(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圃場に地下水を供給する圃場環境浄化システムであって、
地中に埋設されて地下水を集水する単一又は複数の集水手段と、
この集水手段により集水される前記地下水を溜める貯水手段と、
前記地下水の肥料濃度を検出する検出手段と、
この検出手段の検出値が基準値以上の場合には前記貯水手段から前記地下水を圃場に給水する給水手段と、
前記検出手段の検出値が基準値以上の場合には前記地下水を前記貯水手段に貯め、前記検出手段の検出値が基準値未満の場合には前記地下水を放水させる切換手段と、
を備え、前記給水手段により、前記貯水手段から前記地下水を圃場に給水することを特徴とする圃場環境浄化システム。
【請求項２】
前記検出手段の検出値、前記圃場に投与された施肥量を演算情報として前記圃場に投与すべき施肥量を予測演算する演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の圃場環境浄化システム。
【請求項３】
前記切換手段は、吸水管に吸水された前記地下水を集水して溜める前記貯水手段の直前の集水管に設置されるバルブであって、前記検出手段の検出値が基準値以上の場合には前記バルブを切り換えて前記地下水を前記貯水手段に貯め、前記検出手段の検出値が基準値未満の場合には前記バルブを切り換えて前記地下水を放水させることを特徴とする請求項１記載の圃場環境浄化システム。
【請求項４】
前記貯水手段に溜められた前記地下水を濃縮して肥料濃度の高い濃縮水に変換する濃縮手段を備え、前記給水手段により、前記貯水手段の前記濃縮水を圃場に給水することを特徴とする請求項１記載の圃場環境浄化システム。
【請求項５】
前記貯水手段の前記地下水を濾過する濾過手段と、
この濾過手段で濾過された前記地下水を放水する放水手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１又は４記載の圃場環境浄化システム。
【請求項６】
前記貯水手段の前記地下水を浄化する浄化手段と、
この浄化手段で浄化された浄化水を放水する放水手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１又は４記載の圃場環境浄化システム。
【請求項７】
前記集水手段に前記地下水を選択的に集水する多孔管を用いたことを特徴とする請求項１又は４記載の圃場環境浄化システム。
【請求項８】
前記検出手段が検出した肥料濃度を伝送する伝送手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の圃場環境浄化システム。
【請求項９】
前記給水手段に前記地下水を前記圃場に圧送する圧送手段を備えることを特徴とする請求項１又は４記載の圃場環境浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、茶を栽培する茶園等の圃場の施肥による地下水の汚染防止に用いられる圃場環境浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
茶園に投与される肥料は、地中の微生物等によってアンモニア態窒素に分解され、このアンモニア態窒素はさらに硝酸態窒素（硝酸性窒素）に分解され、その一部は茶樹に吸収される一方、茶樹に吸収されない肥料は地中に残留又は地下水に徐々に流亡するが、その流亡は降雨時に顕著となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、茶樹に吸収されない肥料の多くは地下水を通じて河川、池等に流れてしまい、投与された肥料の多くが無駄になる。肥料には遅効性肥料が使用されてきているが、地下水への流亡を阻止することはできない。
【０００４】
そこで、本発明は、地下水を通して施肥量を管理することにより地下水の汚染防止を図った圃場環境浄化システムを提供することを第１の目的とする。
【０００５】
