TDR による表層土壌水分計の開発とその有効性の評価
伊藤祐二 1 · 筑紫二郎 1 · 宮本英揮 2

Development and effectiveness of TDR probe to measure near-surface soil moisture distribution
Yuji ITO1 , Jiro CHIKUSHI1 , and Hideki MIYAMOTO2

Abstract: To establish a method to monitor the vertical
proﬁle of volumetric water content (θ ) near soil surface, amulti-wire proﬁle probe (MWP probe) was designed andapplied to the θ -proﬁle observations during the evaporation processes in sand and decomposed granite soil. The
probe consists of eight sets of the 3-wire TDR (time domain reﬂectometry) probes, which are attached to a printcircuit board with a low permittivity, and is capable ofmeasuring relative permittivity (εmwp ) at intervals of 3 mm.
The relationship between εmwp and θ for sand did not agreewith one derived from Topp equation because the board
had the inﬂuence on the εmwp measurements. Thus, wecalibrated the probes for sand with different moisture conditions and found that the probes can determine θ within
acceptable accuracy. In the evaporation processes, the observed θ -proﬁles showed that the moisture contents forsand at 3 and 6 mm depths locally decreased in the initialstage of the process, while the moisture contents for decomposed granite soil uniformly decreased at any depth.
We concluded that the designed MWP probe would be
useful for millimeter-interval measurements of vertical θ proﬁles near soil surface.
Key Words :time domain reﬂectometry (TDR), relative
permittivity, Topp equation, vertical soil water content proﬁle, soil surface evaporation

1. はじめに
地表面付近の土壌水分量は，表面流出，土壌面からの蒸発，植物による蒸散，栄養塩の循環などの物質循
環過程に影響をおよぼす (Nielsen et al., 1995; Hebrard

et al., 2006)．とりわけ地表面から深さ 0 ∼ 5 cm の土壌
水分量が地表面付近の水循環におよぼす影響は大きく(Wigneron et al., 2003)，たとえば蒸発による水蒸気輸送を考えた場合，地表面での土壌水分が液相から気相へと状態変化する深度は，表面から 2 cm 以内の領域にあるといわれている (Kondo and Xu, 1997)．したがって，地表面直下（たとえば，地表面から深さ 2 cm 以内の領域）
1 Biotron Institute, Kyushu University, 6-10-1 Hakozaki, Higashi-ku,

Fukuoka 812-8581, Japan. Corresponding author: 伊藤祐二, 九州大学生
物環境調節センターの鉛直水分プロファイルを定量的に評価することは，地表面表面付近で生じる蒸発散，表面流出，地下水涵養な
どの時空間スケールの異なる水文循環過程を明らかにするうえで重要である．
土壌水分量の計測法には，誘電特性を評価する時間領域反射法 (Time domain reﬂectometry: TDR)，静電容量法，マイクロ波リモートセンシング，地中レーダーなどがあり，これらの計測法は地表面付近の土壌水分測定法
として広く利用されている（たとえば，Inoue et al., 2001;
Huisman et al., 2002; Wigneron et al., 2003; Moret et al.,2006; Bogena et al., 2007）．なかでも，近年の TDR の普及により，土壌水分量を非破壊かつ高精度で測定することが可能になった．

TDR は，土中に埋設したプローブにステップパルスを与え，パルスの伝播速度から評価される比誘電率より，土の体積含水率を決定する技術である（登尾, 2003;

Robinson et al., 2003）．比誘電率に基づく体積含水率の評価には，以下の Topp et al. (1980) の実験式が広く用いられる．

θ = 4.3 × 10−6 ε 3 − 5.5 × 10−4 ε 2 + 2.92 × 10−2 ε− 5.3 × 10−2(1)

ここで， θ は土の体積含水率 (m3 m−3 )，ε は土の比誘電率である．上式を有機質土壌や火山灰土壌に適用することは困難であるが（波多野ら, 1995; Miyamoto et al.,2001），多くの土に対して，1.3 % 以内の誤差で θ を評価することができる (Topp et al., 1980)．
TDR における比誘電率測定用のプローブには，これまで用途に応じて，多彩な機能を持つプローブが開発されているが（たとえば，Selker et al., 1993; Inoue et al.,

