(57)【要約】【課題】日射量を考慮して灌水量制御する灌水装置において、ブドウの生育により適した灌水量制御を行うことが可能な灌水装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、ブドウの樹木５への灌水を行う灌水部２と、制御部３と、ブドウの樹木５への日射量を検出する日射量検出手段４とを備え、制御部３が、上記検出された日射量に基づいてブドウの樹木５への灌水量を制御する灌水装置において、ブドウの樹木５の樹幹内の含水量を検出する含水量検出手段６を設け、制御部３が上記日射量及び含水量に応じて灌水量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブドウの樹木（５）への灌水を行う灌水部（２）と、制御部（３）と、ブドウの樹木（５）への日射量を検出する日射量検出手段（４）とを備え、制御部（３）が、検出された日射量に基づいてブドウの樹木（５）への灌水量を制御する灌水装置において、ブドウの樹木（５）の樹幹内の含水量を検出する含水量検出手段（６）を設け、制御部（３）が上記日射量及び含水量に応じて灌水量を制御する灌水装置。
【請求項２】
制御部（３）は、上記日射量検出手段（４）によって積算日射量を検出し、制御部（３）が該積算日射量に基づいて推定灌水量を算出し、該推定灌水量を、検出された上記含水量に基づいて増減補正して上記灌水量を定める請求項１の灌水装置。
【請求項３】
制御部（３）は、含水量に基づいて増減係数の値を決定し、推定灌水量に増減係数を乗ずることにより上記灌水量を定める請求項２の灌水装置。
【請求項４】
制御部（３）は、ブドウの育成に関係する圃場条件に基づいて圃場係数の値を決定し、上記灌水量に反映させる請求項１，２又は３の灌水装置。
【請求項５】
制御部（３）は、予め定めた所定の時刻毎に灌水を行う請求項１，２，３又は４の灌水装置。
【請求項６】
上記含水量検出手段（６）が電磁波を用いたブドウの樹木（５）の樹幹内の誘電率の測定により含水量を推定して検出するように構成された請求項１，２，３，４又は５の灌水装置。
【請求項７】
上記含水量検出手段（６）として時間領域反射法を用いて含水量を検出する請求項６の灌水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ブドウの樹木に対して灌水を行う灌水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブドウの樹木への灌水作業にあたっては、灌水量が多過ぎると果実の裂果や糖度の低下等の品質低下を招き、灌水量が少な過ぎると光合成産物の生産能力が低下し果実肥大や果実への糖の集積が抑制されてしまうため、従来は高品質のブドウを生産するためにブドウ農家の長年の経験に基づいて灌水量を調整する必要があった。そこで、高品質ブドウ果実の生産に適した灌水作業を自動化することで熟練者でなくても高品質のブドウを生産できる灌水装置の開発が行われてきた。
【０００３】
その１つとして、灌水を行う灌水部と、マイコン等からなる制御部と、蒸散量と相関の高い日射量を検出する日射量検出手段とを備え、検出された日射量に基づいて制御部が灌水量を定め、蒸散量に応じた灌水を自動的に行う特許文献１に示す灌水装置が従来公知となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−７５４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の灌水装置では、湿度等、樹体内の水分状態の影響を加味した蒸散量が反映されず、日射量に基づいて灌水量を制御するため、状況によってはブドウの生育に適した灌水を行うことができない場合があるという課題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決し、日射量を考慮して灌水量を制御する灌水装置において、ブドウの生育により適した灌水量の制御を行うことが可能な灌水装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明の灌水装置は、第１にブドウの樹木５への灌水を行う灌水部２と、制御部３と、ブドウの樹木５への日射量を検出する日射量検出手段４とを備え、制御部３が、検出された日射量に基づいてブドウの樹木５への灌水量を制御する灌水装置において、ブドウの樹木５の樹幹内の含水量を検出する含水量検出手段６を設け、制御部３が上記日射量及び含水量に応じて灌水量を制御することを特徴としている。
【０００７】
