JP6369827B2 - 植物の栽培方法及び植物の栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス室やビニルハウスの温室等において植物の栽培を行う植物の栽培方法及び植物の栽培装置に係り、特に、培地から伸び葉を有した茎の葉節間に花房を生じる果菜植物等の植物に対して、主に高温期に、局所的に冷却温度制御を行って栽培を行う植物の栽培方法及び植物の栽培装置に関する。

従来、この種の植物の栽培方法としては、例えば、特許文献１（特開２０１１−１２０５６９号公報）に掲載されているものが知られている。これは、葉を有した茎の葉節間に花房を生じるトマトからなる植物を栽培する方法であって、植物の近傍であって、垂直方向の所定範囲内に、水平方向に配設された複数のパイプを配置し、このパイプに水を供給手段により供給する。供給手段は、冬季等の低温期においては、例えば３０℃〜９５℃の温水を供給し、夏季等の高温期においては、例えば５℃〜２０℃の冷水を供給し、トマトの周囲を適正温度にして栽培するようにしている。

ところで、特許文献１記載の技術においては、植物の周囲の空気温度を調節するので、それだけ、エネルギー効率が悪く、コスト高になっているという問題がある。そのため、従来においては、コスト負担を低減するために、例えば、特許文献２（特許第５１２７５８９号公報）掲載の技術も知られている。これは、高温期に用いる技術であり、イチゴからなる植物の株元部分を局所的に冷却する方法であって、植物の株元部分にスポンジ等の透水材を接触させて配置し、この透水材に潅水管により液肥を滴下供給し、透水材に敷設した冷却管により冷却水を通水する。これにより、透水材に含有される水分が蒸発する際の気化熱により透水材の周囲を冷却し、これに接触した植物の株元部分を局所的に冷却する。

特開２０１１−１２０５６９号公報 特許第５１２７５８９号公報

しかしながら、上記従来のイチゴからなる植物の株元部分を局所的に冷却する方法においては、株元部分を冷却しているだけなので、イチゴよりも背の高いトマトのような植物においては、茎の上部にまで冷却効果が及ばないことから、茎の上部に生じる花房（果実）の成長や熟成を阻害してしまうことがあるという問題があった。特に、夏季等の高温期においては、ガラス室やビニルハウスの温室内の外気温度のみならず、太陽の直接光や輻射熱の影響で植物の表面温度、特に、光合成を行う葉の温度が外気温度よりも高くなり、そのため、光合成活性が低下し、それだけ、花房（果実）の成長や熟成に悪影響を与え、収量減の要因になってしまう。

本発明は上記の点に鑑みて為されたもので、簡易な手段で植物を局所的に冷却できるようにするとともに、高温期において収穫に係る花房（果実）の生育に寄与する葉の温度を下げて光合成機能を活発化させ収量の向上を図った植物の栽培方法及び植物の栽培装置を提供することを目的とする。

本願発明者らは、鋭意研究により、葉を有した茎の葉節間に花房を生じる植物においては、少なくとも花房の前後にある葉の温度を制御することにより、花房に至る養分に差があることを見出し、本発明を完成した。
即ち、このような目的を達成するための本発明の植物の栽培方法は、培地から伸び葉を有した茎の葉節間に花房を生じる植物の栽培方法において、液体が流される熱交換パイプで構成されるとともに上記茎の所要長さ範囲に亘り且つ少なくとも何れか１つの花房の柄の基端を通って該茎に接触させられ該茎との熱交換を行う熱交換部材と、上記熱交換パイプで構成される熱交換部材に上記液体を流す機能を備え該熱交換部材に対して上記茎の表面温度よりも低い温度の冷熱を付与可能な冷熱付与手段とを備えた植物の栽培装置を用い、上記熱交換部材を、茎のうち、少なくとも、収穫対象となる最下位の花房の柄の基端より下に位置する下部位から、収穫対象となる最上位の花房の柄の基端より上に位置する上部位に亘る範囲に接触させ、高温期に、上記冷熱付与手段により該茎を冷却しながら栽培する構成としている。
尚、培地は、土壌のみならず、別の部材や、水耕栽培の液体であってもよい。

葉を有した茎の葉節間に花房を生じる植物としては、例えば、果菜植物をはじめ、バラなどの園芸用の各種花卉類など種々挙げられる。果菜植物としては、例えば、ナス科のトマト，ミディトマト，ミニトマト，フルーツトマト，タマリロ（ツリートマト，こだちトマト），ナス，小茄子，長なす，大長茄子，ペピーノ，タカノツメ，トウガラシ，シシトウガラシ，ハバネロ，ピーマン，パプリカ，カラーピーマン，ウリ科のカボチャ，ズッキーニ，キュウリ，ツノニガウリ（キワノ），シロウリ，マクワウリ，スイカ，メロン，ツルレイシ（ゴーヤ、ニガウリ），トウガン，ヘチマ，ユウガオ，マメ科のインゲンマメ，エンドウ，ソラマメ、アオイ科のオクラ，イネ科のトウモロコシなどが挙げられる。

これにより、収穫対象となる花房の柄の基端を通って所要範囲で熱交換部材が茎に接触させられ、この部位が局所的に冷却される。そのため、少なからず、花房の前後にある葉に至る水分も冷却され、葉自体が冷却され温度が低下していく。葉温の低下は、葉の気孔からの蒸散作用による気化潜熱が関与していると考えられる。気化潜熱は、液体から気化する際に生じる吸熱反応であり、葉から蒸散する際の水分温度が低ければ気化するための吸熱量が大きくなり、葉温の低下も大きくなる。根から吸収された水分は茎内維管束を移動し、葉の気孔組織から蒸散することになる。茎部冷却では、維管束内の水分温度が低下するため、気温と葉中の水分との温度差が大きくなり、気化潜熱を大きくすることができると考えられる。光合成は主に葉で行われるが、その光合成速度は温度依存性である。そのため、本発明においては、高温期において、茎部冷却により葉温を低下させ、光合成速度を高め、糖やでんぷん等の光合成同化産物を増加させることができ、これを近傍にある花房に供給できることから、それだけ、収穫量や品質を向上させることができるようになる。

