(57)【要約】【課題】果実の市場価値の低下を抑制する。【解決手段】植物の生育状態を管理する植物の生育管理システムが開示されている。当該システムは、前記植物の栽培地における温度、湿度、ＣＯ２濃度および日照量のうち、少なくとも１つを測定する生育条件測定装置１０と、前記植物の緑葉を測定対象物としてその測定対象物の光に対する分光特性を測定する分光測定装置２０と、生育条件測定装置１０による測定結果と分光測定装置２０の測定結果とを集中管理し、これら各測定結果を関連付けて前記植物に対する最適な潅水量を算出する集中管理装置３０と、を備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の生育状態を管理する植物の生育管理システムにおいて、
前記植物の栽培地における温度、湿度、ＣＯ２濃度および日照量のうち、少なくとも１つを測定する生育条件測定装置と、
前記植物の緑葉を測定対象物としてその測定対象物の光に対する分光特性を測定する分光測定装置と、
前記生育条件測定装置による測定結果と前記分光測定装置の測定結果とを集中管理し、これら各測定結果を関連付けて前記植物に対する最適な潅水量を算出する集中管理装置と、
を備えることを特徴とする植物の生育管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の生育管理システムにおいて、
前記集中管理装置が、過去の生育環境と前記生育条件測定装置による測定結果とを比較し、前記生育条件測定装置による測定結果が前記過去の生育環境に基づく所定の範囲から所定の期間逸脱したときは、警告を促すことを特徴とする植物の生育管理システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の植物の生育管理システムにおいて、
前記分光測定装置が、前記測定対象物の光に対する反射・透過特性が急峻に変化する波長領域を算出することを特徴とする植物の生育管理システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の植物の生育管理システムにおいて、
前記生育条件測定装置と前記分光測定装置とが一体となって単一の測定装置を構成していることを特徴とする植物の生育管理システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の植物の生育管理システムにおいて、
前記集中管理装置が、前記生育条件測定装置による測定結果を、無線または優先通信により受信し記憶することを特徴とする植物の生育管理システム。
【請求項６】
請求項５に記載の植物の生育管理システムにおいて、
前記生育条件測定装置が生育条件を所定の日時に自動的に測定し、
前記集中管理装置が、前記生育条件測定装置による測定結果を、無線または優先通信により受信し記憶することを特徴とする植物の生育管理システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の生育管理システムにおいて、
前記集中管理装置が、前記生育条件測定装置による測定結果に基づき、将来の天候を予測することを特徴とする植物の生育管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は植物の生育管理システムに関し、特に果実のサイズや形状、色、重量などの見た目を向上させるのに有用な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、果実の出荷時期を分散させ農場経営を安定化させるため、ハウス栽培がおこなわれている。ハウス栽培では、温度や湿度、ＣＯ２濃度、日照量などの環境条件（生育条件）により、生育速度、重量、サイズなどの果実の生育状況が変わるので、市場価格の維持または向上のために、生育条件を管理することに力を入れている。
一方、露地栽培では、樹体への潅水量（水やり）は管理することはできるが、温度や湿度、ＣＯ２濃度、日照量などの他の環境条件は天候に大きく左右されるため、生育条件の管理は困難である。それでも、生育条件の変化から生育状態を予測して潅水量を管理することは、果実の品質をよくするうえで重要であることに変わりはない。
トマトやみかんなどの果実において、その品質を評価する重要な指標の１つとして糖度・酸度がある。果実の糖度・酸度を向上させる手法として、水分ストレスを評価するという考えが知られている（特許文献１参照）。特許文献２では、さらに進んで、水分ストレスの値と果実の糖度・酸度との関係を調査してその果実の種類や栽培地に適した栽培モデルを作成し（段落００１１〜００１６）、その栽培モデルと実測値との各水分ストレスの量の差に応じて潅水量を制御し、目標の糖度・酸度を有する果実を収穫するという方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０８７３３号公報
