JP7513268B2 - Field evaluation method, device, and program - Google Patents
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Description
本発明は、圃場の評価に関する。より詳しくは、本発明は、排水性に関して圃場を評価／選定するための方法、装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to the evaluation of agricultural fields. More specifically, the present invention relates to a method, an apparatus and a program for evaluating/selecting agricultural fields with respect to drainage.
農作物は、気候以外にも、圃場における地形、土壌の種類等から大きな影響を受けている。例えば宇治茶は、濃い味わいのお茶と、香りの良いお茶とを合組（ブレンド）して作られているが、前者は扇状地で栽培され、後者は丘陵地で栽培されている。またフランスのブルゴーニュでは、気候も品種も全く同じなのに、隣り合うぶどう畑同士で全く異なるワインになることが歴史的に知られており、ワインの等級はぶどう畑ごとに定められている。 Agricultural crops are greatly influenced by factors other than climate, such as the topography and type of soil in the fields. For example, Uji tea is made by blending a strong-tasting tea with a fragrant tea, but the former is grown on alluvial fans and the latter on hilly land. Also, in Burgundy, France, it has been historically known that neighboring vineyards produce completely different wines, despite having the exact same climate and grape varieties, and wine grades are determined for each vineyard.
圃場の評価および選定は、長年の試行錯誤と経験則に基づいて行われているものが多く、各地域において個別的に特化されている。そこで多種多様な気候、地形、土壌の種類等を含むあらゆる環境下で圃場を一律に評価し得る、客観的・定量的な圃場の評価方法が求められている。 Field evaluation and selection are often based on years of trial and error and empirical knowledge, and are individually specialized for each region. Therefore, there is a demand for an objective and quantitative field evaluation method that can uniformly evaluate fields in all environments, including a wide variety of climates, topographies, soil types, etc.
農作物に影響を与える大きな要因の一つとして、圃場の排水性がある。
圃場の排水性の評価方法としては、シリンダーインテークレート法（非特許文献１）や土壌水分量の変動に基づく方法（非特許文献２）、採取した土壌種の情報から土壌含水率を推定する方法（特許文献１）、暗渠からの排水量を実測する方法等がある。
One of the major factors that affect agricultural crops is the drainage of the field.
Methods for evaluating the drainage of a field include the cylinder intake rate method (Non-Patent Document 1), a method based on the fluctuation of soil moisture content (Non-Patent Document 2), a method of estimating the soil moisture content from information on the collected soil type (Patent Document 1), and a method of actually measuring the amount of drainage from a culvert.
非特許文献１には、直径４５ｃｍの円筒を用いたシリンダーインテークレート試験による排水性評価方法が開示されている。シリンダーインテークレート法とは、圃場に耕盤の深さまで円筒を打ち込み、地表面から一定の深さまで湛水するように注水し、その後の湛水深の変化を測定・解析することで圃場の排水性を評価する方法である。 Non-Patent Document 1 discloses a method for evaluating drainage using a cylinder intake rate test that uses a cylinder with a diameter of 45 cm. The cylinder intake rate method is a method for evaluating the drainage of a field by driving a cylinder into the field to the depth of the till pan, pouring water so that the field is flooded to a certain depth from the ground surface, and then measuring and analyzing the change in the flooded water depth.
非特許文献２には、短期的な排水性指標と長期的な排水性指標を組み合わせた、圃場排水性の指標を用いた方法が開示されている。ここで短期的な排水性指標とは、「飽和状態の体積土壌水分」と「飽和状態に達してから排水開始され２４時間後の体積土壌水分」の割合（比）であり、長期的な排水性指標とは、「飽和状態の体積土壌水分」と「乾燥状態の体積土壌水分」の変動幅であり、これら両者を組み合わせて圃場の土壌の排水性の指標としている。 Non-Patent Document 2 discloses a method that uses a field drainage index that combines a short-term drainage index and a long-term drainage index. Here, the short-term drainage index is the ratio between the "volume soil moisture in a saturated state" and the "volume soil moisture 24 hours after the start of drainage after reaching saturation," and the long-term drainage index is the range of fluctuation between the "volume soil moisture in a saturated state" and the "volume soil moisture in a dry state," and these two are combined to provide an index of the drainage of field soil.
表面排水を含む水平方向の水移動による圃場の排水は、垂直方向の水移動による圃場の排水と同等かそれ以上の重要度を有することがあり得る。
非特許文献１および非特許文献２における方法では、地表面から耕盤まで円筒を打ち込み、円筒中での垂直方向の水移動を測定・解析することで圃場の排水性の評価を行っている。したがってこれらの方法では、重要度の高い水平方法の水移動による圃場の排水性も含めて評価することはできない。
Field drainage due to horizontal water movement, including surface drainage, can be of equal or greater importance than field drainage due to vertical water movement.
In the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2, a cylinder is driven from the ground surface to the till pan, and the vertical water movement in the cylinder is measured and analyzed to evaluate the drainage of the field. Therefore, these methods cannot evaluate the drainage of the field including the highly important horizontal water movement.
特許文献１には、土壌種の情報および降雨情報を用いて土壌含水率を推定する、土壌含水率推定方法および土壌含水率推定装置が開示されている。 Patent document 1 discloses a soil moisture content estimation method and a soil moisture content estimation device that estimates soil moisture content using soil type information and rainfall information.
特許文献１の土壌含水率推定方法は、予め測定し記憶された「対象とする土壌と同種の土壌」の含水率変動モデルに基づいて土壌含水率を算出して推定する方法である。土壌種は多種多様であり、土壌種が異なるとその性質および挙動は大きく異なる。したがって対象とする場所の土壌種が、予め測定し記憶された土壌種と同種でない場合には土壌含水率を推定することはできない。
さらに特許文献１の土壌含水率推定方法は、土壌の排水性に関する複合的な要因に対応できていないため、対象とする場所の実際の土壌含水率と乖離した推定結果を導くことがあり得る。具体的には、対象とする場所の土壌含水率は、気温、日照時間、風速、湿度などの気候、平地、傾斜地、窪地などの地形、地表面からの深層土壌の排水性、地下水位等を含む様々な要因にも影響されることから、特許文献１の方法に従って、取得された対象とする場所の土壌種の情報と降雨情報により、実際の土壌含水率を高い精度で推定することは困難である。
The soil moisture content estimation method of Patent Document 1 is a method of estimating soil moisture content by calculating it based on a moisture content variation model of "soil of the same type as the target soil" that has been measured and stored in advance. There are many different types of soil, and different soil types have significantly different properties and behaviors. Therefore, if the soil type of the target location is not the same as the soil type that has been measured and stored in advance, it is not possible to estimate the soil moisture content.
Furthermore, the soil moisture content estimation method of Patent Document 1 cannot deal with multiple factors related to soil drainage, and therefore may lead to an estimated result that deviates from the actual soil moisture content of the target location. Specifically, the soil moisture content of the target location is affected by various factors including climate such as temperature, sunshine hours, wind speed, and humidity, topography such as flat land, slope, and depression, drainage of deep soil from the ground surface, groundwater level, etc., so it is difficult to estimate the actual soil moisture content with high accuracy using the soil type information and rainfall information of the target location obtained according to the method of Patent Document 1.
また、暗渠からの排水量を実測する方法は、測定対象の圃場の近くに暗渠が既に整備されていることを前提としているため、中山間地域等の暗渠の整備が進んでいない地域の圃場の排水性を評価することはできない。
なお、中山間地域とは、平野の外縁部から山間地にかけての地域を指す。山地の多い日本では、このような中山間地域における農業は、全国の耕地面積の約４割、総農家数の約４割を占めるなど、我が国農業の中で重要な位置を占めている。
In addition, the method of measuring the amount of drainage from a culvert presupposes that a culvert has already been installed near the field being measured, so it is not possible to evaluate the drainage performance of fields in mountainous and hilly areas where the installation of culverts has not progressed.
The hilly and mountainous regions refer to the areas extending from the outer edges of the plains to the mountainous regions. In Japan, which has many mountains, agriculture in these hilly and mountainous regions occupies an important position in the nation's agriculture, accounting for approximately 40% of the nation's cultivated land area and approximately 40% of the total number of farming households.
そこで本発明は、多種多様な気候、地形、土壌の種類等を含む複合的な要因を有する圃場の排水性を定量的に評価し得る、排水性に関する圃場の評価方法、装置およびプログラムを提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a method, device, and program for evaluating the drainage of farm fields, which can quantitatively evaluate the drainage of farm fields that have multiple factors including a wide variety of climates, topographies, soil types, etc.