また、光合成が関与しない夜冷においても有効になる。これは、呼吸による養分消費量と養分転流が温度依存性であることが要因であると考えられる。植物は光合成を行わない夜間に維持呼吸量が多くなるが、温度上昇に対し指数的に上昇するため葉温の上昇は維持呼吸による糖やでんぷん等の光合成同化産物の消耗を招き、果実の発育のための同化産物が不足し減収につながる。しかしながら、前述の通り、茎部冷却では蒸散による葉温低下が大きくなることから、葉中に存在する光合成同化産物の呼吸による養分消費量を抑制でき、それだけ、果実の増収の向上を図ることができる。また、一般に、温度が高いと幼葉や生長点への養分の転流が促進され、低いと果実や根に転流する。夜温が高いと果実への糖の転流が低下し、夜温が低いと果実の糖含量が上昇する。トマトなどの果菜類では、収穫対象である果実への転流が多い方が果実肥大に良好であることから、茎部冷却は果実への転流を促進することができ、果実の増収を図ることができる。
即ち、本発明によれば、茎を局部的に冷却するという簡易な手段により、高温期において収穫に係る花房（果実）の生育に寄与する葉の温度を下げて光合成機能を活発化させ収量の向上を図ることができるのである。

そして、必要に応じ、上記茎の温度が高温期における高温期所定温度Ｔａ以上のとき、上記冷熱付与手段を作動させるようにし、上記高温期所定温度Ｔａを１５℃≦Ｔａ≦３５℃に設定し、上記熱交換部材の温度Ｔｘを、１０℃≦Ｔｘ≦２０℃にした構成としている。
葉温や茎部の温度は、外気温よりも高くなる場合がある。特に、晴天日は日射に含まれる赤外線などの長波長域を含む光線が葉や茎にあたって、熱輻射により加熱されるためである。そのため、本発明では、茎温度を基準に制御する。葉温を測定することが望ましいが、葉は分散しているのでバラつきが多く、精度に劣る。そのため、適正に葉温を制御することができる。一般に、葉の光合成において、大気中における最適温度域は２０〜３５℃であり、特に２５〜３０℃で最大となるが、１５℃≦Ｔａ≦３５℃、望ましくは、１５℃≦Ｔａ≦３０℃に設定し、１０℃≦Ｔｘ≦２０℃にすることで、葉温を適正温度に制御することができるようになる。また、人為的に二酸化炭素ガスを大気中に放出し、大気中よりも二酸化炭素濃度を高くして栽培するような環境下では葉の光合成の最適温度域が数℃高くなる。このような場合には、例えば、２０℃≦Ｔａ≦３５℃、１０℃≦Ｔｘ≦２０℃に設定すると良い。

また、必要に応じ、上記冷熱付与手段から切換えられて用いられ、上記熱交換部材に対して上記茎の表面温度よりも高い温度の温熱を付与可能な温熱付与手段を備えた植物の栽培装置を用い、低温期には、上記温熱付与手段により該茎を加温しながら栽培する構成としている。高温期のみならず、低温期においても、茎加温によって葉温を適正範囲に維持することができるようになり、即ち、収穫に係る花房（果実）の生育に寄与する葉の温度を上げて光合成機能を活発化させ収量の向上を図ることができるようになる。

この場合、必要に応じ、上記茎の温度が低温期における低温期所定温度Ｔｂ以下のとき、上記温熱付与手段を作動させるようにし、上記低温期所定温度Ｔｂを５℃≦Ｔｂ≦２８℃、且つ、Ｔｂ＜Ｔａに設定し、上記熱交換部材の温度Ｔｙを、２０℃≦Ｔｙ≦３５℃にした構成としている。
上記のように、一般に、葉の光合成において、大気中における最適温度域は２０〜３５℃であり、特に２５〜３０℃で最大となるが、５℃≦Ｔｂ≦２８℃（但し、Ｔｂ＜Ｔａ）、２０℃≦Ｔｙ≦３５℃にすることで、低温期にも、葉温を適正温度に制御することができるようになる。

また、必要に応じ、上記下部位を、上記最下位の花房の柄の基端以下にある葉の柄の基端よりも下に設定し、上記上部位を、上記最上位の花房の柄の基端以上にある葉の柄の基端よりも上に設定した構成としている。これにより、花房近傍の葉を確実に冷却できるようになり、光合成機能を活発化させ、花房に生じる果実の収量の向上を図ることができる。

更に、上記植物が、トマトである場合、上記熱交換部材を、少なくとも、第６葉節から第２６葉節に亘る範囲に接触させたことが有効である。
果菜植物であるトマトにおいては、通常の品種では、発芽後、本葉８葉節から９葉節間に最初の花房（第一花房）が付き、その後は３葉おきに花房を付ける規則性を有している。即ち、1 2 3 4 5 6 7 8 花 9 10 11 花 12 13 14 花 15 16 17 花 18 19 20 花 21 22 23 花 24 25 26（「数字」は葉節、「花」は花房を意味する）の順番になる規則性を有している。一般に、ガラス室やビニルハウスの温室におけるトマト栽培においては、第２６葉節以上は摘心（切断）し、それ以下において収穫するが、この収穫に係る花房範囲の茎を確実に冷却できるようになり、トマトの収量の向上を図ることができる。

