專利名稱：營養(yǎng)液栽培裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤水分量的測(cè)定，和利用土壤水分量測(cè)定的栽培方法和栽培裝置，特別是涉及為了使土壤管理容易，可以節(jié)水，節(jié)省資源和節(jié)省勞動(dòng)力，測(cè)定土壤水分量，將土壤水分量換算成pF值決定土壤pF值的方法，和根據(jù)測(cè)定的pF值控制向土壤供給水或培養(yǎng)液的澆水控制方法及其裝置。此外，這里所謂的土壤一般是指支持植物體的根，地下莖等的地中部位的物體，也包含除了所謂的“土”以外的沙，礫，碳，浮石那樣的固形栽培土等在內(nèi)。
背景技術(shù)：
在土壤中進(jìn)行農(nóng)作物栽培時(shí)，因?yàn)橥寥篮繉?duì)農(nóng)作物成長(zhǎng)具有很大的影響，所以在含水量高的土地上要經(jīng)常排水，反之在含水量低的土地上需要澆水，另外，在季節(jié)性少雨的時(shí)期澆水量增多等，都是很費(fèi)工夫的。因此，為了使農(nóng)作物良好成長(zhǎng)，必須正確知道土壤中的含水量。
另外，當(dāng)栽培色拉菜和西紅柿等高級(jí)蔬菜時(shí)，不是在旱田等中進(jìn)行，而是需要例如在開闊地設(shè)施和屋內(nèi)設(shè)施等中精密地進(jìn)行環(huán)境管理，同時(shí)如同工廠生產(chǎn)般地進(jìn)行栽培。我們將這樣的栽培方法稱為設(shè)施栽培法。在旱田等中的栽培中，使用一方面用肥料等對(duì)土壤施加營養(yǎng)，另一方面對(duì)作物灑水那樣的栽培方法，但是在設(shè)施栽培法中，最好使用鋪滿沙，礫，碳等作為栽培土(培養(yǎng)基)，通過澆水給予營養(yǎng)水液的營養(yǎng)液栽培法。可是，在現(xiàn)實(shí)的栽培，特別是營養(yǎng)液栽培中，現(xiàn)狀是不一定能夠做到最佳的澆水。
對(duì)營養(yǎng)液栽培進(jìn)行大致分類時(shí)，可以分成水耕作，噴霧耕作和固形栽培土耕作3種，其中在固形栽培土耕作的栽培方式中，多用點(diǎn)滴掛流。在這種點(diǎn)滴掛流方式中，一般通過定時(shí)器等進(jìn)行自動(dòng)澆水是主流，但是不一定能夠做到最佳的澆水。這是因?yàn)榕c栽培作物有關(guān)的栽培營養(yǎng)液的吸收量受到日照量，溫室的溫度和濕度等的左右。例如，日照量多時(shí)，溫室的溫度升高，如果濕度低，則來自栽培作物的蒸發(fā)量變得非常大。另外，相反地在下雨的日子等中，來自栽培作物的蒸發(fā)量減少。另外，營養(yǎng)液的吸收量與栽培作物的成長(zhǎng)過程有很大的關(guān)系，栽培作物成長(zhǎng)時(shí)營養(yǎng)液的吸收量變得非常大。另外，果實(shí)類等成長(zhǎng)到某種程度后要抑制水的供給量進(jìn)行栽培，才能夠得到糖度高的高品質(zhì)的果實(shí)，這是眾所周知的。可是，在用定時(shí)器等進(jìn)行自動(dòng)澆水的情況下，就不能夠追隨這種栽培作物的環(huán)境條件和成長(zhǎng)過程，為了能夠忠實(shí)地追隨，必須每天重新設(shè)定澆水次數(shù)，澆水開始時(shí)刻和澆水時(shí)間等。
因此，即便說是用定時(shí)器等進(jìn)行自動(dòng)澆水也沒有用處，如何能實(shí)現(xiàn)最佳澆水是令人懷疑的。因?yàn)檫@種理由，用定時(shí)器等進(jìn)行自動(dòng)澆水時(shí)，為了不引起作物的枯萎等常常進(jìn)行過多的澆水，無法避免由于過剩澆水引起根部腐爛，排水量增大(即廢棄的營養(yǎng)液和水的量增大)等問題。
可是，當(dāng)我們觀察土壤中的含水量與農(nóng)作物栽培之間的關(guān)系時(shí)，土壤中的水不能被農(nóng)作物全部利用，例如土壤中的結(jié)合水就不能用于農(nóng)作物的生育。又當(dāng)考慮由于氣候變化土壤含水量的變化時(shí)，當(dāng)下大雨時(shí)土壤中全是水，但是此后，水徐徐地向下吸入，土壤的含水量降低。土壤中全是水的狀態(tài)是與水耕作栽培相同的狀態(tài)，通氣性惡劣，不一定適合于露天栽培。其次，在土壤的含水量降低的階段，當(dāng)水分相當(dāng)?shù)叵陆担档偷侥硞€(gè)界限以下時(shí)，根部就不能夠?qū)⑺蟻恚垢康拿?xì)管聯(lián)絡(luò)被切斷，進(jìn)入根部枯萎的狀態(tài)。因?yàn)楫?dāng)進(jìn)入這種狀態(tài)時(shí)，即便此后供給水也不能使根部枯萎恢復(fù)，所以必須使土壤的含水量保持在將這個(gè)狀態(tài)作為下限的限度以上。
因?yàn)檫@樣的土壤的含水狀態(tài)是由土壤中的含水潛力決定的，所以我們認(rèn)為單純地用土壤的含水量來表示與農(nóng)作物栽培有關(guān)的土壤的含水狀態(tài)是不適當(dāng)?shù)摹Ｒ虼耍鶕?jù)土壤的含水潛力表示含水狀態(tài)的方法是最好的。
可是，表示土壤的含水狀態(tài)的因子之一是“pF值”。所謂的pF值是由R.K.Schofield在1935年提出的，是關(guān)于土壤的含水潛力內(nèi)的基體潛力的指標(biāo)值。所謂的基體潛力是根據(jù)毛細(xì)管力，分子間力，庫侖力等的水與土壤顆粒的相互作用的化學(xué)潛力的下限量。需要時(shí)，可以用所謂的基體潛力表示土壤顆粒吸引水分子的力的強(qiáng)弱。我們將用水柱單位(cm)表示的基體潛力的絕對(duì)值的常用對(duì)數(shù)稱為“pF值”。用水柱單位(cm)表示的土壤含水的潛力φ和“pF值”之間存在著pF＝log(-10.2φ)的關(guān)系。
pF值是表示土壤中所含的水(在營養(yǎng)液栽培中為培養(yǎng)液)的品質(zhì)的量。當(dāng)pF值在0附近時(shí)，表示土壤充滿水的狀態(tài)。降雨和灌溉的24小時(shí)后殘留在土壤中的水分(圃場(chǎng)容水量)為pF1.7左右，從此到作物開始枯萎的初期枯萎點(diǎn)(pF3.8)的水稱為有效水。可是，作物的生育在水分比初期枯萎點(diǎn)多時(shí)就開始出現(xiàn)障礙。這是作物根部的毛細(xì)管聯(lián)絡(luò)被切斷，水從作物根部的移動(dòng)停止的狀態(tài)時(shí)刻，將這稱為毛細(xì)管聯(lián)絡(luò)切斷點(diǎn)，pF值約為2.7。所以，一般地當(dāng)栽培作物時(shí)，pF值在pF1.7～pF2.7之間最適合。從而將pF1.7～pF2.7之間的水分稱為易效水，在土壤中栽培農(nóng)作物時(shí)，需要保持這個(gè)pF1.7～pF2.7的易效水狀態(tài)。此外，關(guān)于pF值和土壤的含水潛力，例如在“土壤環(huán)境分析法”，日本土壤肥料學(xué)會(huì)監(jiān)修，土壤環(huán)境分析法編集委員會(huì)編，博友社刊印，1997年第1次印刷發(fā)行，48～51頁；“土壤環(huán)境圈”，巖田進(jìn)午等監(jiān)修，フジテクノシステム股份有限公司發(fā)行，1997年，72～76頁；“土壤診斷的方法和活用”，藤原俊六郎等著，社團(tuán)法人農(nóng)山漁村文化協(xié)會(huì)發(fā)行，1996年，72～77頁；“最新土壤學(xué)”，久馬一剛編，朝倉書店發(fā)行，1997年，101～107頁等中作了說明。
在土壤中進(jìn)行農(nóng)作物栽培時(shí)，希望以這個(gè)pF值作為基準(zhǔn)進(jìn)行澆水等的作業(yè)。
