JP5704293B2 - 施肥装置 - Google Patents
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Description
このような施肥装置として、水田の硬盤層から水田表面までの距離を検出する水田深さ検出装置を備えたものが知られ、水田の深さが深くなると施肥量を少量にするようになっている(特許文献1)
また、予め土壌サンプリング車などによって土壌データとその測定位置とを記憶しておき、この測定結果に応じて施肥量を変化させながら施肥を行う施肥装置も知られている(特許文献2)。
しかしながら、水田によっては場所毎に土壌特性が異なっている場合があり、均一に施肥をした場合、場所によっては過剰施肥となって倒伏や米品質が低下することがあるなど、同じ水田でも品質のばらつきが発生するという問題があった。
また、特許文献2の施肥装置では、予め土壌データを土壌サンプリング車などによって収集しなければならず、リアルタイムに土壌特性を測定して施肥を行うことができないものであった。
このような問題に鑑み、本発明は土壌特性に応じた施肥を行うことができ、かつ効率的に施肥を行うことの可能な施肥装置を提供するものである。
上記測定手段は、土壌特性としての泥部の深度を測定する深度測定手段と、土壌特性としての泥部の電気伝導度を測定する電気伝導度測定手段と、土壌特性としての泥部の硬軟を測定する硬軟測定手段とを備え、
さらに、上記泥部の深度および電気伝導度とから肥沃度を求めるとともに、該肥沃度と上記泥部の硬軟とに応じて上記施肥手段による施肥量を制御する制御手段を設け、
上記制御手段は、泥部の軟らかさが設定した閾値を下回る程度に軟らかい場合には施肥量を少なくするもしくは施肥をしないように制御し、
さらに上記電気伝導度測定手段は少なくとも2つの電極を備え、この2つの電極は上記走行手段の両側の車輪に設けた円盤状の電極もしくは上記走行手段の両側の導電体の車輪からなることを特徴としている。
特に上記制御手段は、泥部の軟らかさが設定した閾値を下回る程度に軟らかい場合には施肥量を少なくするもしくは施肥をしないように制御するので、苗の背が高く伸びるのを抑えることができ、それによって倒伏を防止することが可能となる。
また、上記電極は上記走行手段の両側の車輪に設けた円盤状の電極もしくは上記走行手段の両側の導電体の車輪から構成してあるので、該電極の一部を常時泥部に沈下させることができる。
上記水田Fは、走行手段2が走行する硬盤層Faの上に泥部Fbが形成された状態となっており、走行手段2は泥部Fbに沈んだ状態で硬盤層Fa上を走行するようになっている。また本実施例では、通常は張られている泥部Fbの上部の水が予め抜かれている。
そして上記施肥装置1によれば、走行手段2が水田Fを走行すると、上記測定手段5が走行した部分の泥部Fbの土壌特性を測定し、制御手段6で泥部Fbの肥沃度を求めるとともに、施肥手段4を制御して土壌特性に応じた適切な量の肥料を施肥し、併せて上記植付手段3により苗Rの植付を行うようになっている。
このようにすることで、水田F全体の土壌特性を均一とすることができ、また土壌特性の測定と同時に苗Rの植付を行うことができるので、安定した収穫を期待できるとともに効率的な農作業を行うことができる。
上記植付手段3は従来公知であって詳細な説明は省略するが、苗Rを走行手段2の幅方向に等間隔に植付けるととともに、走行手段2の走行速度に応じて所定間隔で苗Rを植えるようになっている。
また走行手段2には、走行手段2の位置を測定する位置測定手段7と、走行手段2の絶対速度を測定する速度測定手段8とが設けられている。
位置測定手段7にはGPS(Global Positioning System)を用いることができ、走行手段2が水田Fを走行すると、該走行手段2の位置情報を順次取得するようになっている。
上記速度測定手段8は、超音波速度計など、水田Fの表面に対する走行手段2の対地絶対速度を測定するセンサであって、走行手段2が備える速度計では、泥部Fbにより車輪が空転すると正確な速度が測定できないことから、速度測定手段8による絶対速度を測定するようになっている。
このような施肥手段4は、植付手段3で植えつけられる苗Rの列数に応じて設けられ、上記ノズル13は苗Rが植付けられる位置をめがけて肥料を散布するようになっている。
また、本実施例では、上記ノズル13は上記植付手段3よりも前方に設けられており、走行手段2が走行すると、先にノズル13から肥料を散布し、その後植付手段3が肥料の散布された位置に苗Rを植付けるようになっている。
