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2020 年度 実績報告書

水中プラズマを用いた植物育成環境の新規的制御技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K13735
研究機関岩手大学

研究代表者

高橋 克幸  岩手大学, 理工学部, 准教授 (00763153)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード放電処理 / プラズマ / ラジカル / 水耕栽培 / アレロパシー / 培養液 / 農工連携 / 植物育成環境制御
研究実績の概要

水中気泡内で発生したパルス放電によって処理した培養液を用い農産物を栽培するシステムを構築した。農産物にはキュウリを用い、キュウリに対し強い生長阻害を示す2,4-ジクロロ安息香酸(DCBA)を培養液に20μMの濃度で混入させた。約24時間の放電処理で20 Lの培養液中のDCBAはほぼ全て分解され、分解生成物として塩化物イオンや、ギ酸などが残留することがわかった。放電処理した培養液を用いて18日間のキュウリの栽培を行い、栽培期間中の地上部高さ、葉の長さと幅、SPAD値、栽培後に収穫した植物体の葉面積、乾燥重量、根の長さ、クロロフィル含有量を評価し、植物体への影響を調べた。その結果、2,4-ジクロロ安息香酸を混入していないコントロール区に比べ、2,4-ジクロロ安息香酸を与えた試験区では明かな生長阻害効果が見られた一方、放電処理をしその後pHを調整した試験区においてはコントロール区とほぼ同等に植物が生長した。また、根の様子を電子顕微鏡にて観察したところ、2,4-ジクロロ安息香酸を混入した区では表皮組織が損傷している一方、コントロール区、放電処理区ではきれいな状態を保っていることがわかった。一方で、放電処理後にpHを調整しない場合、プラズマによって生成される硝酸塩によって、培養液のpHは3以下に低下し著しい生長阻害を示した。これらの、適切なpH調整が必要ではあるが、プラズマ処理は生長阻害物質による影響を除去できる手法として期待できることが明らかになった。
研究期間全体においては当初の予定どおり、植物生長阻害物質の分解効果とそのメカニズム、プラズマ進展とラジカル発生および処理効率の関連性、水耕栽培を用いたプラズマ処理養液の植物の生態への影響をそれぞれ明らかにした。その結果、プラズマによる水耕栽培における植物生育環境の制御技術の確立に必要な学術的知見を十分に得ることができた。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Influence of a plasma-treated nutrient solution containing 2,4-dichlorobenzoic acid on the growth of cucumber in a hydroponic system2021

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, S. Kawamura, R. Takada, K. Takaki, N. Satta, T. Fujio
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 129 ページ: 143301 (12pp)

    • DOI

      10.1063/5.0044328

    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズマ化学反応~植物生育制御と青果物鮮度保持~2021

    • 著者名/発表者名
      高橋克幸,林信哉
    • 雑誌名

      電気学会誌

      巻: 141 ページ: 155-158

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of the development of pulsed discharge inside a bubble under water using ICCD cameras2020

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, H. Takayama, S. Kobayashi, M. Takeda, Y. Nagata, K. Karashima, K. Takaki, and T. Namihira
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 182 ページ: 109690

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2020.109690

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電界・放電プラズマの農業や食品産業への応用2020

    • 著者名/発表者名
      南谷靖史,高橋克幸,王斗艶,大嶋孝之
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 44 ページ: 238-247

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 農水食分野での高電圧・プラズマ利用2020

    • 著者名/発表者名
      高木浩一,高橋克幸
    • 雑誌名

      スマートプロセス

      巻: 9 ページ: 108-115

    • 査読あり
  • [学会発表] パルスパワーによる水面上プラズマの形成と環境浄化および農水分野への利用2021

    • 著者名/発表者名
      高橋克幸
    • 学会等名
      仙台プラズマフォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] Use of high voltage and plasma for agriculture, forestry and fisheries2021

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, K. Takaki
    • 学会等名
      The virtual international conference on science and agricultural technology 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Decomposition of allelochemicals in hydroponic nutrient solution using discharge inside bubble2021

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, S. Kawamura, K. Takaki, N. Satta and T. Fujio
    • 学会等名
      13th International symposium on advanced plasma science and its applications for nitrides and nanomaterials/14th international conference on plasma-nano technology&science (ISPlasma2021/IC-PlANTS2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Radical production and treatment of nutrient solution using pulsed discharges contact with water surface2021

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi and K. Takaki
    • 学会等名
      3rd International workshop on plasma agriculture (IWOPA3)
    • 国際学会
  • [学会発表] パルス放電プラズマによる液中へのラジカル供給機構とファインバブルを用いた供給効率向上技術2020

    • 著者名/発表者名
      高橋克幸
    • 学会等名
      第6回ファインバブル学会連合シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 水中気泡内放電を用いたリン酸ジブチルの分解2020

    • 著者名/発表者名
      高山大聖,榊原哲,高橋克幸,高木浩一,堀米達矢,兼平憲男
    • 学会等名
      応用物理学会東北支部第75回学術講演
  • [学会発表] 水中気泡内放電を用いた水耕栽培用溶液中の植物生育阻害物質の分解2020

    • 著者名/発表者名
      川村修平,高橋克幸,高木浩一,颯田尚哉,藤尾拓也
    • 学会等名
      第37回プラズマ・核融合学会年会
  • [学会発表] パルスパワーによる水中プラズマの形成と環境浄化および農水分野への利用2020

    • 著者名/発表者名
      高橋克幸,高木浩一
    • 学会等名
      2020年日本表面真空学会学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] パルスパワーを用いた液面放電の発生と液中ラジカル供給量の評価2020

    • 著者名/発表者名
      高橋克幸,高木浩一
    • 学会等名
      プラズマ材料科学第153委員会第146回研究会
    • 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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