關(guān)于pF值的測(cè)定法，我們知道作為能夠在野外對(duì)土壤直接進(jìn)行的測(cè)定法的典西歐米塔(テンシオナ-タ)法。
作為能夠有效地用于實(shí)際栽培中的澆水控制的測(cè)定法，必須照舊測(cè)量圃場(chǎng)中的土壤的容水量。所以，在一般的圃場(chǎng)中，典西歐米塔法作為簡(jiǎn)單地測(cè)量土壤pF值的方法，可用于進(jìn)行最佳澆水等的管理。所謂的典西歐米塔法就是將由多孔性杯(探頭)和硬質(zhì)透明氯化乙烯管構(gòu)成的典西歐米塔埋設(shè)在土壤中，用水充滿典西歐米塔，通過多孔性杯(探頭)的壁按照水的作用機(jī)理將土壤水分與管內(nèi)的水連接起來，在土壤的基體潛力與管內(nèi)壓力處于平衡的狀態(tài)中讀取管內(nèi)壓力作為土壤的基體潛力的方法。關(guān)于“典西歐米塔法”的詳細(xì)情形，例如記載在上述“土壤環(huán)境分析法”，59～62頁等中。
但是，至今一直在使用的典西歐米塔法，因?yàn)樾枰驁?chǎng)地中的裝置內(nèi)補(bǔ)給水分，所以對(duì)傳感器(典西歐米塔)的管理非常費(fèi)勁，我們希望能夠用更加簡(jiǎn)單的方法，或更加簡(jiǎn)單的裝置測(cè)定土壤pF值的方法。另外，也存在著即便是土壤由于它的品質(zhì)不同不適合用典西歐米塔法的情形。
即，由粗的顆粒構(gòu)成的土壤，例如在具有在營養(yǎng)液栽培等中使用的浮石顆粒等那樣的多孔質(zhì)表面的粗大顆粒的固形栽培土中，就不能使用這種典西歐米塔法。
這是因?yàn)橛捎谠耘嗤链郑耘嗤令w粒不能與典西歐米塔的探頭表面全體緊密接觸，從而栽培土顆粒的水不能與探頭表面緊密接觸，所以不能得到正確的測(cè)定。因此，至今即便在粗大顆粒的固形栽培土耕作中也希望根據(jù)pH值進(jìn)行澆水控制，而同時(shí)又沒有完全進(jìn)行將pH值作為指標(biāo)的澆水控制，這就是實(shí)際情況。
作為能夠直接測(cè)定土壤中的pH值的方法，現(xiàn)在還沒有找到能夠取代典西歐米塔法的方法。
可是，作為調(diào)查土壤保水性的方法，在最近令人注目的方法中，測(cè)定土壤介電常數(shù)，從而求得土壤體積含水率的方法尤其令人注目，正在使從電脈沖的傳播時(shí)間求得土壤介電常數(shù)的TDR(Time DomainReflectometry(時(shí)域反射測(cè)量法))，和從電脈沖的頻域中的特性求得土壤介電常數(shù)的FDR(Frequency Domain Reflectometry(頻域反射測(cè)量法)實(shí)用化。另外，作為更簡(jiǎn)便廉價(jià)地測(cè)定土壤體積含水率的方法提出了通過測(cè)定阻抗的ADR(Amplitude Domain Reflectometry(振幅域反射測(cè)量法))。關(guān)于這些方法記載在上述的“土壤環(huán)境分析法”，62～64頁；Topp，G.G.et.al.(1980)Electromagneticdetermination of soil water contentMeasurements in coaxialtransmission lines，Water Resources Research，16，574-582；堀野治彥·丸山利輔(1993)用3線式探頭測(cè)量土壤水分的TDR法，農(nóng)業(yè)土木學(xué)會(huì)論文集，168，119～120頁；巽北平等(1996)用FDR法測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)的土壤水分，農(nóng)業(yè)土木學(xué)會(huì)論文集，182，31～38頁；中島誠等(1997)用ADR法測(cè)定土壤水分量，日本地下水學(xué)會(huì)1997年春季講演要旨集，18～23頁等中。特別是，當(dāng)用ADR法時(shí)，測(cè)定非常簡(jiǎn)便，相關(guān)性也很高，測(cè)定裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，容易維護(hù)也容易操作，能夠進(jìn)行連續(xù)的測(cè)定，是所謂的不需要維護(hù)的裝置。但是，因?yàn)檫@些方法求土壤體積含水率，所以不能夠直接求得土壤pH值。
本發(fā)明的目的是提供不用典西歐米塔法，利用調(diào)查土壤保水性的方法能夠測(cè)定土壤pH值的裝置。
另外，本發(fā)明的目的是提供利用調(diào)查土壤保水性的方法即時(shí)并且連續(xù)地測(cè)定土壤pH值，用這個(gè)測(cè)定值控制澆水的方法和裝置。
進(jìn)一步，本發(fā)明即便在用典西歐米塔法等不能夠直接測(cè)定土壤pH值的情況下，也能提供能夠測(cè)定其土壤pH值，特別是能夠連續(xù)地進(jìn)行測(cè)定的方法，用這個(gè)測(cè)定值控制澆水的方法和裝置。
本發(fā)明的目的是進(jìn)一步提供在固形栽培土耕作中的營養(yǎng)液栽培中，在不能使用典西歐米塔那樣的土壤，特別是浮石那樣的多孔質(zhì)大徑顆粒的情況下，一面利用測(cè)定簡(jiǎn)單又容易的保水性測(cè)定方法，一面可以根據(jù)pH值進(jìn)行澆水控制的測(cè)定土壤水分量的方法和裝置。進(jìn)一步，本發(fā)明的目的是提供在固形栽培土耕作中的栽培中，可以根據(jù)pH值進(jìn)行澆水控制的澆水控制方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者，為了達(dá)到上述目的反復(fù)進(jìn)行銳意研究，結(jié)果，著眼于在用上述ADR法等能夠比較簡(jiǎn)單地測(cè)定的土壤體積含水率與pH值之間與土壤種類，即土性有關(guān)的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)能夠在預(yù)先求得關(guān)于測(cè)定對(duì)象的土壤的體積含水率與pH值的之間的相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過測(cè)定土壤體積含水率，從土壤體積含水率求得pH值，根據(jù)這個(gè)pH值對(duì)澆水進(jìn)行控制，從而完成本發(fā)明。
即，本發(fā)明是測(cè)定土壤pH值(土壤水分張力)的方法，提供以下列步驟為特征的土壤pH值的測(cè)定方法(a)對(duì)于測(cè)定測(cè)定對(duì)象的土壤預(yù)先求得pH值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系；(b)測(cè)定土壤體積含水率；和(c)根據(jù)在上述工序(a)中得到的pH值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系，將由上述工序(b)測(cè)定的土壤體積含水率的值換算成土壤pH值。


圖1是用ADR法的測(cè)定計(jì)的概要說明圖。(a)是正面圖，(b)是平面圖。
圖2是表示在實(shí)施例1中進(jìn)行的用ADR法測(cè)定火山灰與沙子的沉積物浮石土壤時(shí)傳感器的輸出電壓與體積含水率θ之間的關(guān)系的曲線圖。
圖3是用于測(cè)定pH值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系(水分保持曲線)的加壓板法的概要說明圖。
圖4是用于測(cè)定水分保持曲線的沙柱法的概要說明圖。
圖5是表示栽培土的體積含水率與pH值的關(guān)系的曲線圖，(a)是粉末試料的曲線圖，(b)是混合試料的曲線圖，(c)是浮石試料的曲線圖。
