スマート土壌水分センサー：農場効率と作物収量を向上

植物は土壌から水と大部分の栄養を集めます。これらの土壌栄養素は植物の根に吸収され、「キシレム」と呼ばれる維管束組織を通じて葉へ運ばれ、そこで光合成が起こります。土壌は、植物だけでなく他の生物にとっても食物生成の初期プラットフォームとして機能することで、食物連鎖全体を支えています。

農学者と農家は、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。肥料と堆肥の使用は土壌の質を改善し、堅牢な灌漑システムが水分含量の制御を容易にします。

Internet of Thingsとセンサーテクノロジーの進歩により、さまざまな土壌水分検出システムが登場しました。これらのデバイスを使用することで、農家は自分の畑の土壌品質を監視・管理し、自分の畑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量を決定するために使用するメカニズムは異なります。したがって、土壌水分に関連するさまざまな用語を理解することが重要です。

土壌水分に関連する主要キーワード：

以下は、土壌水分測定に関連する用語です：

• • 土壌水分含量：土壌水分レベルとも呼ばれ、特定の時点で既知量の土壌に存在する水の量。一般的に、インチ/フィート（土壌深さあたりの水インチ数）または重量/体積ベースの%水分で表現されます。
• • 飽和：土壌のすべての孔隙が水で満たされている状態の土壌水分含量。重力の影響で余分な水が土壌から排出されるため一時的な状態です。
• • 保水限界（フィールドキャパシティ）：重力が孔隙から余分な水を取り除いた後の土壌水分含量。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、水が土壌にしがみつく力。一般的にバー（bar）で表現されます。
• • 永久萎凋点（PWP）：植物が萎えないために土壌に必要な最小水分量。土壌水分含量がPWPより低い場合、植物は膨圧を回復できません。
• • 有効水分容量：PWPと土壌の保水限界の間で植物成長に利用可能な水分量。Plant Available Water（PAW）とも呼ばれ、フィートあたりの利用可能水インチ数で測定されます。

これらの用語は一般的に土壌水分含量の決定時に使用されます。異なる土壌水分検出器はこれらの用語を用いて土壌中の水分量を示します。土壌水分センサーの動作は、一般的にセンサーが使用するメカニズムに依存します。

土壌水分センサーの種類：

1) リフレクトメーター（反射計）：

リフレクトメトリを使用する土壌水分センサーは、土壌によって反射された際の特定パラメータの変化を測定することで水分含量を決定します。リフレクトメーターには一般的に2本または3本の金属ロッドが深く土壌に挿入されます。既知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捉え、パラメータの変化に基づいて土壌中の水分量を決定します。

リフレクトメーターが使用するパラメータに基づき、これらは3タイプに分類されます：

• • Time Domain Reflectometer（TDR、時間領域反射計）：パラメータは電磁波の速度と強度
• • Frequency Domain Reflectometer（FDR、周波数領域反射計）：パラメータは波の周波数
• • Amplitude Domain Reflectometer（ADR、振幅領域反射計）：パラメータはインピーダンス信号の誘電定数と土壌電気伝導度

2) Time Domain Transmission（TDT、時間領域透過法）：

時間領域透過計は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ます。TDTは、土壌深く埋設された完全なループをパルスが伝播するのにかかる時間を測定します。パルスの伝播時間は湿った土壌の方が乾いた土壌より長くなります。パルスの伝播時間を考慮して、土壌中の水分量を推定します。

3) テンシオメーター（土壌水分計）：

テンシオメーターは土壌水分張力を利用して土壌中の水分含量を決定します。水で満たされたガラス管で構成され、管の端は多孔質チップで覆われ、深く土壌に挿入されます。土壌水分が減少すると、土壌水分張力により土壌が管から水を抽出します。これにより管内に真空が生じ、土壌水分含量の変化を反映します。

4) 粒状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中の水分レベルを決定します。石英で構成される粒状マトリックスに封入された電極で構成されます。この装置は金属ケースに入れられた石膏溶液に密封されています。微小な電荷が電極を通過し、それらを通る電気抵抗が測定されます。土壌中の水分が減少すると、センサーから水が土壌に抽出され、抵抗が増加します。この抵抗レベルの変化が土壌水分含量の推定に使用されます。

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IoT搭載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。土壌に存在するさまざまな栄養素の溶媒として働き、光合成の主要成分でもあります。土壌温度を調節し、新しい植物の開花をさらに保証します。

土壌水分含量を測定することは、作物収量を最大化し、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、農家が自分の農場の土壌品質について常に最新情報を得られるよう支援しています。

IoT搭載土壌水分検出システムは、農業IoTの多くのアプリケーションの一つです。水分センサーを通じて収集されたデータは、ゲートウェイ経由で農家のコマンドセンターとして機能する一元化プラットフォームへ送信されます。このプラットフォームのデータを使用することで、彼はさまざまな農業作業をリモートで監視・管理し、作物の品質と健康を確保できます。

使用ハードウェア：-

価格：$70

Intellia INT G01 - 土壌水分センサー

Intellia INT G01 - 土壌水分センサー（トランスミッター）は、高精度、高感度の土壌水分測定機器です。この製品は金属製シェル、高耐圧強度、優れたシーリング性能を備え、電磁パルス原理を用いて土壌の見かけの誘電定数を測定します。

クイック仕様

Model No: INT G01
Monitoring principle: FDR
Structure: 4-pin type
Output Signal: 4-20mA
Power Supply: DC12-24V
Response time: <1s