(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
演算処理装置を用いる、土壌中の窒素の表示方法であって、
茶を栽培する圃場に設置されたセンサで土壌中の電気伝導度を検出して電気伝導度データを収集し、この電気伝導度データを用いて土壌中の窒素濃度を演算し、前記土壌中の窒素濃度分布を演算し、この窒素濃度分布を土壌領域で積分して窒素量を演算し、この窒素量とその目標値とから窒素量の過不足量を演算し、この窒素量の過不足量又は前記窒素量を表示画面に表示することを特徴とする土壌中の窒素の表示方法。
【請求項２】
演算処理装置を用いる、土壌中の施肥量の表示方法であって、
茶を栽培する圃場に設置されたセンサで土壌中の電気伝導度を検出して電気伝導度データを収集し、この電気伝導度データを用いて土壌中の窒素濃度を演算し、前記土壌中の窒素濃度分布を演算し、この窒素濃度分布を土壌領域で積分して窒素量を演算し、この窒素量とその目標値とから窒素量の過不足量を演算し、この窒素量の過不足量と、施肥量及び流亡量から求めた窒素量とを用いて施肥量の過不足量を演算し、この施肥量の過不足量を表示画面に表示することを特徴とする土壌中の施肥量の表示方法。
【請求項３】
茶を栽培する圃場に設置され、前記圃場の土壌中の電気伝導度を検出するセンサと、
このセンサで検出された電気伝導度データを収集し、この電気伝導度データを用いて土壌中の窒素濃度を演算し、前記土壌中の窒素濃度分布を演算し、この窒素濃度分布を土壌領域で積分して窒素量を演算し、この窒素量とその目標値とから窒素量の過不足量を演算する演算装置と、
この演算装置で演算された窒素量の過不足量又は前記窒素量を表示画面に表示する表示装置と、
を備えたことを特徴とする土壌中の窒素の表示システム。
【請求項４】
茶を栽培する圃場に設置され、前記圃場の土壌中の電気伝導度を検出するセンサと、
このセンサで検出された電気伝導度データを収集し、この電気伝導度データを用いて土壌中の窒素濃度を演算し、前記土壌中の窒素濃度分布を演算し、この窒素濃度分布を土壌領域で積分して窒素量を演算し、この窒素量とその目標値とから窒素量の過不足量を演算し、この窒素量の過不足量と、施肥量及び流亡量から求めた窒素量とを用いて施肥量の過不足量を演算する演算装置と、
この演算装置で演算された施肥量の過不足量を表示画面に表示する表示装置と、
を備えたことを特徴とする土壌中の施肥量の表示システム。
【請求項５】
請求項４の土壌中の施肥量の表示システムにおいて、
前記施肥量及び流亡量はデータベースに格納されていることを特徴とする土壌中の施肥量の表示システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、茶園、その他圃場等の土壌中の硝酸態窒素、アンモニア態窒素等の窒素の表示に用いられる、土壌中の窒素の表示方法、施肥量の表示方法及び表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土壌中にＥＣセンサ等を埋設して電気伝導度から土壌中の硝酸態窒素濃度を計測、表示するシステムがあり、また、土壌中の硝酸態窒素濃度は、施肥した肥料が地温や降雨等の気象条件により時間を掛けて硝酸態窒素に分解し土壌中に染込んで行く過程で変化し、その過程は肥料原料により異なるが、それをシミュレートすることも行われている（静岡茶業試験場主査による「土壌埋設型センサーの情報による茶園の施肥管理実用化技術の確立」１９９３年）。これらの製品としては「茶園キーパ」（カワサキ機工株式会社製）等がある。通常、硝酸態窒素濃度の計測は、経済性を考慮し、圃場１０アール当り、深さ２０ｃｍの４点での計測が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の硝酸態窒素濃度等に関し、
(1) 計測された土壌中の硝酸態窒素濃度
(2) 施肥予定から地温等の気象条件を仮定しての硝酸態窒素濃度のシミュ    レーション結果