本発明者は、鋭意研究を行ったところ、圃場の排水性を定量的に示し得る評価指標を見出し、本発明を完成させた。すなわち本発明は、以下の態様および実施形態を包含する。 After extensive research, the inventors discovered an evaluation index that can quantitatively indicate the drainage of a field, and completed the present invention. That is, the present invention includes the following aspects and embodiments.
［１］ 評価指標を用いた排水性に関する圃場の評価方法であって、
圃場の土壌中の定点に設置された土壌水分測定装置から複数の個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータ、および前記土壌水分測定装置近傍の雨量計から気象データを取得すること、
取得した気象データを用いて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する所定の降雨条件に基づき、前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを選択すること、
選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間（ｔ）と、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合（Ｘ）の関係式を算出すること、および
算出された関係式から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出することを含む、方法。
[1] A method for evaluating a field regarding drainage using an evaluation index, comprising:
Obtaining data on changes in soil moisture content over time during a plurality of separate rainfall events from a soil moisture measuring device installed at a fixed point in the soil of a farm field, and meteorological data from a rain gauge located near the soil moisture measuring device;
using the obtained weather data to select data of the change in soil moisture content over time for each individual rainfall event based on predetermined rainfall conditions related to the hourly precipitation, the accumulated precipitation, and the time until the next rainfall for each individual rainfall event;
using data on the change in soil moisture content over time in the selected individual rainfall event, calculating a relational equation between the time (t) elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall and a ratio (X) of (maximum soil moisture content after rainfall-soil moisture content at elapsed time (t))/(maximum soil moisture content after rainfall-soil moisture content before rainfall); and calculating an evaluation index for the field related to drainage, which is the elapsed time (t) corresponding to the predetermined ratio (X), from the calculated relational equation.
［１］の発明によれば、算出された排水性に関する圃場の評価指標を用いて、排水性に関する複合的な要因を有する圃場を定量的に評価することが可能になる。より具体的には、降雨後の所定の割合（Ｘ）に達するまでの、圃場における関係式から算出された経過時間（ｔ）により、圃場の排水性を評価することが可能になる。 According to the invention of [1], it is possible to quantitatively evaluate a field having multiple factors related to drainage using the calculated field evaluation index for drainage. More specifically, it is possible to evaluate the drainage of a field based on the elapsed time (t) calculated from the relational equation in the field until a certain ratio (X) is reached after rainfall.
［２］ 算出された前記排水性に関する圃場の評価指標と、同様にして算出された他の排水性に関する圃場の評価指標とを比較することにより、圃場の排水性に関する方策の評価、農作物における圃場の排水性の寄与度の評価、および圃場の排水性による特定農作物の生産の適否の評価からなる群から選択される１つ以上について評価することをさらに含む、［１］に記載の方法。 [2] The method according to [1], further comprising evaluating one or more of the following: evaluating measures for drainage of the field, evaluating the contribution of drainage of the field to agricultural crops, and evaluating the suitability of the field's drainage for the production of specific agricultural crops, by comparing the calculated drainage evaluation index of the field with evaluation indexes of other drainage of fields calculated in a similar manner.
［２］の発明によれば、他の排水性に関する圃場の評価指標と比較することにより、（１）圃場の排水性に関する方策の有無、種類、程度等の違い、（２）農作物の生育、作柄等における様々な要因における圃場の排水性の寄与度、（３）排水性に関する圃場の評価指標と農作物の生育、作柄等との関係が知られている特定農作物ついて、算出された排水性に関する圃場の評価指標により圃場における生産の適否を、各々単独またはそれらを組み合わせて評価することができる。 According to the invention of [2], by comparing with other drainage-related field evaluation indices, (1) the presence or absence, type, level, etc. of measures for drainage of the field, (2) the contribution of the field drainage to various factors in the growth and yield of the crop, etc., and (3) for specific crops for which the relationship between the drainage-related field evaluation indices and the growth and yield of the crop is known, the suitability of the field for production can be evaluated using the calculated drainage-related field evaluation indices, either alone or in combination.
［３］ 前記関係式は、前記の選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて最小二乗法により求められた下記関係式（１）である、
Ｘ＝ａ（１－ｅ―ｂｔ） （１）
（式中、ａ、ｂは前記選択されたデータにより定まる係数）、［１］または［２］に記載の方法。
[3] The relational expression is the following relational expression (1) obtained by a least squares method using data on the change over time of soil moisture content in the selected individual rainfall event:
X = a(1-e -bt ) (1)
(wherein a and b are coefficients determined by the selected data),
［３］の発明によれば、関係式が同様の指数関数の関係式（１）となり、同様に評価し得る排水性に関する圃場の評価指標を得ることができる。 According to the invention of [3], the relational expression becomes the same exponential relational expression (1), and it is possible to obtain an evaluation index of the field regarding drainage that can be evaluated in a similar manner.
［４］ 前記割合（Ｘ）は１である、［１］から［３］のいずれか一に記載の方法。 [4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the ratio (X) is 1.
［４］の発明によれば、割合（Ｘ）が１、すなわち、降雨後の土壌含水率が降雨前の土壌含水率に等しくなるまでの経過時間（ｔ）を、排水性に関する圃場の評価指標とすることができる。 According to the invention of [4], the ratio (X) becomes 1, i.e., the time (t) elapsed until the soil moisture content after rainfall becomes equal to the soil moisture content before rainfall, can be used as an evaluation index for the drainage of a farm field.
［５］ 前記の選択された前記個別の降雨イベントの数は３以上である、［１］から［４］のいずれか一に記載の方法。 [5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the number of selected individual rainfall events is three or more.
［５］の発明によれば、より精度の高い排水性に関する圃場の評価指標を得ることができる。 According to the invention [5], it is possible to obtain a more accurate evaluation index of the drainage of a field.
［６］ 圃場の土壌中の定点に設置された土壌水分測定装置から複数の個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータ、および前記土壌水分測定装置近傍の雨量計から気象データを取得するデータ取得手段、
取得した気象データを用いて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する所定の降雨条件に基づき、前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを選択する選択手段、
選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、最小二乗法により下記関係式（１）を算出する関係式算出手段、
Ｘ＝ａ（１－ｅ―ｂｔ） （１）
（式中、ｔは、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間であり、
Ｘは、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合であり、
ａ、ｂは、前記の選択されたデータにより定まる係数である）、および
算出された関係式（１）から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出する評価指標算出手段、
を備えた圃場評価装置。
[6] A data acquisition means for acquiring data on changes in soil moisture content over time during a plurality of individual rainfall events from a soil moisture measuring device installed at a fixed point in the soil of the field, and meteorological data from a rain gauge located near the soil moisture measuring device;
a selection means for selecting data on the change in soil moisture content over time in each individual rainfall event based on predetermined rainfall conditions related to the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall in each individual rainfall event, using the acquired meteorological data;
a relational expression calculation means for calculating the following relational expression (1) by a least squares method using data on the change over time of soil moisture content in the selected individual rainfall event;
X = a(1-e -bt ) (1)
(where t is the time elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall,
X is the ratio of (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content at elapsed time (t)) / (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content before rainfall),
a and b are coefficients determined by the selected data, and an evaluation index calculation means for calculating an evaluation index of the field regarding drainage, which is an elapsed time (t) corresponding to a predetermined ratio (X) from the calculated relational expression (1);
A field evaluation device comprising:
［６］の発明によれば、排水性に関する圃場の評価指標を算出することができる、圃場評価装置を提供することができる。 According to the invention [6], it is possible to provide a field evaluation device that can calculate a field evaluation index related to drainage.
［７］ 圃場の評価指標を算出するためのプログラムであって、実行されるとプロセッサに、
圃場の土壌中の定点に設置された土壌水分測定装置から複数の個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータ、および前記土壌水分測定装置近傍の雨量計から気象データを取得させ、
取得させた気象データを用いて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する所定の降雨条件に基づき、前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを選択させ、
選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、最小二乗法により下記関係式（１）を算出させ、
Ｘ＝ａ（１－ｅ―ｂｔ） （１）
（式中、ｔは、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間であり、
Ｘは、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合であり、
ａ、ｂは、前記の選択されたデータにより定まる係数である）、
算出された関係式（１）から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出させることを含む、プログラム。
[7] A program for calculating an evaluation index of a farm field, the program comprising:
acquiring data on changes in soil moisture content over time during a plurality of separate rainfall events from a soil moisture measuring device installed at a fixed point in the soil of a farm field, and meteorological data from a rain gauge located near the soil moisture measuring device;
using the acquired weather data, selecting data on the change in soil moisture content over time in each individual rainfall event based on predetermined rainfall conditions related to the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall in each individual rainfall event;
Using data on the change over time in soil moisture content in the selected individual rainfall events, the following relational expression (1) is calculated by a least squares method;
X = a(1-e -bt ) (1)
(where t is the time elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall,
X is the ratio of (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content at elapsed time (t)) / (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content before rainfall),
a and b are coefficients determined by the selected data.
