(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象が木本類の植物であり、その水ストレスをコンピュータのメモリーと計算機能を用いて記憶・計算して算出する植物の水ストレス計測方法であって、木本類の植物が結実する前の基準日において、下記イの分光特性値計算方法通りに植物体の葉と標準白色体と光源の光の光量を測定して基準日０の分光特性値Ａ0１〜Ａ0Ｎを算出し、又この基準日の測定した葉のプレッシャチャンバ法による水ポテンシャル値Ψ0を実測し、次にこの基準日０の分光特性値Ａ0１〜Ａ0Ｎと実測水ポテンシャル値Ψ0のデータから任意時点ｔの分光特性値Ａt１〜ＡtＮを変数として一般式を多変量解析法の手法で算出し、その後、基準日０以後における時点ｔの葉の分光特性値Ａt１〜ＡtＮの値を下記イの分光特性値計算方法通りの測定と計算から求めて、これらの値を算出した上記一般式Ψtに代入して水ポテンシャル値Ψtを算出し、同水ポテンシャル値が高い程水ストレスが高いと評価する、植物の水ストレス計測方法。                          記イ  一回の測定時において４００〜９００ｎｍの波長の範囲の複数の異なった波長λの光を交代的に植物体の葉に照射してその反射光又は透過光を光検出器で受光してその光量を測定し、その光量Ｓ2(λ)を照射した光の波長λと測定時の情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、葉に照射した光を直接光検出器で受光して光源の光量Ｓ1(λ)を測定し、その光量を光の波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、又、照射した光を標準白色板に反射させ又は透過させ、その反射光又は透過光を光検出器で受光してその光量Ｒ2(λ)を測定し、その光量をその照射光の波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、標準白色板を照射した光を直接光検出器で受光して光源の光量Ｒ1(λ)を測定し、その光量を波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、下の数式ａから分光特性値Ａを各波長毎に算出し、その分光特性値Ａをその照射波長λとともに関連付けてメモリーに記憶する分光特性値計算方法。      （数式ａ）      Ａ１〜Ｎ＝（Ｓ2(λ)/Ｓ1(λ)）／（Ｒ2(λ)/Ｒ1(λ)）      １〜Ｎ：照射した異なった波長λの光のインデックス      Ｓ2(λ)：記憶された上記波長λにおける葉の反射又は透過光の光量      Ｓ1(λ)：記憶された上記葉を測定した時点の波長λの光源の光量      Ｒ2(λ)：記憶された上記波長λにおける標準白色板の反射光又は透過光の光量      Ｒ1(λ)：標準白色板に照射した時点の記憶された上記波長λにおける光源の光量
【請求項２】
多変量解析法が重回帰分析法である、請求項１記載の木本類の植物の水ストレス計測方法。
【請求項３】
植物がミカンである、請求項１又は２記載の植物の水ストレス計測方法。
【請求項４】
測定対象が草本類の植物であり、その水ストレスをコンピュータのメモリーと計算機能を用いて記憶・計算して算出する植物の水ストレス計測方法であって、草本類の植物の基準とする葉に対し、下記イの分光特性値計算方法通りに植物体の葉と標準白色体と光源の光の光量を測定して基準葉０の分光特性値Ａ0１〜Ａ0Ｎを算出し、又この基準葉０のプレッシャチャンバ法による水ポテンシャル値Ψ0を実測し、次にこの基準葉０の分光特性値Ａ0１〜Ａ0Ｎと実測水ポテンシャル値Ψ0のデータから任意の葉ｔの分光特性値Ａt１〜ＡtＮを変数として一般式を多変量解析法の手法で算出し、その後、葉ｔの葉の分光特性値Ａt１〜ＡtＮの値を下記イの分光特性値計算方法通りの測定と計算から求めて、これらの値を算出した上記一般式Ψtに代入して水ポテンシャル値Ψtを算出し、同水ポテンシャル値が高い程水ストレスが高いと評価する、植物の水ストレス計測方法。                          