JP6218075B2

JP6218075B2 - 自動灌水システム

Info

Publication number: JP6218075B2
Application number: JP2014002649A
Authority: JP
Inventors: ウヒョンジョン; 淳坂口; 伸也広田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: JP2015130802A

Description

本発明は、植物を育成する圃場への灌水を自動的に行う自動灌水システムに関する。

従来、植物を育成する圃場への灌水を自動的に行う自動灌水システムが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１には、設定時刻に灌水することを基本にし、土壌水分値と日射量とをセンサにより測定し、土壌水分値と日射量とに基づいて設定時刻の灌水を行うか否かを判断する技術が記載されている。つまり、特許文献１には、設定した水分値より土壌水分値が多いか、設定した日射量より日射量が少ない場合には、設定時刻に灌水を行わないようにする技術が記載されている。

また、特許文献２には、日射量と含水量とを検出し、積算日射量に基づいて灌水量を推定し、かつ含水量に基づいて係数を決定し、推定した灌水量と決定した係数とを用いて、圃場への灌水量を決定する技術が記載されている。

特開２００１−１８６８２４号公報特開２０１１−９２１５２号公報

特許文献１、特許文献２では、いずれも土壌の水分および日射量を計測し、計測結果を用いて圃場への灌水のタイミングあるいは水の供給量を定める構成が採用されている。しかしながら、この種の情報を計測する計測装置（センサ）は、比較的高価である。また、土壌の水分を計測する計測装置は、精度が十分に高いとは言えない上に、計測装置の設置場所によって、計測結果にばらつきが生じる。

本発明は、圃場における土壌の水分および圃場に対する日射量を計測せずに灌水のタイミングを定めることを可能にした自動灌水システムを提供することを目的とする。

本発明に係る自動灌水システムは、植物を育成する圃場に灌水するための水を供給する水供給装置と、前記水供給装置から前記圃場に水を供給するタイミングおよび水の供給量を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圃場に前記植物の播種または定植を行った後の所定期間において、前記所定期間の開始時に１回目の灌水を行い、かつ前記１回目の灌水を行った日の翌日以降で前記所定期間の終了までに２回目以降の灌水を行うように、前記水供給装置への指示内容を生成する処理部と、前記圃場が保水可能な最大水量である最大灌水量に関する情報、および前記圃場に灌水した後に前記圃場から消失する水分量である消失量に関する情報が入力される入力部とを備え、前記処理部は、前記１回目の灌水における水の供給量である第１の供給量を前記最大灌水量から減算した値と、前記消失量とを用いて、前記２回目以降の灌水のタイミングを定めることを特徴とする。

この自動灌水システムにおいて、前記入力部は、前記所定期間の開始直前における前記圃場の保水量の情報が入力され、前記処理部は、当該保水量を前記最大灌水量から減算した値を、前記第１の供給量に用いることが好ましい。

この自動灌水システムにおいて、前記入力部は、前記圃場の保水量の情報が、ｐＦ値の範囲を区分するｐＦ計の表示色に対応付けられた複数段階で入力されることがさらに好ましい。

この自動灌水システムにおいて、前記圃場の温度、照度、日射量のうちの少なくとも１種類を環境値として監視するセンサをさらに備え、前記入力部は、前記センサから前記環境値が入力され、前記処理部は、前記２回目以降の灌水を、前記圃場への前回の灌水の直後から前記環境値の累積値が所定の基準値に達した時点で行うことが好ましい。

この自動灌水システムにおいて、前記制御装置は、前記圃場への灌水のタイミングを手動または自動で変更する変更部をさらに備えることが好ましい。

本発明の構成によれば、１回目の灌水における水の供給量である第１の供給量を圃場が保水可能な最大水量である最大灌水量から減算した値と、圃場に灌水した後に圃場から消失する水分量である消失量とを用いて、２回目以降の灌水のタイミングを定めている。したがって、圃場における土壌の水分および圃場に対する日射量を計測せずに灌水のタイミングを定めることが可能になるという利点を有する。

実施形態を示すブロック図である。実施形態における農業用ハウスの一例を示す一部破断した斜視図である。実施形態に用いる水分特性曲線の一例を示す図である。実施形態に用いる水分特性曲線の他例を示す図である。実施形態における灌水スケジュールの一例を示す図である。実施形態に用いる情報の例を示す図である。