2001; 宮本・筑紫, 2006），一般に金属棒を平行に配置した 2 線式または 3 線式のプローブが用いられる．土中の鉛直水分プロファイルは，複数のプローブを土壌に水平に挿入することで計測可能であるものの，設置したプローブ同士の干渉を防ぐために，プローブの挿入間隔は
最低でも数センチメートルとすることが多い (Inoue etal., 2001; Suleiman and Ritchie, 2003)．ところが，シルト

2 Faculty of Culture and Education, Saga University, 1 Honjo-machi, Saga

や粘土のような細粒分を含まない砂などの粗大な土粒子

840-8502, Japan
2008 年 9 月 3 日受稿 2008 年 11 月 22 日受理
土壌の物理性 111 号, 35–41 (2009)から構成される土壌の蒸発過程では，地表面直下に急勾配の水分プロファイル，すなわち局所的な乾燥層が形成され，その層が地表面流出や地下浸透などのマクロな水土壌の物理性

36

第 111 号

(2009)

移動を支配する可能性がある．したがって，地表面直下での局所的な水分変化の状況を捉えるためには，少なく
とも地表面から深さ数ミリメートルの範囲の水分変化を把握する必要があり，そうした微小間隔で水分プロファ
イルを計測できる小型プロファイルプローブの開発が不可欠である．
以上の背景から，本研究では，8 組の TDR プローブを

3.2 mm 間隔に取り付けたプロファイルプローブ（以下，MWP プローブと記す）を作製し，硅砂およびマサ土を対象に蒸発実験を実施した．作製した MWP プローブによって地表面から深さ 2.5 cm 以内の鉛直水分プロファ
イルを測定し，その経時変化のモニタリングを試みるとともに，表層土壌水分計測に対する同プローブの有効性について検討した．

2. 実験材料および方法

Fig. 1 MWP プローブの模式図（図 B は図 A の a-a’ 断面図）．
Schematic diagram of the MWP probe (Diagram B shows a crosssection at the a-a’ line in diagram A).

2.2 流体の比誘電率測定

2.1 MWP プローブおよび比誘電率測定システム
Fig. 1 は，著者らが自作した多線式プロファイルプ
ローブ（MWP プローブ）の模式図である．本研究で用いた MWP プローブは，長さ 105 mm，幅 30 mm，厚さ 2mm のガラスとエポキシ樹脂との積層基板に，長さ 100
mm，幅 0.2 mm，厚さ 0.01 mm の電極銅線を 1.4 mm の間隔で埋め込んだものである．同プローブは，金属棒の代わりに銅線を用いた 3 線式プローブを 8 組並列した構造（Fig. 1 の P1 ∼ P8）となっている．最大の特徴は，3線式の隣り合うプローブ同士が両端の銅線をシールド線として共用することにより，8 組のプローブの一体化とMWP プローブの誘電特性を明らかにするために，9種の流体に対して比誘電率の測定を行った．測定用の流体として，本実験では，約 24 ℃の蒸留水，濃度の異なる
エタノール，エタノールと植物性油の混合液，植物性油，
空気を用いた．濃度の異なるエタノールとして，蒸留水との質量混合比の違いよって 20 %，40 %，60 %，80 %，100 % の 5 つのサンプルを用意し，エタノールと植物性油の混合液については，両者の質量比を 1 : 1 とした．
内径 7.5 cm，高さ 15 cm の円筒型容器に 9 種の流体を満たし，容器中央部に MWP プローブを固定した．P1 ∼高密度化を実現した点にある．プローブ同士の干渉を検P8 の 8 組のプローブにより各流体の比誘電率を 3 回測討するために宮本・筑紫 (2006) と同様の方法で別途実施

