し、前記生葉、前記湿面模擬葉及び前記乾燥模擬葉の各葉温を測定することを特徴とする気孔開度のモニタリング方法。
【請求項２】
測定した前記生葉の葉温、測定した前記湿面模擬葉の葉温及び測定した前記乾燥模擬葉の葉温を用いて前記生葉の気孔開度を求めることを特徴とする請求項１記載の気孔開度のモニタリング方法。
【請求項３】
測定した前記生葉の葉温をＴＬ、測定した前記湿面模擬葉の葉温をＴＷ、測定した前記乾燥模擬葉の葉温をＴＤとするとき、下記式（１）
（ＴＤ−ＴＬ）／（ＴＤ−ＴＷ）・・・（１）
から、簡易気孔開度比を求めることを特徴とする請求項１記載の気孔開度のモニタリング方法。
【請求項４】
前記生葉、前記湿面模擬葉及び前記乾燥模擬葉の形状及び大きさが同一であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の気孔開度のモニタリング方法。
【請求項５】
植物の生葉の近傍に配置される湿面模擬葉と、
前記生葉の近傍に配置される乾燥模擬葉と、
前記生葉の葉温と、前記湿面模擬葉の葉温と、前記乾燥模擬葉の葉温とをそれぞれ検出する葉温測定手段と
を有することを特徴とする気孔開度のモニタリング装置。
【請求項６】
前記生葉の葉温のデータと前記湿面模擬葉の葉温のデータと前記乾燥模擬葉の葉温のデータとを記憶する記憶手段と、
前記葉温測定手段で検出されたそれぞれの葉温のデータを前記記憶手段へ記憶させる制御部と
を有することを特徴とする請求項５記載の気孔開度のモニタリング装置。
【請求項７】
前記制御部に、前記生葉、前記湿面模擬葉及び前記乾燥模擬葉の各葉温のデータを用いて前記生葉の気孔開度を求める手段が設定されていることを特徴とする請求項５又は６記載の気孔開度のモニタリング装置。
【請求項８】
前記制御部に、
測定した前記生葉の葉温をＴＬ、測定した前記湿面模擬葉の葉温をＴＷ、測定した前記乾燥模擬葉の葉温をＴＤとするとき、下記式（１）
（ＴＤ−ＴＬ）／（ＴＤ−ＴＷ）・・・（１）
から、簡易気孔開度比を求める手段が設定されていることを特徴とする請求項５又は６記載の気孔開度のモニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の水の管理に必要となる気孔開度のモニタリング方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の水の管理は、野菜や果物等の収穫量や品質に直接影響するため、非常に重要である。水の供給量が多すぎると根腐れ等の悪影響を与え、反対に水分が不足すると、枯れたり生育が悪くなったりしてしまう。これらの現象は植物の水ストレスに起因し、植物が水ストレスを受けると、上記の現象に先立ち、植物は体内の水分を保持するために、葉の気孔開度を低下させて、蒸散速度を低下させる。したがって、植物体の水ストレスの指標として、気孔開度は重要である。
【０００３】
植物が正常に生育するためには、水ストレスを回避する水管理が必要である。そのため、水の適切な管理には、植物の水ストレスの有無およびその程度をモニタリングすることが必要である。
【０００４】
特許文献１では、蒸散速度をモニタリングするための水蒸気センサが開示されている。また、非特許文献１では、乾燥模擬葉を使用して乾燥模擬葉と生葉の葉温と気温からトウモロコシ固体蒸散量の算定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１４８５８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】今  久他１名、「乾燥模擬葉を使ったトウモロコシ固体蒸散量の算定」、農業気象第６４巻第３号  ２００８年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水蒸気センサには、経年劣化があり、信頼性に劣るという問題があると共に高価である。また、乾燥模擬葉を用いた固体蒸散量の算定は、簡便ではあるが、気温や気流等の環境要因の影響を受け、正確な蒸散速度を算定することが困難である。