圖6是表示在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的澆水自動(dòng)控制栽培裝置的概略的圖。
具體實(shí)施形式與本發(fā)明有關(guān)的方法是以測(cè)定土壤體積含水率，從這個(gè)體積含水率求得土壤pH值的概念為基礎(chǔ)的。
土壤的保水性能夠用各種因子表示出來，體積含水率，pH值等也是其中的一個(gè)因子。作為測(cè)定體積含水率的方法也可以舉出采取土壤樣品測(cè)定它的水分重量的重量法等，但是為了在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定這個(gè)土壤體積含水率，采取樣品進(jìn)行測(cè)定的方法因?yàn)椴荒軌蜻M(jìn)行連續(xù)測(cè)定等所以不能使用。
土壤體積含水率作為在圃場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定的方法是最近特別令人注目的測(cè)定方法，它是用電脈沖方式測(cè)定土壤介電常數(shù)求得土壤體積含水率的方法。這個(gè)方法具有因?yàn)闇y(cè)定土壤的某個(gè)范圍，所以測(cè)定值的變動(dòng)小，測(cè)定作業(yè)也簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。另外，該方法能夠非常快地進(jìn)行測(cè)定，容易進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，電輸出信號(hào)與體積含水率的相關(guān)性也很高。但是，能夠用電脈沖方式測(cè)定的是土壤體積含水率，還沒有開發(fā)出從體積含水率求得作為植物可以利用的水分量的指標(biāo)的pH值的方法。
電脈沖方式的代表方法是TDR法，它的測(cè)定原理是水的相對(duì)介電常數(shù)為81，土壤固形物質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)約為4，都顯著地大于空氣的相對(duì)介電常數(shù)1，利用在土壤外表的相對(duì)介電常數(shù)和水分量之間存在著的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性，測(cè)定土壤體積含水率。具體的測(cè)定方法是在土壤內(nèi)插入2或3針的平行電極，在這些電極上加上微波，測(cè)定其干涉反射波的傳播時(shí)間。當(dāng)電極長(zhǎng)度為L(zhǎng)，反射波的傳播時(shí)間為t時(shí)，微波的傳播速度V由V＝2L/t給出。理論上相對(duì)介電常數(shù)Ka與微波的傳播速度V的2次方成反比，所以能夠從Ka＝(C/V)2求得相對(duì)介電常數(shù)。此外，這里C為真空中的光速。
作為類似的方法，還有從在干涉反射波的頻域中的特性求土壤介電常數(shù)的FDR法。這些方法是能夠測(cè)定土壤體積含水率，可以用于本發(fā)明方法的方法。
可是，這些方法存在著需要為了測(cè)定脈沖傳播速度的高價(jià)的示波器等的缺點(diǎn)。
最近，已經(jīng)開發(fā)出作為具有與這些方法匹敵的性能，但是能夠更簡(jiǎn)單地進(jìn)行測(cè)定的ADR法。這種ADR法是通過簡(jiǎn)單的阻抗測(cè)定簡(jiǎn)單并廉價(jià)地測(cè)定土壤的土壤體積含水率的方法。所以，這是用于本發(fā)明的更好的方法。
ADR法在利用土壤的相對(duì)介電常數(shù)Ka受到體積含水率(θ)的很大影響的原理，在從Ka-θ關(guān)系求得θ這點(diǎn)上與上述TDR法和FDR法相同，但是ADR法作為相對(duì)介電常數(shù)Ka的測(cè)定方法，在測(cè)定當(dāng)高頻電脈沖通過土壤中的探頭來回往復(fù)時(shí)的傳輸線的阻抗(Z)求Ka這點(diǎn)上是不同的。
圖1是根據(jù)ADR法的土壤水分傳感器1的概要圖。(a)是它的正面圖，(b)是它的平面圖。這個(gè)傳感器探頭在本體部分2中內(nèi)藏100Mhz的(シスンイド)振蕩器，同軸傳輸線區(qū)域和測(cè)定電子電路，傳感器部分3由4根平行的不銹鋼制成的棒構(gòu)成。如(b)所示，在傳感器部分3的棒中，中央1根是信號(hào)棒5，外側(cè)3根是在信號(hào)棒周圍形成電屏蔽的屏蔽棒6。這個(gè)傳感器部分具有與在作為傳輸線附加區(qū)域進(jìn)行工作的，由屏蔽棒6包圍的直徑26.5mm的范圍中的土壤的介電常數(shù)大致有關(guān)的阻抗Z。
振蕩器的信號(hào)沿傳輸線在傳感器探頭中傳播，當(dāng)傳感器部分3的Z與本體部分的同軸傳輸線的Z不同時(shí)，從信號(hào)棒和傳輸線的連接部分4反射回來某個(gè)大的信號(hào)。這個(gè)反射回來的信號(hào)比例稱為反射系數(shù)ρ。
反射系數(shù)受到成為通過入射波與反射波發(fā)生干涉產(chǎn)生電壓駐波的原因的入射信號(hào)，即沿饋電線的長(zhǎng)度的電壓振幅的干涉。
而且，因?yàn)槭箓鬏斁€的初期峰值電壓V0與連接部分處的峰值電壓Vj具有一定關(guān)系那樣地進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以可以用傳輸線的阻抗與土壤基體中的探頭的阻抗成為函數(shù)的關(guān)系式表示振幅差。
通過測(cè)定這個(gè)振幅差，傳感器部分的相對(duì)阻抗Z可以由下式表示Z=60Ka[F·r2r1]]]>從而可以求得介電常數(shù)Ka。在上式中，r1和r2是信號(hào)電極與屏蔽電極的半徑，F(xiàn)為形狀因子。能夠從求得的土壤相對(duì)介電常數(shù)Ka用下列經(jīng)驗(yàn)公式θ＝-5.3×10-2+2.92×10-2Ka-5.5×10-4Ka2+4.3×10-6Ka3求得體積含水率θ(m3·m-3)。
此外，電壓駐波的振幅具有隨著土壤水分增多(相對(duì)介電常數(shù)增大)而減小的特性。這時(shí)，由別的重量法等測(cè)定這個(gè)土壤的含水量，用ADR法等進(jìn)行測(cè)定求它的輸出信號(hào)值(例如輸出電壓)，如果通過改變上述土壤的含水量進(jìn)行反復(fù)測(cè)定，則能夠得到來自土壤的含水量的體積含水率和輸出電壓的經(jīng)過校正的關(guān)系曲線，通過在現(xiàn)場(chǎng)用ADR法進(jìn)行進(jìn)行測(cè)定，能夠得到正確的體積含水率。
這樣，用根據(jù)ADR法等的介電常數(shù)的方法能夠求得土壤體積含水率。在ADR法中傳感器的輸出電壓與體積含水率θ的關(guān)系如圖2所示。我們看到兩者之間存在著相關(guān)關(guān)系。
如上所述，如果用根據(jù)介電常數(shù)的方法，特別是ADR法，則能夠簡(jiǎn)單并容易地求得土壤體積含水率，而且在ADR法中，因?yàn)槭且阅硞€(gè)直徑的圓筒狀部分的土壤的平均介電常數(shù)的測(cè)定為基礎(chǔ)的，所以傳感器探頭也可以不與土壤顆粒密切接觸，也可以對(duì)于浮石顆粒等那樣的粗顆粒的土壤測(cè)定體積含水率，這是ADR法的優(yōu)點(diǎn)。此外，在上述和下述中，我們說明了根據(jù)由ADR計(jì)輸出的電壓求體積含水率的方法，但是在本發(fā)明的方法中，也可以根據(jù)由ADR計(jì)輸出的其它信號(hào)值求體積含水率，或者也可以根據(jù)TDR計(jì)和FDR計(jì)那樣的其它形式的傳感器的輸出信號(hào)值求體積含水率。