図１に示すように、以下に説明する自動灌水システムは、水供給装置１０と制御装置３０とを備える。水供給装置１０は、植物２０を育成する圃場２１に灌水するための水を供給する。制御装置３０は、水供給装置１０から圃場２１に水を供給するタイミングおよび水の供給量を制御する。さらに、制御装置３０は、処理部３１と入力部３２とを備える。処理部３１は、水供給装置１０への指示内容を生成する。この指示内容は、圃場２１に植物２０の播種または定植を行った後の所定期間において、所定期間の開始時に１回目の灌水を行い、かつ１回目の灌水を行った日の翌日以降で所定期間の終了までに２回目以降の灌水を行うように生成される。入力部３２は、圃場２１が保水可能な最大水量である最大灌水量に関する情報、および圃場２１に灌水した後に圃場２１から消失する水分量である消失量に関する情報が入力される。さらに、処理部３１は、１回目の灌水における水の供給量である第１の供給量を最大灌水量から減算した値と、消失量とを用いて、２回目以降の灌水のタイミングを定める。

また、入力部３２は、所定期間の開始直前における圃場２１の保水量の情報が入力され、処理部３１は、当該保水量を最大灌水量から減算した値を、第１の供給量に用いることが望ましい。さらに、入力部３２は、圃場２１の保水量の情報が、ｐＦ値の範囲を区分するｐＦ計３６の表示色に対応付けられた複数段階で入力されるようにしてもよい。

自動灌水システムは、圃場２１の温度、照度、日射量のうちの少なくとも１種類を環境値として監視するセンサ３５をさらに備えていてもよい。この場合、入力部３２は、センサ３５から環境値が入力され、処理部３１は、２回目以降の灌水を、圃場２１への前回の灌水の直後から環境値の累積値が所定の基準値に達した時点で行うことが望ましい。

また、制御装置３０は、圃場２１への灌水のタイミングを手動または自動で変更する変更部３３をさらに備えることが望ましい。

以下、本実施形態をさらに詳しく説明する。ここでは、自動灌水システムが、図２に示す農業用ハウスに用いられる場合を例として説明する。ただし、以下に説明する自動灌水システムを、農業用ハウス以外の場所で使用することを妨げる趣旨ではない。

農業用ハウスは、植物２０（図１参照）を育成する環境を整えることを目的としたハウス本体４０を備える。ハウス本体４０は、構造材としての金属製パイプを組み合わせて構成されたフレーム４１と、フレーム４１により支持された被覆材４２とを備える。被覆材４２は、透光性を有する（望ましくは、透明である）合成樹脂フィルムが用いられる。

ハウス本体４０は、断面逆Ｕ字状に形成された断面半円状の屋根部４００と、屋根部４００を支持し互いに対向する一対の側壁部４０１，４０２と、側壁部４０１，４０２に直交し互いに対向する一対の妻壁部４０３，４０４とを一体に備える。ハウス本体４０は、一対の妻壁部４０３，４０４を通る方向における寸法が、一対の側壁部４０１，４０２を通る方向における寸法に比べて十分（たとえば、１０倍以上）に大きい。したがって、以下では、一対の妻壁部４０３，４０４を通る方向を長手方向といい、一対の側壁部４０１，４０２を通る方向を短手方向という。上述したハウス本体４０は一例であって、ハウス本体４０の構成を限定する趣旨ではなく、ハウス本体４０に他の材料を用いることや他の形状に形成することを妨げない。

ハウス本体４０を設置する向きにとくに制限はないが、土地の形状による制約がなく、かつ日照を妨げる障害物の影響を考慮しなくてもよい場合には、一般的には、短手方向を東西方向に向けるように設置される。これは、ハウス本体４０の長手方向が東西方向に向いている場合よりも、短手方向が東西方向に向いているほうが、ハウス本体４０の中で育成される植物に対する日照量の積算量にばらつきが少ないからである。

ハウス本体４０は、内部に入射する外光を減光させる第１位置と、内部に入射する外光を減光させない第２位置との間で移動可能であるカーテン５１を備える。また、ハウス本体４０は、内部と外部との間で通気させる開位置と、内部と外部との間で通気させない閉位置との間で移動可能である窓５２を備える。

