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Carbon-balance-based prediction of flowering and fruiting of crop canopies

Research Project

Project/Area Number 21K14946
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 41040:Agricultural environmental engineering and agricultural information engineering-related
Research InstitutionKochi University

Principal Investigator

Nomura Koichi  高知大学, 教育研究部自然科学系農学部門, 准教授 (90897852)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords光合成 / 呼吸 / 葉面積指数 / 開花数 / 着果負担 / 画像解析 / モデリング / 施設園芸 / 炭素収支 / LAI / モデル化 / タイムラプスカメラ / 果菜 / チャンバー法
Outline of Research at the Start

ナスやトマトなどの果菜類の果実収量を高精度で予測するためには,将来,果実となる“花”の数を予測する必要がある.本研究では,ナスの開花・着果数を,炭素収支(光合成による炭素の獲得とその使途)に基づいて予測する技術を確立する.
まず,多様な環境下でのナス個体群の炭素収支を,光合成,呼吸,炭素分配の計測によって定量化する.次に,人工知能(AI)を用いた画像解析と,作物の生理生態に基づく数理モデル群により,栽培現場で取得容易な情報(画像・環境情報)のみから,ナスの炭素収支を推定する手法を開発する.最後に,推定した炭素収支と開花・着果数との関係を解析し,数理モデルで表現することを試みる.

Outline of Final Research Achievements

This project was conducted to develop a method (i.e., mathematical model) for predicting the numbers of flowers and fruits of fruit vegetables (e.g., tomato and eggplant) based on the carbon budget of a crop canopy. To achieve this, several types of canopy photosynthesis models were developed and tested. We also developed methods to estimate the leaf area index (LAI) and numbers of flowers and fruits of a crop canopy from digital photographs. Moreover, we developed a mathematical model that can simulate the growth, flowering, fruiting, and harvesting of a fruit vegetable crop based on the carbon budget of the crop.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

温室での果菜の開花・着果数を、作物個体群の炭素収支に基づいて予測する技術について、様々な知見を得るとともに、論文として国内外に発表した。本研究で開発した技術によって、施設園芸作物に関する様々な有益情報(例:純光合成速度、開花数・着果数、葉面積指数など)を、センサや画像などの情報に基づいて推定することが可能になった。このことは、国内外の施設園芸技術の高度化、生産者の収益向上、施設園芸作物の安定生産に寄与するものと考える。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Estimation of the optimal leaf area index (LAI) of an eggplant canopy based on the relationship between the nighttime respiration and daytime photosynthesis of the lowermost leaves2023

    • Author(s)
      NOMURA Koichi、ITO Masashi、KUSABA Yusuke、SAITO Masahiko、MORI Makito、YAMANE Shinzo、IWAO Tadashige、TADA Ikunao、YAMAZAKI Tomihiro、KITANO Masaharu
    • Journal Title

      Scientia Horticulturae

      Volume: 307 Pages: 111525-111525

    • DOI

      10.1016/j.scienta.2022.111525

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Estimation of the Leaf Area Index, Leaf Fresh Weight, and Leaf Length of Chinese Chive (Allium tuberosum) Using Nadir-looking Photography in Combination with Allometric Relationships2022

    • Author(s)
      Nomura Koichi、Wada Eriko、Saito Masahiko、Yamasaki Hiromi、Yasutake Daisuke、Iwao Tadashige、Tada Ikunao、Yamazaki Tomihiro、Kitano Masaharu
    • Journal Title

      HortScience

      Volume: 57 Issue: 7 Pages: 777-784

    • DOI

      10.21273/hortsci16569-22

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Diurnal decline in the photosynthetic capacity of uppermost leaves in an eggplant canopy grown in a horticultural greenhouse2022

    • Author(s)
      NOMURA K.、SAITO M.、ITO M.、YAMANE S.、IWAO T.、TADA I.、YAMAZAKI T.、ONO S.、YASUTAKE D.、KITANO M.
    • Journal Title

      Photosynthetica

      Volume: 60 Issue: 3 Pages: 457-464

    • DOI

      10.32615/ps.2022.040

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hybrid AI model for estimating the canopy photosynthesis of eggplants2022

