(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に施された肥料の量が所定の範囲内であるか否かを判定する施肥量判定方法であって、
前記肥料が施された前記試料に励起光を照射する工程と、
前記励起光が照射された前記試料から発生する遅延蛍光を所定時間検出する工程と、
前記遅延蛍光の検出時間と前記遅延蛍光の発光強度との関係である減衰データを算出する工程と、
前記減衰データに基づいて施肥量判定値を求める工程と、
前記施肥量判定値が予め定められた範囲内であるか否かを判定する工程と、
を備えることを特徴とする施肥量判定方法。
【請求項２】
前記施肥量判定値は、前記減衰データに基づいて作成される減衰曲線の二点の傾きの比の値であることを特徴とする請求項１記載の施肥量判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に施された肥料の量が適正であるか否かを判定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
茶農園等では、うまみを増す目的で、他の作物と比較して多量の肥料が施されている。ところが、肥料を過剰に施すと、新芽の生育が遅れる、根が枯れる等の障害が発生してしまう。また、河川、地下水の硝酸酸性化を誘起することもあり、過剰の施肥は、環境問題の原因にもなっている。
【０００３】
このような過剰の施肥を防止するために施肥量を判定する方法として、従来から、土壌を採取して肥料濃度を分析する方法や、土を掘り起こして根の状態を目視にて判断する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法では、その場での観察ができないだけでなく、施肥後の日数、雨水等の環境に大きく左右されるため、施肥量が適正範囲内であるか否かを正確に判定することは難しい。また、後者の方法では、過剰の施肥によって根枯れ等の症状が起きて初めて目視で把握することができる場合が多く、試料を回復させるには手遅れになりがちである。このため、前者の方法と同様に、施肥量の判定を正確に行うことは困難である。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、施肥量が適正であるか否かの判定を精度良く行うことのできる施肥量判定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、試料に施された肥料の量が所定の範囲内であるか否かを判定する施肥量判定方法であって、肥料が施された試料に励起光を照射する工程と、励起光が照射された試料から発生する遅延蛍光を所定時間検出する工程と、遅延蛍光の検出時間と遅延蛍光の発光強度との関係である減衰データを算出する工程と、減衰データに基づいて施肥量判定値を求める工程と、施肥量判定値が予め定められた範囲内であるか否かを判定する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る施肥量判定方法によれば、まず、肥料が施された植物の葉などの試料に向けて、励起光が照射される。すると、植物の葉などから遅延蛍光が発生する。かかる遅延蛍光は、励起光が一度葉緑体内部で化学エネルギーに変換された後、ある程度の遅延時間を経たときに再度光エネルギーとして放出されるものであり、このような遅延蛍光をモニターすれば、いわゆる表面的な情報だけでなく、上記化学エネルギーを受け取る分子の情報、即ち内部の情報まで得ることができる。
【０００８】
試料から発生した遅延蛍光は、光電子増倍管等をはじめとする光検出器などによって所定時間検出される。その後、遅延蛍光の検出時間と遅延蛍光の発光強度との関係である減衰データが算出され、この減衰データに基づいて施肥量判定値が求められる。そして、この施肥量判定値が予め求めておいた範囲内であるか否か、ひいては試料への施肥量が所定範囲であるか否かが判定される。ここで、施肥量が適正であるときの施肥量判定値に基づいて許容範囲を定めておけば、試料に施した肥料の量が適正であるか否かを判定することができる。
【０００９】
また、本発明の施肥量判定装置において、施肥量判定値は、減衰データに基づいて作成される減衰曲線の二点の傾きの比の値であることが望ましい。
