トマト（Solanum lycopersicum L.）は世界市場において高価値作物の一つであり、主に灌漑栽培されています。トマトの生産は、気候、土壌、水資源といった不利な条件によってしばしば阻害されます。農家が水や養分の利用可能性、土壌pH、温度、地形といった生育条件を評価するのに役立つセンサー技術が世界中で開発・導入されています。
トマトの生産性が低い要因。トマトの需要は、生鮮市場と工業（加工）生産市場の両方で高い。インドネシアなど、多くの農業分野でトマトの収量が低い傾向が見られる。インドネシアでは、伝統的な農法が広く採用されている。モノのインターネット（IoT）ベースのアプリケーションやセンサーなどの技術の導入により、トマトを含む様々な作物の収量が大幅に増加している。
情報不足による異種混合型最新センサーの活用不足も、農業における低収量につながります。特にトマト栽培においては、賢明な水管理が作物の不作を回避する上で重要な役割を果たします。
土壌水分は、土壌から植物体への栄養素やその他の化合物の輸送に不可欠であるため、トマトの収量を左右するもう一つの要因です。植物体の温度を維持することは、葉や果実の成熟度に影響を与えるため重要です。
トマトの最適な土壌水分は60～80%です。トマトの収穫量を最大限に高める理想的な温度は24～28℃です。この温度範囲を超えると、植物の生育、花や果実の発育は最適ではありません。土壌条件と温度が大きく変動すると、植物の生育は遅くなり、発育不良となり、トマトの成熟も不均一になります。
トマト栽培に使用されるセンサー。水資源の精密管理のための技術はいくつか開発されており、主に近接センシング技術とリモートセンシング技術に基づいています。植物の水分含有量を測定するために、植物の生理状態と環境を評価するセンサーが用いられます。例えば、テラヘルツ放射と湿度測定を組み合わせたセンサーは、葉にかかる圧力を測定することができます。
植物の水分含有量を測定するために使用されるセンサーは、電気インピーダンス分光法、近赤外線（NIR）分光法、超音波技術、葉クランプ技術など、様々な機器と技術に基づいています。土壌水分センサーと導電率センサーは、土壌構造、塩分濃度、導電率を測定するために使用されます。
土壌湿度・温度センサー、そして自動灌水システム。トマトが最適な収穫量を得るには、適切な灌水システムが必要です。深刻化する水不足は農業生産と食料安全保障を脅かしています。効率的なセンサーを使用することで、水資源を最適に活用し、作物の収穫量を最大化することができます。
土壌水分センサーは土壌水分を推定します。最近開発された土壌水分センサーは、2枚の導電板で構成されています。これらの板を導電性媒体（水など）に接触させると、陽極から陰極へと電子が移動します。この電子の移動によって電流が発生し、電圧計で検出できます。このセンサーは土壌中の水分の有無を検出します。
土壌センサーは、温度と湿度の両方を測定できるサーミスタと組み合わせられる場合があります。これらのセンサーからのデータは処理され、単一ラインの双方向出力が生成され、自動フラッシングシステムに送信されます。温度と湿度のデータが特定の閾値に達すると、給水ポンプのスイッチが自動的にオンまたはオフになります。
バイオレジスタはバイオエレクトロニクスセンサーです。バイオエレクトロニクスは、植物の生理学的プロセスと形態学的特性を制御するために用いられます。最近、有機電気化学トランジスタ（OECT）をベースとした生体内センサー（一般にバイオレジスタと呼ばれる）が開発されました。このセンサーはトマト栽培において、成長中のトマトの導管と師管を流れる植物液の組成変化を評価するために使用されました。このセンサーは、植物の機能に干渉することなく、体内でリアルタイムに機能します。
バイオレジスターは植物の茎に直接埋め込むことができるため、干ばつ、塩分、蒸気圧不足、高相対湿度などのストレス条件下での植物のイオン移動に関連する生理学的メカニズムをin vivoで観察することができます。バイオレジスターは病原体検出や害虫駆除にも利用されています。また、このセンサーは植物の水分状態のモニタリングにも使用されています。
投稿日時: 2024年8月1日