また、本発明は、地下水に流亡した肥料の再利用化を実現して地下水の汚染防止を図った圃場環境浄化システムを提供することを第２の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圃場（２）の地下水の肥料濃度を検出する検出手段（肥料検出器２６）及び演算手段（制御装置２８）を備え、肥料濃度の検出値や施肥量を演算情報に用いて圃場に投与すべき施肥量を予測演算し、又は、集水手段（暗渠６、吸水管８、集水管１０）により地下水を集水して貯水手段（地下水タンク１２）に溜め、肥料濃度の検出値が基準値以上の場合、給水手段（給水管４０）により圃場に給水することにより、再利用を図る。この結果、地下水を通して施肥量の管理をすることで地下水の汚染防止、地下水に流れ出た肥料、即ち、硝酸性窒素の再利用化を実現することができる。
【０００７】
請求項２に係る本発明の圃場環境浄化システムは、第１の目的を達成するため、請求項１の構成において、前記検出手段の検出値、前記圃場に投与された施肥量を演算情報として前記圃場に投与すべき施肥量を予測演算する演算手段（制御装置２８）を備えたことを特徴とする。
【０００８】
即ち、地下水中の肥料濃度は、肥料の流亡量であり、施肥量、圃場の植物の吸収量に依存している。そこで、この流亡量に比例するであろう地下水中の肥料濃度と施肥量との関係から、最適な施肥量を予測演算する。即ち、施肥量と流亡量との関係を観測することにより、一定の関数関係を見い出し、この関係から最適な施肥量を算出することができる。この場合、降雨量や植物の生育状態による変数をも加味する。従って、最適な施肥量を実現することにより、肥料の無駄を無くするとともに、肥料による地下水汚染を軽減することができる。
【０００９】
請求項１に係る本発明の圃場環境浄化システムは、第２の目的を達成するため、圃場に地下水を供給する圃場環境浄化システムであって、地中に埋設されて地下水（２５）を集水する単一又は複数の集水手段（暗渠６、吸水管８、集水管１０）と、この集水手段により集水される前記地下水を溜める貯水手段（地下水タンク１２）と、前記地下水の肥料濃度を検出する検出手段（肥料検出器２６）と、この検出手段の検出値が基準値以上の場合には前記貯水手段から前記地下水を圃場（２）に給水する給水手段（給水管４０）と、前記検出手段の検出値が基準値以上の場合には前記地下水を前記貯水手段に貯め、前記検出手段の検出値が基準値未満の場合には前記地下水を放水させる切換手段（バルブ３４）とを備え、前記給水手段により、前記貯水手段から前記地下水を圃場に給水することを特徴とする。
【００１０】
地中に集水手段を埋設して地下水を集水し、その地下水を貯水手段に溜める。その地下水の肥料濃度を検出し、その肥料濃度が基準値以上の場合には、貯水手段から圃場にその地下水を導いて給水することにより、地下水中の肥料の再利用を図る。即ち、流亡した硝酸性窒素を地下水を通して回収し、それを肥料として再利用することができる。したがって、過剰な肥料投与を防止でき、地下水の汚染防止を図ることができる。
【００１２】
この圃場環境浄化システムでは、集水される地下水の肥料濃度に応じて貯水するか放水するかを選択している。即ち、地下水の肥料濃度が基準値未満の場合には、地下水を汚染することがないので、そのまま放水し、肥料濃度が基準値以上の場合には、貯水手段に溜め、その再利用化を図る。即ち、貯水手段の地下水は給水手段によって圃場に給水する。したがって、地下水の利用により過剰な肥料投与を防止でき、地下水の汚染防止を図ることができるとともに、肥料濃度が低い場合には放水しても地下水を汚染させることはない。
請求項３に係る本発明の圃場環境浄化システムは、前記切換手段は、吸水管に吸水された前記地下水を集水して溜める前記貯水手段の直前の集水管に設置されるバルブであって、前記検出手段の検出値が基準値以上の場合には前記バルブを通して前記地下水を前記貯水手段に貯め、前記検出手段の検出値が基準値未満の場合には前記バルブより前記地下水を放水させる構成としてもよい。