また、上記目的を達成するための本発明の植物の栽培装置は、培地から伸び葉を有した茎の葉節間に花房を生じる植物を栽培する植物の栽培装置において、液体が流される熱交換パイプで構成されるとともに上記茎の所要長さ範囲に亘り且つ少なくとも何れか１つの花房の柄の基端を通って該茎に接触させられ該茎との熱交換を行う熱交換部材と、上記熱交換パイプで構成される熱交換部材に上記液体を流す機能を備え該熱交換部材に対して上記茎の表面温度よりも低い温度の冷熱を付与可能な冷熱付与手段とを備えた構成としている。これにより、茎を局部的に冷却するという簡易な機構にすることができ、従来からある冷暖房手段に比較して、大幅にコストダウンを図ることができる。また、上述したように、この装置を用いて植物を栽培することにより、高温期において収穫に係る花房（果実）の生育に寄与する葉の温度を下げて光合成機能を活発化させ収量の向上を図ることができる。

そして、上記熱交換部材を、液体が流される熱交換パイプで構成し、上記冷熱付与手段は、上記液体を上記熱交換パイプに流す機能を備えた構成としていることから、液体によるので、管理が容易になる。
また、必要に応じ、上記冷熱付与手段を、液体を所定の温度範囲に調整する温度調整部と、該温度調整部で調整された液体を送出管を介して上記パイプの入口に送出するポンプとを備えて構成している。構造を容易にすることができる。
更に、必要に応じ、上記パイプの出口からの液体を上記温度調整部に戻す戻し管路を備え、液体を循環させる構成としている。循環させるので無駄が防止される。

そしてまた、必要に応じ、上記冷熱付与手段から切換えられて用いられ、上記熱交換部材に対して上記茎の表面温度よりも高い温度の温熱を付与可能な温熱付与手段を備えた構成としている。高温期のみならず、低温期においても、茎加温によって葉温を適正範囲に維持することができるようになり、即ち、収穫に係る花房（果実）の生育に寄与する葉の温度を上げて光合成機能を活発化させ収量の向上を図ることができるようになる。

この場合、必要に応じ、上記温熱付与手段を、液体を所定温度に調整する温度調整部と、該温度調整部で調整された液体を送出管を介して上記パイプの入口に送出するポンプとを備えて構成している。構造を容易にすることができる。
また、必要に応じ、上記パイプの出口からの液体を上記温度調整部に戻す戻し管路を備え、液体を循環させる構成としている。循環させるので無駄が防止される。

更にまた、必要に応じ、上記茎の表面温度を検知する温度センサと、該温度センサの温度検知に基づいて上記冷熱付与手段及び上記温熱付与手段の作動，停止制御を行う制御部とを備えた構成としている。温度センサ検知に従って冷熱付与手段及び温熱付与手段の切換えを行って作動させることができるので、自動制御を行うことができる。

この場合、必要に応じ、上記制御部は、高温期における高温期所定温度及び該高温期所定温度よりも低い低温期における低温期所定温度を記憶する所定温度記憶手段と、上記温度センサが検知した温度が上記所定温度記憶手段が記憶した高温期所定温度以上になったとき上記冷熱付与手段を作動させ上記温熱付与手段を停止させる一方、上記温度センサが検知した温度が上記所定温度記憶手段が記憶した低温期所定温度以下になったとき上記温熱付与手段を作動させ上記冷熱付与手段を停止させる切換え作動手段とを備えた構成としている。自動制御を確実に行うことができる。

また、この場合、必要に応じ、上記切換え作動手段は、上記温度センサが検知した温度が上記所定温度記憶手段が記憶した低温期所定温度を越え高温期所定温度に満たない間は、上記温熱付与手段及び上記冷熱付与手段をいずれも停止させる機能を備えた構成としている。適正温度範囲の場合は、装置の作動を停止するので、無駄を防止することができる。

本発明によれば、葉を有した茎の葉節間に花房を生じるトマト等の植物において、熱交換部材によってこの植物の茎を花房の柄の基端を通って局部的に冷却するという簡易な手段により、高温期において収穫に係る花房（果実）の生育に寄与する葉の温度を下げて光合成機能を活発化させ、果実への養分の転流を促進することができ、果実の収量の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る植物の栽培装置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る植物の栽培装置の制御部及びこれにより制御される要素の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る植物の栽培装置の制御部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る植物の栽培装置において、熱交換部材としての熱交換パイプの植物に対する接触状態を示す拡大図である。 本発明の実施例及び比較例に係る植物の温度状態を示し、（ａ）は茎を冷却しているときの熱画像（写真）、（ｂ）は無処理のときの熱画像（写真）である。 本発明の実施例に係る植物の冷却時及び無処理の場合における葉と茎の温度を示すグラフ図である。 本発明の実施例に係る植物の冷却時における茎の温度の変化を無処理の場合の茎の温度変化と比較して示すグラフ図である。 本発明の実施例に係るチャンバー内での植物の冷却処理において、冷却対象部位を１葉節に限定した場合と無処理の場合の葉節毎の葉温の差を表す図である。 本発明の実施例に係る植物の冷却時における葉の気化潜熱量を無処理の場合の葉の気化潜熱量と比較して示すグラフ図である。 本発明の実施例に係る植物の冷却処理における収穫量を無処理の場合の収穫量と比較して示す表図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る植物の栽培方法及び植物の栽培装置について詳細に説明する。
図１乃至図４には、本発明の実施の形態に係る植物の栽培装置を示している。本装置Ｓは、ガラス室やビニルハウス等の温室などで栽培される植物用のものである。植物Ｐとしては、培地から伸び葉１を有した茎２の葉節１ａ間に花房３を生じる植物Ｐが対象となる。

実施の形態に係る植物Ｐの栽培装置Ｓは、植物Ｐの茎２の所要長さ範囲に亘り且つ少なくとも何れか１つの花房３の柄の基端３ａを通って茎２に接触させられ茎２との熱交換を行う熱交換部材１０を備えている。熱交換部材１０は、液体（実施の形態では水）が流されポリエチレンや塩化ビニル等で形成された筒状の可撓性の熱交換パイプ１１で構成されている。この熱交換部材１０は、例えば、植物Ｐがトマトの場合には、少なくとも、葉１の第６葉節から第２６葉節に亘る範囲に接触できる長さになっており、培地から温室の天井に向けて所要高さまで伸び、天井に吊下されている。熱交換部材１０は、植物Ｐの茎２にらせん状に巻き付け、あるいは、茎２にテープや紐などで密着固定させられる。

