植物工場学会謎 (Journal of Society of High Technology in Agriculture) 14 (2) :81-86. 2002. 81

自動底面灌水 によるス トックのセル苗生産(第1報)

蒸発散量 と環境要因,特 に 日射量 との関係 について

後 藤 丹十 郎 ・山 田祐 介 ・藤 本裕 也 ・吉 田裕 一 ・景 山詳 弘

岡山大学農学部 700-8530 岡山市津島中 1-1-1

Transplant Production of Stock with Automatically Subirrigated Cell Flat (Part 1)

Relationships between Evapotranspiration and Environmental Factors,

Especially Solar Radiation

Tanjuro GOTO, Yusuke YAMADA, Yuya FUJIMOTO, Yuichi YOSHIDA and Yoshihiro KAGEYAMA

Faculty of Agriculture, Okayama University, 1-1-1 Tsushimanaka Okayama 700-8530, Japan

Abstract

Changes in the evapotranspiration (ETP) of stock (Matthiola incana R. Br.) cv. White Dorse seedlings in a cell flat were measured, and regression analyses were conducted to investigate the relationships between ETP and environmental factors (solar radiation ; SR, saturation deficit ; SD and air temperature ; AT) .

In each sowing month, ETP was positively correlated with SR, SD and AT. Coefficients of determination (R2) were higher than 0.81 in SR throughout the year and larger than those in SD or AT in most sowing months. Seasonal variation of R2 in the regression lines was also lowest between ETP and SR compared to the other two factors. Thus, ETP was strongly affected by SR in each sowing month.

When the yearly data were pooled, the regression line between ETP (y;mg・plant-1)and SR

(x;MJ・M-2) was expressed as follows ; y = 276. 2x+24. 1 (R2= 0.873) . Although R2 of a multiple regression equation became 0. 921 when SD and AT were included as explanatory

variables, there was little difference between the values of R2. A simple regression line of ETP

and SR could estimate ETP.

Change in ETP during seedling growth caused by the increase in the total leaf area was only

1.7 fold in comparison to changes in total dry weight and leaf area which were 10 and 7 fold,

respectively. ETP at night was considered negligible in the estimation of ETP.

When the transplants of stock are grown with an automatic fertigation system for a cell flat

(12ml cell volume) , supplying every 5 to 6 MJ・m-2 cumulative solar radiation may be a

suitable value for fertigation frequency.

Keywords : air temperature, evapotranspiration, regression analysis, saturation deficit, solar

radiation

緒 言

セル苗生産 にお いて,水 分管 理(す べ てのセ ル に適 正

な時期 に適正 な水 分量 を与 える こ と)は重要 で あ る1).

現在,セ ル苗 生産 の現場 では,散 水 ノズル による手 灌水

2001 年 6 月 15 日受 付

2002 年 2 月 1 日受 理

11

82 後 藤 ・山 田 ・藤 本 ・吉 田 ・景 山

が広 く行わ れてい るが,灌 水 に多大 な労力 を要 するばか

りでな く,適 切 な水分管理 を行 うため にはセル苗 の水 分

変 動 と光,温 度,湿 度等の環境要 因 との関係 に関 す る知

識 と経験が要求 され る.水 ス トレスに起 因す る植物体 の

生育抑 制 を回避 し,セ ル苗生産 を安定 させ るた めに,効

率 的で安 定 した 自動灌水 シス テムの開発 が望 ましい.

渋 谷 ら2)はトマ トセ ル苗の水 管理 の指標 として,蒸 発

散量 が有 効で ある ことを明 らか にし,セ ル苗 を一枚 のセ

ル トレイ を単位 とする群落(以 下セル苗群落)と み な し,

その重量 変化 を灌水時期 お よび灌水量決定 の指標 とす る

自動 干満灌 水 システム を開発 した3).し か し,同 一 ハ ウ

ス 内で少量多 品 目のセル苗 が生産 され る ことも多 く4),

セル容量 が異な る場合や 同一種 で も苗齢 が異 な るこ とも

あ る.こ の ような条件下 で自動 灌水制御 を行 うため には

多数 の品 目それぞれ につ いて重 量 を測定す る ことが必要

と考 えられる.し たが って,セ ル苗の灌水 自動化 にあた

って は,秤 量法 に よる蒸発散量測定 よ り簡便 で汎 用性 の

高い指標 を採用 す ることが望 ま しい とい える.