ハウス本体４０は、カーテン５１として、屋根部４００に沿って配置された天井カーテン５１０と、それぞれの側壁部４０１，４０２に沿って配置された側カーテン５１１とを備える。天井カーテン５１０は、第１位置と第２位置との間で移動することにより、屋根部４００からの外光の入射量を調節する。側カーテン５１１は、第１位置と第２位置との間で移動することにより、側壁部４０１，４０２からの外光の入射量を調節する。

天井カーテン５１０と側カーテン５１１とは、第１の駆動装置（図示せず）により独立して駆動される。また、それぞれの側壁部４０１，４０２に設けられた側カーテン５１１も第１の駆動装置により独立して駆動される。第１の駆動装置は、モータのような動力源（図示せず）を備え、天井カーテン５１０と側カーテン５１１とにそれぞれ対応した駆動機構を備えている。

窓５２は、それぞれの側壁部４０１，４０２に設けられる。窓５２は、開度が調節されることにより、ハウス本体４０の内部と外部との間で通気する際の空気の通気抵抗を調節する。ハウス本体４０は、側壁部４０１，４０２のほかに、妻壁部４０３，４０４にも窓（図示せず）を備えていることが望ましい。

それぞれの側壁部４０１，４０２に設けられた窓５２は、第２の駆動装置（図示せず）により独立して駆動される。第２の駆動装置は、モータのような動力源（図示せず）を備え、窓５２にそれぞれ対応した駆動機構を備えている。

天井カーテン５１０、側カーテン５１１のそれぞれの位置を変化させると、外光を減光させる程度が変化し、ハウス本体４０に流入する熱量が調節される。すなわち、天井カーテン５１０、側カーテン５１１をそれぞれ移動させることにより、ハウス本体４０の内部温度の上昇速度が調節される。

一方、窓５２のそれぞれの開度を変化させると、ハウス本体４０の内部と外部との間で空気が流通する速度が調節される。つまり、窓５２のそれぞれの開度を変化させることにより、ハウス本体４０の内部と外部とで空気が入れ替わる速度が調節され、ハウス本体４０の内部温度が調節される。したがって、ハウス本体４０の内外に温度差があれば、窓５２のそれぞれの開度を調節することにより、ハウス本体４０の内部温度が調節される。また、ハウス本体４０の内外の湿度に差があれば、窓５２のそれぞれの開度を調節することにより、ハウス本体４０の内部湿度も調節される。

上述のように、カーテン５１の位置と窓５２の開度とを適宜に調節することによって、ハウス本体４０の内部温度と内部湿度とを変化させることが可能である。たとえば、夏季で晴天の日中であれば、天井カーテン５１０、側カーテン５１１を閉じ、かつ窓５２の開度を大きくすれば、ハウス本体４０の内部温度の上昇が抑制される。

ところで、ハウス本体４０は、植物の育成環境を制御するために、圃場２１に灌水するための灌水装置１１を備え、さらに、植物２０（図１参照）の上方にミストを発生させるミスト発生装置１５を備える。また、ハウス本体４０の妻壁部４０３，４０４の上部に、ハウス本体４０の換気ないし送風を行うためのファン１６が設けられる。

灌水装置１１は、柔軟な素材で形成された散水チューブ１１１を備える。散水チューブ１１１は、側壁部４０１と圃場２１との間および側壁部４０２と圃場２１との間に、それぞれハウス本体４０の長手方向に沿って配置される。散水チューブ１１１は、複数箇所に小孔（図示せず）を備え、注水されると小孔を通して圃場２１の上方に向かって水を噴出させる。散水チューブ１１１から噴出した水は、圃場２１に落下し圃場２１への灌水を行う。

ミスト発生装置１５は、圃場２１の上方に位置するように、ハウス本体４０の屋根部４００から吊り下げられた給水管１５１を備える。給水管１５１の適宜箇所には、ミストを発生させるためのノズル（図示せず）が取り付けられており、給水管１５１に注水することによりノズルからミストを発生させることが可能になっている。ミストは圃場２１に対する水分の供給にはあまり寄与しないが、ミストを発生させると圃場２１の周辺において気温を調節することが可能である。

灌水装置１１は、図１に示すように、水源１３および給水弁１２とともに水供給装置１０を構成する。水供給装置１０はミスト発生装置１５を含んでいてもよいが、ここでは要旨ではないから詳細は省略する。水源１３から灌水装置１１へは給水管路１４を通して水が供給される。水源１３は、井戸水、河川水、雨水、市水などが単独または組み合わせて用いられる。また、給水弁１２は、水源１３と灌水装置１１との間の給水管路１４に配置されており、給水弁１２を制御装置３０が制御することにより、灌水装置１１から圃場２１への供給量が調節される。