但是，因?yàn)橛眠@種測(cè)定得到的土壤體積含水率，即含水量也包含土壤的結(jié)合水等的植物不能利用的水量，所以是與植物能夠利用的水量很好對(duì)應(yīng)的pF值不同的。
在本發(fā)明中，通過將這樣由ADR法等得到的土壤體積含水率的測(cè)定結(jié)果換算成土壤pF值，求得土壤pF值。
土壤試料的基體潛力(pF值)和體積水分率與土壤的土性有關(guān)，存在著特有的相關(guān)關(guān)系，我們將它稱為水分保持曲線。作為測(cè)定土壤試料的水分保持曲線，即基體潛力和體積水分率的相關(guān)關(guān)系的方法，我們知道有沙柱法，吸引法，加壓板法，加壓膜法等。這些方法中，除了沙柱法外的其它方法都是通過在土壤試料上加上所定壓力，測(cè)定達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的土壤重量，求得與它的基體潛力對(duì)應(yīng)的體積含水率，通過在種種壓力下進(jìn)行這種測(cè)定，得到關(guān)于該土壤試料的水分保持曲線。另外，沙柱法代替在土壤試料上加上壓力，通過將所定位置的潛力給予放置在沙柱上的在土壤試料，進(jìn)行相同的測(cè)定。
在本發(fā)明中，這樣，著眼于在土壤體積含水率和pF值之間存在著的與土性有關(guān)的相關(guān)關(guān)系，對(duì)于測(cè)定對(duì)象的土壤預(yù)先求得水分保持曲線(相關(guān)線)，從用上述ADR法等的方法求得的土壤體積含水率的值，根據(jù)相關(guān)線求得該土壤的pF值。此外，既可以當(dāng)制成表時(shí)根據(jù)換算表得到相關(guān)線，如果可能的話也可以將相關(guān)線作成近似公式。作為通過相關(guān)線從土壤體積含水率求得土壤pF值的方法，最好是，例如，通過將ADR計(jì)的輸出信號(hào)輸入到編入了預(yù)先求得的相關(guān)線的運(yùn)算裝置，利用編入了輸出與土壤pF值對(duì)應(yīng)的信號(hào)的程序的微計(jì)算機(jī)等的運(yùn)算裝置的方法。
下面，我們說明根據(jù)本發(fā)明的對(duì)于土壤制作調(diào)查體積含水率和pF值的相關(guān)性的關(guān)系線，根據(jù)介電常數(shù)求得該土壤的體積含水率，根據(jù)作成的關(guān)系線從求得的體積含水率求得土壤pF值的方法。
首先，用該技術(shù)中眾所周知的方法求得成為用于制作體積含水率與pF值的關(guān)系線(水分保持曲線)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的與土壤的種種體積含水率對(duì)應(yīng)的pF值。因?yàn)閜F值的測(cè)定必須具有正確性，所以采用在室內(nèi)進(jìn)行測(cè)定的方法。作為眾所周知的在室內(nèi)進(jìn)行的pF值測(cè)定法，能夠舉出沙柱法，加壓板法，吸引法，加壓膜法，蒸汽壓法。其中，沙柱法適用于pF值在0.5～1.4范圍內(nèi)的測(cè)定，加壓板法適用于pF值在1.6～2.7范圍內(nèi)的測(cè)定。另外，作為pF值的測(cè)定方法也提出了稱為“離心法”的方法，但是這個(gè)方法還沒有充分實(shí)用化。所以，作為與在pF＝1.7～2.7的易效水范圍內(nèi)保持土壤含水量的本發(fā)明目的一致的方法，能夠說加壓板法是最合適的方法。但是在本發(fā)明中也能夠用沙柱法等的其它方法。
例如，在用加壓板法測(cè)定土壤pF值的情況下，如下地進(jìn)行測(cè)定。
首先，我們用圖3簡(jiǎn)單地說明加壓板法的技術(shù)內(nèi)容。加壓板裝置10由加壓室12和加壓板13構(gòu)成，加壓板13是將網(wǎng)屏15夾在多孔性板14的下側(cè)，在其上覆蓋橡膠膜16構(gòu)成的。在加壓室12中設(shè)置壓力表18，讀取加壓室內(nèi)的空氣壓力。
將土壤試料11放置在用水飽和的多孔性板14上，從加壓裝置連通管17加入空氣壓力，通過多孔性板14將由比與這個(gè)空氣壓力平衡的基體潛力大的潛力保持的土壤水排出去。土壤水從金屬制排水孔19通過耐壓管20，排水口21，從具有節(jié)流夾層22的排水管23流入排水貯存器24。為了使加壓室12減壓，設(shè)置排氣閥門25。通過階段地改變空氣壓力，能夠測(cè)定與各基體潛力對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的水分保持量。每次加大它的空氣壓力時(shí)與加壓板一起取出土壤樣品進(jìn)行測(cè)量。通過算出這個(gè)測(cè)定的土壤試料的重量與干燥狀態(tài)的土壤試料的重量之差，求得含水量。因?yàn)檫@里求得的含水量與這時(shí)的空氣壓力相對(duì)應(yīng)，即與這時(shí)候的水分潛力相對(duì)應(yīng)，所以可以求得與某個(gè)pF值對(duì)應(yīng)的含水量。另外，基于土壤的嵩比重，也可以求得體積含水率。
通過階段地改變空氣壓力重復(fù)進(jìn)行這種操作，能夠制成種種pF值和與其對(duì)應(yīng)的體積含水率的對(duì)比表。當(dāng)將表中的值在橫軸為pF值，縱軸為體積含水率的圖中畫成曲線時(shí)，得到水分保持曲線。
另外，我們參照?qǐng)D4說明同樣作為測(cè)定土壤pF值的方法的沙柱法的原理。
圖4是表示沙柱法裝置51的概要圖。通常，可以用通過250μm以下的篩子的細(xì)沙和將粒徑調(diào)整到300～180μm的石英沙。將事先經(jīng)過水洗的沙52充填成圓柱狀，打開閥門60從給水口59流入自來水58，使沙被水飽和。此外，在圓柱底部配置支持臺(tái)61和黃銅篩網(wǎng)62，以便保持沙柱。而且，敲打周圍給予振動(dòng)，使顆粒的配列穩(wěn)定。為了防止從沙柱上面的蒸發(fā)，加蓋聚乙烯片或蓋子53。在采土圓筒54上也加上蓋子能夠得到更好的效果。土壤試料(采土圓筒)54放置在沙柱52的上方，將可動(dòng)式排水口55的高度固定在沙柱上端，將水灌入土壤試料使土壤試料被水飽和。其次，向下移動(dòng)可動(dòng)式排水口55到所定位置，通過開放閥門56排出剩余的水57，使沙柱中自由水面的水位下降，因此實(shí)施從土壤試料的脫水。從水位計(jì)63讀取水位L。如果脫水結(jié)束則測(cè)定這時(shí)的土壤試料的質(zhì)量，求得體積含水率。這時(shí)的土壤試料的基體潛力(cm)，當(dāng)令土壤試料的厚度為1時(shí)由-(L+1/2)表示。因而求得在所定pF值的土壤試料的體積含水率。
通過階段地改變水位L重復(fù)進(jìn)行這種操作，能夠制成種種pF值和與其對(duì)應(yīng)的體積含水率的對(duì)比表。當(dāng)將表中的值在橫軸為pF值，縱軸為體積含水率的圖中畫成曲線時(shí)，得到水分保持曲線。
另一方面，對(duì)于相同的土壤，關(guān)于知道體積含水率的樣品，例如用ADR計(jì)測(cè)定它的輸出信號(hào)值，例如輸出電壓，制成輸出電壓與土壤體積含水率的經(jīng)過校正的換算表。當(dāng)將該結(jié)果在橫軸為輸出電壓，縱軸為體積含水率的圖中畫成曲線時(shí)，得到圖2所示的關(guān)系線。
這樣預(yù)先制成關(guān)系線，當(dāng)在一般圃場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)例如用ADR計(jì)測(cè)定土壤的含水量時(shí)，作為第1工序，從ADR計(jì)的輸出電壓，根據(jù)預(yù)先制成的輸出電壓與土壤體積含水率的關(guān)系線求得土壤體積含水率，其次作為的第2工序，從求得的土壤體積含水率，能夠根據(jù)預(yù)先制成的水分保持曲線(體積含水率與pF值的關(guān)系線)求得土壤pF值。