【００１３】
請求項４に係る本発明の圃場環境浄化システムは、請求項１に係る構成において、前記貯水手段に溜められた前記地下水を濃縮して肥料濃度の高い濃縮水に変換する濃縮手段を備え、前記給水手段により、前記貯水手段の前記濃縮水を圃場に給水することを特徴とする。
【００１４】
集水した地下水を貯水手段に溜め、その地下水を濃縮して肥料濃度の高い濃縮水に変換し、この濃縮水を圃場に給水すれば、肥料の再利用化を図ることができ、過剰な肥料投与の防止、地下水の汚染防止を図ることができる。
【００１５】
請求項５に係る本発明の圃場環境浄化システムは、前記貯水手段の前記地下水を濾過する濾過手段（分離膜４６）と、この濾過手段で濾過された前記地下水を放水する放水手段（バルブ５０）とを備えたことを特徴とする。即ち、集水して貯水手段に溜められた地下水を濾過手段で濾過することにより、流亡している肥料を回収するとともに、濾過された地下水を放水することにより地下水の汚染防止を図ることができる。
【００１６】
請求項６に係る本発明の圃場環境浄化システムは、前記貯水手段の前記地下水を浄化する浄化手段（分離膜４６）と、この浄化手段で浄化された浄化水を放水する放水手段（バルブ５０）とを備えたことを特徴とする。即ち、集水して貯水手段に溜められた地下水を浄化手段によって浄化し、放水することにより地下水の汚染防止を図ることができる。
【００１７】
請求項７に係る本発明の圃場環境浄化システムは、前記集水手段に前記地下水を選択的に集水する多孔管（２４）を用いたことを特徴とする。即ち、地中に多孔管を埋設することにより地下水とともに肥料を回収することができる。
【００１８】
請求項８に係る本発明の圃場環境浄化システムは、前記検出手段が検出した肥料濃度を伝送する伝送手段（送信機３２）を備えたことを特徴とする。即ち、圃場と圃場管理者とが離れている場合に、圃場に設置した伝送手段により、電気通信回線や無線等の通信媒体を利用して肥料濃度等の情報を伝送すれば、圃場管理の容易化、迅速化を図ることができる。
【００１９】
そして、請求項９に係る本発明の圃場環境浄化システムは、前記給水手段が前記地下水を前記圃場に圧送する圧送手段（ポンプ３６）を備えることを特徴とする。即ち、圧送手段を備えることにより、高低差の大きい圃場に対して所望の水圧を以て給水することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の圃場環境浄化システムの第１の実施の形態である施肥管理システムを示している。圃場２に茶樹４を栽培する茶園を例に取ると、この圃場２は、狭小な平面部２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・が階段状を成す、いわゆる段々畑である。各平面部２Ａ〜２Ｃに植付けられた栽培植物である茶樹４には、必要に応じて施肥が行われる。そして、各平面部２Ａ〜２Ｃには、地下水を集水する手段として暗渠６が個別に形成されており、各暗渠６に埋設された各吸水管８は集水管１０に連結されている。集水管１０は、圃場２内の地中に敷設されている。したがって、圃場２の地下水は、矢印Ａに示すように、暗渠６の吸水管８を通じて集水管１０に集められ、貯水手段である地下水タンク１２に導かれる。
【００２２】
各暗渠６は、図２に示すように、圃場２の平面部２Ａ〜２Ｃに６０ｃｍ幅で地表面１６から１〜２ｍ掘り下げた溝であり、その内部に敷設した吸水管８を瓦礫等の通水材１８で覆い、その上に土壌２０を盛ったものである。吸水管８は合成樹脂等の耐蝕性材料で形成されており、例えば、図３に示すように、複数の吸水透孔２２が形成された多孔管２４が用いられている。通水材１８は、吸水透孔２２の目詰まりを防止する機能を持つ。したがって、図２に示すように、吸水管８には、選択的に地下水２５のみが吸水される。
【００２３】
