(57)【要約】【課題】植物が傷つくのを防止可能な植物液流量測定方法を提供する。【解決手段】自然保護の観点、果樹／野菜の栽培や樹木の育成のデータとして利用するために、植物液流量を測定する技術が求められている。従来知られているこの種の技術（例えば、幹熱収支法やヒートパルス法）は、測定に際して植物を傷つけていた。本発明に係わる植物液流量測定方法は、植物の電気抵抗を測り、その電気抵抗から所定の計算式を用いて植物液流量を求める。このため、植物が傷つくのを防止することができる。【選択図】　図１
2004085507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の電気抵抗を測り、その電気抵抗から所定の計算式を用いて植物液流量を求めることを特徴とする植物液流量測定方法。
【請求項２】
電気抵抗は、植物の表面に取付けられた少なくとも２つの電極の間で測られることを特徴とする請求項１に記載の植物液流量測定方法。
【請求項３】
植物と電極の間に導電性ペーストが介在していることを特徴とする請求項２に記載の植物液流量測定方法。
【請求項４】
導電性ペーストは、ポリビニルアルコールとホウ酸化合物を含むことを特徴とする請求項３に記載の植物液流量測定方法。
【請求項５】
計算式は、電気抵抗と植物液流量の実測値に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の植物液流量測定方法。
【請求項６】
計算式は、電気抵抗の経時変化が小さくなるように補正されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の植物液流量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、植物液の流量を測定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自然環境の保護の観点から、森林の保全が大きな社会的課題になっている。森林の保全を目的としてその生態を観測するときには、森林からの蒸散量を把握する必要がある。森林からの蒸散量は、植物単体の蒸散量の総和として得ることができる。植物単体の蒸散量は、植物内を流れる植物液の流量に対応している。また、植物液流量は、農林水産業においても、果樹／野菜の栽培や樹木の育成等のデータとして広く利用することができる。このため、植物液流量を測定する技術が強く求められている。
【０００３】
植物液流量を測定する方法として、幹熱収支法とヒートパルス法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
幹熱収支法は、幹に巻付けたヒータと、ヒータから離れて幹に取付けられた温度センサを用いる。ヒータによって幹が加熱されると、幹を流れる植物液の温度が上昇し、温度センサの検知温度が変化する。検知温度の変化から植物液流量が求められる。
ヒートパルス法は、幹に刺された棒状のヒータと、それとは離れた位置で幹に刺された棒状の温度センサが用いられる。ヒータが加熱をパルス的に繰返すと、植物液の温度変化が温度センサによって検知される。検知温度の変化から植物液の流速が得られる。植物液の流速と幹の液流通断面積とから、植物液流量が求められる。
【０００４】
【非特許文献１】
田中隆文著「蒸発散の測定法」日本水文科学会誌第２６巻第２号別刷、１９
９６年５月、ｐ１３５−ｐ１４３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】幹熱収支法は、幹に巻付けたヒータで幹を加熱するので、その熱によって植物を傷つける。ヒートパルス法は、ヒータと温度センサを幹に刺すので、植物を機械的に傷つける。植物を傷つけて弱らせてしまうと、長期に渡って植物液流量を測定することができないし、測定された植物液流量も健康な植物のものとは異なってきてしまう。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、植物が傷つくのを防止できる植物液流量測定方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用と効果】請求項１に記載の植物液流量測定方法は、植物の電気抵抗を測り、その電気抵抗から所定の計算式を用いて植物液流量を求めることを特徴とする。