(3) 地域、土壌特性、季節等を考慮した圃場毎の目標硝酸態窒素濃度
をグラフにより表示していた。これらの表示により、硝酸態窒素濃度に関し、(3) の目標に対して(1) の実測値若しくは(2) のシミュレーション結果の差異を理解できる。しかし、その理解できる差異は硝酸態窒素濃度についてであって、実際に施肥を行う圃場管理者がその差異から施肥をどのようにすれば目標値に近づくのかは判り難い。
【０００４】
そこで、本発明は、実際の施肥の視点から窒素についての情報提示を行い、施肥の最適化に寄与し得る土壌中の窒素の表示方法及び表示システムを提供することを第１の課題とする。
【０００５】
また、本発明は、実際の施肥の視点から施肥量の過不足についての情報提示を行い、施肥の最適化に寄与し得る土壌中の施肥量の表示方法及び表示システムを提供することを第２の課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の課題を解決するための手段は次の通りである。
【０００８】
請求項１に係る本発明の土壌中の窒素の表示方法は、演算処理装置を用いる、土壌中の窒素の表示方法であって、茶を栽培する圃場に設置されたセンサで土壌中の電気伝導度を検出して電気伝導度データを収集し、この電気伝導度データを用いて土壌中の窒素濃度を演算し、前記土壌中の窒素濃度分布を演算し、この窒素濃度分布を土壌領域で積分して窒素量を演算し、この窒素量とその目標値とから窒素量の過不足量を演算し、この窒素量の過不足量又は前記窒素量を表示画面に表示することを特徴とする。このような表示とすれば、施肥を行う土壌中の情報として窒素量の過不足量を容易に知ることができる。
また、請求項３に係る本発明の土壌中の窒素の表示システムは、茶を栽培する圃場に設置され、前記圃場の土壌中の電気伝導度を検出するセンサと、このセンサで検出された電気伝導度データを収集し、この電気伝導度データを用いて土壌中の窒素濃度を演算し、前記土壌中の窒素濃度分布を演算し、この窒素濃度分布を土壌領域で積分して窒素量を演算し、この窒素量とその目標値とから窒素量の過不足量を演算する演算装置と、この演算装置で演算された窒素量の過不足量又は前記窒素量を表示画面に表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第２の課題を解決するための手段は次の通りである。
【００１０】
請求項２に係る本発明の施肥量の表示方法は、演算処理装置を用いる、土壌中の施肥量の表示方法であって、茶を栽培する圃場に設置されたセンサで土壌中の電気伝導度を検出して電気伝導度データを収集し、この電気伝導度データを用いて土壌中の窒素濃度を演算し、前記土壌中の窒素濃度分布を演算し、この窒素濃度分布を土壌領域で積分して窒素量を演算し、この窒素量とその目標値とから窒素量の過不足量を演算し、この窒素量の過不足量と、施肥量及び流亡量から求めた窒素量とを用いて施肥量の過不足量を演算し、この施肥量の過不足量を表示画面に表示することを特徴とする。このような表示とすれば、施肥を行う土壌中の情報として窒素量の過不足量を施肥量の過不足量として知ることができる。
また、請求項４に係る本発明の施肥量の表示システムは、茶を栽培する圃場に設置され、前記圃場の土壌中の電気伝導度を検出するセンサと、このセンサで検出された電気伝導度データを収集し、この電気伝導度データを用いて土壌中の窒素濃度を演算し、前記土壌中の窒素濃度分布を演算し、この窒素濃度分布を土壌領域で積分して窒素量を演算し、この窒素量とその目標値とから窒素量の過不足量を演算し、この窒素量の過不足量と、施肥量及び流亡量から求めた窒素量とを用いて施肥量の過不足量を演算する演算装置と、この演算装置で演算された施肥量の過不足量を表示画面に表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。
