JP4943215B2 - 根系分布推定方法及び同推定装置 - Google Patents

Description

本発明は樹木の根系分布推定方法及び同推定装置に関する。

緑化樹木の根系の分布や状態は、移植や樹木の治療等、樹木の保護管理を行う上で最も重要かつ基礎的な情報である。樹木の根系の形態と地下での分布についての研究は樹木根系図説にまとめられ、有用な情報が開示されている。しかし、個別の樹木の根系は様々な環境条件の違いがあるため、この図説の通りであるとは限らない。そのため、これまでのところ現場で個別の根系を調べるには掘り起しや水圧利用による根系の洗い出しといった手法が一般に採られていた。

また、樹木に傷をつけずに樹木の健全性を診断する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法は樹木の表面温度計測に基づいて樹木の健全性を判断するもので、たとえば樹木の表面温度の時間変化が外気温度の時間変化に対し、ほぼ追従するようであるならば、当該樹木が不健全であるとの判断を行うものである。

更にまた、植物の根と大地との間の電気抵抗を測定することにより、根の評価をする方法の提案もなされている（例えば、特許文献２及び３参照）。
特開２００２―３４５３３９号公報 特開平１１−３３２３７７号公報 特開２００２―７１６０８号公報

前述の特許文献１の方法は、樹木に傷をつけることなく一定の樹木の健全性診断を可能とするが、温度測定は地表上で行われるので、根の分布などを推定することは基本的にできない。また、特許文献２及び３の方法は、大地と植物の根との間の電気抵抗を測定し、もって植物の根の張り具合や、植物の植えられた土地の土質や、土壌水分等を一定のレベルで判断することができるものではあるが、根系の分布を推定すること等については一切触れられていない。

本発明は、上述のような問題点のない方法を提案するもので、根系の水平的分布等を非破壊かつ簡便に推定することができる。

本発明請求項１の発明は、樹木の幹に振動を与えるとともに、当該樹木の上記振動に起因する振動波を当該幹の周辺の土壌の多数箇所において測定し、その測定値により樹木の根系分布を推定することを特徴とする根系分布推定方法である。

本発明請求項２の発明は、上記多数箇所が、樹木の幹を中心とした同心円上に位置する箇所であることを特徴とする請求項１に記載の根系分布推定方法である。

本発明請求項３の発明は、上記多数箇所が、樹木の幹を中心とした複数の同心円上であって、かつ当該幹より発する放射直線上に位置する箇所であることを特徴とする請求項１に記載の根系分布推定方法である。

本発明請求項４の発明は、樹木の幹に振動を与える加振手段と、当該樹木の上記振動に起因する振動波を当該幹の周辺の土壌の多数箇所において測定する振動測定手段と、上記振動測定手段の出力値を演算する演算手段とよりなる根系分布推定装置である。

本発明請求項５の発明は、上記多数箇所が、樹木の幹を中心とした同心円上に位置する箇所であることを特徴とする請求項４に記載の根系分布推定装置である。

本発明請求項６の発明は、上記多数箇所が、樹木の幹を中心とした複数の同心円上であって、かつ当該幹より発する放射直線上に位置する箇所であることを特徴とする請求項４に記載の根系分布推定装置である。

本発明によれば、樹木の幹に振動を与えるだけで、その振動に起因する振動波を、例えば速度という物理量で測定し、根系の水平的分布等を推定することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明により根系分布の推定が適正にできることを、実施例に基づいて説明する。

発明者は、樹幹の根元にゴム製ハンマーで打撃を与え、振動計CardVibro Neo（IMV社 VM-2004Neo）を用いて土中および根系を伝わる振動の伝播速度および周波数成分を測定した。測定点は、図１に示すように、測定対象樹木を中心とする半径２．５mの円内に樹幹から放射直線ラインを１６方位に張り、各ラインに０．５mおきに２．５mまで同心円上に設けた。ゴムハンマーによる打撃は、振動計の波形収録機能を用いて樹幹への打撃が均一になるよう１打撃ごとの波形を確認しながら実施した。

振動の大きさを表す変位、速度、加速度のうち、速度（mm/sec）のピーク値を測定対象とした。以下、振動の伝播速度を単に速度と記す。ゴムハンマーによる樹幹への打撃は測定開始から３秒後に行い、打撃３回の平均値を、当該測定点の値とした。

一般に、振動現象は周波数特性を持っており、周波数成分が複雑に混在している。本発明では振動計のＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析機能を用いた周波数分析を行い、各測定点における周波数ごとの成分の大きさを測定した。

調査樹木を打撃した際に生じる振動の差異が、根系の多寡によるものであるかどうかを検証するために、鳥取大学附属フィールドサイエンスセンター教育研究林湖山の森のハリエンジュにおいて、樹幹から０．５ｍおきに２．５ｍまで、直下に根系の存在する場所と存在しない場所で振動の値を測定し、比較した。１測定点における打撃回数は、実際に調査樹木を測定する際の打撃回数と一致させるため、４８回（同心円状の１測定点につき３回の打撃×１６方位）とした。

振動の測定を行った調査樹木の根系を、樹幹を中心とする半径２．５ｍの円内において、地表から深さ４０〜６０ｃｍの範囲まで掘り出した。掘り出した根系は樹上（高さ４ｍ程度）からデジタルカメラで撮影し、写った根系をトレースして図化した。以下、実写により図化した実際の根系図を実根系図と記す。そして、振動の測定から根系の分布を推定した図と実根系図を重ね合わせ、推定の精度を検証した。