記イ  一回の測定時において４００〜９００ｎｍの波長の範囲の複数の異なった波長λの光を交代的に植物体の葉に照射してその反射光又は透過光を光検出器で受光してその光量を測定し、その光量Ｓ2(λ)を照射した光の波長λと測定時の情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、葉に照射した光を直接光検出器で受光して光源の光量Ｓ1(λ)を測定し、その光量を光の波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、又、照射した光を標準白色板に反射させ又は透過させ、その反射光又は透過光を光検出器で受光してその光量Ｒ2(λ)を測定し、その光量をその照射光の波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、標準白色板を照射した光を直接光検出器で受光して光源の光量Ｒ1(λ)を測定し、その光量を波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、下の数式ａから分光特性値Ａを各波長毎に算出し、その分光特性値Ａをその照射波長λとともに関連付けてメモリーに記憶する分光特性値計算方法。      （数式ａ）      Ａ１〜Ｎ＝（Ｓ2(λ)/Ｓ1(λ)）／（Ｒ2(λ)/Ｒ1(λ)）      １〜Ｎ：照射した異なった波長λの光のインデックス      Ｓ2(λ)：記憶された上記波長λにおける葉の反射又は透過光の光量      Ｓ1(λ)：記憶された上記葉を測定した時点の波長λの光源の光量      Ｒ2(λ)：記憶された上記波長λにおける標準白色板の反射光又は透過光の光量      Ｒ1(λ)：標準白色板に照射した時点の記憶された上記波長λにおける光源の光量
【請求項５】
植物がメロンであり、その基準葉が天葉である、請求項４記載の植物の水ストレス計測方法。
【請求項６】
多変量解析法が重回帰分析法である、請求項４又は５記載の植物の水ストレス計測方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ミカン等の木本類やメロン等の草本類を中心とした植物の水ストレスの評価指標である水ポテンシャル値を光検出器を使って計測する方法に関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来、植物の水ストレスの状態は、水ポテンシャル値を測定し、水ポテンシャル値で評価されている。
この水ストレスの従来の測定方法としては、葉に圧力をかけて水ポテンシャルを直接測定するプレッシャチャンバ法と、緑葉の分光反射率特性から計測する方法とがある。
【０００３】
前者のプレッシャチャンバ法は、葉柄のみを外に出して圧力容器に納めた葉に、圧搾空気を用いて徐々に高い圧力をかけていけば、圧力に耐えきれなくなった葉内の水分が葉柄から吹き出してくる。プレッシャチャンバ法とは、この水分が吹き出すときの圧力容器内の圧力を、葉が水を保持する力と見なす方法である。
尚、この方法では、緑葉裏面の気孔が閉じている深夜に葉をサンプルして測定することが必要である。
【０００４】
後者の分光反射率特性による計測方法は、本発明者がその方法を開発して特開２００５−３０８７３３号公報に開示されている。緑葉に光を照射し、その反射光・透過光を分光して５００〜８００ｎｍの連続波長に対して分光反射率を算出し、それが急激に立ち上る（一次微分が高い）波長域（レッドエッジ）を求め、そのレッドエッジの又はその中心波長の推移から水ストレスを判断するものである。
【０００５】
前者のプレッシャチャンバ法の水ポテンシャル直接測定法は、その水ポテンシャル値は信頼性があるが、緑葉裏面の気孔が閉じた深夜でなければ測定できず、現場でその水ストレスを算出して表示することができない。
【０００６】
後者の分光反射率特性では、計測に分光器が必要となって計測装置が高価となり、又精度がまだ充分でない場合があった。