A program that includes calculating an evaluation index for a field regarding drainage, which is the elapsed time (t) corresponding to a predetermined ratio (X) from the calculated relational expression (1).
［７］の発明によれば、圃場の評価指標を算出するためのプログラムを提供することができる。 According to the invention [7], a program for calculating evaluation indexes of a farm field can be provided.
［８］ ［７］に記載のプログラムを記録した記録媒体。 [8] A recording medium on which the program described in [7] is recorded.
［８］の発明によれば、［７］に記載のプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。 According to the invention [8], it is possible to provide a recording medium on which the program described in [7] is recorded.
上述した各々の発明は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。 Each of the above-described inventions may be combined with any other features disclosed herein.
本発明によれば、多種多様な気候、地形、土壌の種類等を含む複合的な要因を有する圃場の排水性を定量的に評価し得る、排水性に関する圃場の評価方法、装置、プログラム、およびプログラムを記録した記録媒体を提供することが可能になる。 The present invention makes it possible to provide a method, device, program, and recording medium for evaluating drainage of farm fields, which can quantitatively evaluate the drainage of farm fields that have multiple factors including a wide variety of climates, topographies, soil types, etc.
以下、表の参照を交えながら本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書で説明する種々の実施形態における各構成要素およびそれらの組み合わせ等は、一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。 The following describes in detail the embodiments of the present invention with reference to tables. Note that the components and combinations thereof in the various embodiments described in this specification are merely examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configuration are possible as appropriate without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited to the embodiments, but is limited only by the claims.
本明細書で圃場は、現在農作物を生産している土地、休耕地、農作物の生産用に準備した土地を含む。圃場の土壌中の定点とは、圃場の地表面の実質的に同一の箇所からの一定の深度における定点である。実質的に同一の箇所とは、その一定の深度において経時的に同様の排水性挙動を示し得る箇所である。実質的に同一の箇所に複数の同一の深度の定点を設定することで、より精度の高い、複数の土壌含水率の経時的変化のデータの平均を得ることができる。 In this specification, a field includes land currently producing crops, fallow land, and land prepared for crop production. A fixed point in the soil of a field is a fixed point at a certain depth from substantially the same point on the field's surface. Substantially the same point is a point that can show similar drainage behavior over time at that certain depth. By setting multiple fixed points at substantially the same point and at the same depth, it is possible to obtain a more accurate average of multiple data on changes in soil moisture content over time.
一定の深度は、農作物の根系など農作物との関係が大きい耕土層（作土層）の厚みや、農作物の根系の形状（深さや広がり）等に応じて適宜設定される。また圃場の排水性を包括的に、詳細に評価したい場合には、実質的に同一の箇所から１または２以上の異なる一定の深度を適宜設定することも可能である。 The certain depth is set appropriately depending on the thickness of the cultivated soil layer (plowed soil layer) that has a close relationship with the crop, such as the crop's root system, and the shape (depth and spread) of the crop's root system. In addition, if you want to comprehensively and in detail evaluate the drainage of a field, it is also possible to appropriately set one or more different certain depths from substantially the same location.
個別の降雨イベントにより、個別の降雨の開始による降雨前の土壌含水率から最大土壌含水率に達するまでの期間と、その降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少していく期間がある。なお本明細書においては、土壌含水率と体積含水率を互換的に使用することがある。 Each rainfall event has a period from the start of the individual rainfall until the soil moisture content reaches its maximum from the soil moisture content before the rainfall, and a period after the rainfall during which the soil moisture content decreases from the maximum soil moisture content. Note that in this specification, soil moisture content and volumetric moisture content may be used interchangeably.
個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを取得する方法は、土壌含水率を経時的に測定してデータを取得できるものであれば特に限定されるものではない。具体例としては、圃場の土壌中の定点において、経時的に土壌を採取して土壌含水率を測定することにより、経時的に土壌含水率を現地で実測することにより、または設置した土壌含水率を経時的に計測する機能を有する土壌水分測定装置より、データを取得する方法がある。土壌水分測定装置が測定した土壌含水率の経時的変化のデータは、無線的または有線的に、あるいは記録媒体等を介して取得することができる。 The method of acquiring data on the change in soil moisture content over time during an individual rainfall event is not particularly limited as long as it can acquire data by measuring soil moisture content over time. Specific examples include methods of acquiring data by measuring soil moisture content over time at fixed points in the soil of a field by sampling soil over time, measuring soil moisture content on-site over time, or by using an installed soil moisture measuring device that has the function of measuring soil moisture content over time. Data on the change in soil moisture content over time measured by the soil moisture measuring device can be acquired wirelessly or wired, or via a recording medium, etc.
取得した個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータは、所定の降雨条件に基づき選択され、そして選択された個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータは、後述の関係式を算出するために使用される。 The data on the change in soil moisture content over time for each individual rainfall event acquired is selected based on the specified rainfall conditions, and the data on the change in soil moisture content over time for each selected individual rainfall event is used to calculate the relationship equation described below.
精度の高い近似式となる関係式を求めるため、個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータは、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する適宜設定された所定の降雨条件に合うデータが選択される。さらに精度の高い近似式となる関係式を求めるため、選択された個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータの数は、複数、より具体的には３以上であることが望ましい。また選択された個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータの数が少ない、またはさらに精度の高い近似式となる関係式を求めるため、圃場における環境がほぼ同様であるならば、複数年の同時期における選択された個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いることができる。 To obtain a highly accurate approximation, data on the change in soil moisture content over time in individual rainfall events is selected from data that meets the appropriate set rainfall conditions for the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall for each individual rainfall event. To obtain a more accurate approximation, it is desirable that the number of data on the change in soil moisture content over time in the selected individual rainfall events is multiple, more specifically, three or more. Furthermore, if the number of data on the change in soil moisture content over time in the selected individual rainfall events is small, or to obtain a more accurate approximation, data on the change in soil moisture content over time in selected individual rainfall events at the same time in multiple years can be used if the field environment is approximately similar.
選択される個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータは、連続した一定以上の時間当たりの降水量かつ一定以上の積算降水量となる個別の降雨イベントにおけるデータである。その具体的な一例としては、連続した０．５ｍｍ／ｈ以上の時間当たりの降水量かつ１０ｍｍ以上の積算降水量となる個別の降雨イベントにおけるデータである。連続した一定以上の時間当たりの降水量としているが、その間に時間当たりの降水量が一定未満となる期間があったとしても、一定以上の時間当たりの降雨量となる次の降雨までの期間が短期間、例えば１時間以内であり、降雨による圃場の排水性挙動に影響を与えるものでなければ、その前後を合わせて１つの個別の降雨イベントとする。 The data on the change in soil moisture content over time in the selected individual rainfall events is data on individual rainfall events with continuous precipitation per hour of a certain amount or more and accumulated precipitation of a certain amount or more. A specific example is data on individual rainfall events with continuous precipitation per hour of 0.5 mm/h or more and accumulated precipitation of 10 mm or more. Although it is considered to be continuous precipitation per hour of a certain amount or more, even if there is a period during which the precipitation per hour is less than a certain amount, if the period until the next rainfall with precipitation per hour of a certain amount or more is short, for example within one hour, and does not affect the drainage behavior of the field due to the rainfall, the events before and after are combined and considered to be one individual rainfall event.
また個別の降雨イベントにおける降雨後に、一定以上の積算降水量の降雨、例えば２．０ｍｍ以上の積算降雨量の降雨があった場合には、圃場の排水性挙動を的確に把握することを困難にすることから、その後のデータは除外する。 In addition, if there is rainfall with a certain cumulative rainfall amount or more after the rainfall in an individual rainfall event, for example rainfall with a cumulative rainfall amount of 2.0 mm or more, the data thereafter will be excluded, as it will make it difficult to accurately grasp the drainage behavior of the field.
