(57)【要約】【課題】土壌の種類や地温等による違いを考慮することなく、植物に害が及ぶ条件を識別して的確な潅水を行う。【解決手段】土壌中の酸素濃度を測定し、測定された酸素濃度が所定値以下となった時は、潅水を抑制する。ここで、栽培目的に合わせて根の活性を保つことが有効な位置の酸素濃度を測定することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中の酸素濃度を測定し、
測定された酸素濃度が所定値以下となった時は、潅水を抑制することを特徴とする植物栽培の潅水制御方法。
【請求項２】
栽培目的に合わせて根の活性を保つことが有効な位置の酸素濃度を測定することを特徴とする請求項１に記載の植物栽培の潅水制御方法。
【請求項３】
植物に潅水する潅水手段と、
土壌中の酸素濃度を測定する酸素濃度センサーと、
測定された酸素濃度が所定値以下となった時は、前記潅水手段による潅水を抑制する制御手段と、
を備えたことを特徴とする植物栽培の潅水制御装置。
【請求項４】
前記酸素濃度センサーが、栽培目的に合わせて根の活性を保つことが有効な位置の酸素濃度を測定するようにされていることを特徴とする請求項３に記載の植物栽培の潅水制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物栽培の潅水制御方法及び装置に係り、特に、過剰な潅水を的確に防止することが可能な植物栽培の潅水制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物栽培における潅水の制御方法については、タイマー式、日射比例式、土壌水分の含有率をセンサー等で検出して潅水を開始する方法などが知られている。特に、潅水後一定時間が経過するまで次の潅水を行わないタイマー式や、土壌水分が一定値よりも高い時には潅水を行わないものが製品化されている。
【０００３】
又、特許文献１には、前回の潅水からの経過時間によって潅水量を調節する技術が記載され、特許文献２には、日射量の積算値に応じて潅水量を変更する技術が記載され、特許文献３、４には、土壌中の水分変化に応じて潅水を制御する技術が記載されている。
【０００４】
又、本発明と同様に酸素濃度を潅水制御に用いる技術として、特許文献５には、酸素濃度が低下したことを肥料要求量が高いことの指標として用い、肥料濃度を上げる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３９４３９６号公報
【特許文献２】特開２０１６−１２７８１５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０２７１２号公報
【特許文献４】特開平８−１４０５０８号公報
【特許文献５】特開平２−２７３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
土壌の過湿害を防ぐためには、既に十分な量の水を含んだ土壌に更に大量の潅水をしないよう制御する必要がある。これまでの技術では、植物の吸水量を反映する指標（経過時間、日射量）を用いて土壌中の水分量を推測する方法や、直接的に土壌中の水分含有率を測定する方法が用いられている。
【０００７】
しかしながら、そもそも過剰な潅水が植物に害を及ぼすのは、土壌中の水分量が多過ぎると水中では酸素の溶解度と移動速度が小さいために、土壌中の空気の交換が妨げられ、根が低酸素に晒されて呼吸が妨げられるからである。即ち、図１に例示する如く、植物の根３２や微生物３４は、土壌空隙中の酸素を利用して呼吸を行い、生命活動を維持している。図において、１０は地面、１２は土粒子、２０は酸素、２２は水である。
【０００８】
土壌空隙中の水２２にもある程度の酸素が溶け込むことができ、植物はその溶存酸素を呼吸に利用する。しかし、水２２への酸素２０の溶解度は約０．０３ｍ3／ｍ3と低く、水２２中の酸素２０の拡散係数は０．００２ｍｍ3／ｓと空中の２０ｍｍ3／ｓと比べて著しく低い。そのため、イネ等の低酸素への耐性が特に高い一部の種を除き、経済栽培に利用される多くの作物では土壌空隙中に十分な酸素がないと根３２に障害を受ける。
【０００９】
土壌空隙への酸素２０の供給は、上方の大気から土粒子１２の間の空隙を通って行われる。この時、土壌空隙が水２２によって満たされていると、前述のとおり、水２２中の酸素２０の移動速度が小さいため、酸素２０の移動が妨げられる。そのため、土壌空隙の多くが水２２に満たされている状態、即ち土壌水分率が高い条件では、根３２への酸素２０の供給が妨げられ、根３２に障害が生じる。同じ土壌水分の含有量でも、有機質土壌や地温が高い条件等、低酸素になりやすい条件では過湿害が生じやすい。植物の種類によって異なるが、低酸素耐性が低い植物、例えばブドウでは土壌酸素濃度が１５％、低酸素耐性が高い植物、例えばミカン、トマト、キュウリ、ナス等では、土壌酸素濃度が５％まで低下すると生育が阻害される。
【００１０】
しかしながら、従来の方法では、土壌の性質や地温の違いによる過湿害の生じやすさは考慮されておらず、より過湿害が生じやすい条件を検知して潅水を制御することができなかった。
【００１１】
又、土の中への酸素の供給は空気と接する上方からに限られる一方、土の中では植物の根３２や微生物３４によって酸素２０が消費されるため、深い層ほど酸素濃度が低下する。この時、浅い部分の土の水分含有量が多いと、より深い所の酸素濃度が低下するのに対し、深い所の水分量は、より浅い所への酸素濃度に影響しない。そのため、同じ土壌水分の含有量であっても、根への酸素供給という観点でみると、その影響は深さによって異なる。従って、図２の左側に例示する如く、土壌水分センサー４０を用いて過湿害を防ぐためには、複数の深さにセンサーを設置するか、試行錯誤によって適切な設置深さを見つけなければならないという問題点も有していた。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、土壌の種類や地温等による違いを考慮することなく、潅水量を的確に制御することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