【特許文献２】特開２００８−４３２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、果実の糖度・酸度が目標レベルに達しても、現実の水分ストレスを最適な栽培モデルに近づけるだけでは、天候の推移によってサイズや形状、色、重量といった品質が市場における許容範囲から外れれば、結果としてその果実の市場価値（価格）を低下させる可能性がある。
したがって、本発明の主な目的は、露地栽培による果実であっても、その果実の市場価値の低下を抑制することができる植物の生育管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明によれば、
植物の生育状態を管理する植物の生育管理システムにおいて、
前記植物の栽培地における温度、湿度、ＣＯ２濃度および日照量のうち、少なくとも１つを測定する生育条件測定装置と、
前記植物の緑葉を測定対象物としてその測定対象物の光に対する分光特性を測定する分光測定装置と、
前記生育条件測定装置による測定結果と前記分光測定装置の測定結果とを集中管理し、これら各測定結果を関連付けて前記植物に対する最適な潅水量を算出する集中管理装置と、
を備えることを特徴とする植物の生育管理システムが提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、植物の緑葉の分光特性による水分ストレス管理に加え、気温や湿度、ＣＯ２濃度、日照量といった他の生育条件も考慮するから、糖度・酸度だけでなく、果実のサイズや形状、重量、色といった品質を向上させることができ、露地栽培による果実であっても、その果実の市場価値の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】生育管理システムの概略構成を示す図面である。
【図２】生育条件測定装置の通信方式を概略的に説明するための図面である。
【図３】図２の変形例を示す図面である。
【図４】測定対象物の分光特性を概略的に示す図面であって、測定対象物への光の照射波長と分光反射率との関係を示すものである。
【図５】分光測定装置の概略構成を示す図面である。
【図６】分光測定装置のセンサヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図７】図６の（ａ）平面図および（ｂ）底面図である。
【図８】生育管理システムの制御構成を概略的に示すブロック図である。
【図９】栽培モデルの一例を概略的に示す図面である。
【図１０】栽培モデルにしたがって水分ストレスを与えた場合の果実のサイズの推移を概略的に示す図面である。
【図１１】気温の変動を考慮しながら水分ストレスを制御した場合に果実のサイズの推移を概略的に示す図面である。
【図１２】ある栽培地におけるある月の湿度およびその許容範囲と、実測した湿度との関係を概略的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【０００９】
図１に示すとおり、本発明の好ましい実施形態にかかる植物の生産管理システム１では、樹体３の生育条件を測定するための生育条件測定装置１０と、樹体３の緑葉から分光特性を測定するための分光測定装置２０とが、使用される。
生育条件測定装置１０は樹体３の近傍に設置されている。
生育条件測定装置１０は温度センサ１２、湿度センサ１４、ＣＯ２濃度センサ１６および日照センサ１８から構成されている。温度センサ１２、湿度センサ１４、ＣＯ２濃度センサ１６および日照センサ１８はそれぞれ、樹体３の近傍の温度（気温）や湿度、ＣＯ２濃度、日照量（日照強度）を測定するための公知のセンサである。
【００１０】
図２に示すとおり、温度センサ１２、湿度センサ１４、ＣＯ２濃度センサ１６および日照センサ１８で取得された各測定結果は、無線または有線通信により集中管理装置３０（コンピュータなど）に送信される。
図３に示すとおり、温度センサ１２、湿度センサ１４、ＣＯ２濃度センサ１６および日照センサ１８で取得された各測定結果は、制御盤１９を通じて無線または有線通信により集中管理装置３０に送信されてもよい。
無線通信の方式としては赤外線通信やbluetoothなどが使用される。
【００１１】
続いて、分光測定装置について説明する。
【００１２】
まず、測定対象物として樹体３の緑葉を選択してその分光特性を観測すると、図４に示すとおり、７００ｎｍから８００ｎｍにかけての波長範囲において分光反射率が急激に変化する波長領域がある（これを「レッドエッジ」という。）。レッドエッジの波長領域は、水分ストレス（樹体３の渇き）が大きくなるにしたがい、短波長側にシフトするという特性を有している。