【００１０】
この場合、たとえば、遅延蛍光の検出初期における減衰曲線の傾きをｋ１、検出後期における減衰曲線の傾きをｋ２とした場合、ｋ２／ｋ１又はｋ１／ｋ２の値が施肥量判定値となる。本発明者の鋭意研究の結果、ｋ２／ｋ１等で示される施肥量判定値は、試料に施された肥料の量と一定の関係があることが見い出された。そのため、施肥量が適正である場合や肥料を施しすぎて試料が枯れた場合などの施肥量判定値を予めデータとして蓄積し、このデータに基づいて、施肥量判定値の許容範囲を定めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る施肥量判定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する記載は省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態の施肥量判定方法に用いる施肥量判定装置２の構成図である。施肥量判定装置２は、遅延蛍光測定装置４、この遅延蛍光測定装置４にケーブル１０を介して接続された判定装置６およびディスプレイ８から構成されている。なお、遅延蛍光測定装置４は、判定装置６から脱着可能な携帯型装置である。
【００１３】
まず、遅延蛍光測定装置４の構成について説明する。遅延蛍光測定装置４には、試料１２を狭持できるクリップ形状をなし、さらに外来光を遮断できるように構成された試料セット部１４が設けられている。なお、本実施形態では、試料１２として茶葉を使用している。
【００１４】
本実施形態では、遅延蛍光を検出する光検出器として、光電子増倍管（ＰＭＴ）１６を用いており、当該光電子増倍管１６と試料セット部１４との間には、外部からの光を遮断できる略円筒形状の遅延蛍光通過部１８が形成されている。なお、光電子増倍管１６にはマルチアルカリ光電面が装着されており、その分光感度特性から遅延蛍光波長である７２０〜７６０ｎｍの光を検出することができる。
【００１５】
遅延蛍光通過部１８内の試料セット部１４近傍には、試料１２を励起する励起光の光源であるレーザーダイオード（ＬＤ）２０が配置されている。レーザーダイオード２０から放出されるレーザ光は、波長６８０ｎｍで、試料１２の照射位置におけるレーザ光の強度は、１０ｍＷ／ｃｍ2である。また、遅延蛍光通過部１８内には、試料セット部１４側から順に、シャッター２２、集光レンズ２４、フィルタ２６が配置されている。集光用レンズ２４として、ｆ５０の１：１のリレーレンズが用いられ、フィルタ２６には、波長が７２０ｎｍより短い光をカットするカットオフフィルタが使用されている。
【００１６】
また、光電子増倍管１６の図１における左側には、駆動スイッチ２８の作動に伴うＬＤ２０の点灯および消灯、シャッター２２の開閉、光電子増倍管１６による遅延蛍光の受光時間などを制御する制御装置３０が配置されている。また、制御装置３０の近傍には、光電子増倍管１６、ＬＤ２０およびシャッター２２の駆動源である電池３２が交換可能に配置されている。
【００１７】
次に、図２のブロック図を用いて、遅延蛍光測定装置４に接続された判定装置６およびディスプレイ８の構成を説明する。図２に示されているように、判定装置６には、遅延蛍光測定装置４内の光電子増倍管１６からの信号を増幅するプリアンプ３４と、増幅された信号をカウントするカウンタ３６と、減衰曲線の算出、施肥量判定値の算出、算出した施肥量判定値が許容範囲（所定範囲）内か否かの判定等を行うＣＰＵ４０と、詳しくは後述する施肥量判定値の許容範囲が複数の肥料について予め蓄積された許容範囲データ記憶部３８と、が内蔵されている。また、ＣＰＵ４０には、減衰曲線、施肥量判定値、および判定結果等を表示可能なディスプレイ８が接続されている。
【００１８】
ここで、図３を用いて、一般的な減衰曲線の説明をする。図３は、横軸を遅延蛍光の検出時間、縦軸を遅延蛍光の発光強度としたグラフであり、この図に示された曲線が減衰曲線である。ここでは、施肥量が適正（窒素成分が年間約５０ｋｇ／１０ａ）な農地から採取された茶葉（丸印）、肥料過多（年間約７０ｋｇ／１０ａ）の農地から採取された茶葉Ａ（四角印）、肥料過多（年間約８０ｋｇ／１０ａ）の農地から採取された茶葉Ｂ（三角印）、肥料過多（年間約１００ｋｇ／１０ａ）の農地から採取された茶葉Ｃ（バツ印）の４種類の試料を用いている。なお、測定のばらつきを防止するため、各圃場について、数本の樹木から茶葉をランダムに３３枚採取した。