【特許文献１】特開２００５−３０８７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、従来の植物のストレスの計測法の問題点を解消し、プレッシャチャンバ法による水ポテンシャル値に近づけられて精度がよく、しかも高価な分光器を使用せずに現場で水ストレスが算出できる、植物のストレスの計測法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  かかる課題を解決した本発明の構成は、１）  測定対象が木本類の植物であり、その水ストレスをコンピュータのメモリーと計算機能を用いて記憶・計算して算出する植物の水ストレス計測方法であって、木本類の植物が結実する前の基準日において、下記イの分光特性値計算方法通りに植物体の葉と標準白色体と光源の光の光量を測定して基準日０の分光特性値Ａ0１〜Ａ0Ｎを算出し、又この基準日の測定した葉のプレッシャチャンバ法による水ポテンシャル値Ψ0を実測し、次にこの基準日０の分光特性値Ａ0１〜Ａ0Ｎと実測水ポテンシャル値Ψ0のデータから任意時点ｔの分光特性値Ａt１〜ＡtＮを変数として一般式を多変量解析法の手法で算出し、その後、基準日０以後における時点ｔの葉の分光特性値Ａt１〜ＡtＮの値を下記イの分光特性値計算方法通りの測定と計算から求めて、これらの値を算出した上記一般式Ψtに代入して水ポテンシャル値Ψtを算出し、同水ポテンシャル値が高い程水ストレスが高いと評価する、植物の水ストレス計測方法                          記イ  一回の測定時において４００〜９００ｎｍの波長の範囲の複数の異なった波長λの光を交代的に植物体の葉に照射してその反射光又は透過光を光検出器で受光してその光量を測定し、その光量Ｓ2(λ)を照射した光の波長λと測定時の情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、葉に照射した光を直接光検出器で受光して光源の光量Ｓ1(λ)を測定し、その光量を光の波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、又、照射した光を標準白色板に反射させ又は透過させ、その反射光又は透過光を光検出器で受光してその光量Ｒ2(λ)を測定し、その光量をその照射光の波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、標準白色板を照射した光を直接光検出器で受光して光源の光量Ｒ1(λ)を測定し、その光量を波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、下の数式ａから分光特性値Ａを各波長毎に算出し、その分光特性値Ａをその照射波長λとともに関連付けてメモリーに記憶する分光特性値計算方法      （数式ａ）      Ａ１〜Ｎ＝（Ｓ2(λ)/Ｓ1(λ)）／（Ｒ2(λ)/Ｒ1(λ)）      １〜Ｎ：照射した異なった波長λの光のインデックス      Ｓ2(λ)：記憶された上記波長λにおける葉の反射又は透過光の光量      Ｓ1(λ)：記憶された上記葉を測定した時点の波長λの光源の光量      Ｒ2(λ)：記憶された上記波長λにおける標準白色板の反射光又は透過光の光量      Ｒ1(λ)：標準白色板に照射した時点の記憶された上記波長λにおける光源の光量２）  多変量解析法が重回帰分析法である、前記１）記載の木本類の植物の水ストレス計測方法３）  植物がミカンである、前記１）又は２）記載の植物の水ストレス計測方法４）  測定対象が草本類の植物であり、その水ストレスをコンピュータのメモリーと計算機能を用いて記憶・計算して算出する植物の水ストレス計測方法であって、草本類の植物の基準とする葉に対し、下記イの分光特性値計算方法通りに植物体の葉と標準白色体と光源の光の光量を測定して基準葉０の分光特性値Ａ0１〜Ａ0Ｎを算出し、又この基準葉０のプレッシャチャンバ法による水ポテンシャル値Ψ0を実測し、次にこの基準葉０の分光特性値Ａ0１〜Ａ0Ｎと実測水ポテンシャル値Ψ0のデータから任意の葉ｔの分光特性値���t１〜ＡtＮを変数として一般式を多変量解析法の手法で算出し、その後、葉ｔの葉の分光特性値Ａt１〜ＡtＮの値を下記イの分光特性値計算方法通りの測定と計算から求めて、これらの値を算出した上記一般式Ψtに代入して水ポテンシャル値Ψtを算出し、同水ポテンシャル値が高い程水ストレスが高いと評価する、植物の水ストレス計測方法                          