JPH0434362A - 土壌中の化学成分を検出するシステムおよびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は土壌の化学的条件を実際的時間に検知し、検知
した不足量又は過剰条件に応答して農業用化学物質又は
肥料の適当補正量を適用する方法およびシステムに閏集
る。このシステムはコストの低減、エネルギー資源の保
存、作物の！＋産および環境劣化の減少に重要な利益を
有する。

従来の技術および　明が解決しようとする土壌に化学物
質を適用して最適作物収量を祷る近代的農場の実際は、
きゅう肥およびいわゆる「緑肥」　（豆科作物又は収穫
物の屑から成る）を添加する場合、数百年以前に使用し
たものとほとんど差がない。農夫は好収穫を自己の作付
けから確実に得るために、常に十分に肥沃した土壌を所
望する。農夫の目的を満足させる方法はかなり遊歩した
。耕地の生産性は、必要な植物栄養又は保護を正確に供
するために適合した特別の化学物質を適用することによ
り何倍も増加する。適当な施肥量に対する必要性を超え
て、作物は通例除草剤および殺虫剤の組み合せの適用に
より競合雑草および昆虫から保護が得られる。

肥料および農薬は顆粒撒布器、液体鴫霧バーおよび無水
物、溶液又は顆粒噴射器を含む各種タイプの野外装置に
より適用される。農夫は晩秋又は早春に、作付は中、又
は作付は後のような、次の生育季節に対し肥料の適用時
期を選択する。同様に、除草剤のような農薬は望ましく
ない植物の生育を最大限に阻止し又は調整が可能のよう
な雑草の適当な生育段階に適用する。

組み合せを変えることにより植物の生育および発達に対
し利用しうる窒素および他の栄養素の量には影響を生ず
る。窒素の場合、局部的畑地条件は土壌の交換複合体に
保持されたアン上ニウム量および細菌作用により一層利
用しつる形態への転換の正確な機作を決定する。土壌中
に分配された酸化レベルで変化しうるアンモニウムレベ
ルの転換は比較的均質と思われる畑地内でさえ各地点で
非常に可変的である。土壌の化学的レベルの極端な可変
性は少なくとも１９２０年以来今日まで知られているが
、肥料又は石灰のような他の補正化学物質を添加しなが
らこの可変性を証明する方法を誰も完成しなかった。

窒素は土壌中に各種化学形で存在する。アンモニウム形
では比較的不動性であるが、土壌細菌により硝酸塩に転
換後その可動性は劇的に増加する。

硝酸塩は土壌水中における高溶解性のために流亡しやす
くなる。硝１！塩は土壌のｍｆｉ変化、降雨および作物
の蒸散要求に応答して土壌水と共に移動する。土壌の硝
酸塩レベルの変動係数は通例平均５０％であるが、しば
しばほんの数平方ヤードの小面積上であっても１００％
に達する。同様の観察はｐＨおよびカリウムレベルに対
してもなされている。利用しつる窒素は広く変動するの
で、畑地が均一に施肥されている場合でさえ、ばらばら
に採取する通例の土壌試料は畑地の窒素利用可能状態の
代表的インジケーターになり得ない。

不十分な栄養分レベルは作物の生産性に悪影響を及ぼす
。過剰栄養素レベルは同様の効果を有するか又は単に浪
費に過ぎない。窒素の場合、３゜ｐｐ−以上の土壌硝酸
塩レベルは浪費栄Ｉ！素であると考えられる。畑地デー
タはかなり過剰の硝酸塩は利用しつるが、作物の生産に
寄与しないことを示す。硝酸塩は可動性であり、根の張
る地帯から作物の存在しない下方に移動するので、生育
季節が終ると土壌中の硝酸塩は翌年の作物には利用し得
ず、単なる汚染地下水として作用するに過ぎない。

植物は自身が必要とする栄養素のみを使用し、栄養素の
使用は減少と復帰の法則に従がう。ある閾値以上のレベ
ルでは、農夫は栄養素レベルの増加による収量応答をほ
とんど得られない。エネルギー効率見込みから、この閾
値レベル以上で適用された栄養素は浪費である。大きな
変動係数（標準偏差対平均値の比）を有する通常の分布
の場合、約５０％の栄養素が浪費される。これはエネル
ギーおよび栄養素の製造に使用された原粁、および農夫
の利益が無駄であったことを意味する。

例えば、ガス状の窒素は植物には効用がない。

植物は複合形窒素化合物形の窒素を植物が利用するため
にさらに可溶性硝酸塩に転換覆ることが必要である。肥
料を含むすべての農業用化学化合物はある程度有毒であ
り、特に硝酸塩形のものは地下水を汚染できる。従って
植物が右利に使用できる量を非常に超過した肥料量は慎
重に考えれば適用できない。これらは＾価でもあり、こ
のことは耕地に過度に施肥しない別の良い理由である。

本発明まで、農夫は適用割合を最適化し、又耕地を横切
る条件の変化に応答して適用割合を変更する実際的方法
を有しなかった。農夫は、恐らくは耕地周辺で行なった
数点の土壌分析により補充され、恐らくは昨年の作物生
産方法の記憶により助けられた、過去に作業したものを
単に適用することに限定された。

