応答面法によるザクロ園における散布適正化のための比率散布量の最適化

果物愛好家のために賢い散布が重要な理由

ザクロは宝石のような種子と健康に良い果汁で評価されますが、樹木を害虫や病気から守るにはコストがかかります。農家はしばしば広範囲に大量の農薬混合液を散布しますが、その多くは葉や果実に届きません。無駄になったミストは空気や土壌に漂い、コストを押し上げ、環境に害を及ぼすことがあります。本研究は、インドのザクロ園で散布量を細かく調整し、樹木にちょうど十分な保護を提供する—過不足のない—方法を探ります。

一律散布の問題点

多くの園芸用噴霧器は、ホースを全開にしたのと同じで、樹木の大きさや葉の密度に関係なく一定の流量を供給します。インドでは、ザクロ栽培者は一般に1ヘクタール当たり数百リットルの散布液を使い、シーズンに40回以上散布することもあります。先行研究は、散布した農薬のうち通常約3分の1しか樹冠に到達せず、残りは飛散や流出によって失われることを示しています。それは化学薬品と水の浪費であるだけでなく、土壌や水、周辺の生息地の汚染リスクを高めます。

樹木の大きさに合わせたスマート噴霧器

この課題に対処するため、研究者らはトラクター牽引のエアブラスト噴霧器を「可変施用率」機に改造し、前方の樹冠の大きさに応じて放出液量を変えられるようにしました。噴霧器には、異なる高さで葉までの距離を測る3台の超音波センサーを取り付けました。これらのセンサーに対応して3つのノズルがあり、各ノズルの流量は小型コンピュータで制御されるパルス幅変調弁によって電子的に調整されます。トラクターが列を進むと、センサーは樹冠の始まりと終わりを検知し、葉がある場所でのみ散布を行います。この構成により、ノズル流量と走行速度が実際に樹木に届く散布量にどう影響するかを検討できます。

実際の園地での散布パターン検証

チームは、インド・マハラシュトラ州の商業的なザクロ園3か所（広く栽培されているBhagwa品種）でシステムを試験しました。園地は植栽から2年〜8年までと幅があり、樹高や樹冠容積が異なっていました。各園地で研究者は3段階のノズル流量と3段階の前進速度で噴霧器を運転し、合計9通りの運転組合せを作りました。散布が樹冠深部までどれだけ浸透するかを測るために、外側の葉層と内部の葉に耐水紙を取り付けました。各通過後にこれらのカードをスキャンし、画像解析ソフトで3つの主要な結果を定量化しました：カード表面の被覆率、平方センチメートル当たりの滴数、沈着した液量です。

適切な散布量の探求

すべての園地で明瞭な傾向が見られました。トラクター速度を遅くし、ノズル流量を多くすると、特に外葉で被覆率、滴数、沈着量が向上しました。内部ゾーンは常に少ない散布量で、濃密な葉が障壁となっていることを反映しています。応答面法という統計手法を用いて著者らは速度と流量が各園地の3つの散布指標に結びつくモデルを構築しました。次に、被覆率を実用的な範囲に保ち、滴の密度を殺虫剤や殺菌剤で効果的とされる閾値以上にする運転条件を探索しました。この最適化により、若木、中間期、成熟園でそれぞれ約0.093、0.084、0.077リットル／立方メートルという「比率散布量」（樹冠1立方メートル当たりの液量）の推奨値が得られました。

散布量を減らしても同等の保護

スマート噴霧器を葉がある場所でのみ噴霧する「ターゲティング」モードで運転すると、従来の連続散布と比べてヘクタール当たりの総散布量は劇的に減少しました。樹齢や樹配置にもよりますが、散布削減はおおむね38％〜60％の範囲で、葉上の被覆と滴密度の基準を満たしたままでした。簡単に言えば、より少ない薬剤と水で同等の保護が得られます。農家にとっては投入コストの削減や一日の再補給回数の減少につながり、環境にとっては飛散の減少と土壌や水のリスク低減を意味します。試験は特定条件下のザクロ園に限定されますが、センサーと慎重な最適化により樹冠容積に合わせて散布量を調整することは、果樹生産をより持続可能で経済的に効率的にする可能性を示しています。

引用: Thorat, D.S., Mehta, C.R., Agrawal, K.N. et al. Optimization of specific spray volume for spray application in pomegranate orchard using response surface methodology. Sci Rep 16, 8589 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38088-4

キーワード: 精密散布, ザクロ園, 可変施用率技術, 農薬最適化, 樹冠センシング