上記に該当する個別の降雨イベントであっても、以前の降雨により、土壌含水率の上昇が小さい、例えば体積含水率で上昇幅が０．０５ｍ３／ｍ３未満となるような、前回の降雨における積算降雨量が大き過ぎる状況、および／または前回の降雨から次の降雨までの期間が短い状況であると、降雨による圃場の排水性挙動を的確に把握することを困難にすることがあるため、このような個別の降雨イベントにおけるデータは除外する。 Even for individual rainfall events that fall under the above category, if the increase in soil moisture content due to previous rainfall is small, for example the increase in volumetric moisture content is less than 0.05 m3 / m3 , the accumulated rainfall in the previous rainfall is too large, and/or the period between the previous rainfall and the next rainfall is short, it may be difficult to accurately grasp the drainage behavior of the field due to rainfall. Therefore, data for such individual rainfall events will be excluded.
したがって各圃場における気候、農作物、圃場の排水性挙動に応じて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関して適宜設定された降雨条件とする。また降雨による圃場の排水性挙動を測定する時期は、圃場における農作物に影響を与える時期を含め、排水性に関する圃場の評価として妥当な時期とする。 Therefore, rainfall conditions are set appropriately for each individual rainfall event in terms of the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall, depending on the climate, crops, and drainage behavior of each field. In addition, the time to measure the drainage behavior of the field due to rainfall should be a time that is appropriate for evaluating the field's drainage, including times that affect the crops in the field.
各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する気象データは、一例として、圃場の土壌中の定点近傍（土壌水分測定装置近傍）に設置した雨量計から取得することができる。定点近傍とは、定点の土壌含水率の経時的変化に対応する気象データが得られる箇所である。雨量計は、測定期間における経時的な気象データを取得できるものであれば特に限定されるものではない。雨量計が取得した気象データは、無線的または有線的に、あるいは記録媒体等を介して取得することができる。また雨量計は、上述した土壌水分測定装置と一体化したシステムや装置であってもよい。また気象データは、別の例として、提供されている気象データベースから、圃場の土壌中の定点と最も近い同一又は近隣の地域の気象データを取得して用いることができる。 For each individual rainfall event, meteorological data on the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall can be obtained, for example, from a rain gauge installed near a fixed point in the soil of the field (near the soil moisture measuring device). The vicinity of the fixed point is a location where meteorological data corresponding to the change over time in the soil moisture content of the fixed point can be obtained. The rain gauge is not particularly limited as long as it can obtain meteorological data over time during the measurement period. The meteorological data obtained by the rain gauge can be obtained wirelessly or wired, or via a recording medium, etc. The rain gauge may also be a system or device integrated with the soil moisture measuring device described above. As another example, meteorological data can be obtained from a provided meteorological database and used from the same or neighboring area closest to the fixed point in the soil of the field.
次に、選択された個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間（ｔ）と、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合（Ｘ）の関係式を算出する。 Next, using data on the change in soil moisture content over time for each selected rainfall event, the relationship between the time (t) that has elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall and the ratio (X) of (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content at elapsed time (t)) / (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content before rainfall) is calculated.
任意の経過時間（ｔ）において測定した割合（Ｘ）について解析すると、割合（Ｘ）は経過時間（ｔ）と指数関数的な関係にある。そのため割合（Ｘ）と経過時間（ｔ）との関係は、近似式として下記関係式（１）で表すことができる。
Ｘ＝ａ（１－ｅ－ｂｔ） （１）
（式中、aおよびｂは、係数である）
When the ratio (X) measured at any elapsed time (t) is analyzed, the ratio (X) has an exponential relationship with the elapsed time (t). Therefore, the relationship between the ratio (X) and the elapsed time (t) can be expressed as an approximation by the following relational expression (1).
X = a (1 - e - bt ) (1)
(wherein a and b are coefficients)
したがって選択された個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、最小二乗法により上記関係式（１）を求めることができる。 Therefore, the above equation (1) can be found by the least squares method using data on the change in soil moisture content over time for selected individual rainfall events.
算出された関係式から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出する。そして、算出された排水性に関する圃場の評価指標を用いることで、測定した圃場について客観的・定量的に、排水性を評価することができる。 The drainage performance evaluation index of the field is calculated, which is the elapsed time (t) corresponding to the specified ratio (X) from the calculated relational expression. Then, by using the calculated drainage performance evaluation index of the field, the drainage performance of the measured field can be objectively and quantitatively evaluated.
所定の割合（Ｘ）の値は、排水性に関する圃場の評価指標として適切となるものであれば、特に制限されることはない。適切な排水性に関する圃場の評価指標とするため、所定の割合（Ｘ）は、０．５から１の範囲の値、より詳細には１の値とすることができる。ここで、割合（Ｘ）が０．５の場合に対応する排水性に関する圃場の評価指標は、降雨イベントにより上昇した土壌含水率の量が半分になること、すなわち排水性に関する圃場の評価指標が、降雨イベントにより上昇した土壌含水率の量（上昇幅）が半分（５０％）になるまでの算出された経過時間（ｔ５０）である。また割合（Ｘ）が１の場合に対応する排水性に関する圃場の評価指標は、降雨後の土壌含水率が降雨前の土壌含水率に等しくなる、すなわち降雨イベントにより上昇した土壌含水率の量（上昇幅）がなくなる（１００％）までの算出された経過時間（ｔ１００）である。 The value of the predetermined ratio (X) is not particularly limited as long as it is appropriate as an evaluation index of the field regarding drainage. In order to make the evaluation index of the field regarding appropriate drainage, the predetermined ratio (X) can be a value in the range of 0.5 to 1, more specifically, a value of 1. Here, the evaluation index of the field regarding drainage corresponding to the ratio (X) of 0.5 is the calculated elapsed time (t 50 ) until the amount of soil moisture content increased by the rainfall event is halved, that is, the evaluation index of the field regarding drainage is the calculated elapsed time until the amount (increase) of the soil moisture content increased by the rainfall event is halved ( 50 %). Also, the evaluation index of the field regarding drainage corresponding to the ratio (X) of 1 is the calculated elapsed time (t 100 ) until the soil moisture content after the rainfall is equal to the soil moisture content before the rainfall, that is, the amount (increase) of the soil moisture content increased by the rainfall event is eliminated ( 100 %).
算出された関係式が関係式（１）の場合、関係式（１）から下記式（２）が導かれる。
ｔ＝－１／ｂ×ｌｏｇｅ（１－Ｘ／ａ） （２）
例えば、割合（Ｘ）が０．５の場合、下記式となる。
ｔ５０＝－１／ｂ×ｌｏｇｅ（１－１／２ａ） （２：Ｘ＝０．５）
また割合（Ｘ）が１の場合、下記式となる。
ｔ１００＝－１／ｂ×ｌｏｇｅ（１－１／ａ） （２：Ｘ＝１）
When the calculated relational expression is relational expression (1), the following expression (2) is derived from relational expression (1).
t = -1/b × log e (1 - X/a) (2)
For example, when the ratio (X) is 0.5, the following formula is obtained.
t50 = -1/b × log e (1 - 1/2a) (2:X = 0.5)
Furthermore, when the ratio (X) is 1, the following formula is obtained.
t 100 = -1/b × log e (1 - 1/a) (2:X = 1)
上述したように算出された排水性に関する圃場の評価指標と、同様にして算出された他の排水性に関する圃場の評価指標とを比較することにより、排水性に関する圃場の評価を行うことができる。同様にして算出された他の排水性に関する圃場の評価指標は、圃場の評価の目的に応じて選択される。また同様にして算出された他の排水性に関する圃場の評価指標は、選択の容易性の観点等から、サーバ・コンピュータのメモリその他における評価指標データベース内のインデックス（農作物の種類・作柄・生産の適否、圃場の排水性に関する方策の有無・種類・量・形態・規模など）を付した評価指標のデータから選択することができる。排水性に関する圃場の評価指標の比較とは、直接または相対的な比較、類推による比較、統計学的な手法を用いた比較、その他の適切な指標の比較を含む。 The drainage evaluation index of the field calculated as described above can be compared with other drainage evaluation indexes calculated in a similar manner to evaluate the drainage of the field. The other drainage evaluation indexes calculated in a similar manner are selected according to the purpose of the field evaluation. In addition, from the viewpoint of ease of selection, the other drainage evaluation indexes calculated in a similar manner can be selected from the data of evaluation indexes with indexes (such as the type of crop, crop yield, and suitability of production, the presence or absence, type, amount, form, and scale of measures for drainage of the field, etc.) in the evaluation index database in the memory of the server computer or other locations. Comparison of drainage evaluation indexes includes direct or relative comparison, comparison by analogy, comparison using statistical methods, and comparison of other appropriate indexes.
