土壌水分センサーの動作不良発生状況
およびロガー依存出力値について
星野亜季 1 · 藤巻晴行 2 · 大黒俊哉 1 · 武内和彦 1

Malfunctions of soil moisture sensor and its dependence of data logger
Aki HOSHINO1 , Haruyuki FUJIMAKI2 , Toshiya OKURO1 and Kazuhiko TAKEUCHI1

Abstract: We experienced malfunctions in soil moisturesensors (10HS, ECH2 O-TE and 5TE; Decagon Devices
Inc.) and different range of output value of Em5 with
Em5b and Em50, through column experiments. The percentages of malfunctions were 17 %, 0 % and 30 % for
10HS, 5TE and ECH2 O-TE sensor, respectively. The malfunction was decided that the output value was too high or
low to calibrate with data logger which is assumed to work.
Also, we found that the range of output value of Em5 datalogger was different from that of Em5b and Em50. Therefore, it is needed to specific calibration when Em5 datalogger is used with other data logger (Em5b, Em50).
Key Words : soil moisture sensor, data logger, malfunction

1. はじめにする特性について把握するために行ったカラム実験から得られた結果である．植物の耐塩性および耐乾性に関するパラメータを明らかにするために，Fujimaki etal.（2008）で提案されている方法に従いカラム実験を行った．3 種のイネ科植物（Stipa krylovii：Stipa, Leymus
chinensis：Leymus, Nelica 1：Nelica）を約 5 ヶ月栽培し，土壌水分センサーを用いて栽培期間中の土壌水分，土壌温度，塩濃度を測定した．土壌水分，塩分および温度を同時測定するため，10HS（土壌水分）と 4 極センサー（温度 · 電気伝導度）もしくは，5TE（土壌水分 · 温度 · 電気伝導度），ECH2 O-TE（土壌水分 · 温度 · 電気伝導度）によって測定を行った．利用可能なセンサー数に限りがあったため，上記の様に種類の異なるセンサーを組み合わせ，最も低いコストで実験の遂行が可能なセンサー

土壌水分センサーは，挿入した地点および深さにおけを選択した．Stipa と Leymus の実験では，10HS，5TE，る土壌水分を連続的に観測できる便利な装置である．得

ECH2 O-TE をそれぞれ 12，2，4 本用いた．Nelica 1 の実験では，5TE，ECH2 O-TE をそれぞれ 3，6 本用いた．
センサーの埋設深さは 5，15，25（もしくは 30）cm である．Fig. 1 に Stipa と Leymus の実験において，10HS と4 極センサーを組み合わせた場合のカラムおよび Nelica
1 のカラムのセンサー設置の概要を示した．

られた土壌水分量を土壌水分保持曲線に代入することでマトリックポテンシャルを簡便に推測できる．近年，誘電率の水分依存性を利用した様々なセンサーが開発されてきた（Inoue et al., 2008）．しかし，センサーは便利な反面，現場観測や植物の応答実験において，データ欠損や周辺機器に依存した出力値異常が発生した場合，研究の遂行に深刻な影響を与える．よって，実験開始前に，10HS使用する土壌水分センサーの動作不良の発生率や周辺機器依存性を予め把握しておくことが重要である．そこで

25cm

5cm

本論文では，最近土壌物理分野で用いられ始めている土30cm

15cm

壌水分センサー（10HS，5TE および ECH2 O-TE）の動作不良状況の実態とデータロガー Em5 に依存したセン25cm

サーの出力値異常について報告する．

2. 実験の概要およびセンサー選択
今回の報告の内容は，植物の耐塩性および耐乾性に関
1 Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University ofTokyo, 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8657, Japan. Corresponding
author: 星野亜季，東京大学農学生命科学研究科
2 Graduate School of Life and Environmental Sciences, University ofTsukuba, 1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki 305-8572, Japan
2009 年 10 月 5 日受稿 2010 年 1 月 25 日受理
土壌の物理性 114 号, 23–25 (2010)

Quadrupolar
sensorNelica 1Fig. 1 カラム実験の設定概要．
Schematic of the experimental set up.

