Spatiotemporal optimization of environmental control for crop production
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17H03895
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Research Field |
Agricultural environmental engineering/Agricultural information engineering
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
北野 雅治 九州大学, 農学研究院, 教授 (30153109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 卓哉 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (10363326)
江口 壽彦 九州大学, 生物環境利用推進センター, 准教授 (40213540)
日高 功太 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 主任研究員 (80547232)
安武 大輔 九州大学, 農学研究院, 准教授 (90516113)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2017: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
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| Keywords | 農業工学 / 農業環境・情報工学 / 局所適時環境調節 / 植物環境系輸送プロセス / グレイボックスモデル / 動的作物モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
作物の高収益安定生産のための効率的な環境調節技術の開発と実装が強く求められており、作物生育域の必要な場所と必要な時間のみに限定したムダのない局所・適時環境調節の最適設計が有効と考えられる。本研究は、作物生産を決定づける多様な植物－環境系輸送プロセスの作物生産場における時空間変動の新規評価法を駆使して、作物生産場における局所適時環境調節の最適設計と実装を可能にすることを目的としている。
初年度の2017年度においては、葉面輸送現象（対流、熱収支、光合成、蒸散）の多点連続評価法を確立し、多様な生産場での各種環境調節稼働時の葉面輸送現象の時空間変動の評価を可能にした。また、RIイメージングを用いて光合成産物の葉から果実への動態の評価法を確立し、果実への集積速度が果実の生育段階で著しく異なることを明らかにした。さらに、葉菜と果菜を対象に、温度、光、CO2濃度、気流の局所適時環境調節法を検討し、それらの寒地および暖地での周年生産への適用について調査した。
２年目の2018年度においては、これらの評価法を駆使して、多様な作物生産場での光合成、蒸散、気孔反応などの時空間変動に対する各種環境調節の効果の可視化によって局所適時環境調節の最適化のための基本情報を取得した。また、光合成産物のローディングとアンローディングの動的グレイボックスモデルを提案し、シンク活性等のモデルパラメータの特徴や積算光合成量と転流動態との関係を明らかにした。さらに、局所適時環境調節の例として、果菜生産を対象にした省エネでの弱光補光と局所適時CO2施用の効果および寒冷地での厳冬期の葉菜生産をめざした地温不易層を活用した作物生育域に限定した局所適温管理の効果の定量的評価を可能にした。
これらの成果を、国際誌、国際学会、国内学会で積極的に発表し、最優秀ベストプレゼンテーション賞、最優秀ポスター賞等を受賞した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は。（課題Ⅰ）作物群落域の微気象と葉面輸送現象の時空間変動の評価、（課題Ⅱ）光合成産物のソース・シンク間の動態の時空間変動の評価、（課題Ⅲ）局所適時環境調節の効果の評価と実装に向けた最適化の3課題で構成されている。課題Ⅰについてはほぼ達成された。課題Ⅱについては、RIイメージングによる光合成産物の動態の時空間変動の可視的定量評価を可能にするとともに、光合成産物のローディングとアンローディングの動的グレイボックスモデルを提案し、シンク活性等のモデルパラメータの特徴と光合成の動態との関係性を明らかにしている。また、課題Ⅲについては、イチゴを対象に弱光補光と局所適時CO2施用の光合成への効果を実測とモデルによって明らかにし、また地温不易層を活用した局所適時温度管理による寒冷地厳冬期の夜間の作物生育域の温度上昇効果を数値シミュレーションによって明らかにしている。すでに国際誌、学会誌に論文10報程度掲載されており、国際学会、国内学会での発表も多数あり、ベストプレゼンテーション賞、最優秀ポスター賞などを数件受賞している。
以上のことから、最終年度の達成目標の７０％以上を達成していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
ほぼ当初の計画通りに、研究が進展しているが、温度、光、CO2濃度の局所適時環境調節の効果を、葉面輸送現象だけでなく、最終的な収量ででも評価することによって、局所適時環境調節の最適化と実装を検討するとともに、冬季の野菜栽培が困難な寒地（北海道等）および夏季の野菜栽培が困難な暖地（高知県等）での周年栽培を可能とするような実装可能な局所適時環境調節システムを提案する。
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Report
(2 results)
Research Products
(31 results)