畑地の位置的変化のため、および試料採取と受取り結果
間の時間的遅延−その間土壌条件は結果の変化がある−
のため、特定地点の試料に対し支払った農夫は、単に史
的基準で施肥する農夫の場合以上に自己の畑地に一層良
く施肥することはほとんどできない。その結果、農場は
保護的処置として日常的に過剰の肥料が施され、そのた
め利益率が低下し、地下水汚染の危険が高まる。これら
のどれもが望ましくない。

農夫は性質上作物収穫量は変動することを知っている。

均一に適用した肥料は転換して植物に均一な効用をもた
らさないからである。農夫は一般に経験法を使用して適
用時期をきめる。さらに、農夫は容認された経験法以上
に農業用化学物質を推せんする唯一のよりどころが販売
代理人又は化学物質販売代理人であることを理解してい
る。

農夫の施肥を助けるために使用する土壌試料の採取は、
通例合理的に選択した農夫自身の試料採取時期および位
置に基づく。農夫が販売代理人又はセールスマンに供す
る土壌試料の化学分析は栄養要求を示すために技術熟練
者による説明を必要とする。しかし、しばしば栄養素分
析は行なわれないか、又は分析は農業用化学物質の取扱
いにおける技輌的発行物の容認されたＩｌｌさのために
意味のないものとして無視される。今日、−膜化され、
推甘んされる窒素′Ｗｋ理は異る肥料処理方法の実験的
評価にずべて基づく。土壌試験は農場レベルで利用しう
る窒素に対し日常的に行なわれていない。試料採取およ
び実験結果受ｆＩ＠の［所要」ＷＩＩｌｌｌは適用時期
に対する農夫の要求を満たすには長すぎる。作物に重要
な効果を有する局部的、位置的変化は通常全く捉示され
ない。

従って、１ｍ要なエネルギー浪費は単に農業用化学物質
の適用で起こる。何故なら、立証されない経済的方法が
農作物の要求を満たすために化学物質を適当に、かつ適
時配分するために存在し、その結果として農業用化学物
質および肥料は土壌化学条件の局部的変動に拘らず実質
的に均一量で適用されるからである。

要約すれば、農場レベルの化学的適用に対し農業用化学
物質を推せんする通例方法は農夫自身による土壌試料採
取および技術熟練者による技術報告の試験分析を含む。

これらの勧告は通常農夫自身により実施されるが、農夫
は通例これらの分野で技術的−１練を受けていない。

例えば時間的遅延により不可避的に生ずる誤差、真に代
表的試料の選択、試料の蒐集および取扱い、試料の調製
および実験室の条件、栄養要求の訓練された説明にお【
プる誤差、および化学物質適用装置の不正確さに基づく
勧告レベル適用の誤差を含むこの多工程におＧプる重要
な誤差源がある。

課題を解決するだめの手段 本発明によれば、土壌の少なくとも１！１の化学成分を
検出するシステムが供される。このシステムは； 土壌に侵入する侵入要素、 侵入要素に隣接する土壌部分に溶媒を供給して浸出物を
形成する侵入要素と結合する要素、および浸出物を通し
て電圧差を適用する要素、それによってシステムはその
化学成分に比例した浸出物の電気化学的成分の大きさを
測定するために使用できる、を含む。

本発明の別の面によれば、検出土壌のある畑地を移動し
ながら少なくとも１種の土壌の化学的成分を実質的即座
に検出し、土壌に添加すべき化学物質の補正量を実質的
に同時に測定する方法が供される。この方法は次の工程
： 試料上を移動しながら第１土壌試料の土壌に侵入し、 試料上を移動しながら第１土壌試料に溶媒を適用して浸
出物を創り、 試料上を移動しながら浸出物を通して電圧差を適用し、
土壌成分に比例したパラメータを測定し、および 試料上を移動しながら試料に添加する化学物質補正のを
測定する、を含む。

本発明システムおよび方法は農作物および！楊利益およ
び畑地内の局地基準で環境要求を適時渦たすために農場
化学物質適用型は畑地を移動しながら肥料および他の農
業用化学物質を適用できる。

システムは各種の地面接剤器具を適用し又は統合して土
壌栄養素レベルを検出できる低コストの、急速応答検出
器を利用できる。農場車輌は車輌運転者による賞賛的介
入なしに畑地を移動しながら、システムを操作できる。

本発明を一層容易に理解するために、即に例示として次
の記載を示す。添付図を引用する：第１図は代表的畑地
作業における本発明の土壌成分検出器および化学物質適
用システムの好ましい態様の簡単な絵図である。

第２図は地面接剤装置の略図による検出および適用シス
テムの機能図である。

第３図は電圧差の関数として硝酸塩を含む土壌の代表的
電気化学的抵抗率および抵抗率の増進を描写する。

第４図はシステム主要検出入力、固定入力および指令出
力の略図である。

土壌化学物質検出器および本発明の農業引き渡しシステ
ムは肥料の適用に使用する場合、例えば、トラクター運
転者との相互作用なしに、低土壌化学物質レベルを有す
る土壌区域に必要な化学物質を適用して、所望レベルま
でその区域のレベルを自動的に上げることができる。シ
ステムは高−１均一適用の作付は前肥料レベルを適用す
る通例のアプローチと反対に、作物の発芽後数週間に大
部分の肥料を適用することによりもつとも有利に使用で
きる。作付１プ後適用は作付は前適用よりはるかに効率
的であることが実証されるが、従来適当に調整すること
が困難であった。窒素肥料の場合、アンモニウムは硝酸
塩に転換後作物の窒素施肥に対し代表的パラメータにな
る。ここに開示の方法により測定することもできるアン
モニウムのような他の窒素種と対照的に、硝酸塩に応答
して測定および分配することが好ましい。さらに、この
システムは作物が栄養素を必要とする生育勺イクルの一
層近い時期に窒素を導入できる。その結梁、肥料は一層
効率的に使用され、より少ないｒ！２料を使用して生産
性の一定増加を達成できる。

