(57)【要約】【課題】本発明においては、圃場等において土壌中のアンモニア態窒素含有量の測定結果より該アンモニア態窒素の残存日数（硝酸態窒素に変化する日数）を予測演算し、次期施肥計画を出力する土壌分析システムの提供が課題である。【解決手段】土壌中のアンモニア態窒素濃度を測定する土壌分析システム１であって、該土壌分析システム１にはデータベース１０と演算処理部（処理手段３）と入力手段２と表示手段４を有し、該データベース１０には、単位面積あたりの窒素系肥料施肥量に対応した経時的アンモニア態窒素の減少度合い情報が蓄積され、アンモニア態窒素濃度の測定値と、窒素系肥料の施肥量と、施肥日時を元に、前記処理手段３によって、次回の窒素系肥料の施肥量と時期を演算処理して出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中のアンモニア態窒素濃度を測定する土壌分析システムであって、該土壌分析システムにはデータベースと演算処理部と入力手段と表示手段を有し、該データベースには、単位面積あたりの窒素系肥料施肥量に対応した経時的アンモニア態窒素の減少度合い情報が蓄積され、アンモニア態窒素濃度の測定値と、窒素系肥料の施肥量と、施肥日時を元に、前記演算処理部によって、次回の窒素系肥料の施肥量と時期を演算処理して出力することを特徴とする、土壌分析システム。
【請求項２】
前記データベースに記憶する経時的アンモニア態窒素の減少度合い情報は、土質または圃場毎に作成することを特徴とする、請求項１に記載の土壌分析システム。
【請求項３】
前記アンモニア態窒素濃度の測定は圃場毎に複数箇所測定することを特徴とする、請求項１に記載の土壌分析システム。
【請求項４】
前記アンモニア態窒素濃度の測定値の最大値と最小値、または平均値をデータベースに蓄積することを特徴とする、請求項３記載の土壌分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圃場等において土壌中のアンモニア態窒素含有量の測定結果より該アンモニア態窒素の減少度合いを演算し、次期施肥計画を出力する土壌分析システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、農作物を栽培する圃場等においては成長を促進し、収穫量が増加するように施肥作業が行われている。すなわち、農作物の成長には窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の元素が必要であり、自然状態と異なって同じ土壌で繰り返し農作物を栽培する圃場等では該農作物の吸収により、これら元素が不足するため、補給する必要がある。
前記元素のうち窒素、リン、カリウムは肥料の三要素とも呼ばれ、農作物の成長を助長し、開花結実、または、根の発育等に関して特に重要なものであり、施肥作業により大量に農作物に与える傾向にある。
【０００３】
ここで、図５に示すように、窒素は亜硝酸菌、硝酸菌等による微生物４３の作用により、アンモニア態窒素４４、亜硝酸態窒素４５、硝酸態窒素４６へと順次性状を変化させていく。つまり、与えられる肥料としては有機肥料４１、無機肥料４２があり、施肥すると有機肥料４１はアンモニア態窒素４４に、また、無機肥料４２は硝酸態窒素４６にそれぞれ土壌中のバクテリア（菌）により変化する。
アンモニア態窒素４４は土壌中に吸収、保持され易い性状を持つが栄養分としての利用範囲は限定され、イネやブルーベリー等の一部を除いて一般の農作物には吸収されにくい。また、大量の摂取はアンモニアガスの発生や悪臭を放つため、環境汚染に繋がる。
一方、硝酸態窒素４６は土壌に吸収、保持されにくく、地下水や河川等により流亡しやすいが、多くの農作物に吸収され栄養源として利用される。しかし、前記アンモニア態窒素４４と同じく、河川等による大量の流亡は硝酸汚染を招くため、適確な施肥量の管理が必要となる。
【０００４】
このように、窒素は土壌中でバクテリアにより性状を変化させ、有毒なアンモニアガスを発生させたり、自身を有害物質に変化させたりするため、施肥量の管理が必要となる。この施肥量の管理において、最適な施肥計画の情報を提供するシステムとして「特許文献１」が公知となっている。
