5TE センサーで土壌水分量と電気伝導率を推定するための簡易的利用法
Simple and easy methods for the examination of soil water content
and electrical conductivity by using 5TE sensor
武藤由子 1・窪田有真 1・渡辺晋生 21 岩手大学農学部・2 三重大学大学院生物資源学研究科

要旨
Decagon 社の土壌水分計 5TE とデータロガーEm50 を使い，豊浦砂と岩手大学の畑土壌について体積含水率と土壌水の電気伝導率 ECp の簡易的な推定を試みた．は生長有効水分の範囲で出力値の Topp 式によるを補正できた．ECp については，簡単な検量作業で Hilhorst モデルによる推定が可能なことを確認した．ただし，土壌の比誘電率とされる出力値が溶質濃度の影響を受けと ECp の推定の精度が低下すること，低では土壌の電気伝導率が測定できないことがわかった．
テーマ：土壌物理研究の最前線
キーワード：土壌水分計，静電容量型センサー，溶質濃度，モニタリング，検量Key words: Soil moisture sensor, Capacitance sensor, Solute concentration, Monitoring, Calibration
1.はじめに溶液（0.05～0.15 mol/L，0.54～1.49 S/m）を土壌の水分量や電気伝導率，温度は，作物の添加し，と溶質濃度の異なる試料を作った．

生育に影響し，また相互に関連して変化する．

試料を円筒カラム（内径 11cm，高さ 12cm）

そのため，農地でこれらの相対的な変化を連続に充填し，5TE を上端から下端方向に挿入し測定することの意義は大きく，土壌センサーをた．乾燥密度 g/cm3 は豊浦砂 1.37，岩大土 0.90

利用することによる圃場管理にかかる労力のとした．5TE と Em50 の組合せで，土壌の比軽減が期待される．近年，Decagon 社の 5TE

誘電率a と電気伝導率 ECa として出力されるセンサーなど，水分量と同時に温度と電気伝導値を 3 分間隔で 15 分間測定した．実験は 20℃率を測定できる比較的安価な静電容量型土壌の恒温室で行った．測定終了後，円筒カラムか水分計が開発された．しかし，日本の農地につら取り出した試料をよく混合し，炉乾法によりいて 5TE で測定される土壌の比誘電率a，電試料のを測定した．また，EC1:5 と ECp も測

気伝導率 ECa とされる出力値を検証した例は定した（HORIBA B-771）．ECp は遠心分離機少ない 1)．また，体積含水率と土壌水の電気で試料の土壌水を抽出して測定した．

伝導率 ECp，1:5 水浸出法による電気伝導率

３．結果と考察EC1:5 を推定するための検量作業の煩雑さか

ここでは，岩大土の結果について示す．

ら農地での利用の普及には至っていない．そこ(1)体積含水率の推定で本研究では，5TE でと ECp，EC1:5 を推定

Fig.1 はa との関係である．蒸留水を添加するための簡易法を提案し，その妥当性を検証してを調整した結果（黒丸）を最小二乗法ですることを目的とした実験を行った．

三次式に近似し実線で示した．a はが高いほ２．試料と方法ど大きかったが，溶質濃度の影響も受けており，実験には，蒸留水で洗った豊浦砂と岩手大学

近似式の作成やの推定時にはa の溶質濃度依圃場休耕畑の表層土の 2mm フルイ通過分（岩存を考慮する必要がある．次に，a と共に出力大土）を用いた．これらに蒸留水又は NaClされる Topp 式で換算された_Topp の補正を試みた．近似式の_mes と_Topp の比を求め，その[ Gandai Soil ]0.6

中央値 C を_Topp に乗じたところ，生長有効水分の範囲（0.23～0.47）で_mes と概ね一致した（Fig.2 実線太）
．C の標準偏差は小さく，0.4a の溶質濃度依存が小さい条件では，が既知

Measurement
0 mol/L, 0 S/m0.05 mol/L, 0.54 S/m0.1mol/L, 1.03 S/m0.15 mol/L, 1.49 S/m
Fitted curve
Topp equation

0.2の 1 点～数点の試料で_Topp を測定して比を得ることでの簡易補正が可能であるといえる．

00304050
aFig.1 5TE の比誘電率と炉乾法の体積含水率の関係(2)土壌水の電気伝導率 ECp と EC1:5 の推定
Fig.3 はと ECa の関係である．ECa はが0.7を 2 極法で測定しているためと考えられる．

0.6[ Gandai Soil ]0.5
_Topp × Cデル 2)がある．必要な係数は ECa が 0 のとき（乾土）の比誘電率0 と水の比誘電率w で，a0.4
0.30 mol/L
0.05 mol/L
0.1 mol/L
0.15 mol/L

0.2
0.1＝2.8，w ＝82 の測定値を得た．算出した

0ECp_Hilhorst は，溶質濃度が最も高い場合を除き0実測した ECp と概ね一致した（Fig.4）．他に

Fig.2

ずの推定精度が高い場合には Hilhorst モデ
ルよりも良好な結果が得られた．ECa と EC1:5

0.2

４．おわりに土壌ごとに利用できる範囲と溶質濃度の影
響を確認すれば，5TE でのと ECp，EC1:5 の比較的簡単な推定が可能であった．

00.1



0.8

content, and surface conductivity on bulk soil electricalconductivity, Soil Sci. Soc. Am. J., 40, 651-655.

0.70.60.4𝐸𝐶𝑎 = 𝐸𝐶𝑝 ×0.2

𝜀𝑎 − 𝜀0𝜀𝑤

𝜀0 = 2.8, 𝜀𝑤 = 82

00.2

Fig.4

ンサーのキャリブレーション．土壌の物理性，126：63-70.

0.16
EC 1:5 ( S / m )Effects of liquid-phase electrical conductivity, water

0.5

0.35
0.4
0.50.55

0.603) Rhoades, J.D., Raats, P.A. and Pratjer, R.J. (1976) :0.60.20.3
0.4
Volumetric water content, 0.40.6
ECp ( S/m )1) 三石正一，溝口勝(2014)：静電容量型 ECH2O 土壌水分セ

Soil Sci. Soc. Am. J., 64, 1922-1925.

0.5Fig.3 炉乾法の体積含水率と土壌の電気伝導率の関係
1[ Gamdai Soil ]参考文献等

2) Hilhorst, M.A. (2000) : A pore water conductivity sensor,

0.4
_mes

0

ECp_Hilhorst ( S/m )にの影響が表れなかったと考えられる．

0.3

0.1

は，ECa ≈ 0 を除き比例関係で示された（Fig.5）．
5TE で ECa が測定できるの範囲が狭いため

0.2[ Gandai Soil ]0 mol/L
0.05 mol/L
0.1 mol/L
0.15 mol/L

0.3
ECa ( S/m )と比べ容易でないが，a が溶質の影響を受け0.1

Topp 式から求めた体積含水率の簡易補正

0.4

Rhoades モデル 3)による推定も試みた．モデル係数を得るための検量作業は Hilhorst モデル20

𝜃 = −7.3 × 10−2 + 3.0 × 10−2𝜀𝑎 − 3.3 × 10−4𝜀𝑎 2 + 2.5 × 10−7𝜀𝑎 30.275 以下で測定できなかった．5TE が ECa
ECa から ECp を推定するモデルに Hilhorst モ

100.81Hilhorst モデルによる ECp の推定[ Gandai Soil ]


0.12
0.08

0.35
0.4
0.50.55

0.04

y= 0.36xR2 = 0.96

000.1
Fig.50.2
ECa ( S/m )ECa と EC1:5 の関係

0.30.4