ここでは、給水弁１２として開閉を行う電磁弁を用いる場合を想定しているが、給水弁１２は開度の調節が可能な電動弁であってもよい。なお、灌水装置１１およびミスト発生装置１５と水源１３との間の適宜箇所には、ポンプ（図示せず）が配置され、ポンプが運転されることにより水源１３からの水が加圧され、灌水装置１１あるいはミスト発生装置１５から水が吐出する。制御装置３０の構成および動作については後述する。

ハウス本体４０の内部あるいは外部には、温度、湿度、照度、日照量などの群から選択される１種類以上の環境値を監視するセンサ３５（図１参照）が設けられる。たとえば、温度、湿度を監視するセンサ３５であればハウス本体４０の内部と外部とに設けられ、照度を監視するセンサ３５であればハウス本体４０の内部に設けられ、日照量を監視するセンサ３５であればハウス本体４０の外部に設けられることが望ましい。カーテン５１、窓５２、ファン１６は、センサ３５が監視する植物２０の育成環境に基づいて制御装置３０が制御する。また、制御装置３０は、上述したように、灌水装置１１およびミスト発生装置１５への給水を制御する。さらに、図示例では、圃場２１における作土層（表土）のｐＦ値を監視するｐＦ計３６が設けられている。このｐＦ計３６は、ｐＦ値の範囲が複数段階に区分され、段階ごとに表示色が対応付けられている。この構成については後述する。

以下では、主として植物２０の成長段階に応じて、灌水装置１１への給水を制御する技術について説明する。この場合も、灌水装置１１への給水は、植物２０の成長段階だけではなく、センサ３５が監視する育成環境を併用して制御されることが望ましい。ここに、本実施形態では、植物２０として、ホウレンソウ、小松菜のような軟弱野菜を想定しており、播種から収穫までの期間が植物２０の育成期間になっている。

なお、植物２０の種類によっては、播種を別に行って育苗後に圃場２１に定植を行う場合もあり、この種の植物２０は、育成期間が定植後から収穫までの期間になる。さらにまた、植物２０の種類によっては、収穫が短期間（１〜２日程度）では終了せずに、収穫の期間が比較的長い期間（たとえば、１０日以上）に亘って継続する場合もあり、この種の植物２０は、収穫の終了時点が育成期間の終了時点になる。

本実施形態は、播種を行ってから収穫までの期間が、育成期間になる植物２０を想定して説明する。つまり、１つの圃場２１について植物２０を収穫する期間は比較的短い期間になる場合を想定する。ここでは、植物２０としてホウレンソウを想定し、植物２０の成長段階を４段階に分ける。すなわち、播種から発芽までを第１期、発芽から本葉が４枚になるまでの期間を第２期、本葉４枚から草丈が２０ｃｍまでの期間を第３期、草丈が２０ｃｍから２５ｃｍに成長するまでの期間を第４期とする。第４期の終了時点が収穫時点である。

さらに、植物２０を夏季において育成する場合を想定しており、第１期の開始から第４期の終了までの日数は３５〜４０日程度になっている。第１期は５日間程度であり、第２期、第３期、第４期はそれぞれ１０日間程度である。つまり、本実施形態では、播種を行った後の所定期間は、植物２０の育成期間であって、３５〜４０日程度になる。また、第１期の前には、圃場２１の耕起および施肥を行って土作りを行う。この期間には、天井カーテン５１０は閉じ、灌水装置１１およびミスト発生装置１５への給水は行わない。

第１期は播種により開始される。また、播種の直後に制御装置３０の運転が開始され、１回目の灌水が行われる。第１期には、天井カーテン５１０は閉じた状態に維持される。播種の直後では土壌の保水量は少ないから、灌水装置１１による灌水は多めにし、ミスト発生装置１５によるミストも多めにする。

第２期には、天井カーテン５１０は、原則として閉じた状態に維持されるが、完全に閉じた状態ではなく、必要に応じて適宜に開閉が行われる。灌水装置１１による灌水は控えめにするが（以下に説明する動作では灌水は行っていない）、ミスト発生装置１５からのミストは第１期と同様に多めにする。第２期は病害が発生しやすいから、湿度の調節が重要であり、また、灌水は最小限にとどめることが必要である。