【特許文献１】特開２００３−３０７５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記「特許文献１」によれば、土壌中のアンモニア態窒素や硝酸態窒素における濃度を測定し、該測定結果をもとに土壌中の窒素濃度分布を演算し、該窒素濃度分布の積分による計算結果から土壌中の窒素量を求め、該窒素量の目標値に対する過不足量を表示するため、前記システムの利用者は測定対象とする土壌の状態を定量的に把握することができ、能率的な施肥計画を実施することができる。
しかし、前記システムでは現状の土壌の状態を把握することは可能であっても、将来における土壌の状態を予測するまでには及ばない。
そこで、本発明においては、圃場等において土壌中のアンモニア態窒素含有量の測定結果より該アンモニア態窒素の残存日数（硝酸態窒素に変化する日数）を予測演算し、次期施肥計画を出力する土壌分析システムの提供が課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、土壌中のアンモニア態窒素濃度を測定する土壌分析システムであって、該土壌分析システムにはデータベースと演算処理部と入力手段と表示手段を有し、該データベースには、単位面積あたりの窒素系肥料施肥量に対応した経時的アンモニア態窒素の減少度合い情報が蓄積され、アンモニア態窒素濃度の測定値と、窒素系肥料の施肥量と、施肥日時を元に、前記演算処理部によって、次回の窒素系肥料の施肥量と時期を演算処理して出力するものである。
【０００８】
請求項２においては、前記データベースに記憶する経時的アンモニア態窒素の減少度合い情報は、土質または圃場毎に作成するものである。
【０００９】
請求項３においては、前記アンモニア態窒素濃度の測定は圃場毎に複数箇所測定するものである。
【００１０】
請求項４においては、前記アンモニア態窒素濃度の測定値の最大値と最小値、または平均値をデータベースに蓄積するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
すなわち、単位面積あたりの窒素系肥料施肥量における、アンモニア態窒素の時間経過による減少度合い情報を予めデーターベースに蓄積した本土壌分析システムを用いることで、測定対象とする土壌中のアンモニア態窒素濃度の測定値、および、窒素系肥料の施肥量と、施肥日時に関する情報さえ入力すれば、これら情報を元にして、前記減少度合い情報を利用して、短時間で次回の窒素系肥料の施肥量と時期とを演算処理して出力することができるため、本システムの利用者は単にアンモニア態窒素濃度を測定し、前回の施肥量と施肥日時に関する情報を用いるだけで、効果的、かつ、無駄のない次期施肥計画を容易に企てることができる。
【００１３】
また、アンモニア態窒素の減少度合い情報は、土質または圃場毎に作成するので、硬度や粘性等が異なる土質や日照や水はけ等が異なる圃場等であっても、正確にアンモニア態窒素の減少度合い情報が得られ、正確な施肥が可能となり、無駄に施肥したり肥料流亡を防ぐことができる。
【００１４】
さらに、複数箇所測定するので、偏りをなくし平均的なンモニア態窒素濃度を測定できるうえ、アンモニア態窒素濃度の測定値の最大値と最小値、または平均値をデータベースに蓄積するので、大きくズレた数値が検出されても、誤差範囲か異常な値かどうかが判断でき、正確なデータを蓄積できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る土壌分析システムの構成を示したブロック図である。
図２は同じく採取した土壌の成分分析結果の入力から処方箋の発行までの一連の流れを示すフローチャートである。
図３は同じく初期情報（データ）の入力から処方箋の発行までの一連の流れを示すフローチャートである。
図４はアンモニア態窒素の減少度合いを示すグラフである。
図５は本発明の一実施例に係る土壌分析システムの出力画面を示す参考図である。
図６は一般的なアンモニア態窒素から硝酸態窒素への変換形態を示す状態図である。