電気抵抗は、植物を傷つけることなく測ることができる。従って、上記の植物液流量測定方法によれば、植物が傷つくのを防止することができる。
なお、ここで植物液流量とは、草本や木本などの植物の中を流れる液の流量を意味する。
【０００８】
請求項１に記載の植物液流量測定方法において、電気抵抗は、植物の表面に取付けられた少なくとも２つの電極の間で測られることが好ましい（請求項２）。このように植物の表面に電極を取付けると、植物の電気抵抗を測ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の植物液流量測定方法において、植物と電極の間に導電性ペーストが介在していることが好ましい（請求項３）。
このように構成されていると、電極と植物の間の電気抵抗を減少させることができる。電極と植物の間の電気抵抗を減少させることができると、植物の電気抵抗をより精度良く測ることができる。
【００１０】
請求項３に記載の植物液流量測定方法において、導電性ペーストは、ポリビニルアルコールとホウ酸化合物を含むことが好ましい（請求項４）。
このような組成の導電性ペーストを用いると、導電性ペーストが植物に影響を与えることが防止される。
【００１１】
請求項１〜４のいずれかに記載の植物液流量測定方法において、計算式は、電気抵抗と植物液流量の実測値に基づいて設定されていることが好ましい（請求項５）。
このように、計算式が電気抵抗と植物液流量の実測値に基づいて設定されていると、植物液流量を精度良く求めることができる。
【００１２】
請求項１〜５のいずれかに記載の植物液流量測定方法において、計算式は、電気抵抗の経時変化が小さくなるように補正されていることが好ましい（請求項６）。
このように、電気抵抗の経時変化が小さくなるように補正されていると、植物液流量を精度良く求めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明をブナ科の樹木であるマテバシイ１０に適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、マテバシイ１０に樹液流量測定装置２０がセットアップされた状態を示している。樹液流量測定装置２０は、ＬＣＲメータ２２、電極２４、２６、ＬＣＲメータ２２に電極２４、２６をそれぞれ接続するケーブル２７から構成されている。ＬＣＲメータ２２は、電気インピーダンス測定用の機器である。
電極２４、２６は、マテバシイ１０の高さ方向に離れて、幹１０ａに巻付けられた樹脂テープ（図示省略）によって、幹１０ａの表面に取付けられている。電極２４と電極２６の間隔は６ｃｍである。
【００１４】
樹液流量を求める際には、上述したセットアップにおいて、ＬＣＲメータ２２を使用して電極２４と電極２６間の電気抵抗ｘ（Ω）を計測する。そして、その計測された電気抵抗と次式から補正電気抵抗Ｒ（Ω）を算出する。
Ｒ＝ｘ−１．７２×１０−４ｔ２
ここで、ｔは、測定初日の日照開始時（日の出時）からの経過時間（分）である。
樹液流量Ｙ（ｇ／分）は、前式で計算されたＲ（Ω）を次式に代入して算出される。
Ｙ＝０．０００２１２［２７９−｛（Ｒ−２６５７７）／０．０１９５｝０．５］＋０．０２５７
【００１５】
例えば、経過時間ｔ＝７２０（分）（１２時間）の時に、電気抵抗ｘ＝２７０００（Ω）が計測された場合には、補正電気抵抗Ｒは次のように算出される。
Ｒ＝２７０００−１．７２×１０−４×７２０２＝２６９１１（Ω）
従って、樹液流量Ｙは次の値となる。
Ｙ＝０．０００２１２［｛２７９−｛（２６９１１−２６５７７）／０．０１９５｝０．５｝＋０．０２５７
＝０．０５７１（ｇ／分）
このように、マテバシイ１０の電気抵抗を用いて樹液流量を測定することができる。
【００１６】
上述した本実施形態の樹液流量定方法は、幹１０ａの表面に電極２４、２６を樹脂テープで固定している。このため、従来行われていた幹熱収支法やヒートパルス法とは異なり、マテバシイ１０に機械的、熱的な損傷を与えることがない。また、ヒートパルス法では、ヒータやセンサを幹に刺すのに熟練が必要であるが、本実施形態の樹液流量測定方法は、電極２４、２６を幹１０ａに樹脂テープで固定するだけなので、その作業に熟練を必要としない。
【００１７】
上述した補正電気抵抗Ｒや樹液流量Ｙの計算式は、実測した樹液流量から導出している。以下、その導出過程を説明する。