また、請求項５に係る本発明の施肥量の表示システムは、請求項４の土壌中の施肥量の表示システムにおいて、前記施肥量及び流亡量はデータベースに格納されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の土壌中の窒素の表示方法又は施肥量の表示方法の実施形態として、窒素・施肥量の表示システムを示す。
【００１２】
この表示システムには、土壌中の窒素の表示方法又は施肥量の演算及びその表示を行う手段として演算処理装置２が備えられ、この演算処理装置２はパーソナルコンピュータ等で構成することができ、演算処理のためのＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。この実施形態では、情報入力手段としてキーボード４、情報提示手段として表示装置６、図示しないプリンタ、電気伝導度等に対する硝酸態窒素、アンモニア態窒素等の各種のデータを格納するデータベース８が備えられている。
【００１３】
測定対象である土壌１０には、単一又は複数のＥＣセンサ１２、ｐＦセンサ１４、地温センサ等、その他のセンサ１６が設置され、各検出信号がデータ収集部１８で収集されて演算処理装置２に取り込まれる。土壌中の電気伝導度を検出する手段としてのＥＣセンサ１２は、単位面積として例えば、１０アール毎に設置される。また、この演算処理装置２とデータ収集部１８とは有線又は無線で連係されており、必要なデータ収集が随時行われる。
【００１４】
このようなシステムを用いて、硝酸態窒素濃度として例えば、１００ｇの土壌中の窒素量（ｍｇ）ではなく、硝酸態窒素量として例えば、圃場１０アール当りの窒素量（ｋｇ）で表示し、施肥シミュレーションにおいては施肥予定（施肥予定日及び施肥量）の最適化を容易にし、圃場外に流亡する硝酸態窒素量のシミュレートも行い、作物に充分かつ最適な肥料、即ち、硫安か硝安かの単肥で表示するとともに、過剰肥料による環境阻害を防止できる情報を提供するものである。
【００１５】
（１）  ある時点での硝酸態窒素量の表示
この場合、土壌中の窒素の表示方法の第１の実施形態として例えば、図２のフローチャートに示すように、ステップＳ０１では、ＥＣセンサ１２で検出される土壌１０中の電気伝導度が演算処理装置２に取り込まれ、ステップＳ０２では、硝酸態窒素濃度の演算が行われる。この結果、ステップＳ０３では、硝酸態窒素濃度からその土壌１０の硝酸態窒素濃度分布を演算し、ステップＳ０４では、この濃度分布を用いて対象とする土壌領域で積分することにより、硝酸態窒素量を演算することができる。この場合、土壌領域とは、対象土壌及び作物により決定される。ここで、濃度分布をＭ、対象領域の体積をＶとすると、硝酸態窒素量Ｎｍは、
【００１６】
Ｎｍ＝∫Ｍ dv （ｋｇ）                ・・・（１）
となる。
【００１７】
そして、ステップＳ０５では、この硝酸態窒素量Ｎｍを表示装置６に表示する。この場合、即ち、ある時点での電気伝導度に対する硝酸態窒素量の表示として、ａ月ｂ日の窒素量は１０アール当りＮｍ（ｋｇ）というような表示方法となる。このようにすれば、土壌１０中の硝酸態窒素を濃度、例えば、土壌１０の１００ｇ中の窒素量（ｍｇ）ではなく、圃場１０アール当りの窒素量（ｋｇ）で表すので、圃場管理者等は、その数値から硝酸態窒素量の過不足を容易に知ることができる。
【００１８】
（２）  ある時点での硝酸態窒素量の過不足量の表示
この場合、土壌中の窒素の表示方法の第２の実施形態として例えば、図３に示すように、ステップＳ１１では、硝酸態窒素量の演算を行う。このステップＳ１１では、図２に示すフローチャートのステップＳ０１〜Ｓ０４の処理により、硝酸態窒素量が算出される。
【００１９】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求められた実測に基づく硝酸態窒素量Ｎｍと、硝酸態窒素量の目標値Ｎｏとを比較し、この目標値に対する硝酸態窒素量の差分±ΔＮ（＝Ｎｏ−Ｎｍ）を演算し、この差分±ΔＮが硝酸態窒素量の過不足量（＝±ΔＮ）となる。この場合、目標値とする硝酸態窒素濃度、計測による濃度及びシミュレーションによる硝酸態窒素濃度毎に行い、目標値とする硝酸態窒素濃度から求められた硝酸態窒素量との差分が目標値Ｎｏに対する硝酸態窒素量との過不足量±ΔＮとなる。