定し，それらの算術平均値を各流体に対する比誘電率値

した電場シミュレーションによれば，各プローブのサンとしてプローブ毎に記録した．また，比較のために長さプリング体積は，中央の電極銅線から概ね 1 ∼ 2 mm の

100 mm，直径 1.2 mm のステンレス製電極棒を有す 3 線

範囲内に限定された．したがって，MWP プローブを土壌に水平方向に挿入することにより，土壌水分量を各プ
ローブの中央の銅線の間隔，すなわち 3.2 mm 間隔の計8 点で測定することが可能である．
本研究における TDR プローブを用いた比誘電率の測式プローブにおいても同様の計測を行った．

2.3 砂の水分計測および校正
MWP プローブを用いて砂の体積含水率を測定するために，内径 5 cm，高さ 13 cm のアクリル製円筒型カラ
ム内の中央部にプローブを固定し，その内部に風乾の硅

定では，プローブに対するステップパルスの送受信装置

砂（粒径 0.15 ∼ 0.6 mm: 6 号, 西戸崎興産）（以下，砂とに 1502C 型ケーブルテスター (Tektronix) を使用した．

記す）を均一に充填した．砂の表面に蒸留水を霧吹きでMWP プローブにおいては，8 組のプローブを SDMX50型マルチプレクサー (Campbell Scientiﬁc) を介してケープローブ上の 8 組のプローブで比誘電率を計測した．同

ブルテスターに接続した．また，波形解析・計測制御ソ

時に，カラム全質量を計量し，充填した砂および噴霧し

フト WinTDR (Or et al., 2004) を用いて TDR 波形の計

た蒸留水の質量から，砂の体積含水率を評価した（以降，測ならびに解析を行った．解析で得られる電磁パルスのこの手法を重量法と称す）．一連の加湿ならびに計測を伝播速度に基づいて，比誘電率は次式により評価される

繰り返すことにより，広範な水分条件における砂の比誘（登尾, 2003）．

電率と体積含水率との関係を調べた．



ε=

La
LVp

噴霧し，蒸留水が一様に拡散するのを待った後，MWP

2.4 蒸発実験

2(2)

ここで，La は電磁パルスの伝播速度から評価される見かけのプローブ長，L は実際のプローブ長，Vp はケーブルテスターで設定する同軸ケーブル内における電磁パルスの相対伝播速度 (= 0.99) である．

砂およびマサ土の蒸発過程における地表面直下の鉛直
水分プロファイルの経時変化を調べるために，縦 10 cm，横 20 cm，高さ 4 cm の塩化ビニール製の直方体容器にMWP プローブの P1 を上面，P8 を底面に向けて固定した．その後，蒸留水を加えながら砂を容器上面まで充論文：TDR による表層土壌水分計の開発とその有効性の評価

37

Table 1 3 線式プローブと MWP プローブにより測定した蒸留水，濃度の異なるエタノール，エタノールと植物性油の混合液，植物性油，空気の比誘電率．
Relative permittivities of distilled water, ethanol with different concentrations, ethanol-oil mixture, vegetable oil, and air measured by
the 3-wire and the MWP probes.

Fluid

Relative permittivity
Measured with 3-wire probe

Measured with MWP probe
Average*distilled water
20%-ethanol solution
40%-ethanol solution
60%-ethanol solution
80%-ethanol solution
Ethanol
Ethanol-oil mixture
Vegetable oil
Air

80.1
68.1
54.3
41.3
30.3
20.8
9.2
3.5
1.5

43.7
37.1
30.3
23.4
17.7
12.1
8.2
4.8
3.6

Differences from average
P1

P2

P3

P4

P5

P6

−1.0
−0.7
−0.7
−0.5
−0.5
−0.4
−0.2
−0.2
−0.1

−0.6
−0.7
−0.5
−0.4
−0.4
−0.2
−0.3
−0.1
−0.1

−0.3
0.0 0.5 −1.1
−0.4
0.0 0.6 −0.9
−0.2
0.1 0.5 −0.9
−0.2
0.0 0.3 −0.8
−0.1
0.1 0.4 −0.7
−0.1
0.1 0.3 −0.6
−0.2 −0.1 0.4 −0.4
0.0
0.1 0.2 −0.3
0.0
0.1 0.1 −0.3

P7

P8

2.0
0.4
1.8
0.3
1.4
0.3
1.3
0.2
1.1
0.1
0.8
0.0
0.8 −0.1
0.5
0.0
0.3
0.0

* Average is a mean value of the relative permittivities measured by P1 to P8. Ethanol soluthions were made by mixing different mass of ethanol in distilled water. Ethanol
and vegetable oil were mixed in same mass when the mixture was made.