【００１６】
［土壌分析システム１の構成］
まず、本発明の一実施例に係る土壌分析システム１の構成について、図１を用いて説明をする。
【００１７】
土壌分析システム１は該システムに各種情報を入力する入力手段２と、入力された情報を演算処理する処理手段３と、該処理手段３によって演算処理された結果を外部に出力表示する表示手段４と、により構成される。
ここで前記情報には測定対象とする土壌の圃場名称や、該圃場中の測定個所、あるいは、過去に施肥された肥料の名称・成分や、理想とする土壌中の各成分に関する基準範囲等からなる施肥・圃場情報６と、土壌分析装置２２により測定されたアンモニア態窒素の土中含有量の測定結果７と、同じく、土壌分析装置２２により測定されたＰ・Ｋ・Ｃａ・Ｍｇ等の各種成分の土中含有量の測定結果１３等を含むものである。
【００１８】
入力手段２はキーボード２０やバーコードリーダー２１等があり、前記情報を処理手段３に入力するものである。そして、前記土壌分析装置２２を処理手段３に接続することにより、測定結果を直接、該処理手段３に入力することができる。つまり、土壌中の成分分析を土壌分析装置２２によって実行することで、アンモニア態窒素の土中含有量７、および、Ｐ・Ｋ・Ｃａ・Ｍｇ等の土中含有量１３を測定し、その測定値を直接処理手段３へ送信するのである。
【００１９】
処理手段３はＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部８と演算処理装置（ＣＰＵ）９等により構成される。演算処理装置９の命令により前記入力手段２からの情報は一時的に該記憶部８に保存され、データベース１０の必要なデータを読み出して演算処理が実行され、アンモニア態窒素や硝酸態窒素の残存日数が演算結果として出力されデータベース１０に蓄積（記憶）される。
【００２０】
データベース１０はハードディスクやコンパクトディスク等の記憶媒体から構成されており、データベース１０の既存データには、土質または土性毎の、または、圃場毎の単位面積あたりの経過日数ごとに測定した土壌中のアンモニア態窒素濃度が蓄積されており、後述の『アンモニア態窒素の減少度合い情報』として蓄積される。
【００２１】
表示手段４はモニター１１やプリンター１２等により構成されており、前記演算処理装置９により出力された演算結果を外部に可視可能としている。ここで、表示手段４により表示される内容は、後述のとおり、測定対象とする土壌の『アンモニア態窒素の残存日数』だけでなく、現状における土壌の成分分析や、予め設定した基準範囲内に土壌の各成分が収まるための次期肥料施肥計画等が表示される。
【００２２】
ここで、測定対象は畑や田の土壌であり、土性や土質毎に測定しておくことが好ましい。そして、圃場毎に名称を付して測定される。測定方法は、複数の個所から採取し、例えば圃場の周囲の複数箇所と中央部の複数箇所で測定する。この測定箇所は多いほどよく、異なる日時で測定する場合は、その測定位置は同じ位置で測定する。これら試料の土壌分析装置２２による測定値は、最大値と最小値、あるいは、平均値がデータベース１０に記憶される。
【００２３】
すなわち、前記データベース１０に入力する土壌中のアンモニア態窒素濃度の測定値は、測定対象とする一つの圃場に対して、複数入力することとし、該複数の測定値のうち、最大値と最小値または平均値から単位面積あたりの窒素系肥料の施肥量に対応した経時的アンモニア態窒素の減少度合い情報としてデータベース化される。こうして、土壌の測定個所における、測定結果のムラを極力抑えることができ、以後、同じ土壌の土質を分析しても、確実に変化の割合を把握することができる。
【００２４】
［土壌分析システム１による情報処理の流れ］
次に、土壌分析システム１の処理の流れについて、図２、および、図３を用いて説明をする。
まず、図２において、土壌を採取し（ステップＳ１１）、測定を行い（ステップＳ１２、Ｓ２１）、アンモニア態窒素の土中含有量の測定結果７（以下、アンモニア態窒素測定含有量７と示す。）や、同じくＰ・Ｋ・Ｃａ・Ｍｇ（必須元素）等の各種成分の土中含有量の測定結果１３（以下、各種成分測定含有量１３と示す。）等をデータベース１０に蓄積する（ステップＳ１３、Ｓ２２）。
