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【発明の名称】 農業環境評価システムおよび農業環境評価装置
【発明者】 【氏名】山田 巧

【氏名】伴 弘司

【氏名】飯塚 稔

【氏名】南雲 俊之

【氏名】波多野 隆介
【要約】 【課題】

【解決手段】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投与された肥料から栄養塩の総量を見積もる工程と、
肥料の生産過程と散布過程におけるガス状物質による飛散や分解による消失による栄養塩が減じる過程をモデル化し、圃場の栄養塩の有効投与量を計算する工程と、
収穫物の種別と生産量から圃場より生産物として取り出した栄養塩の量を計算する工程と、
前記計算結果より、圃場における栄養塩の収支を計算し、余剰量から水系への流出量を求め環境負荷量を推定する工程と、
大気中への飛散物質とその量から酸性雨や温室効果の影響を評価する工程と、
を具備することを特徴とする農業環境評価システム。
【請求項２】
農薬の種別と散布方法、散布時期、量及び散布対象の生産物から有効量と大気中への放出量及び土壌への蓄積量を計算する工程と、
上記計算結果から水系及び大気への環境負荷量を予測する工程と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の農業環境評価システム。
【請求項３】
投与された肥料から栄養塩の総量を見積もる工程は、生物による窒素固定および降雨による栄養塩の流入量を積算することを含む請求項１または２記載の農業環境評価システム。
【請求項４】
必要な入力データは、生産工程を記録するシステムのデータベースと連携して共通のデータを利用することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の農業環境評価システム。
【請求項５】
水質あるいは大気の観測システムと連動して実測されたデータを用い、請求項１及び請求項２で予測した結果を比較・参照・校正して環境影響を予測することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の農業環境評価システム。
【請求項６】
圃場あるいは農家の評価結果をランク付けして表示し、あらかじめ設定した危険度を越えた場合に管理者に個別に通知することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の農業環境評価システム。
【請求項７】
圃場あるいは農家の評価結果を地域ごとに自動集計し、管轄する組織のサーバに自動転送することにより、管轄地域の環境負荷を評価できることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の農業環境評価システム。
【請求項８】
栄養塩含有量があらかじめ既知の肥料、圃場で栽培されている作物の種類、収穫量及び経営面積が入力されたデータベースと、
前記データベースのデータより、肥料の投与量および生物による窒素固定、降雨による栄養塩流入量より栄養塩の総量を積算する栄養塩積算装置と、
前記データベースのデータより、前記肥料の生産過程や、散布過程でのガス状物質の飛散、微生物による分解などによる栄養塩の減少量を積算する生産過程減少量積算装置と、
前記データベースのデータより農作物の収穫生産に伴う栄養塩の減少を積算する栄養塩搬出量積算装置と、
前記栄養塩積算演算装置よりのデータより前記生産過程減少量積算装置及び栄養塩搬出量積算装置よりのデータの和を減じることにより、前記栄養塩の余剰量を算出する栄養塩余剰量算出装置と、
前記栄養塩の余剰量より、水系への栄養塩の流出量を予測する水系流出予測装置と、
前記生産過程減少量積算装置よりのデータよりガス状物質の飛散量を予測する大気放出予測装置と、
前記水系流出予測装置及び大気放出予測装置のデータより、水系への環境負荷量および前記大気放出予測装置のデータから酸性雨や温室効果の影響を評価する栄養塩環境影響評価装置、
とを含むことを特徴とする農業環境評価装置。
【請求項９】
圃場への散布農薬量を積算する農薬積算装置と、
前記圃場へ散布する農薬の種別と散布方法、散布時期、量及び散布対象の生産物から有効量と大気中への放出量及び土壌への蓄積量を計算する農薬放出蓄積量算出装置と、
前記算出量より水系及び大気の環境負荷を予測する農薬環境負荷予測装置と、
前記農薬環境負荷予測装置のデータをうけて、農薬の環境への影響を評価する農薬環境影響評価装置、
とを含む請求項８記載の農業環境評価装置。
【請求項１０】
前記データベースは生産工程を記録するシステムのデータベースと連携した共通のデータを利用することを特徴とする請求項８または９記載の農業環境評価装置。
