スマート土壌水分センサー:農場の効率と作物の収量を向上

植物は水とほとんどの栄養素を土壌から集めます。これらの土壌栄養素は植物の根から吸収され、「木部」と呼ばれる維管束組織を通って葉に運ばれ、そこで光合成が行われます。このように土壌は、植物だけでなく他の生き物にとっても食料生成の最初のプラットフォームとして機能することで、食料サイクル全体を支えています。

農業従事者や農家は、作物の成長を促進するために土壌の最適な栄養と水分レベルを維持することの重要性を知っています。肥料と肥料を使用すると土壌の品質が向上し、強力な灌漑システムにより土壌の水分含有量の制御が容易になります。

モノのインターネットとセンサー技術の進歩により、さまざまな土壌水分検出システムが誕生しました。これらの装置を使用することで、農家は土壌の品質を監視および管理し、畑での栽培に適した作物を選択できます。これらのセンサーが土壌水分含有量を決定するために使用するさまざまなメカニズムがあります。したがって、土壌水分に関連するさまざまな用語を理解しておくことが重要です。

土壌水分に関連するいくつかのキーワード:

以下に、土壌水分の測定に関連するいくつかの用語を示します。

• 土壌水分含有量:土壌水分レベルとも呼ばれ、特定の時点で既知の量の土壌に存在する水の量です。一般に、土壌 1 フィートあたりの水のインチ、または土壌の重量または体積に基づく水の % として表されます。
• 飽和度:飽和度は、土壌のすべての細孔が水で満たされたときの土壌の水分含有量を指します。これは、重力の影響で過剰な水分が土壌から排出されるための一時的な状態です。
• 圃場容量:重力によって細孔から過剰な量の水分が除去された後の土壌水分含有量を指します。言い換えれば、土壌が保持できる水の量です。
• 土壌水分張力:土壌マトリックスポテンシャルとも呼ばれ、水が土壌にくっつく力です。通常、バーで表されます。
• 永久萎凋点 (PWP):PWP とは、植物が萎凋しないために必要な土壌中の水分の最小量を指します。土壌水分含有量が PWP よりも少ない場合、植物はその膨潤度を取り戻すことができません。
• 利用可能な水の容量:PWP と土壌の畑の容量の間に植物の成長のために存在する水の量です。これは植物利用可能水（PAW）とも呼ばれ、土壌 1 フィートあたりの利用可能な水のインチとして測定されます。

これらの用語は通常、土壌の水分含有量を測定する際に使用されます。さまざまな土壌水分検出器は、土壌中に存在する水分の量を示すためにこれらの用語を使用します。土壌水分センサーの動作は、通常、センサーで使用されるメカニズムによって異なります。

さまざまな種類の土壌水分センサー:

1) 反射率計:

反射率測定を使用した土壌水分センサーは、土壌から反射された特定のパラメータの変化を測定することによって水分含有量を決定します。反射率計には、通常 2 本または 3 本の金属ロッドが土壌に深く挿入されています。既知のパラメータの波がこれらのロッドを通過します。センサーは反射波を捕捉し、パラメーターの変化に基づいて土壌に存在する水分量を測定します。

反射率計で使用されるパラメータに基づいて、パラメータは 3 つの異なるタイプに分類されます。

• タイムドメイン反射率計 (TDR):パラメータは電磁波の速度と強度です
• 周波数領域反射計 (FDR):パラメータは波の周波数です
• 振幅領域反射率計（ADR）:パラメーターは、インピーダンス信号の誘電率と土壌電気伝導率です。

2) タイムドメイン送信 (TDT):

タイムドメイン透過計は TDR に似ていますが、両端が電源に接続された完全なループで構成されています。 TDT は、パルスが土壌に深く埋められてからループ全体を伝播するのにかかる時間を測定します。パルスが伝播するのにかかる時間は、乾燥した土壌よりも湿った土壌の方が長くなります。パルスにかかる時間を考慮することにより、土壌中に存在する水分の量が推定されます。

3) 張力計:

張力計は土壌の水分張力を利用して土壌の水分含量を測定します。それは水で満たされたガラス管で構成されています。チューブの端には多孔質の先端が取り付けられており、土壌の奥深くに挿入されます。土壌の水分が減少するとすぐに、土壌の水分張力により土壌はチューブから水を抽出します。これにより、チューブ内に真空が発生し、土壌水分含有量の変化が反映されます。

4) グラニュラーマトリックスセンサー:

このセンサーは電気抵抗を測定して土壌の水分レベルを測定します。これは、石英からなる粒状マトリックスに封入された電極で構成されています。この装置は金属ケースに満たされた石膏溶液の中に閉じ込められています。微量の電荷が電極を通過し、電極の電気抵抗が測定されます。土壌中の水分が減少すると、センサーからの水分が土壌に抽出され、抵抗が増加します。この抵抗レベルの変化は、土壌水分含有量の推定に使用されます。

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IoT を活用した土壌水分管理システム:

土壌水分は植物の成長を促進する重要な特性です。それは土壌中に存在するさまざまな栄養素の溶媒として機能し、それ自体が光合成の主成分として機能します。土壌温度を調節して、新しい植物の開花をさらに確実にします。

したがって、土壌水分含有量を測定することは、作物の収量を最大化し、その品質を確保するために重要です。さまざまなメカニズムで動作する土壌水分センサーが登場し、農家が農場の土壌の品質について常に最新の情報を把握できるようにしています。

IoT を利用した土壌水分検出システムは、農業 IoT の数多くのアプリケーションの 1 つです。水分センサーを通じて収集されたデータは、ゲートウェイを介して、農家の指令センターとして機能する集中プラットフォームに送信されます。このプラットフォーム上のデータを使用することで、さまざまな農業作業をリモートで監視および管理でき、作物の品質と健全性を確保できます。