JP2022078987A - 農業支援プログラム、農業支援方法及び農業支援装置 - Google Patents
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Abstract
Description
次に、サーバ10の処理の詳細について説明する。
以下、シミュレーション部44が実行するシミュレーションについて、詳細に説明する。
本実施形態においては、品種間の重要な違いを説明することが可能な生育モデルを利用する。具体的には、図5に示すような、光合成に関する特性、光合成産物の分配、葉の発生と伸長、花の発生と肥大、養分吸収、形態的特性(葉の形状、受光態勢)等を説明することが可能な生育モデルを利用する。なお、本実施形態では、イチゴを対象としたシミュレーションについて説明するが、他の作物への転用できるようにするため、パラメータの意味が明確になるように設計している。
シミュレーションにおいては、生育モデルに対して日単位で気象データ(日平均気温、および日屋外全天日射量)を与え、作物の器官(根、葉、クラウン、果実)ごとの生育状況を計算する。ここで、作物は実際には、常に生育状態にあり、作物サイズ(根、葉、クラウンのサイズ、果実数など)が常に変化するが、シミュレーションにおいては、0時で作物サイズを固定し、その状態で0~24時までの気温、日射を受けると仮定している。この仮定による誤差を減らしたい場合には、シミュレーションの計算間隔(本シミュレーションの計算間隔は1日)を短くするなどすればよい。
本シミュレーションにおいて、光合成産物を「ソース」と呼び、ソースを生産する器官を「ソース器官」と呼ぶ。ソース器官は、主に葉である。一方、ソースの貯蔵、および消費を行う器官を、「シンク器官」と呼ぶ。シンク器官は、根、クラウン、葉、果実であるが、最も消費量の多いシンク器官は果実である。
シミュレーションは、気象データ及びパラメータ(定数)に基づいて実行する。シミュレーションに使用する気象データは、図8に示すように、日平均気温(℃)、日屋外全天日射量(MJ/m2)、CO2濃度(ppm)などとする。生産者等のユーザが設定するパラメータの例を図9に示す。本シミュレーションは、日単位で計算が実行され、葉一枚ごと、一花房ごとに計算される値、および作物全体に対して計算される値がある。生育は、作物の器官(葉、クラウン、果実、根、花房)ごとの状態が計算される。
(a)シミュレーションの概要
本シミュレーションは、大きく分けて、「光合成量計算」、「作物成長計算」、「果実収穫量計算」および「養分吸収量」のプロセスから構成される。これらの計算は、各日単位で行う。光合成量計算に使用される変数(相対受光量、分配率)は、計算日0時(計算日前日)における値である。相対受光量は、日射量から作物が光合成に使用する受光量を求めるための変数である。分配率は、その日に作物が合成するソースが各器官(根、葉、クラウン、果実)へ分配される割合である。分配率、およびこれらの値、および当日の気温、日射量により、計算日24時における光合成量が計算される。そして、光合成量をもとに計算日24時における作物の成長度が計算される。作物の成長量計算は、(a)分配量計算、(b)葉面積計算、(c)着果数計算、(d)果実乾物重量計算、(e)分配率計算に分かれる。
本シミュレーションでは、作物の成長は、前の葉、前の花房順位(葉や花房の発生順序。発生が早いほど順位は小さい)との関係、および積算温度により決定する。図10(a)、図10(b)は、本シミュレーションにおける葉と花房の成長過程を概念的に示す図である(以下に記載した数値は、架空の品種を想定した架空の値であり、実際の値ではない)。図10(a)に示すように、葉は、前の葉の成長開始時を起点として、積算温度が150℃になってから、次の葉の成長が開始する。この成長開始時を起点として、積算温度が450℃になった時点で葉の成長が終了する。一方、花房は、図10(b)に示すように、前順位花房の花芽分化開始時を起点として、積算温度が600℃になってから、次花房の花芽分化が開始する。この花芽分化を起点として、積算温度が600℃になった時点で開花期となり、花房を構成する果実の肥大が開始する。更に、開花時を起点として、積算温度が600℃になった時点で花房の成長が終了する。また、図10(b)に示すように、花芽分化開始からの積算温度150℃までの期間が花数決定期間であり、この期間の条件で着果数が決定する。
光利用効率LUE(gDW/MJ)は、受光量あたりの作物全体の乾物生産量を示す値である。気温またはCO2濃度の関数として与えられる。
[ハウス内全天日射量]N=[日射透過率]・[屋外全天日射量]N …(2)
[受光量]N=[相対受光量](N-1)・[ハウス内全天日射量]N …(3)
