水と土壌の水分検出に応用された国産の静電容量センサーチップ

土壌水分含有量の測定とは、土壌中のさまざまな液体水分を定量的に測定することを指します。氷やミネラルクリスタルウォーターが含まれる場合もありますが、これは一般にサンプリング法と現場測定法の 2 つのカテゴリに分類できます。採取法は、土壌サンプルを圃場で採取し、その含水率を測定する方法であり、現場測定法は、圃場で計測機器を用いて土壌含水率を直接測定する方法である。

農業は国民経済の建設と発展を支える基盤であり、農業の発展をしっかりと行うためには、施肥と土壌改良に留意し、土壌水分を調整し、農業の発展を促進しなければなりません。土壌水分の持続可能な開発と調整のために、土壌水分検出器を使用して土壌水分を検出することができ、土壌水分を調整するための科学的根拠を提供します。土壌水分は土壌の重要な部分であり、作物の成長と節水灌漑において非常に重要な役割を果たします。
土壌粒子は分子重力の作用により、その表面で空気中の水分子を吸収して吸湿性の水となり、土壌粒子の表面近くに15～20層の水分子が集合した非常に薄い水の膜となります。吸湿性の水と土壌の間には強い引力があり、土壌が植物の永久萎凋点に近い場合、吸湿性は土壌層内の土壌水の主成分となります。吸湿性の水は土壌粒子の表面に強く結合しており、固体水に近い性質を持っています。吸湿性の水は溶質を溶解する能力がなく、導電性が非常に弱いか非導電性であり、凝固点が低く、液体状態で流れることができず、植物の根に吸収されないため、強結合水とも呼ばれます。
土壌吸湿性水は、新鮮な土壌を換気条件下で 1 週間乾燥させて安定させた後にまだ含まれている水分の部分を指すこともあります。土壌分析は土壌の乾燥質に基づいており、吸湿水は105℃の高温で除去できるため、土壌の物理的・化学的性質を測定しながら吸湿水を測定するのが一般的です。
土壌の誘電率を決定する主な要因は水分であり、土壌の誘電率を測定することにより、さまざまな土壌の実際の水分含有量を直接かつ安定して反映することができます。オンサイト土壌水分検査の原理 - 周波数領域反射原理 (FDR): 機器は特定の周波数の電磁波を放射し、電磁波はプローブに沿って送信され、底部に到達した後に戻ってきて、プローブの出力電圧を検出します。土壌の誘電率の変化は土壌の水分含有量に依存するため、出力電圧と水分の関係から土壌の水分含有量を計算できます。