そして同時に、各種成分測定含有量１３は基準値と比較し、不足していることや十分足りているなどの判定結果とともに（ステップＳ２３）、測定値を表示手段に表示する（ステップＳ１５）。アンモニア態窒素測定含有量７は、測定したアンモニア態窒素測定含有量７がデータベース１０に蓄積されている『アンモニア態窒素の減少度合い情報』からどのくらいの日時で硝酸態窒素に変化するかが演算される（ステップＳ１４）。この演算結果が予測値として表示手段４に表示される。なお、『アンモニア態窒素の減少度合い情報』は後述する。
【００２５】
他方、図３において、その圃場の名称（割り当てた番号や記号等を含む）と、不足した場合に施肥する窒素系肥料の種類等を入力手段２により入力する（ステップＳ０１）。なお、過去に施肥した窒素系肥料の種類や施肥量等が入力されていない場合にはこのときに入力する（ステップＳ０２、Ｓ０３）。この場合、肥料の種類と施肥量から現在のアンモニア態窒素量の予測値が演算され（ステップＳ０４）、前記測定値と比較し（ステップＳ０５）、両者の値が大きく異なっている場合には、データベース１０におけるデータを現在の計測値に書き換えられて、減少予想傾度合いも書き換えられる（ステップＳ０７）。
【００２６】
そして、前記測定した測定値と、基準値を比較演算して、不足する場合には、追加する施肥量と施肥日時を演算して（ステップＳ０６）、表示手段４に表示する（ステップＳ１５）。つまり、測定したアンモニア態窒素量を『アンモニア態窒素の減少度合い情報』から演算し、硝酸態窒素に変換される日時を演算し、その日時が短い場合には不足する日時分の単位面積あたりの肥料の量を算出し、更に、その圃場の面積に応じて必要な肥料の量を演算してこれらを表示手段４に表示させる。
【００２７】
このようにして得られた、土壌中に含有するＰ・Ｋ・Ｃａ・Ｍｇ等の各種成分における欠乏、あるいは、余剰する成分種とその量に関する情報や、アンモニア態窒素の消滅日数に関する情報は、前記施肥・圃場情報６とあわせてモニター１１等により出力表示され、プリンター１２等により処方箋として発行される（ステップＳ１６）。
【００２８】
また、栽培する作物の種類により窒素やその他の養分の吸収量が異なることも知られている。そこで更に、栽培する作物の種類と播種または移植する日時を入力することで、効率的な施肥を行うことも可能である。すなわち、作物毎の必要窒素量と、作付けする圃場毎に耕耘時期から収穫する時期までの『アンモニア態窒素の減少度合い情報』をデータベース１０に蓄積しておく。そして、耕耘前にアンモニア態窒素量を測定し、耕耘時期に必要なアンモニア態窒素量を『アンモニア態窒素の減少度合い情報』から演算し、この必要なアンモニア態窒素量と測定値を比較して、この測定窒素量が必要窒素量よりも少ない場合には、追加施肥するための施肥量を演算する。この追加施肥量を表示手段４に表示することで、耕耘と同時に施肥、または耕耘前に施肥することができ、過剰施肥を防止し、作物に対応して適正な量の窒素が得られて良好な作物を収穫することが可能となる。
【００２９】
［アンモニア態窒素の残存日数の演算方法］
次に、土壌分析システム１における、アンモニア態窒素の残存日数の演算方法について、図４を用いて説明をする。
データベース１０には予め温度や天気等の気象情報や施肥量や肥料（有機肥料、無機肥料を含む）の種類とともに土質及び圃場毎にアンモニア態窒素の土壌中の含有量に関する測定データを蓄積しおく。該測定データを基にして既存の『アンモニア態窒素の減少度合い情報』が作成され、その後の『アンモニア態窒素の残存日数』の算出に利用される。
【００３０】
前記測定データは各圃場ごとの施肥量別における施肥日からの経過日数ごとに採取し蓄積されており、たとえば、図４に示すように、ある圃場において、硫安を７０Ｋｇ／１０ａ施肥した場合の経過日数ごとの測定値と、硫安を４８Ｋｇ／１０ａ施肥した場合の経過日数ごとの測定値と、がデータベース１０に蓄積されている。
【００３１】