したがって、分光測定装置を使用すれば、光の照射波長に対する分光反射率に加え、測定対象物のレッドエッジも算出することができる。より詳しくは、レッドエッジの波長領域に発光波長を有するＬＥＤを搭載した分光測定装置を使用しさえすれば、測定対象物のレッドエッジを容易に算出することができる。
【００１３】
分光測定装置としては、広い波長範囲（たとえば２００〜１０００ｎｍなど）の分光特性（反射率または透過率）を測定しうるいわゆる分光器を使用してもよいし、特定の狭い波長範囲での分光特性を測定しうる測定装置を使用してもよい。
本実施形態では、後者の測定装置を使用し、分光測定装置の測定波長範囲を、レッドエッジの波長領域に限定する。かかる場合、測定の高速化（測定時間の短縮）や測定機能の簡略化が可能となり、分光測定装置のコストパフォーマンスを向上させることができる。
このような分光測定装置としては、たとえばレッドエッジの波長領域にピーク波長を有するＬＥＤを搭載した図５〜図７の分光測定装置（２０）が使用可能である。
【００１４】
図５（ａ）に示すとおり、分光測定装置２０は主に固定部２２、可動部２４および軸部２６から構成されている。固定部２２に対し可動部２４が軸部２６を介して回動可能となっている。固定部２２中には制御基板２２ａとバッテリ２２ｂとが内蔵されている。可動部２４中にはセンサヘッド２８が内蔵されている。
図６に示すとおり、センサヘッド２８はＬＥＤ２８ａと光検出器２８ｂとを有している。センサヘッド２８は、ＬＥＤ２８ａが点灯して測定対象物４０に向けて光を照射し、光検出器２８ｂが測定対象物４０で反射した光を受光（検出）するような構成を有している。
図７（ａ）に示すとおり、センサヘッド２８には互いに発光波長が異なる３個のＬＥＤ２８ａと１個の光検出器２８ｂとが設置されている。３個のＬＥＤ２８ａは光検出器２８ｂを中心とした円周上に配置されている。
図７（ｂ）に示すとおり、センサヘッド２８の底面部には円形状の窓部２８ｃが形成されている。ＬＥＤ２８ａの光は窓部２８ｃを通じて測定対象物４０に照射され、その反射光は窓部２８ｃを通じて光検出器２８ｂで検出される。各ＬＥＤ２８ａは、測定対象物４０を同一頂点とした場合に、ＬＥＤ２８ａの照射光の光路と光検出器２８ｂが受光する反射光の光路とがなす角が同一角度になるように、配置（向き）が設定されている。
なお、センサヘッド２８は、ＬＥＤ２８ａと光検出器２８ｂとが１個ずつで構成されてもよいし、複数個のＬＥＤ２８ａと複数個の光検出器２８ｂとで構成されてもよい。
【００１５】
分光測定装置２０はいわゆる反射型の分光測定装置であり、バッテリ２２ｂを内蔵するため携帯性を有している。
実際に、分光測定装置２０を使用する場合は、図１に示すとおり、作業者５０が分光測定装置２０を携帯して樹体３のある栽培地に出向き、図４（ｂ）に示すとおり、測定対象物４０（樹体３の緑葉）を固定部２２と可動部２４との間に挟持し分光測定装置２０を作動させる。
この場合、分光測定装置２０では、制御基板２２ａが、バッテリ２２ｂの電力の供給を受けながら、ＬＥＤ２８ａを制御して光の照射波長を変更させながら点灯させるとともに、光検出器２８ｂを制御してその反射光を検出させる。検出された反射光（光量）は順次、光検出器２８ｂから制御基板２２ａに送信される。制御基板２２ａでは、光検出器２８ｂの検出結果から光の照射波長に対する分光反射率が算出される。
【００１６】
続いて、植物の生育管理システム１の制御構成について説明する。
【００１７】
図８に示すとおり、生育管理システム１は生育条件測定装置１０および分光測定装置２０に加え、これら装置の測定結果を集中管理する集中管理装置３０を有している。集中管理装置３０は主に制御部３２（演算部）、操作部３４、表示部３６および記憶部３８（メモリ）などから構成されている。
【００１８】
集中管理装置３０には生育条件測定装置１０が接続されている。
集中管理装置３０は、制御部３２が操作部３４に対する操作（入力）を受けて生育条件測定装置１０を作動させる。生育条件測定装置１０は、各センサで樹体３の生育条件を測定しその測定結果を集中管理装置３０に送信するようになっている。集中管理装置３０は生育条件測定装置１０の測定結果を受信し、その測定結果を表示部３６に表示したり記憶部３８に記憶したりするようになっている。
生育条件測定装置１０が、所定の日時に自動で作動し、生育条件の測定結果を集中管理装置３０に送信するような構成であってもよい。かかる場合、生育条件を測定し忘れるのが防止され、生育条件を定期的に確実に取得することができる。
【００１９】
集中管理装置３０には分光測定装置２０が接続可能となっている。
分光測定装置２０は、測定対象物４０の測定結果（照射波長に対する反射光の光量やレッドエッジ）を集中管理装置３０に送信するようになっている。集中管理装置３０は分光測定装置２０の測定結果を受信し、その測定結果を表示部３６に表示したり記憶部３８に記憶したりするようになっている。