【請求項１１】
前記生産工程を記録するシステムは、生産管理を行うシステムあるいは食の安全のための履歴管理システムである請求項１０記載の農業環境評価装置。
【請求項１２】
前記栄養塩積算装置は、生物による窒素固定および降雨による流入を考慮し、前記栄養塩の積算量を算出するようになっている請求項８から１１のいずれか１項記載の農業環境評価装置。
【請求項１３】
前記栄養塩環境影響評価装置および前記農薬環境影響評価装置の結果より、農業環境評価を行う総合農業環境評価装置を含む請求項８から１２のいずれか１項記載の農業環境評価装置。
【請求項１４】
水質あるいは大気の環境モニタリング観測を行う環境モニタリング装置を備え、前記環境モニタリング装置のよりのデータを前記総合農業環境評価装置にフィードバックすることにより、前記総合農業環境評価装置の評価の補正を行うことを特徴とする請求項８から１３のいずれか１項記載の農業環境評価装置。
【請求項１５】
圃場あるいは農家の評価結果をランク付けして表示し、あらかじめ設定した危険度を越えた場合に管理者に個別に通知する装置を備えたことを特徴とする請求項８から１４のいずれか１項記載の農業環境評価装置。
【請求項１６】
圃場あるいは農家の評価結果を地域ごとに自動集計し、管轄する組織のサーバに自動転送することにより、管轄地域の環境負荷を評価する装置を備えたことを特徴とする請求項８から１５のいずれか１項記載の農業環境評価装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業由来の環境汚染物質を過剰散布によって大気、河川や閉鎖系水域へ流出する量及び環境影響度を定量的に推定する農業環境評価方法及びそれを利用した農業環境評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家畜ふん尿由来の環境影響評価に関しては、例えば平成１１年度〜平成１３年度科学研究費補助金（基盤研究（Ｂ）（２））研究成果報告書「森林草地畜産流域複合生態系における最適窒素循環量の見積もり（研究課題番号１１４６００２８）」にあるように、化学肥料散布量、家畜飼養頭数、収穫量などの営農情報や物性定数としてアンモニア揮散量、脱窒量等を考慮し、圃場あるいは農場における窒素の収支を計算するモデルの一例は既開発である。この技術によれば、圃場の窒素収支から圃場排水中の窒素濃度が推測可能である。
【非特許文献１】平成１１年度〜平成１３年度科学研究費補助金（基盤研究（Ｂ）（２））研究成果報告書「森林草地畜産流域複合生態系における最適窒素循環量の見積もり（研究課題番号１１４６００２８）」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術は、圃場全体の窒素収支を計算することで面源汚染に関わる環境影響評価を実行し、圃場排水中の窒素濃度を環境基準と照らし合わせて評価可能である。該従来技術によれば畜産業における化学肥料や堆肥の過剰施肥に起因する河川など水系への環境影響評価が可能となる。一方、圃場からは肥料由来のメタンや亜酸化窒素等の地球温暖化係数の高いガスが放出されることが知られているが、その環境影響度が散布量などの営農情報と結びつけて解析する手法はなかった。さらに、農薬散布により生態系への影響が指摘されているものの定量的に圃場からの排出量を推定した例はない。本発明では、栄養塩の水系への流出、大気への放出、及び農薬散布による影響を予測し環境影響度を評価する手法を実現することにある。
【０００４】
また、生産者にとって必ずしも好ましからざる環境評価を、生産管理システム等の収益向上を目指すシステムとデータベースを連携させることにより、利用者の負担をかけずに環境評価を実現することにある。
【０００５】
また、地域の管理者は評価結果を適宜受け取り、対策の必要性の判断、その方法の立案支援を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の農業環境評価システムは、上記目的を達成するために、投与された肥料および生物による窒素固定、降雨による成分流入から栄養塩の総量を見積もる工程と、堆肥と肥料の生産過程と散布過程におけるガス状物質による飛散や分解による消失などの栄養塩が減じる過程をモデル化し、圃場の栄養塩の有効投与量を計算する工程と、収穫物の種別と生産量から圃場より生産物として取り出した栄養塩の量を計算する工程と、前記計算結果より、圃場における栄養塩の収支を計算し、余剰量から河川や地下水への流出量を求め環境負荷量を推定する工程と、大気中への飛散物質とその量から酸性雨や温室効果の影響を評価する工程とを具備することを特徴とする。
【０００７】