蓄積された個々の測定データは施肥量ごとにプロットされ、直線（あるいは曲線）のグラフ化を実行することにより『アンモニア態窒素の減少度合い情報』が作成され、該グラフ化された情報形式によりデータベース１０に蓄積される。すなわち、前記『アンモニア態窒素の減少度合い情報』とは、土壌中のアンモニア態窒素の減少度合いを示したグラフを意味する。
なお、図４においては前記『アンモニア態窒素の減少度合い情報』として、説明の都合上、近似的に直線により示しているが、これに限られるものではなく、前記測定データの個数を増やして二次曲線、あるいは、三次曲線等によって表すことで、さらに精度を向上させることができることは言うまでもない。
【００３２】
ここで測定対象として、初期情報５により硫安６０Ｋｇ／１０ａの情報が入力されると、データベース１０に蓄積される情報の中から該硫安６０Ｋｇ／１０ａの上下値に最も近い硫安７０Ｋｇ／１０ａと、硫安４８Ｋｇ／１０ａとの『アンモニア態窒素の減少度合い情報』が選択され、これら減少度合い情報をもとにして硫安６０Ｋｇ／１０ａに関する『アンモニア態窒素の減少度合い情報（以下新減少度合い情報と示す。）』が予測算出されることになる。
【００３３】
ここで、上述のステップＳ１２により入力される情報、つまり、測定対象とする土壌のアンモニア態窒素測定含有量７が得られると図４のグラフより、消滅して硝酸態窒素となる日数から測定したアンモニア態窒素測定含有量７に相当する日数を減ずることにより『アンモニア態窒素の残存日数』が算出される。
【００３４】
すなわち、図４において、土壌のアンモニア態窒素測定含有量７がＢｍｇ／１００ｇである場合、新減少度合い情報では施肥後３０日に該当し、かつ、アンモニア態窒素量が消滅するまでの日数は７５日であることから、測定対象とする土壌の現状における『アンモニア態窒素の残存日数』は４０日と算出される。
【００３５】
このようなことから、土壌中のアンモニア態窒素濃度を測定する土壌分析システム１であって、該土壌分析システム１にはデータベース１０と演算処理部（処理手段３）と入力手段２と表示手段４を有し、該データベース１０には、単位面積あたりの窒素系肥料施肥量に対応した経時的アンモニア態窒素の減少度合い情報が蓄積され、アンモニア態窒素濃度の測定値と、窒素系肥料の施肥量と、施肥日時を元に、前記処理手段３によって、次回の窒素系肥料の施肥量と時期を演算処理して出力することで、本土壌分析システム１の利用者は現状の土壌に関する土質を適確に把握することができ、効果的、かつ、経済的な肥料の施肥作業を行うことができる。
【００３６】
なお、上述のとおり、新たにデータベース１０に入力されるアンモニア態窒素測定含有量７は全て該データベース１０に蓄積されており、前記データベース１０に記憶する経時的アンモニア態窒素の減少度合い情報は、土質または圃場毎に作成することで、常にデータベース１０内における情報内容は補充されている。
【００３７】
［出力画面３０］
次に、土壌分析システム１の出力画面３０について、図５を用いて説明をする。
出力画面３０は例えば、土壌の診断結果を円グラフによって示すレーダーチャート３１と、該診断結果を数値的に表で示す診断表３２と、土壌中の各成分の含有量を示す成分分析表３３と、初期情報５として入力された圃場名や肥料種等を表示するサンプル表３４と前記診断結果に基付いて現状の土壌について見られる所見３５と、今後の肥料の施肥に関する次期施肥計画３６等により構成されている。これらは一度に表示することも可能であるが、一つずつ、または複数ずつ組み合わせて表示することも可能である。
【００３８】
レーダーチャート３１は土壌分析装置２２によって分析された、土壌中の硝酸態窒素や石灰や苦土（Ｍｇ）等に関する含有量、および、現状の土壌のＰＨ値等を円グラフによって表示したものであり、これにより、本土壌分析システム１の利用者は一目で現状の土壌の状態を把握することができる。
ここで、各測定項目に関しては、予め理想とする基準範囲が定められており、該基準範囲をグラフ上に「網掛け」によって示すことで、現状の土壌の良・否が瞬時に把握可能としており、また、表示設定を選択することで、前回の土壌の分析結果も合わせて表示可能であるため、土壌状態の変化が容易に把握できる。