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡便な方法でかつ低コストで蒸散速度を正確に把握できる気孔開度のモニタリング方法及び装置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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の気孔開度のモニタリング方法は、植物の生葉の近傍に、湿面模擬葉及び乾燥模擬葉をそれぞれ配置し、前記生葉、前記湿面模擬葉及び前記乾燥模擬葉の各葉温を測定することを特徴とする。生葉、湿面模擬葉及び乾燥模擬葉の各葉温を測定することにより、これらの葉温に基づき、環境要因を排除して生葉での気孔開度の相対値のみを算定することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の気孔開度のモニタリング方法は、測定した前記生葉の葉温、測定した前記湿面模擬葉の葉温及び測定した前記乾燥模擬葉の葉温に基づいて前記生葉の気孔開度を求めることを特徴とする。求められた気孔開度の相対値は、環境要因が排除されて正確である。
【００１１】
また、本発明の気孔開度のモニタリング方法は、測定した前記生葉の葉温をＴＬ、測定した前記湿面模擬葉の葉温をＴＷ、測定した前記乾燥模擬葉の葉温をＴＤとするとき、下記式（１）
（ＴＤ−ＴＬ）／（ＴＤ−ＴＷ）・・・（１）
から、簡易気孔開度比を求めることを特徴とする。（１）式は、乾燥模擬葉と生葉との葉温差と乾燥模擬葉と湿面模擬葉との葉温差の比を求めているため、環境要因を排除して生葉での気孔開度のみに比例する簡易気孔開度比を簡便に求めることができる。
【００１２】
前記生葉、前記湿面模擬葉及び前記乾燥模擬葉の形状及び大きさが同一であることが好ましい。これらの生葉、湿面模擬葉及び乾燥模擬葉の形状と大きさを同一とすることにより、環境要因の排除が可能となる。
【００１３】
本発明の気孔開度のモニタリング装置は、植物の生葉の近傍に配置される湿面模擬葉と、前記生葉の近傍に配置される乾燥模擬葉と、前記生葉の葉温と、前記湿面模擬葉の葉温と、前記乾燥模擬葉の葉温とをそれぞれ検出する葉温測定手段とを有することを特徴とする。葉温測定手段で検出された３種類の葉温のデータを用いて生葉の気孔開度の相対値の算定をすることができる。
【００１４】
本発明の気孔開度のモニタリング装置は、前記生葉の葉温のデータと前記湿面模擬葉の葉温のデータと前記乾燥模擬葉の葉温のデータとを記憶する記憶手段と、前記葉温測定手段で検出されたそれぞれの葉温のデータを前記記憶手段へ記憶させる制御部とを有する構成とすることが好ましい。生葉、湿面模擬葉及び乾燥模擬葉の各葉温のデータに基づいて環境要因を排除した生葉での気孔開度の相対値のみを算定することが可能となる。
【００１５】
また、前記制御部に、前記生葉、前記湿面模擬葉及び前記乾燥模擬葉の各葉温のデータを用いて前記生葉の気孔開度の相対値を求める手段が設定されていることが好ましい。求められた蒸散速度の相対値は、環境要因が排除されて正確である。
【００１６】
また、本発明の気孔開度のモニタリング装置は、前記制御部に、測定した前記生葉の葉温をＴＬ、測定した前記湿面模擬葉の葉温をＴＷ、測定した前記乾燥模擬葉の葉温をＴＤとするとき、下記式（１）
（ＴＤ−ＴＬ）／（ＴＤ−ＴＷ）・・・（１）
から、簡易気孔開度比を求める手段が設定されていることを特徴とする。環境要因を排除して生葉での気孔開度のみに比例する簡易気孔開度比を簡便に求めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の気孔開度のモニタリング方法及び装置によれば、生葉、湿面模擬葉及び乾燥模擬葉の各葉温を測定する構成であるため、これらの葉温に基づき、環境要因を排除でき、簡便な方法で気孔開度の相対値を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の葉の気孔開度のモニタリング方法に用いる湿面模擬葉と乾燥模擬葉の配置方法の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の葉の気孔開度のモニタリング装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】トマト葉の蒸散速度の実測値と簡易気孔開度比の相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の気孔開度のモニタリング方法及び装置の実施の形態について説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２０】