植 物の蒸散 には光,温 度,湿 度 な どの環境要 因が影響

す る.し か し,蒸 散 を第一次的 に規定 してい るのは光 照

射 で ある5)ことか ら,ト マ トや イチ ゴの養液栽培 におい

て,一 定の積算 日射量 ごとに灌水 する 日射 比例制御 が実

用化 され てい る6,7).セル苗群 落 の蒸発 散量 は植 物体 の

大 きさ,季 節 お よび天候 に よってかな り変 動す る8)が,

Biernbaum・Versluys9)も 述 べて いるよ うに,セ ル苗生

産 において も,一 定 の積算 日射量 を基準 に した 日射比例

による灌水制 御の 自動化 が可 能で あろう.

本研究 に供 試 したス トックで は,八 重咲 き苗 の鑑別が

必要で あったため,切 り花栽培 へのセル苗 の導入 はあ ま

り進んで いなかった10).し か し,八 重咲 き苗 の 自動鑑 別

が可能 となった11)うえ,八 重 率が ほぼ100%の 品種 も育

成 されて いる.さ らに,最 近 では切 り花生産以外 にス ト

ック花壇苗 の需要 も著 し く増加 してお り12),ス トックセ

ル苗 は今後需要が増加 す るもの と考 え られ る.

そ こで,頭 上灌水法 と比 較 して平面 的に均一 な灌水 が

可能 であ る底面灌水法13)を用 いて1ヶ 月 ご とに1年 間 に

わ た りス トックをセル育苗 した.本 報 では,セ ル苗群落

の重量 を連 続秤量 して蒸発 散量 を算 出する と同時 に,日

射量,気 温 お よび飽差 を計 測 し,環 境要 因,特 に日射量,

によってセル苗群落 の蒸発散 量の推定 を試 みた.

材 料 お よ び 方 法

栽 培 概 要

ス トック(Matthiola incana R.Br.)品 種'ホ ワイ トド

ル セ'(サ カ タ の タ ネ)の 種 子 を,1998年9月25日 か ら

1999年8月21日 ま で毎 月下 旬 に,ピ ー トモ ス:砂=

3:1(v/v)の 培地 を詰 め た220穴 セル トレイ(セ ル容 量

12m1,直 径24mm× 高 さ35mmの 円筒形;み の る産業

製)に2粒 ず つ播種 した.発 芽後,各 セル1個 体 に間引

いた.セ ル トレイを半分 に切断 した もの を用 い,後 述 す

る連続 重量測定装置 と自動底 面灌水 装置(図1)を 用 いて,

子葉展 開時(播 種10～15日 後)か ら本葉4枚 展開時(播 種

26～36日 後)ま で の蒸発散量 を計測 した.11月 か ら5月

播種 まで は園芸試 験場 標準 処方1/2濃 度(N120ppm),

6月 播種 か ら10月 播 種 まで は1/3濃 度(N80ppm)の 培

養液14)を用 い て底面 灌水 を行 っ た.実 験 は 日最 低 温度

15℃ 以上 に加温 した ビニルハ ウス内 で行 った.い ず れ

の播種期 について も本葉4枚 展 開時 に地上部,地 下部 の

生体重 と乾物重 を測定 し,実 験 を終了 した.計 測期間 は

15(4月 と5月 播種)～28日 間(11月 播種)で あ っ た.育

苗終 了時 の地 上部 乾 物 重 は52～63mgで あ り,播 種 期

に よる差 はほ とん どなか った.

自 動 底 面 灌 水 装 置

タイムス イッチに よって,1日2回(8:00 ,13:00)貯

液 タ ンク内の ポ ンプ を10分 間作動 させ,灌 水 パ イ プ を

介 して貯 液槽 に培養液 を灌水 した.貯 液 槽の水面 を一 定

に維持 す るた め,オ ーバ ー フローパ イプに よって,過 剰

な培養液 を排出 させ,セ ル上面 まで培養液 が浸透す る よ

Fig. 1 Automatic fertigation and weight measuring

system for a cell flat.