特に、集中管理装置３０では、上記のとおり、生育条件測定装置１０の測定結果と分光測定装置２０の測定結果とが記憶部３８に蓄積され、制御部３２がこれら測定結果を関連付けて樹体３に与える最適な潅水量を算出したり（後述参照）、表示部３６がそれを表示したりするようになっている。
なお、集中管理装置３０に対し、これとは別の演算処理装置６０を接続し、演算処理装置６０において樹体３に与える最適な潅水量を算出するようにしてもよい。基本的に、集中管理装置３０にはマイコン搭載機器が、演算処理装置６０にはデスクトップ型またはノート型のパーソナルコンピュータがそれぞれ想定される。ただし、生育管理システム１が大規模農場や研究施設において採用されるような場合には、集中管理装置３０にはパーソナルコンピュータが、演算処理装置６０にはスーパーコンピュータが使用されてもよく、高度なデータ解析やデータ管理がなされてもよい。
【００２０】
続いて、植物の生育管理方法について説明する。
【００２１】
はじめに、集中管理装置３０において、生育させようとする果実とその栽培地に対応する、図９に示すような栽培モデルを選択・準備する。
果実の選択は、果実の糖度・酸度と同等またはそれ以上に、サイズが市場価値に影響するようなものを考える。
栽培モデルとしては、たとえば特許文献２（段落００１１〜００１６、図４など参照）に記載のものを採用することができる。栽培モデルは集中管理装置３０（記憶部３８）にあらかじめ記憶されているものとしてもよいし、外部から集中管理装置３０に組み込むものとしてもよい。
【００２２】
図１０に示すとおり、気温が同図中の上部に示すように変動する場合において、栽培モデル（実線部）にしたがって水分ストレスを与えながら潅水をおこなったと想定する（点線部）。
この場合、水分ストレスは管理することができ、糖度・酸度はある程度目標を達成することはできると考えられる。しかし、気温の高い日が多く、果実が栽培モデル（実線部）からやや乖離して適正なサイズまで生育せず（点線部）、その果実の市場価値が低下する可能性があると考えられる。
【００２３】
これに対し、本実施形態では、気温の変動を考慮しながら樹体３に与える潅水量を制御し、果実の糖度・酸度を一定の目標に保ちつつも、果実のサイズを適正なサイズまで生育させる。
潅水量の制御とは、樹体３に与える水分量を調節し、樹体３にある程度の水分ストレス（樹体３の渇き）をかけることである。樹体３にかかっている水分ストレス量は、測定対象物４０の分光特性の変化を検出（レッドシフトのシフト量を算出）することで把握することができ、分光測定装置２０の測定結果に基づき得ることができる。
ここでは、具体的に、作業者５０の操作により、集中管理装置３０が生育条件測定装置１０による測定結果に基づき、測定温度と最適な温度との差を求めてその差が許容範囲を超えるかどうかを判断する。図１１に示すとおり、測定温度の最適温度からの差が許容範囲を超える場合には、集中管理装置３０が栽培モデル（実線部）を随時補正し、そのときに最適な潅水量を算出する。図１１に示す例では、気温の高い日が続いているため、栽培モデル（実線部）に対し、水分ストレスを緩和して潅水量を増加させるような潅水量が算出され（点線部）、果実の成長を促すようになる。最適な潅水量は集中管理装置３０の表示部３６に表示される。
その結果、作業者が集中管理装置３０により算出された潅水量にしたがって実際に樹体３に水やりを実行すれば、高温な期間が続いた場合でも、糖度・酸度の目標をほぼ達成させながらも、最終的には果実のサイズを適正なサイズに近づけることができ（点線部）、その果実の市場価値が低下するのを防止することができる。
【００２４】
なお、サイズや形、色、重量などいずれの特性を重要視するかは、果実の種類やそれに要求される品質に応じて選択すればよい。温度ではなく、湿度やＣＯ２濃度、日照量を潅水量の制御基準（管理基準）に用いてもよく、果実の種類によって影響度が大きい因子（温度、湿度、ＣＯ２濃度、日照量など）をパラメータとして選択すればよい。もちろん、これら複数のパラメータを組み合わせて用いてもよく、複数のパラメータを組み合わせれば、より綿密な生育管理を実現することができる。
【００２５】
ここで、温度や湿度、ＣＯ２濃度、日照量などが一定よりも高いまたは低い状態が続くと、生育される果実には、糖度・酸度以外にも、サイズや形、色、重量などに影響がでやすい。
そこで、本実施形態では、集中管理装置３０が、その栽培地のある月の過去の生育条件の変動からその月の許容範囲を規定し、生育条件測定装置１０による測定結果がその許容範囲内にあるかどうかを比較し、生育条件測定装置１０による測定結果がその許容範囲から一定期間連続で逸脱したと判断したら、果実の生育具合を測定するよう警告を促してもよい（表示部３６にその旨表示するような構成としてもよい）。