記イ  一回の測定時において４００〜９００ｎｍの波長の範囲の複数の異なった波長λの光を交代的に植物体の葉に照射してその反射光又は透過光を光検出器で受光してその光量を測定し、その光量Ｓ2(λ)を照射した光の波長λと測定時の情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、葉に照射した光を直接光検出器で受光して光源の光量Ｓ1(λ)を測定し、その光量を光の波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、又、照射した光を標準白色板に反射させ又は透過させ、その反射光又は透過光を光検出器で受光してその光量Ｒ2(λ)を測定し、その光量をその照射光の波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、標準白色板を照射した光を直接光検出器で受光して光源の光量Ｒ1(λ)を測定し、その光量を波長λと測定時情報とともに関連付けてメモリーに記憶し、下の数式ａから分光特性値Ａを各波長毎に算出し、その分光特性値Ａをその照射波長λとともに関連付けてメモリーに記憶する分光特性値計算方法      （数式ａ）      Ａ１〜Ｎ＝（Ｓ2(λ)/Ｓ1(λ)）／（Ｒ2(λ)/Ｒ1(λ)）      １〜Ｎ：照射した異なった波長λの光のインデックス      Ｓ2(λ)：記憶された上記波長λにおける葉の反射又は透過光の光量      Ｓ1(λ)：記憶された上記葉を測定した時点の波長λの光源の光量      Ｒ2(λ)：記憶された上記波長λにおける標準白色板の反射光又は透過光の光量      Ｒ1(λ)：標準白色板に照射した時点の記憶された上記波長λにおける光源の光量５）  植物がメロンであり、その基準葉が天葉である、前記４）記載の植物の水ストレス計測方法６）  多変量解析法が重回帰分析法である、前記４）又は５）記載の植物の水ストレス計測方法にある。 
【発明の効果】
【０００９】  本発明によれば、水ストレスの指標として精度がよいプレッシャチャンバ法による水ポテンシャル値に精度よく近似できる水ポテンシャルの計測方法を提供できる。しかも、基準日又は基準葉での測定を使って予め一般式を計算することで、植物のある現場で水ポテンシャル値が即時計算して得ることが可能となり、農作業での水ストレスが正確且つ迅速に分かり、その対応を迅速にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の多変量解析方法は、データから一般式を求める手法として知られた数学的手法であり、複数の説明変数のデータと目的変数のデータとから説明変数と目的変数の一般式を算出する重回帰分析方法と、中間に主成分を導入して説明変数と目的変数の一般式を求める主成分回帰法とがある。
本発明の光源としては、４００〜９００ｎｍの波長の範囲に中心発光波長を有する異なった中心波長の発光ダイオードを複数組み合わせ、これら発光ダイオードを交代的に点灯できるような回路を設け、発光ダイオードの光はディフューザーに当てて拡散させて複数の光検出器・葉・標準白色板に照射可能にするのが、高価な分光器を使用しないので好ましい。
更に、葉を照射する測定の場合に、測定されるべき葉がセットされていない場合を、その反射・透過光の光量から葉がない数値であることを判別して警告するコンピュータソフトがあれば測定操作エラーを無くし、更に好ましい。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例１について図面に基づいて説明する。実施例１は植物をミカンとし、基準日０を結実しない５〜６月頃とし、測定するのは結実して水ストレスを与える８〜１０月頃である。