【００１９】
茶葉Ｃに関しては、地上に現れている部分の観察では肥料過多による影響を判断できないが、土を掘り起こして根を観察したところ肥料過剰による障害が発生し始めていることが分かった。また、茶葉Ａ，Ｂは、外観上は全く肥料の影響を判断することができなかった。なお、図３より、施肥量が多くなるに連れて、遅延蛍光の発光量の総和が少なくなることがわかる。
【００２０】
図４は、図３に示した減衰曲線の励起光遮断後１〜１０秒の減衰率（傾き）ｋ１および１５〜４０秒後の減衰率（傾き）ｋ２を算出し、これらを２次元マッピングしたグラフである。肥料過多の茶葉Ａ〜Ｃについては、施肥量が適正のときと比較して、ｋ１の分布より初期の減衰が緩やかになることが分かり、ｋ２の分布より後期の減衰率が大きくなることが分かる。特に、最も施肥量の多い茶葉Ｃ（バツ印）に関しては、施肥量が適正のときと比較して、後期の減衰率が極めて大きくなっている。尚、ｋ１およびｋ２を求めるための減衰曲線上の二点の位置は、適宜変更することができる。
【００２１】
図４で得られたｋ１およびｋ２から、本発明者らは、ｋ１／ｋ２の値が試料への施肥量に関連があることを見い出し、その値を施肥量判定値と呼ぶことにした。図５は、その施肥量判定値をヒストグラムとして示したものである。横軸を施肥量判定値とし、縦軸をその頻度とした。図５より、施肥量判定値の平均値は、肥料が過剰になるに連れて小さくなることが分かる。このとき、たとえば施肥量判定値の許容範囲を５．００以上に設定することで、施肥量判定値が５．００以上のときに施肥量が適正と判定し、５．００よりも小さい場合に肥料過多と判定することができる。また、許容範囲を４．５以上に設定すれば、施肥量判定値が４．５よりも小さいときに、茶葉Ｃのように根に障害が発生していると判定することができる。なお、これらの許容範囲は、この実験で用いた茶葉および肥料と同じものを用いる場合に利用することができる。また、このような許容範囲に関するデータが、判定装置６の許容範囲データ記憶部３８に蓄積されている。
【００２２】
続いて、施肥量が適正か否かを判定する方法を説明する。
【００２３】
まず、図１を参照して、遅延蛍光の検出までを説明する。最初に、施肥量の判定の対象となる試料１２を試料セット部１４にセットした後、約２分間遮光状態で放置する。その後、オペレータが駆動スイッチ２８をオンにすることにより、シャッター２２を閉じた状態でＬＤ２０が約３０秒間点灯し、試料１２の光励起を行う。３０秒間の光励起が終わった後、制御装置３０は、シャッター２２を開くと同時に、ＬＤ２０への供給電源をオフにする。ＬＤ２０の消灯後、試料１２から遅延蛍光が発生し、当該遅延蛍光は、シャッター２２を通過し、集光レンズ２４によって集光されて、光電子増倍管１６に到達する。この際、フィルタ２６によって、７２０ｎｍよりも波長の短い光は遮断される。制御装置３０の指令のもと、光電子増倍管１６は、２００ｍｓのサンプリングを２００回すなわち約４０秒間の経時変化を測定する。
【００２４】
続いて、図２および図６を参照して、光電子増倍管１６で検出された遅延蛍光の読み出しから、施肥量の判定結果の表示までの判定装置６に内蔵されたＣＰＵ４０の制御手順を説明する。光電子増倍管１６が所定時間遅延蛍光を検出した後、ＣＰＵ４０は、光電子増倍管１６から遅延蛍光の電気信号である遅延蛍光データを読み出す（Ｓ１０１）。光電子増倍管１６から読み出された遅延蛍光データは、プリアンプ３４により増幅され、増幅された遅延蛍光データは、カウンタ３６でカウントされる。続いて、ＣＰＵ４０は、遅延蛍光データのカウント値に基づいて、遅延蛍光の検出時間と発光強度との関係を示す減衰曲線を算出する（Ｓ１０２）。
【００２５】
減衰曲線を算出した後、ＣＰＵ４０は、施肥量判定値を算出する（Ｓ１０３）。本実施形態では、ＣＰＵ４０は、上述のように遅延蛍光の検出開始１〜１０秒後の傾きｋ１と検出開始１５〜４０秒後の傾きｋ２を求め、施肥量判定値であるｋ１／ｋ２の値を算出する。なお、実際には、幾つかの試料より求めた判定値の平均値が算出される。施肥量判定値を算出した後、ＣＰＵ４０は、許容範囲データ記憶部３８から施肥量判定値の許容範囲に関するデータを読み出す（Ｓ１０４）。