第３期には、天井カーテン５１０を開ける頻度を第２期よりも増加させる。灌水装置１１による灌水およびミスト発生装置１５からのミストは、植物２０に応じた標準的な量とする。この期間には、葉数が増加するから十分な灌水を行うことにより、葉数および草丈の確保を行う。

第４期には、天井カーテン５１０を開ける頻度を第３期よりもさらに多くする。灌水装置１１による灌水およびミスト発生装置１５からのミストは、植物２０に応じた標準的な量とするが、灌水を控えることによって、植物２０の品質を向上させることが望ましい。

ところで、圃場２１を形成する土壌の水分保持能力は使用する土壌により異なる。典型的な例として、図３に水分保持能力が高い土壌の水分特性曲線を示し、図４に水分保持能力が低い土壌の水分特性曲線を示す。水分特性曲線は、植物２０を育成する期間に先立って事前の測定によって求められる。一般に、水分保持能力が高い土壌は、灌水の頻度は少なくなるが、水分が過多になりやすく、育成する植物２０に病害が発生する可能性が高くなる。一方、水分保持能力が低い土壌は、灌水の頻度が多くなり、灌水の頻度が多いために、土壌中の肥料が流出しやすくなる。図３、図４における符号ＳＩ，Ｍ０〜Ｍ８の意味は後述する。

図３および図４では、圃場２１を形成する土壌の乾湿状態を、ｐＦ計３６（テンシオメータ）で計測した土壌水分張力（実際にはｐＦ値）で表し、水分特性曲線をｐＦ値に対する土壌の体積含水率の関係で表している。育成する植物２０の成長が阻害される限界点（成長阻害水分点という）Ｘ１はｐＦ値で表される。成長阻害水分点Ｘ１は、育成する植物２０によって異なる。図示例において、ｐＦ値の上限値（成長阻害水分点）は３．０に定められている。すなわち、植物２０を育成するために、ｐＦ値が３．０以下になるように土壌の水分量を調節することが求められる。

ところで、図３、図４において、符号ＳＩ、Ｍ０〜Ｍ８はｐＦ値を計測した時点を表している（図５参照）。時点ＳＩは、圃場２１に灌水を行う前であって、圃場２１における作土層（表土）のｐＦ値は３．０に調整されている。一方、時点Ｍ０は、灌水を行っている期間であって、圃場２１における作土層の体積含水率は理論上は飽和含水率に達していると言える。したがって、時点Ｍ０の体積含水率を飽和含水率の理論値Ｘ２とする。灌水を行った直後の時点Ｍ１では、体積含水率は飽和含水率の理論値Ｘ２とほぼ一致する。

図５の上図は、ｐＦ値を計測した時点と、灌水のタイミングおよび量の設定例を表している。図５において、符号Ｉ〜IVは、植物２０の育成期間における第１期〜第４期にそれぞれ対応している。なお、図５に示す例では、第１期と第２期とを７日間ずつとし、第３期と第４期とを１０日間ずつとしている。つまり、植物２０の育成期間は、合計３４日間になっている。

図示例において、１回目の灌水は播種の直後の時点であり、２回目の灌水は第３期の開始時点であり、３回目の灌水は第３期の５日目に設定している。時点Ｍ２は第３期の開始直前（２回目の灌水の直前）、時点Ｍ３は２回目の灌水の直後、時点Ｍ４は第３期の５日目における３回目の灌水の直前、時点Ｍ５は３回目の灌水の直後を表している。また、時点Ｍ６は第４期の初日、時点Ｍ７は第４期の開始から５．５日が経過した時点、時点Ｍ８は第４期の１０日目（収穫直前）を表している。

図３に示す例では、土壌の水分保持能力が高いために、図５に示す灌水のタイミングにより、植物２０の播種から収穫までの期間において、ｐＦ値が成長阻害水分点Ｘ１より小さい範囲に維持されている。一方、図４に示す例では、土壌の水分保持能力が低いために、図５に示す３回の灌水では、収穫の前にｐＦ値が成長阻害水分点Ｘ１よりも大きくなって土壌が乾燥しているから、図５に示す灌水のタイミングでは水分不足が生じる。すなわち、土壌の水分保持能力に応じて灌水のタイミングを調節することが必要であることがわかる。