12

自動底面灌水 によるス トックのセル苗生産(第1報) 83

うに支持枠 の高 さ を調節 した.灌 水 開始か ら約2分 で水

面 が一定 になる よう ドレインパ イプ に取 り付 けたバ ル ブ

で排 出量 を調整 した.貯 液槽 の培養 液 は灌水 停止後 約1

分 で貯 液 タンク内に排出 され た.

セル トレイの重量 と環境 要因の測定 方法お よび回帰分析

セル トレイの重量 変化の みを測定 す るた め,電 子 天秤

上 に支持 枠 をセ ッ トし,そ の支持枠 か らセル トレイ を吊

り下 げた.RS232Cを 介 してセル トレイの重量 をパ ー ソ

ナル コン ピュータ(PC9800UV,NEC製)に10秒 ご とに

取 り込 み,1分 間 の平均値 を10分 ご とに記 録 した.同

時 にハ ウス内 に設 置 した 日射 セ ンサ(ML-020V,EIKO

製)に よ り全 天 日射 量 を,乾 湿温度 計 によ り気温 お よび

飽 差 を測 定 し,A/Dコ ンバ ー タ(Green Kit 100,ESD

製)を 介 してパ ー ソナル コ ン ピュー タに記録 して,1時

間 ご との平均値 を算 出 した.培 養液 が貯 液槽か ら排 出 さ

れ た直後 はセル トレイの全重量が 急速 に変化 したが,灌

水 開始約30分 後 には重力水 がセル か ら排 出 され重量 が

安定 した.そ こで,8:00お よび13:00の 灌水開始後1

時 間を除外 し,1時 間 ご との蒸 発散量 を算 出 した.昼間

(9月 播種 か ら2月 播種 まで は7:00～17:00,3月 播種

か ら8月 播種 まで は6:00～18:00の 問)の 蒸発散量 と,

その間の積算 日射量 お よび飽差,気 温の平均値 との問の

関係 につ い て,夜 間(20:00～4:00)は 蒸発散量 と飽差,

気温 の平均値 との問の関係 について解 析 した.

結果 および考察

それぞれの播種期 にお ける1時 間 あた りの最大 日射量

は5月 播種 が最 も多 く2.31MJ・m-2で あった ことに対

して,11月 播種 が最 も少な く0.86MJ・m-2で あった.

1時 間 あた りの植物体 あた りの蒸 発散量(以 下蒸発 散量)

は5月 播種 の最大値 は759mg・plant-1で あったが,11

月播種 の最大値 は289mg・plant-1で あった.蒸 発 散量

と環境 要因 との関係 の季節 変化 を表1に 示 した.蒸 発散

量 と日射量,飽 差,気 温 との間 にはいず れの播種 期 に も

それ ぞれ0.1%レ ベル で有意 な正 の相 関が み られた.

決 定係 数(R2)は1月 播種 と6月 播種 を除 き,日 射 量 を

説明変数 とした ときが最 も高か った.蒸 発散量 と日射量

との 間 の単 回帰 式 のR2は,い ずれ の播 種 期 に も0.81

以上 であ り,回 帰式 の傾 きは 日射量が少 ない時期 に小 さ

く,日 射量 が多い時期 に大 き くな った.蒸 発散 量 と飽差

との間の単 回帰式 のR2は 晩秋 か ら春季 まで低 く,回 帰

式 の傾 きも秋季か ら冬季 にか けて小 さ くなった.こ の時

期 には外気 温が低 いためにハ ウス を密閉 する ことが多 く,

ハ ウス内の飽 差が小 さ く,変 動幅が小 さかった ことによ

る もの と考 えられた.蒸 発 散量 と気温 との間の単回帰式

のR2は 秋季 か ら初冬 お よび初春 か ら初夏 にか けて低 く

なった.年 間の 日射量 と気温 の変動 周期 は約40日 ずれ

ているため,こ れ らの時期 は それ ぞれ 日射量 がかな り少

ないのに気温が まだ高 い時期,日 射量が かな り多い のに

気温 が まだ低 い時 期 に相 当す るた め と考 えられ る.R2

Table 1 Coefficient of determination(R2) and parameters in the regression (y=ax+b) between evapotranspira-tion(y;mg・Plant-1・hr-1) of stock cv. White Dorse seedlings grown in cell flat and environmental

factors(x; solar radiation(MJ・m-2) , saturation deficit(kPa) and air temperature (℃)). Allvalues of R2

are siginificant at P=0.001.