第１図を引用すると、土壌成分レベルを検出し、補正化
学物質必要量を分配する本発明の概念を具体化する１タ
イプのシステムの簡単な絵図を見ることができる。特に
、農場化学物質適用車輛１、通常調整しうるリフト要素
２を通常は３点連結で検出および分配システム１０に柔
軟的かつ取りはずし可能なように装看した農場トラクタ
ーを見ることができる。形成アセンブリは作物７が生育
する農場土壌５上を６の方向に運転し、所望の土壌化学
物質８の濃度を測定し、連結襞＆３により連結した適用
車輌のフレームに装看した取りはずし可能な貯蔵１４か
ら取り出した農場化学物質を供給することが示される。

作物７はうねに植える作物、草、果樹、ブドウ又は任意
の他のタイプの作物を含むことができ、そこでは可動車
輌が日常的に畑地を移動でき、それらに対し土壌化学物
質レベルおよび化学物質の適用は適当である。

第２図を引用すると、土壌化学物質検出器および調整シ
ステム１ｏは地面を接剤する土壌試料採取シャンク１２
を含み、これはブイフ、まぐわ、耕作機の歯などのよう
な各種形であることができ、通常所望の深さまで土壌に
侵入する。試料採取シャンク１２は部位１１の下部に薄
い、テーパーのついた縦断面を有して土壌侵入を有利に
し、土壌、シャンク、溶媒および電極の緊密な接触を供
する。試料採取シャンクは通例の耕作のような各種タイ
プの農場作業の使用に対し構成され、凹凸のある無水ア
ンモニア適用ナイフが使用される。

このような適用では、土壌試料採取シャンクは市販品と
して入手しうる湿気を含まないナイフから成り、こ口に
記載の好ましい態様の地面接剤シャンク１２の残りの要
素は湿気を含まないナイフの側面に取り付【ブた取りは
ずし出来る薄い板にしたものである。うねの耕作では、
化学物質の適用は鞍形の地面接剤表面を有する耕作機に
より日常的に行なわれる。好ましい態様の要素は任意の
これらの坦存器具に適当に組みこむことができる。耕作
しないａｍ！では、表面に残留する作物くずの存在で適
用し、妨害のない通路を供するために前部に草刈り刃２
８を必要とする。このタイプの１！！場に対しては、側
面で調整しうる取りつけ要素２９は、草刈り刃２８が土
壌５１を通過することにより生ずる切り口３ｏの側面に
対しシャンク１２の少なくとも１側面が確実に保持され
ることが必要である。

好ましい態様では、試料採取シャンク１２は鉄のような
多価導電材料から形成でき、溶媒により形成した浸出物
を通り、接剤土壌５１中に流れる電圧差又は電流を適用
する電極の支持体（ｌａｒｇｅｒ）として供しうる。地
面接剤土壌試料採取シャンク１２は支持部材１５に連結
し、運転中の化学物質適用車輛１（第１図）に連結する
場合、矢印１３の方向に土壌５１を通してシステム１０
を移動させるのに必要な索引力を担送する。

地面接剤土壌試料採取シャンク１２は少なくとも１側面
に、好ましくは両側面に溶媒オリフィス１４を含むこと
が好ましく、これを通して溶媒を採取する隣接土壌に飽
和させる。くさび形、半球法、円筒形などの突起を溶媒
オリフィス１４の直前で、試料採取シャンク１２の前面
に形成し、これらの突起２０は土壌が溶媒オリフィス１
４を閉塞するのを防止し、矢印１３の方向に試料採取シ
ャンクが移動するとき土壌に飽和した通ｌ！５０を創る
ために作用する。溶媒５２は目標に対し選択し、土壌抽
出により分析する種および電圧適用又は電流流入を限定
する。窒素肥料を適用する場合、土壌硝Ｉｌ塩レベルは
好ましくは目標とした化学成分であり、その結果溶媒は
硝酸塩が高水溶性であるので水性でよい。通常大部分の
使用溶媒は特定化学物質の分析および／又は操作に有用
な特に選択した添加剤を有する水溶液である。さらに硝
酸塩分析に対し、溶媒は水のみに限定されない。

例えば溶媒の凍結点を時下させることができるＣａＣｌ
２のような添加剤を含むこともできる。

このような添加剤は、試料採取シャンク１２を経済上お
よび無水アンモニア肥料の使用に対し熱的に連結し、又
はアプリケータシャンク４０と組み合せる場合必要であ
り、これは化学物質引き渡しオリフィス４２を通して土
壌５１に引きＩＩ″Ｉｊ楊合アプ場合−タシャンク４０
の温度を低下させる。

好ましい態様では、非汚染水槽に集めた自然降雨は適当
な水性基剤である。これらの水は通常的５．５のｐＨを
有し、浸出物に集められた水素イオンに対し適当にＩｌ
ｌ［ｌする。溶媒は溶蝋釘藏容器１６から供給し、これ
は溶媒と非反応性の任意の適当な物質を包含できる。溶
媒供給容器１６は導管１８を経て圧カボンブ１７と連絡
する。ポンプ１７の下流では、溶媒は加圧下にマニホー
ルド１９を通って、好ましくは急速応答電磁バルブ又は
蝶型絞りバルブである流れＩＩ！バルブ２３の入口に流
れる。