第２に、制御部３は、上記日射量検出手段４によって積算日射量を検出し、制御部３が該積算日射量に基づいて推定灌水量を算出し、該推定灌水量を、検出された上記含水量に基づいて増減補正して上記灌水量を定めることを特徴としている。
【０００８】
第３に、制御部３は、含水量に基づいて増減係数の値を決定し、推定灌水量に増減係数を乗ずることにより上記灌水量を定めることを特徴としている。
【０００９】
第４に、制御部３は、ブドウの育成に関係する圃場条件に基づいて圃場係数の値を決定し、上記灌水量に反映させることを特徴としている。
【００１０】
第５に、制御部３は、予め定めた所定の時刻毎に灌水を行うことを特徴としている。
【００１１】
第６に、上記含水量検出手段６が電磁波を用いたブドウの樹木５の樹幹内の誘電率の測定により含水量を推定して検出するように構成することを特徴としている。
【００１２】
第７に、上記含水量検出手段６として時間領域反射法を用いて含水量を検出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように構成される本発明の灌水装置によれば、日射量のみならず、土壌の水分状態や根の量・活性によって影響される吸水量や湿度の影響を受ける蒸散量の変化が反映される樹幹内の含水量を考慮することにより、ブドウの生育により適した灌水量制御を行うことが可能であるため、熟練者でなくても高品質のブドウ果実を生産できるという効果がある。
【００１４】
また、制御部は、圃場の状態に基づいて圃場係数を決定し、上記灌水量に反映させる構成にすることにより、圃場面積や土壌特性等の圃場条件を考慮することができるため、多様な圃場にそれぞれより適した灌水量を定めることが可能になるという効果がある。
【００１５】
さらに、細く短いステンレスや鉄製の釘を樹幹に挿入し、電磁波を利用して比誘電率から含水量を測定する方法（電磁波の伝播速度を用いたＴＤＲ法（時間領域反射法）など）によって含水量を検出する手段を構成しているため、樹木を破壊することなく含水量を検出して潅水制御に利用することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した灌水装置の概念図である。
【図２】水分センサの構成を示す概要図である。
【図３】ＴＤＲ値と主幹の体積含水率との相関関係を回帰分析により示したグラフである。
【図４】日平均灌水量と主幹の体積含水率との相関関係を回帰分析により示したグラフである。
【図５】ブドウの品種の１つであるデラウェアについて、果実糖度と主幹の体積含水率との相関関係を回帰分析により示したグラフである。
【図６】ブドウの品種の１つであるデラウェアについて、果色と主幹の体積含水率との相関関係を回帰分析により示したグラフである。
【図７】制御部が行う灌水制御の処理手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明を適用した灌水装置の構成を示す概念図である。本発明を適用した灌水装置は、入力された観測値等の情報からブドウの樹木５の育成に適した灌水量を定める灌水量管理部１と、該灌水量管理部１により定められた灌水量に応じて灌水する灌水部２とから構成されている。
【００１８】
上記灌水量管理部１は、マイコン等からなる制御部３と、該制御部３の入力側に日射量を検出する日射量検出手段４（以下、日射センサ４）と、ブドウの樹木５の体積含水率（樹幹内の単位体積当りの水分量）を検出する含水量検出手段６（以下、水分センサ６）と、圃場面積等の圃場条件その他条件の値を制御部３に入力するための入力手段であるキーボード７と、上記制御部からの情報を出力するための出力手段であるディスプレイ８とから構成されている。
【００１９】
日射センサ４は、光量子センサ等からなり、検知される光量を日射量として検出する。制御部３は、時間経過に伴って検知された複数の日射量を順次積算していくことにより、積算日射量を検出するように構成されている。すなわち、これによって、ブドウの樹木５が所定時間内にどれくらい太陽の光を浴びたかを算出する。
【００２０】
水分センサ６は、ブドウの樹木５の樹幹のうちで枝分かれする前の主要な部分（以下、主幹）内の体積含水率を、電磁波を用いた比誘電率の検知、具体的には、時間領域反射法（ＴＤＲ法）などの方法を用いて体積含水率を検出する。ちなみに、詳細は後述するが、比誘電率は水とブドウの樹木５で大きく異なるため、比誘電率を測定することにより主幹の体積含水率を検出することが可能になる。
【００２１】