【００２０】
そして、ステップＳ１３では、ある時点での硝酸態窒素量の過不足量±ΔＮを表示装置６に表示する。この表示から、ａ月ｂ日の窒素量は目標値Ｎｏに比べて１０アール当りＮｍ（ｋｇ）少ないというような表示が可能となり、圃場管理者等がその表示から施肥前の硝酸態窒素の過不足量を容易に知ることができ、施肥の最適化を図ることができる。
【００２１】
（３）  施肥量の過不足量の表示
この場合、ある時点での硝酸態窒素の過不足量を施肥直前の施肥量の過不足量で表示するものである。例えば、本発明の施肥量の表示方法の実施形態として、例えば、図４に示すように、ステップＳ２１では、硝酸態窒素量の算出を行う。例えば、図２のフローチャートのステップＳ０１〜０４で容易に硝酸態窒素量を演算することができる。そして、ステップＳ２２では、ステップＳ２１で求められた実測に基づく硝酸態窒素量Ｎｍと、硝酸態窒素量の目標値Ｎｏとを比較し、この目標値に対する硝酸態窒素量の差分±ΔＮ（＝Ｎｏ−Ｎｍ）を演算し、この差分±ΔＮが硝酸態窒素量の過不足量（＝±ΔＮ）となる。この場合、目標値とする硝酸態窒素濃度、計測による濃度及びシミュレーションによる硝酸態窒素濃度毎に行い、目標値とする硝酸態窒素濃度から求められた硝酸態窒素量との差分が目標値Ｎｏに対する硝酸態窒素量との過不足量±ΔＮとなる。
【００２２】
ステップＳ２３では、この硝酸態窒素量の過不足量±ΔＮを施肥量の過不足量±ΔＰに変換する。これは、データベースに格納されている硫安、硝安等の肥料の種類、施肥量及び流亡量から硝酸態窒素量を演算し、硝酸態窒素量の過不足量±ΔＮに対する施肥量の過不足量±ΔＰを算出することができる。
【００２３】
そして、ステップＳ２４では、ある時点での施肥量の過不足量±ΔＰを表示装置６に表示する。この場合、ａ月ｂ日の窒素量が不足しているのは、直前の施肥量が窒素量で１０アール当りＰ（ｋｇ）が足りないというような表示を行うことができる。
【００２４】
ところで、ある時点での硝酸態窒素量の過不足の要因は施肥の直前ばかりではなく種々の要因があるが、圃場管理者に理解し易い表示形態としてこのような表現方法を採る。但し、施肥の「直前」とは肥料の分解速度から判断してある程度分解する期間以上離れている過去の最も近い施肥日を想定し、極端な場合、１日前の施肥は対象とする必要はない。実際の施肥量及びこれから行う施肥量に関し、その計測値又はシミュレーション値が目標とする濃度に対してどの程度異なっているのかを、施肥量を元にシミュレーションして差分量を求める。例えば、シミュレーション値が目標値に対して多い場合、その直前の施肥量を一定量減少させてシミュレーションし目標値と比較することにより減少量を調整して目標値となる施肥量を求めることができる。例えば、図５及び図６は、その表示例を示しており、図５は、目標窒素量と施肥シミュレーションとの差分、即ち、窒素過多、窒素過少を示しており、図６は、目標窒素量と修正施肥シミュレーションの関係を示している。
【００２５】
土壌１０中の硝酸態窒素は作物の生育状況に合わせ、例えば、年間を通じ発育ステージ毎に必要量が異なっているので、硝酸態窒素量はそれに合わせて時系列のグラフで表現するのが理解し易い。グラフでの表現に際しては、多い少ないは色で識別するようにすれば、管理者に適切なアドバイス、例えばこの期間は過多になっている旨のメッセージを表示させることができる。
【００２６】
外部に流亡する硝酸態窒素に関しては、土壌窒素量、又は窒素濃度に対して土壌、気象条件等により作物の種類、成長過程毎に決っている吸収量を差引きすることにより求めることができる。例えば、茶では一般に施肥量の５０％が茶樹に吸収されると言われている。
【００２７】
そこで、目標値に対する土壌の窒素量又は窒素濃度の差異量に対して、肥料の種類、施肥日、施肥量を以下の条件及び目標の任意の組合せにてシミュレーションを行うことで、施肥計画の最適化が図られる。