また本発明による農業環境評価装置は、栄養塩含有量があらかじめ既知の肥料、圃場で栽培されている作物の種類、収穫量及び経営面積が入力されたデータベースと、前記データベースのデータより、投入された肥料の栄養塩の積算量を算出する栄養塩積算装置と、前記データベースのデータより、前記肥料の生産過程や、散布過程でのガス状物質の飛散、微生物による分解などによる栄養塩の減少量を積算する施肥過程減少量積算装置と、前記データベースのデータより農作物の収穫生産に伴う栄養塩の減少を積算する生産過程減少量積算装置と、前記栄養塩積算演算装置よりのデータより前記施肥過程減少量積算装置及び生産過程減少積算装置よりのデータの和を減じることにより、前記栄養塩の余剰量を算出する栄養塩余剰量算出装置と、前記栄養塩の余剰量より、河川や地下水の栄養塩の流出量を算出し、環境負荷量を推定する環境負荷量推定装置と、前記施肥過程減少量積算装置のガス状物質の飛散量より酸性雨、温室効果の影響を評価する大気環境評価装置とを含むことを特徴とする。
【０００８】
営農情報として基本的な情報（施肥量、散布量、収穫物と量、家畜飼養頭数、など）と各種原単位や物性定数を用いて、栄養塩や農薬のフローを解析し、圃場における収支や流出形態と量を予測することで、系外への環境負荷量を定量化する。また、生産管理システム等とデータベースを連携し入力データを自動的に取得することを可能とする。また、地域の管理者あるいは対策立案責任者に集計した結果を自動転送し、対策実行の判断や対策方法を支援することを可能にするとともに、緊急を要する場合はメール等によるアラームにより注意を促すものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、生産者がデータ入力の手間をかける必要がなく、生産管理などで普段用いている営農基本情報を流用するだけで、農業に由来する環境影響の評価が可能となり、地域全体としての環境評価値を自動集計し管理者に自動転送することで、地域の管理者が即座に環境影響状況を把握できるシステムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、農業における環境評価を利用者に負担をかけずに営農情報を収集し、解析したデータを利用者及び地域の管理者に提供するシステム及び装置に関する。
【実施例】
【００１１】
以下、計算フローを参照して本発明の実施例を説明する。図１は本発明によるシステムのデータ収集から計算、出力に至るフローである。なお、栄養塩とは窒素化合物、リン化合物、カリ化合物等を指す。
データベースＤ
本発明による方法においては、データベースＤを備えており、そのデータベースＤへの入力値としては、肥料（堆肥、化学肥料など）に関するデータ、圃場で栽培されている作物の種類と収穫量、家畜の飼養頭数と種別、飼育方法、及び経営面積など通常農家が営農情報として使っている一般的な基本情報である。この基本情報は、本環境評価のために個別に入力するばかりではなく、生産管理や食の安全のための履歴管理システムなど生産の効率化や経済性、安全性を確保するためのシステムで用いるデータと共通化して、それらシステムのデータベースと連動し、必要な情報を収集することで、利用者の負担を避けることが可能である。
【００１２】
Ａ．栄養塩
１．圃場へ投入された栄養塩の積算工程（Ａ−１）
前記肥料に含まれる栄養塩の含有率はあらかじめデータベースＤに登録されており、圃場へ施肥された肥料の総量と前記肥料の前記栄養塩の含有率の積から各栄養塩の積算値を算出する。この際、生物による窒素固定や降雨による成分の流入も計算に含まれる。
【００１３】
２．圃場からの栄養塩の消失
（１）収穫、生産による栄養塩の搬出（Ａ−２（１））
さらに、収穫や生産に伴う圃場からの搬出の積算を計算する。生産物の種類、収穫量等に基づき、あらかじめ消費される栄養塩を数値化しておき、データベースＤ内にフロー化してくことにより、このフローを参照して行うことができる。
（２）生産過程における栄養塩の消失（Ａ−２（２））
圃場からの栄養塩の減少原因として、肥料の生産過程や散布過程でのアンモニア、亜酸化窒素、メタンなどガス状での飛散量や微生物等による分解の効果による消失がある。たとえば肥料のうちの堆肥の貯蔵時における揮発量、農地施肥時の揮発量など栄養塩の飛散による減少及び微生物における分解量をパターンとして数値化しておき、前記肥料の堆肥／化学肥料の割合、施肥量を考慮して計算することができる。このような積算は、データベースＤに入力された施肥する肥料の種類、量等に基づき、あらかじめフロー化してくことにより、このフローを参照して行うことができる。
【００１４】
３．栄養塩の収支の積算（Ａ−３）
前記１．で算出した栄養塩の積算量から、前記２．の栄養塩の消失量を減じることにより算出できる。すなわち前記生産物の肥料の消費量(２．（１））および肥料のガス状での飛散量、分解による減少量を減じることによって、栄養塩の余剰量を算出する。すなわち、これらから収支を求めることで、圃場における余剰量を算出する。