この暗渠６を通じて給水された地下水は、図４に示すように、単一又は複数の集水管１０に集合させ、集水管１０を通じて地下水タンク１２に導かれる。この場合、図４では、暗渠６及び吸水管８を水平に書いているが、圃場２の傾斜を利用して重力による集水効果を利用する。矢印は吸水された地下水の集水状態を示す。
【００２４】
地下水タンク１２に至る集水管１０には、肥料検出手段である肥料検出器２６及び流量検出手段である流量検出器２７が設けられている。肥料検出器２６は、肥料成分や地下水の状況、即ち、地下水のＰＨ、ＥＣ値、ＮＯ3 −Ｎ、ＮＨ4 −Ｎ、ＰＯ4 、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ等を測定する各種測定器の総称である。また、流量検出器２７は集水管１０に集水される地下水の流量を検出する。また、降雨量の検出手段として雨量計２９が設置されている。
【００２５】
そして、この肥料検出器２６、流量検出器２７及び雨量計２９の各検出出力は、図１に示すように、演算手段及び制御手段としての制御装置２８に加えられる。この制御装置２８は、パーソナルコンピュータ等で構成され、その出力は表示器３０、送信機３２に加えられている。この場合、肥料検出器２６の検出出力は、管理者が各検出値をキーボード等の入力手段を通じて制御装置２８に加えるようにしてもよい。この制御装置２８では、肥料検出器２６の検出値から肥料の流亡量、土中肥料残存量（施肥量−流亡量）を演算することができる。即ち、地下水中の肥料濃度は、肥料の流亡量であり、施肥量、圃場の植物の吸収量に依存している。そこで、この流亡量に比例するであろう地下水中の肥料濃度と施肥量との関係から、最適な施肥量を予測演算することができる。施肥量と流亡量との関係を求め、その推移を観測することにより、その圃場２及び茶樹４等の栽培植物に対して最適な施肥量を算出することができる。この場合、施肥量には肥料の他、秋整枝時に刈られた茶樹自体も肥料に含まれるが、降雨量や植物の生育状態による変数をも加味してもよい。最適な施肥量を実現すれば、肥料の無駄を無くするとともに、肥料による地下水汚染を抑制できる。
【００２６】
ここで、肥料流亡量をＡ、肥料検出器２６で検出される肥料濃度をｐ、流量検出器２７で検出される地下水流量をｑ、雨量計２９で検出される降雨量をｒとすると、肥料流亡量Ａは、
Ａ＝ｐ×ｑ＝ｐ×ｒ              ・・・（１）
となる。なお、ｑには、全ての地下水を補足できないので、係数が掛かる。また、ｒは蒸発等による減少分がある。また、茶生育に応じた土中残留窒素量をＢ、茶生育に応じた茶樹窒素吸収量をＣ、投入肥料毎の窒素分解スピードとこれを基に計算した窒素発生量をＤとし、Ｅは肥料投入を示し、投入される肥料には種類と量がある。これらをグラフに示すと、図５のようになる。図５では、肥料流亡量Ａは実測値、土中残留窒素量Ｂ及び茶樹窒素吸収量Ｃは推定量、窒素発生量Ｄはシミュレーションによる予測値を示している。肥料流亡量Ａは土中の肥料濃度が高さに比例し、土中残留窒素量Ｂは茶樹の肥料吸収が多いほど余裕、即ち、残留が必要である。
【００２７】
そこで、肥料流亡量Ａ、土中残留窒素量Ｂ、茶樹窒素吸収量Ｃ及び窒素発生量Ｄの関係において、
Ｄ−Ｂ−Ａ−Ｃ＝０              ・・・（２）
となるように、肥料投入Ｅを制御すれば、最適な施肥を実現できる。この場合、窒素ガスによる空中放出量は省略した。
【００２８】
ところで、土中残留窒素量ＢはＥＣセンサ、ＰＦセンサ等で実測でき、その実測値から、Ｄ−Ａ−Ｂにより、茶樹４の吸収量が設定でき、その数値から茶樹４の栄養診断をすることができる。
【００２９】
また、ＡはＤに加算されて再利用されるので、Ｄ−Ｂ−Ｃ＝０となるように、肥料投入Ｅを制御することもできる。
【００３０】
そして、表示器３０には、検出値、演算結果等を表示する。その場合、肥料検出器２６で検出された肥料濃度が予め設定した基準値以上の場合には、地下水タンク１２からの放水を禁止し、管理者に対して警報を表示し、注意を促す。また、地下水タンク１２に溜められた地下水は、灌水としての利用や肥料として再利用が可能である。
【００３１】