填し，水分飽和試料とした．飽和試料の表面を大気に開る値）（国立天文台, 2008）と一致した．濃度の異なるエ

放して水分の蒸発を促し，MWP プローブ上の 8 組のプ

タノールおよび空気の測定値も，宮本・筑紫 (2006) の測ローブで，蒸発過程における比誘電率分布の経時変化を定結果と概ね一致した．したがって，本実験の 3 線式プ

5 分間隔で測定した．また，砂との比較のために，マサ土

ローブによる測定値は，各流体の比誘電率を概ね再現し（粒径 0.106 mm 以下が 9 %, 0.106 ∼ 0.85 mm が 63 %,ているものと考える．

0.85 ∼ 2 mm が 28 %）においても同様の計測を行った．

一方，MWP プローブによる各流体の比誘電率は，エ

砂およびマサ土に対する実験期間の気温は，それぞれ約

タノールと植物性油の混合液，植物性油，空気を除けば，

27 ℃および約 32 ℃であった．なお，8 組のプローブの3 線式プローブによる測定値の半分程度と小さかった．

測定値は，各プローブ中央の電極銅線の位置，すなわち

これは，MWP プローブの電極銅線と接着している低誘表面から深さ 0.28，0.6，0.92，1.24，1.56，1.88，2.2，

電性のガラス・エポキシ樹脂積層基板が電極周辺の電場

2.52 cm の体積含水率を代表するものとした．

特性に影響をおよぼしたためと考えられる．同様の結果

マサ土について，別途実施した粒度分析の結果によれ

は，銅線とアクリル基板の接着型プローブを用いた既往ば，今回使用したマサ土は，細粒分を含む砂土に相当し，の実験（宮本・筑紫, 2006）においても報告されている．

砂や砂質土などに適用可能な Topp 式の適用範囲にある

また，プローブ毎に評価した各流体に対する測定差の平ことが明らかとなった．既往の研究（林ら, 2001）によ均 Bias (Cosh et al., 2005) は，−0.43 (P1)，−0.32 (P2)，

れば，マサ土は砂と同様の誘電特性を有すことが知られており，本研究で用いた砂とマサ土も同様の誘電特性を−0.14 (P3)，0.05 (P4)，0.30 (P5)，−0.59 (P6)，0.98 (P7)，0.14 (P8) であった．P1 ∼ P8 の構造は概ね等しいものの有すものと考えられる．また，土壌の比誘電率と体積含完全に一致しないため，各々のプローブの個性が測定差

水率との関係は，比表面積が大きい有機質土壌や火山灰に反映されたものと考える．ただし，各プローブの測定

土壌を除けば，土壌の構造や土性の影響を受けないこと

差は，プローブ毎に校正を行うことにより，後述の比誘から（波多野ら, 1995; 登尾, 2003），本研究におけるマサ

電率や体積含水率の測定に影響しないものと考える．

土の体積含水率の評価には，後述する砂で得られた校正式を用いた．

3. 結果と考察
3.1 流体を用いたプローブの特性
Table 1 に，3 線式プローブと MWP プローブで測定し3.2 比誘電率と体積含水率との関係
Fig. 2 は，MWP プローブで測定した砂の比誘電率と体積含水率との関係，および Topp 式による計算値を示
す．MWP プローブの結果に対して，Fig. 2 では，先述の流体実験において測定差が最も小さかった P4 と測定差が最も大きかった P7 (Table 1) に対する結果を示した．

