植物はどんなふうに生長するの?(How a plant grows)

バイオマスの単純化(Biomass simplification)

PlantStudio の作成を始めた当初、植物の成熟時の全量や植物各部の量をバイオマス(biomass:生体量)(乾燥重量として)として明確に計測する予定でした。例えば、トマトでは、地上部の乾燥重量は、0.8 kg で、このうち、0.5 kg が果実、0.2 kg が葉、0.1 kg が茎、とかいうように…。しかし、いくつかの点で、こうした数字の正確さは不必要であり、それをすべて描き出そうとすれば不便である、ということがわかりました。それで、PlantStudioでは単純に、予想される最大時の植物バイオマスを100%とし、すべてのバイオマスをこれに対するパーセンテージで扱うことにしました。こうすることで、10フィートの潅木であろうが小さな2インチの花であろうが、その成長を同一のやり方で取り扱うことができます。

成長の全体(Overall growth)

PlantStudio では、植物の生長の全体をシミュレートするのに単純なS字曲線(S-curve)を用いています。この曲線の頂の点は、植物の最大時のバイオマス(100% maximum plant biomass)(MPB)になります。全般:成長曲線(General parameters:Growth curve)パラメータで設定できます。


[訳注:横軸は相対年齢(全生涯を1とした時の年齢)、
  縦軸はバイオマス(最大生長時に対する割合)]

PlantStudio は、植物の生涯の一日一日ごとに、この植物の生長のS字曲線に従って、植物全体のバイオマスを地道に数値化して、新しく成長した分を積み上げていきます。植物の生涯の全日数は、全般:成熟年齢(General parameters:Age at maturity)パラメータで決定されます。

S字曲線について(About S curves)

典型的なS字曲線には、指数的に増加して傾きが増していく部分と、傾きの増加が止まり減少に転ずる点と、傾きが減少して収束に向かう部分とがあります。これがS字曲線と呼ばれるのは、大雑把に見ると、「S」の字を寝かしたように見えるからです。Sの字曲線は、自然界ではしばしば見られるものです。器官の成長とか限りある環境下での人口の増加とかいった、自身に上限を持つ物事の進行の過程を、このS字曲線でうまく表示できるのです。

例えば、ある島に2羽のウサギがいるとしましょう。この島の食料供給には限りがあるものとします。このとき、ウサギの頭数は、当面の間(食料が豊富にある限りにおいて)指数的に増加するでしょう。その後、増加は減速し始め、最終的には、この島の収容能力、すなわち、この島に収容可能なウサギの頭数、を維持するあたりに増加は収束するでしょう。ある意味で、ここでいうウサギを植物の各部分に置き換えて考えることが可能です。植物各部は、利用可能な光合成産物(光合成によって太陽エネルギーを変換したエネルギー)や養分(根から吸収されたもの)を競争して奪い合っているのです。

光合成産物と養分の分配
(Allocation of photosynthate and nutrients)

PlantStudio の植物成長モデルでは、養分(と水)は限りなくあるものと仮定しています(将来のバージョンで、これらを限定した場合の効果を付け加えるかもしれないです)。PlantStudio では、植物の1日ごとの新規成長分を次の2つのステップで分割します:第一に、栄養成長部分(茎や葉)と生殖成長部分(花や実)に、第二に、各部の個々の部分に。

第一の分配は、栄養生殖部分と生殖成長部分とで行なわれます。分配の仕方は単純で、時間の経過とともに生殖成長部分への分配が直線的に増加していきます。


[訳注:横軸は、相対年齢(relative age)
  縦軸は、バイオマス(total biomass)
  生殖部分(花など)への分配(reproductive allocation)]

全般:開花年齢(General parameters:Age at which flowering starts)パラメータは、この直線の上り始めの時点(上図では 横軸 0.4 のところ)を決めます。全般:成熟時の植物の全生体量に占める生殖構造の割合(General parameters: Fraction of total plant biomass at maturity in reproductive structures)パラメータは、この直線の最終点(上図では 縦軸 0.6 のところ)を決めます。

第二の分配は、植物バイオマスは植物各部にどのように分配されるか(How plant biomass is distributed among plant parts)で触れます。