| 研究課題/領域番号 |
21K05827
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分41030:地域環境工学および農村計画学関連
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
坂井 勝 三重大学, 生物資源学研究科, 准教授 (70608934)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 地表面温度 / 不飽和透水係数 / 土壌水分・熱移動 / 数値シミュレーション / UAV / サーモグラフィ / 土壌水分量 / 放射温度計 / 空間分布 / 土壌面温度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大規模化された農地において，多収阻害要因である乾燥害を避けるために最適な灌漑・施肥計画を行うには，根圏の土壌水分量を面的に把握する必要がある．本研究では，赤外放射温度計を搭載したUAVによる畑地の地表面温度の観測によって，土壌乾燥による蒸発潜熱の低下を面的に評価する．そして，土壌水分・熱移動の数値シミュレーションを組み合わせ，根圏の土壌水分量分布を予測する手法を構築する．
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| 研究実績の概要 |
大規模化された農地において，多収阻害要因である乾燥害を避けるために最適な灌漑・施肥計画を行うには，根圏の土壌水分量の空間分布に把握する必要がある。本研究の目的は，サーモグラフィーを搭載したUAVを用いて畑地の地表面温度を面的に観測し，土壌水分・熱移動の数値シミュレーションを組み合わせ，根圏の土壌水分量の空間分布を予測する手法を構築することである。
令和４年度は昨年度に引き続き，三重大学附属農場内のダイズ栽培圃場において現場観測を行った．圃場内の各深度，各水平位置に土壌水分・地温・ECセンサーを設置し，20 m×20 mの圃場における土壌水分量の空間分布の観測を行った。圃場内に設けた裸地区画において，赤外放射温度計を用いた土壌面温度の連続測定を行った。また，同様に赤外放射温度計を用いてダイズの群落温度の連続測定を行った。
一方，UAVでは空間的な観測ができるが，設置型の放射温度計の様に時間的な連続データを得ることはできず，観測データは多くても一日数点程度に限られる。そこで，観測数が限られた温度データの透水係数推定への有効性について，数値実験で評価した。晴天時の気象データを反映した地表面熱収支式とHYDRUS-1Dを用いて，裸地の土中水分・熱移動の順解析を行った。そして，順解析で得られた地表面温度を目的関数とし，逆解析で不飽和透水係数に影響を与えるパラメータの推定を行った。その結果，減率蒸発段階の1回の観測でも，透水係数推定が可能であることが示唆された。さらに可能蒸発段階の地表面温度1点を目的関数に加えることで，透水係数の推定値は全圧力領域で真値とほぼ一致したことから，土壌が湿潤な日と乾燥した日で地表面温度の観測をすることで，広い圧力範囲の透水係数を推定できる可能性が示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究課題の進捗状況としては，おおむね順調に進展していると言える。本研究の最終的な目的は，サーモグラフィー登載UAVによる畑地の地表面温度観測と，土壌水分・熱移動の数値シミュレーションを組合せ，畑地の土壌水分量の空間分布を予測することである。その中で，研究対象圃場の土壌水分量の空間分布を土壌水分センサーを用いて実測し把握することができた。一方で，2022年度は降雨が定期的に生じたため，2021年度の様な極端な土壌乾燥期間は少なく，UAVによる地表面温度のデータ蓄積としては不十分であった。
一方で観測データに適合するための，群落熱収支モデルと土中水分・熱移動予測プログラムHYDRUS-1Dを連結したモデルと，逆解析プログラムPESTの連結は完了した。そして，数値実験により，不飽和透水係数推定に対するUAVでの最適な地表面温度観測のタイミングを明らかにすることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度は引き続き，圃場での土壌水分・地温観測，およびUAVによる地表面温度および群落温度の観測を続ける。特に数値実験で得られた知見をもとに，土壌が湿潤な日と乾燥した日で地表面温度の観測を行う。
令和3年度と4年度に観測済みのデータも含め，観測した地表面温度・群落温度に対し，群落熱収支モデルと土中水分・熱移動予測プログラムHYDRUS-1Dを連結したモデルを適合することで，不飽和透水係数やストレス応答関数の推定を行う。
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