2020 Fiscal Year Annual Research Report
Proposal of precision irrigation information by water dynamics analysis with spatial heterogeneity of leaf and soil
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20H03099
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中村 公人 京都大学, 農学研究科, 教授 (30293921)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中桐 貴生 大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (80301430)
辻本 久美子 岡山大学, 環境生命科学研究科, 助教 (80557702)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 畑地灌漑 / 土壌水分動態解析 / リモートセンシング / 精密農業 / ミカン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
和歌山県有田市の果樹園における土壌水分量の経時観測を継続した．新たに整備した２機のドローン（熱赤外線カメラ搭載型，マルチスペクトルカメラ搭載型）により，果樹園上空から撮影を行った．画像の内，ミカン樹の葉の領域を円形マスクを利用して抽出し，５つの波長域のデータから計算される正規化植生指数を含む10個の指標の空間分布を解析した．撮影は，30m，70m，120mの高度で行い，最適撮影高度を検討した．その結果，画素値が大きくなる120mが多くの情報が読み取れることがわかった．また，有用な指標の選択には至らなかったが，画像の中央部と周辺部の取り扱い方に再検討が必要であることがわかった．
今後の多点での葉の固定撮影と土壌水分量計測システムの構築のために，ラズベリーパイと無線LANを利用して，マルチスペクトル撮影および土壌水分の多点（現バージョンでは1システムあたり32箇所）計測を自動で行えるシステムを開発した．また，葉の水ポテンシャルとデジタル画像撮影による可視光情報の関係性を調査した．その結果，可視光情報のみからでも，葉の水ポテンシャルがある程度推定できることが明らかになった．さらに，樹体の経時的な定点撮影によってしおれのような形状変化の抽出ができるのではないかと考え，PythonおよびOpenCVを利用して，ミカン樹のデジタル写真画像から，色の変化だけでなく，形状の変化も解析できるプログラム作成を行った．
土壌水分移動解析については，蒸発散量の推定にはペンマン式とペンマン・モンティース式を用いたリチャーズ式による１次元解析を模擬的に行った．また，白色の透湿性マルチを設置している領域における放射収支環境を計測し，その特性を整理した．また，マルチ設置下での２次元の土壌水分移動解析の適用可能性を検討するためダイズ圃場を例に計算を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍のために現地果樹園に頻繁に調査に赴くことができず，とくに採取を伴う葉の水ポテンシャルの現地測定を行うことができなかった．また，ドローンによる撮影回数も限られた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に構築をした多点計測システムを複数台設置し，経時的なインターバル撮影を行う．また，灌水情報が必要となる6～11 月にかけて，定期的にマルチスペクトルカメラと表面温度カメラを搭載したドローンを航行させ撮影を行うとともに，複数地点の葉の水ポテンシャルを圧力チャンバー法によって測定する．
葉の遠隔観測情報と葉の水ポテンシャルの測定値から，葉の水ポテンシャルを推定する手法を開発する．各種波長の反射特性のさまざまな組合せから得られる指標と葉の水ポテンシャルの関係性を検討する．また，葉の水ポテンシャルによる葉の形状変化にも着目し，推定精度の向上の可能性を検討する．どの時間帯の遠隔情報が有効かについても明らかにしていく．
固定地点での土壌情報（深度別土壌水分量，土壌の水ポテンシャル，地温），植物体生理情報（葉の水ポテンシャル，NDVI，葉温，品質，気象情報（気温，湿度，日射量，風速）を経時観測し，これらのデータに基づいて，植物による吸水過程を考慮した土壌・植物・大気系の水分移動解析モデルを構築する．ここで，葉の水ポテンシャルと大気の水ポテンシャルを考慮した水移動を組み込み，土壌水分状態が再現できるようにする．
将来的なデータ同化から得られる土壌水分特性の空間的不均質性や計算される土壌水分量の妥当性を確認するために，園地内の高度や傾斜が異なる複数地点の根群域の土壌物理性を測定する．
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