なお、ノズル13を植付手段3の植付位置近傍に位置させ、植付と同時に施肥するようにしても良く、施肥手段4で施肥する肥料は粒状に限らず、液状であっても良い。
上記深度測定手段14は、上記走行手段2の下面に設けられた第1ポテンショメータ14aと、第1ポテンショメータ14aに回転可能に設けられた第1ロッド14bと、該第1ロッド14bの先端に設けられたフロート14cとから構成されている。
フロート14cは泥部Fbの表面に浮上するようになっており、泥部Fbの深さが変化して走行手段2の位置が上下に変動すると、走行手段2に対して相対的に上下動するようになっている。
走行手段2に対してフロート14cが上下動することにより、上記第1ロッド14bが第1ポテンショメータ14aを中心に回転し、第1ポテンショメータ14aはこの第1ロッド14bの回転角度に基づいて泥部Fbの深さの変化を測定する。
上記電極15aは、走行手段2に対して絶縁状態で車輪2aに固定されており、その外径は車輪2aと略同径もしくは若干小径となっている。このため、泥部Fbには電極15aの一部が常時沈下しており、この沈下量は上記沈下センサによって測定される。
このように、本実施例の電気伝導度測定手段15は2つの電極15aを備えており、いわゆる2端子法により電気伝導度を測定するようになっている。
具体的には、上記電流発生手段が一方の電極15aに電流を印加すると、この電流は泥部Fbを介して他方の電極15aに流れ、上記電圧測定手段は2つの電極15a,15a間の電圧を測定する。
そして、電気伝導度算出手段は、上記沈下センサによる電極15aの沈下量と、2つの電極15a,15a間を流れる電流値と、電圧測定手段が測定した電圧とから、泥部Fbの電気伝導度を算出するようになっている。
なお、上記電極15aとして、車輪2aが導電体である場合には上記電極15aに代えて該車輪2aをそのまま用いることが可能である。
上記第2ロッド16bは第2ポテンショメータ16aから下方に向けて設けられており、走行手段2の進行方向前方に付勢された状態で、その下端が泥部Fb内に挿入されるようになっている。
このような構成により、走行手段2が走行すると、泥部Fbの抵抗によって第2ロッド16bの下端が後方に押され、これにより第2ロッド16bが第2ポテンショメータ16aに対して回転するので、第2ポテンショメータ16aはこの第2ロッド16bの回転角度に基づいて泥部Fbの硬さの変化を測定する。
なお、第2ポテンショメータ16aに代えて、歪センサやロードセルを設け、泥部Fbの抵抗により、第2ロッド16bに印加された応力を検出して、硬さの変化を測定するようにしてもよい。
信号処理部21は、それぞれ位置測定手段7、速度測定手段8、深度測定手段14、電気伝導度測定手段15、硬軟測定手段16から、それぞれ走行手段2の位置情報および絶対速度、泥部Fbの深度、泥部Fbの電気伝導度、泥部Fbの硬さの情報を入力し、処理するようになっている。
施肥量算出部22では、水田Fの各位置ごとに、上記深度測定手段14、電気伝導度測定手段15、硬軟測定手段16が測定した各土壌特性に関するデータから、後述する手順で施肥量を算出するようになっている。
上記施肥手段制御部23は、上記施肥手段4の送出手段12を制御し、上記施肥量算出部22が算出した施肥量に応じて上記施肥手段4による施肥量を制御するようになっている。
上記植付手段制御部24は、上記速度測定手段8による走行手段2の絶対速度に基づいて、苗Rを等間隔で植付るよう、上記植付手段3の動作を制御するようになっている。
上記記憶部25には、位置測定手段7が測定した位置情報とともに、その位置情報に関する上記土壌特性のデータや施肥量を記憶し、また以下に説明する施肥量の算出に使用する各定数などを記憶し、さらに、過去の土壌特性の測定データや施肥量を記憶するようになっている。
上記入力表示手段26は、上記測定手段5による測定結果や上記施肥量算出部22が算出した施肥量などを表示するモニタや、上記記憶部25に施肥量の算出に使用する各定数などを登録するための入力手段を備えている。
最初に、作業者の操作により走行手段2が水田F内に入ると、上記位置測定手段7が走行手段2の位置を測定し、この「位置情報:P」が制御手段6の信号処理部21を介して施肥量算出部22に取得される。
これと同時に、上記深度測定手段14、電気伝導度測定手段15、硬軟測定手段16がそれぞれ「泥部の電気伝導度:EC」、「泥部の深度:D」、「泥部の硬度:H」を測定し、それぞれ信号処理部21を介して施肥量算出部22に取得される(101)。