[乾物生産量]N=[受光量]N・[LUE]N …(4)
[光合成量]N=[乾物生産量]N/[Plant Density] …(5)
(a)分配量計算
分配量計算では、生産された光合成量の各器官への分配量を求める。分配量は、作物全体の値として計算され、基本的に光合成量と分配率により求められるが、花房が受け取れるソースの最大値(分配量最大値)として[花房ポテンシャル成長量](gDW/株)を設定し補正を行う。[花房ポテンシャル成長量]は、次式(6)で求めることができる。なお、式(6)の[花房成長量係数](gDW/(株・℃))は、気温1℃に対し一花房が受けとれるソースの最大値を示す係数であり、[Total Fruits Increase Index]は、全花房の相対成長量の合計値である。
[花房ポテンシャル成長量]N
=[花房成長量係数]・[気温]N・[Total Fruits Increase Index]N-1 …(6)
[葉分配量(1)]N=[葉分配率]N-1・[光合成量]N …(7A)
[クラウン分配量(1)]N=[クラウン分配率]N-1・[光合成量]N …(7B)
[花房分配量(1)]N=[花房分配率]N-1・[光合成量]N …(7C)
[根分配量(1)]N=[根分配率]N-1・[光合成量]N …(7D)
[葉分配量(2)]N=[葉分配量(1)]N …(7A)’
[クラウン分配量(2)]N=[クラウン分配量(1)]N …(7B)’
[根分配量(2)]N=[根分配量(1)]N …(7D)’
[花房分配量(2)N=[花房分配量(1)]N …(7C1)’
とし、その他の場合には、
[花房分配量(2)]N=[花房ポテンシャル成長量]N …(7C2)’
とする。
[余剰乾物量]N=([葉分配量(1)]N+[クラウン分配量(1)]N+[花房分配量(1)]N+[根分配量(1)]N)-([葉分配量(2)]N+[クラウン分配量(2)]N+[花房分配量(2)]N+[根分配量(2)]N) …(8)
[葉分配量]N=[葉分配量(2)]N+[葉余剰分配率]・[余剰乾物量]N …(9A)
[クラウン分配量]N
=[クラウン分配量(2)]N+[クラウン余剰分配率]・[余剰乾物量]N …(9B)
[花房分配量]N=[花房分配量(2)]N …(9C)
[根分配量]N=[根分配量(2)]N+[根余剰分配率]・[余剰乾物量]N …(9D)
葉面積計算では葉一枚ごとに面積、および葉、クラウンの乾物重量(DW)を計算する。まず、葉の生育段階を積算気温の相対値として示す[Leaf Growth Index](無次元)を次式(10A)で求める。なお、Mは葉の順位である。
[Leaf Growth Index]M,N
={[積算温度]N-(M-1)・150}/450 …(10A)
[Leaf Increase Index]M,N
=[Leaf Size Index]M,N-[Leaf Size Index]M,N-1 …(11)
[Leaf DW]M,N=[Leaf DW]M,N-1+[Leaf ΔDW]M,N …(13A)
なお、[Leaf ΔDW]M,Nは、次式(13B)で表される。
[Leaf ΔDW]M,N
=[葉分配量]M,N・[Leaf Increase Index]M,N/[Total Leaf Increase Index]N
…(13B)
[Stem DW]M,N=[Stem DW]M,N-1+[Stem ΔDW]M,N …(14A)
なお、[Stem ΔDW]M,Nは、次式(14B)で表される。
[Stem ΔDW]M,N
=[クラウン分配量]M,N・[Leaf Increase Index]M,N/[Total Leaf Increase Index]N
…(14B)
[Leaf Area]M,N=[Leaf Area]M,N-1+[SLA]N・[葉分配量]M,N・[Leaf Increase Index]M,N/[Total Leaf Increase Index]N …(15)
[LAI]N=[Total Leaf Area]N・[Plant Density] …(17)
[相対受光量]N=1-exp(-[K]・[LAI]N) …(18)
着果数は、作物の花芽分化が開始した翌日から開始する特定期間(花数決定期間)の光合成量(期間乾物生産量)、及び期間乾物生産量と着果数の関係式から、花房ごとに求められる。花芽分化は、花房順位の順番で発生し、1つ少ない花房順位(前順位花房)が分化してから、一定量の気温が蓄積しないと、次の花房順位が分化しないものとする。
[分化開始Index]F-1,N=1の場合、
[分化条件判定A]F,N
=[積算温度]N-([花芽分化期積算温度]F-1,N+600) …(19A)
その他の場合、
[分化条件判定A]F,N=-1.0 …(19B)
と求める。
[分化条件判定B]N=([光合成量]のN-6~N日平均値) …(20)