Stipa krylovii
Leyms chinensis24土壌の物理性

第 114 号(2010)

Table 1 実験における環境設定の概要．
The settings of experimental environments.
Plants name grew at pots
Place
Temperature
Humidity
Day length
Soil type

Stiapa krylovii
Leymus chinensis
Glass greenhouse at University of Tokyo
25 ◦ C （6:00 – 18:00）,
20 ◦ C （18:00 – 6:00）
50 % ± 10 %15 hAndosols

Nelica 1
Biotrom (PLMP-50S) at University of Tsukuba
30 ◦ C （turn on the light）,
25 ◦ C （turn off the light）
50 % ± 10 %14 hAndosols

Table 2 各土壌水分センサーの動作不良状況．
The number of malfunction sensors at each kind of sensor.
Plants name grew at pots
Soil moisture sensor
The number of used sensors
The number of malfunction sensors
Depth of sensors（cm）
Depth of malfunction sensors （cm）

10HS
1225, 15, 25
5, 15

Stiapa krylovii
Leymus chinensis
5TE
ECH2 O-TE
24005, 155, 15, 25

Nelica 15TE
305, 15, 30

ECH2 O-TE
6
35, 15, 30
15, 30, 30

3. センサーの動作不良発生状況

10HS センサーを水平方向に深さ 3 cm の地点へ挿入し動作不良センサーの実験環境条件を Table 1 に，土壌温 · 湿度を一定に保ち，重量変化および各データロガー

た．圃場容水量を上回るに足る十分な蒸留水を与え，室水分センサー 10HS，5TE および ECH2 O-TE の動作不良における測定をそれぞれ 5 分毎に行った．重量変化から状況を Table 2 に示す．動作不良の判断は，出力データ体積含水率を算出した．その結果を Fig. 3 に示す．X 軸が異常な値を示し，正しく動作することが確認されていにデータロガーからの出力値を Y 軸に重量変化から割りるロガーに換えても，異常値の出力を続けた場合に動作出した体積含水率（VWC）をとった．Fig. 3 から，Em5不良と判断した．異常値とは，水分 · 温度 · 電気伝導度の出力値がほかの二つのロガーの出力値とは異なることに関する出力値について校正が不可能な程度の極端に大が分かる．キャリブレーション実験から，Em5 とその他きいもしくは小さい値の場合や，出力しない場合をここのデータロガー（Em5，Em50）を一緒に使用する際は，では指す．Stipa と Leymus の実験では，10HS で 2 本の出力値に十分注意するとともに，データロガー毎のキャ動作不良を確認した．動作不良が確認された土壌水分セリブレーションの必要があることが示された．

ンサーの埋設深度は 5，15 cm であった．Nelica 1 の実
験では，ECH2 O-TE で 3 本の動作不良を確認した．動作

5. デカゴン社の土壌水分センサーおよびデー不良が確認された土壌水分センサーの埋設深度は 15，30タロガーの経済的優位性

cm であり，30 cm では 2 度の動作不良を確認した．動本論では，デカゴン社の土壌水分センサーおよびデー作不良と埋設深度に傾向は確認されなかった．全体の実タロガーに関する様々な動作不良を報告したが，コスト

験を通じて，各センサーの動作不良発生率は，10HS で面から考えると，プローブ数が約 60 本を越えない限りは 17 %（動作不良：2 / 12 本），5TE では 0 %（動作不は，より信頼性の高いと思われる TDR システムよりも良：0 / 5 本）
，ECH2 O-TE では 30 %（動作不良：3 / 105TE の方が安価である．費用は以下の式で算出した．

本）であった．動作不良の理由は不明であるが，恒温室で行われていた実験中（Table 1），土壌からの抜き差しの無い状態で異常値を出力していた．

4. ロガー機種依存出力値について῝䛥㻟㻚㻡䛻ᤄධ䛧䛯㻝㻜㻴㻿㻱㼙㻡㻱㼙㻡㻜㻱㼙㻡㼎㻱㼙㻡
㻱㼙㻡㼎㻠㼏㼙Stipa と Leymus の実験において使用した Em5 において，ロガー依存と思われる異常出力値が確認された．そのため，正常に動作することが確認されている，10HS

ブレーション実験には，蒸留水を用いて水溶性塩類の溶脱を十分に行った黒ボク土を用いた．黒ボク土を 23 ×33 × 6 cm の容器に乾燥密度 0.82 で充填した．この際，㻱㼙㻡㼎䝕䞊䝍䝻䜺䞊㻱㼙㻡㻜䝕䞊䝍䝻䜺䞊

㻱㼙㻡㻜
㻠㻚㻡㼏㼙

㻥㼏㼙

㻥㼏㼙

㻠㻚㻡㼏㼙

䝞䝑䝖
㻡㼏㼙

஝⇱ᐦᗘ㻜㻚㻤㻞䛷඘ሸ䛧䛯ᅵተ㻣㼏㼙

を 3 本用いて，データロガー Em50，Em5 および Em5bのキャリブレーション実験を行った（Fig. 2）．キャリ㻱㼙㻡䝕䞊䝍䝻䜺䞊䡃

Fig. 2 キャリブレーション実験の設定概要．
Schematic of the calibration experimental set up.