調整要素３１からの電気信号に応答して、トラクター速
度で土壌の飽和に対する溶媒所望番はバルブ２３を通し
て放出され、マニホールド２４、次に固定オリフィス２
５に供給され、そこから導管２６により取り付【ブだ導
管２１を経て地面接剤土壌試料採取シャンク１２に連結
し、そこから試料採取シャンクの両面上の溶媒オリフィ
ス１４に連結する。望ましい溶媒放出堡は硝酸塩分析の
場合、シャンク１２が１３の方向に１３Ｋｐｈで移動す
る場合、各溶媒オリフィス１４に対し約３０〆／分であ
る。この１は検出される化学成分が溶液になることを確
保するために適当である。すなわち、過剰の溶媒を使用
すべきである。このような過剰は、！！場車輌速度が変
化する時でさえ、土壌５１へのＴｉ電流流入対し飽和通
路５ｏは常に導電性であり、適用電圧差又は電流は土壌
５１から当該土壌化学物質を確実に回収する。

当該化学種に対し不活性であることが要求されない多価
電極２２は、シャンクのものと異なる金属材料から成る
ことが好ましく、溶媒オリフィス１４と水平に整列し、
溶媒オリフィス１４から後方に間隔をおいて導電表面を
有する。固定的であるが、取りはずしできるように試料
採取シトンク１２に芸者できるが、それにも拘らず多価
金属電極２２はそこから電気的に絶縁され、導管保護配
Ｉ！５４を経て調整要素３１に連結する。多価材料電極
２２は試料採取シャンク１２が矢印１３の方向に進行す
るように溶媒オリフィス１４の後方に位置し、溶媒オリ
フィス１４により促進された浸出液を含有する土壌スラ
リーは採取シャンク１２の側面と緊密接触し、作用は上
記テーパーのついた断面および調整しうる取り付各プ要
素２９により増強され、スラリーは最終的に飽和通路５
０に沿って多価電極２２に到達する。電１２７に連結し
た調整要素３１から得た電圧又は電流レベルは、好まし
くは銅を含む材料の多価電極２２およびシャンク１２の
ボディである多価ｒＡＶａ極を通して印加される。シャ
ンク１２のボディは配線５５により電源２７０反対の極
性基準に連結する。多価電極２２はシャンク１２のボデ
ィに対し正に保持された電極間に、好ましくは約１．４
〜１．８ボルト電位差の範囲内の固定適用電圧で、電流
は硝酸塩浸出液スラリーを通して、スラリーが画電極と
常に接触している土壌中に伝導する。電圧ポテンシャル
は所望種以外の化学種からの電流寄与を除外するために
選択できる。試料採取シャンク１２および取り付けた絶
縁電極２２は、支持部材１５が土壌化学物質検出器およ
び！Ｍ業用化学物質引ぎ渡しシステム１０を土壌５１を
通して引っばる時、土壌および土壌スラリー浸出液によ
りたえず減耗を生ずる。

ここに開示の検出システムは現実的実用世界では２つの
重要な利点を有する：非常に速く、実質的に即座に作用
する、および器具が軽済的である。

このシステムは抽出し、溶解した電解質−そのうちの１
つは硝ｌ！塩のような分析すべき目標物質である−に基
づく土壌の抵抗率と浸出スラリー抵抗率を組み合せた抵
抗率を測定するためにきわめて短時間に（代表的には１
秒の数千分の１より少ない）電流による試料採取要素を
供する。土壌および浸出液を合せた抵抗率の大きさは、
適用電圧差および電流試料採取方性によりの測定する場
合、本発明では作物生育サイクルの有効な時期に採取し
た試料土壌中の硝酸塩濃度の正確な相対的尺度を形成す
る。７６ｍ５＋の深さで操作した電極２２を有するシャ
ンク１２および好ましい態様の幾何学では、指示抵抗率
は１００ρｐｉの平均土壌硝酸塩濃度で１６０オーム−
瓦である。

上記システムおよび本発明でこれを使用する方法はすべ
ての意味で新規であると考えられる。浸出液中に生じう
る付加的負荷電イオン種の効果は、好ましい多価電極材
料の選択、すなわち正極性電極に対し銅のような異なる
多価物質を含有づる化合物又は合金およびこの最初の技
術の負電極に対し鋼鉄の主要成分である鉄により改良さ
れる。さらに、この電極２２の規格は目檻硝１ｍに対し
高度の特異性を有し、これは尉下に記載の別の要素によ
りさらに増強できる。

当業者は通例の実鋏方法で無活性流体中でこれらの開−
な電極を使用して抵抗率を反復測定することは通例不可
能であることを直ちに認められるであろう。このような
効果は主として電極汚染の結果であり、未チエツクの場
合、実際に正確な浸出液の抵抗率測定を妨害する。本発
明はシャンクが土壌を通して移動する時、土壌は電気化
学反応生成物をたえずこすり取るように上記オリフィス
１４および電極２２の幾何学配列のプばらしい手段によ
りこの困麹を排除する。こうしてスラリー抵抗率は予言
しうるように非常に近い時間ではＯとして測定される。