次に、図６は、本発明の圃場環境浄化システムの第２の実施の形態である肥料回収・再利用システムを示している。この実施の形態においても、圃場２に茶樹４を栽培する茶園を例に取る。この圃場２は、狭小な平面部２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・が階段状を成す、いわゆる段々畑であり、各平面部２Ａ〜２Ｃに植付けられた栽培植物である茶樹４には、必要に応じて施肥が行われる。各平面部２Ａ〜２Ｃには、地下水を集水するために暗渠６が個別に形成されており、各暗渠６に埋設された各吸水管８は集水管１０に連結されており、集水管１０は、圃場２内の地中に敷設されている。したがって、圃場２の地下水は、暗渠６の吸水管８を通じて集水管１０に集められて地下水タンク１２に導かれる。暗渠６の構造は図２、吸水管８の形態は図３、暗渠６、吸水管８及び地下水タンク１２の形態は図４に示す通りである。
【００３２】
そして、地下水タンク１２の近傍の集水管１０には、肥料検出器２６が設けられている。肥料検出器２６は、肥料成分や地下水の状況、即ち、地下水のＰＨ、ＥＣ値、ＮＯ3 −Ｎ、ＮＨ4 −Ｎ、ＰＯ4 、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ等を測定する各種測定器の総称である。この肥料検出器２６の検出出力は、制御装置２８に加えられており、制御装置２８では、その検出出力に関連する演算として肥料濃度と基準値との比較等が行われる。
【００３３】
地下水タンク１２の直前の集水管１０には、切換手段及び放水手段としてのバルブ３４が設置されている。即ち、このバルブ３４の切換制御は制御手段である制御装置２８によって行われ、地下水の肥料濃度が基準値以上の場合には貯水側Ｘに切り換えて地下水を地下水タンク１２に導き、基準値未満の場合には放水側Ｙに切り換えて外部に放水する。
【００３４】
この地下水タンク１２に貯水した地下水を圧送する手段としてポンプ３６が設けられ、このポンプ３６は制御装置２８によって駆動制御が行われる。ポンプ３６によって圧送される地下水は再利用に供され、地下水タンク１２から圃場２内に敷設された給水管４０を通じて各茶樹４側に導かれ、灌水等に供される。矢印Ｂは、地下水の圧送を示している。
【００３５】
このように構成すれば、施肥の後、降水等で圃場２から流亡した肥料は、地下水とともに暗渠６の吸水管８を通じて集水管１０に集められる。集水管１０における地下水は、肥料検出器２６を通過し、その肥料濃度が検出される。この場合、地下水のＰＨ、ＥＣ値、ＮＯ3 −Ｎ、ＮＨ4 −Ｎ、ＰＯ4 、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ等、肥料濃度が測定される。場合によっては、その数値が環境汚染を引き起こすおそれを否定できない。そこで、予め設定された基準値と検出された肥料濃度とを比較する。その比較結果は、表示器３０に表示し、送信機３２を通じて無線や電話回線により遠隔地における管理者に通知する。その場合、基準値を大きく越えている場合には、その表示ないし警告を発する。表示器３０は、視覚的表示、聴覚的表示等で行い、プリンタ等で測定結果や演算結果を記録紙に取るようにしてもよい。
【００３６】
肥料濃度測定の結果、その肥料濃度が基準値未満の場合には、環境汚染のおそれがないので、バルブ３４を放水側Ｙに切り換え、排水溝を通じて河川等に放流する。この場合、地下水の肥料濃度に無関係に地下水タンク１２に地下水を導き、貯水するようにしてもよい。
【００３７】
また、肥料濃度測定の結果、その肥料濃度が基準値以上の場合には、肥料としての再利用が可能であるから、バルブ３４を貯水側Ｘに切り換えて地下水タンク１２に貯水する。この地下水は、再利用可能な硝酸性窒素を含有しているので、これを地下水とともにポンプ３６を以て圧送し、給水管４０を通じて圃場２に灌水する。この灌水の結果、肥料成分である硝酸性窒素が圃場２に供給され、降水によって流亡した不足分を補完することができる。この結果、肥料の再利用、灌水とともに、過剰施肥による環境汚染を未然に防止することができる。
