JPS614943A - 土壌中の水分状態の簡易測定装置 - 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】 本発明は、野菜、穀物、果実、草花などの農産、園芸用
植物を栽培する畑地、温室、ビニール・ハウス、釦植え
盆栽などの土壌中の水分状態を簡便に、しかも正確に測
定する測定装置に関するものである。

より具体的には、本発明は前記の各種の農業あるいは園
芸施設において、複雑な物理的検出素子や電気回路など
に依存することなく、極めて簡単で低価格で製造するこ
とができ、特別の知識や熟練を要することなく操作可能
な土壌中の水分状態の測定装置に関するものである。

鉢植えの草花や観葉植物、盆栽などの分野ではそれぞれ
の植物の特性に応じ必要な水分を過不足なく補給するこ
とが最も重要な要件であり、俗に「水かけ３年」と言わ
れているが、これは各種の植物に適した土壌中の水分を
触感で判断し補給を適度に行なうことができるようにな
るのには少なくとも３年の経験が必要なことを物語って
いる。

このような観賞用植物の場合には水分が不足の場合より
は、水分を過剰に補給した場合に根腐れ病によって死滅
するようになるが、極端に乾燥している場合を除き水分
が適度であるか過剰であるかの判断は極めて困難であり
、多くの場合長年の経験により体得した触感などによっ
て判断するいわゆる経験に頼らざるを得ないのが実状で
ある。

しかし、経験に富んだ者が在宅して水分を管理し、補給
することが可能な限り大きな支障はないが、そのような
熟練者が止を得ぬ所要などで数日以上に亘り家を明け、
出張や旅行をする場合に、他に適任者を選定することは
極めて困難である。

また前記のような個人的趣味の範囲を脱して、草花や観
葉植物さらに野菜の栽培を事業として経営する場合にも
降雨量によって大きく影響される露地栽培に代ってビニ
ール・ハウスを利用し、水分の補給を成程度人工的に加
減する栽培法が急速に普及するようになり、その結果土
壌中の水分状態を適確に測定して植物の成長を市況に合
わせて制御する必要性が一層切実になってきた。この場
合土中の水分を正確に測定し、必要な量の水分だけを補
給することが農業経営の面からも必要になった。

本発明はこのような要請に応じて発明されたものであっ
て、高度の検出素子や電気回路を使用する必要がなく、
大規模の農園は勿論のこと、自家用の温室や室内鉢植え
などの場合でも、特に熟練者でない在宅の老人や若年者
が使用して容易に測定、利用の可能な簡便且つ安価な水
分測定器を提供することを目的とするものである。土壌
中の水分の状態を示すには従来大別して２種の基準が用
いられてきた。その１つはある単位重量の土壌中に水分
が重量で何％含有されているかを測定することである。

この方法は、土壌中に含有されている水分そのものの量
を測定する点では止しいが、このようにして測定された
含水量を農業あるいは園芸での水分管理に利用しようと
しても含水量と実際に作物が吸収する水分が直接関連せ
ず極めて不十分であって、単に水分が多いか少ないかを
知る目安になる程度に過ぎなかった。

その理由は、水分と土壌間の結合力が土壌の土質と粒度
つまり孔隙によって大きく変化する点が全く考慮に入れ
られていないからである。第２の方法はこの点を考慮に
入れた測定法である。大雨の直後の山水は土壌中の大き
な孔隙内を充すが、雨が止めば重力によって地下深部に
浸透し流亡する。−・方土壌中の成分と化合している水
即ち化合水分は極めて強く土壌成分と結合し殆ど変化し
ない。これらの中間にある結合度の水は、土壌との結合
度が適度であるため作物が毛根を通じて土壌から吸収し
利用できる水分である。

このように作物が土壌から水を吸収し利用するためには
土壌の保水力に打勝つ必要があるが、保水力は土質や土
壌の粒度に著るしく影響するので、測ろうとする土壌の
保水力の影響を考慮に入れ、その土地の含水状態におい
て土から水を奪うに必要な力、または逆にその土地がそ
の含水状態に応じて地下水を引張る力（テンション）を
測定すればその張力の値がその土地での水分状態をあら
れし、作物の生育に適不適かを判定するのに最も適当で
ある。このようにその土壌が水を引張る力を水分張力（
ｐＦ）であられし、飽水状態をｐＦ。

（ゼロ）、、ＰＦ７を絶対乾燥状態と規定すると、ｐＦ
ｌ、８前後は、畑が最大に水分を保持できる状態であり
、ｐＦ２．８〜３，０では水分の移動が不良となり、作
物の生育が悪くなるので潅水する必要があるとされてい
る。

このように土中の水分率のように実際の応用価値の乏し
い値ではなく、ｐＦ値は土壌の土質と粒度分布が加味さ
れて水の有効水分状態を示すので、合理的な尺度である
と言うことができる。