そして、灌水量管理部１は、日射センサ４及び水分センサ６により検出された積算日射量及びブドウの樹木５の樹幹内の体積含水率と、その他圃場条件等とに基づいて、制御部３により、ブドウの育成に適した灌水量を定める。
【００２２】
上記灌水部２は、地下水や川等からポンプ等によって汲み上げられた灌水用の水を圃場側に配水する灌漑用パイプ９と、ブドウの樹木５（さらに具体的には、ブドウの樹木５が植えられた土壌の表面）に灌水を行う点滴チューブ等である灌水器具１３と、制御部３からの電気的な制御信号に基づいて灌漑用パイプ９から灌水器具１３に供給される水の流路を開閉する電磁弁である灌水バルブ１１と、灌水バルブ１１から灌水器具１３に供給される水の量を検出してその値を制御部３にフィードバックする水量センサ（水量検出手段）１２と、を備えている。
【００２３】
そして、灌水部２は、予め設定した所定の時間毎に上記灌水量制御部１により定められた灌水量の分だけブドウの樹木５が植えられた圃場への灌水を行う。具体的には、１日に数回、予め定められた時刻に灌水を行うが、その際の灌水量は、直前に灌水を行った時からその灌水時までの積算日射量と、その灌水時の主幹内の体積含水率等とに基づいて決定される。ちなみに、上記定められた時刻や、灌水を行う回数は、キーボード７等によってディスプレイ８を見ながら変更できる。
【００２４】
なお、灌水器具１３としては、点滴灌水を行うチューブを用いたが、この他、ブドウの樹木５の根域に灌水を行うマイクロスプリンクラー等を採用してもよい。
【００２５】
次に、図２に基づいて、水分センサ６の構成を説明する。
図２は、水分センサの構成を示す概要図である。上記水分センサ６は、誘電率を検出する誘電率法の一種であるＴＤＲ法（時間領域反射法）を用いて体積含水率を検出している。該水分センサ６は、樹木に挿入される一対のプローブである釘１４と、高周波数（具体的には、３０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数）の電磁波（以下、検出波）を利用することにより前記一対のプローブ１４を介して樹幹内の体積含水率の検出を行う検出部１６と、検出部１６とプローブ１４とを接続する接続部１７とから構成されている。
【００２６】
まず、所定間隔（具体的には約３ｃｍ）を介して並列配置された一対のプローブ１４をブドウの樹木５の樹幹内に所定量（具体的には約１ｃｍ程度）挿入する。続いて、検出部１６は、発生させた検出波を、接続部１７を介して、プローブ１４に出力する。該検出波は、プローブ１４の接続部１７側端（以下、始端）から樹幹内への挿入側端（以下、終端）に伝播された後、再び始端に戻り、接続部１７を介して、検出部１６に入力される。
【００２７】
この際、プローブ１４の樹幹内への挿入長さＬの２倍分、該検出波は樹幹内を伝播したことになるが、検出部１６に再び戻された上記検出波から、検出波が樹幹内の移動に要した時間ｔを計測することができる。ちなみに、この手法は従来公知であるため、詳細は割愛するが、上記検出部１６に戻ってくる検出波の波形等によって、時間ｔを計測できる。
【００２８】
ここで、検出波のブドウの樹木５での伝達速度をｃとすると、以下の式が成り立つ。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
また、ブドウの樹木５の樹幹内での検出波の伝達速度ｃは、真空中での光の速度をｃ０、樹幹内の比誘電率をεγ、樹幹内の比透磁率をμγとすると、以下の式で表される。
【００３１】
【数２】
2011092152.tif 000004
【００３２】
上記二式により、ブドウの樹木５の樹幹内の比誘電率εγは以下の式によって求められる。
【００３３】
【数３】
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【００３４】
すなわち、プローブ１４の樹幹内への挿入長さＬと、検出波がブドウの樹木５の樹幹内の移動に要した時間ｔとが分かれば、樹幹内の比誘電率εγが求まり、この比誘電率（εγ）から樹幹内の体積含水率を推定できる。具体的に比誘電率を検出することにより体積含水率が推定可能な水分センサ６から検出される値（以下、ＴＤＲ値）は比誘電率εγに対応する値であって、このＴＤＲ値と体積含有率とには、高い相関関係が認められる。
【００３５】
図３は、ＴＤＲ値と主幹の体積含水率との相関関係を回帰分析により示したグラフである。同図に示す通り、ＴＤＲ値と、ブドウの樹木５の主幹内の体積含水率との間には２次関数で表される相関関係が認められ、この式を用いることにより、ＴＤＲ値から体積含水率を算出できる。
