施設栽培イチゴの飽差環境への水ストレス応答に基づく加湿制御のための閾値推定方法

要約

果梗径の変化を基準として定義した水ストレス応答指標を目的変数、飽差とその変化速度を説明変数とした決定木モデルにより、強い水ストレスが発生する飽差環境の閾値を品種別に推定できる。過剰加湿を抑えつつ水ストレスを軽減するために、この閾値を加湿制御に活用する。

  • キーワード : イチゴ、環境応答解析、決定木モデル、飽差、水ストレス
  • 担当 : 西日本農業研究センター・中山間畑作園芸研究領域・施設園芸グループ
  • 代表連絡先 :
  • 分類 : 研究成果情報

背景・ねらい

施設栽培のイチゴでは、晴天時に飽差が急増し、植物体の水ストレスが強まる。植物体の水ストレスが強まると、気孔が閉鎖して光合成が低下する。一方、飽差が低い環境下では、植物体の水ストレスは増大しないため気孔も閉鎖せず、光合成が促進される。従来の加湿制御では飽差が閾値を超過した時に加湿するため、飽差が低下している条件でも加湿が実行されて過剰な加湿となりやすく、病害リスクや品質低下が課題となっている。本研究では、果梗径の変化を指標とした水ストレス応答の解析結果を元に定めたストレス指標を用いて、決定木モデルにより品種特性を反映した強い水ストレスが生じる飽差条件(飽差とその変化速度)の閾値を推定する。この閾値を超過した時のみ加湿することで、過剰な加湿となることなく的確に水ストレスを緩和できる。

成果の内容・特徴

  • 環境変動が小さい夜間には植物体が定常状態であると見なせることが過去の知見から明らかとなっている。夜間(各計測日の午前0時)を基準とした時の果梗径の相対変化速度は、日中に飽差が増大すると、直ちに負の値を示し、収縮が進行する(図1A)。特に飽差の変動が大きい時間帯(図1B中)では、飽差と果梗径相対変化速度の相関係数は-0.99と高い。このため、果梗径変化の計測により、飽差変動から1分以内に生じる水ストレス応答を解析できる。
  • 果梗径の相対変化量および果梗径相対変化速度から、以下の3区分で水ストレス状態を分類できる(図2)。果梗径の収縮は水ストレスの増大を意味するため、強い水ストレスが生じる時に収縮が進行傾向となる。
    ・水ストレスなし(果梗径非収縮) : (果梗径相対変化量)≧0
    ・強水ストレス状態(果梗径収縮が進行) : (果梗径相対変化量)<0かつ(果梗径相対変化速度)<0
    ・強水ストレスから回復状態(果梗径収縮から回復傾向) : (果梗径相対変化量)<0かつ(果梗径相対変化速度)≧0
  • 3区分の水ストレス状態がどのような飽差環境で発現するかを推定するための決定木モデル(図3)により、収縮進行傾向になる飽差とその変化速度の閾値を機械学習により明らかにできる。例えば、「さぬき姫」では、「飽差≧1.21kPaかつ飽差の変化速度-0.012kPa・min-1」が「収縮が進行傾向」の閾値となる。「収縮が進行傾向」となる分岐条件を加湿制御開始の閾値(表1)として加湿制御を実行することで、「収縮が進行傾向」である飽差環境時のみ加湿され、過剰加湿を抑えつつ水ストレスを軽減することが可能となる。

成果の活用面・留意点

  • 本成果は春季晴天日に加湿制御なしのハウスで計測した3品種のデータに基づき解析した結果であり、栽培特性の異なる品種や異なる気象(・栽培)条件においては水ストレス応答が異なる可能性がある。

具体的データ

図1 晴天日の日中における加湿停止直後の飽差と果梗径相対変化速度(mm‧mm−1‧min−1)の変化(A)および同時間帯の飽差(kPa)と果梗径相対変化速度の関係(B),図2 果梗径相対変化量(mm‧mm−1)の変化の例と時々の状態,図3 「さぬき姫」における飽差(kPa)と飽差の変化速度(kPa‧min−1)に基づく決定木モデルによる水ストレス解析,表1 春季晴天日に加湿制御なしのハウスにおける決定木モデルにより設定した品種別の加湿制御の飽差と飽差の変化速度の水ストレス緩和のための加湿制御を行う閾値

その他

  • 予算区分 : 交付金、文部科学省(科研費)
  • 研究期間 : 2019～2025年度
  • 研究担当者 : 山中良祐、矢野孝喜、藤岡宏樹、岸茂樹、吉越恆、遠藤みのり、川嶋浩樹、和田光生(大阪公立大院)
  • 発表論文等 :
    • Yamanaka R. et al. (2026) Hort. J. 95:237-244
    • 山中ら「湿度制御装置、プログラム、湿度制御システムおよび湿度制御方法」特開2025-129023(2025年9月3日)
    • 山中、吉越(2025)職務作成プログラム「スマート飽差制御技術プログラム」、機構-M47