また、本装置Ｓは、熱交換部材１０に対して植物Ｐの茎２の表面温度よりも低い温度の冷熱を付与可能な冷熱付与手段２０を備えている。冷熱付与手段２０は、図１に示すように、液体を熱交換部材１０としての熱交換パイプ１１に流す機能を備えている。詳しくは、冷熱付与手段２０は、液体を所定の温度範囲に調整する温度調整部２１と、温度調整部２１で調整された液体を送出管２２を介して熱交換パイプ１１の入口１３に送出するポンプ２３とを備えて構成されている。送出管２２には逆止弁２４が介装されている。また、パイプの入口１３には定量流量弁２５が介装されている。定量流量弁２５により、多数の熱交換部材１０を設置した場合、圧力差による熱交換部材１０への流量のばらつきが防止され、処理温度の均一性が保持される。温度調整部２１は、液体を貯留する液体タンク２６と、この液体タンク２６内の液体の温度を所定の温度にするヒートポンプ２７とから構成されている。また、パイプ１１の出口１４からの液体を排出管２９を介して温度調整部２１の液体タンク２６に戻す戻し管路２８が設けられており、液体は循環させられる。

更に、本装置Ｓは、図１に示すように、冷熱付与手段２０から切換えられて用いられ、熱交換部材１０に対して茎２の表面温度よりも高い温度の温熱を付与可能な温熱付与手段３０を備えている。温熱付与手段３０は、液体を熱交換部材１０としての熱交換パイプ１１に流す機能を備えている。詳しくは、温熱付与手段３０は、液体を所定の温度範囲に調整する温度調整部３１と、温度調整部３１で調整された液体を送出管３２を介して熱交換パイプ１１の入口１３に送出するポンプ３３とを備えて構成されている。送出管３２には逆止弁３４が介装されている。温度調整部３１は、液体を貯留する液体タンク３６と、この液体タンク３６内の液体の温度を所定の温度にするヒートポンプ３７とから構成されている。また、パイプの出口１４からの液体を温度調整部３１の液体タンク３６に戻す戻し管路３８が設けられている。この戻し管路３８は、上記の冷熱付与手段２０の排出管２９から分岐して設けられている。分岐点には３方向切換え電磁弁３９が介装され、切換えにより何れか一方の戻し管路を有効にし、他方を無効にする。

また、本装置Ｓにおいては、植物Ｐの茎２に接触させられこの茎２の表面温度を検知する温度センサ４０と、温度センサ４０の温度検知に基づいて冷熱付与手段２０及び温熱付与手段３０の作動，停止制御を行う制御部４１とが備えられている。制御部４１は、図２及び図３に示すように、高温期における高温期所定温度Ｔａ及び高温期所定温度Ｔａよりも低い低温期における低温期所定温度Ｔｂを記憶する所定温度記憶手段４２と、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した高温期所定温度Ｔａ以上になったとき冷熱付与手段２０を作動させ温熱付与手段３０を停止させる一方、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した低温期所定温度Ｔｂ以下になったとき温熱付与手段３０を作動させ冷熱付与手段２０を停止させる切換え作動手段４３とを備えて構成されている。また、実施の形態では、高温期における高温期所定温度Ｔａは、日中（実施の形態では６：００〜１８：００まで）と夜間（１８：００〜翌日の６：００まで）とで異ならせている。切換え作動手段４３は時計による時間管理を行っており、日中と夜間とで高温期所定温度Ｔａの数値を切換えて判断する機能を備えている。更に、切換え作動手段４３は、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した低温期所定温度Ｔｂを越え高温期所定温度Ｔａに満たない間は、温熱付与手段３０及び冷熱付与手段２０をいずれも停止させる機能を備えて構成されている。

より詳しくは、図２に示すように、切換え作動手段４３は、切替スイッチ４４を介して３方向切換え電磁弁３９を切換え、切替スイッチ４５を介してモータ２３をオンオフし、切替スイッチ４６を介してモータ３３をオンオフする。符号４７は主電源スイッチである。即ち、切換え作動手段４３は、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した高温期所定温度Ｔｂ以上になったとき、スイッチ４５をオンにしてポンプ２３を駆動し、スイッチ４６をオフにしてポンプ３３を停止し、三方電磁切換え弁３９を切換えて、戻し管路２８を有効にし、戻し管路３８を無効にする。一方、切換え作動手段４３は、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した低温期所定温度Ｔｂ以下になったとき、スイッチ４５をオフにしてポンプ２３を停止し、スイッチ４６をオンにしてポンプ３３を駆動し、三方電磁切換え弁３９を切換えて、戻し管路２８を無効にし、戻し管路３８を有効にする。また、切換え作動手段４３は、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した低温期所定温度Ｔｂを越え高温期所定温度Ｔａに満たない間は、スイッチ４５をオフにしてポンプ２３を停止し、スイッチ４６をオフにしてポンプ３３を停止する。