センサー特集

研究ノート：土壌水分センサーの動作不良発生状況およびロガー依存出力値について0.8

深度に複数埋設したとしても，少数の場合（測定点 15 点程度の場合）は TDR よりも安く済む．以上から，必要Em5Em50VWC

250.4Em5b

測定点が少数の場合は，繰返し用センサーの埋設をする

Em5ことで，報告した動作不良に関するリスクを低減させる

Em5bEm50

ことができると考えられる．また，電子天秤に余裕があれば，Em50 と 5TE を組み合わせて，カラム実験の重量00500

1000
Unprocessesd Data

1500

測定を自動化することも可能である．

2000

Fig. 3 Em50, Em5b および Em5 のキャリブレーション結果．
Calibration data of Em50, Em5b and Em5.
Regression
formulas are Y = 2E−11X 3.247 (R2 = 0.993 : Em5), Y =3E−11X 3.247 (R2 = 0.993 : Em50) and Y = 3E−11X 3.247 (R2 =0.993 : Em5b).

6. おわりに
セミナーの討論時にコリン · キャンベル氏から「データロガー Em5 はその後に開発された Em5b や Em50 とファームウェアが異なるので，もし Em5 で同様な不具合がある場合には連絡してほしい」とのコメントがあった．したがって，本論で指摘した土壌水分センサー出力

CT DR = PL + PC + PMt [n/NMtc + 1]

値のデータロガー依存性については問題が解決できたと+ PM [n/NMc] + 1 + PP × n (1)C5T E = Em50 [n/NLc + 1] + 5T E × n

思われる．いずれにせよ，土壌水分センサーの開発は日進月歩なので，土壌水分を測定する際は，データロガーと土壌水分センサーの組み合わせを考慮して動作確認し(2)ておく必要がある．

謝辞

ここで，CT DR：TDR システムに必要な費用，PL：デー
タロガーの定価（CR1000-4M：¥288,750），PC：ケーブ
ルテスターの定価（TDR100：¥745,500），PMt：温度セン

Nelica １に関する実験は，筑波大学生命環境科学研究

サー用マルチプレクサーの定価（AM25T：¥212,100），n：科における修士学位研究の一環として林誌音氏が行ったプローブ数，NMtc ：温度センサー用マルチプレクサーのものであり，実験概要を示した図を提供していただいた．

チャンネル数（25 ch），PM：TDR 用のマルチプレクサー

ここに記して，深謝致します．の定価（ SDMX50SP：¥120,750），NLc：データロガー

引用文献のチャンネル数，NMc：マルチプレクサーのチャンネル数（7 ch），PP：プローブの定価（CS605-L25：¥24,150），

C5T E ： 5TE および Em50 を用いる場合に必要な費用，
Em50：データロガーの定価（Em50：¥106,000），5TE：プローブの定価（5TE：¥48,000）である．[ ] はガウス記

Fujimaki, H., Ando, Y., Cui, Y. and Inoue, M. (2008): Parameter

号で，整数への切り捨てを意味する．

Inoue, M., Ould Ahmed, B.A., Saito T. and Irshad, M. (2008):

以上から，今回の様な，少数のプローブで遂行可能な実験においては，初期投資が少なく済むという利点がある．また，より信頼性を高めるために，センサーを同一

estimation of a root water uptake model under salinity stress.
Vadose Zone Journal, 7: 31–38.
Comparison of twelve dielectric moisture probes for soil watermanagement. American Journal of Environmental Sciences,4(4), 367–372.

要旨

カラム実験から得られた，土壌水分センサー（10HS，5TE および ECH2 O-TE）の動作不良状況およびデータロガー Em5 に依存したセンサーの出力値について報告する．動作不良状況は，10HS，5TE および ECH2 O-TE でそれぞれ，17 %，0 % および 30 % であった．動作不良の判断は，出力データが異常な値を示し，正しく動作することが確認されているロガーに換えても，異常値の出力を続けた場合に動作不良と判断した．異常値とは，水分 · 温度 · 電気伝導度に関する出力値について校正が不可能な程度の極端に大きいもしくは小さい値の場合や，出力しない場合をここでは指す．また，キャリブレーション実験から，Em5 の出力値がほかの二つのロガーの出力値とは異なることがわかった．Em5 と Em5，Em50 を一緒に使用する際は，データロガー毎のキャリブレーションの必要があることが示された．
キーワード:土壌水分センサー，データロガー，動作不良