このｐＦ値の測定には通常テンションメータが用いられ
ている。テンションメータにつキ概要を述べると、第８
図のような構造になっていて、管底に素焼きのポーラス
カップ３２を収容し、上部に水を保有したｖ３４を土中
に埋めその上部は気密に保ってＵ字管３６に連結し、Ｕ
字管３Ｂの他端は水銀だめ３８内の水銀浴３８中に授潰
されている。

士が乾燥すれば水はポーラスカップを通して土中に滲透
し、その結果Ｕ字管３６内の真空度が増大して水銀柱は
と昇し、土中の水分が増加すれば逆に水がポーラスカッ
プを通してＵ字管３６内に入るので水銀柱は低下する。

そこで水銀面の高さの変動から水のヘッドｈを測定し、
このヘッドｈの対数ｌｏｇ　ｈをｐＦ値として用いるも
のである。

このようなテンションメータは、通常水銀と水を使用し
、さらにポーラスカップを収容した管体や０字　）−ｔ
ｆ＆分を真空を保ちうる気密構造とする必要があるため
構造的にも複雑であり、一般農家や園芸家には取扱いも
困難であった。

ｐＦ値を測定するために水銀を′使用せず、ｐＦ値を直
読できる改良されたテンションメータも市販されている
が、乾燥度が大きく吸引する水分量が゛大きくなると、
真空部中に空気が吸引されて置換されやすくなって精度
が低下するので５実際に精度を保証できるのはｐＦ値２
．６程度と言われている。

又水分量を目盛に指針で表示する水分計も、あるが、水
分計先端の挿入位置や挿入方法により、又土質にもより
、同一含水土壌でも極端に含水表示指針が変化するので
正確な含水量の測定が困難であった。

本発明は、先行技術のｐＦ値測足法の複雑で困難な方法
の代りに、簡便な測定方法と装置を提供することを目的
とするものである。

本発明は、多孔質せんい材料から成る海綿体を土壌中に
埋没しておくと、その土壌の水分保有力にほぼ等しい水
分を吸引あるいは放出して平衡状態に達する点に着目し
て簡単な構造で土壌中の水分率を測定する器具な提供す
るものである。

従って本発明は、単なる含水率測定法ではなく土壌が水
分を吸引しあるいは吸引される時の抵抗力つまりｐＦ値
に近似した値を測定しうる装置であると言える。

本装置の最も簡単な予備実験として、発明者は先づ適当
な開き目を有する金網を用いてその中に海綿体を入れ、
海綿体が土圧により圧縮や変形を受けないようにして土
中に埋没し、ておき、ある時間経過後掘り出して、海綿
体の重量を計ると常に土壌中の含水状態とほぼ同一であ
ることが判った。

この事実から、多孔質せんいからなる海綿体はテンショ
ンメータの素焼きのポーラスカップに代って土壌中の水
分状態を測定するために簡便で実用的な検出体であるこ
とが判った。

本発明は、上記の海綿体の毛細管現象による吸水性と保
水性に着目して成されたものであって、素焼きのポーラ
スカップの代りに発泡ポリウレタンなどの多孔質せんい
の海綿体を検出体として用い、水分を吸収したり吸収さ
れたりすることによる真空度の変化の代りに、海綿体の
重量変化によるバネの伸縮を測定するものであり、同時
に測定器としては、埋没や掘り出しが前記の実験のよう
に面倒でなく、操作し易い測定器具として開発されたも
のである。

以下添付の図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

第１図と第２図において、参照数字ｌはポリウレタンフ
ォームなどの多孔質せんいからなる海綿体、２は水分を
表示する目盛表示管で透明体などと用い目盛が刻まれて
いる。３は前記の海綿体１が含水量に応じその重量が増
加するのに伴って伸張するつるまき引張りバネで、前記
目盛表示管ｚ内に収容されその上端は前記！８］盛表示
管の上部に固定されている。４は海綿体１を内部に収容
する管体でその下部は測定時には土中に埋没される。

管体４の下端は、海綿体１が測定のため地面に掘られた
孔の底面まで降下された時に、前記海綿体ｌの底面が孔
底の地面に接触できるように通し孔となっていて、また
海綿体を支えるように、底部には、図示しないが、粗い
網目あるいは十文字の支え部を有している。第１図と第
２図に図示した糸状体６は、前記海綿体ｌとバネ３の下
端を連結するものである。測定のため海綿体ｌが管体４
内に収容され地中に埋没される時には、海綿体ｌは測定
のため土中に掘られ７た測定孔１２の孔底１８に着座し
て糸状体６がたるんだ状態になるような長さになってい
る。水分測定に際しては、この糸状体６は海綿体１を管
体４の底部から上方に引き上げる役目と共に、海綿体ｌ
に吸収されている含水量によって増加した海綿体の重量
に比例する力をバネ３の下端に作用させてバネ３を伸張
させ、その伸張の程度によって土壌中の水分状態を目盛
表示板１０に表示するための力の伝達体としての役目と
を果すものである。