植物は、普通水を根毛から吸水し、吸水された水は木部の導管又は仮導管を通って植物体を上昇し、葉の気孔から蒸発して、大気中に水蒸気として放出される。蒸散とは、植物体内の水が水蒸気の状態で体外に放出される現象をいう。気孔は葉の裏面に多くあり、開閉し、多くの植物では光が当たると光合成を行うために気孔が開き、二酸化炭素が植物体に取り込まれ、同時に体内の水が蒸散により失われる。蒸散の量が吸水の量を上回り、植物体内の水の量が少なくなると、気孔が閉じ、水が失われないように気孔の開度が調節される。
【００２１】
本発明の気孔開度のモニタリング方法は、葉の気孔から蒸発する水の量を間接的に測定するものである。図１に、本発明の気孔開度のモニタリング方法の概念図を示す。まず、蒸散量を測定しようとする植物１００を選定する。植物は葉を有していれば草本、木本のいずれでもよい。植物は環境が調整された屋内に存在しても屋外に存在してもよい。植物１００を代表する一枚の生葉１１０を選定する。本発明においては、選定された生葉１１０と同一形状で同一の大きさの湿面模擬葉１と乾燥模擬葉２を用意する。形状と大きさの同一は厳密である必要はなく、概ねで足りる。
【００２２】
湿面模擬葉１は、生葉１１０とほぼ同一形状・大きさで、一面側の全面又は両面の全面が水で濡れて、水が蒸発できる構造を有する。湿面模擬葉１の厚さは、生葉１１０に近いことが好ましい。例えば、生葉の形状の基板に基板と同一形状の濾紙、織布、不織布などの吸水性のシートを貼り付けた積層体を用いることができる。基板は、葉の形状を保持し、一面側からの水の蒸発を防止するために用いられ、アルミニウム、銅、鉄等の金属、木、陶器、プラスチックの薄板、シート又はフィルムを用いることができる。吸水性のシート自体が葉の形状を保つことができれば、基板を省略して、例えば濾紙だけで構成することが可能である。また、素焼等の多孔質の素材を用いて湿面模擬葉１を形成するようにしてもよい。湿面模擬葉１には、水を蓄える図示しない貯水槽から水を吸い上げる吸水部１１が接続され、貯水槽から給水部１１を介して常に水が供給され、湿面模擬葉１の両面又は片面の全面から水が常に蒸発するようになっている。
【００２３】
湿面模擬葉１の色彩は、生葉と同等の放射率（射出率）０．９３−０．９６の黒色であることが好ましい。基板と吸水性シートの積層体の場合は、基板はつや消しの黒色に着色、塗装又は表面処理されていることが好ましく、吸水性シートも黒色であることが好ましい。また熱容量も生葉と同等である必要がある。湿面模擬葉１を黒色とすることにより、生葉に入射して吸収される短波放射（太陽放射）フラックス（日射量、吸収放射）と模擬葉に入射して吸収される短波放射フラックスとをほぼ同一とすることができる。その結果、環境要因中の日射量の影響を無くすことができる。
【００２４】
乾燥模擬葉２は、生葉１１０とほぼ同一形状・大きさで、生葉１１０に近い厚さを有し、湿面模擬葉と同一構造とすることが好ましい。湿面模擬葉１が基板と吸水性シートの積層体であれば、乾燥模擬葉２も同じ構造の積層体を用いることが好ましい。しかし、湿面模擬葉１と異なった構造であってもよい。例えば、アルミニウム、銅、鉄等の金属板、プラスチックシート又はフィルムだけで形成することもできる。また、乾燥模擬葉２の表面も艶消しの黒色に着色、塗装又は表面処理されていることが好ましい。湿面模擬葉１と同様に、太陽光の吸収率を生葉と同じにして環境要因中の日射量の影響を無くすことができる。乾燥模擬葉２には水を供給せず、水が蒸発しない模擬葉として用いる。
【００２５】
湿面模擬葉１と乾燥模擬葉２は、選定した生葉１１０の近傍に配置することが好ましい。また、配置する位置は限定されないが、図１に示したように、生葉１１０の左右に生葉と方向を揃え、同一の高さに配置することが好ましい。このような配置とすることにより、気流の影響を排除することができる。
【００２６】