図２は、樹液流量を実測するためのセットアップを示している。電子天秤３２の上に絶縁体であるプレート３４が載せられ、さらにその上にビーカ３６が載せられている。電子天秤３２の測定誤差は０．０１ｇである。ビーカ３６には、水３８が入れられている。マテバシイ１０は幹１０ａで切断されており、その切断部がビーカ３６中の水３８に浸けられている。マテバシイ１０は、図示しない電気絶縁材料のビニールロープによって吊されている。このためマテバシイ１０の重さは、電子天秤３２に作用しない。マテバシイ１０の高さは９０ｃｍ、幹の直径は１．６ｃｍである。
【００１８】
計測に用いるＬＣＲメータ２２の計測電圧は１Ｖであり、その計測周波数は１．０２ＫＨｚである。
図３に示されているように、電極２４、２６は、カバー２９、端子２８を備えている。カバー２９は、電気絶縁材料から形成されている。端子２８は、導電材料から形成されている。電極２４、２６の厚さ（図３の寸法「ｈ」）は１ｍｍ、平面形は一辺が１０ｍｍの矩形である。電極２４、２６は、幹１０ａに巻付けられた樹脂テープ（図示省略）によって、覆われるようにして幹１０ａの表面に取り付けられている。樹脂テープで電極２４、２６を覆うと、ペースト３１の乾燥を防ぐことができる。電極２４、２６は、その下辺２４ａ、２６ａが、幹１０ａの切断部から上に離れてそれぞれ１３ｃｍ、１９ｃｍの位置に配置されている。従って、電極２４と電極２６との間隔は６ｃｍである。
【００１９】
ペースト３１は、ポリビニルアルコール（クラレ（株）の商品名「４１７」、けん化度８０％、重合度１５００）の６％水溶液１０ｍｌと水６．５ｍｌを混合し、それに四ホウ酸二カリウム四水和物の飽和溶液３．５ｍｌを攪拌しながら添加したものである。このようなペースト３１を用いると、樹木にペースト３１が与える影響を防止することができる。もちろん、この目的を満足するものであれば、他のホウ酸化合物（例えば、四ホウ酸二カリウム無水物）や他の組成のペーストを用いることもできる。
【００２０】
以上説明したセットアップは、太陽光を模擬した人工照明が設けられている室内に配置されている。計測に当たっては、環境変化の影響をできるだけ少なくするように配慮し、温度は２３〜２４℃、湿度は３０〜３３％、人工照明の照度は１０７０〜１０８０ｌｘ（ルクス）の範囲に維持した。人工照明は、午前８時３０分から午後７時まで点灯した。
【００２１】
マテバシイ１０がビーカ３６に入れられている水３８を吸上げる（吸水する）と、電子天秤３２の計測値は減少してゆく。図４は、ＬＣＲメータ２２で計測した電極２４と電極２６間の電気抵抗ｘ（Ω）とマテバシイ１０の吸水量ｙ（ｇ／分）の計測結果を示している。計測は５分間隔であり、４日間に渡って行った。なお、計測は、電極２４、２６を取付けた次の日から開始した。
図４から明らかなように、吸水量ｙは、人工照明が点灯されると急激に多くなり、消灯されると少なくなり、その後は小さな値で安定する。人工照明が点灯されると吸水量ｙが多くなるのは、マテバシイ１０が蒸散と光合成を行うからである。また、吸水量ｙが多くなると電気抵抗ｘは減少し、吸水量ｙが少なくなると電気抵抗ｘは増大する。電気抵抗ｘがこのような傾向を示すのは、吸水量ｙが増大すると幹１０ａに含まれる水が多くなり、吸水量ｙが減少すると幹１０ａに含まれる水が少なくなるからである。
【００２２】
計測された吸水量ｙと電気抵抗ｘから、それらの相関関係の計算式を導出することができる。以下、その計算式の導出過程について説明する。
図４に示されているように、吸水量ｙはほぼ直線的に変化し、電気抵抗ｘはほぼ２次曲線的に変化しているので、次のように、吸水量ｙを１次関数で近似し、電気抵抗ｘを２次関数で近似する。
ｙ＝ａ１ｔ＋ｃ１　（式１）
ｘ＝ａ２（ｔ−ｂ）２＋ｃ２　（式２）
（式１）と（式２）とから経過時間ｔを消去すると、次式が求まる。
ｙ＝ａ１［ｂ−｛（ｘ−ｃ２）／ａ２｝０．５］＋ｃ１　（式３）
１日目の吸水量ｙが増加している部分（図４の「Ｍ」）と、１日目の電気抵抗ｘが減少している部分（図４の「Ｎ」）とから（式１）、（式２）の最小自乗近似誤差式を求めると、次のようになる。単位は、ｙが（ｇ／分）、ｔが（分）、ｘが（Ω）である。
ｙ＝０．０００２１２ｔ＋０．０２５７　（式４）
ｘ＝０．０１９５ｔ２−１０．９ｔ＋２８１０１
＝０．０１９５（ｔ−２７９）２＋２６５７７　（式５）
（式１）と（式４）を対応させ、（式２）と（式５）を対応させると、ａ１、ａ２、ｂ、ｃ１、ｃ２は次のようになる。
ａ１＝０．０００２１２、ａ２＝０．０１９５、ｂ＝２７９、ｃ１＝０．０２５７、ｃ２＝２６５７７