これはこの電流がスラリーを通して流れ始める時として
炭室できる。

電極２２で、銅を含有する材料のような選択した多価材
料は稀硝ＷＩＩ（硝酸塩溶液）と反応して主生成物とし
て酸化物を得る。電極２２と飽和通路５０に含まれる浸
出物間の界面で起こるセル反応は次方程式に示す： ３Ｃｕ＋８ＨＮＯ３−−−→ ３Ｃｕ　（ＮＯ３）２＋２ＮＯ（Ｇ）＋４）（２０方程
式の右辺に示′ｒｊすべでの反応生成物は浸出物と電極
の界面から運転および減耗により一掃され、次の測定を
妨害しない。電極２２は銅又は銅の合金から構成される
ことは必要ではない。他の多くの材料が可能であること
は当業者には認められるであろう。

形成電極２２の抵抗率は上記の固定された１、４〜１．
８ボルト範囲と異るポテンシャルを適用することにより
さらに増強できる。土壌抵抗率と組み合せてこの装置を
使用して硝ｌ！ｉ！２塩秤に対し選択性および感度の双
方を供することは有利である。

第３図を引用すると、所望の識別効果は第２図の飽和通
路５０と接触して移動する電極に適用される電圧差の範
囲に対する２つの異る抵抗率応答により説明される。曲
線５６は一連の固定電圧差で硝Ｉ！塩を含む土壌の抵抗
率５８を説明する。硝酸塩の場合、適用電圧が１．４〜
１．８ボルト差範囲５９内のある値に固定して保持され
る場合、指示抵抗率はより低い曲線を描く。しかし、曲
線５７により示すように、電圧範囲５９は１．３〜１．
５ボルト範囲で急激かつ交互に湾曲する場合、電極への
硝酸塩の拡散時間が限定される。見掛は抵抗率５８は電
圧差の変化に応答して上昇する。

これは予期された電気化学セル応答として当業者には認
められるであろう。電極材料の選択、好ましくは電極２
２に対し銅を含む合金はこの差を増進する。特に、銅電
極は鉄多価電極と比較して指示差を二倍にすることがで
きる。当業者は小ＡＣ成分と組み合せたＤＣ電圧の偏り
、好ましい態様において電極２２の大きさおよび移動速
度を調整するために、代表的には４０００Ｈｚはこの技
術に対し適当な選択である。

この技術は硝ｍ塩以外の過剰の水溶性物質種が存在する
ある土壌タイプに遭遇づる場合にも有用である。これら
の条件下で、スラリーの抵抗率は溶媒として自然降雨の
みを使用する場合、硝酸塩の他に１種以上の種により劇
的に影響を受ける。

可溶性リン酸ｊ！Ｉ！ｉ溶液のような電解質を溶媒に添
加することにより、曲線５６と同様の異る基線抵抗率応
答（添加可溶性リン酸塩により支配される）が存在し、
上記可変性電圧技術により硝Ｉ塩寄与の抵抗率を測定で
きる。

第２図に戻って、試料採取シャンク１２に一般に似た形
態を有するアプリケータシャンク４０はほとんど同じ深
さに、それとＩ！−線に試料採取シャンクの後の土壌を
切り進むように支持部材１５に取り付ける。アプリケー
タシャンク４０の土壌侵入端は肥料又は他の化学添加剤
を土壌中に通すオリフィス４２である。肥料又は他の化
学添加剤は室４４に貯蔵され、そこからの流れは流れ調
整バルブ４６により調整される。

調整バルブ４６、好ましくは急速作用タイプの電磁バル
ブは、検出および調整要素３１からの調整された出力信
号に応答して急速開閉できる。検出および調整要素３１
は最初に土壌中の目標化学勧賞の相対的量および通例の
速度検出要素５３、好ましくは非−接触検出器により農
場車輌の真の地上速度を決定し、次に所望レベルに到達
させるために適用すべき化学添加剤量を決定覆る。検出
およびａｌｌ！要素３１は化学物質適用Ｉ！！バルブ４
６に信号を送り、無水アンモニアの場合室４４からＥカ
により、又は大部分の農業用化学物質の場合導管４７と
４９間に設置した付加的ポンプ要素により導管４２を通
して適当部の肥料又は他の添加剤を土壌５１中に分配す
る。

ＨＷの使用中作用は次の通りである。支持部月１５は索
引車輛、代表的には農場トラクターの後部に連結され、
地面接剤土壌試料採取シャンク１２およびアプリケータ
シャンク４０の双方はこれらが同じ深さ、好ましくは０
〜１２インチまで土壌に侵入するように低くくする。ト
ラクターが矢印１３の方向に移動するとき、部材１５は
前方に進み、取り付けたシャンク１２および４０は進行
して土壌を薄く切る。試料採取シャンク１２のテーパー
を付番プた又はくさび形により試料採取シャンクが通過
する時シャンクと密接な接触を保持する飽和通路５０を
形成する。突起２０は溶ｌ［５２を土壌５１に適用する
とき、溶媒オリフィス１４を閉塞する土壌の接触を防止
する。通過土壌は溶媒オリフィス１４から出る溶ｌｌＲ
５２により飽和され、それによって上記説明した伝１！
Ｉｔ飽和スラリー通路５０を創る。試料採取シャンク１
２の前進によりシャンク１２の鉄ボディと緊密に接触す
る伝導性スラリーのブリューム（ｐｌｕｇ＋ｅ　）を引
き戻し、最終的にはシャンク１２（鉄電極）と正電位ｔ
ｔｉ４Ｉ２２間の絶縁ギャップを連絡させる。スラリー
および土壌自体の組み合ゼの抵Ｆｉ率に比例した電流は
こうして電極間に流れ、上記説明のように電位差又は電
流をこれらに印加した。検出およびａＳ要素３１は浸出
液スラリーおよび土壌を通過する電流を測定し、その中
の硝酸塩濃度を分析するために本例で使用した抵抗率の
尺度をそこから誘導する。検出および調整要素３１は即
座に必要な信号を発して調整バルブ４６を作動させ、こ
うしてアプリケータシャンク４０のオリノイズが一瞬前
に土壌を試膿した地点に隣接して通過するとき、適当量
の肥料又は他の化学物質をオリフィス４２を通して分配
する。