た蒸留水，濃度の異なるエタノール，エタノールと植物

MWP プローブで測定した砂の比誘電率は，体積含水性油の混合液，植物性油，空気の比誘電率を示す．表中率が約 0.12 を越えると，Topp 式で評価される比誘電率の MWP プローブの結果は，P1 ∼ P8 で測定した各流体よりも小さくなり，Topp 式との差異は水分量の増加とに対する比誘電率（3 回の測定に対する算術平均値）のともに大きくなった．逆に，体積含水率が約 0.12 よりも平均値，およびその平均値と各プローブの測定値との残小さくなると，MWP プローブで測定される比誘電率は，Topp 式で評価される比誘電率よりも大きくなり，その差差（以下，測定差と記す）を示す．

3 線式プローブで測定した蒸留水の比誘電率は，一般に報告されている水の比誘電率 80.4（水温 20 ℃におけ

異は砂の水分量の減少とともに大きくなった．同様の傾土壌の物理性

38

第 111 号

(2009)

3.3 体積含水率の評価
Fig. 3 は，重量法で評価した砂の体積含水率 θg と (3)式より評価した体積含水率 θwmp の比較を示す．体積含
水率が 0.1 m3 m−3 のとき各プローブで評価した体積含水率は若干ばらついたものの，それを除けば広範な水分領域で 1:1 線上に分布し，重量法による結果とよく一致した．P1 ∼ P8 に対する体積含水率の平均二乗誤差の平
方根 RMSE (Root Mean Square Error) は，全プローブに対する平均値で 0.007 m3 m−3 であった．したがって，
各プローブで評価される体積含水率の再現性は高いといえる．
Fig. 2 砂に対する比誘電率と体積含水率との関係．
Relation between relative permittivity and volumetric water content for sand.

3.4 蒸発過程における水分プロファイルの変化
Fig. 4 は，砂に対する蒸発実験から得た深さ 0.28，0.6，
0.92，1.24，1.56，1.88，2.2，2.52 cm の体積含水率の経時変化を示す．深さ 0.28 および 0.6 cm の体積含水率は，蒸発開始から約 2 時間の間に急速に低下し (Fig. 4a)，初期水分の約半分が蒸発により失われた．一方，深さ 1.56
∼ 2.52 cm の体積含水率は，2 時間後においても変化が小さく (Fig. 4b)，蒸発による水分減少は小さかった．また，水分プロファイル (Fig. 4b) においては，蒸発開始以
降，表面から順に体積含水率が低下し，表層から下層に向けて乾燥前線が進行する様子が確認された．12 時間
後以降，全体的に乾燥が進行し，168 時間後（1 週間後）には全深度の体積含水率が 0 付近で一定となった．

Fig. 5 は，砂との比較のために行ったマサ土に対する蒸発実験の結果を示す．マサ土の体積含水率は，各深度においてほぼ一様に低下し (Fig. 5b)，砂で観察された下方への乾燥前線の進行は観察されなかった．蒸発開始かFig. 3 重量法 (θg ) と MWP プローブ (θmwp ) により評価した
砂の体積含水率の比較．

Comparison of volumetric water content of sand measured by thegravimetric method (θg ) and the MWP probe (θmwp ).

ら 12 時間後までの砂とマサ土の体積含水率を比較すると (Fig. 4a，Fig. 5a)，表面に比較的近い 0.28 ∼1.24 cmの深度（グレー線）では，砂の方が急速に水分を失う傾向にあるが，1.56 cm 以深（黒線）では，両者に大きな向は，割愛した他の 5 組のプローブにも認められたこと差異は認められなかった．一方，実験開始から 12 ∼ 24
時間後の水分の減少量は，マサ土の方が大きい傾向を示

から，Topp 式を用いて体積含水率を評価することは困難

した．

である．したがって，Topp 式に代わる MWP プローブ

土による蒸発過程の違いを比較検討した既往の研究でに対する校正式として，本研究では，測定された比誘電は，地表面直下の詳細な検討は行われていないものの，率と体積含水率との関係を次式で表した．