図２に本発明の気孔開度のモニタリング装置の概略構成を示す。この気孔開度のモニタリング装置３は、湿面模擬葉１、生葉１１０及び乾燥模擬葉２の各葉温を測定する葉温測定手段４と、葉温測定手段４で測定された温度データ等、あるいはプログラムを記憶する記憶手段５と、装置全体を制御する制御部６と、各葉温等を表示する表示部７とを有し、これらがバスで接続されている。
【００２７】
葉温測定手段４としては、図２に示したように、熱電対４１，４２，４３を備えると共に、熱電対４１，４２，４３から得られる各葉温データを取得するデータ取得部４ａを備えたものを用いることができる。熱電対４１，４２，４３の測温点は、葉の中心近傍とすることが好ましい。また、気孔は葉の表面よりも裏面に多く存在するため、また熱電対感部への直達日射を避けるため、熱電対４１，４２，４３は、葉の裏面に取り付けることが好ましい。葉温測定手段４としては、このほか、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、物体の温度を測定する放射温度計等を用いることもできる。放射温度計は非接触で３つの葉温を同時に測定できる点で優れているが、高価であることから、図２に示したような熱電対を用いることが好ましい。
【００２８】
葉温測定手段４で測定された各葉温データは、例えば一定時間毎に制御部６がプログラムの指令によりデータ取得部４ａから記憶手段５へ格納されると共に、各葉温を表示部７に表示させる。また、制御部６は、湿面模擬葉１、生葉１１０及び乾燥模擬葉２の各葉温データから、生葉１１０の気孔開度の相対値を算定し、その結果を表示部７に表示させる。
【００２９】
一定温度を維持している一枚の葉における熱収支は、次の式で表される。単位はＷ／ｍ２である。
【００３０】
[葉に入射して吸収される短波放射（太陽放射）フラックス]＋[長波波長（熱放射）フラックス−葉から射出される長波放射フラックス]＝[正味の吸収放射フラックス]＝[顕熱（温度勾配に比例して高温側から低温側へ輸送される熱エネルギー）フラックス]＋[潜熱（葉面での蒸散過程において、水が水蒸気になるときに費やされる熱エネルギー）フラックス]
【００３１】
日照中は、太陽放射の影響で正味の吸収放射フラックスを増加させる。乾燥模擬葉２は潜熱フラックスがゼロであるので、最も葉温が上昇し、次に、生葉１１０、そして湿面模擬葉２１の順に葉温が低くなる。夜間は、短波放射フラックスがゼロであるから、乾燥模擬葉２の葉温は気温とほぼ同じか、放射冷却がある場合はやや低くなり、生葉１１０の葉温は乾燥模擬葉２より低くなり、湿面模擬葉１の葉温は生葉１１０より更に低くなる。
【００３２】
葉の表面には、葉面境界層と呼ばれる空気の層が形成され、気流中に置かれた葉では、葉面の部位により葉面境界層の厚さが異なり、その結果、顕熱及び潜熱輸送フラックスが異なるので、葉温は葉面上で不均一に分布することになる。生葉と同じ気流の影響を受ける湿面模擬葉１を用いることにより、気流により生じる葉温の不均一の影響を排除することができる。
【００３３】
短波放射フラックス（日射量）の増加は、葉温を上昇させるが、模擬葉１，２を黒色にして模擬葉１，２の光吸収率を生葉と同じになるようにすれば、日射量変動の影響を排除することができる。
【００３４】
また、葉からの蒸散速度は葉内の水蒸気圧（あるいは絶対湿度）と周辺の水蒸気圧の差に比例するので、気孔開度が同じでも、湿度が上昇すると生葉１１０の葉温も上昇するが、湿面模擬葉１の温度も同様に上昇するため、生葉１１０と湿面模擬葉１との温度差はほぼ一定である。したがって生葉１１０と湿面模擬葉１との温度差は、気孔開度のみに依存する水蒸気コンダクタンス（蒸散のし易さの指標）の差に該当し、水蒸気圧の変動の影響を排除することができる。また顕熱フラックスは葉温と気温との差に比例するので、水蒸気圧（あるいは絶対湿度）が同じであっても、気温が上昇すると、葉における顕熱フラックスを減少させ、生葉１１０の葉温は上昇するが、湿面模擬葉１および乾燥模擬葉２の温度も同様に上昇するため、式（１）は、顕熱フラックスの項を消去して気温変動の影響を排除することができる。
【００３５】