これらのデータが記憶部25に記憶されていない場合には、そのまま後述する手順(107)に移行し、これら過去のデータが記憶されている場合には、これに基づいて水田Fの中の各位置ごとに「過去の肥沃度:Fo」を算出する(103)。このときの計算式は以下の通りである。
Fo=ECo×Do…(式1)
次に、水田Fの中の各位置毎の「過去の肥沃度:Fo」から、水田F全体の「過去の肥沃度の平均値:Fa」および「過去の肥沃度の標準偏差:Fd」を算出する(104)。
さらに、施肥量算出部22は「位置情報:P」に関連付けられた「過去の硬度:Ho」を呼び出すとともに、あわせて水田F全体の「過去の硬度の平均値:Ha」および「過去の硬度の標準偏差:Hd」をそれぞれ算出する(105)。ここで、過去のデータとしては直近のデータを用いることが望ましい。
そして、施肥量算出部22は「肥沃度の基準値:Fs」を算出する(106)。このときの計算式は以下の通りである。
Fs=Fa(1+C)…(式2)
ここで、Cは任意定数で適宜変更可能であり、通常は0に設定されている。
なお上記「肥沃度の基準値:Fs」については、別途測定した水田Fの土壌特性などから、推定した値を使用することも可能である。さらには、これらの値の算出を予め作業前に行っておくことで、施肥量の算出時間を短縮できる。
H>A×Ht…(式3)
ここで、Aは任意定数で適宜変更可能であり、通常は1に設定されている。またHtは「泥部の硬度の閾値」を示し、使用する水田Fの土壌特性にあわせて個別に設定可能な経験値等のパラメータとなっている。
そして、「泥部の硬度:H」が上記条件式を満たさない場合、施肥量算出部22は「施肥量:Y」を0とする(108)。
すなわち、設定した閾値を下回る程度に泥部15bが軟らかい場合には、稲が高く伸びることで倒伏しやすくなることから、施肥をせず生育を抑えるようにしている。
F=EC×D…(式4)
上記式4により、本実施例では「泥部の電気伝導度:EC」が高くなるに応じて肥沃度が高く、低くなるに応じて肥沃度が低くなるように算出され、また「泥部の深度:D」が深くなるに応じてい肥沃度が高く、浅くなるに応じて肥沃度が低くなるように算出されるようになっている。
「肥沃度:F」が「肥沃度の閾値:Ft」を越える場合、その位置の泥部Fbは十分に肥沃であると考えられるので、この場合、施肥量算出部22は過剰施肥とならないよう、「施肥量:Y」を0とする(108)。
Y=K[1−N{(F−Fs)/Fd}]…(式5)
ここで、「施肥量:Y」は一苗あたりの施肥量であり、Nは施肥量増減の可変パラメータであって任意に設定可能な数値である。
上記式5により、本実施例では「肥沃度:F」が高くなるに応じて施肥量を少なく、低くなるに応じて施肥量を多くするように「施肥量:Y」が算出されるようになっている。
なお、上記式5において、「過去の肥沃度の標準偏差:Fd」を、上記「肥沃度の基準値:Fs」としてもよい。
Y=K[1−L{(D−Ds)/Ds}]…(式6)
ここで、「施肥量:Y」とは一苗あたりの施肥量である。また、Dsは田起こし、代掻きをする際の泥部15bの深度の設計値、あるいは目標値である。さらに、Lは施肥量増減の可変パラメータであって任意に設定可能な数値である。そしてKは一苗あたりの慣行施肥量(kg/10a)であって株密度や環境保全を考慮した施肥量の最大値を言う。
上記式6のように、本実施例では「泥部の深度:D」が深いときには施肥量が少なく、浅いときには施肥量が多くなるように「施肥量:Y」が算出されるようになっている。
これにより、次回の施肥の際にはこの記憶部25に記憶したこれらのデータを使用することができ、また、記憶部25に記憶されたデータを用いて水田Fの土壌特性や施肥量に関する水田F全体についての分布図等のマップを作成することができ、効率的な稲の育成のための分析を行うことができる。
このとき、走行手段2は泥部Fbにより車輪2aがスリップする場合があるため、車輪2aの回転に基づく速度に基づいて施肥や植付を行うと、これらの間隔が一定とはならなくなる。
このため、施肥手段制御部23は上記速度測定手段8により走行手段2の絶対速度を用いて、施肥手段4により等間隔に施肥を行うようにし、さらに上記植付手段制御部24は、上記施肥手段4が施肥した位置に苗Rを植えつけるようになっている。
上記電極32の一部は泥部Fb内に挿入されるようになっており、走行手段2の走行に伴って回転するとともに、該電極32の沈下量は図示しない沈下センサによって測定されている。