すなわち、[分化開始Index]F,N-1=1であれば、
[分化開始Index]F,N=1 …(21A)
0.0≦[分化条件判定A]F,N、かつ1.0<[分化条件判定B]Nであれば、
[分化開始Index]F,N=1 …(21B)
その他の場合には、
[分化開始Index]F,N=0 …(21C)
とする。
すなわち、[分化開始Index]F,N-1=0、かつ[分化開始Index]F,N=1であれば、
[花芽分化期積算温度]F,N=[積算温度]N …(22A)
その他の場合には、
[花芽分化期積算温度]F,N=[花芽分化期積算温度]F,N-1 …(22B)
である。
すなわち、[分化開始Index]F,N=0であれば、
[花数決定期間Index(1)]F,N=-1.0 …(23A)
その他の場合には、
[花数決定期間Index(1)]F,N
=([積算温度]N-[花芽分化期積算温度]F,N)/150 …(23B)
0.0≦[花数決定期間Index(1)]F,N≦1.0であれば、
[花数決定期間Index]F,N=1 …(24A)
その他の場合には、
[花数決定期間Index]F,N=0 …(24B)
[決定期間光合成量]F,N=[決定期間光合成量]F,N-1+[花数決定期間Index]F,N・[光合成量]F,N …(25)
[着果数(1)]F,N=[決定期間光合成量]M,N・[決定期間乾物生産量当たりの着果数]・[Plant Density] …(26)
すなわち、[着果数(1)]F,N<1.0であれば、
[着果数]F,N=1.0 …(27A)
1.0≦[着果数(1)]F,N≦10.0であれば、
[着果数]F,N=[着果数(1)]F,N …(27B)
その他の場合には、
[着果数]F,N=10.0 …(27C)
とする。
すなわち、[花芽分化期積算温度]F,N<0であれば、
[開花期積算温度]F,N=-1.0 …(28A)
その他の場合には、
[開花期積算温度]F,N=[花芽分化期積算温度]F,N+600 …(28B)
となる。
花房の相対的生育段階である[Fruits Growth Index](無次元)を以下のようにして求める。開花期積算温度が無効な場合(0未満の場合)は、Fruits Growth Indexの値は-1.0とする。また、Fruits Growth Indexの初期値も-1.0とする。
すなわち、[開花期積算温度]F,N<0であれば、
[Fruits Growth Index]F,N=-1.0 …(29A)
その他の場合には、
[Fruits Growth Index]F,N
=([積算温度]N-[開花期積算温度]F,N)/600 …(29B)
とする。
[Fruits Increase Index(1)]F,N
=[Fruits Size Index]F,N-[Fruits Size Index]F,N-1 …(31)
[Fruits Increase Index]F,N
=([Fruits Increase Index(1)]F,N・[着果数]F,N)/10 …(32)
[Fruits DW]F,N=[Fruits DW]F,N-1+[Fruits ΔDW]F,N …(34A)
なお、[Fruits ΔDW]F,Nは、次式(34B)で表される。
[Fruits ΔDW]F,N
=[花房分配量]N・[Fruits Increase Index]F,N/[Total Fruits Increase Index]N
…(34B)
作物の[分配率](無次元)は、作物成長量をもとに作物全体の値として計算される。分配率は、花房におけるソースの受け取りやすさである[花房シンク強度](無次元)、および全器官のシンク強度の合計である[シンク強度合計]から求められる。
[花房シンク強度]N=[Total Fruits Increase Index]N・[α] …(35A)
[葉シンク強度]N=[Total Leaf Increase Index]N・[β] …(35B)
[クラウンシンク強度]N=[Total Stem Increase Index]N・[γ] …(35C)
[シンク強度合計]N=[花房シンク強度]N+[葉シンク強度]N+[クラウンシンク強度]N +[根シンク強度] …(35D)
[花房分配率]N=[花房シンク強度]N/[シンク強度合計]N …(36A)
[根分配率]N=0.05 …(36B)
[葉分配率]N=[葉シンク強度]N/[シンク強度合計]N…(36C)
[クラウン分配率]N=[クラウンシンク強度]N/[シンク強度合計]N …(36D)
