植物の利用可能な水をモデル化する方法
世界的に有名な土壌物理学者であるゲイロン・キャンベル博士が、土壌水プロセスの簡単なモデルについてご紹介します。
適切な灌漑管理には、いつ水を流し、いつ止めるかという2つの問いへの答えが必要です。これらの問いに正しく答えることは、現代のブドウ園管理者にとって真剣な課題です。適切な知識と適切なツールがあれば、灌漑を管理することでブドウの成長を制御し、結実を最大限に高め、果実の品質を調整することができます。ジャガイモやテンサイなどの一年生作物の水管理では、作物が水不足でストレスを受けないように灌漑を行う必要があります。しかし、ブドウの栽培はより複雑です。開花期にはストレスを避ける必要がありますが、後に同化作用とブドウの成長を制御するためにストレスをかけることが必要とされる時期が来ます。樹冠の大きさや形、そして果実の品質を左右するさまざまな要因は、このストレスレベルをいかに維持するかにかかっているのです。しかし、水供給と蒸発需要が大きく変動する中で、どのようにそれを実現できるのでしょうか。
生産者は、いつ水を与えるかを決定するために様々な方法を用いています。その中には、植物の状態をモニタリングする方法もあります。ストレスは、気孔コンダクタンスの低下(葉温の上昇につながる)や葉の水ポテンシャルの負の増加によるシュートの伸長速度と葉の展開速度の変化によって示されます。また、土壌水分の測定から推測することもできます。いつ水を止めるのか(または作物がどれだけの水の量を必要としているのか)を判断する際に生産者がよく用いるのが、蒸発需要の推定値です。
蒸発需要は通常、作物係数Kc と潜在蒸発散量 PET の積として計算される。PETの値は、地元の気象観測ステーションから入手可能である(有料の場合もある)。光遮断、風速、蒸気圧不足、利用可能水量、気温はすべてKcに影響を与えうるが、これらのうち最も重要なのは作物による光遮断である。最近の研究によれば、作物係数の変動の85%以上は光遮断の変動が占めている(L.E. Williams, 2001; Johnson, 2000)。蒸発にはエネルギーが必要で、そのエネルギーは太陽からもたらされるのだから、これは理にかなっている。
もう少し明確に言うと、蒸発散量とは、畑から蒸発によって失われる水の総量です。蒸発散量は、蒸発(土壌からの損失)と蒸散(作物または植物からの損失)で構成されます。近似値として、PET のうち蒸散する分は、入射する太陽放射のうち作物によって遮断される分に等しくなります。土壌が湿っている場合、遮断されない分はすべて蒸発しますが、土壌が乾燥している場合、土壌からの蒸発は潜在的な蒸発速度よりもはるかに小さくなります。土壌表面が湿っている場合、Kc は約 1.0 ですが、土壌表面が乾燥していて樹冠がまばらな場合、Kc は 1 よりもはるかに小さくなることがあります。したがって、Kc の値は、点滴灌漑または頭上灌漑のどちらが使用されているか、および灌漑の頻度によって異なりますが、主に作物の樹冠による放射の遮断によって決まります。
遮蔽を測定する方法はいくつかあります。Williams(2001)は、真昼の樹冠下の日陰面積を写真で測定し、これらの値とKcの相関関係を作成しました。これらの真昼の値は、終日の遮蔽量に正比例します(操作マニュアルを参照)。 ACCUPAR LP-80を参照)。他には、樹冠の上下で光を測定する方法があります。
ACCUPAR は、植物キャノピーの光を測定する装置です。波長0.4~0.7マイクロメートルの光合成活性放射(PAR)を測定します。長さ80cmのプローブ内の80個のセンサーが平均化されるため、樹冠下の非常に変動しやすい光レベルが簡単かつ迅速に平均化されます。インターセプションは1 - tとして計算され、ここでt(透過率)は、樹冠下の1つ以上の測定値と樹冠上の1つ以上の測定値の比となります。
ACCUPAR 、Williams (2001)の相関を用いてブドウ園の作柄係数を計算する手順は以下の通りです。
まとめとして、最初に考えた質問に戻りましょう。いつ水を出し、いつ止めるかです。管理者は、ブドウの成長速度、葉の水ポテンシャル、または気孔コンダクタンスを監視して、灌漑を開始するタイミングを決定します。いつ水を止めるべきかは、灌水量、土壌の貯水容量、そしてブドウの水分利用率を把握することで決定します。利用率は、PET(地域の気象データから算出)に作物係数を乗じたものです。作物係数は、ACCUPARで測定される日射量に正比例します。
当社の科学者には、研究者や生産者が土壌-植物-大気の連続体を測定するのを何十年も支援してきた経験があります。
Johnson, R. S., J. Ayars, T. Trout, R. Mead, and C. Phene.「桃の成木の作物係数は、真昼の樹冠遮光とよく相関している。Acta horticulturae(2000).(記事リンク)
Williams, Larry E. "カリフォルニアにおけるワイン用ブドウの灌漑".Practical Winery & Vineyard23 (2001):42-55.
Williams, L. E., and J. E. Ayars."ブドウの水使用量と作物係数は、キャノピー下で測定した日陰面積の一次関数である".Agricultural and Forest Meteorology132, no.3 (2005):201-211.(記事リンク)
キャノピーの測定の詳細leaf area index 、キャノピーの測定について必要な情報をすべて入手できます。
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研究者は、作物の収量を大幅に向上させるキャノピー構造の改良を行うために、さまざまな植物がPARを遮断し利用する能力に関する情報を利用することができます。
センサー表面の相対湿度(RHs)が90%以上のときは常に、塗装された葉濡れセンサーによって偽陽性が登録されます。

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