【００１２】
図１は、実施例１の植物の水ストレスを方法の基準日（日付１）と水ストレスを求める測定時（日付２）を示す説明図である。
図２は、実施例１で使用する植物の水ストレス計測装置の外観図である。
図３，４は、実施例１の植物の水ストレス計測装置の構造とその測定を示す説明図である。
図５は、本発明の他の測定構造例を示す説明図である。
図６は、実施例１の測定の説明図である。
図７は、実施例１に使用するコンピュータのハード構成図である。
図８は、実施例１の算出の水ポテンシャル値Ψ（推定値）と葉のプレッシャチャンバ法による実測の水ポテンシャル値（実験値）との相関性を示す図面である。
図９は、コンピュータソフトのブロック図である。
【００１３】
この実施例１は、図２，３，４に示す携帯式の植物の水ストレス計測装置を用い、５〜６月の結実していない基準日（日付１）で、ミカンの木の葉の透過・反射光と、光源の光量と、標準白色板の光量を測定する。
【００１４】
図３，４，５中、１は携帯式の植物の水ストレス計測装置、１０はその測定部、１１は複数の波長を異にする発光ダイオードの光源、１２はディフューザーである拡散透過板、１３は拡散反射板、１４は植物体の葉である測定ワーク、１５は第２光検出器、１６は第１光検出器である。
【００１５】
この測定の原理図を図６に示すように、発光ダイオード群からなる光源１１から、その中心発光波長の光が交代的に一定時間ピッチで照射される。葉に照射された光の透過光又は反射光は第２光検出器１５によって、又光源の光は直接第１光検出器１６に検出される。又、標準白色板の反射光又は透過光は第２光検出器１５で、又その時の光源の光は第１出器１６で受光される。
【００１６】
測定された第１，第２検出器の光量はＳ2(λ)，Ｓ1(λ)，Ｒ2(λ)，Ｒ1(λ)として、受光した時の照射された光（発光ダイオード）の波長とその測定時について図７に示すインターフュースを介してコンピュータに入力され、記憶部に記憶される。
又、測定された葉は夜においてプレッシャチャンバ法によってその水ポテンシャル値Ψ0が計測され、コンピュータに入力されて記憶される。
【００１７】
基準日の測定データと実測水ポテンシャル値Ψ0が測定されて記憶された後、コンピュータで一般式解析ソフトを起動させ、これらデータに基づいて重回帰分析法による多変量解析がなされ、一般式が求められる。
【００１８】
使用した多変量解析法について、詳しく説明する。
使用するＬＥＤ１〜ＬＥＤＮの中心発光波長を
λ１，λ２，λ３，…λＮ
とする。このとき、それぞれのＬＥＤに対する基準となる緑葉の反射率（分光特性値）を
Ａ0１，Ａ0２，Ａ0３，…，Ａ0Ｎ、
対象となる緑葉の反射率を
Ａt１，Ａt２，Ａt３，…，ＡtＮ、
とし、求める水ポテンシャル（水分ストレス量の物理的な指標）をΨtとするとき、Ψtの一般式は次のように考えることができる。
Ψt＝ｆ（Ａ0１，Ａ0２，Ａ0３，…，Ａ0Ｎ，Ａt１，Ａt２，Ａt３，…，ＡtＮ）・・・式１
又、基準と対象の緑葉のとり方が、同一植物体の位置の違いによるものでなく（草本類ではなく）、時間的な違いの場合（木本類の場合）、基準となる緑葉の分光特性が計測されたときの水ポテンシャルの実測値も同時に得られており、それがΨ0であるとすれば、求める水ポテンシャルΨtは、次のように考えることもできる。
【００１９】
【数１】
0005186635.tif 000002
【００２０】
尚、本発明中では、これらの一般式を具体的に重回帰分析で求めるため、式１を例に、次の式を想定した解析処理を行った。
【００２１】
【数２】
0005186635.tif 000003
【００２２】
その結果として、具体的には下式の一般式となった。
【００２３】
【数３】
0005186635.tif 000004
【００２４】
この多変量解析法によって得られたＡtＮを変数とする一般式に、基準日後において葉を同様にして複数回測定し、Ｓ2(λ)，Ｓ1(λ)，Ｒ2(λ)，Ｒ1(λ)から、Ａt１〜ＡtＮを求め、これを一般式に代入して計算した水ポテンシャル値Ψtと、プレッシャチャンバ法に基づいて測定した実測水ポテンシャル値Ψ0との相関状態を図８に示している。