如果將上述2條關(guān)系線輸入運(yùn)算裝置，則能夠用電子電路從ADR計(jì)的輸出電壓信號(hào)算出這個(gè)土壤pF值，并將該數(shù)值在顯示器上顯示出來，使得測(cè)定作業(yè)變成非常簡(jiǎn)便。
或者進(jìn)一步，也能將由這個(gè)運(yùn)算得到的土壤pF值的信號(hào)送入澆水裝置的控制電路，使?jié)菜b置的給水裝置工作。
如果根據(jù)本發(fā)明的方法，與以前使用的典西歐米塔法比較，能夠直接并連續(xù)地從遠(yuǎn)處簡(jiǎn)便地測(cè)定土壤pF值，能夠利用這個(gè)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行澆水控制。另外，用典西歐米塔法不能對(duì)具有浮石等那樣的多孔質(zhì)表面的粗顆粒構(gòu)成的栽培土進(jìn)行pF值的測(cè)定，但是如果根據(jù)本發(fā)明的方法，則能夠通過用ADR法等那樣的也可以適合于多孔質(zhì)栽培土的方法進(jìn)行體積含水率的測(cè)定，求得pF值。
此外，在本發(fā)明中用作為測(cè)定pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系(水分保持曲線)的方法使用的加壓板法和沙柱法等，不能夠測(cè)定特殊的土壤和栽培土，特別是不能測(cè)定由具有多孔質(zhì)表面的顆粒構(gòu)成的土壤(栽培土)。這是因?yàn)椋绠?dāng)使用粒徑1～5.6mm的浮石作為栽培土?xí)r，在加壓板法中即便在顆粒間加上壓力因?yàn)楹兴贿B續(xù)所以也不能夠測(cè)定正確的pF值。即，因?yàn)樵诟∈w粒栽培土等中不存在連續(xù)的含有水，所以由于與毛細(xì)管現(xiàn)象的毛細(xì)管水沒有關(guān)系，不能夠測(cè)定正確的pF值。另外，在沙柱法中，在浮石栽培土的情況下，因?yàn)闆]有水的液體路徑，所以不能夠測(cè)定正確的pF值。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)對(duì)由具有多孔質(zhì)表面的顆粒構(gòu)成的土壤進(jìn)行pF值的測(cè)定時(shí)，需要花費(fèi)更多的工夫。下面，我們?cè)敿?xì)地說明這一點(diǎn)。
本發(fā)明者們?cè)谘杏懩芊裼眉訅喊宸ê蜕持y(cè)定浮石栽培土的pF值時(shí)，了解到對(duì)于只有粗栽培土顆粒的試料不能正確測(cè)定pF值，但是對(duì)于在粗栽培土顆粒中混入細(xì)的栽培土顆粒的試料能夠測(cè)定它的pF值。而且，準(zhǔn)備好粗栽培土顆粒的土壤試料和將該栽培土試料粉碎后制成的栽培土微顆粒試料，進(jìn)一步，將粗栽培土顆粒的土壤試料和栽培土微顆粒試料混合起來攪拌均勻制成混合試料，對(duì)這種栽培土微顆粒試料和混合土壤試料進(jìn)行pF值的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)通過對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行下面說明的“減法處理”，能夠求得粗栽培土顆粒的土壤試料的pF值。下面我們?cè)敿?xì)說明這種方法。
首先，準(zhǔn)備好粗的栽培土，例如由粒徑1～5.6mm的浮石粗顆粒構(gòu)成的栽培土。其次，粉碎這個(gè)粗顆粒栽培土形成微顆粒調(diào)制成栽培土微顆粒。另外，將上述浮石粗顆粒與栽培土微顆粒混合起來攪拌均勻調(diào)制成混合土壤試料。這時(shí)，可以將浮石粗顆粒和栽培土微顆粒等重量地混合起來，但是也不一定需要等重量。可是要確認(rèn)這時(shí)的混合重量比。
對(duì)于這樣得到的栽培土微顆粒試料和混合土壤試料，用加壓板法等方法求得pF值與體積含水率的關(guān)系，即水分保持曲線。下面我們說明這種方法。在下面的說明中，為了方便起見，將浮石粗顆粒栽培土試料稱為試料B，將從浮石粗顆粒調(diào)制成的栽培土微顆粒試料稱為試料A，將試料A與試料B混合起來得到的混合土壤試料稱為試料C，以用加壓板法測(cè)定pF值作為例子舉例說明。
能夠用加壓板法測(cè)定由栽培土微粉末構(gòu)成的試料A的pF值，但是不能夠用加壓板法測(cè)定浮石粗顆粒栽培土試料B的pF值。但是能夠測(cè)定混合土壤試料C的pF值。我們認(rèn)為這是因?yàn)橥ㄟ^使細(xì)的微顆粒進(jìn)入粗顆粒的間隙，不會(huì)引起貫通(プロ-スル-)。所以，希望用于調(diào)制混合土壤試料的栽培土微顆粒試料的粒徑具有微顆粒能進(jìn)入粗顆粒間隙那樣的大小。進(jìn)一步，又需要微顆粒具有不能進(jìn)入多孔質(zhì)粗顆粒的孔那樣的大小。這是因?yàn)楫?dāng)微顆粒進(jìn)入多孔質(zhì)粗顆粒的孔時(shí)，它的行為舉動(dòng)發(fā)生變化，不能夠測(cè)量正確的pF值。一般，微顆粒試料的粒徑最好在50～200μm范圍內(nèi)，但是并不限定于這個(gè)數(shù)值。
如上所述，對(duì)于粗顆粒試料B不能進(jìn)行pF值的測(cè)定，但是對(duì)于微顆粒試料A和混合土壤試料C能夠進(jìn)行pF值的測(cè)定。因此，用下面說明的“減法處理”從對(duì)混合土壤試料C的測(cè)定結(jié)果和對(duì)微顆粒試料A的測(cè)定結(jié)果求得對(duì)試料B的測(cè)定結(jié)果。
對(duì)于混合土壤試料C和微顆粒試料A，用加壓板法測(cè)定pF值與體積含水率的關(guān)系，即水分保持曲線。也通過改變各試料的含水狀態(tài)多次進(jìn)行這些測(cè)定。
令在某個(gè)pF值的和混合土壤試料C的體積含水率為xc(v/v％)，所定容量的混合土壤試料的含水量為c(g)時(shí)，這個(gè)混合土壤試料中的微顆粒保持的水量[ca(g)]為將相同容量的栽培土微顆粒試料A在它的pF值具有的含水量[a(g)]乘以混合土壤試料中的栽培土微顆粒的重量比得到的值。即，令上述所定容量的混合土壤試料中的栽培土微顆粒的重量為zca(g)，相同容量的栽培土微顆粒試料的重量為za(g)時(shí)，ca＝a×(zca/za)。其次，如果從混合土壤試料C的含水量[c(g)]減去混合土壤試料中的栽培土微顆粒保持的水量[ca(g)]，則可以求得混合土壤試料C中粗顆粒保持的含水量[cb(g)]。即，cb＝c-ca。而且，用混合試料中的粗栽培土的比例對(duì)這個(gè)含水量進(jìn)行分割時(shí)，能夠算出粗顆粒栽培土試料B的含水量。即，令相同容量的粗顆粒栽培土B的重量為zb(g)，粗顆粒栽培土B的含水量為b(g)時(shí)，b＝c×(zb/zcb)。能夠從由此得到的粗顆粒栽培土試料B的含水量b(g)，求得粗顆粒栽培土試料B的體積含水率(v/v％)。
在上述測(cè)定中測(cè)定所有試料的重量。此外，由于混合試料中的粗栽培土顆粒的周圍被栽培土微顆粒包圍，在粗栽培土顆粒的表面的水分潛力減少。但是，因?yàn)榇衷耘嗤令w粒是多孔質(zhì)的，所以被栽培土微顆粒包圍的表面積與粗栽培土顆粒全體具有的表面積比較是很少的(1/100以下)，所以達(dá)到可以將其忽略的程度。
我們能夠認(rèn)為這樣求得的粗顆粒栽培土試料的體積含水率是與它的pF值對(duì)應(yīng)的。而且，如果在種種壓力下重復(fù)進(jìn)行這種測(cè)定/計(jì)算，則能夠制成粗顆粒栽培土的體積含水率與pF值的相關(guān)關(guān)系(水分保持曲線)。