排水性に関する圃場の評価には、（１）圃場の排水性に関する方策の評価、（２）農作物における圃場の排水性の寄与度の評価、および（３）圃場の排水性による特定農作物の生産の適否の評価からなる群から選択される１つ以上について評価することが含まれる。 The evaluation of a field with respect to drainage includes evaluating one or more of the following: (1) evaluating measures for the drainage of the field; (2) evaluating the contribution of the drainage of the field to the crop; and (3) evaluating the suitability of the field drainage for the production of a particular crop.
評価（１）の一例は、圃場の排水性に関する方策の有無、種類、量・形態・規模等の違いの評価である。圃場の排水性に関する方策としては、低縮合リグニン等の土壌改良剤の土壌混和、畝立て、額縁明渠や弾丸暗渠の設置等が挙げられる。土壌改良剤の種類、添加量および混和方法、畝立ての高さ、隣接した畝との間隔、農作物の間隔、様々な形態・規模の額縁明渠や弾丸暗渠により、圃場の排水性の効果が異なる。そのため評価（１）によれば、これら効果の比較を、圃場の排水性に関する定量的な評価指標を用いて客観的に評価することができる。さらにこの客観的評価に応じて、適切な圃場の排水性に関する方策を選択したり組み合わせたりすることができる。 An example of evaluation (1) is the evaluation of the presence or absence, type, amount, form, scale, etc. of measures for drainage of fields. Measures for drainage of fields include mixing soil improvers such as low-condensation lignin into the soil, making ridges, and installing frame culverts and bullet culverts. The effect of drainage of fields varies depending on the type of soil improver, the amount added, and the mixing method, the height of the ridges, the spacing between adjacent ridges, the spacing between crops, and the various forms and sizes of frame culverts and bullet culverts. Therefore, according to evaluation (1), these effects can be compared objectively using quantitative evaluation indices for drainage of fields. Furthermore, appropriate measures for drainage of fields can be selected or combined depending on this objective evaluation.
ここである農作物と、同品種、同種の農作物その他同様の条件下での圃場の排水性に関して同様の適性、同様の作柄を示すことが知られている植物を、以下、同類植物と総称する。 Hereinafter, plants that are known to have similar suitability and yield in terms of field drainage under similar conditions as a certain crop and the same variety or type of crop are collectively referred to as "similar plants."
評価（２）の一例は、農作物の成長や作柄に影響を与える様々な要因における圃場の排水性の寄与度の評価である。より具体的な一例として、評価（２）は、圃場で生育された農作物の成長や作柄とその排水性に関する圃場指標と、他の圃場で生育された同類植物の成長や作柄とその他の排水性に関する圃場の評価指標を比較することにより、農作物の成長や作柄における圃場の土壌の排水性の寄与度を評価することである。評価（２）によれば、得られた評価結果により、作柄向上のための圃場の排水性およびその他の要因の改善、活用拡大および転作を含む圃場の有効利用の検討等に役立てることができる。さらに評価（２）によれば、複数の圃場に同類植物の生育を行うことにより、排水性に関する圃場の評価指標と農作物の成長や収量・品質を含む作柄との関係性を見出し、圃場の評価を行うことができる。 One example of evaluation (2) is the evaluation of the contribution of the drainage of a field to various factors that affect the growth and yield of agricultural crops. As a more specific example, evaluation (2) is the evaluation of the contribution of the drainage of the soil of a field to the growth and yield of agricultural crops by comparing the growth and yield of agricultural crops grown in the field and the field index related to the drainage with the growth and yield of similar plants grown in other fields and the field evaluation index related to other drainage. According to evaluation (2), the obtained evaluation results can be used to improve the drainage of a field and other factors to improve the yield, and to consider effective use of the field including expansion of use and crop rotation. Furthermore, according to evaluation (2), by growing similar plants in multiple fields, it is possible to find the relationship between the field evaluation index related to drainage and the yield including the growth and yield and quality of agricultural crops, and to evaluate the field.
評価（３）の一例は、排水性に関する圃場の評価指標と農作物の成長や作柄等との関係が知られている特定農作物について、算出した排水性に関する圃場の評価指標を用いてその圃場の排水性による特定農作物の生産の適否を評価することである。評価（３）によれば、高付加価値農作物を含む特定農作物について、圃場での生産前にその圃場の排水性の適否を評価することができ、さらに気象情報や、耕作層の土壌種の情報等を含めて、「適地、適作」を推進することができる。 One example of evaluation (3) is to use the calculated field evaluation index for drainage to evaluate the suitability of a field's drainage for producing a specific crop, for which the relationship between the drainage index and the crop's growth and yield is known. Evaluation (3) makes it possible to evaluate the suitability of a field's drainage for specific crops, including high-value-added crops, before the crop is produced in the field, and further promote "suitable land for suitable crops" by incorporating meteorological information and information on the soil type of the cultivated layer.
本発明は、この様な排水性に関する圃場の評価方法として実現できるだけでなく、上述した特徴的な工程を実施して、排水性に関する圃場の評価指標を得ることができる、装置、プログラム、プログラムを記録した記録媒体として実現することができる。 The present invention can be realized not only as a method for evaluating fields with respect to drainage, but also as an apparatus, a program, and a recording medium having the program recorded thereon, which can carry out the characteristic steps described above and obtain an evaluation index for a field with respect to drainage.
装置の一例としては、圃場の土壌中の定点に設置された土壌水分測定装置から複数の個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータ、および前記土壌水分測定装置近傍の雨量計から気象データを取得するデータ取得手段と、
取得した気象データを用いて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する所定の降雨条件に基づき、前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを選択する選択手段と、
選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、最小二乗法により下記関係式（１）を算出する関係式算出手段と、
Ｘ＝ａ（１－ｅ―ｂｔ） （１）
（式中、ｔは、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間であり、
Ｘは、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合であり、
ａ、ｂは、前記の選択されたデータにより定まる係数である）、
算出された関係式（１）から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出する評価指標算出手段とを備えた圃場評価装置である。
One example of the device includes a data acquisition means for acquiring data on changes in soil moisture content over time during a plurality of individual rainfall events from a soil moisture measuring device installed at a fixed point in the soil of a farm field, and meteorological data from a rain gauge located near the soil moisture measuring device;
A selection means for selecting data on the change in soil moisture content over time in each individual rainfall event based on predetermined rainfall conditions related to the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall in each individual rainfall event, using the obtained meteorological data;
A relational expression calculation means for calculating the following relational expression (1) by a least squares method using data on the change over time of soil moisture content in the selected individual rainfall event;
X = a(1-e -bt ) (1)
(where t is the time elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall,
X is the ratio of (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content at elapsed time (t)) / (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content before rainfall),
a and b are coefficients determined by the selected data.
and an evaluation index calculation means for calculating an evaluation index of the field relating to drainage, which is the elapsed time (t) corresponding to the predetermined ratio (X) from the calculated relational expression (1).
上記の圃場評価装置は、圃場の排水性に関する方策の評価、農作物における圃場の排水性の寄与度の評価、および圃場の排水性による特定農作物の生産の適否の評価からなる群から選択される１つ以上の評価の目的の設定に応じて、前記評価の目的に関するインデックスが付された同様にして算出された排水性に関する圃場の評価指標が蓄積されたデータベースから他の排水性に関する圃場の評価指標を選択して、前記算出された前記排水性に関する圃場の評価指標と、前記選択された他の排水性に関する圃場の評価指標とを比較する比較手段を、さらに備えることができる。 The field evaluation device may further include a comparison means for selecting another field evaluation index for drainage from a database that stores similarly calculated field evaluation indexes for drainage, which are indexed for the evaluation objective, in accordance with one or more evaluation objectives selected from the group consisting of evaluation of measures for field drainage, evaluation of the contribution of field drainage to agricultural crops, and evaluation of the suitability of field drainage for the production of a specific agricultural crop, and comparing the calculated field evaluation index for drainage with the selected other field evaluation index for drainage.