図２に直下に根系が存在する測定点と、存在しない測定点における速度の差異を示した。図２より、直下に根系が存在する測定点における速度の値は、根系が存在しない測定点の値よりも大きいことが分かる。これは、樹木が完全弾性体で砂地よりも高密度であるため、砂地よりも根系の方が土中を伝わる伝播速度が速いことによるものと考えられる。そこで、本研究では「速度の値が大きいほど、根系の存在する確率が高い」という性質を利用して、根系分布の推定を進めることとした。

まず、主根が横走する方向の推定について説明する。図３に調査木の０．５ｍ、１．０ｍの各測定点における速度の値を同心円別に表した図を示した（１．５ｍ〜２．５ｍの測定点における測定値は省略）。すなわち、図３は振動が伝わっていく方向を表している。図４に図３と調査樹木の実根系図を重ね合わせた図を示した。図３、４より、同心円別の速度の値の差異と、調査樹木の根系が横走する方向はほぼ一致していることが分かる。従って、速度の値を同心円別に表すことにより、樹幹に与えられた振動が伝わる方向、すなわち主根が横走している方向を推定できる。

次に、根系の水平的分布の推定について説明する。各測定点における速度の値から、根系の水平的分布の概要を推定する図（以下、根系推定図）の作成を試みた。根系推定図は等高線・３次元地図作成ソフトSurfer８（Golden Software社）を用いて作成した。根系推定図を作成する際、各測定点における値は「測定点の値／同心円測定点の平均値」とした。これは振動の大きさが図２のように距離減衰するため、樹幹から遠い測定点（２．０ｍ、２．５ｍ）の速度の値は樹幹から近い測定点（０．５ｍ〜１．５ｍ）の値に比べると微小な値となり、測定値そのままでは明確な差異として根系推定図上に表現できないためである。

図５に調査樹木の根系推定図と実根系図を重ね合わせたものを示した。図５の調査樹木の実根系図と根系推定範囲の形は非常によく対応している。尚、図５では調査樹木の全根系の９１．２％が根系推定範囲に含まれており、高い推定精度を示していた。

次に、周波数成分の測定より、主根の存在する位置が推定できることを説明する。ＦＦＴグラフ（周波数ごとの成分の大きさを示したグラフ）の周波数成分の波形と実根系図とを比較した結果、測定点直下に主根がある場合は５００Ｈｚ付近、或いは５００Ｈｚを超えて周波数成分が表れる傾向が見られた（図６、７、８）。

次に、主根が横走する方向を推定する方法について、図９を用いて説明する。まず、速度の測定から、前述のとおり、根系推定図を作成し、根系の水平的分布を把握する。次に、作成した根系推定図上に、周波数分析によりＦＦＴグラフ上で５００Ｈｚ付近、或いは５００Ｈｚを超えて周波数が表れた測定点をプロットし、主根の存在する位置を把握する。さらに、先に作成した図上に速度の測定によって得られた各測定点の値を同心円別にプロットし、先に把握した主根が横走する方向を推定する。

本発明の今後の展開、産業上の利点としては、造園分野において緑化樹木の移植を行う際には、樹幹付近における主根の位置を考慮した根鉢とすることにより根系の損傷を軽減し、移植後の根腐れによる先枯れや枯れ下がり等による樹勢悪化を防ぐことが可能になる。天然記念物や公園樹、街路樹等の樹木の治療を行う際には、主根の位置をこれまでより簡易に把握することで、根系の大がかりな掘り起こしにかかる諸費用を削減することができる。また、根系推定後の迅速かつ的確な土壌改良、施肥等の植栽基盤改良が可能となり、樹木に適した生育環境を整備することにより、緑化樹木が持つ大気浄化、緑陰の形成、ヒートアイランド現象の緩和、生物の誘致・繁殖、景観向上などの様々な緑の効用を十分発揮させることができる。

本発明における振動の測定点の一例を説明するための図。 樹木の根系の有無と振動計の出力としての速度の関係を示す図。 本発明に関連し、各測定点の速度の値の差異を示す図。 本発明に関連し、調査樹木の各測定点の値と実根系図の関係を示す図。 本発明に関連し、根系推定図と実際の根系との関係を示す図。 本発明に関連し、ＦＦＴグラフで５００Ｈｚ付近に周波数成分が表れた測定点（丸印）と主根の位置の関係を示す図。 本発明に関連し、直下に主根が存在した測定点におけるＦＦＴグラフ。 本発明に関連し、直下に主根が存在しなかった測定点におけるＦＦＴグラフ。 本発明に関連し、根系の水平的分布の推定図。

Claims (6)

1. 樹木の幹に振動を与えるとともに、当該樹木の上記振動に起因する振動波を当該幹の周辺の土壌の多数箇所において測定し、その測定値により樹木の根系分布を推定することを特徴とする根系分布推定方法。
2. 上記多数箇所が、樹木の幹を中心とした同心円上に位置する箇所であることを特徴とする請求項１に記載の根系分布推定方法。
3. 上記多数箇所が、樹木の幹を中心とした複数の同心円上であって、かつ当該幹より発する放射直線上に位置する箇所であることを特徴とする請求項１に記載の根系分布推定方法。
4. 樹木の幹に振動を与える加振手段と、当該樹木の上記振動に起因する振動波を当該幹の周辺の土壌の多数箇所において測定する振動測定手段と、上記振動測定手段の出力値を演算する演算手段とよりなる根系分布推定装置。
5. 上記多数箇所が、樹木の幹を中心とした同心円上に位置する箇所であることを特徴とする請求項４に記載の根系分布推定装置。
6. 上記多数箇所が、樹木の幹を中心とした複数の同心円上であって、かつ当該幹より発する放射直線上に位置する箇所であることを特徴とする請求項４に記載の根系分布推定装置。