另外，同樣地，即便在沙柱法中，因?yàn)閷?duì)于粗顆粒試料遮斷水的液體路徑，所以不能夠測(cè)定正確的pF值，但是我們知道對(duì)于通過粉碎粗顆粒得到的微顆粒試料和將這個(gè)微顆粒試料與粗顆粒試料混合得到的混合土壤試料，能夠進(jìn)行正確的pF值的測(cè)定。我們認(rèn)為這是因?yàn)橛捎谠诖诸w粒間隙中進(jìn)入了微顆粒形成水的液體路徑。所以即便用沙柱法，通過采取上述那樣的程序，即便對(duì)于浮石等那樣的粗顆粒土壤，也能夠求得pF值與體積含水率的關(guān)系，即水分保持曲線。
通過用這樣求得的水分保持曲線和用上述方法求得的ADR計(jì)的輸出電壓值與體積含水率的經(jīng)過校正的相關(guān)關(guān)系，用ADR計(jì)進(jìn)行土壤測(cè)定，能夠經(jīng)過土壤的體積含水率求得pF值。
即，根據(jù)本發(fā)明測(cè)定土壤pF值的方法與土壤的品質(zhì)有關(guān)具有下列那樣的構(gòu)成。
首先，對(duì)于通常的土壤，通過下列程序測(cè)定土壤pF值(1)對(duì)于測(cè)定對(duì)象的土壤，用加壓板法和沙柱法等方法，求得作為pF值與體積含水率的關(guān)系的水分保持曲線；(2)對(duì)于土壤，用ADR法等那樣的電脈沖式土壤介電常數(shù)測(cè)定法，測(cè)量土壤中的輸出信號(hào)值(當(dāng)用ADR法時(shí)為輸出電壓)，從輸出電壓與體積含水率的關(guān)系，求得土壤體積含水率。此外，預(yù)先求得關(guān)于測(cè)定對(duì)象的土壤的輸出信號(hào)值與體積含水率的關(guān)系(校正值)；和(3)從在上述工序(2)求得的體積含水率，根據(jù)在上述工序(1)制成的水分保持曲線，求得土壤pF值。
另外，對(duì)于浮石等的多孔質(zhì)粗大顆粒的土壤，通過下列程序測(cè)定土壤pF值(1)粉碎測(cè)定對(duì)象的粗顆粒土壤試料形成微顆粒試料，另外，將粗顆粒土壤試料與微顆粒試料混合起來形成混合土壤試料，準(zhǔn)備好同容量的粗顆粒土壤試料，微顆粒試料和混合土壤試料，測(cè)量它們的重量。其次，對(duì)于微顆粒試料和混合土壤試料，用加壓板法和沙柱法等方法，求得作為pF值與體積含水率的關(guān)系的水分保持曲線。其次，從得到的結(jié)果，用上述“減法處理”求得關(guān)于粗顆粒土壤的水分保持曲線；(2)對(duì)于土壤，用ADR法等那樣的電脈沖式土壤介電常數(shù)測(cè)定法，測(cè)量土壤中的輸出信號(hào)值(當(dāng)用ADR法時(shí)為輸出電壓)，從輸出電壓與體積含水率的關(guān)系，求得土壤體積含水率。此外，預(yù)先求得關(guān)于測(cè)定對(duì)象的土壤的輸出信號(hào)值與體積含水率的關(guān)系(校正值)；和(3)從在上述工序(2)求得的體積含水率，根據(jù)在上述工序(1)制成的水分保持曲線，求得土壤pF值。
按照本發(fā)明，通過用如上面說明的測(cè)定土壤水分量的方法求得pF值，用得到的pF值對(duì)澆水進(jìn)行控制，能夠在最佳條件下進(jìn)行作物的栽培。即，如上所述每隔一定時(shí)間測(cè)定土壤pF值，比較測(cè)定的pF值和作為目標(biāo)的pF值，能夠不離開作為作物栽培的最佳條件的pF1.7～2.7范圍那樣地對(duì)澆水或培養(yǎng)液的供給量進(jìn)行控制。這能夠用例如設(shè)定目標(biāo)pF為2.0，如果測(cè)得比它高的pF值則進(jìn)行澆水或供給培養(yǎng)液，如果測(cè)得比它低的pF值則停止?jié)菜蚬┙o培養(yǎng)液的方法進(jìn)行。
另外，本發(fā)明提供為了進(jìn)行這種澆水控制的裝置。即，本發(fā)明的其它樣態(tài)是營養(yǎng)液栽培裝置，提供以備有加入點(diǎn)滴式培養(yǎng)液的流動(dòng)裝置；具有培養(yǎng)液流路閥的點(diǎn)滴裝置的送出水量控制裝置；測(cè)定栽培土的體積含水率的體積含水率測(cè)定器；取入對(duì)于栽培土預(yù)先求得的pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行從由體積含水率測(cè)定器測(cè)定的栽培土的體積含水率換算成pF值的運(yùn)算處理，根據(jù)體積含水率測(cè)定器的輸出結(jié)果輸出栽培土的pF值信號(hào)的運(yùn)算裝置；和根據(jù)從該運(yùn)算裝置輸出的pF值信號(hào)對(duì)向點(diǎn)滴裝置的送出水量進(jìn)行控制的點(diǎn)滴裝置控制裝置為特征的營養(yǎng)液栽培裝置。進(jìn)一步，本發(fā)明的其它優(yōu)先樣態(tài)是營養(yǎng)液栽培裝置，提供以備有加入點(diǎn)滴式培養(yǎng)液的流動(dòng)裝置；具有培養(yǎng)液流路閥的點(diǎn)滴裝置的送出水量控制裝置；具有插入栽培土的探頭的ADR計(jì)；取入對(duì)于栽培土預(yù)先求得的pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系和ADR計(jì)的輸出電壓與體積含水率的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行從ADR計(jì)的輸出電壓換算成栽培土的體積含水率和從栽培土的體積含水率換算成pF值的運(yùn)算處理，根據(jù)ADR計(jì)的輸出電壓輸出栽培土的pF值信號(hào)的運(yùn)算裝置；和根據(jù)從該運(yùn)算裝置輸出的pF值信號(hào)對(duì)向點(diǎn)滴裝置的送出水量進(jìn)行控制的點(diǎn)滴裝置控制裝置為特征的營養(yǎng)液栽培裝置。
即，作為用于實(shí)施進(jìn)行上述那樣的澆水控制的方法的裝置，是備有加入點(diǎn)滴式培養(yǎng)液的流動(dòng)裝置，具有插入栽培土的探頭的ADR計(jì)，和根據(jù)該ADR計(jì)的輸出電壓對(duì)向點(diǎn)滴裝置的送出水量進(jìn)行控制的控制裝置那樣地構(gòu)成的，通過構(gòu)成固形栽培土耕作式營養(yǎng)液栽培裝置，能夠構(gòu)成根據(jù)定時(shí)器每隔一定時(shí)間追隨ADR計(jì)的輸出電壓的固形栽培土耕作式營養(yǎng)液栽培裝置。此外，通過追隨ADR計(jì)的輸出電壓，對(duì)向點(diǎn)滴裝置的送出水量進(jìn)行控制，最好將對(duì)于作為對(duì)象的栽培土預(yù)先求得的pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系和ADR計(jì)的輸出電壓與體積含水率的相關(guān)關(guān)系預(yù)先取入運(yùn)算裝置中，用運(yùn)算裝置進(jìn)行從由ADR計(jì)的輸出電壓到栽培土的體積含水率的換算和從栽培土的體積含水率到pF值的換算的運(yùn)算處理，根據(jù)ADR計(jì)的輸出電壓輸出栽培土的pF值信號(hào)那樣地進(jìn)行構(gòu)成，通過設(shè)置根據(jù)這個(gè)輸出的pF值信號(hào)對(duì)向點(diǎn)滴裝置的送出水量進(jìn)行控制的點(diǎn)滴裝置控制裝置能夠進(jìn)行控制。關(guān)于根據(jù)pF值的測(cè)定值調(diào)整培養(yǎng)液流路閥的開閉度的周期，與以何等程度的嚴(yán)密性進(jìn)行控制有關(guān)，也隨著栽培作物的種類等的不同而不同，但是一般地，每隔10分鐘～2小時(shí)，最好每隔10分鐘～30分鐘，根據(jù)pF值測(cè)定值對(duì)澆水或培養(yǎng)液的供給進(jìn)行控制。