なお、図３、図４に示す例では、灌水を行う水の供給量は、時点ＳＩ，Ｍ２，Ｍ４における圃場２１の保水量に対して、それぞれ圃場２１の体積含水率が飽和含水率Ｘ２に達する程度に設定している。

以下、灌水装置１１への給水の制御に関してさらに具体的に説明する。上述した説明からわかるように、圃場２１を形成する土壌に応じて灌水を行うには、対象となる土壌の水分特性曲線を知る必要がある。水分特性曲線は、土壌のサンプルを用いて作成される。水分特性曲線の作成技術は周知であるから説明を省略する。

水分特性曲線が作成されていれば、水分特性曲線から体積含水率の飽和値（飽和体積含水率）を読み取ることができる。たとえば、図３に示す土壌であれば飽和体積含水率は約７０％、図４に示す土壌であれば飽和体積含水率は約３０％になる。そして、飽和体積含水率がわかれば、飽和体積含水率に作土層の体積を乗じることにより、作土層が保水可能な最大水量（最大灌水量）が算出される。

ところで、図１に示す制御装置３０は、処理部３１が灌水を行うタイミングおよび灌水の際の給水量を定め、指示部３４を通して給水弁１２の開閉を制御する。ここでは、給水弁１２を開放している時間に応じて灌水装置１１から圃場２１に灌水する水量が決まる場合を想定する。つまり、灌水装置１１に供給する水圧は一定であり、給水弁１２の開度も一定とする。言い換えると、灌水装置１１に給水する水圧を変化させる構成、あるいは給水弁１２の開度を変化させる構成であっても、以下に説明する技術を採用することが可能である。

処理部３１は、植物２０の育成期間の開始時に１回目の灌水を行い、かつ１回目の灌水を行った翌日以降で、植物２０の育成期間の終了までに２回目以降の灌水を行うように、入力部３２に入力された情報を用いて給水弁１２への指示内容を生成する。１回目の灌水における圃場２１への水の供給量（第１の供給量）は、最大灌水量と灌水直前（育成期間の開始直前）における圃場２１の保水量とに基づいて定められる。最大灌水量は、上述したように、圃場２１の土壌に関する水分特性曲線を用いて求められる。つまり、圃場２１の最大灌水量は、水分特性曲線から求めらる飽和体積含水率と作土層の体積とから求められる。この計算は必ずしも制御装置３０が行う必要はなく、計算結果が入力部３２に与えられるようにしてもよい。

処理部３１は、１回目の灌水を行う直前における圃場２１の全体の保水量を最大灌水量から減算した差分を求め、この差分を１回目の灌水における圃場２１への水の供給量に定める。ここに、第１の供給量は当該差分になるが、灌水装置１１に供給した水の一部は散水チューブ１１１に水を満たすために用いられるから、灌水装置１１への水の供給量は第１の供給量より多く設定される。たとえば、処理部３１は、求めた第１の供給量が６４０リットルである場合、灌水装置１１から圃場２１には供給されない水量を考慮し、給水弁１２を通過する水の量は１０００リットル（≒１ｔ）などに設定する。

灌水を行う直前における圃場２１の保水量は、ｐＦ計３６あるいは土壌水分計（図示せず）で計測されるか、実験によって求められる。図１では、ｐＦ計３６から入力部３２に入力されたｐＦ値を用いて処理部３１が保水量を求める例を示している。

ここに、第１の供給量を定めるためにｐＦ計３６を用いる場合、処理部３１は、ｐＦ計３６で計測されたｐＦ値の範囲に基づいて、第１の供給量を大まかに定めるようにしてもよい。ｐＦ計３６は、一般にｐＦ値を表示色で複数段階に区分しており、たとえば、水分過多を黄色、水分適正範囲を緑色、水分不足範囲を赤色の表示色に対応付けている。このことを利用し、処理部３１は、圃場２１のｐＦ値に対応する表示色に応じて第１の供給量を定めてもよい。すなわち、処理部３１は、ｐＦ値が黄色の場合に第１の供給量をｎ１、ｐＦ値が緑色の場合に第１の供給量をｎ２、ｐＦ値が赤色の場合に第１の供給量をｎ３などとして対応付けるようにしてもよい（ｎ１＜ｎ２＜ｎ３）。