プログラムの一例は、コンピュータを、上記の圃場評価装置として機能させるためのプログラムである。プログラムの別の例は、圃場の評価指標を算出するためのプログラムであって、実行されるとプロセッサに、
圃場の土壌中の定点に設置された土壌水分測定装置から複数の個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータ、および前記土壌水分測定装置近傍の雨量計から気象データを取得させ、
取得させた気象データを用いて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する所定の降雨条件に基づき、前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを選択させ、
選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、最小二乗法により下記関係式（１）を算出させ、
Ｘ＝ａ（１－ｅ―ｂｔ） （１）
（式中、ｔは、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間であり、
Ｘは、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合であり、
ａ、ｂは、前記の選択されたデータにより定まる係数である）、
算出された関係式（１）から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出させることを含む、プログラムである。
An example of the program is a program for causing a computer to function as the farm field evaluation device. Another example of the program is a program for calculating an evaluation index of a farm field, the program being executed by a processor to:
acquiring data on changes in soil moisture content over time during a plurality of separate rainfall events from a soil moisture measuring device installed at a fixed point in the soil of a farm field, and meteorological data from a rain gauge located near the soil moisture measuring device;
using the acquired weather data, selecting data on the change in soil moisture content over time in each individual rainfall event based on predetermined rainfall conditions related to the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall in each individual rainfall event;
Using data on the change over time in soil moisture content in the selected individual rainfall events, the following relational expression (1) is calculated by a least squares method;
X = a(1-e -bt ) (1)
(where t is the time elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall,
X is the ratio of (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content at elapsed time (t)) / (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content before rainfall),
a and b are coefficients determined by the selected data.
The program includes a step of calculating an evaluation index for the field regarding drainage, which is the elapsed time (t) corresponding to a predetermined ratio (X) from the calculated relational expression (1).
プログラムを記録した記録媒体の一例は、上記した個々のプログラムを記録した記録媒体である。ここで記録媒体は、コンピュータ等によりプログラムが読み取り可能な記憶媒体であれば特に限定されるものではなく、半導体メモリ、ハードディスク、磁気記録媒体、光記録媒体等の非一過性のものとすることができる。 An example of a recording medium on which a program is recorded is a recording medium on which the individual programs described above are recorded. Here, the recording medium is not particularly limited as long as it is a storage medium from which a program can be read by a computer or the like, and can be a non-transient medium such as a semiconductor memory, a hard disk, a magnetic recording medium, or an optical recording medium.
排水性に関する圃場の評価指標
兵庫県たつの市内の５か所の圃場Ａ～Ｅを熟知するメンバー１名による圃場排水性の達観評価の結果（聞き取り）と、排水性に関する圃場の評価指標に基づく評価を比較し、評価指標を用いた排水性に関する圃場の評価方法の実用可能性を検証した。
Field drainage evaluation index The results of a subjective evaluation of field drainage by one member who is familiar with five fields A to E in Tatsuno City, Hyogo Prefecture (interview) were compared with the evaluation based on the field drainage evaluation index to verify the practicality of the field drainage evaluation method using the evaluation index.
達観評価は、圃場Ａ～Ｅの転作時の排水性について、「良好」・「良好～普通」・「普通」・「普通～不良」・「不良」の５段階で評価を依頼した。圃場Ａ～Ｅの評価は、農業法人Ａ～Ｅが管理する複数の圃場の平均的評価であるため、一定の幅があり、調査対象圃場の個別評価とは一致しないことも想定されるが、多くの圃場を見続けてきた経験に基づく評価は一定の精度を有すると判断して、検証に用いた。 For the objective evaluation, participants were asked to rate the drainage of fields A to E at the time of crop rotation on a five-point scale: "good", "good to average", "average", "average to poor" and "poor". The evaluations of fields A to E are average evaluations of multiple fields managed by agricultural corporations A to E, so there is a certain degree of variation and it is expected that they may not match the individual evaluations of the surveyed fields. However, evaluations based on the experience of observing many fields over time were deemed to have a certain degree of accuracy and were used for verification.
圃場Ａ～Ｅは水田転換畑であり、各圃場周囲に沿って掘った排水溝（額縁明渠）を施工して、大豆（品種：たつまろ）を栽培した。大豆作は、２０１９年７月中下旬に播種、１１月上中旬の収穫を目標としていたが、圃場によって播種・収穫につき若干の前倒しや遅延があった。 Fields A to E were converted from paddy fields, and drainage ditches (framed open channels) were dug along the perimeter of each field, where soybeans (variety: Tatsumaro) were cultivated. The soybeans were sown in mid-to-late July 2019, with the goal of harvesting in early to mid-November, but sowing and harvesting were slightly brought forward or delayed depending on the field.
圃場Ａ～Ｅにおいて、貫入式土壌硬度計による貫入抵抗値のプロファイルから、耕作層（作土層）厚が概ね２０ｃｍと推定された。そのため土壌水分センサー（ＭＥＴＥＲ社製の土壌水分センサーＥＣ－５）を、各圃場の土壌中の定点、具体的には各圃場中央付近等の圃場の土壌含水率を代表すると仮定できる地点における、耕作層の中央部となる１０ｃｍの深度に埋設した。土壌水分センサーは、各圃場の中央部と中央部から長辺方向に４ｍ離れた２地点の計３地点に１本ずつ設置し、ＭＥＴＥＲ社製のデータロガーＥｍ６０ＧとＺＬ６を用いて１時間おきに出力値を記録した。 In fields A to E, the cultivated layer (topsoil layer) thickness was estimated to be approximately 20 cm from the penetration resistance profile measured by a penetration soil hardness tester. Therefore, soil moisture sensors (METER soil moisture sensor EC-5) were buried at fixed points in the soil of each field, specifically at a depth of 10 cm in the center of the cultivated layer at points that can be assumed to represent the soil moisture content of the field, such as near the center of each field. One soil moisture sensor was installed at each of three points: the center of each field and two points 4 m away from the center in the long side direction, and output values were recorded every hour using METER data loggers Em60G and ZL6.
各圃場の測定値には、３地点の測定値の平均値を用いた。土壌水分センサーから得られたデータは、常法で較正し、体積含水率（土壌含水率，ｍ３／ｍ３）に変換した。各圃場の降水量はＭＥＴＥＲ社製の雨量計ＥＣＲＮ－５０を用いて、各圃場中央にて１時間おきに観測し、前述のデータロガーに記録した。 The measured value for each field was the average of the values measured at three points. Data obtained from the soil moisture sensor was calibrated in the usual way and converted to volumetric water content (soil water content, m3 / m3 ). Precipitation in each field was observed every hour at the center of each field using a METER ECRN-50 rain gauge and recorded in the data logger mentioned above.
上述した方法により得られた、圃場Ｂにおける体積含水率（ｍ３／ｍ３）の経時的変化および日時毎の降水量（ｍｍ）は、図１に表されている。対象とした時期は、２０１９年８月上旬から１０月下旬である。 The change over time in the volumetric water content (m 3 /m 3 ) and the amount of precipitation (mm) per day and time in field B obtained by the above-mentioned method are shown in Figure 1. The target period was from early August to late October 2019.
連続した０．５ｍｍ／ｈ以上の時間当たりの降水量（ｐ）を観測した場合を個別の降雨イベントとして選択した。また、降雨イベントの間に１時間だけ降雨が観測されない場合（ｐ＝０）は、その前後の降雨イベントを併せて１つの個別の降雨イベントとした。なお、１時間の休雨期間の回数には制限を設けないこととした。このため、複数回の休雨期間を包含する降雨イベントも発生した。選択した個別の降雨イベントは、一定の体積含水率の変動が見込まれ、かつ一定数の降雨イベントが確保できるように、１つの個別の降雨イベントの積算降水量（Ｐ）が１０ｍｍ以上になった降雨イベントに限った。 Cases where continuous precipitation (p) of 0.5 mm/h or more was observed per hour were selected as individual rainfall events. In addition, when no rain was observed for one hour between rainfall events (p = 0), the rainfall events before and after were combined into one individual rainfall event. There was no limit placed on the number of one-hour periods of no rain. As a result, some rainfall events contained multiple periods of no rain. The individual rainfall events selected were limited to those where the accumulated precipitation (P) of one individual rainfall event was 10 mm or more, so that a certain fluctuation in volumetric water content could be expected and a certain number of rainfall events could be ensured.