従って、（式３）の係数が具体的に求まり、
ｙ＝０．０００２１２［２７９−｛（ｘ−２６５７７）／０．０１９５｝０．５］＋０．０２５７（式６）
【００２３】
電極２４、２６の特性が経時的に変化する場合には、（式６）をさらに補正することもできる。電極２４、２６の特性が経時的に変化する原因は、ペースト３１中の水分がマテバシイ１０の表面から吸収されたり、蒸発したりするためである。
図４に示されている電気抵抗ｘは、時間の経過にともなって次第に大きくなる傾向を示している。計測１日目から４日目に渡っての電気抵抗ｒの２次の最小自乗誤差近似式は、次式のようになる。
ｒ＝１．７２×１０−４ｔ２＋０．３５４ｔ＋２６８００　（式７）
（式７）の項の内、影響の少ない「０．３５４ｔ」の項を無視すると、電気抵抗ｒは「１．７２×１０−４ｔ２」の割合で増加する。従って、実測した電気抵抗値ｘから「１．７２×１０−４ｔ２」を差し引くと、補正電気抵抗Ｒ（Ω）が求まる。
Ｒ＝ｘ−１．７２×１０−４ｔ２　（式８）
よって、補正された吸水量Ｙ（ｇ／分）（すなわち、樹液流量）は、次式で与えられる。
Ｙ＝０．０００２１２［２７９−｛（Ｒ−２６５７７）／０．０１９５｝０．５］＋０．０２５７（式９）
【００２４】
図５は、実測した吸水量（電子天秤３２による計測値）と、（式９）を用いて算出した吸水量Ｙを示している。図５から明らかなように、吸水量の実測値と計算値は、良く似た傾向と値で変化している。ちなみに、４日間の吸水量は、実測値が１６５．７（ｇ）、計算値が１７１．２（ｇ）であった。従って、マテバシイ１０の幹１０ａの電気抵抗を計測し、その電気抵抗値を上述した樹液流量計算式（式９）に適用することにより、高い精度で樹液流量を求めることができる。上述した樹液流量の計算式中の係数は、樹木の種類、幹の経、電極の仕様（電極の大きさ、電極設置位置、電極間隔、ペーストの組成）等によって決定される。また、電気抵抗の時間経過にともなう変化は、電極仕様によって異なってくる。従って、樹液流量計算式中の係数や、電極仕様を適切に設定することにより、幅広い樹種や樹木サイズに対応して樹液流量を測定することができる。
なお、樹液流量と幹の樹液流々通断面積とから、樹液流速を求めることもできる。
【００２５】
上述した樹液流量測定方法と、従来行われている幹熱収支法やヒートパルス法を併用することもできる。例えば、樹液流量ｙが電気抵抗ｘの関数ｆとして次式のように与えられているとする。
ｙ＝ｆ（ｘ）　（式１０）
幹熱収支法やヒートパルス法を併用すると、（式１０）をさらに係数Ｋで補正した次式によって樹液流量ｙが求まり、本方法の精度をさらに向上させることができる。
ｙ＝Ｋｆ（ｘ）　（式１１）
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
従って、例えば、以下に記載するように行うこともできる。
【００２７】
（１）電極の個数は２個に限られない。多くの電極を用いて植物の電気抵抗を計測すると、より精度よく植物液流量を測定することができる。
【００２８】
（２）電極の植物への固定は、樹脂テープによるものに限られない。例えば、植物を弱らせない程度に機械的に電極を植物に固定することもできる。
【００２９】
（３）電気抵抗を計測する部位は幹に限られない。例えば、枝、葉、根等の電気抵抗を計測し、植物液流量を求めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る樹液流量測定のセットアップを示す。
【図２】実施形態に係る樹液流量と電気抵抗を測定し、計算式を求めるためのセットアップを示す。
【図３】実施形態に係るマテバシイの幹に取付けられた電極の断面図を示す。
【図４】実施形態に係るマテバシイの吸水量と電気抵抗の変化をグラフで示す。
【図５】実施形態に係るマテバシイの吸水量の計算値と実測値の変化をグラフで示す。
【符号の説明】
１０：マテバシイ、１０ａ：幹
２０：樹液流量測定装置
２２：ＬＣＲメータ
２４：電極、２４ａ：下辺
２６：電極、２６ａ：下辺
２７：ケーブル
２８：端子
２９：カバー
３１：ペースト
３２：電子天秤
３４：プレート
３６：ビーカ
３８：水
【図１】
2004085507.tif 000003
【図２】
2004085507.tif 000004
【図３】
2004085507.tif 000005
【図４】
2004085507.tif 000006
【図５】
2004085507.tif 000007