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霜

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/06/18 16:08 UTC 版)

植物の凍霜害

「低温障害#農作物の低温障害」および「低温生物学」も参照

霜が降りるような低温で植物体が凍り、生理障害（英語版）を起こしたり凍死したりすることで農作物などに生じる害を凍霜害（とうそうがい）という。このうち、主に秋から初冬にかけての時期の早霜（はやじも）、春から初夏にかけての時期の晩霜（おそじも）の時期に、急に気温が下がったときに起こるものを霜害（そうがい）、植物の耐凍性が高い冬季に霜害よりも低い温度で起こるものを凍害と呼ぶが、どちらも障害の機構は同じである^[2]^[9]^[3]^[40]^[4]。

越冬する植物は秋から冬にかけて、日々気温が下がるとともに組織変化などによる低温順化（低温訓化）が起き、耐凍性を強めていくとともに生長を休止する。この過程をハードニング(hardening)という。一方、春に気温が上がってくると今度は活動を始めるため耐凍性を弱めていく変化をする。例えば、ホウレンソウやコマツナは低温順化により−3℃程度だった耐凍温度が−15℃から−20℃にまで高まるとされている^[3]^[41]^[42]。耐凍性がまだ高くない時期に急に寒くなることで霜害が生じるのである^[43]^[44]。霜害が発生しはじめるのは、おおむね植物体温が−2から−3℃を下回るときとされる^[9]。

霜害

霜害の発生機構

霜害を受けた植物は霜が解けたのち、はじめ油が染みたように変状し、やがて褐色や黒色に変色し、枯死に至る。露出した部分に霜は付きやすく、しばしば凍結した部分と凍結しなかった部分の差が現れる。また葉の温度は周囲の気温よりも低く、その差は風が弱いほど大きくなる。乾燥が強く葉が乾いていると霜ができにくい傾向もある。地面からの熱の伝わりやすさの差異も霜の付き方に関係する^[9]。なお、耐凍性が低い新芽のほか^[4]、花芽や幼果などの部位は被害を生じやすい^[9]。

凍霜害を受ける植物内部ではふつう、細胞外の溶液で凍結が起こり、残りの細胞外溶液が濃くなって浸透圧が高まり、細胞は水を吸い出されて収縮する。主にはこの脱水ストレスに耐えられる限度が耐凍性と考えられている^[41]^[45]。耐凍性の強化は、炭水化物や凍結防止能力をもつプロリン、ポリアミンなどの物質、また不凍タンパク質の増加によるものと考えられている^[45]。一方で急速な凍結では、細胞膜の損傷による電解質の漏出が障害を引き起こし、細胞内の凍結による細胞の破壊も起きると考えられている^[41]^[45]。

耐凍性は植物が受けた低温の履歴や生育時期によって変わる。同じ環境で同じくらいの冷え込みであっても、被害の程度は年によって変わったりする。傾向として暖冬の年は被害が大きく、寒冬の年は小さい^[9]。また霜害や凍害による植物の障害の程度は、耐凍性と、限界となる温度を下回った時間の長さによって決まる^[6]。

葉などの凍結には、シュードモナス・シリンガエなどの氷核細菌（英語版）（INA細菌）の分布も関係していることが分かっている。0℃を数度下回っても溶液は過冷却状態だが、−2から−5℃で氷核を生成する氷核細菌の働きによって凍結する。その温度は氷核細菌の密度に左右され、多いほど高い温度で凍結し耐凍性を変化させる。氷核細菌の密度は例えば、茶畑の茶葉では生葉1gあたり10⁶個程度である^[9]。

植物表面に付く霜そのものも、氷核となって過冷却の溶液を凍結させる植氷作用があると考えられている^[9]^[4]。一方で、霜が降りていないときにも霜害が起こることはある（black frostと呼ぶこともある）^[43]。

霜害の様相と防止

霜害発生を予測するときは予想最低気温を目安にするとよい。地域ごとの細かな予想、特に地形や標高を考慮したものが発表されている場合はこれを利用することが望ましい^[6]^[46]。春と秋の霜が降りるほど気温が下がると予想されるとき、日本では農作物の霜に関する注意喚起として各気象台から霜注意報が発表される。各地の晩霜や早霜の時期に発表されるもので、霜が毎朝降りるような冬の時期には発表されない^[9]^[47]。基準は翌朝の予想最低気温2℃^[9]、3℃^[9]、または4℃^[14]で地域により異なる。この気温で植物の株面は0℃程度、表面は−2℃まで冷える可能性があると考えられている。ただし、霜が発生しやすい場所では5℃程度でも発生しうるため、農業者は自らの畑などの特徴を知ることが必要とされる^[9]。例えば、自らの測定値と周辺のアメダスの気温を比較しその差を把握しておく方法などがある^[9]。なお各国に同様の気象情報があり、例えばアメリカでも予想気温が華氏30 度(°F)台半ばに下がるときFrost Advisoryが発表されるが、冬季を除く植物の成長期が対象^[48]^[19]。

晩霜については「八十八夜の別れ霜（忘れ霜、泣き霜）」ということわざがある。八十八夜とは現在の暦では5月2日頃にあたる時期であり、「この時期になると霜の被害は少なくなる」あるいは「この時期まで霜が降りることがあるので農作業には注意せよ」という意味である^[12]^[49]。

霜害を防ぐためには、計画の段階では、その土地の気候に適した作物や栽培品種を選ぶこと、栽培の段階では、例えば霜害期間を避けて植え付けや収穫を行う、越冬に備えて栄養や灌漑を調整するといった適切な管理を行うことなどが有効である。また、費用と効果などを考慮した上で、加熱法・散水法・送風法などの対策を選ぶこともある^[9]^[6]^[46]。