好ましい態様では、土壌化学物質の検出および肥料又は
他の添加剤の相当する適用はトラクターが畑地を移動す
るときたえず続行し、こうして実際時間内で局地的土壌
化学試験および濃業用化学物質適用に対し新規システム
を供する。実際に、本発明のシステム１０は一層通例的
方法により有効的コストで供しうるより何倍も高密度の
試料採取／Ｊ−カーを供する。事実、本出願の提出前実
施可能なように土壌化学検出器およびＩＩ業用化学物質
引き渡しシステム１０は、３つの要素１２を使用して、
各試料分析場所で直接続合した肥料および添加剤適用の
可能性について３０００までの化学成分分析／ニーカー
を供しうる。

調整要素３１の機能を一履一般的に記載した第４図を引
用すると、調整！！素３１は２つのタイプの入力を憾え
ていることがわかる。好ましくは、複数の検出器からの
土壌化学物質検出データを含む急速に変化する畑地操作
の直接検出データおよび１個の一般に非接触検出器から
の真の地上速度データを電子的に測定する。ゆっくり変
化し又は面積感受性の操作パラメータ６２は好ましくは
操作者が直接鍵を入れることにより、又はディジタル略
号データ又は外部源からの直接アナログ電圧のような電
子伝達により調整要素３１に供される。

ｌ！整要素３１はそのロジック調整ユニット６３でこれ
らのデータのすべての起源を解釈し、複数の化学物質引
き渡しバルブに伝達し６５、試料採取およびアプリケー
タシャンクの通路に沿って行なわれた個々の土壌化学物
質検出測定値を統合した一連の化学物質引き渡し信号６
４を創出する。

実験により検出および調整要素の最初の要求はトラクタ
ーの地上速度の喚動に応答することであることがわかっ
た。各化学物質アプリケータシャンクへの！業用化学物
質の流れは直接トラクターの地上速度に比例すべぎであ
る。

完全な器具アセンブリからの最大化学物質流速は次の方
程式により決定される： Ｑ　　　＝Ｒ’Ｄ”Ｓ 最＾　　最高 式中、Ｑ最高は最大化学物質流速に等しく、Ｄは隣接す
る化学物質引き渡しシャンク門の帳の距離に等しく、Ｓ
は真の地上速度に等しい。

窒素を施肥する場合、入力セットした点パラメータ６２
は所望の土壌硝酸塩レベルおよび最高適用割合を含み、
システム１０は操作中土地の硝酸塩を測定する。所望の
土壌硝酸塩レベルおよび最高適用割合の双方に対する耕
種学的実際の変数は農場−面にわたる定数であることは
予期されない。例えば特別の作物の作付は時期、土壌の
タイプ又は保水能、又は畑地な生育したバイブリド種に
より変動できる。これらのパラメータは区域毎の農場！
ｉ産の指標であり、局部的土壌化学物質の状態押広く変
動しない。従って、これらの入力セットした諸点は定数
として又は畑地の小区域に対し定義した生産指標間の変
数として手引的に示すことができる。

所望の最高レベルから１ｉＩ４１！塩測定レベルを比較
し、控除することにより、検出および調整装ｒｋ３１は
窒素肥料の添加が必要であるかどうかを決定し、既に存
在する硝酸塩耐にｌＪ［］連して添加する。

土壌化学物質データの解釈範囲およびそこから誘導され
る利益を制限する口とは決して望ましくないので、この
解釈は利益を最高にするのにもっとも適した形態をとる
ことができる。例えば古敷的指数収優曲線は土壌化学物
質レベルに応答した理論的収穫１の１形態に過ぎない。

二次およびプラトーモデルは利益分析に対しても適する
。場所による栄養素の変動性に応答した交互の機能関係
は地下水汚染および１ネルギ一浪費を最少にし、又は畑
地の収穫ｉｔ元および作物品質を最高にするような最終
使用目的に合わせる解釈Ｍ準を供するために使用できる
。

好ましい態様では、局部的肥料適用υ］合（又は局部以
下の）は対照のセット点（Ｎ０３）から局部的土壌硝酸
塩測定値（Ｎｏ３−）を最初に控除することによりセッ
トする。推奨する適用割合（［零Ｊの土壌層１１虐寄与
又は最高に次ぐ寄与に対し）はこの差対対照のセット点
の比により調整する。数学形では、方程式は： ［（ＮＯ３）ゎ７８点−（ＮＯ３）局所］’ＲＲ高Ｒ局
所− （ＮＯ３）や７８点 である。