このように、本実施例の電気伝導度測定手段15は4つの電極32を備えており、いわゆる4端子法により電気伝導度を測定するようになっている。
具体的には、上記電流発生手段は外側に位置する2つの電極32の間で電流を流し、上記電圧測定手段は内側に位置する2つの電極32間の電圧を測定するようになっている。
そして、電気伝導度算出手段15は、上記沈下センサによる電極32の沈下量と、電圧測定手段が測定した電圧とから、泥部Fbの電気伝導度を算出するようになっている。
なお、円盤状の電極32を省略し、ステー31の先端部分を電極として直接泥部15bに挿入した構成や、外側の2つの電極32を第1実施例のように両側の車輪2aに設け、内側の2つの電極32をこれらの間に設けた2つのステー31の先端に設けた構成としてもよい。
また、このようなステー31および円盤状の電極32を使用した構成において、上記第1実施例のような2端子法による電気伝導度測定手段15を構成することも可能である。
さらに、硬軟測定手段16の第2ロッド16bをステー31として利用することも可能である。
また、上記植付手段3に代えて、水田Fに種を播く播種手段を設けてもよく、また稲だけに限らず、その他水耕作物にも使用することができる。
さらに、上記実施例では水田Fから水を抜いた状態での使用について説明したが、水田Fに水を張った状態で使用する場合は、上記施肥手段4のノズル13の先端を泥部Fbの内部に挿入した状態で施肥を行うことで、泥部Fbに十分に施肥を行うことができる。
3 植付手段 4 施肥手段
5 測定手段 14 深度測定手段
15 電気伝導度測定手段 16 硬軟測定手段
Claims (6)
- 硬盤層上の泥部を走行する走行手段と、上記泥部の土壌特性を測定する測定手段と、泥部に肥料を施す施肥手段とを備えた施肥装置において、
上記測定手段は、土壌特性としての泥部の深度を測定する深度測定手段と、土壌特性としての泥部の電気伝導度を測定する電気伝導度測定手段と、土壌特性としての泥部の硬軟を測定する硬軟測定手段とを備え、
さらに、上記泥部の深度および電気伝導度とから肥沃度を求めるとともに、該肥沃度と上記泥部の硬軟とに応じて上記施肥手段による施肥量を制御する制御手段を設け、
上記制御手段は、泥部の軟らかさが設定した閾値を下回る程度に軟らかい場合には施肥量を少なくするもしくは施肥をしないように制御し、
さらに上記電気伝導度測定手段は少なくとも2つの電極を備え、この2つの電極は上記走行手段の両側の車輪に設けた円盤状の電極もしくは上記走行手段の両側の導電体の車輪からなることを特徴とする施肥装置。 - 上記肥沃度は、泥部の深度が深くなるに応じて高く、泥部の電気伝導度が高くなるに応じて高くなり、泥部の深度が浅くなるに応じて低く、泥部の電気伝導度が低くなるに応じて低くなるよう算出され、
上記制御手段は、肥沃度が高くなるに応じて上記施肥手段による施肥量を少なくし、もしくは施肥をせず、肥沃度が低くなるに応じて施肥量を多くするよう制御することを特徴とする請求項1に記載の施肥装置。 - 上記走行手段の位置を測定する位置測定手段を設け、
上記制御手段は、位置測定手段が測定した各位置毎に、上記測定手段が測定した土壌特性を記憶するとともに、同じ位置における過去の土壌特性を加味して施肥量を算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の施肥装置。 - 上記電気伝導度測定手段は、上記2つの電極間の泥部の電気伝導度を測定することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の施肥装置。
- 上記電気伝導度測定手段は、上記走行手段の両側の車輪に設けた円盤状の電極もしくは上記走行手段の両側の導電体の車輪からなる外側の2つの電極と、これら外側の2つの電極の内側に位置する内側の2つの電極とからなる4つの電極を備え、外側の2つの電極間に電流を流すとともに、内側の2つの電極間の電圧を測定して泥部の電気伝導度を測定することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の施肥装置。
- 上記走行手段に、苗の植付けを行う植付手段または、種を播く播種手段のいずれかを設け、上記施肥手段による施肥と同時に、苗の植付けまたは種を播くことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の施肥装置。
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