たとえば、最大灌水量が７ｔである場合に、ｎ１＝２ｔ、ｎ２＝３ｔ、ｎ３＝５ｔなどに対応付けておけばよい。また、制御装置３０に付設した操作表示器（図示せず）から入力部３２にｐＦ値の情報を入力する場合、操作表示器の画面に黄色、緑色、赤色の釦を表示しておき、ｐＦ計３６が指示する表示色の釦を操作することによって、処理部３１が第１の供給量を自動的に定めるようにしてもよい。このようにして第１の供給量を定めることを可能にしておけば、利用者はｐＦ計３６の表示色を読み取り、同じ色の釦を操作するだけの単純な作業で、１回目の灌水に際して適正な供給量を指示することが可能になる。

なお、操作表示器は、液晶表示器のようなフラットパネルディスプレイの画面にタッチパネルを重ねた構成が望ましい。なお、操作表示器は制御装置３０に専用に付設するほか、スマートフォン、タブレット端末などを操作表示器として代用できるように制御装置３０にインターフェイス（図示せず）を設けてもよい。

第１の供給量を定めるために土壌水分計を用いる場合、土壌水分計で計測された値を操作表示器に入力し、灌水を開始する操作を行うことによって、処理部３１が第１の供給量を自動的に計算するようにしてもよい。

また、ｐＦ計３６あるいは土壌水分計と制御装置３０とが通信可能であってもよい。この場合、操作表示器で灌水を開始する操作を行ったときに、ｐＦ計３６あるいは土壌水分計の計測値が入力部３２に入力され、処理部３１が第１の供給量を計算した後に、灌水が開始されるように構成されていることが望ましい。

ところで、２回目以降の灌水における圃場２１への水の供給量（第２の供給量）は、以下のようにして定められる。すなわち、第２の供給量は、植物２０の種類と、前回の灌水後に圃場２１から消失した水分量（消失量）に応じて決められる。植物２０の種類は、あらかじめ決まっているから、ここでは第２の供給量を決定する要素として消失量のみを考慮する。消失量は、植物２０が利用した水分量と、圃場２１の作土層より下層の土壌に浸透した水分量と、圃場２１から蒸発した水分量との合計になるが、簡易には、水分の蒸発量を見積もることにより、消失量を予測することが可能である。圃場２１からの水分の蒸発量は実験などにより求められ、入力部３２に１日毎の水分の蒸発量が入力される。

２回目以降の灌水のタイミングは、圃場２１の水分特性曲線と１日毎の水分の蒸発量とに応じて設定される。すなわち、植物２０の播種から収穫までの育成期間において、１回当たりの灌水量に対して、ｐＦ値が成長阻害水分点Ｘ１（図３、図４参照）よりも小さい状態が維持できるように灌水のタイミングが定められる。そのため、２回目以降の灌水を行うタイミングを定めるには、圃場２１における水分の蒸発量を事前に処理部３１に与える必要がある。

もっとも、水分の蒸発量を直接計測することは困難である。ただし、圃場２１からの水分の蒸発量は、ハウス本体４０の内部における温度および湿度、ハウス本体４０の内部における照度あるいはハウス本体４０の外部における日照量などと関連性を有している。たとえば、図６に示すように、水分の蒸発量の合計は、ハウス本体４０の内部における照度の累積値（累積照度）の増加に伴って単調に増加し、さらに、ハウス本体４０の内部における温度θ１，θ２，θ３（θ１＞θ２＞θ３）が高いほど水分の蒸発量が増加する。すなわち、水分の蒸発量は、環境の影響を受ける。

このことを利用して水分の蒸発量を推定するために、温度、照度、日射量の群から選択される１種類以上の環境値を監視するセンサ３５が設けられる。上述したように、圃場２１における水分の蒸発量の合計は、環境値の累積値の増加に伴って単調に増加するから、環境値の累積値は、圃場２１からの水分の蒸発量の累積値に代えて用いることが可能である。

この場合、処理部３１には、環境値の累積値に対応する基準値が定められる。処理部３１は、センサ３５が監視した環境値の累積値が当該基準値に達すると指示部３４に通知し、指示部３４は給水弁１２を開放するように指示する。給水弁１２は、第２の供給量（たとえば、１ｔ）の水が通過する程度の時間だけ開放された後に閉じられる。

２回目の灌水を行った後、環境値の累積値はリセットされ、処理部３１は環境値を新たに積算する。ここで、処理部３１は、２回目の灌水の後に、環境値の累積値が上記基準値に達した場合に、環境値のリセットから環境値の累積値が上記基準値に達するまでの時間に基づいて３回目の灌水における供給量を調節することが望ましい。