１５０プツシエル／ニーカーの最終収穫組を１するとう
もろこしの場合、１５０ボンド／ニーカーの最高窒素肥
料適用および１２０ｐｐ−の最高土壌硝酸塩レベルは代
表的操作パラメータであることがわかった。

アプリケータシャンクにより適用される化学物質の実際
の流速は上記方程式により修正される。

すなわち Ｑ＝Ｒ局所市＊Ｓ 式中、Ｑは局所化学物質流速に等しく、Ｄは隣接シャン
ク間の横の距離に等しく、Ｓは真の地上速度に等しい。

化学物質が調整バルブを出る時間と土壌に到達する時間
の間の遅延は正確な適用に対し第一に考慮すべき事柄で
ある。再度第２図を引用すると、調整バルブ４６とオリ
フィス４２間の導管の長さはできるだけ短かく保つこと
が好ましい。ｖｊ間の遅延はバルブ４６からシャンク４
０のオリフィス４２に移動する化学物質の所要部間から
生ずる。

土壌中の測定硝酸塩レベルが高い場合、所要流速は低く
、化学物質適用の遅延は硝１１ルベルが低い場合の土壌
条件に対し増加する。約３０．５ｃｍ、６．３ｍ管の導
管４５に対し最少の長さの選択により、ｊｌ高の化学物
質の引き渡しは土壌が土壌化学物質レベルのもつとも不
戻している地点で行なわれ、従って最大の収量増加レベ
ルの利益および適用正確性に寄与することが保記される
。

操作では、通例の耕種学的実際により土壌化学物質の検
出器の読みを解釈する時間を平均化し、平均時間の流動
条件を形成することが有利であることがわかった。この
部位特異性の少ない平均化でさえ、１０〜２０秒より短
時間では地上の速度変化に応答しない長い活性化時間の
遅延を経験する既知システムよりすぐれている。

平行的読みは化学物質の流動要件の計算に対し使用する
土壌層１ｉ！を同じ地点で時間内に測定する方法として
も平均化できる。この方法は面積に対し真に代表的試料
を供し、土壌層に対し通例的に誘導された土壌化学物質
評価値と比較するために１用である。

再痩第２図を引用すると、実際に好ましいｌ！様では予
期された硝１１ｉ塩の相関より１０〜３０％低い抵抗率
を有する平均化された抵抗率信号を発することがわかっ
た。この効果は飽和の場合金スラリー抵抗率に対する土
壌粒子抵抗率の小さな寄与に基づく。

この小誤差を排除する検量線の作成はいくつかの方法で
達成できる。その１つはバルブ２３の溶媒流動能力を利
用することである。Ｍ場車輪が移動する間、溶媒の流れ
は１秒の何分の１のｍ停汁する。形成した抵抗率の測定
値はその場所の土壌粒子からの寄与である。土壌と接触
する非スラリーにより得た抵抗率の逆数からスラリーに
より得た抵抗率の逆数を同時に控除することにより誤差
の補正ができる。別法では、溶媒の流れは中断されず、
甲に急速に検知器の通路からはずれ、再び戻る。

実際に、好ましい態様では記載した検１ｐｓｉｉ＋作成
特徴を使用せずに有利に行なえることがわかった。

土壌硝酸塩レベルと指示抵抗率間に相関のあることがわ
かった。直接的耕地の検φ線作成よりむしろ補正は満足
できる実際溶液であることがわがった。

別法では、同じ士１１粒子の誤差に対する検ｔ＋線の作
成は、畑地の部分を通してシステムを操作し、調整要素
３１上で指定［栄養素の表示を認めることにより行なう
ことができる。観察された平均的読みは土壌化学物質検
出器および正確な化学物質適用システムを操作した畑地
の同じ部分から得た土壌試料の急速野外比色試験と比較
できる。

この方法では、約４８１９ａｍ直径の土壌６部を３０．
５ｃＩＩの深さまで採取し、ゴム製バケツ中で３．７９
１の蒸留水と完全に混合し、形成スラリーを濾過し、抽
出液はＥＨ５ＣｉｅｎＣｅ、　ｃｈｅｒｒｙＨｉｌｌ、
　ＮＪから入手しうる最少の３つのＥＨＱｕａｎｔ（商
標）Ｎｏ、１００２０−１硝ｍ塩試賑小片を使用して試
験することが好ましい。これは次にＨｅｄｉｓｔｒｏｎ
　Ｌｔｄ、、　Ｈｏｒｓｈａｉ、　Ｗｅｓｔ　５ｕｓｓ
ｅｘ、英国から入手しうるＮ１ｔｒａｃｈｅｃｋ　（商
品名）比色小片読み取り器で読む。調整要素３１上の表
示からの生成した指定硝ｌ塩の読みは３つ以上の試験小
片の平均化した結果と一致して計測できる。