【００３８】
次に、図７は、地下水からの肥料回収及び濃縮システムを示すブロック図である。このシステムは、地下水に流亡した肥料を回収し、溜めた地下水の肥料濃度を濃縮するとともに、地下水を浄化して灌水又は自然放流するものである。
【００３９】
地下水タンク１２には、集水管１０を通して流入する地下水が溜められる。この場合、地下水は肥料濃度に関係なく溜められる。この地下水タンク１２には、図６に示したシステムにおけるポンプ３６を介して給水管４０が連結されている。そして、この地下水タンク１２には、地下水中の夾雑物を除くフィルタ４２を介して加圧手段としてのポンプ４４が連結され、このポンプ４４を通して地下水が分離膜４６に加圧、圧送される。
【００４０】
この分離膜４６は、肥料の濃縮手段、地下水の濾過手段又は浄化手段であって、水は透過するが、硝酸性窒素イオンを透過しない膜等の逆浸透膜を利用して肥料濃度の高い地下水即ち凝縮水と浄化水とに分離する手段である。凝縮水は分離膜４６から地下水タンク１２に戻され、浄化水は分離膜４６から浄水タンク４８に供給されて貯水される。浄水タンク４８に溜められた浄化水は、放水手段であるバルブ５０を通して自然放流される。即ち、ポンプ４４及びバルブ５０は、制御手段である制御装置２８によって駆動が制御され、ポンプ４４の駆動によって地下水タンク１２の地下水が分離膜４６を循環し、肥料濃度を上昇させることができる。即ち、降雨時、地下水に希釈、流亡した硝酸性窒素等の肥料が地下水から回収され、給水管４０を通して圃場２に投与することができる。
【００４１】
浄水タンク４８には地下水タンク１２より小容量のタンクが用いられ、浄化水の生成に応じてバルブ５０を開くことにより自然放流が可能である。浄化水は図示しないが、給水管４０側に供給して圃場２の灌水に利用することもでき、自然放流を行っても、地下水汚染を発生させることがなく、環境浄化に寄与する。
【００４２】
ところで、茶園の肥料投与について説明すると、緑茶の製品品質と、荒茶に含有される全窒素や遊離アミノ酸の濃度とが密接に関係しており、茶樹の栽培分野では、新芽や荒茶の全窒素や遊離アミノ酸濃度を増加させる努力が払われてきた。その結果、茶の栽培では窒素肥料の多量投与が常態となり、土壌の強酸性化、根系の枯死による樹体の衰弱、硝酸性窒素による地下水汚染、亜酸化窒素ガスの発生等の問題が提起されるに至り、公共水域と地下水に係る環境基準に硝酸性窒素が追加され、環境汚染を防止する観点から、基準値が設定された。即ち、１０ａの茶園から年間１０００トンの水が系外に流出するとして、放出可能な窒素はわずか１０ｋｇ程度である。
【００４３】
このような観点に立って、本発明の肥料回収及び再利用を図ることにより、茶の窒素利用効率を格段に向上させることができるとともに、流出する窒素成分を除去して環境基準をクリアできることが確認された。特に、緩効性肥料の利用等、根域における肥料成分の滞留時間の大幅延長等と相俟って硝酸性窒素による環境汚染の防止、水質浄化、下層土壌における脱窒の促進等に寄与することができる。
【００４４】
なお、地下水タンク１２に貯水した地下水から硝酸性窒素を除去するには、分離膜４６による方法に代えて、イオン交換法や逆浸透法等の物理化学的方法、微生物の還元能力を利用した生物的脱窒法等を利用することができる。イオン交換法では、除去対象とする水中のイオンを、イオン交換体のイオンと交換することにより除去する方法であり、硝酸性窒素の除去には、通常、強塩基性陰イオン交換樹脂を使用すればよい。また、逆浸透法では、通常、半透膜の両側の溶液のうち、濃度の低い方から濃度の高い方へ水分子は移動することが知られているが、濃度の高い方の溶液に浸透圧差以上の圧力を加えると、逆に濃度の高い方から濃度の低い方へ水分子の移動が起こるという現象を利用し、地下水から硝酸性窒素を除去することができる。
【００４５】