    • Author(s)
      Nomura Koichi、Kaneko Takahiro、Iwao Tadashige、Kitayama Mizuho、Goto Yudai、Kitano Masaharu
    • Journal Title

      Photosynthesis Research

      Volume: 155 Issue: 1 Pages: 77-92

    • DOI

      10.1007/s11120-022-00974-z

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  • [Journal Article] Leaf area index estimation of a row-planted eggplant canopy using wide-angle time-lapse photography divided according to view-zenith-angle contours2022

    • Author(s)
      Nomura Koichi、Saito Masahiko、Kitayama Mizuho、Goto Yudai、Nagao Koyo、Yamasaki Hiromi、Iwao Tadashige、Yamazaki Tomihiro、Tada Ikunao、Kitano Masaharu
    • Journal Title

      Agricultural and Forest Meteorology

      Volume: 319 Pages: 108930-108930

    • DOI

      10.1016/j.agrformet.2022.108930

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  • [Journal Article] Estimation of Photosynthesis Loss Due to Greenhouse Superstructures and Shade Nets: A Case Study with Paprika and Tomato Canopies2022

    • Author(s)
      Nomura Koichi、Saito Masahiko、Tada Ikunao、Iwao Tadashige、Yamazaki Tomihiro、Kira Nobuyuki、Nishimura Yasuyo、Mori Makito、Baeza Esteban、Kitano Masaharu
    • Journal Title

      HortScience

      Volume: 57 Issue: 3 Pages: 464-471

    • DOI

      10.21273/hortsci16384-21

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      野村浩一, 斉藤雅彦, 但田育直, 岩尾忠重, 山崎富弘, 北野雅治
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  • [Presentation] Development of Low-Cost Farming Support Robot and Verification of Its Validity Based on ROS (Robot Operating System)2024

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      Sutan Muhamad Sadam Awal, Koichi Nomura, Takashi Okayasu, Masaharu Kitano
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      International Symposium on Agricultural Meteorology
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高知ナスの養液栽培における果実肥大予測モデルの検討2023

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      永尾航洋, 野村浩一, 岩尾忠重, 山﨑浩実, 森牧人, 北野雅治
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      横山岳,張替創太,安武大輔,広田知良,野村浩一,北野雅治
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      The 31st Symposium on Fuzzy, Artificial Intelligence, Neural Networks and Computational Intelligence
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  • [Presentation] Hybrid ANNモデルの水ストレス環境における群落蒸発散量の推定精度の評価2023

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      張替創太, 横山岳, 安武大輔, 野村浩一, 北野雅治, 広田知良
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      野村浩一
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      日本農業気象学会全国大会
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  • [Presentation] 葉面対流センサの開発とその特性2023

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      北野雅治,齋藤雅彦,岩尾忠重,野村浩一,但田育直,山崎富弘
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      日本農業気象学会全国大会
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      北野雅治,岩尾忠重,野村浩一,齋藤雅彦,但田育直,山崎富弘,永尾航洋
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      日本農業気象学会全国大会
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      中井鴻美, 安武大輔, 日高功太, 野村浩一, 江口壽彦, 横山岳, 広田知良
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      日本農業気象学会全国大会
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  • [Presentation] 植物生理生態モデルとANNを併用したハイブリッドモデルによるC4作物群落の蒸発散速度の推定2023

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      張替創太,横山岳,安武大輔,野村浩一,北野雅治,広田知良
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      日本農業気象学会全国大会
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  • [Presentation] ナスにおける果実新鮮重および果実肥大の非破壊計測2023

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      永尾航洋,野村浩一,岩尾忠重,北野雅治,山﨑浩実
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] チャンバー法によるユズ樹の長期的な光合成速度の計測2022

    • Author(s)
      高尾海星,浜田和俊,野村浩一,齊藤雅彦,北野雅治
    • Organizer
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      野村浩一,北野雅治
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      金子尚弘,野村浩一,安武大輔,岩尾忠重,岡安崇史,尾崎行生,広田知良,北野雅治
    • Organizer
      日本生物環境工学会九州支部大会
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      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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