個別の降雨イベント終了後の体積含水率は、速やかに減少する場合としばらくの間体積含水率が上昇し続けた後に減少する場合があった。そこで個別の降雨イベント後に体積含水率が減少すること無く上昇を続け最大になった時点（このときの体積含水率は降雨後の最大体積含水率）を区切り（ｔ＝０）として、１２、２４、４８、７２、９６、１２０、１４４、１９２、２４０時間の経過時間（ｔ）後の体積含水率を解析の対象として選択した。しかし、解析対象の２４０時間の間に新たな降雨イベントが発生する場合がある。この降雨が解析対象となる体積含水率の減少傾向に影響をおよぼす可能性があるため、積算降水量Ｐ＝２．０ｍｍ以上の個別の降雨イベントがあった場合には、その後の測定値は解析の対象から外した。 After the end of an individual rainfall event, the volumetric water content sometimes decreased immediately and sometimes continued to increase for a while before decreasing again. Therefore, the time when the volumetric water content continued to increase after an individual rainfall event without decreasing and reached a maximum (the volumetric water content at this time was the maximum volumetric water content after rainfall) was set as the dividing line (t = 0), and the volumetric water content after 12, 24, 48, 72, 96, 120, 144, 192, and 240 hours (t) were selected as the subject of the analysis. However, new rainfall events may occur during the 240 hours of analysis. Since this rainfall may affect the decreasing trend of the volumetric water content to be analyzed, if there was an individual rainfall event with an accumulated precipitation of P = 2.0 mm or more, the subsequent measurements were excluded from the analysis.
個別の降雨イベント毎に体積含水率の上昇幅（降雨後の最大体積含水率－降雨前の体積含水率）、および経過時間（ｔ）における体積含水率の減少幅（降雨後の最大体積含水率－経過時間（ｔ）時の体積含水率）を算出し、上昇幅に対する減少幅の割合（ｘ）、すなわち（降雨後の最大体積含水率－経過時間（ｔ）時の体積含水率）／（降雨後の最大体積含水率－降雨前の体積含水率）と、経過時間（ｔ）との関係を後述の方法で解析することで、排水性に関する圃場の定量的評価を試みた。なお、積算降水量Ｐ≧１０ｍｍの個別の降雨イベントの中でも、長時間にわたる個別の降雨イベントや直前の個別の降雨イベントと時間間隔が小さい個別の降雨イベントでは、降雨による体積含水率の上昇幅が小さく、その後の排水が以前の個別の降雨イベントの影響を受けていると考えられる場合がある。そのため、体積含水率の上昇幅＜０．０５ｍ３／ｍ３となる降雨イベントについては、解析の対象から外した。 The increase in volumetric water content (maximum volumetric water content after rainfall-volume water content before rainfall) and the decrease in volumetric water content over time (t) (maximum volumetric water content after rainfall-volume water content at time (t)) were calculated for each individual rainfall event, and the relationship between the rate of decrease to the increase (x), i.e., (maximum volumetric water content after rainfall-volume water content at time (t))/(maximum volumetric water content after rainfall-volume water content before rainfall) and the time (t) was analyzed using the method described below to quantitatively evaluate the drainage of the field. Note that, among individual rainfall events with an accumulated precipitation P≧10 mm, in individual rainfall events that last for a long time or that have a short time interval from the previous individual rainfall event, the increase in volumetric water content due to rainfall is small, and it may be considered that the subsequent drainage is affected by the previous individual rainfall event. Therefore, rainfall events in which the increase in volumetric water content was <0.05 m 3 /m 3 were excluded from the analysis.
図２では、図１において上記の降雨条件に基づき選択された個別の降雨イベントを破線の楕円で表している。図２に示されるように圃場Ｂにおいて選択された個別の降雨イベントの数は、６である。 In Figure 2, the individual rainfall events selected in Figure 1 based on the rainfall conditions described above are represented by dashed ellipses. The number of individual rainfall events selected in field B as shown in Figure 2 is 6.
図３は、圃場Ｂにおける選択された各個別の降雨イベントにおいて、（降雨後の最大体積含水率－経過時間（ｔ）時の体積含水率）／（降雨後の最大体積含水率－降雨前の体積含水率）の割合（Ｘ）と、経過時間（ｔ）との関係をプロットした図である。また図の見やすさのため、縦軸をマイナスＸ（－Ｘ）としている。 Figure 3 is a plot of the ratio (X) of (maximum volumetric moisture content after rainfall - volumetric moisture content at elapsed time (t)) / (maximum volumetric moisture content after rainfall - volumetric moisture content before rainfall) versus elapsed time (t) for each selected individual rainfall event in field B. To make the figure easier to read, the vertical axis is negative X (-X).
図３において、降雨開始日が、白色丸は８月１５日、白色三角は８月２１日、白色菱形は８月３０日、灰色丸は９月１１日、灰色菱形は９月２２日、黒色三角は１０月１８であった。 In Figure 3, the start dates of rainfall are August 15th for white circles, August 21st for white triangles, August 30th for white diamonds, September 11th for grey circles, September 22nd for grey diamonds, and October 18th for black triangles.
また図３に示されるように、個別の降雨イベントの降雨後の最大体積含水率から減少に転じた時点からの経過時間（ｔ）の最大値（解析に用いられた最大の経過時間）は、白色丸は９６時間、白色三角は２４時間、白色菱形は２４０時間、灰色丸は１９２時間、灰色菱形は２４０時間、黒色三角は４８時間であった。 As shown in Figure 3, the maximum time (t) elapsed from the time when the volumetric water content began to decrease from the maximum after rainfall for each individual rainfall event (the maximum time elapsed used in the analysis) was 96 hours for white circles, 24 hours for white triangles, 240 hours for white diamonds, 192 hours for gray circles, 240 hours for gray diamonds, and 48 hours for black triangles.
上記データから最小二乗法により近似式である関係式（１）（Ｘ＝ａ（１－ｅ－ｂｔ））の係数ａおよびｂを求め（ａ＝１．４１４、ｂ＝０．０１３０）、さらにＸ＝１となる経過時間（ｔ１００）を算出した。図３における曲線は圃場Ｂにおける関係式（１）にマイナス（－）を掛けた式の曲線を示している。また図３にも示されるように、排水性に関する圃場Ｂの評価指標である、算出されたＸ＝１に対応する経過時間（ｔ１００）は、９４．１（時間）であった。 From the above data, the coefficients a and b of the approximate equation, relational equation (1) (X=a(1-e -bt )) were found (a=1.414, b=0.0130) by the least squares method, and the elapsed time ( t100 ) at which X=1 was calculated. The curve in Figure 3 shows the curve of the equation obtained by multiplying relational equation (1) in field B by minus (-). As also shown in Figure 3, the elapsed time ( t100 ) corresponding to the calculated X=1, which is the evaluation index for field B regarding drainage, was 94.1 (hours).
同様にして算出された圃場Ａ～Ｅにおける排水性に関する評価指標（ｔ１００）を、表１に表す。
各圃場で行われた転作時の圃場の排水性の達観評価は、
圃場Ａでは、良好、
圃場Ｂでは、普通～不良、
圃場Ｃでは、普通～不良、
圃場Ｄでは、普通～不良、
圃場Ｅでは、普通～不良、であった。
The objective evaluation of the drainage of the field at the time of crop rotation was carried out in each field.
In field A, it was good.
In field B, the results were normal to poor.
In field C, the results were normal to poor.
In field D, the results were normal to poor.
In field E, the results were fair to poor.
達観評価では「普通～不良」に区分される圃場の割合が高かったため、詳細な比較はできないが、「良好」・「普通」・「普通～不良」に区分された圃場のｔ１００の平均値を比較すると、圃場排水性が良好な圃場ほど小さなｔ１００を示し、圃場排水性の大まかな傾向は評価できた。 In the objective evaluation, the proportion of fields classified as "fair to poor" was high, so a detailed comparison was not possible; however, when comparing the average t100 values of fields classified as "good", "fair", and "fair to poor", the better the field drainage, the smaller the t100 , and the general trend of field drainage could be evaluated.