また、生物的脱窒法は、脱窒細菌の脱窒作用により水中の硝酸性窒素を除去する方法であって、脱窒細菌は水中に拡散しないよう担体に固定させる。地下水中に脱窒細菌を固定した担体を投入し、又は、脱窒細菌を固定した担体層に地下水を通過させて硝酸性窒素を除去する。脱窒能を持つ微生物は自然界に分布しており、嫌気性菌の約２０％がこれに該当すると言われている。
【００４６】
また、圃場２には、浸透バリアを設置してもよい。この浸透バリアは、微生物（脱窒菌）を固定した担体の層で、窒素成分の供給源となっている畑作地帯又は畜産地域下の、帯水層より上の部分に設置するものである。即ち、硝酸性窒素を含む浸透水が浸透バリアを通過すると、脱窒菌の脱窒作用により硝酸性窒素は窒素ガスに還元され、浸透バリア以深への硝酸性窒素の浸透が遮断されるという効果が期待できる。この浸透バリアの設置には、在来工法と、水平井戸工法とがあり、前者は一旦表層土壌を撤去し、微生物担体を敷き詰めた後で、再び土壌を埋めなおす方法である。後者は複数の水平井戸を設け、井戸内に微生物担体を充填する方法である。水平井戸工法では、ドリルで斜め掘りを開始し、所定の深度に達した時点で水平掘りに移行し、水平掘削が予定地点に達したとき、ドリルの先端を斜め上向きに変えて掘進し、ドリルが地上まで達したら、先端を逆進ドリルに切り替え、担体を充填した井戸管材を引き込みながら井戸を仕上げる等の各種の方法がある。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
ａ  圃場の地下水の肥料濃度を検出し、その検出値に応じて栽培植物や土地に応じた施肥量とすることができるので、肥料の無駄を抑制し、地下水汚染を防止できる。
ｂ  肥料濃度が基準値以下の地下水を放水するので、地下水汚染を防止、環境浄化に寄与することができる。
ｃ  地下水に流亡した肥料を地下水を通して回収でき、地下水を灌水して利用できるとともに、回収した肥料の再利用によって施肥量を軽減できる。
ｄ  地下水の肥料濃度の検出値は圃場管理者に通信回線等を通じて伝送でき、地下水の汚染状態を即座に知ることができ、地下水の汚染防止に必要な対応の迅速化に寄与することができる。
ｅ  暗渠の埋設は土中の水はけを促進させるので、過剰水分の表面への浮き出し防止により、茶樹等の栽培植物の根に対する酸素供給が良好になり、茶葉等の収穫量及びその品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圃場環境浄化システムの第１の実施の形態である施肥管理システムを示すブロック図である。
【図２】暗渠の形態を示す断面図である。
【図３】集水管の実施の形態としての多孔管を示す斜視図である。
【図４】暗渠、集水管及び地下水タンクの実施の形態を示す図である。
【図５】肥料流亡量Ａ、土中残留窒素量Ｂ、茶樹窒素吸収量Ｃ及び窒素発生量Ｄの関係を示す図である。
【図６】本発明の圃場環境浄化システムの第２の実施の形態である肥料回収・再利用システムを示すブロック図である。
【図７】地下水からの肥料回収及び濃縮システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
２  圃場
４  茶樹
６  暗渠（集水手段）
８  吸水管（集水手段）
１０  集水管（集水手段）
１２  地下水タンク（貯水手段）
２４  多孔管
２５  地下水
２６  肥料検出器（検出手段）
２８  制御装置（制御手段、演算手段）
３２  送信機（伝送手段）
３４  バルブ（切換手段）
４０  給水管（給水手段）
４６  分離膜（濃縮手段、濾過手段、浄化手段）
【図１】
0004312904.tif 000002
【図２】
0004312904.tif 000003
【図３】
0004312904.tif 000004
【図４】
0004312904.tif 000005
【図５】
0004312904.tif 000006
【図６】
0004312904.tif 000007
【図７】
0004312904.tif 000008