５は管体４の上部を覆う蓋体っ゛まりカバーであり、こ
の蓋体５は第３図に示すように、その中央部に前記の目
盛表示管２の下部を挿入して保持するような寸法にされ
た開孔８を有し、開孔８の下部には円周方向に９０’の
角度で配置され半径方向内方に突出する４個の小さい突
起９が設けられて前記の目盛表示管２の下部の円錐台形
の外周面７との寸法関係から、目盛表示管２をこの突起
９により保持し着脱自在に支承するようになっている。

目盛表示管２が挿入された状態で蓋体との間には１１で
示′される隙間が形成される。

この隙Ｍ１１に代えて蓋体５の内周に溝を形成してもよ
い。この隙間１１あるいは溝は散水や降雨の際に水がそ
の部分を通って海綿体上にも滴下し、土壌と海綿体との
間の含水率に著るしい差異が生じないようにするための
ものである。

目盛表示管２は蓋体５に着脱可能に挿入して置き、測定
には目盛表示管２だけを引き上げてもよく、又は製作上
蓋体５と一体に付設して蓋体５と共に引き上げるように
してもよい。管体４は円筒形のものでもよいが第４図の
ように全体として四角柱形あるいは６角柱などとし、ま
た隅角部を面取りするようにしてもよい。

前記隙間１１は水分を海綿体上に滴下させるものではあ
るが、間隙１１が狭すぎると水の滴下が困難となり、ま
た広すぎるとホコリやゴミなどの異物が侵入したり水が
必要以上に滴下することになる。この問題を解決するた
め不可欠の要素ではないが蓋、体５の上部に、一実施例
として目盛表示管２の外周を覆うスポンジ環１３を設け
ることにしたう第５図はスポンジ環１３を設けた一実施
例を示すものである。第５図のように蓋体５の上面には
断面が截頭円錐形の皿状の四部１４を形成し、前記蓋体
５の上部で前記凹部１４の中心寄りには、外径が前記皿
状の凹部１４の底面１５とほぼ同−又はそれより小さい
外径で、目盛表示管２が適度のクツショゾ性を保った状
態で挿入貫通されるようにされた内径の中心孔を有する
円環状のスポンジ１３が、適当な接着剤により蓋体５に
取りつけられている。

軽嫉で毛細管作用の優れた海綿体１は、自体の亜酸の２
０倍以上の水を内部に含有する保水力があるので、この
海綿体１を糸状体６で目盛表示管２内のバネ３と連結し
て置き、測定時に目盛表示管２を引き上げると、バネ３
が海綿体１の含水重量に比例して伸縮して、バネ３の下
部先端の表示マークが含水量表示目盛の位置に停止する
ので、相対的な意味でかなり正確な土壌含水パーセント
を測定することができる。

土壌水分の測定には海綿体にある程度の水分を含浸させ
、水分を測定する植物の毛根付近まで機上して、測定孔
を明は底部の地面を平面にしてから、管体４の下部を埋
立てて固めて置くと、管体４内の海綿体１は自重で孔底
１８の下止と接触しているので、毛細管作用を有する海
綿体は土中の含水量と土質の関数としての水分状態に近
似した含水状態に成り、測定時に、目盛表示管２を測定
のため引上げると、海綿体１は糸状体６によってバネ３
に連結されているので吊り上げられ、測定孔１６の底の
土表面１８から離れ、含水状態が、テンションメータ真
空度の代りに１重量の増減に応じ、目盛表示管２の目盛
に表示されて測定される構成である。管体は通常の薄目
のビニール製管かフルミニューム管が良く、深い土壌の
水分測定には長い管体を使用し、浅い土壌には短い管体
に変更することで、深、浅いづれの測定も出来得る。特
に粘着力の強い土壌の測定に使用する場合には、管体４
の下端を第６図のように綿布２２で覆って輪ゴムで締め
土中に埋設すると、土壌の粘着力を緩和させて土壌によ
る管体の締付が弱まるので海綿体の引き＋げか極めて容
易になる。

土壌の含水孔隙は繊＃ａ質の毛管と異なり、土壌の水の
動きがわるくなる毛管連絡切断点があるため、この切断
点を境目に、直接根が張り着いている土壌と外周の土壌
間では、乾燥状態に隔差が生じて、必要である板張土壌
の含水測定が困難であった。それ故直接根が張り着いて
いる土壌の乾燥状態を、より正確に測定するには、植物
の毛根が一部露出するまで測定孔を掘り、毛根と海綿体
ｌとの間に鋸屑を埋めて、毛根に直接鋸屑の含有水分を
吸引させると、鋸屑と海綿体１も接触しているため、直
接根が張り着いている土壌の乾燥した状態即ち、ＰＦ３
以上５に相当する位の乾燥状態でもかなり精度よく測定
することができる。