【００２６】
そして、ＣＰＵ４０は、施肥量判定値が許容範囲を超えているか否かを判断することにより、試料１２への施肥量が適正であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。なお、上述のように、施肥量判定値が許容範囲内のときは施肥量が適正と判定され、施肥量判定値が許容範囲の下限よりも小さいときは、施肥量が過剰になっていると判定される。本実施形態では、施肥量の過剰のみを判定し、過小については判定しないため、許容範囲の上限を設ける必要はない。但し、許容範囲の上限、すなわち施肥量が少なすぎる場合の許容値も定めれば、施肥量の過小を防止することもできる。また、施肥量判定値の許容範囲は、適宜変更することができる。
【００２７】
施肥量の判定を行った後、ディスプレイ８に、減衰曲線、施肥量判定値、および施肥量の判定結果の表示指令を送り（Ｓ１０６）、ＣＰＵ４０の制御動作は終了する。ディスプレイ８に表示された施肥量の判定結果を用いて、たとえば過剰の施肥を取り締まったり、その後の施肥量を決定する際しての参考にすることができる。
【００２８】
本実施形態の施肥量判定装置２によれば、試料のある現場で容易に施肥量の判定を行うことができ、しかも、試料から発せられる遅延蛍光を利用しているため、試料の内部情報を目視などの場合と比較して正確に知ることができる。このため、施肥量の判定を精度良く容易に行うことができる。
【００２９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、判定部およびディスプレイを遅延蛍光測定装置に組み込んでもよい。この場合、農地などの現場での利用が一層容易になる。さらに、施肥量判定値をｋ１／ｋ２でなくｋ２／ｋ１としても、施肥量の判定を行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る施肥量判定方法によれば、試料から発せられた遅延蛍光を所定時間検出した後、遅延蛍光の検出時間と遅延蛍光の発光強度との関係である減衰データが算出され、この減衰データに基づいて施肥量判定値が求められる。そして、この施肥量判定値が予め求めておいた許容範囲内であるか否か、ひいては試料への施肥量が所定範囲であるか否かが判定される。ここで、施肥量が適正であるときの施肥量判定値に基づいて、上記許容範囲を定めておけば、試料に施した肥料の量が適正であるか否かを判定することができる。
【００３１】
ここで、本発明では、試料から発せられる遅延蛍光を利用しているため、いわゆる表面的な情報だけでなく試料の内部の情報まで得ることができる。このため、施肥量が適正か否かの判定を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の施肥量判定方法に使用する施肥量判定装置を示す図である。
【図２】施肥量判定装置の判定部の構成を詳細に示したブロック図である。
【図３】施肥量が適正な試料と施肥量が過剰な試料に基づいて求められた減衰曲線を示すグラフである。
【図４】図３に示した減衰曲線より求めたｋ１およびｋ２の値を２次元マッピングしたグラフである。
【図５】図３に示した減衰曲線より求めた施肥量判定値を示したヒストグラムである。
【図６】判定部のＣＰＵの制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２…施肥量判定装置、４…遅延蛍光測定装置、６…判定装置、１２…試料、１４…試料セット部、１６…光電子増倍管、２０…レーザーダイオード、２２…シャッター、２４…集光レンズ、２６…フィルタ、２８…駆動スイッチ、３０…制御装置、３２…電池、３４…プリアンプ、３６…カウンタ、３８…許容範囲データ記憶部。
【図１】
0003908870.tif 000002
【図２】
0003908870.tif 000003
【図３】
0003908870.tif 000004
【図４】
0003908870.tif 000005
【図５】
0003908870.tif 000006
【図６】
0003908870.tif 000007