また、実施の形態では、高温期における高温期所定温度Ｔａは、１５℃≦Ｔａ≦３５℃に設定され、冷熱付与手段２０の温度調整部２１が調整する液体の所定の温度範囲を１０℃〜２０℃にすることにより、熱交換部材１０の温度Ｔｘは、１０℃≦Ｔｘ≦２０℃に設定されている。例えば、後述のトマト栽培においては、高温期所定温度Ｔａは、日中（実施の形態では６：００〜１８：００まで）において、Ｔａ＝２４℃、夜間（実施の形態では１８：００〜翌日の６：００まで）において、Ｔａ＝１８℃に設定され、冷熱付与手段２０の温度調整部２１が調整する液体の所定の温度範囲を１６℃〜１８℃にすることにより、熱交換部材１０の温度Ｔｘは、１６℃≦Ｔｘ≦１８℃に設定される。
一方、低温期における低温期所定温度Ｔｂは、５℃≦Ｔｂ≦２８℃、且つ、Ｔｂ＜Ｔａに設定され、温熱付与手段３０の温度調整部３１が調整する液体の所定の温度範囲を２０℃〜３５℃にすることにより、熱交換部材１０の温度Ｔｙは、２０℃≦Ｔｙ≦３５℃に設定されている。例えば、後述のトマト栽培においては、低温期所定温度Ｔｂは、日中及び夜間ともに、Ｔｂ＝１３℃、温熱付与手段３０の温度調整部３１が調整する液体の所定の温度範囲を２０℃〜３０℃にすることにより、熱交換部材１０の温度Ｔｙは、２０℃≦Ｔｙ≦３０℃に設定される。

次に、この実施の形態に係る植物の栽培装置Ｓを用いた実施の形態に係る植物の栽培方法について本栽培装置Ｓの作用とともに説明する。対象とする植物Ｐは、葉１を有した茎２の葉節１ａ間に花房３を生じる植物Ｐであり、実施の形態においては、果菜類としてのトマトである。
図１及び図４に示すように、先ず、熱交換部材１０を、茎２のうち、少なくとも、収穫対象となる最下位の花房３の柄の基端３ａより下に位置する下部位から、収穫対象となる最上位の花房３の柄の基端３ａより上に位置する上部位に亘る範囲に接触させるようにする。果菜植物Ｐであるトマトにおいては、通常の品種では、発芽後、本葉１の第８葉節から第９葉節間に最初の花房３（第一花房）が付き、その後は３葉おきに花房３を付ける規則性を有している。一般に、ガラス室やビニルハウスの温室におけるトマト栽培においては、第２６葉節以上は摘心（切断）し、それ以下において収穫する。従って、実施の形態では、熱交換部材１０（熱交換パイプ１１）を、少なくとも、トマトの第６葉節から第２６葉節に亘る範囲に接触させるようにした。

トマトは、苗の段階で温室内の畝に所定間隔で多数植えられ、徐々に成長するが、予め、熱交換部材１０は、培地の各苗のある部分からその成長の高さ方向に吊下されており、成長が進む都度、適時に各トマトの茎２を夫々熱交換部材１０にテープ等で止着するようにする。温度センサ４０は、例えば、代表するトマトの茎２に付設する。尚、ランダムに選んだ複数のトマトの茎２に夫々温度センサ４０を付設し、制御部４１において、これらが検知する温度の平均値を算出し、あるいは、何れかの温度センサ４０の検知する最大温度若しくは最低温度を採用するなど、温度センサ４０の検知結果を適宜に用いるようにして良い。

この状態において、本装置Ｓの主電源スイッチ４７を入れる。夏季等の高温期である場合には、主には、冷熱付与手段２０が機能させられ、温熱付与手段３０は通常は停止させられる。即ち、温度センサ４０はトマトの茎２の温度を検知しており、制御部４１においては、日中（実施の形態では６：００〜１８：００）において、この温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した高温期所定温度Ｔａ（＝２４℃）以上になると、また、夜間（実施の形態では１８：００〜翌日の６：００）において、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した高温期所定温度Ｔａ（＝１８℃）以上になるとスイッチ４５をオンにしてポンプ２３を駆動する。この場合、温熱付与手段３０の側のスイッチ４６はオフにしてポンプ３３を停止し、三方電磁切換え弁３９は切換えられて、戻し管路２８を有効にし、戻し管路３８を無効にする。

これにより、冷熱付与手段２０から１６℃〜１８℃の液体が流され、熱交換部材１０の温度Ｔｘが、１６℃≦Ｔｘ≦１８℃に設定されるので、茎２が冷却され、収穫対象の花房３の前後にある葉１に至る水分が冷却され、葉１自体が冷却されて温度が低下していく。そのため、葉温が適正温度に制御され、葉１における光合成速度を高め、糖やでんぷん等の光合成同化産物を増加させることができ、これを近傍にある花房３に供給できるようになる。また、光合成が関与しない夜冷においても、葉温の低下により葉中に存在する光合成同化産物の呼吸による養分消費量が抑制され、それだけ、光合成同化産物を近傍にある花房３に供給できるようになる。

また、制御部４１は、日中において、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した高温期所定温度Ｔａ（＝２４℃）に満たなくなると、また、夜間において、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した高温期所定温度Ｔａ（＝１８℃）に満たなくなると、スイッチ４５をオフにしてポンプ２３を停止する。この場合も、温熱付与手段３０の側のポンプ３３は停止状態にあり、戻し管路２８が有効で戻し管路３８は無効になっている。そのため、トマトは、茎２の温度が比較的低く、葉温もさほど高くならないことから、適正な環境下におかれる。この際は、装置Ｓの作動を停止するので、無駄を防止することができる。
この結果、本装置Ｓの茎２を局部的に冷却するという簡易な手段により、高温期において収穫に係る花房３（果実）の生育に寄与する葉１の温度を下げて光合成機能を活発化させ収量の向上を図ることができるようになる。

一方、冬季等の低温期である場合には、温室内の温度が、例えば、０℃〜２０℃程度に変化すると、主には、温熱付与手段３０が機能させられ、冷熱付与手段２０は通常は停止させられる。即ち、温度センサ４０はトマトの茎２の温度を検知しており、制御部４１においては、この温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した低温期所定温度Ｔｂ（＝１３℃）以下になると、スイッチ４６をオンにしてポンプ３３を駆動する。この場合、冷熱付与手段２０の側のスイッチ４５はオフにしてポンプ２３を停止し、三方電磁切換え弁３９は切換えられて、戻し管路３８を有効にし、戻し管路２８を無効にする。