【００３９】
診断表３２は前記レーダーチャート３１によって示された各項目に関する測定結果を数値で表示した表であり、土壌状態の良・否を定量的に判断することができ、より詳細な土壌状態を把握することが可能である。また、前記診断表３２においては上述した『アンモニア態窒素の残存日数』を合わせて表示することで、土壌状態との関係もについても一目瞭然としている。
【００４０】
成分分析表３３は土壌分析装置２２によって分析された、土壌中の各成分の含有量を棒グラフによって表示したものであり、これにより、本土壌分析システム１の利用者は一目で現状の土質を把握することができる。
ここで、各成分に関しては、予め理想とする基準範囲が定められており、該基準範囲をグラフ上に「網掛け」によって示すことで、現状の土壌の土質が理想とする土質に対して、どのような傾向にあるかが瞬時に把握可能としている。
【００４１】
サンプル表３４には、初期情報５として入力される施肥・圃場情報６の内容が表示され、本土壌分析システム１の利用者は測定対象とする土壌を容易に特定することができる。
【００４２】
所見３５には前記診断表３２や成分分析表３３等に示される結果を基に、現在の土壌の状態や、理想とする土壌の土質に近づけるべき対処法等が詳細に示される。これによって、本土壌分析システム１の利用者は後述の次期施肥計画３６の内容と合わせて、今後の適切な肥料の施肥を行うことができる。
【００４３】
次期施肥計画３６には、前記診断表３２等に示される結果を基にして、現状の土壌の土質を理想的なもの、すなわち、各診断項目に関する測定結果が基準範囲に収まるための施肥計画が詳細に示される。
すなわち、肥料の種類と、施肥量と、次回の施肥日に関する情報が実際に示され、本土壌分析システム１の利用者は、この情報に沿って施肥作業を行うことで、容易に土壌の土質を理想的なものに改善することができる。
【００４４】
このような構成からなる出力画面３０を、プリンター１２等を介して処方箋として紙媒体として出力することで、本土壌分析システム１の利用者は容易に圃場等の土壌の土質に関する品質改善を行うことができる。
【００４５】
すなわち、前記利用者は前記診断表３２や所見３５等に示される内容を、圃場等に直接持ち歩くことが可能となり、現地における施肥作業を前記処方箋の内容を確認しながら適確に行うことができ、また、管理番号等を付してファイル等にて保管することにより、誰もが容易に本土壌分析システム１における診断内容を確認することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施例に係る土壌分析システムの構成を示したブロック図。
【図２】同じく採取した土壌の成分分析結果の入力から処方箋の発行までの一連の流れを示すフローチャート。
【図３】同じく初期情報（データ）の入力から処方箋の発行までの一連の流れを示すフローチャート。
【図４】アンモニア態窒素の減少度合いを示すグラフ。
【図５】本発明の一実施例に係る土壌分析システムの出力画面を示す参考図。
【図６】一般的なアンモニア態窒素から硝酸態窒素への変換形態を示す状態図。
【符号の説明】
【００４７】
１    土壌分析システム
２    入力手段
３    処理手段
４    表示手段
５    初期情報
６    施肥・圃場情報
７    アンモニア態窒素測定含有量
８    記憶部
９    演算処理装置
１０  データベース
１１  モニター
１２  プリンター
１３  各主成分測定含有量
２０  キーボード
２１  バーコードリーダー
２２  土壌分析装置
【図１】
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【図２】
2008197017.tif 000004
【図３】
2008197017.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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