【００１５】
４．水系への栄養塩の流出予測（Ａ−４）
３．の栄養塩の収支の積算の結果より河川や地下水等水系への栄養塩の流出量を算出する。基本的に３．の余剰量が水系に流出する栄養塩に当たる。したがってこの量に基づき水系への流出量を算出し、環境への負荷量を推定する。
【００１６】
５．大気への放出予測（Ａ−５）
また、２−（２）の生産過程における栄養塩の消失の大気中へのガス状物質（たとえばアンモニア、亜酸化窒素、メタンなど）の飛散量により、大気への環境評価物質の放出量が予測する。
【００１７】
６．栄養塩環境影響評価（Ａ−６）
４．の水系への栄養塩の流出予測量より、水系への環境影響評価を行う。また、５．の大気への放出予測量から、ガス状物質の飛散量より酸性雨、温室効果の影響など大気への環境影響評価を行う。
【００１８】
Ｂ．農薬
１．投入農薬量の積算（Ｂ−１）
圃場への散布農薬量を積算する。
【００１９】
２．農薬の放出量、蓄積量の計算（Ｂ−２）
データベースＤに入力された農薬に関するデータより、農薬の種別と散布方法、散布時期、量及び散布対象の生産物から有効量と大気中への放出量及び土壌への蓄積量を計算する。すなわち、農薬の散布量、散布回数(時期）などより圃場への投入農薬量を積算し、農薬の種類、散布方法、散布対象生産物より、前記農薬の消費量を算出するとともに、これらの値より、大気や水系への放出、流出量及び土壌への蓄積等を計算する。
【００２０】
３．環境負荷量の予測（Ｂ−３）
前記２．で計算した大気への放出量及び土壌への蓄積量より、環境負荷量を予測する。
【００２１】
４．農薬環境影響評価（Ｂ−４）
前記３．環境負荷量の予測より、環境への影響を評価する。
【００２２】
Ｃ．その他
１．総合環境影響評価（Ｃ−１）
上述の栄養塩及び農薬の環境影響評価Ａ−６およびＢ−４を統合して営農活動における環境影響度を定量的に予測する。
【００２３】
２．評価システムの補正
さらに窒素濃度、リン濃度、農薬濃度、ｐＨ、電気伝導度、ＣＯＤなどの水質観測システムによるモニタリングおよび／またはアンモニア、亜酸化窒素、メタンガス、農薬飛散量などガス成分モニタリングによる環境モニタリング観測（Ｃ−２）を並行して行い、その結果をＣ−１の総合環境影響評価の予測結果にフィードバックすることで、前記Ｃ−１の予測結果の校正や検証、物質フローの詳細化、環境負荷の要因分析の評価を可能とする。
【００２４】
３．環境影響評価の取り扱い
環境影響評価結果は、あらかじめ登録してあるグループごとに集計を取り、地域全体としての評価結果を出力する。出力結果は、該当地域の管理者サーバに転送され（Ｃ３−１）、あるいは規定の基準を超えた場合は管理者へ通知、警告して地域としての対策立案を可能とする（Ｃ３−２）。
【００２５】
このような算出は、それぞれについてあらかじめデータベースに入力した値に基づき、フローを作製し、このフローを参照することにより、行うことができる。
【００２６】
以上の解析にあたり、成分の含有率、各種原単位、脱窒や窒素固定などの物性値、降水量などの地域情報はあらかじめデータベースＤに登録してあり、データベースＤに入力された値、フローを参照して、自動的に行うことが可能である。したがって、システム稼動毎に前記営農情報を入力する必要はない。
【００２７】
図２は本発明による農業環境評価装置装置の構成図であるが、この図より明らかなように、本発明による農業環境評価装置は、データベースＤを備えており、このデータベースＤには、前述のデータベースの項で説明したように、あらかじめ既知の肥料のデータ、圃場で栽培されている作物の種類についてのデータ、収穫量及び経営面積などが入力されている。
【００２８】
さらに、本発明による農業環境評価装置装置は、このような肥料のデータより、施肥された肥料の総量および肥料の栄養塩含有率を積算して前記栄養塩の総量を積算するための栄養塩積算装置１(Ａ−１工程を実施する）が備えられている。
【００２９】
前記栄養塩は、当然のことながら農作物の収穫生産に伴い減少する。このような農作物による減少量を算出する栄養塩搬出量積算装置２(Ａ−２（１）工程を実施する）が備えられている。生産物の種類、収穫量等に基づき、あらかじめ消費される栄養塩を数値化しておき、あらかじめデータベースＤ内にフロー化してくことにより、このフローを参照して積算することができる。
【００３０】