【００２８】
最適化条件には、
ａ  施肥窒素量（例えば年間の最大値）
ｂ  施肥回数（例えば年間の最大値）
ｃ  流亡窒素量（例えばある時点での最大値）
等がある。
【００２９】
そこで、施肥の最適化の目標は、第１に、目標値に一致、第２に、目標を超える部分を無くする、第３に、目標以下の部分を目標値にする等がある。
【００３０】
例えば、最適化の具体的アルゴリズムとして、最適化の結果は最適前の状態と明確に区別できるような表現方法、変更箇所の色を変えることや、施肥日の移動は矢印等で表現することとする。
【００３１】
現実には各作物に応じた経験的な施肥計画や、指導機関が提示する施肥計画があり、作業スケジュールや肥料購入計画により施肥回数を増やすことや、肥料の種類を変更するのは現実的ではない。従って、パラメータとして施肥量と施肥日を採用する。
【００３２】
最適化の具体的アルゴリズムは、次の通りである。
【００３３】
(1) 先ず指定された施肥計画でシミュレーションを行う。
(2) 目標値と実際値（又は予想値）との差分を計算する。この差分が０に成れば最適化完了である。
(3) 差分から過多期間と過少期間をピックアップする。
(4) 極端な過多、過少が存在する場合、その施肥の直前の施肥量を減少、増加させる。
(5) 全体的に過多の場合には施肥量を過多の割合に応じて減少させる。
(6) 全体的に過少の場合には施肥量を過少の割合に応じて増加させる。
(7) 過多・過少のパターンが現れる場合、施肥日を遅らせる。
(8) 過少・過多のパターンが現れる場合、施肥日を早める。
(9) 以上を繰り返し、制約条件以内（例えば年間の施肥量を超える場合には施肥量を増やせない）で差分（計算上はその二乗和）を最小化させる。
【００３４】
このようなアルゴリズムの実行により、施肥の最適化を図ることができる。
【００３５】
なお、実施形態では、窒素として硝酸態窒素、窒素量として硝酸態窒素量を例示したが、窒素にはアンモニア態窒素、窒素量にはアンモニア態窒素量の場合又は双方の場合もあり得る。これらは土壌中の窒素量を測定し、シミュレーションすることで、実施形態に示したと同様の処理を行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ  窒素の過不足量を濃度、例えば、１００ｇの土壌中の窒素量（ｍｇ）ではなく、例えば、圃場１０（アール）当りの窒素量（ｋｇ）で表示するので、圃場管理者は自らが行ってきた又は行おうとする施肥が適切であったか否かを簡単に認識することができる。
ｂ  一般に圃場管理者は圃場１０（アール）当りの窒素量から施肥する肥料の量は容易に換算可能であり、必要な制約条件（施肥量の上限や流亡窒素の上限等）の元に自らの計画を最適化し、農作業の能率化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の土壌中の窒素の表示方法、及び施肥量の表示方法の実施形態である表示システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である土壌中の窒素の表示方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態である土壌中の窒素の表示方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の施肥量の表示方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図５】目標窒素量及び施肥シミュレーションを示すグラフである。
【図６】目標窒素量及び修正施肥シミュレーションを示すグラフである。
【符号の説明】
２  演算処理装置
６  表示装置
【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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