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植物の利用可能な水：圃場容量と永久萎凋点はどのように決定するのか？

Plant available water: How do I determine field capacity and permanent wilting point?

土壌水分センサーと水位センサーが連動し水やりの開始と停止のタイミングを正確に示します。

植物が利用可能な水分とは、土壌または培地の圃場容量と永久萎凋点との間の含水量の差である。土壌が永久萎凋点まで乾燥すると、ほとんどの作物は収量が減少する。

土壌水分センサーが作物の収量を最大化

作物の収量を最大化するためには、土壌含水量を圃場容積と永久萎凋点の間のどこかに維持する必要がある。土壌の種類に関する基本的な知識があれば、圃場容積と永久萎凋点は、原位置土壌水分センサーによる測定値から推定することができる。継続的な土壌水分量データは、作物収量と水利用効率を高めるための灌漑管理決定の指針となる。

圃場容量は飽和状態とは異なる

圃場容積とは、降雨または灌漑の2～3日後に、残りの水分が重力による下向きの力によって除去されたときの土壌の含水量である。これは、土壌層から除去された水が、植物や蒸発を通じず、重力によってのみ除去されることを前提としている。このため、圃場容量の推定は、一般に生育期前に行われる。アメリカや他のいくつかの国では、土壌の水ポテンシャルが-33 kPaのとき、土壌は圃場容積に達しているとみなされる。

圃場容量は飽和状態とは異なる。土壌が飽和している場合、土壌粒子間の隙間はすべて水で満たされている。土壌が圃場容積に達している場合、土壌粒子間の隙間は空気と水の両方を含んでいる。土壌の構造と質感は、土壌にどれだけの水を保持できるかを決定する。たとえば砂は、大きな粒の表面積があまりないため、多くの水を保持することができない。そのため、砂質土壌の圃場容積は、体積含水率で10％程度になることもある。一方、粘土粒子は、しばしばディナープレートを逆さまにしたような形をしており、互いにランダムに積み重なり、大きな表面積を作り出している。粘土質土壌の大きな表面積と構造により、圃場容積は体積含水率40％を超えることもある。

永久的な萎凋点にある土壌は、必ずしも "乾燥 "しているわけではない

植物の永続的な萎凋は、土壌中の体積含水率が低すぎて、植物の根が水を抽出できない場合に起こる。圃場容積における土壌中の水分の約半分は、植物が利用できないほど堅く保持されている。土壌中の水ポテンシャルが-1.5 MPa以下であるとき、土壌は永久萎凋点にあると考えられるので、永久萎凋点とは、水ポテンシャルが-1.5 MPaのときの土壌の含水量のことである。

永久萎凋点にある土壌は、必ずしも「乾いている」わけではない。土壌の含水量が永久萎凋点を下回る場合、土壌中に水はまだ存在するが、植物の根はその水にアクセスすることができない。

Photograph of TEROS 21 field water potential sensor — TEROS 21圃場水ポテンシャルセンサーは、圃場の土壌の水ポテンシャルを測定することができます。

圃場容量と永久萎凋点の推定が容易に

圃場容積と永久枯凋点については、作業する土壌の土質を知るだけで、かなり正確に推定することができる。土壌のテクスチャーを調べる方法がわからない場合は、このビデオをご覧ください。

また、METER土壌水分センサーを使用して、圃場で圃場容積の値を決定することもできる。以下の方法は、Methods of Soil Analysis, Vol.4 Methodology（Daneand Topp, 2002）から大まかに引用したものである。

この推定では、水は重力による排水によってのみ土壌プロファイルから除去されるという前提があるため、これらの試験は生育期前に行うのが最適である。

生育期が始まる前に、圃場の代表的な場所に、植物が利用可能な水分を測定するのに関心のある土壌深度に、METER土壌水分センサーを設置する。生育初期と中期の根域、および根域の下をカバーする少なくとも3つの深さを推奨する。

灌漑直後や降雨直後に土壌水分をモニタリングする。ほとんどの土壌では、3日後には含水比が大きく変化しなくなり、残りの含水比（蒸発や蒸散がないと仮定した場合）が圃場容量であると考えられる。よりきめの細かい土壌では、含水比が大きく変化しなくなるまで4～10日待つ必要がある場合もある。

A researcher hold a TEROS 12 soil moisture sensor — METERTEROS 12 土壌水分センサー。

植物が利用可能な水分：土壌水分データがプロセスを簡素化

例1

図1では、ブドウ園のシルトロームの0.5mと1mに土壌水分センサーを設置している。11/13と11/17の2回、大きな降水があり、両方の深さで水分が増加した。11/17の2回目の降水後、土壌水分が減少し、最終的に平坦になるのがわかる。11月25日頃になると、含水量は急激に変化しなくなり、重力による土壌層からの水分の除去が遅くなったことを示唆している。この場所は冬なので、蒸発散は最小限であると考えられる。

A graph showing Vineyard soil water contents at 0.5 m and 1 m before and after two rain events — **図1.**2回の降雨前後の0.5m（青）と1m（赤）におけるブドウ畑の土壌水分量。乾燥曲線から、0.5 mの圃場容量は0.25 m3/^m3、1 mの圃場容量は0.20^m3/m3であると結論づけられる。

結論として、0.5m地点の圃場容量は0.25m3^/m3、1m地点の圃場容量は0.20^m3/m3である。

例2

図2では、果樹園の深さ15cm、30cm、45cm、90cmの砂地に土壌水分センサーを設置している。7月28日に2つの大きな降水があり、土壌全体の含水量が増加した。ここでは深さ45cmのセンサー（黄色）に注目する。暴風雨による水分が45cmのセンサーに到達するのにほぼ丸1日かかった。つまり、ピークは7/28ではなく7/29から始まる。土壌の水分が急速に減少し、7/30から7/31の間、つまり大きな降水があった2～3日後にようやく平らになるのを見ることができる。7月は圃場容積を測定するのに最適な時期ではないので、蒸発散が最小限であるという仮定を立てることはできないが、春にこのようなテストをするのを忘れることがよくあるので、これは現実的な例である。

A graph of soil water content at four depths (15, 30, 45, and 90 cm) in an orange grove with loamy sand soils — **図2.**ローム質砂質土壌のオレンジ園における4つの深さ（15、30、45、90cm）の土壌水分量。灌漑または降雨のイベントを赤で示している。45cmの圃場容量は10％VWCであると結論した。

45cmでのフィールドキャパシティは10％VWCと結論づけられる。

WP4C 、永久的な凋落点を決定する。

圃場能力は上記の作業から容易に推定できるが、永久枯凋点の推定はやや難しい。正確な推定には WP4Cのような特別な計測器が必要である。ほとんどの研究では、土壌の質感から永久萎凋点を推定するか、WP4C を用いて永久萎凋点を決定することを推奨する（方法を参照）。WP4C を利用できない場合は、METER土壌水分放出曲線構築サービスを利用して、土壌の圃場容積と永久萎凋点を測定することができます。