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土壌水分センサーがすべてを教えてくれない理由

Why soil moisture sensors can’t tell you everything you need to know

正確で安価な土壌水分センサーにより、土壌容積含水率（VWC）は当然のように一般的な測定法となっている、しかし、すべての用途に適した測定法とは限らない。

正確で安価な土壌水分センサーにより、土壌体積含水率（VWC）は正当な意味で一般的な測定法となっているが、すべての用途に適した測定法とは限らない。土壌中の水のエネルギー状態を測定する水ポテンシャル（または土壌吸引力）は、水の利用可能性、水が移動するかどうか、水がどこへ行くのかについて、より詳しく説明する。

集中的な変数は、サイズや状況によって変化しない

水ポテンシャルとは、試料から純粋な自由水の基準プールまで、限りなく少量の水を輸送するのに必要な、水の量あたりのエネルギーのことである。水ポテンシャルはしばしば温度と比較される。どちらも、物質やエネルギーの強度や質を表す「集中的」な変数と考えられている。例えば、物質の熱的状態は、熱量と温度の両方で記述することができる。温度は、人間の快適さの強度を定義する明らかな方法である。

特定の快適性における熱量は、広い部屋では高く、狭い部屋では低くなるため、熱量は快適性を定義しない。温度測定は、他の変数が方程式に入ることなく快適さを定義する。

水分量は水の動きを予測しない

熱量と同様、水分量も量である。広範な変数だ。サイズや状況によって変化する。次のパラドックスを考えてみよう：

体積含水率がかなり低い土壌でも、植物が利用できる水分は十分にあり、逆に含水率が高い土壌では、植物が利用できる水分はほとんどないこともある。
重力によって水は地表に引き込まれるが、水は水位から土壌に移動する。
平衡状態にある土壌の隣接する2つのパッチは、含水率が大きく異なることがある。

このようなケースをはじめ、多くの場合、含水量データは水の動きを予測するものではないため、混乱を招く。水ポテンシャルは水のエネルギー状態を測定するため、直感では理解できない水の動きを説明することができる。温度と同じように、水ポテンシャルも植物の快適レベルを定義する。水ポテンシャルがわかれば、どのような環境でも植物がよく育つか、ストレスを受けるかを予測することができる。

土壌物理学者であるコリン・キャンベル博士によるチョーク・トークで、インテンシブ変数とエクステンシブ変数について詳しく学ぶ。

水ポテンシャルは植物の快適レベルを定義する

土壌の種類が重要なので、水分量は植物の「快適さ」の指標にはならない。土、粘土、砂、鉢植え用土、その他の培地は、すべて水の保持力が異なる。例えば、含水率30％の砂を想像してみてください。砂は表面積が小さいため、植物の最適な生育には湿りすぎ、根への通気性が不足し、飽和状態に近い状態になります。同じ含水率30％のきめの細かい粘土を考えてみよう。粘土の表面が水を結合し、植物が利用しにくくなるため、粘土は湿っているように見えるだけで、植物にとって最適な「快適さ」をはるかに下回っているかもしれない。

A graph of moisture release curves for two different types of soil demonstrate the effect of surface area — **図1.**2種類の土壌の水分放出曲線は、表面積の効果を示している。10％の水分を含む砂は、マトリックポテンシャルが高く、生物および植物が容易に水分を利用できる。10％の水分を含むシルトロームは、マトリックポテンシャルがかなり低く、水分の利用可能性は著しく低い。

水ポテンシャルの測定は、植物が利用可能な水分を明確に示すもので、含水量とは異なり、植物の最適な水分は、非常に湿っている側の約-2～5kPaから、最適な水分の乾燥した側の約-100kPaまでという簡単な基準尺度がある。それ以下では植物は水分不足になり、-1000kPaを超えると苦しみ始める。植物によっては、-1000～-2000kPa以下の水ポテンシャルでは永久的な枯れを引き起こす。

表1は、いくつかの種類の作物について、簡単に参照できる目盛りを示したものである。植物は、この水ポテンシャルの快適な範囲内に保たれていれば、ストレスを受けず、収量も多くなる。

A graphic showing the optimal kPa ranges for several crops — **表 1.**いくつかの作物に対する容易な水ポテンシャル基準スケール（出典：Taylor：Taylor, Sterling A. and Gaylen L. Ashcroft.Physical Edaphology.灌漑土壌と非灌漑土壌の物理学。1072.)植物は、水ポテンシャルのコンフォートゾーン内に保たれていれば、ストレスを受けず、収量も多くなる。

ほとんどの用途では、水ポテンシャルと含水率の両方が必要とされる。

植物の利用可能な水の指標としては、含水量よりも水ポテンシャルの方が優れているが、ほとんどの状況では、水ポテンシャルセンサーと土壌水分センサーの両方を使用することが有用である。水ポテンシャルの強度測定は、貯水量や必要水量には直接結びつかない。灌漑管理や水収支調査などの用途では、含水量情報も必要となる。

詳しくは「水やりのタイミング-二重測定が謎を解く」。