これにより、温熱付与手段３０から２０℃〜３５℃の液体が流され、熱交換部材１０の温度Ｔｙが、２０℃≦Ｔｙ≦３５℃に設定されるので、茎２が加温され、収穫対象の花房３の前後にある葉１に至る水分が加温され、葉１自体が加温され温度が上昇していく。そのため、葉温が適正温度に制御され、葉１における光合成速度を高め、糖やでんぷん等の光合成同化産物を増加させることができ、これを近傍にある花房３に供給できるようになる。また、制御部４１は、温度センサ４０が検知した温度が所定温度記憶手段４２が記憶した低温期所定温度Ｔｂ（＝１３℃）を超えると、スイッチ４６をオフにしてポンプ３３を停止する。この場合も、冷熱付与手段２０の側のポンプ２３は停止状態にあり、戻し管路３８が有効で戻し管路２８は無効になっている。そのため、トマトは、茎２の温度が比較的高く、葉温もさほど低くならないことから、適正な環境下におかれる。この際は、装置Ｓの作動を停止するので、無駄を防止することができる。
この結果、本装置Ｓの茎２を局部的に加温するという簡易な手段により、低温期においても、収穫に係る花房３（果実）の生育に寄与する葉１の温度を上げて光合成機能を活発化させ収量の向上を図ることができるようになる。

尚、夏季等の高温期において、気温が極端に低下し、茎２の温度が１３℃以下になると、温熱付与手段３０が作動して調整が行われ、一方、冬季等の低温期において、気温が極端に上昇し、茎２の温度が２４℃以上（日中）あるいは１８℃以上（夜間）になると、冷熱付与手段２０が作動して調整が行われる。そのため、本装置Ｓにおいては、極端な温度変化にも対応することができる。

次に、実施例に係る夏季の高温期における栽培例を示す。トマトの品種は「桃太郎８」を用いた。栽培は岩手県農業研究センター圃場（岩手県北上市）で行い、屋根の被覆資材にＰＯ系フィルム（「スカイコート５」シーアイ化成株式会社製）を用いた雨よけハウスで栽培管理した。熱交換パイプ１１として１６ｍｍのポリエチレン管を用い、株元から１．８ｍ高まで垂直に配管し、この熱交換パイプ１１に栽培株を接触するようテープで固定した。温度センサ４０を茎部に密着させた。茎部冷却処理は、地下水を用いた冷却処理とした。使用した地下水は排水した。地下水は送水側で１６．１〜１８．０℃の範囲となり、比較的安定した冷熱源が得られた。冷却処理は下記の２種類とした。
（ａ）全日冷却処理
全日冷却処理では、茎部表面温度が２４℃を超えた時点で1株かつ1管あたり流量２．５Ｌ／ｍｉｎの流量で地下水が株元から上方向にＰＥ管を流れるよう電磁弁で開閉させた。
（ｂ）夜冷処理
夜冷処理では、１８：００〜６：００の間、１８℃を超えた時点で上記と同様に電磁弁を開閉させて冷却処理を行った。日中６：００〜１８：００の間は、冷却処理は行わず成り行き（無処理）で栽培した。
（ｃ）無処理
また、比較例として、冷却しない無処理のものも栽培した。

そして、３月中旬に１８０ｍｇＮ／Ｌの育苗培地を充填した１２８穴トレイへ播種し、播種２５日後に同様の培地を充填した１２ｃｍ黒ポリポットへ移植した。隔離床はハンモック式の栽培槽とし、畑土ともみ殻を３：２で混合したものを培地として用いた。第１花房開花始期となった苗を、約２ヵ月後（５月中旬）に株間２０ｃｍで定植し、千鳥振り分け誘引とした。第６花房開花期に第６花房の上位葉２枚を残し摘心した。培養液はタンクミックスＡ、Ｂ（大塚アグリテクノ株式会社製）を用いて大塚Ａ処方（標準培養液の電気伝導度（ＥＣ）２．６ｄＳ／ｍ時のミリ当量としての成分組成が、窒素１８．６、リン５．１、カリウム８．６、カルシウム８．２、マグネシウム３．０ｍｅ/Ｌである培養液）に準じた処方により、生育量に応じて電気伝導度（ＥＣ）０．６〜１．６ｄＳ／ｍの範囲でかん水後に培地下部からの排液は破棄するかけ流し方式で養液管理した。茎部冷却処理は、第３花房開花期の日（６月下旬）より行った。収穫は、岩手県青果物等出荷規格（大玉トマト）に準じて１果あたり重量が１２０ｇ以上で外観の良好な果実を商品果として分類し、果実重量を調査した。

この実施例において、無処理の比較例とともに、各種測定等の試験を行った。以下に結果を示す。
（１）冷却処理の確認
携帯用小型熱画像カメラCPA-0150J(CHINO，FLIR社製)を用い熱画像を得た。図５（ａ）に茎を冷却しているときの熱画像を示し、図５（ｂ）に無処理のときの熱画像を示す。この熱画像からトマトの葉温が低下しているということが分かる。

（２）葉温
携帯用小型熱画像カメラCPA-0150J(CHINO，FLIR社製)を用い熱画像を得て葉温を算出し、茎を冷却した場合と、無処理の場合とで比較した。葉温は、内気温が２９．５℃のときの、ある群落内の平均とした。
結果を、図６に示す。無処理に比較して葉温と茎温度が低下していることが分かる。

（３）茎温変化
栽培中のある一日（２４時間）において、茎温度及び内気温の変化を図７に示す。葉温や茎部の温度は、内気温よりも高くなる場合がある。特に晴天日は内気温よりも高くなるが、これは日射に含まれる赤外線などの長波長域を含む光線が葉や茎にあたって、熱輻射により加熱されるためである。この結果から、茎部冷却では、茎温を内気温よりも低く制御することができることがわかる。