13

84 後 藤 ・山 田 ・藤 本 ・吉 田 ・景 山

と回帰 式の傾 きの変動係 数 は飽差や気温 を説明変数 とし

た ときと比 較 して,日 射 量 を説明変数 とした ときが著 し

く小 さか った.こ れ らの ことか ら,ス トックセル苗 の蒸

発散量 は 日射量 のみで も比 較的高 い精度 で推定可能 であ

る ことが明 らか となった.

一般 に,育 苗期間が長 くな るほ ど植物 は大 き くな り蒸

散量が増 大す るので,セ ル苗群 落の蒸発散量 の推定 には

葉面積 の変化 も考慮 する必 要が あろ う.そ こで,最 も蒸

発散量 が多 か った5月 播 種 と最 も少 なか った11月 播種

について育 苗期 間中 の1MJ・m-2あ た りの蒸 発散 量 の

変 動 を図2に 示 した.5月 播 種,11月 播 種 と も に,1

MJ・m-2あ た りの蒸 発散量 は植物体 が生 長す るにつれ

て増加 する傾 向 にあったが,変 動の様相 はほ とん ど同 じ

で あった.育 苗終了時 の乾物 重 は育苗開始時 の約10倍,

葉面 積 は約7倍 に増 加 した の に対 し,1MJ・m-2あ た

りの蒸発散量 は育苗開始時 の1.7倍 で あった.ス トック

のセル苗群落 で は,6葉 期 で も土面 か らの蒸 発量 が全蒸

発散 量 の40%に も達 す る9).植 物 か らの蒸散 量 に比 べ

土面か らの蒸発 量の割合 が高いた め,蒸 発散量 の増大率

が比較的小 さ くな った のであ ろう.葉 面積 の増 大 に伴 い

セル苗群落 の蒸 発散量が1.7培 増大 した ことか ら,蒸 発

散量の推定 には葉面積 の増大 も考慮す るのが望 ましい と

考 えられ る.

夜間(20:00～4:00)の 蒸 発散量 はいず れ の播 種期 に

お いて も飽 差 との相 関 が高 く(R2=0.458～0.625),気

温 との相 関 は低 か っ た(R2=0.105～0.216) .た だ し,

夜 間の蒸発散量 は 日中の7～30分 の1で,育 苗期間 中の

増加 割合 も小 さか った(図3).ま た,播 種期 に よる変動

も小 さか った ことか ら(デー タ省略),セ ル苗群落 の灌水

自動 化 にあた って夜 間の蒸発散量 は無 視 し得 る と考 えら

Fig. 2 Changes in the ratio of evapotranspiration rate

to solar radiation during growth of stock seed-

lings cv. White Dorse grown in a cell flat. ○;

sown on 26 May and ●;sown on 26 November,and measurements started on 14 and 15 days

after sowing, respectively.

Fig. 3 Changes in evapotranspiration rate (○) and satu-rationdeficit(●) in the nighttime(20:00-4:00)during growth of stock seedlings cv . White Dorse grown in a cell flat sown on 26 November .

Table 2 Coefficient of determination(R2) and parameters(y=a1x1+a2x2+a3x3+b) in the regression between evapotranspiration (y;mg・Plant-1・hr-1) of stock cv. White Dorse seedlings grown in

cell flat and environmental factors (solar radiation (x1;MJ・M-2), saturation deficit (x2; kPa)and air temprature (x3;℃)). All data obtained over one year were pooled(n=2656) .

14

自動底面=灌水によるス トックのセル苗生産(第1報) 85

A

B

C

れた.

全 播種期(12回)の デ ー タを用 い,年 間 を通 したセ ル

苗 の蒸発 散量 と環境要 因 との間 の単 回帰 分析 を行 った結

果 を表2と 図4に 示 した.蒸 発散量 は日射量 を説明変数

として用 いた場合 のR2が0.873と 最 も高 く,つ い で,

飽差 を説 明変数 として用いた場合 であ り,気 温 を用 いた

場合 が最 も低か った.ま た,表2に は蒸発 散量 と環境 要

因 との間の重回帰分析 を行 った結果 をあわせて示 した.