霜害を受けやすい主な種には、チャ、モモ、リンゴ、ナシ、ブドウ、クワ、ジャガイモ、マメ類、ムギ、トウモロコシ、スイカ、タバコなどが挙げられる^[9]。

無霜期間は植物に必要な生育環境を示す気候指標のひとつに挙げられる。ワタ（綿花）は200日以上、チャやトウモロコシは140日以上の無霜期間が必要とされている。柑橘類や熱帯果樹は無霜地帯で栽培されるほか、無霜地帯は多くの野菜や果樹、花卉園芸の適地とされる^[5]^[21]。

凍霜害による園芸作物の経済的損失は世界各地で報告されている。また、穀物では俗に"winterkill"と呼ばれる冬季の凍霜害がしばしば発生する^[6]。アメリカでは、原因別の農業被害額に占める凍霜害の割合は比較的大きい。カリフォルニア州の柑橘類は霜害により、1990年12月に5億ドル・45万ヘクタール、1998年12月に7億ドルの被害を出している。フロリダ州でも柑橘類が回復に数十億を費やすような霜害を受け、特に1980年代 - 1990年代に頻発したことで、霜を避けるため栽培域は南に遷移した^[6]。

日本では、霜害の被害額は年間百数十億円規模^[9]。信州地方は明治時代以降、養蚕が盛んになったことを背景にクワの栽培が盛んになった。クワは霜害に遭いやすく、1924年（大正13年）には当時の額で約103万円、1927年（昭和2年）には1000万円とも見積もられる被害を出している^[50]。

霜害防止技術

植物の凍霜害防止には以下のような方法がある。ただ、防止効果には限界もある^[12]^[43]。

散水氷結法 - 植物そのものへ水を撒き続けることで、撒いた水が凍結する際に放出する潜熱を利用して、植物の耐凍温度を下回らないよう保温する方法。ただし、散水を長く中断すると却って温度が低下するため、危険とされる温度を下回っている時間は続けなければならない。防霜専用のスプリンクラーを設置すると効率的で、水源のある場所に向いており、園芸団地の整備と併せて行われることがある^[12]。
散水法 - 地面に水を撒き、空気の湿度を上げることで放射冷却を弱める方法^[49]。
送風法、防霜ファン法 - 放射冷却が発生しているときは低空に接地逆転層ができており、ある程度の高さには地表より温かい空気の層がある。これを利用して、送風機（ファン）で風を送り空気を混ぜ、地表の気温の低下を防ぐ方法。弱風のとき葉の周囲にできる葉面境界層で低温が生じるのを防ぐ効果もある。なおこの方法が有効なのは風が弱いときで、また地上6 - 9 mの気温が−2℃以下になる場合は霜を防ぎきれないとされている。日本では茶畑でよく導入され、リンゴやブドウの果樹園にもみられる^[12]^[49]。
被覆法、覆蓋法 - ビニールなどのシート、カバーで覆い保温する方法。莚（むしろ）や菰（こも）を用いるのもこの類^[49]^[43]。覆いを霜覆（しもおおい）、霜囲（しもがこい）、霜除け（しもよけ）と呼ぶことがある^[51]。特に植物ひとつひとつに設置する場合など資材と労力を要する^[43]。（冬囲い、tree shelter、寒冷紗、horticultural fleeceも参照）
燃焼法、加熱法 - 燃料油や練炭などを燃やした熱で加温する方法^[49]^[43]。コンロを果樹園のあちこちに設置する例がある。
燻煙法 - 燃焼により煤煙を生じさせ、放射冷却を弱める方法で、燃焼法とも重複。古くは重油や古タイヤを燃やした例もあったが、煤煙が環境問題を引き起こすため、行われなくなっている^[49]^[43]。

このほか、防霜堤や防霜林を設けたり障害物を除去したりすることで、傾斜地で下方へと流れる冷気を受け止めたり迂回させたりする手法がある。冷え込みが緩いとされる池を設ける方法もある^[43]。

凍害

冬季の凍害は植物の枯死、幹の裂傷（霜割れ（英語版）、凍裂）、発芽や生育の不良などを起こす^[3]。主な種の低温限界は、リンゴが−30℃、ブドウが−25℃から−20℃、ウンシュウミカンは−7℃など^[42]。ブドウの凍害による枯死や発芽不良は「眠り病」と呼ばれる^[3]^[42]。

凍害の対策は被覆や燃焼など霜害と同じような方法をとるが、散水氷結法は適さない^[3]。

霜にあたり枯れたブドウの葉
凍霜害を受けたカリフラワーの葉
凍霜害を受けたトウガラシ
凍霜害を受けたブドウホオズキ
観賞植物の防寒（霜よけ）覆い: ウィーン・フォルクスガルテンのバラ
防寒のためこも囲いがされたソテツ
防寒のためシートで覆われたレタスの苗床
オレンジの果樹園に設置された屋外ヒーター(smudge pots)
茶畑の防霜ファン
散水氷結法により氷に覆われた果樹園のリンゴの枝
燻煙法、1956年フィンランドのジャガイモ畑にて

脚注

注釈

^ 太陽放射と地表からの赤外線放射（外向き長波放射（英語版））の差。プラスは太陽放射が多く、マイナスは地表放射が多いことを示す。
^ 高山気候も参照
^ 海洋性気候も参照
^ アメリカ合衆国農務省作成のハーディネスゾーン (Hardiness zone) を日本向けにしたもの。

出典

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