（４）冷却範囲
また、人工光源下のチャンバー内において茎の１節（約１０ｃｍ）のみを冷却した場合と、無処理の場合とで熱画像で得た葉節毎の葉温を比較した。結果を図８に示す。茎の１葉節のみを冷却した場合、葉温の低下は冷却した葉節のうち上位３葉節と下位１葉節の範囲にある葉に限定されており、それより上位あるいは下位にある葉節では葉温低下が劣ることから、増収を目的とする本発明では、収穫対象の花房の柄の基端すべてが熱交換部材と接触した状態で茎冷却処理を行う必要があると考えられる。

（５）気化潜熱量
植物Ｐの根から吸収された水分は、茎の維管束部を通じて葉の気孔で蒸散するため、茎部を冷却することで、移動中の水分が冷却され、蒸散する際の水分温度が低くなり気化潜熱量を大きくすることができることから、間接的に葉温の低下につながるものと考えられる。このことは、葉の蒸散について蒸発散モデルの下記のバルク式で表すことで説明できる。この式では空気密度ｐａ、水平風速Ｕが一定の条件、言い換えれば同じ温室環境であれば、葉温と気温との差により潜熱量が決定することになる。

バルク式
Ｈ＝ｃｐ・ｐａ・ＣＨ・Ｕ（Ｔｓ−Ｔ）
Ｈ：水の気化潜熱(W.m^-2)、ｃｐ：空気の定圧比熱(1004W.s.K^-1.kg^-1)、ｐａ：空気の密度(kg.m^-3)、ＣＨ：バルク係数、Ｕ：水平風速（m.s^-1）、Ｔｓ：葉温（℃）、Ｔ：気温（℃）

そして、図６に示す場合において、このバルク式を用いて気化潜熱量を求めた。結果を図９に示す。この結果から、無処理に対し茎部冷却で大きく冷却効果が高いことが認められる。

（６）収量
（ａ）全日冷却処理及び（ｂ）夜冷処理の実施例と、（ｃ）無処理の比較例とでその収量を比較した。結果を図１０に示す。
この結果、全日冷却処理での収量が高いことが分かる。主に光合成は葉で行われるが、その光合成速度は温度依存性である。大気中における最適温度域は２０〜３５℃であり、特に２５〜３０℃で最大となる。光合成速度が高ければ光合成同化産物が増加し、収穫量や品質が向上することになる。茎部冷却では葉温が光合成最大温度域に維持することが可能であり、増収したものと考えられる。

また、夜冷処理においても増収が認められた。これは、呼吸消費と転流が温度依存性であることが要因であると考えられる。植物は光合成を行わない夜間に維持呼吸量が多くなるが、温度上昇に対し指数的に上昇するため葉温の上昇は維持呼吸による光合成同化産物の消耗を招き、果実の発育のための同化産物が不足し減収につながる。前述の通り、茎部冷却では蒸散による葉温低下が大きくなることから、葉中に存在する光合成同化産物の呼吸消費を抑制し、増収へつながるものと考えられる。また、一般に、温度が高いと幼葉や生長点への転流が促進され、低いと果実や根に転流する。夜温が高いと果実への糖の転流が低下し、夜温が低いと果実の糖含量が上昇する。トマトなどの果菜類では、収穫対象である果実への転流が多い方が果実肥大に良好であることから、茎部冷却は果実への転流を促進し増収しているものと考えられる。

以上のことから、トマトにおいては、夏季の高温期において、冷却処理開始時期は、出蕾や開花よりも早い花芽の分化発達する時期から行うことが望ましい。トマトのような果実生産では花芽の発達する時期から処理することで花芽の発育形成を充実させることができ、果実収穫量を増加することにつながるからである。試験では、本葉６枚期から冷却処理した。葉温の低下や増収効果が認められていることから、トマトでは展開葉６枚期以降から処理開始時期とする。処理期間は、葉温の適温域への制御による同化産物および収穫量の増加する原理であると推察されることから、収穫が終わる時期まで継続して行うことが好ましい。また、処理時期は、東北地域では強日射の影響が強くなる６〜９月が冷却処理に適する。特に、晴天日の葉温は日射があたることで気温よりも高くなるため、葉温を低下する必要がある時期である。

尚、上記実施の形態において、高温期所定温度Ｔａ，低温期所定温度Ｔｂ及び熱交換部材１０の温度Ｔｘ，Ｔｙは、上述した数値に限定されるものではなく、適宜に設定してよいことは勿論である。また、上記実施の形態に係る栽培装置Ｓにおいて、温度調整部２１は、液体を貯留する液体タンク２６と、この液体タンク２６内の液体の温度を所定の温度にするヒートポンプ２７とから構成し、液体を循環させるように構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、温度調整部２１を、比較的温度が安定した地下水を供給する供給源として構成し、ポンプ２３で送られた地下水は排水するように構成してもよく、適宜変更して差支えない。更に、上記実施の形態においては、冷熱付与手段２０と温熱付与手段３０とを別々に設けたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、１つに統合し、温度調整部２１により所要の温度に調整できるようにしても良く、適宜変更して差支えない。しかしながら、極端な温度変化があるような場合には、冷熱付与手段２０と温熱付与手段３０との２系統にしておくことが望ましい。

また、上記実施の形態においては、本栽培方法をトマトに適用したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、葉を有した茎の葉節間に花房を生じる植物であれば、どのような植物に適用して良いことは勿論である。