その結果、湿面模擬葉１、生葉１１０及び乾燥模擬葉２の各葉温を測定することにより、日射量、湿度、気温、気流などの環境要因を排除して潜熱フラックスに影響する水蒸気コンダクタンスのみを算定することが可能となる。したがって、気孔開度のみに依存する水蒸気コンダクタンスの相対値を求めることにより、気孔開度の相対値を算定することができる。
【００３６】
図２に示した気孔開度のモニタリング装置３における制御部６は、該制御部６に設定されたコンピュータプログラムにより、記憶手段５に格納されている湿面模擬葉１、生葉１１０及び乾燥模擬葉２の各葉温に基づいて生葉１１０の気孔開度の相対値を算定し、その値を表示部７に表示させる。
【００３７】
但し、潅水の管理では、蒸散速度の正確な値は必要ではなく、気孔開度の相対値で足りる。その場合、制御部６に設定されているコンピュータプログラムとしては、例えば、生葉の葉温をＴＬ、湿面模擬葉の葉温をＴＷ、乾燥模擬葉の葉温をＴＤとすると、
（ＴＤ−ＴＬ）／（ＴＤ−ＴＷ）・・・（１）
の式から、簡易気孔開度比を求める構成とすることができる。例えば、ＴＤ＝３０℃、ＴＬ＝２３℃、ＴＷ＝２０℃とすると、簡易気孔開度比は、０．７となる。簡易気孔開度比が０のときは、（ＴＤ−ＴＬ）＝０、即ち、気孔が完全に閉じている状態、簡易気孔開度比が１のときは、ＴＬ＝ＴＷのとき、即ち、生葉の気孔開度は１００％であり、生葉１１０と湿面模擬葉１の蒸散速度が同一の状態である。このことから、理想的には、湿面模擬葉１の蒸散速度を、生葉１１０の気孔開度が１００％のときの蒸散速度と一致するようにすることがよい。
【００３８】
制御部６は、生葉の葉温ＴＬ、湿面模擬葉の葉温ＴＷ、乾燥模擬葉の葉温ＴＤから簡易気孔開度比を求め、その値を表示部７へ表示させる。簡易気孔開度比の値を用いて、気孔開度の相対値が設定値以下に低下した時に、一定量の潅水を開始するように、潅水システムをリアルタイムで自動調節することが可能となる。
【００３９】
また、簡易気孔開度比を、０〜１の範囲で数段階、例えば５段階に区分し、どの区分の気孔開度に該当するかで、潅水の管理を行ってもよい。
【００４０】
（実験例）
トマトの葉の蒸散速度と簡易気孔開度比の一致性を確かめる実験を行った。一枚の葉１１０と茎と根を残して、他の部位を除去した植物を用いた。湿面模擬葉１は、黒色の濾紙を、選定した生葉とほぼ同じ形状・大きさに切って葉身に該当する部分を形成し、濾紙の一部を葉柄に該当するように延長して貯水槽から水を吸い上げる給水部１１を形成した。乾燥模擬葉２は、厚さ０．３５ｍｍのアルミニウム板を、選定した葉とほぼ同じ形状・大きさに切り出し、艶消しの黒色塗装を行って形成した。
【００４１】
選定した葉１１０、湿面模擬葉１、乾燥模擬葉２のそれぞれの裏面の中央部に熱電対の接点を貼り付けた。湿面模擬葉１と乾燥模擬葉２のそれぞれを選定した葉と同一の高さで方向を揃えて配置した。湿面模擬葉１には、給水部１１を介して貯水槽から水を供給した。これらの生葉、湿面模擬葉及び乾燥模擬葉を、気温２３．５〜３４．２℃、短波放射フラックス４２〜７４０Ｗ／ｍ２，相対湿度３８〜５９％、気流速度０．１〜０．３ｍ／ｓの環境下に曝した。これらの３つの熱電対からの葉温のデータを所定時間毎に取得して図２に示す記憶手段５へ記憶させると共に、表示部７へ表示した。同時に、トマト葉の蒸散速度を秤量法により実測した。
【００４２】
トマト葉の蒸散速度の実測値と簡易気孔開度比の相関関係を図３に示す。相関関係の決定係数R2は、０．９３の高い値であり、簡易気孔開度比は高精度の蒸散速度の指標であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の気孔開度のモニタリング方法及び装置は、栽培している植物の水の管理に利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１    ：  湿面模擬葉
１１  ：  給水部
２    ：  乾燥模擬葉
３    ：  気孔開度のモニタリング装置
４    ：  葉温測定手段
５    ：  記憶手段
６    ：  制御部
７    ：  表示部
１００：  植物
１１０：  生葉
【図１】
2010187577.tif 000003
【図２】
2010187577.tif 000004
【図３】
2010187577.tif 000005