微細な土粒子から構成される粘土やロームに比べて，砂の水分量は表面近くで局所的に減少し，逆に深い位置でθmwp = a(log εmwp ) + b log εmwp + c
2(3)

は，粘土やロームの水分減少が大きい傾向にあることが示されている (Hillel, 1977)．また，表面の水分が急速に

ここで，εmwp は MWP プローブで測定される土の比誘電率，a，b，c はフィッティングパラメータであり，θmwp

減少した後（本研究では，5 ∼ 12 時間以降）の土壌水分の減少速度は，砂よりもロームの方が速い傾向にあるこは MWP プローブで測定される比誘電率を用いて (3) 式とが報告されている (Suleiman and Ritchie, 2003)．本研

より評価される体積含水率である．本研究では，測定さ究における砂とマサ土の蒸発実験では，実験時の気温やれた砂の比誘電率と体積含水率との関係に基づいて，P1

湿度の違いにより両者の表面境界条件が異なり，その影∼ P8 のパラメータ a，b，c を非線形最小二乗法により最適化し，各プローブに対する校正式（Fig. 2 における実線および破線）を得た．なお，(3) 式の対数式は，多項響もいくらか含まれると考えられるが，計測された水分式などの別の近似式に比べて実測値との一致度が最も高な経時変化の特徴を反映しているものと考える．表面付

く，かつパラメータを決定する際の実測値のばらつきに近の水分プロファイルの計測に関する既往の研究（たと対する影響が小さかった．

えば，Richards et al., 1956; Bruckler et al., 1988; Inoue et

プロファイルの経時変化は，既往の研究で述べられた砂とそれよりも微細な土粒子から構成される土壌の一般的

論文：TDR による表層土壌水分計の開発とその有効性の評価

39

Fig. 4 砂に対する体積含水率の鉛直プロファイルの経時変化．(a) 深度別体積含水率，(b) 鉛直水分プロファイル．
Temporal change in vertical volumetric water content proﬁles insand. (a) Volumetric water content in every depth, (b) Verticalwater content proﬁle.

Fig. 5 マサ土に対する体積含水率の鉛直プロファイルの経
時変化．(a) 深度別体積含水率，(b) 鉛直水分プロファイル．
Temporal change in vertical volumetric water content proﬁles indecomposed granite soil. (a) Volumetric water content in every
depth, (b) Vertical water content proﬁle.

al., 2001; Suleiman and Ritchie, 2003）では，地表面からファイル計測に対する有効性を検討した．

の深さ数センチメートルから数十センチメートルの領域

MWP プローブにおいては，比誘電率を測定するためを対象としているものが多い．そのため，地表面に極めの電極銅線が低誘電性のガラスとエポキシ樹脂との積層て近い深さ 0.28 ∼ 2.52 cm の領域を対象とした本研究の基板に接着されているため，その基板材が対象とする媒

結果は，既往の研究に比べより地表面に近い領域の水分体の誘電率測定に影響をおよぼした．測定した土の比誘

プロファイルの特徴を示しているものと考える．本研究

電率と体積含水率との関係は，Topp 式で評価される両者で示したミリメートル間隔の水分プロファイルの計測結の関係と一致しなかったことから，MWP プローブで測果から，地表面直下の水分動態の把握に MWP プローブ

定した比誘電率を Topp 式に適用することはできなかっが有用であると考える．

た．したがって，Topp 式に代わる体積含水率の評価式と4. おわりにして，本研究では，MWP プローブで測定した砂の比誘電率と体積含水率の実測値との関係に基づいて対数校正

本研究では，地表面直下の鉛直土壌水分プロファイ式を導いた．得られた校正式に基づいて砂の体積含水率ルを明らかにするために，8 組の 3 線式 TDR プローブを評価した結果，MWP プローブで測定した体積含水率

を 3.2 mm 間隔に配置した多線式プロファイルプローブ

は，8 組のプローブすべてにおいて重量法による結果と（MWP プローブ）を作製し，砂およびマサ土の水分プロ一致した．

土壌の物理性

40

第 111 号

(2009)

MWP プローブで測定される比誘電率と対数校正式に

Inoue, Y., Watanabe, T., and Kitamura, K. (2001): Prototype

基づいて砂およびマサ土の地表面直下の鉛直水分プロ

time-domain reﬂectometry probes for measurement of mois-

ファイルを評価した結果，実験初期に飽和状態にあっ

ture content near the soil surface for applications to ”on-the-

た両試料の水分は，時間の経過とともに蒸発によって失move” measurements. Agricultural water management, 50:
41–52.