説明変数 を2要 因 に した場 合 には,日 射量 と飽差 の2つ

の説明変 数 を用 いた ときの重 回帰式 のR2が0.920と 最

も高 く,つ いで,日 射量 と気温 の2つ の説 明変数 を用 い

た ときであ り,気 温 と飽 差の2つ の説明変数 を用いた と

きが最 も低か った.日 射 量,飽 差 および気温の3つ の説

明変数 を用い た ときの重 回帰式 のR2は0.921で あ った.

この と き の標 準 偏 回 帰 係 数 は,日 射 量0.0742,飽 差

0.0333,気 温0.0061で あ り,日 射量 の影 響 が最 も大 き

い ことが示 され た.ま た,日 射量 のみを説明変数 とする

単 回帰式 のR2と,日 射量 と飽差 の2つ あ るい は 日射量,

飽差 お よび気温 の3つ の説 明変数 を用 いた ときの重 回帰

式 のR2と の差 は小 さか った.し たが って,セ ル苗群 落

の蒸 発散量 は日射量 のみで十分推定 す ることが可能 と考

え られた.

以 上,3つ の環境 要因の他 に風 の変化 も蒸発散 量 の変

動 に影響す る と考 え られ るが,本 実験 にお ける最 も大 き

な誤 差要因 は植物体 の葉面積 の増大 に伴 う蒸発散速度 の

変 化で あろう(図2,3).ピ ーマ ン栽培 において は,日 射

量 お よび葉面積 と蒸発 散量 との関係 か ら,葉 面積 の拡大

を考慮 した積算 日射 量 による灌水 モデルが開発 されてい

る15).セ ル育 苗 におい て も,養 水分供給 を最適化 す るた

め には葉面積 の変化 を考慮 した灌水制御 が望 ましい とい

える.し か し,図3に 示 した ように,日 射量 あた りの蒸

発 散量の増加 はス トックセル苗 の場 合で1.7倍 であった.

実用的 には,育 苗 中の最大蒸発散量 を基準 として,積 算

日射量 の基準値 を低 く設定 し水 ス トレス を回避す れば十

分で はないか と考 えられ る.以 前 に,ス トックを本 実験

と同 じ固相率50%の 培地 を詰 めた容 量12m1の セル で

育苗 し,植 物 体 あた りの重量 減 少 が約3600mgの とき

に灌 水 した場 合,約2700mgの と きに灌水 した場 合 と

比較 して,水 ス トレスによる生育 の抑制が認 め られ た16).

図4Aよ り,植 物体 あた りの蒸発 散 量 は1MJ・m-2ご

とに約300mgと 推 定で きるが,時 として1MJ・m-2あ

た り500mgを 越 える値 が観 察 され た.し たが って,こ

の ば らつ きや夜 間の蒸発散量 を考慮す る と,水 ス トレス

による生育抑制 を回避す るため には,年 間 を通 じて積算

日射量5～6MJ・m-2が 一 つの灌水基準 にな り得 る もの

と考 え られ る.た だ し,セ ル容 量や培地 によってセル あ

た りの保水量17),あ るいは最終的 な植物体 の葉面積 な ど

が変動 するため,そ れ らに基 づいて積算 日射量 の基準値

を修正 する必要が あろ う.

本実験 の結果,ス トックセル苗群落 の蒸発散量 に対 し

て は,日 射量 の寄与が最大 であ り,そ の季節変動 も小 さ

い こ とが明 らか になった.セ ル容 量が大 き く長期 間育苗

す る場合 には植物の大 きさ も考慮 す る必要が あ るか もし

れ ないが,年 間 を通 じて 日射量 のみでセル苗群落 の蒸発

Fig. 4 Relationships between environmental factors (A : solar radiation, B : saturation deficit, and C : air temperature) and evapotranspiration rate of stock seedlings cv. White Dorse grown in a cell flat. All data obtained over one year were pooled (n= 2656) .

15

86 後 藤 ・山 田 ・藤本 ・吉 田 ・景 山

散量推定 が可能で あ り,積 算 日射量 に基 づいた 自動灌水

制御 の実 用性 は極 めて高 い と推察 された.今 後,積 算 日

射量 を指標 として灌水 を行 った場合 のセル苗 の生育 につ

いて検討 し,実 用性 を確認 す る必要が あろ う.

引用文 献

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