土壌物理性の重要な物理定数である水分特性曲線について、曲線を表現する数式モデルにおける多数のパラメータを適切に求めるアルゴリズムである。黒ボク土等の団粒構造の発達した土壌に適合する、二峰性の形状を有する水分特性曲線を自動的に決定することができる。
水分特性曲線とは、土壌水分量と、土壌水のエネルギーであるマトリックポテンシャル(圧力水頭やpF値として表現する場合が多い)の関係を表すものである(図1)。畑などの土壌中の水の移動を評価するための数値シミュレーションを実施する際には、水分特性曲線と飽和透水係数からモデル式により不飽和透水係数を求め、動水勾配(土壌水のエネルギー勾配)と透水係数の積で水の移動量(水フラックス)を計算するのが一般的である。また、水分特性曲線は、畑地灌漑計画において作物が使える水の量(有効水分量等)を知り必要な灌漑水量を求めるための、重要な土壌物理特性値でもある。
水分特性曲線はvan Genuchtenモデル 等(図1の用語説明参照)の非線形式で表すことができる。一方、日本の畑作土壌の半分以上を占めるとされている黒ボク土や、堆肥や緑肥を投入することで土づくりが進んだ土壌など、団粒構造がよく発達した土壌については、Durnerモデル(図1の用語説明参照)等、二峰性の曲線型を表す数式モデルが使用される場合が多い(図1)。非線形最小二乗法を用いて数式モデルのパラメータを決定することで水分特性曲線が得られるが、その際には適切な初期値を与える必要がある。適切な初期値の設定には試行錯誤が必要であり、水分特性曲線を表す数式モデルのパラメータを決定することが難しかった。この問題を解決するために、適切な初期値を自動的に与えるアルゴリズムを搭載したウェブアプリケーション「SWRC Fit」が開発され、多くの研究者や技術者から幅広く支持・利用されている。しかし、Durnerモデル等の二峰性の曲線型を表現できるモデルは単峰性のモデルと比較してパラメータが多いことから、日本国内の黒ボク土や生産性の高い圃場から採取した土壌については、SWRC Fitでも数式により描かれた曲線が実験データとうまくフィッティングせず、良好な水分特性曲線が得られない場合がある。この問題を解決するためには、専門家による試行錯誤が必要であり、自動化が難しいことや、恣意的な要素を含むことから客観性に欠けるなどの問題が残る。
そこで、本研究では二峰性の水分特性曲線を適切に表現できるモデルのパラメータを自動的に決定するアルゴリズムを開発する。