この図から分かるように、計算の水ポテンシャル値Ψtの直線に沿って実測の水ポテンシャル値Ψ0が存在し、一般式がよい近似式となっていることが分かる。
【００２５】
尚、図３，４，５の構造の測定装置では、植物緑葉の分光反射率あるいは分光透過率を求めるプローブに光源の発光光量をモニタする機構を設け、標準白色板を計測するときの発光光量と、反射光量あるいは透過光量との関係を保持しておくことで、サンプルの測定の度に標準白色板の測定をすることが必要でないようにできる。
【００２６】
図１０，１１に示す実施例２は、草本類のメロンの水ストレスの計測方法であり、計測に使用する器具は、前記実施例１での葉の測定方法は同様であり、又Ａ0１〜Ａ0Ｎ，Ａt１〜ＡtＮの求め方も同様である。
【００２７】
図１０は、実施例２のメロンの天葉と中葉を示す説明図である。
図１１は、メロンの一般式による水ポテンシャル値Ψtと、実測水ポテンシャル値Ψ0との相関を示す説明図である。
【００２８】
実施例２の植物の対象は図１０に示すメロンであって、基準となる測定の葉は、メロンの一番上の葉（天葉）の測定を基準葉０とし、これを参照させて、その下方の中葉の葉の測定をｔとするものであり、第１，２の光検出器１６，１５でＳ2(λ)，Ｓ1(λ)，Ｒ2(λ)，Ｒ1(λ)を測定し、数ａよりコンピュータでＡ0１〜Ａ0Ｎ（λ）を求め、それと天葉の水ポテンシャルの実測値Ψ0を求め、これから中葉の水ポテンシャル値Ψtの一般式を下記の様に重回帰分析法に基づいて数３の一般式を算出した。
【００２９】
【数４】
0005186635.tif 000005
【００３０】
この一般式による中葉の水ポテンシャル値Ψtと中葉のプレッシャチャンバ法による実測水ポテンシャル値Ψ0の結果の各差分を比較した。その相関図を図１１に示している。これから、この一般式がプレッシャチャンバ法による実測水ポテンシャルのよい近似式となっていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、ミカン以外の木本類にも、又メロン以外の草本類にも同様に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１の植物の水ストレスを方法の基準日（日付１）と水ストレスを求める測定時（日付２）を示す説明図である。
【図２】実施例１で使用する植物の水ストレス計測装置の外観図である。
【図３】実施例１の植物の水ストレス計測装置の構造とその測定を示す説明図である。
【図４】実施例１の植物の水ストレス計測装置の構造とその測定を示す説明図である。
【図５】本発明の他の測定構造例を示す説明図である。
【図６】実施例１の測定の説明図である。
【図７】実施例１に使用するコンピュータのハード構成図である。
【図８】実施例１の算出の水ポテンシャル値Ψ（推定値）と葉のプレッシャチャンバ法による実測の水ポテンシャル値（実験値）との相関性を示す図面である。
【図９】コンピュータソフトのブロック図である。
【図１０】実施例２のメロンの天葉と中葉を示す説明図である。
【図１１】メロンの一般式による水ポテンシャル値（推定値）と、実測水ポテンシャル値（実験値）との相関を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  植物の水ストレス計測装置
１０  測定部
１１  発光ダイオードの光源
１２  拡散透過板
１３  拡散反射板
１４  測定ワーク
１５  第２光検出器
１６  第１光検出器
【図１】
0005186635.tif 000006
【図２】
0005186635.tif 000007
【図３】
0005186635.tif 000008
【図４】
0005186635.tif 000009
【図５】
0005186635.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005186635.tif 000015
【図１１】
0005186635.tif 000016