此外，在上述測(cè)定中，作為求體積含水率的方法使用ADR法，但是如上所述也可以用作為能夠根據(jù)介電常數(shù)測(cè)定體積含水率的測(cè)量?jī)x器的TDR計(jì)，F(xiàn)DR計(jì)等的其它測(cè)量?jī)x器。另外，測(cè)定土壤體積含水率的方法，雖然不是根據(jù)介電常數(shù)的測(cè)量方法，但是如果是能夠在圃場(chǎng)直接測(cè)定土壤體積含水率的方法，則能夠用于本發(fā)明中。
能夠用本發(fā)明的方法測(cè)定pF值的土壤如果是上述的所屬的土壤就很好，又作為多孔質(zhì)的栽培土可以舉出浮石，木碳等，作為浮石即便對(duì)于火山灰與沙子的沉積物浮石栽培土也能夠高精度地進(jìn)行測(cè)定。
此外，關(guān)于這里的“火山灰與沙子的沉積物浮石”，例如在上述的“土的環(huán)境圈”，30～32頁中進(jìn)行了定義和說明。如果根據(jù)該定義和說明，則所謂“火山灰與沙子的沉積物”就是“更新代后期的大規(guī)模的從卡魯泰拉(カルデラ)火山噴出的火碎浮石流堆積物的非溶結(jié)部分或它的二次堆積物”的總稱，在我國，九州南部的人對(duì)此有很好的了解。另外，除此之外，在屈斜路湖，十勝岳，支笏湖，洞爺湖，十和田湖，阿蘇山等的火山周圍分布著同樣的，但是在國土廳的土地分類基本調(diào)查等的表層地質(zhì)圖中作為浮石流堆積物作出了圖示。
作為能夠用與本發(fā)明有關(guān)的栽培方法進(jìn)行營養(yǎng)液栽培的作物的例子，能夠舉出果菜類，例如，西紅柿，小型西紅柿，黃瓜，茄子，柿子椒，紅辣椒，波菜，秋葵，四季豆，碗豆，苦瓜，絲瓜，西瓜，甜瓜等；葉菜類，例如，色拉菜，菠菜，油菜，穰荷，葉萵苣，鴨兒芹，小型芹菜，蒿子菜，紅蘿葡等；果實(shí)類，例如，波羅，木瓜，草等，花卉類，例如，香石竹，菊花，薔薇，仙人掌，蘭花，蝴蝶花等。
具體實(shí)施例方式
下面我們用實(shí)施例具體說明本發(fā)明。但是本發(fā)明不僅僅限定于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1(用ADR法測(cè)定體積含水率)用粒徑在1～5.6mm范圍內(nèi)的鹿兒島縣出產(chǎn)的火山灰與沙子的沉積物浮石栽培土，通過改變它的含水狀態(tài)用ADR法進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量它的輸出電壓，調(diào)查輸出電壓與浮石栽培土的體積含水率的關(guān)系。將這個(gè)關(guān)系在橫軸為ADR計(jì)的輸出電壓，縱軸為體積含水率的圖中畫出曲線時(shí)，得到如圖2所示的曲線圖。
實(shí)施例2(從體積含水率算出pF值)1.試料的調(diào)制分別準(zhǔn)備好粒徑在1～5.6mm范圍內(nèi)的鹿兒島縣出產(chǎn)的火山灰與沙子的沉積物浮石試料，和通過粉碎上述浮石得到的粒徑大致在50～200μm范圍內(nèi)的浮石微顆粒試料。分別稱出100ml的浮石試料和浮石微顆粒試料。對(duì)此，浮石試料的重量為53g，浮石微顆粒試料的重量為79.4g。其次，將浮石試料和浮石微顆粒試料大致等重量地混合起來，調(diào)制成混合土壤試料。100ml的混合土壤試料的重量為72.5g，細(xì)分起來，浮石試料為35.2g，浮石微顆粒試料為37.3g。
2.測(cè)定混合土壤試料等的pF值和體積含水率對(duì)于混合土壤試料，用加壓板法測(cè)定與種種pF值對(duì)應(yīng)的體積含水率。另外，即便對(duì)于浮石微顆粒試料，也同樣用加壓板法測(cè)定與種種pF值對(duì)應(yīng)的體積含水率。也通過改變各試料的含水狀態(tài)多次進(jìn)行這些測(cè)定。此外，用加壓板法測(cè)定pF值是因?yàn)槟軌蛴眉訅喊宸y(cè)定的pF值的范圍很好地進(jìn)入實(shí)際上適宜的栽培條件的pF值的范圍。
3.算出混合土壤試料中的浮石成分的含水量根據(jù)測(cè)定結(jié)果，如表1所示，混合試料M的體積含水率為44.8(v/v％)時(shí)，pF值為1.6。另外，在這個(gè)pF值，浮石微顆粒試料P的體積含水率為53.3(v/v％)。
通過從這個(gè)混合試料M的含水量(g)減去混合試料中的浮石微顆粒部分的含水量，求得混合試料中的浮石部分的含水量，從而算出浮石試料的體積含水率。
我們看到從它的體積含水率[A2]得到100ml的混合試料M的含水量[A3]為4.8g。其中，100ml的混合試料中浮石微顆粒成分(37.3g)保持的含水量[A4]計(jì)算得到為[53.3×(37.3/79.4)]＝25.1g。
這樣一來，混合試料M中浮石成分保持的含水量[A5]為([A3]-[A4])＝(44.8-25.1)＝19.7g。
因?yàn)檫@是35.2g的浮石試料保持的含水量，所以當(dāng)將它換算成全部用浮石充滿100ml容積的情形時(shí)(浮石重量為53g)，得到[19.7×(53/35.2)]＝29.7g。
因?yàn)楹渴侨莘e100ml的浮石試料包含的含水量，所以這個(gè)浮石試料的體積含水率成為29.7(v/v％)。因此，可以認(rèn)為這個(gè)浮石試料在pF1.6時(shí)具有29.7(v/v％)的體積含水率。
對(duì)于數(shù)個(gè)pF值進(jìn)行同樣的作業(yè)，求得pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系。得到的結(jié)果如表1所示。在表1中，關(guān)于上述試料，表示出pF1.6；1.8；2；2.2；2.5和2.7的結(jié)果，但是關(guān)于浮石微顆粒試料和混合土壤試料，在pF0.4～2.8的范圍內(nèi)分別測(cè)定得到的結(jié)果在圖4(a)和(b)中用曲線表示出來。從這個(gè)結(jié)果算出的浮石試料的水分保持曲線的曲線圖如圖4(c)所示。
當(dāng)我們觀察圖4(c)的曲線所示的浮石試料的pF值與體積含水率的關(guān)系時(shí)，在本實(shí)施例的情況下，在pF值1.6～2.0之間因?yàn)榍€是平的所以不能充分使用，但是我們認(rèn)為在pF值2.0～2.7之間pF值與體積含水率之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，能夠根據(jù)該關(guān)系對(duì)栽培土的澆水進(jìn)行控制。
用在實(shí)施例2中得到的水分保持曲線，對(duì)在實(shí)施例1中得到的用ADR法求得的體積含水率的值進(jìn)行換算，能夠容易地算出這個(gè)栽培土的pF值。
表1

實(shí)施例3(用ADR法對(duì)澆水進(jìn)行控制)用粒徑在1～5.6mm范圍內(nèi)的鹿兒島縣出產(chǎn)的火山灰與沙子的沉積物浮石栽培土，進(jìn)行色拉菜的栽培。作為培養(yǎng)液用園藝試驗(yàn)所標(biāo)準(zhǔn)處方的培養(yǎng)液(簡(jiǎn)稱為“圓試處方”，成分濃度N16meq/l(以下同)，P4，K8，Ca8，Mg4)。首先，將1粒色拉菜的種子播種在帶有洞穴的托盤中，進(jìn)行育苗。育苗21日后以栽培密度42株/m2定植于用于葉菜的栽培苗床中。栽培面積為4m2。澆水與育苗，定植栽培一起都是通過圖6所示的自動(dòng)控制進(jìn)行的。即，用ADR傳感器測(cè)定栽培土的介電常數(shù)，用輸入了在上述實(shí)施例1和2中得到的相關(guān)關(guān)系的運(yùn)算·控制裝置根據(jù)從介電常數(shù)測(cè)定值換算而來的pF值，進(jìn)行澆水控制。具體地說，實(shí)施將設(shè)定的pF值定在2.0，如果測(cè)定的pF值在這個(gè)值之上，則用運(yùn)算·控制裝置操作電源盤使泵和電磁閥工作進(jìn)行澆水，如果測(cè)定的pF值達(dá)到2.0，則停止?jié)菜菢拥淖詣?dòng)澆水控制，定植35日后進(jìn)行收獲，收獲量為3203g/m2。另外，從定植到收獲的培養(yǎng)液的使用量為84.6l/m2。