たとえば、図１２に示すとおり、測定した湿度（実線部）が、その月の過去の湿度の変動（点線部）から規定した許容範囲から一定期間連続で逸脱したら（実線部の○印）、果実の生育具合を測定するよう警告を促してもよい。
かかる処理によれば、過去のパラメータ推移実績と果実品質の実績とをもとに、果実の品質低下を未然に防止することができる。
警告を促す基準となるパラメータは、温度やＣＯ２濃度、日照量であってもよく、果実に対する影響度が大きいものを選択するのがよい。警告を促す基準となるパラメータは、温度、湿度、ＣＯ２濃度、日照量のうち、２種以上を選択してもよい（組み合わせてもよい）。
【００２６】
警告を促す際の基準（警告レベル）として、温度、湿度、ＣＯ２濃度、日照量などに対し、逸脱度と生育影響度とで重み付けした係数を乗じ、これを生育日数分だけ足し合わせたもの（式（１））が使用され、式（１）の内容は集中管理装置３０に設定される。
「警告レベル」＝α１Ｐ１＋α２Ｐ２＋…＋αｎＰｎ  …  （１）
式（１）中、「Ｐｎ」は温度や湿度、ＣＯ２濃度、日照量などのパラメータの結果を示し、「αｎ」は逸脱度と生育影響度による重み付けとで重み付けした係数（逸脱度×生育影響度による重み付け）を示し、「ｎ」は生育日数を示す。「逸脱度」は逸脱日数と逸脱割合（許容範囲からどの程度逸脱しているか（○○％オーバーなど））とを乗じた値を示す。
警告レベルにも、たとえば、３段階のレベル（閾値）をあらかじめ設定しておき、算出した警告レベルの数値に応じて「高レベル」，「中レベル」，「低レベル」といった表示により、可視化した状態で警告を促すようにしてもよい。
【００２７】
以上の本実施形態によれば、樹体３の緑葉を測定対象物４０としてその反射特性による水分ストレス管理に加え、気温や湿度、ＣＯ２濃度、日照量といった他の生育条件も考慮しながら潅水量を制御するから、糖度・酸度だけでなく、果実のサイズや形状、重量、色といった品質を向上させることができ、露地栽培による果実であっても、その果実の市場価値の低下を抑制することができる。
かかる植物の生育管理システム１によれば、１台の集中管理装置３０に対し、生育条件測定装置１０による測定結果（生育条件に関するデータ）と、分光測定装置２０による測定結果（測定対象物４０の分光特性に関するデータ）とが集中的に蓄積され管理されるため、これらデータ同士の関連付けのデータ処理を容易にすることができる。
【００２８】
なお、分光測定装置２０を用いた測定では、測定対象物４０の反射光の光量を検出するのに代えて、測定対象物４０の透過光の光量を検出してこれを分光測定装置２０の測定結果としてもよい。もちろん、広い波長範囲（たとえば２００〜１０００ｎｍなど）の分光特性を測定しうるいわゆる分光器を使用した場合でも、測定対象物４０の透過光の光量を検出してこれをその分光器の測定結果としてもよい。
また、生育条件測定装置１０と分光測定装置２０とを一体化して単一の測定装置とし、分光測定装置２０による測定結果も無線または有線通信により集中管理装置３０に送信しうるような構成としてもよい。かかる場合、作業者５０が分光測定装置２０を携帯する必要がなくなり、作業負担を軽減させることができる。
さらに、集中管理装置３０も生育条件測定装置１０および分光測定装置２０と一体化されてもよい。かかる場合、作業者５０の作業負担をより一層軽減させることができる。
さらに、集中管理装置３０では、生育条件測定装置１０による測定結果を受けて、将来の天候を予測し、これを表示部３６に表示させてもよい。かかる場合、今後の天候変化に対しても注意を促すことができ、果実の品質低下を未然に防ぐことができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  植物の生産管理システム
３  樹体
１０  生育条件測定装置
１２  温度センサ
１４  湿度センサ
１６  ＣＯ２濃度センサ
１８  日照センサ
１９  制御盤
２０  分光測定装置
２２  固定部
２２ａ  制御基板
２２ｂ  バッテリ
２４  可動部
２６  軸部
２８  センサヘッド
２８ａ  ＬＥＤ
２８ｂ  光検出器
２８ｃ  窓部
３０  集中管理装置
３２  制御部（演算部）
３４  操作部
３６  表示部
３８  記憶部（メモリ）
４０  測定対象物
５０  作業者
６０  演算処理装置
【図１】
2012187074.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012187074.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012187074.tif 000012
【図１１】
2012187074.tif 000013
【図１２】
2012187074.tif 000014