本シミュレーションでは、対象の農作物は、花房内において1日で収穫せず、徐々に収穫していくものであることを想定している。収穫が可能であることを示す[収穫開始Index](無次元)は、[Fruits Increase Index]が初めて1.0以上になった翌日以降に1とし、それ以前はゼロとする。初めて[収穫開始Index]が1となった日を収穫開始日とする。[収穫開始Index]は、以下のように表され、初期値はゼロである。
すなわち、[収穫開始Index]F,N-1=1であれば、
[収穫開始Index]F,N=1 …(37A)
[Fruits Source Index]F,N-1≧1.0であれば、
[収穫開始Index]F,N=1 …(37B)
その他の場合には、
[収穫開始Index]F,N=0 …(37C)
となる。
すなわち、[収穫果実気温DW]F,N-1≧0.0であれば、
[収穫果実気温DW]F,N=[収穫果実気温DW]F,N-1 …(38A)
[収穫開始Index]F,N=1、かつ[着果数]F,N-1>0.0であれば、
[収穫果実気温DW]F,N=[Fruits DW]F,N-1/([着果数]F,N-1・60) …(38B)
その他の場合には、
[収穫果実気温DW]F,N=-1.0 …(38C)
と計算する。
すなわち、[Fruits unHarvest]F,N-1≧0.0であれば、
[Fruits unHarvest]F,N
=[Fruits unHarvest]F,N-1-[Fruits HARVEST]F,N-1 …(39A)
[収穫開始Index]F,N-1=0、かつ[収穫開始Index]F,N=1であれば、
[Fruits unHarvest]F,N=[Fruits DW]F,N-1 …(39B)
その他の場合には、
[Fruits unHarvest]F,N=-1.0 …(39C)
となる。
すなわち、[収穫開始Index]F,N=1、かつ[Fruits unHarvest]F,N>0.0の場合、
[Fruits HARVEST]F,N
=min([収穫果実気温DW]F・[気温]N,[Fruits unHarvest]F,N) …(40A)
その他の場合には、
[Fruits HARVEST]F,N=0.0 …(40B)
[果実収穫生体重量]N=[果実収穫乾物重量]N・[果実生体重] …(42)
[圃場果実収穫生体重量]N
=0.001・[果実収穫生体重量]N・[圃場株数] …(43)
葉、クラウン、果実、根の乾物増加量に養分含有率を乗じて、養分吸収量を求める。ここではN(窒素)を例として記載するが、他の元素でも同様な計算で求めることができる。
[Leaf ΔN]M,N=[Leaf ΔDW]M,N×[Leaf N%]M,N …(44A)
[Stem ΔN]M,N=[Stem ΔDW]M,N×[Stem N%]M,N …(44B)
[Fruits ΔN]F,N=[Fruits DW]F,N×[Fruits N%]F,N …(44C)
[Root ΔN]M,N=[Root DW]M,N×[Root N%]M,N …(44D)
[Leaf N%]M,N=βL×ln([Leaf Growth Index]M,N)+γL …(45A)
[Stem N%]M,N=βS×ln([Stem Growth Index]M,N)+γS …(45B)
[Fruits N%]F,N=βF×ln([Fruits Growth Index]F,N)+γF …(45C)
[Root N%]M,N=γR …(45D)
[Total ΔN]N
=[Total Leaf ΔN]N+[Total Stem ΔN]N+[Total Fruits ΔN]N+[Total Root ΔN]N
…(47)
出力部45は、シミュレーション部44から送信されてくるシミュレーション結果を受け付けると、シミュレーション結果を表示する画面を生成する。例えば、出力部45は、シミュレーション結果として、図11に示すような情報を表示する画面を生成する。この場合、利用者端末70の表示部193上には、図11の画面が表示されるので、生産者は、どの品種をどの栽培地点でどのように栽培すると、どのように生育するのか、どの程度の収量が得られるのかを確認することができる。また、複数の品目を異なる栽培条件で栽培したときのシミュレーション結果を並べて表示するため、生産者は、品種や栽培条件を異ならせた場合にどのような栽培結果が得られるのかを比較することができる。
更新部46は、生産者から、収量の推移やLAIの推移などの実測値(実際の栽培結果)が入力された場合に、当該実測値と、対応するシミュレーション結果とを比較し、シミュレーション結果が実測値に近づくように、各種パラメータを調整し、更新する。このようにすることで、実測値に基づいてパラメータが適切に更新されるため、次回以降のシミュレーションにおいて、適切なシミュレーション結果を得ることができるようになる。
42 環境データ取得部(取得部)
44 シミュレーション部(読み出し部、予測部)
45 出力部