われ，水分プロファイルは，それぞれ特異的な経時変化を示した．すなわち，マサ土においては，各深度での水

国立天文台編 (2008): 理科年表. p.412, 丸善, 東京.

分減少は一様であったが，砂においては，表面から深さ

Kondo, J. and Xu, J. (1997): Seasonal variations in the heat and

方向に向かって順次乾燥していく様子が観察された．特water balances for nonvegetated surfaces. Journal of Appliedに，砂における深さ 0.28 および 0.6 cm の土壌水分は，Meteorology, 36: 1676–1695.

短時間で急激な減少を示した．

MWP プローブの使用においては，プローブ埋設時に 8本の同軸ケーブルが測定領域周辺の土中水の移動に影響をおよぼさないように注意が必要であったり，プローブが精密で測定領域が微小であるため，目的とする測定位
置に正確に設置する必要があり，従来の TDR プローブ
では軽視できたプローブと土壌との接触具合についても十分な注意を要する．また，正確な水分計測を実現する
ためには，測定する土壌に対して 8 組のプローブの校正が必要である．しかし，機器の性能を維持できる環境において，各プローブに校正を施し，本研究と同様の測定システムを導入すれば，これまで室内実験においても測定困難とされてきたミリメートル間隔での水分プロファ
イルの計測が可能であり，対象とする土壌の体積含水率を概ね 0.007 m3 m−3 の精度で評価できる．また，先述の点に注意すれば，現地観測においても測定間隔 3.2 mmという高密度での鉛直水分プロファイルの計測に MWP
プローブが適用できるものと考える．

引用文献
Bogena, H.R., Huisman, J.A., Oberdorster, C., and Vereecken,
H. (2007): Evaluation of a low-cost soil water content sensor
for wireless network applications. Journal of Hydrology, 344:
32–42.
Bruckler, L., Witono, H., and Stengel, P. (1988): Near surface soil
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Sensing of Environment, 26: 101–121.
Cosh, M.H., Jackson, T.J., Bindlish, R., Famiglietti, J.S., and Ryu,林

為人, 山岡博, 杉田信隆, 高橋

学 (2001): 砂の比誘電率および比抵抗に及ぼす間隙水の塩分濃度の影響. 応用地質,

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宮本英揮, 筑紫二郎 (2006): 誘電混合モデルによるカラム内壁面
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論文：TDR による表層土壌水分計の開発とその有効性の評価

要旨

自作した多線式プロファイルプローブ（MWP プローブ）を用いて，砂とマサ土の地表面直下の鉛直水分プロファイルを測定した．8 組の 3 線式 TDR プローブを 3 mm 間隔に配置した MWP プローブにおいては，プローブに用いた低誘電性の基板材が比誘電率の測定に影響をおよぼした．同プローブで測定した比誘電率を Topp 式に用いることはできなかったが，その測定値を本研究で得た対数校正式に用いることで，砂の体積含水率を精度よく評価することができた．水分飽和状態の砂とマサ土に対して，蒸発過程における土壌水分減少量を表層の 8 点で測定した結果，マサ土では各深度での水分減少は一様であったが，砂では深さ 3 ∼ 6 mm で生じる局所的な水分減少の状況が観察された．MWP プローブを用いることで，これまで測定困難とされてきた土壌のごく表層 (0 ∼ 2.5 cm) の鉛直水分プロファイルをミ
リメートル間隔で計測できることを明らかにした．
キーワード：時間領域反射法 (TDR), 比誘電率, Topp 式, 鉛直土壌水分プロファイル, 土壌面蒸発41