本実施例ではバネ３はバネの上端を固定し下端に海綿体
ｌを連結したつるまき「引張バネ」を用いたが「圧縮ハ
ネ」として使用する構造にしてもよい。

既に述べたように、本発明の土壌中水分の測定装置は、
テンションメータのように素焼きのポーラスカップを経
由して水が土中にあるいは土中から流出入することによ
る真空度の変化から正確なｐＦ値を測定する装置ではな
いので測定結果を直接ｐＦ値として表示することは出来
ない。土壌には保水性において強弱の差があり又植物も
通水量に大きい差があるので、本測定装行を使用するに
当っては目盛の値に、こだわらずに、各々の植物の葉の
一部に水分不足を表わす萎れが感じられた時点を、その
植物の吸水能力の限度として、該当した目盛になる以前
に散水するのが適切な散水方法である。

本発明の水分測定装置はこのように構造が極めて簡単で
ある上６特別の検出素子や電気回路を使用したすせず、
安価で容易に取り扱い得て、しかも日常の使用に適して
いるので、使用する土壌や鉢内の土と植物に最も適した
含水率を知って置けば、それ以降はそのようにし定めら
れた含水率を維持するように水を補給するための指針と
して使用することができ、極めて好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の土中本分測定器の構造を説明した−・
部面面側面図である。第２図は海綿体に直接連結され海
綿体の重量変化をＵ盛表示管に表示する糸状体により海
綿体を吊り上げた状態を示す側面図、第３図は蓋体の底
面図で、第４図は別の実施例による海綿体の熱面図であ
り、第５図さらに別の実施例による蓋体と目盛表示管の
結合を示す側断面図、第６図は管体の下部を綿布で覆っ
てゴム輪で締めた状態を示す斜面図であり、第７図は乾
燥の顕著な土壌に使用する場合に鋸屑を使用した実施例
を示す側断面図で、第８図は通常使用されるテンション
メータの概略図である。 ’ｌ　、　、　、　、　、海綿体、　　　　２．、、−
、目盛表示管、３、、、、、スプリング、　　４．、、
、、、管体。 ５、、、、、蓋体、　　　　ｅ、、、、、糸状体、７、
、、、、円錐台外周面、８．、、、、開孔、９、、、、
、突起、　　　　　１０．、、、目盛部、１１、、、、
隙間、　　　　　１２．、、、測定孔、１３、、、、ス
ポンジ環、　　＋４．、、、凹部、１５、、、、凹部の
底面、　１Ｂ、、、、測定孔、１８、、、、測定孔底の
土表面、 ２２）、、、綿布、 ２４、、、、鋸屑（オガクズ）、 ３２）、、、ポーラスカップ。 ３４、、、、管、　　　　　３Ｇ、、、、Ｕ字管、３８
、、、、水銀だめ。 代理人　弁理士　　後　　藤　　武　　夫代理人　弁理
士　　藤　　　本　　　　礒第１図　　　第２図 第７図 手続補正書 昭和６０年９月１９日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）毛細管作用によって土壌中の水分量状態と均衡す
   る水分を保留する多孔性海綿体と；該海綿体を内部に収
   容し、前記海綿体の底部が土壌表面から下方に堀った測
   定孔底の土壌と接触するように底部が開口になっている
   管体と；前記海綿体に保有された水分量によって変化す
   る海綿体の重量比に応じて伸縮するバネと、前記海綿体
   の重量変化をバネに伝える糸状体と前記バネの伸縮量を
   水分状態として表示する目盛部とを有する目盛表示管と
   ；前記管体の上部に載置されて前記目盛表示管の下部を
   挿入し支承する貫通孔を有する蓋体とを有することを特
   徴とする土壌中の水分状態の簡易測定器。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の測定器において、
   前記蓋体がその上部に異物の流入を防止する多孔性円環
   を有することを特徴とする土壌中の水分状態の簡易測定
   器。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の測定
   器において、前記管体が土壌の性質ならびに栽培される
   植物の状況によって長さの異なる複数の管体の組み合わ
   せからなり、土壌の測定すべき深さに応じ任意の管体を
   選定しうるようになっていることを特徴とする土壌中水
   分状態の簡易測定器。
4. （４）特許請求の範囲第１項から第３項までのいづれか
   一つの項に記載の測定器において、前記バネが海綿体の
   重量変化に伴なう軸方向長さが変化する引張りバネであ
   る土壌中水分状態の簡易測定器。