50 パラメータDB(記憶部)
100 農業システム
Claims (9)
- 農作物の品種ごとの特徴を示すパラメータを記憶部から読み出し、
農作物の栽培環境に関する情報を取得し、
前記記憶部から読み出した前記パラメータと、取得した前記栽培環境に関する情報と、に基づいて、前記品種ごとの生育モデルを作成し、前記品種ごとの生育モデルから、前記品種ごとの生育に関する予測を実行し、
前記予測により得られた予測結果を品種選定又は栽培管理を支援する情報として出力する、
処理をコンピュータに実行させるための農業支援プログラム。 - 前記出力する処理では、ユーザが選択した複数の品種の生育に関する予測結果を比較可能に出力することを特徴とする請求項1に記載の農業支援プログラム。
- 前記出力する処理では、同一の品種を異なる栽培環境で栽培したときの前記生育に関する予測結果を比較可能に出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の農業支援プログラム。
- ユーザが入力した情報に基づいて前記パラメータを更新し、前記記憶部に記憶する、処理を前記コンピュータに更に実行させることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の農業支援プログラム。
- 前記ユーザが農作物を栽培した結果得られた栽培情報に基づいて、前記パラメータを更新する、ことを特徴とする請求項4に記載の農業支援プログラム。
- 前記予測結果が前記栽培情報に近づくように、前記パラメータを更新する、ことを特徴とする請求項5に記載の農業支援プログラム。
- 前記ユーザが入力した情報の信頼度が所定以上である場合に、該情報を前記パラメータの更新に用いる、ことを特徴とする請求項4~6のいずれか一項に記載の農業支援プログラム。
- 農作物の品種ごとの特徴を示すパラメータを記憶部から読み出し、
農作物の栽培環境に関する情報を取得し、
前記記憶部から読み出した前記パラメータと、取得した前記栽培環境に関する情報と、に基づいて、前記品種ごとの生育モデルを作成し、前記品種ごとの生育モデルから、前記品種ごとの生育に関する予測を実行し、
前記予測により得られた予測結果を品種選定又は栽培管理を支援する情報として出力する、
処理をコンピュータが実行することを特徴とする農業支援方法。 - 農作物の品種ごとの特徴を示すパラメータを記憶部から読み出す読み出し部と、
農作物の栽培環境に関する情報を取得する取得部と、
前記記憶部から読み出した前記パラメータと、取得した前記栽培環境に関する情報と、に基づいて、前記品種ごとの生育モデルを作成し、前記品種ごとの生育モデルから、前記品種ごとの生育に関する予測を実行する予測部と、
前記予測により得られた予測結果を品種選定又は栽培管理を支援する情報として出力する出力部と、
を備える農業支援装置。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020189462 | 2020-11-13 | ||
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ID=81707211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021185380A Pending JP2022078987A (ja) | 2020-11-13 | 2021-11-15 | 農業支援プログラム、農業支援方法及び農業支援装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022078987A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024084755A1 (ja) * | 2022-10-20 | 2024-04-25 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 | 予測方法及び予測プログラム、並びに環境調整方法及び環境調整プログラム |
-
2021
- 2021-11-15 JP JP2021185380A patent/JP2022078987A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024084755A1 (ja) * | 2022-10-20 | 2024-04-25 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 | 予測方法及び予測プログラム、並びに環境調整方法及び環境調整プログラム |
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