【００３６】
ちなみに、主幹内の体積含水率は、主幹内にある導管の水分状態との関係が高い。つまり、主幹内の導管は常に水で満たされているわけではなく、水の量は吸水量と蒸散量との差によって変化する。つまり、葉からの蒸散量に対して根からの吸水量が少ない場合には少なくなり、体積含水率が低下してＴＤＲ値は小さくなる。この状態が長く続くと、葉や果実が水分欠乏状態になることが予想されるので、根からの吸水量を増やすため潅水量を多くする必要がある。逆に、根からの吸水量が多く蒸散量が少ない場合には体積含水率は高くＴＤＲ値は大きくなる。このような状態では、潅水により土壌の水分が過剰な状態となることが予想されるため潅水量を少なくする必要がある。
【００３７】
このようにして、ＴＤＲ値により、樹体内における水分の過不足を考慮できるため、樹体が必要とする水分量を反映させた灌水量を求めることが可能になる。
【００３８】
図４は、１日当たりの平均灌水量（以下、日平均灌水量）と主幹内の体積含水率との相関関係を回帰分析により示したグラフである。同図に示す通り、日平均灌水量と、ブドウの樹木５の主幹内の体積含水率との間には、２次関数で表される高い相関関係が認められる。このため、ブドウの樹木５に与える水の量を調整することにより、ブドウの樹木５の主幹内の体積含水率を調整できることがわかる。つまり、灌水量を多くすれば体積含水率が高くなり、灌水量を少なくすれば体積含水率が低くなる。
【００３９】
図５は、ブドウの品種の１つであるデラウェアについて、果実糖度と主幹内の体積含水率との相関関係を回帰分析により示したグラフである。同図に示される通り、上記水分センサ６により検出されるブドウの樹木５の主幹内の体積含水率と、ブドウの糖度（以下、果実糖度）との間には、２次関数で表される相関関係が認められる。
【００４０】
図６は、ブドウの品種の１つであるデラウェアについて、ブドウの果皮色の良さを示す値（以下、果色）と主幹内の体積含水率との相関関係を回帰分析により示したグラフである。同図に示される通り、果色と上記水分センサ６により検出されるブドウの樹木５の主幹内の体積含水率との間には、２次関数で表される相関関係が認められる。
【００４１】
これにより、水分センサ６によって検出される主幹内の体積含水率が、所定範囲（以下、育成最適範囲）内に収まるように灌水量を制御すれば、果実糖度及び果色が良好な高品質のブドウ果実が生産できる。具体的には、水分センサ６により検出される主幹内の体積含水率が５７〜６１％の範囲に収まるように灌水量の管理を行う。
【００４２】
なお、本実験ではデラウェアについて高品質なブドウ果実の生産に適した主幹内の体積含水率が確認されたが、他の品種についても若干値を変更することにより、適用可能である。ちなみに、その品種に適した体積含水率は、上述の手段と同様の手段によって、回帰分析を行うことにより、求める。
【００４３】
次に、図７に基づいて制御部３のデラウェア栽培時における灌水制御に関する処理手順を説明する。なお、他品種においても上記回帰分析により品種ごとに育成最適範囲を算出することで同様の灌水制御を行うことが可能である。
図７は、制御部が行う灌水制御の処理手順を示すフロー図である。同図に示されるように、制御部３は、上述した予め設定された所定時刻になると、灌水制御が開始し、ステップＳ１に進む。ステップＳ１では日射センサ４により前回の灌水制御終了時からの積算日射量を検出し、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、上記水分センサ６によりブドウの樹木５の主幹内の体積含水率を検出し、ステップＳ３に進む。
【００４４】
ステップＳ３では、上記で検出された主幹内の体積含水率が育成最適範囲よりも低い（具体的には、体積含水率が５７％未満）か否かを検出し、低い場合にはステップＳ４に進む一方で、低くない場合にはステップＳ５に進む。ステップＳ４では、灌水量を決定する際に用いる増減係数Ｖの値を１よりも大きな値（具体的には、１．２）にセットし、ステップＳ６に進む。
【００４５】
ステップＳ５では、検出された主幹内の体積含水率が育成最適範囲よりも高い（具体的には、体積含水率が６１％を超えている）か否かを検出し、高い場合にはステップＳ７に進み、高くない場合にはステップＳ８に進む。ステップＳ７では、上記増減係数Ｖの値を１よりも小さい値（具体的には、０．８）にセットし、ステップＳ６に進む。ステップＳ８では、増減係数Ｖを１にセットし、ステップＳ６に進む。
【００４６】