達観評価と評価指標による評価とを比較するため、評価指標（ｔ１００）の値に対する推量による評価区分を下記のとおり設定した。
ｔ１００≦４８ ：良好
４８＜ｔ１００≦７２ ：良好～普通
７２＜ｔ１００≦９６ ：普通
９６＜ｔ１００≦１２０ ：普通～不良
１２０＜ｔ１００ ：不良
具体的には、降雨後に最大の体積含水率を示してから、降雨前の体積含水率の値まで体積含水率が２日以内に低下する場合（ｔ１００≦４８）を「良好」、３日を超えて４日以内で低下する場合（７２＜ｔ１００≦９６）を「普通」、５日を超える場合（１２０＜ｔ１００）を「不良」とし、それぞれの間の評価を「良好～普通」、「普通～不良」とした。
In order to compare the objective evaluation with the evaluation based on the evaluation index, the following estimation categories for the value of the evaluation index (t 100 ) were set.
t100 ≦48: Good 48< t100 ≦72: Good to fair 72< t100 ≦96: Fair 96< t100 ≦120: Fair to poor 120< t100 : Poor Specifically, if the volumetric moisture content decreases within two days from the maximum volumetric moisture content after rainfall to the volumetric moisture content before rainfall ( t100 ≦48), it is rated as "good", if it decreases between three and four days (72< t100 ≦96), it is rated as "fair", and if it decreases for more than five days (120< t100 ), it is rated as "poor", and the range in between is rated as "good to fair" and "fair to poor".
圃場Ａ～Ｄにおける評価指標（ｔ１００）による評価と、達観評価の対比表を表２に表す。
圃場Ａ～Ｄでは、評価指標（ｔ１００）による評価と、達観評価は、同一又は隣接する区分（「普通」と「普通～不良」）であり、概ね一致していた。
ここで圃場Ｅでは、評価指標（ｔ１００）による評価では「良好～普通」であったが、達観評価では転作時（測定開始前）に「普通～不良」であり、乖離した結果となっていた。そこで圃場Ｅについて子細調査したところ、測定期間を通して排水路等の水路の改修工事があった事実が判明した。したがって圃場Ｅにおける乖離した結果は、圃場Ｅでの排水路等の改修工事により排水性が改善したことに起因するものと考えられる。
In fields A to D, the evaluation based on the evaluation index (t 100 ) and the objective evaluation were in the same or adjacent categories ("fair" and "fair to poor") and generally coincided.
Here, in field E, the evaluation using the evaluation index (t 100 ) was "good to average", but the objective evaluation was "average to poor" at the time of crop conversion (before measurements began), which was a discrepancy. A detailed investigation of field E revealed that repair work had been carried out on drainage channels and other waterways throughout the measurement period. Therefore, the discrepancy in the results for field E is thought to be due to the improvement in drainage due to repair work on drainage channels and other waterways in field E.
上記を総合的に考察すると、評価指標（ｔ１００）による評価と、対象圃場Ａ～Ｅを熟知するメンバーからの聞き取りによる圃場毎の排水性の達観評価は概ね一致しており、評価指標を用いた排水性に関する圃場の評価方法が、その圃場の排水性を評価できることが確認された。 Considering the above overall, the evaluation using the evaluation index ( t100 ) and the objective evaluation of the drainage of each field based on interviews with members who are familiar with the target fields A to E were generally consistent, confirming that the method of evaluating fields regarding drainage using the evaluation index is capable of evaluating the drainage of the field.
本発明によれば、排水性に関する圃場の定量的な評価指標を用いて、圃場の排水性を評価することができることから、農業分野において特に有用である。 The present invention is particularly useful in the agricultural field because it allows the drainage of a field to be evaluated using a quantitative evaluation index for drainage.
Claims (8)
圃場の土壌中の定点に設置された土壌水分測定装置から複数の個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータ、および前記土壌水分測定装置近傍の雨量計から気象データを取得すること、
取得した気象データを用いて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する所定の降雨条件に基づき、前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを選択すること、
選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間（ｔ）と、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合（Ｘ）の関係式を算出すること、および
算出された関係式から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出することを含む、方法。 A method for evaluating a field regarding drainage using an evaluation index, comprising:
Obtaining data on changes in soil moisture content over time during a plurality of separate rainfall events from a soil moisture measuring device installed at a fixed point in the soil of a farm field, and meteorological data from a rain gauge located near the soil moisture measuring device;
using the obtained weather data to select data of the change in soil moisture content over time for each individual rainfall event based on predetermined rainfall conditions related to the hourly precipitation, the accumulated precipitation, and the time until the next rainfall for each individual rainfall event;
using data on the change in soil moisture content over time in the selected individual rainfall event, calculating a relational equation between the time (t) elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall and a ratio (X) of (maximum soil moisture content after rainfall-soil moisture content at elapsed time (t))/(maximum soil moisture content after rainfall-soil moisture content before rainfall); and calculating an evaluation index for the field related to drainage, which is the elapsed time (t) corresponding to the predetermined ratio (X), from the calculated relational equation.
Ｘ＝ａ（１－ｅ―ｂｔ） （１）
（式中、ａ、ｂは前記選択されたデータにより定まる係数）、請求項１または２に記載の方法。 The relational expression is the following relational expression (1) obtained by a least squares method using data on the change over time of soil moisture content in the selected individual rainfall events:
X = a(1-e -bt ) (1)
The method according to claim 1 or 2, wherein a and b are coefficients determined by the selected data.
取得した気象データを用いて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する所定の降雨条件に基づき、前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを選択する選択手段、
選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、最小二乗法により下記関係式（１）を算出する関係式算出手段、
Ｘ＝ａ（１－ｅ―ｂｔ） （１）
（式中、ｔは、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間であり、
Ｘは、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合であり、
ａ、ｂは、前記の選択されたデータにより定まる係数である）、および
算出された関係式（１）から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出する評価指標算出手段、
を備えた圃場評価装置。 a data acquisition means for acquiring data on changes in soil moisture content over time during a plurality of individual rainfall events from a soil moisture measuring device installed at a fixed point in the soil of the field, and meteorological data from a rain gauge located near the soil moisture measuring device;
a selection means for selecting data on the change in soil moisture content over time in each individual rainfall event based on predetermined rainfall conditions related to the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall in each individual rainfall event, using the acquired meteorological data;
a relational expression calculation means for calculating the following relational expression (1) by a least squares method using data on the change over time of soil moisture content in the selected individual rainfall event;
X = a(1-e -bt ) (1)
(where t is the time elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall,
X is the ratio of (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content at elapsed time (t)) / (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content before rainfall),
a and b are coefficients determined by the selected data, and an evaluation index calculation means for calculating an evaluation index of the field regarding drainage, which is an elapsed time (t) corresponding to a predetermined ratio (X) from the calculated relational expression (1);
A field evaluation device comprising:
圃場の土壌中の定点に設置された土壌水分測定装置から複数の個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータ、および前記土壌水分測定装置近傍の雨量計から気象データを取得させ、
取得させた気象データを用いて、各個別の降雨イベントにおける、時間当たりの降水量、積算降水量、および次の降雨までの期間に関する所定の降雨条件に基づき、前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを選択させ、
選択された前記個別の降雨イベントにおける土壌含水率の経時的変化のデータを用いて、最小二乗法により下記関係式（１）を算出させ、
Ｘ＝ａ（１－ｅ―ｂｔ） （１）
（式中、ｔは、降雨後の最大土壌含水率から土壌含水率が減少した時からの経過時間であり、
Ｘは、（降雨後の最大土壌含水率－経過時間（ｔ）時の土壌含水率）／（降雨後の最大土壌含水率－降雨前の土壌含水率）の割合であり、
ａ、ｂは、前記の選択されたデータにより定まる係数である）、
算出された関係式（１）から所定の割合（Ｘ）に対応する経過時間（ｔ）である排水性に関する圃場の評価指標を算出させることを含む、プログラム。 A program for calculating an evaluation index of a farm field, the program causing a processor to:
acquiring data on changes in soil moisture content over time during a plurality of separate rainfall events from a soil moisture measuring device installed at a fixed point in the soil of a farm field, and meteorological data from a rain gauge located near the soil moisture measuring device;
using the acquired weather data, selecting data on the change in soil moisture content over time in each individual rainfall event based on predetermined rainfall conditions related to the amount of precipitation per hour, the accumulated amount of precipitation, and the period until the next rainfall in each individual rainfall event;
Using data on the change over time in soil moisture content in the selected individual rainfall events, the following relational expression (1) is calculated by a least squares method;
X = a(1-e -bt ) (1)
(where t is the time elapsed since the soil moisture content decreased from the maximum soil moisture content after rainfall,
X is the ratio of (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content at elapsed time (t)) / (maximum soil moisture content after rainfall - soil moisture content before rainfall),
a and b are coefficients determined by the selected data.
A program that includes calculating an evaluation index for a field regarding drainage, which is the elapsed time (t) corresponding to a predetermined ratio (X) from the calculated relational expression (1).
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