たとえば、処理部３１に基準時間が設定され、環境値の累積値がリセット後に基準値に達するまでの時間が、基準時間未満の場合は第２の供給量の全量の水を灌水装置１１に供給し、基準時間以上の場合は第２の供給量の半量の水を灌水装置１１に供給する。一例を示すと、基準時間が３時間であり、第２の供給量が１ｔであるとすれば、環境値の累積値がリセット後に基準値に達した時間が、３時間未満であれば灌水装置１１に１ｔの水を供給し、３時間以上であれば灌水装置１１に０．５ｔの水を供給する。

基準時間および第２の供給量は適宜に設定することが可能である。また、環境値の累積値がリセット後に基準値に達するまでの時間が基準時間以上の場合に、灌水装置１１に供給する水の量を、基準時間未満の場合よりも多くするという関係であればよく、灌水装置１１に供給する水の量は適宜に設定される。４回目以降の灌水についても、環境値の累積値をリセットしてから環境値の累積値が基準値に達するまでの時間に応じて、灌水装置１１への水の供給量が調節される。

なお、２回目以降の灌水における１回の当たりの水の供給量を簡便に設定する場合には、第２の供給量を一定量に定めることが可能である。この場合、処理部３１は、最大灌水量と第１の供給量との差分を求め、当該差分を第２の供給量で除算することによって、２回目以降の灌水の回数を決めることができる。

たとえば、最大灌水量が７ｔであって、第１の供給量が３ｔであったとすれば、２回目以降の灌水による水の供給量を４ｔとし、処理部３１は、２回目以降の灌水において４ｔの水を分配する。ここで、１日の当たりの灌水量の最大値を１ｔに定めるとすれば、４ｔの水は４日に分けられる。なお、上述したように、灌水装置１１に供給した水の一部は圃場２１には供給されないから、灌水装置１１への実際の供給量は、第２の供給量に対して補正値を加算する必要がある。

上述した制御装置３０の動作は自動化されているが、圃場２１の状態によっては作土層の水分が不足する場合が生じる。このような場合に備えて、制御装置３０は、別途に設けたセンサの出力あるいは利用者が操作するスイッチなどからの指示によって、圃場２１への灌水のタイミングを自動あるいは手動で変更する変更部３３を備えていることが望ましい。

なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。

１０水供給装置
２０植物
２１圃場
３０制御装置
３１処理部
３２入力部
３３変更部
３５センサ
３６ｐＦ計

Claims

植物を育成する圃場に灌水するための水を供給する水供給装置と、
前記水供給装置から前記圃場に水を供給するタイミングおよび水の供給量を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記圃場に前記植物の播種または定植を行った後の所定期間において、前記所定期間の開始時に１回目の灌水を行い、かつ前記１回目の灌水を行った日の翌日以降で前記所定期間の終了までに２回目以降の灌水を行うように、前記水供給装置への指示内容を生成する処理部と、
前記圃場が保水可能な最大水量である最大灌水量に関する情報、および前記圃場に灌水した後に前記圃場から消失する水分量である消失量に関する情報が入力される入力部とを備え、
前記処理部は、
前記１回目の灌水における水の供給量である第１の供給量を前記最大灌水量から減算した値と、前記消失量とを用いて、前記２回目以降の灌水のタイミングを定める
ことを特徴とする自動灌水システム。
前記入力部は、前記所定期間の開始直前における前記圃場の保水量の情報が入力され、
前記処理部は、当該保水量を前記最大灌水量から減算した値を、前記第１の供給量に用いる
請求項１記載の自動灌水システム。
前記入力部は、前記圃場の保水量の情報が、ｐＦ値の範囲を区分するｐＦ計の表示色に対応付けられた複数段階で入力される
請求項２記載の自動灌水システム。
前記圃場の温度、照度、日射量のうちの少なくとも１種類を環境値として監視するセンサをさらに備え、
前記入力部は、前記センサから前記環境値が入力され、
前記処理部は、前記２回目以降の灌水を、前記圃場への前回の灌水の直後から前記環境値の累積値が所定の基準値に達した時点で行う
請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動灌水システム。
前記制御装置は、
前記圃場への灌水のタイミングを手動または自動で変更する変更部をさらに備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動灌水システム。