ステップＳ６では、上述のようにして、検出された積算日射量Ｚと、値がセットされた増減係数Ｖとを用いて以下の数式から、ブドウの樹木５に与える水の量である灌水量Ｗを決定し、ステップＳ９に進む。
【００４７】
【数４】
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【００４８】
ここで、Ｚ１は積算日射量Ｚから灌水量を推定するための予め定められた係数を表し、Ｋは圃場面積等の圃場条件を反映させた圃場係数を表している。ちなみに、ブドウの育成に関係する圃場条件を示す係数である上述の圃場係数Ｋは、土壌の硬度や体積含水率等を考慮した値としてもよい。
【００４９】
ステップＳ９では、灌水バルブ１１を開動作させることにより、灌水器具１３を介したブドウの樹木５への灌水を開始し、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、今回の処理フローにおいて灌水を開始してから現在に至るまでに、灌水バルブ１１から灌水器具１３に供給された水の流量Ｑ（すなわち、ブドウの樹木５に与えられた水の量）を検出し、ステップＳ１１に進む。
【００５０】
ステップＳ１１では、ステップＳ１０において検出された流量Ｑが、ステップＳ６において決定された灌水量Ｗ以下であるか否かを検出し、流量Ｑが決定された灌水量Ｗ以下である場合には、ステップＳ１０に処理を戻し、灌水を続行する一方で、流量Ｑが決定された灌水量Ｗを超えた場合には、直ちに処理をステップＳ１２に進める。ステップＳ１２では、灌水バルブ１１を閉動作させることにより、灌水器具１３を介した灌水作業を終了させる。
【００５１】
上記灌水制御によれば、制御部３が日射センサ４により検出された積算日射量Ｚに基づいて推定灌水量（Ｚ×Ｚ１×Ｋ）が定められ、該推定灌水量に、水分センサ６により検出された主幹内の体積含水率に基づいて決定する増減係数を乗算することで灌水量Ｗが決定される。
【００５２】
ところで、ブドウの樹木は、生育時期によって適切な灌水量が異なるため、ブドウの生長段階に応じた灌水量を管理することが好ましい。
【００５３】
次に、表１に基づいて、ブドウの生育段階別に応じた灌水量の管理について説明する。
【００５４】
【表１】
2011092152.tif 000007
【００５５】
同表に示す通り、ブドウの被覆時期から、種なしブドウの生産や成長促進に効果のあるジベレリン処理（以下ＧＡ処理）を経て、ブドウの花の満開後２０日経過前までは、ブドウの樹木の葉が早期に拡大するように、毎日、所定量の水を、ブドウの樹木５に与える。ちなみに、この際の灌水量は、毎日同一となる
【００５６】
次に、ブドウの花が満開になってから２０日を経過した後は、果実糖度が高く、果皮色の良い高品質なブドウが生育するように、図７に示す灌水制御によって灌水量を決定し、この灌水量分の水をブドウの樹木５に与える。すなわち、図７に示す灌水制御は、ブドウの花が満開になってから２０日を経過した後から、落葉期までの間、行われる。
【００５７】
なお、ブドウを収穫した後に、新梢が伸び過ぎてしまうと来年の貯蔵養分を消費してしまうため、ブドウの花が満開になって２０日を経過した後から落葉期までの間でも、ブドウの収穫後（特に、９月始〜落葉期）は、推定係数Ｚ１及び圃場係数Ｋを減少させてもよい。これによって、翌年以降の高品質なブドウの栽培を、より容易に行うことが可能になる。
【００５８】
以上のようなブドウの樹木５の育成手段によれば、熟練者でなくても、高品質のブドウ果実を、安定的に生産することが可能になる。
【００５９】
なお、上述の例では、一のブドウの樹木５に対する灌水制御について説明したが、これを複数のブドウの樹木５に適用することも可能である。例えば、圃場における土壌の水分分布が一様の場合には、複数のブドウの樹木５から１つを選んで、これに水分センサ６を取付けるとともに、灌水部２をブドウの樹木５毎に設けて、図７に示すような灌水制御を行う。一方、例えば、圃場における土壌の水分分布に偏りがある場合には、複数のブドウの樹木５から土壌の水分量が異なるものを幾つか選定し、これらに対して、それぞれ水分センサ６を設けるとともに、灌水部２をブドウの樹木５毎に設けて、図７に示すような灌水制御を行う。
【符号の説明】
【００６０】
２  灌水部
３  制御部
４  日射センサ（日射量検出手段）
５  ブドウの樹木
６  水分センサ（含水量検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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