比較例1(用定時(shí)器進(jìn)行澆水控制)在與實(shí)施例3相同的方法中，與實(shí)施例3的試驗(yàn)并行地進(jìn)行色拉菜的栽培。但是，澆水是按照定時(shí)器上午9時(shí)和下午3時(shí)進(jìn)行2次，這2次澆水都一直繼續(xù)到從栽培床排出剩余的培養(yǎng)液為止。收獲量為2694g/m2。從定植到收獲的培養(yǎng)液的使用量為148.6l/m2。另外，我們看到接近收獲時(shí)在栽培床的表面發(fā)生苔蘚樣的東西。這表示供給了比實(shí)際生育所必需的量更多的培養(yǎng)液。
比較實(shí)施例3和比較例1，如果用與本發(fā)明有關(guān)的澆水控制方法的栽培方法，則與已有的用定時(shí)器的澆水控制方法比較，能夠用更少的培養(yǎng)液量得到更高的收獲量。即，如果用本發(fā)明的方法，則因?yàn)榭梢怨┙o并正確地控制實(shí)際必需的培養(yǎng)液量，所以能夠防止成為排除液的多余的供給。
如果根據(jù)本發(fā)明，則能夠不用已有的典西歐米塔簡(jiǎn)單地測(cè)定土壤栽培土的pF值。因?yàn)檫@種測(cè)定能夠用簡(jiǎn)單的ADR法等進(jìn)行，所以裝置簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，得到的數(shù)據(jù)具有再現(xiàn)性，在一般圃場(chǎng)中都能夠簡(jiǎn)單地進(jìn)行測(cè)定。另外，關(guān)于顆粒粗的浮石等的固形栽培土耕作的栽培土等，用已有的加壓板法等不能夠正確地測(cè)定pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系(水分保持曲線)，但是在本發(fā)明的優(yōu)先樣態(tài)中，即將對(duì)于粗顆粒土壤試料也可以用加壓板法等求得正確的水分保持曲線，即便對(duì)于這種土壤也能夠簡(jiǎn)單地測(cè)定它的pF值。因此，不管土質(zhì)如何能夠容易地管理廣泛的土壤，進(jìn)行防止土壤干燥的作業(yè)和進(jìn)行澆水作業(yè)。
進(jìn)一步，在固形栽培土耕作中，因?yàn)槟軌蚋鶕?jù)pF值對(duì)培養(yǎng)液的供給等進(jìn)行控制，實(shí)施與栽培作物的成長(zhǎng)相符合的培養(yǎng)液供給，所以也能增加栽培作物的收獲量。另外，因?yàn)槟軌蜃詣?dòng)地測(cè)定pF值，所以容易進(jìn)行控制，不需要人手，能夠節(jié)省勞動(dòng)力。
因此，如果根據(jù)本發(fā)明，則因?yàn)槟軌蚬?jié)省能量，節(jié)省資源，節(jié)省勞動(dòng)力，所以對(duì)于環(huán)境資源是非常有效的。另外，能夠?qū)⒃耘嘈枰乃繙p少到最小限度，也能夠最大限度地利用肥料，所以極大地減少了由于不能被吸收而排出的肥料量，能夠消除由于排水引起的水域富營養(yǎng)化，藻類大量繁殖等問題。特別是，在用現(xiàn)在正在廣泛使用的栽培土的點(diǎn)滴流方式的栽培方法中，使用過的栽培土作為產(chǎn)業(yè)廢棄物引起極其重大的問題，進(jìn)一步由于培養(yǎng)液的剩余供給引起的排液?jiǎn)栴}也令人注目，但是通過用浮石栽培土并且用與本發(fā)明有關(guān)的澆水控制方法，能夠一舉解決這兩方面的問題，從資源保護(hù)和環(huán)境保護(hù)兩方面來說也都能夠收到很大的效果。
權(quán)利要求
1.一種營養(yǎng)液栽培裝置，其特征是具有加入點(diǎn)滴式培養(yǎng)液的流動(dòng)裝置；具有培養(yǎng)液流路閥的點(diǎn)滴裝置的送出水量控制裝置；測(cè)定栽培土的體積含水率的體積含水率測(cè)定器；取入對(duì)于栽培土預(yù)先求得的pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行從由體積含水率測(cè)定器測(cè)定的栽培土的體積含水率換算成pF值的運(yùn)算處理，根據(jù)體積含水率的輸出結(jié)果輸出栽培土的pF值信號(hào)的運(yùn)算裝置；和根據(jù)從該運(yùn)算裝置輸出的pF值信號(hào)對(duì)向點(diǎn)滴裝置的送出水量進(jìn)行控制的點(diǎn)滴裝置控制裝置。
2.一種營養(yǎng)液栽培裝置，其特征是具有加入點(diǎn)滴式培養(yǎng)液的流動(dòng)裝置；具有培養(yǎng)液流路閥的點(diǎn)滴裝置的送出水量控制裝置；從具有插入栽培土的探頭的ADR計(jì)，TDR計(jì)和FDR計(jì)選出的傳感器；取入對(duì)于栽培土預(yù)先求得的pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系和傳感器的輸出信號(hào)值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行從傳感器的輸出信號(hào)值到栽培土的體積含水率的換算和從栽培土的體積含水率到pF值的換算的運(yùn)算處理，根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)值輸出栽培土的pF值信號(hào)的運(yùn)算裝置；和根據(jù)從該運(yùn)算裝置輸出的pF值信號(hào)對(duì)向點(diǎn)滴裝置的送出水量進(jìn)行控制的點(diǎn)滴裝置控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供測(cè)定在土壤中進(jìn)行栽培時(shí)可以根據(jù)pF值進(jìn)行澆水控制的土壤水分量的方法和裝置，在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)pF值進(jìn)行澆水控制的澆水控制方法和裝置。為了達(dá)到這種目的，本發(fā)明是測(cè)定土壤pF值(土壤水分張力)的方法，它涉及以(a)對(duì)于測(cè)定對(duì)象的土壤預(yù)先求得pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系；(b)測(cè)定土壤體積含水率；和(c)根據(jù)在上述工序(a)中得到的pF值與體積含水率的相關(guān)關(guān)系，將在上述工序(b)中測(cè)定的土壤體積含水率的值換算成土壤pF值為特征的土壤pF值的測(cè)定方法，和根據(jù)這種pF值的測(cè)定對(duì)土壤的澆水進(jìn)行控制的方法和裝置。
文檔編號(hào)A01G25/16GK1690699SQ200510065110
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2000年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者黑田哲生, 大塚秀光, 神谷一郎, 楢崎祐三 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所