前記栄養塩は、肥料の生産過程や散布過程でのアンモニア、亜酸化窒素、メタンなどガス状での飛散量や微生物等による分解の効果によって減少する。したがって、この減少量を算出するための生産過程減少量積算装置３(Ａ−２（２）工程を実施する）が備えられている。この施肥過程減少量積算装置３は、たとえば肥料のうちの堆肥の貯蔵時における揮発量、農地施肥時の揮発量など栄養塩の飛散による減少量及び微生物における分解量をパターンとして数値化しておき、前記肥料の施肥量を考慮して計算することができる。このような積算は、データベースＤに入力された施肥する肥料の種類、量等に基づき、あらかじめフロー化してくことにより、このフローを参照して行うことができる。
【００３１】
本発明においては、栄養塩の余剰量を算出するための栄養塩余剰量算出装置４が備えられている。栄養塩余剰量算出装置４(Ａ−３工程を実施する）は、前記栄養塩積算演算装置１のデータより前記栄養塩搬出量積算装置２及び生産過程減少積算装置３よりのデータの和を減じることにより、栄養塩の余剰量を算出する。
【００３２】
基本的にこの余剰量が水系に流出する栄養塩に当たる。したがってこの量に基づき水系への流出量を予測するための水系流出予測装置５(Ａ−４工程を実施する）が設けられている。
【００３３】
栄養塩における環境評価のために、本発明においては、生産過程減少量積算装置３(Ａ−２（２））の結果より、大気へ放出される栄養塩原因のガス状物資の量を予測する大気放出予測装置６が設けられており、前記Ａ−５工程の実施を行う。
【００３４】
この大気放出予測装置６及び前述の水系流出予測装置５の結果をうけて、栄養塩の環境影響を評価する栄養塩環境評価装置７（Ａ−６工程の実施）が設けてある。
【００３５】
農薬における環境評価をするため、本発明による農業環境評価装置装置は、農薬の総散布量を積算する農薬積算装置８(Ｂ−１工程を実施する）および前記農薬積算装置８よりのデータに基づき農薬の放出量、蓄積量の計算を行う農薬放出蓄積量算出装置９(Ｂ−２工程を実施する）を有しており、さらにこの算出結果をうけて、大気及び土壌への農薬の環境負荷量を予測する環境負荷予測装置１０(Ｂ−３工程を実施する）が設けられた構造になっている。そしてこの環境負荷予測装置１０の結果をうけて、農薬の環境影響評価を行う農薬環境評価装置１１(Ｂ−４工程を実施する）が備えられている。
【００３６】
本発明による農業環境評価装置装置は、上述の栄養塩環境影響評価装置７および農薬環境影響評価装置１１のデータをうけて、総合的に環境影響評価をする総合環境影響評価装置１２（Ｃ−１工程を実施）が備えられている。この総合環境影響評価装置１２は窒素濃度、リン濃度、農薬濃度、ｐＨ、電気伝導度、ＣＯＤなどの水質観測システムによるモニタリングおよび／またはアンモニア、亜酸化窒素、メタンガス、農薬飛散量などガス成分モニタリングによる環境モニタリング観測を行う環境モニタリング装置１３（Ｃ−２工程）からのデータをフィードバックされて、補正が可能になっている。
【００３７】
さらに前記総合環境影響評価装置１２の結果は、あらかじめ登録してあるグループごとに集計を取り、地域全体としての評価結果を出力する。出力結果は、該当地域の管理者サーバ１３に転送され（Ｃ３−１）、あるいは規定の基準を超えた場合は管理者へ通知、警告する装置１４を備えており、地域としての対策立案を可能とする（Ｃ３−２）。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、生産者がデータ入力の手間をかける必要がなく、生産管理などで普段用いている営農基本情報を流用するだけで、農業に由来する環境影響の評価が可能となり、地域全体としての環境評価値を自動集計し管理者に自動転送することで、地域の管理者が即座に環境影響状況を把握できるシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のシステムを説明する図。
【図２】本発明の農業環境評価装置装置の実施例の構成図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 栄養塩積算装置
２ 栄養塩搬出積算装置
３ 生産過程減少量積算装置
４ 栄養塩余剰量算出装置
５ 水系流出予測装置
６ 大気放出予測装置
７ 栄養塩環境影響評価装置
８ 農薬積算装置
９ 農薬放出蓄積量算出装置
１０ 環境負荷予測装置
１１ 農薬環境影響評価装置
１２ 総合農業環境評価装置
【出願人】 【識別番号】０００００４２２６
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
【出願日】 平成１６年８月２７日（２００４．８．２７）
【代理人】 【識別番号】１０００８２７１７
【弁理士】
【氏名又は名称】雨宮 正季
【公開番号】 特開２００６−６１０９３（Ｐ２００６−６１０９３Ａ）
【公開日】 平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【出願番号】 特願２００４−２４８４０３（Ｐ２００４−２４８４０３）