任意のこれら又は他の検ζ線作成技術を使用することに
より、平均化した抵抗率信号の上記小誤差は極端な小誤
差まで減少できる。すなわち、肥料又は他の農業用化学
物質はきわめて正確に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の土壌成分検出器および化学物質通用シ
ステムの好ましい態様を示す。 第２図は検出および適用システムの機＃図を示す。 第３図は硝酸塩を含む土壌の電気化学的抵抗率および本
発明方法による抵抗率の増進を丞す。 第４図は検出器およびシステムの出力および入力を示す
。 第５図は土壌試料採取シャンク１２の拡大図である。こ
れはスケール板７７．７８．７９が溶接され、中空キャ
ビティ８ｏを形成する。導管２６は１４より出る溶媒の
このキャビティにつく。電極２２は固りが絶縁状態で示
されており、導管保護配線５４ＱＵＡづる配線５４に接
続している。第５図にまた第２図に示しうる突起２ｏを
示す。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）土壌に浸入させる浸入要素（１２）、浸出液を形
   成するために浸入要素に隣接する土壌部分に溶媒を供す
   る浸入要素（１２）と連結する要素（１４、１６〜１９
   、２３〜２６）、および浸出液を通して電圧差を適用す
   る要素（２２、２７、３１）、それによりシステムはそ
   の化学成分に比例した浸出液の電気化学成分の量を測定
   するために使用できることを特徴とする、少なくとも１
   種の土壌化学成分を検出するシステム。
2. （２）電圧を適用する要素は多価電極（２２）を含む、
   請求項４記載のシステム。
3. （３）複数の多価電極を供し、土壌浸入要素（１２）の
   およその深さに支持する、請求項１又は２記載のシステ
   ム。
4. （４）浸入要素（１２）はシャンクである、請求項１か
   ら３のいずれか１項に記載のシステム。
5. （５）シャンクは少なくとも一部多価材料から形成する
   、請求項４記載のシステム。
6. （６）シャンクは三日月形である、請求項４又は５記載
   のシステム。
7. （７）溶媒を供給する要素およびシャンクは土壌と開口
   部に連結する溶媒供給部（１６）間に流体を伝達するた
   めにその一側面に少なくとも１つの開口部（１４）を有
   するシャンク（１２）を含む、請求項４から６のいずれ
   か１項に記載のシステム。
8. （８）遮蔽要素（２０）は土壌による開口部の閉塞を防
   止するために開口部（１４）に隣接して供する、請求項
   ７記載のシステム。
9. （９）浸入要素および多価電極は主として異る多価導電
   材料から形成する、請求項２から８のいずれか１項に記
   載のシステム。
10. （１０）シャンク要素はその前進方向と非−平行配列で
    多価電極をその上に支持する、請求項２から９のいずれ
    か１項に記載のシステム。
11. （１１）試料上を移動しながらそれぞれの試料土壌に浸
    入することにより測定した土壌成分に比例した１組のパ
    ラメータのそれぞれの値を測定し、そこに溶媒を適用し
    、そこを通して電圧差を適用する要素、 これらのそれぞれの値の第１表示値を測定する要素、 第１表示値と第２表示値を比較する要素、および 第１試料に添加すべき補正化学物質量を測定する場合、
    第２表示値に対し補正するために第１表示値の測定値を
    検量する要素をさらに含む、請求項１記載のシステム。
12. （１２）第２表示値を表わす入力情報に相当する信号を
    受ける要素をさらに含む、請求項１１記載のシステム。
13. （１３）検出する土壌の畑地を移動しながら、少なくと
    も１種の土壌化学成分を実質的即座に検出し、土壌に添
    加すべき化学物質の補正量を実質的に同時に測定する方
    法において、次の工程： 試料上を移動しながら最初の土壌試料の土壌に浸入し、 試料上を移動しながら溶媒を最初の土壌試料に適用して
    浸出液を創り、 試料上を移動しながら浸出液を通して電圧差を適用し、
    土壌成分に比例したパラメータを測定し、および 試料上を移動しながら試料に添加すべき化学物質補正量
    を測定するを特徴とする、上記測定方法。
14. （１４）さらに次の工程： 浸出液の不存在下にパラメータを測定し、 浸出液の不存在下に測定したパラメータと浸出液の存在
    下に測定したパラメータを比較し、浸出液の不存在下に
    パラメータを補正するために浸出液の不存在下に測定し
    たパラメータの測定値の検量線を作成する、を含む請求
    項１３記載の方法。
15. （１５）土壌試料上を移動しながら土壌試料に化学物質
    補正量を添加する工程を含む、請求項１３又は１４記載
    の方法。
16. （１６）さらに次の工程： 当該土壌成分の近似相対濃度にパラメータを相関させる
    ために浸出液の存在で測定したパラメータに相関係数を
    適用するを含む、請求項１４又は１５記載の方法。
17. （１７）さらに次の工程： 相関係数に相当する信号を外部源から受け、および 相関係数として適用するに適する形に信号プロセスする
    を含む、請求項１６記載の方法。
18. （１８）さらに次の工程： 相関係数に相当する操作者の入力情報から発する信号を
    受け、および 相関係数として適用するに適する形に信号をプロセスす
    るを含む、請求項１６記載の方法。
19. （１９）さらに次の工程： 試料上を移動しながらこれらの組のそれぞれの試料土壌
    に浸入することにより土壌成分に比例したパラメータの
    １組のそれぞれの値を測定し、溶媒をそこに適用し、そ
    れを通して電圧差を適用し、これらのそれぞれの値の第
    １表示値を測定し、第１表示値を第２表示値を比較し、
    および 第１の試料に添加すべき化学物質補正量を測定する場合
    、第２表示値に対し補正するために第１表示値の測定値
    の検量線を作成するを含む、請求項１６記載の方法。
20. （２０）第２表示値はこれらの畑地の移動部分から得、
    他の方法により分析した複数の土壌試料から測定する、
    請求項１９記載の方法。