偏光度計測による草型の異なる牧草の混生率の推定

[要約]
　太陽光は水平葉，垂直葉の牧草の混生する草地群落で反射されると光の振動方向に偏りが生じる。この偏り程度（偏光度）の計測を応用することにより， 草型の異なる草種の混生率を刈り取ることなく推定する可能性を見いだした。
草地試験場　生態部　草地生態システム研究室
[部会名]　環境評価・管理
[専門]　　生態
[対象]　　牧草類
[分類]　　研究
[背景・ねらい]
　草地の調査研究において最も労力および時間コストを要するのが，草種構成とその現存量の計測である。これまでに研究され，また一部実用化されている非破 壊的計測法は，いずれも群落全体をマスとして捉える手法であり，群落の内部構成にまで踏み込んだ情報は得られない。そこで対象の構造や形態に鋭敏といわれ る反射光の「偏光度」を野外で計測する技術を草地群落計測に応用した。測定対象としてマメ科草・イネ科草をそれぞれ水平および垂直葉の典型草種として取り 上げた。
[成果の内容・特徴]
  1. 分光放射計（８バンド，視野角５°）に手動回転式の偏光フィルタを前置した野外用の偏光観測装置を製作した。偏光度は，太陽に正対して群落を斜め 下向きに観測し，分光放射計前部の偏光フィルタを０°から180°まで回転しながら反射光の強さ（反射率）を測定することにより求める （図１）。
  2. 反射光が偏光している場合，偏光フィルタを回転させると，その偏光の程度に応じて反射率が変動するので，その最大値と最小値 （Rmax，Rmin）を検出する（図２）。偏光度（P）は， P=(Rmax−Rmin)／(Rmax＋Rmin)により各波長帯（バンド）ごとに算出する。手動式の測定装置では， フィルタ回転角度20°間隔・8点での測定により，１回当たり30秒程度で偏光度が観測可能であった。
  3. 供試草地は，シロクローバとイタリアンライグラス，ペレニアルライグラス，またはトールフェスクとの混播採草地・放牧地 （地上部乾物重600g/m2程度以下）である。赤色バンド（中心波長 約660nm）の偏光度が，イネ科・マメ科草混生群落のマメ科草割合が大きい ほど高いことが確認された。
  4. マメ科・イネ科草それぞれの高さ別葉面積分布，葉面角度分布，太陽高度・観測角度および葉面屈折率，推定拡散反射係数等を与えると群落の偏光度を 出力するモデルを作成した（モデルの詳細は文献３)参照）。このモデルは，実測された偏光度を推定することができ，また群落 下層に展開した水平葉のマメ科草の葉面積指数（LAI）と全LAIとの比（混生率）と偏光度との関係に関して，モデル予測値と実測値のパターンがほぼ合致した （図３）。
[成果の活用面・留意点]
  1. 本手法は，草地の生態研究の現場で生産構造の推定などに活用される。また，地球環境監視用のリモートセンシング人工衛星の搭載センサの開発および データ解析技術のため応用できる。
  2. 実用的には測定をさらに高速化する必要がある。

具体的データ

[その他]
研究課題名：作物反射光偏光観測システムの開発
予算区分　：総合的開発（軽労化農業）
研究期間　：平成８年度（平成６〜８年）
発表論文等：１）芝山道郎，高橋繁男，奥俊樹，採草地におけるクローバ
　　　　　　　　混生率と反射係数，植生指数および偏光度観測，日本リ
　　　　　　　　モートセンシング学会誌，15(4)，p.22-37（1995）
　　　　　　２）芝山道郎，高橋繁男，奥俊樹他，混播牧草畑の偏光分光
　　　　　　　　観測，日本草地学会平成８年度大会講演講演要旨集，
　　　　　　　　p.396-397（1996.3）
　　　　　　３）芝山道郎，高橋繁男，草地群落の偏光特性とそのモデル，
　　　　　　　　日本草地学会平成９年度大会講演（1997.3）（予定）
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