Ｓ 植物の栽培装置
Ｐ 植物
１ 葉
１ａ 葉節
２ 茎
３ 花房
３ａ 基端
１０ 熱交換部材
１１ 熱交換パイプ
２０ 冷熱付与手段
２１ 温度調整部
２３ ポンプ
２８ 戻し管路
２９ 排出管
３０ 温熱付与手段
３１ 温度調整部
３３ ポンプ
３８ 戻し管路
３９ ３方向切換え電磁弁
４０ 温度センサ
４１ 制御部
４２ 所定温度記憶手段
４３ 切換え作動手段
Ｔａ 高温期所定温度
Ｔｂ 低温期所定温度
Ｔｘ，Ｔｙ 熱交換部材の温度

Claims (15)

1. 培地から伸び葉を有した茎の葉節間に花房を生じる植物の栽培方法において、
   液体が流される熱交換パイプで構成されるとともに上記茎の所要長さ範囲に亘り且つ少なくとも何れか１つの花房の柄の基端を通って該茎に接触させられ該茎との熱交換を行う熱交換部材と、上記熱交換パイプで構成される熱交換部材に上記液体を流す機能を備え該熱交換部材に対して上記茎の表面温度よりも低い温度の冷熱を付与可能な冷熱付与手段とを備えた植物の栽培装置を用い、
   上記熱交換部材を、茎のうち、少なくとも、収穫対象となる最下位の花房の柄の基端より下に位置する下部位から、収穫対象となる最上位の花房の柄の基端より上に位置する上部位に亘る範囲に接触させ、高温期に、上記冷熱付与手段により該茎を冷却しながら栽培することを特徴とする植物の栽培方法。
2. 上記茎の温度が高温期における高温期所定温度Ｔａ以上のとき、上記冷熱付与手段を作動させるようにし、上記高温期所定温度Ｔａを１５℃≦Ｔａ≦３５℃に設定し、上記熱交換部材の温度Ｔｘを、１０℃≦Ｔｘ≦２０℃にしたことを特徴とする請求項１記載の植物の栽培方法。
3. 上記冷熱付与手段から切換えられて用いられ、上記熱交換部材に対して上記茎の表面温度よりも高い温度の温熱を付与可能な温熱付与手段を備えた植物の栽培装置を用い、
   低温期には、上記温熱付与手段により該茎を加温しながら栽培することを特徴とする請求項１または２記載の植物の栽培方法。
4. 上記茎の温度が低温期における低温期所定温度Ｔｂ以下のとき、上記温熱付与手段を作動させるようにし、上記低温期所定温度Ｔｂを５℃≦Ｔｂ≦２８℃、且つ、Ｔｂ＜Ｔａに設定し、上記熱交換部材の温度Ｔｙを、２０℃≦Ｔｙ≦３５℃にしたことを特徴とする請求項３記載の植物の栽培方法。
5. 上記下部位を、上記最下位の花房の柄の基端以下にある葉の柄の基端よりも下に設定し、上記上部位を、上記最上位の花房の柄の基端以上にある葉の柄の基端よりも上に設定したことを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の植物の栽培方法。
6. 上記植物が、トマトである場合、上記熱交換部材を、少なくとも、第６葉節から第２６葉節に亘る範囲に接触させたことを特徴とする請求項５記載の植物の栽培方法。
7. 培地から伸び葉を有した茎の葉節間に花房を生じる植物を栽培する植物の栽培装置において、
   液体が流される熱交換パイプで構成されるとともに上記茎の所要長さ範囲に亘り且つ少なくとも何れか１つの花房の柄の基端を通って該茎に接触させられ該茎との熱交換を行う熱交換部材と、上記熱交換パイプで構成される熱交換部材に上記液体を流す機能を備え該熱交換部材に対して上記茎の表面温度よりも低い温度の冷熱を付与可能な冷熱付与手段とを備えたことを特徴とする植物の栽培装置。
8. 上記冷熱付与手段を、液体を所定の温度範囲に調整する温度調整部と、該温度調整部で調整された液体を送出管を介して上記パイプの入口に送出するポンプとを備えて構成したことを特徴とする請求項７記載の植物の栽培装置。
9. 上記パイプの出口からの液体を上記温度調整部に戻す戻し管路を備え、液体を循環させることを特徴とする請求項８記載の植物の栽培装置。
10. 上記冷熱付与手段から切換えられて用いられ、上記熱交換部材に対して上記茎の表面温度よりも高い温度の温熱を付与可能な温熱付与手段を備えたことを特徴とする請求項７乃至９何れかに記載の植物の栽培装置。
11. 上記温熱付与手段を、液体を所定温度に調整する温度調整部と、該温度調整部で調整された液体を送出管を介して上記パイプの入口に送出するポンプとを備えて構成したことを特徴とする請求項１０記載の植物の栽培装置。
12. 上記パイプの出口からの液体を上記温度調整部に戻す戻し管路を備え、液体を循環させることを特徴とする請求項１１記載の植物の栽培装置。
13. 上記茎の表面温度を検知する温度センサと、該温度センサの温度検知に基づいて上記冷熱付与手段及び上記温熱付与手段の作動，停止制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする請求項１０乃至１２何れかに記載の植物の栽培装置。
14. 上記制御部は、高温期における高温期所定温度及び該高温期所定温度よりも低い低温期における低温期所定温度を記憶する所定温度記憶手段と、上記温度センサが検知した温度が上記所定温度記憶手段が記憶した高温期所定温度以上になったとき上記冷熱付与手段を作動させ上記温熱付与手段を停止させる一方、上記温度センサが検知した温度が上記所定温度記憶手段が記憶した低温期所定温度以下になったとき上記温熱付与手段を作動させ上記冷熱付与手段を停止させる切換え作動手段とを備えたことを特徴とする請求項１３記載の植物の栽培装置。
15. 上記切換え作動手段は、上記温度センサが検知した温度が上記所定温度記憶手段が記憶した低温期所定温度を越え高温期所定温度に満たない間は、上記温熱付与手段及び上記冷熱付与手段をいずれも停止させる機能を備えたことを特徴とする請求項１４記載の植物の栽培装置。