土壌中の酸素濃度は、土壌水分の含有量が過剰でなく、ガス交換が妨げてられていない状態であれば大気濃度に等しい。ガス交換が妨げられると土壌中の根や微生物の呼吸により酸素濃度が低下し、土壌酸素濃度センサーで酸素濃度低下を検出することができる。土壌酸素濃度が植物に障害をもたらす水準に至る前に潅水を抑制すれば、植物の吸水や蒸発によって土壌水分が減少し、ガス交換が回復して土壌酸素濃度が上昇する。
【００１４】
本発明はこのような知見に基いたもので、土壌中の酸素濃度を測定し、測定された酸素濃度が所定値以下となった時は、潅水を抑制することにより、前記課題を解決するものである。
【００１５】
ここで、栽培目的に合わせて根の活性を保つことが有効な位置の酸素濃度を測定することができる。
【００１６】
本発明は、又、植物に潅水する潅水手段と、土壌中の酸素濃度を測定する酸素濃度センサーと、測定された酸素濃度が所定値以下となった時は、前記潅水手段による潅水を抑制する制御手段と、を備えたことを特徴とする植物栽培の潅水制御装置を提供することにより、同様に前記課題を解決するものである。
【００１７】
ここで、前記酸素濃度センサーは、栽培目的に合わせて根の活性を保つことが有効な位置の酸素濃度を測定するようにすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、図２の左側に示したような、土壌水分の含有量やポテンシャルではなく、図２の右側に示したように、土壌中の酸素濃度を測定することで過湿を検知し、過剰な潅水を行わないように制御することができる。酸素濃度はガルバニ電池等の安価で簡便な方法でも、わずかな低下を精度よく検出することができる。土壌中の酸素濃度の低下は、植物に害を及ぼす直接的な原因であるため、土壌の種類や地温等による違いを考慮することなく、植物に害が及ぶ条件を識別して、的確に潅水を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の原理を説明するための、土壌中のガス交換のメカニズムを説明するための図
【図２】同じく深さと土壌酸素濃度の関係の例を示す図
【図３】本発明の実施形態の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００２１】
本実施形態は、図３に示す如く、作物３０の根３２の近傍に土壌酸素濃度センサー５０を埋設し、該土壌酸素濃度センサー５０の出力を受けて停止信号を発生する制御装置５２により、タイマーや日射センサー等を備えた潅水制御装置６０から潅水を供給している給水装置６２に停止信号を送るようにしたものである。
【００２２】
本実施形態によれば、土壌酸素濃度センサー５０で検出される土壌酸素濃度が所定値、例えば低酸素耐性が低い植物では１５％以下、低酸素耐性が高い植物では５％以下となった時に、制御装置５２により給水装置６２に停止信号を送って潅水を停止する。これにより、土壌中の酸素濃度を適切な範囲に維持することができる。
【００２３】
土壌酸素濃度の低下は、その場所の根に対する直接の害の危険性を示すため、土壌酸素濃度センサー５０は、それぞれの植物の根の分布特性や栽培管理手法によって定まる根の分布範囲に応じて、設置深さと設置箇所を定めることができ、例えば根がある最も深い位置の酸素濃度を測定するように配設することができる。
【００２４】
前記土壌酸素濃度センサー５０としては、例えばガルバニ電池等の安価で簡便な市販のセンサーを用いることができる。
【実施例１】
【００２５】
最低潅水時間制御の置換え
潅水後一定時間は潅水を行わないようにすることで、過剰な潅水を防ぐ最低潅水時間制御の場合、土壌の乾きやすさは土の種類や気温、湿度等の気象条件に作用されるため、潅水後、次の潅水を停止する時間の長さを正しく求めることが困難である。これに対し、本発明の土壌酸素濃度による制御を用いれば、過剰な潅水によって土壌への酸素の供給が妨げられたことや、そこから回復したことが、どのような土壌や気象の条件においても識別できるため、適切なタイミングで潅水の停止と再開を行うことができる。
【実施例２】
【００２６】
土壌水分率制御の置換え
土壌水分が高い場合には潅水を行わないようにすることで過剰な潅水を防ぐ土壌水分率制御の場合、潅水を停止すべき土壌水分の含有率の値は土壌の種類によって異なるため、未知の土壌では実際にどれくらいの土壌水分の含有率で潅水を停止するべきか、試行錯誤によって求めなければならない。これを本発明の土壌酸素濃度による制御で置き換えて、潅水の開始は日射比例式をそのまま用い、土壌水分センサーの代わりに土壌酸素濃度センサー５０を用いることで、未知の土壌においても適切な土壌酸素濃度を保つように潅水を抑制することができる。
【００２７】
なお、本発明の置換え又は組合せ対象は、これらの最低潅水時間制御や土壌水分率制御に限定されない。土壌酸素濃度センサーの種類も、ガルバニ電池によるものに限定されない。
【符号の説明】
【００２８】
１０…地面
１２…土粒子
２０…酸素
２２…水
３０…作物
３２…根
５０…土壌酸素濃度センサー
５２…制御装置
６０…潅水制御装置
６２…給水装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019170201.tif 000005