果樹園灌漑用マイクロ噴霧ノズル：柑橘類とリンゴの区画における流量、液滴サイズ、および間隔の計算

一般的な果樹園の圧力下で、マイクロ噴霧ノズルからどのような流量と液滴サイズが期待できますか？

柑橘類やリンゴの区画向けにマイクロ噴霧システムを設計する際、最も重要な2つの数値は次のとおりです。 流量（リットル/時）（L/h） そして 液滴の直径（マイクロメートル（µm））これらのパラメータは、根圏に到達する水の量と、それが樹冠全体にどれだけ均一に分配されるかを決定します。Sun-rainmanでは、0.8 mmから2.0 mmまでのオリフィス径のマイクロ噴霧ノズルを製造しており、それらすべてを当社の試験機でテストしています。 6,800平方メートルの施設 浙江省余姚市では、0.5バールから2.5バールの圧力範囲でこれらのシステムを農場に供給しています。 76カ国そして、直接のフィードバックから言えることは、水の流れと水滴の組み合わせを適切にすることが、果樹園の区画が灌漑の不均一さによって繁栄するか、それとも苦労するかを左右する最大の要因だということです。

下の表は、柑橘類やリンゴ園の灌漑で最も一般的に使用されるマイクロ噴霧ノズル構成について、工場で試験済みの流量と液滴サイズのデータ​​を示しています。

流量（L/h）対圧力表 — サンレインマン マイクロスプレーノズル

試験条件：蒸留水（25℃）、ノズル高さ（地上0.8m）、無風、測定はSun-rainman社製ISO 9261準拠試験台を使用。DV50はレーザー回折法（Malvern Spraytec社製）で測定。

樹齢の高い柑橘類の果樹園（樹冠直径3～4m）の場合、通常は1.0mm（青色）のノズルを1.5バールで使用することをお勧めします。 このノズルは、310 µmの液滴で毎時52リットルの散水を行い、約2.5 mの散水範囲を実現します。これは、標準的な柑橘類の樹冠下の根系の大部分を、列の中央に過剰散布することなくカバーするのに十分な範囲です。樹冠が密なリンゴ畑（樹冠間隔2～3 m）の場合は、1.0～1.5 barの圧力で0.8 mm（紫色）のノズルを使用する方が適している場合が多く、これはより細かい液滴分布を実現し、狭い列植えでの水の無駄を減らすことができるためです。

マイクロ噴霧ノズルにおける液滴の微粒化に圧力はどのように影響するのか？

果樹園管理者からよく寄せられる質問の一つは次のとおりです。 「圧力を上げれば、報道はより良くなるだろうか？」 簡潔に言えば、答えはイエスですが、トレードオフがあります。マイクロ噴霧ノズルにおける液滴分裂の主な要因は圧力です。当社では、動作範囲全体にわたる液滴サイズ分布の変化を測定しており、そのパターンはすべてのノズルサイズで一貫しています。

圧力による液滴サイズ分布 — 1.0 mmノズル

圧力と流量の関係は Q ∝ √P に従うため、圧力を 1.0 bar から 2.0 bar に倍増しても流量は約 41% しか増加しませんが、体積中央値の液滴径は約 34% 減少します。 これはリンゴ栽培区画の設計において非常に重要な考慮事項です。リンゴ栽培区画では、3～4m/sの微風でも微細な液滴が目標地点から外れてしまう可能性があるためです。風の強い地域（ワシントン州のリンゴ栽培地帯や南アフリカの西ケープ州など）のお客様には、防風壁を使用するか、風のない場所で作業する場合を除き、圧力を1.5バール以下に抑えることをお勧めします。

一方、0.5バールでは水滴が非常に粗く、DV50が480µmとなるため、水は霧状というよりはむしろ穏やかな雨のように降ります。これは、樹冠の小さい若い柑橘類の木にとって有益です。大きな水滴は風による飛散を防ぎ、低い流量（30L/h）は限られた根圏への過剰な水分供給を防ぐからです。 スペイン南部の苗木園では、まさにこの構成（0.8mmの紫色のノズルを0.5バールで使用）で、移植したばかりの柑橘類の苗木に非常に均一な灌漑を行っているのを確認しました。

柑橘類とリンゴの果樹園におけるマイクロ噴霧ノズルの間隔の計算方法

マイクロ噴霧ノズルの間隔計算は、ドリップエミッターの間隔とは根本的に異なります。マイクロ噴霧ノズルは濡れた円（指向性偏向板を使用する場合は部分的な円）を生成するため、ノズルの配置によって均一な散水が得られるか、乾燥した部分が生じるかが決まります。標準的なレイアウトパターンは次の2つです。 正方形間隔 そして 三角形（正三角形）間隔。

一般的な原則として、隣接する2つのマイクロスプレーノズル間の間隔（S）は、ノズル同士が直接接触する条件下で、濡れ直径の60%を超えてはならない。 この規格はASAE S398.1に広く記載されており、重なり合うゾーンが隣接する両方のノズルから十分な水を受け取ることを保証し、各濡れ円の端における分布の自然なテーパーを補正します。

正方形間隔の公式

正方形配置では、ノズルは長方形の格子状に配置されます。隣接するノズル間の間隔距離S（メートル）は、X方向とY方向の両方で次のようになります。

S_square = W × 0.707

ここで、Wは作動圧力における単一マイクロスプレーノズルの濡れ直径である。

正方形の対角線上の距離は辺の長さの√2 ≈ 1.414倍であるため、対角線上の乾燥部分を避けるために、有効被覆半径は濡れた半径の70.7%に縮小されます。

三角形間隔の公式

三角形（正三角形）配置では、ノズルは交互にずらして配置されます。間隔は次のとおりです。

S_triangular = W × 0.866

行オフセット：0.866 × S（正三角形の高さ）

三角形の配置は、対角線上の覆われていない隙間の面積を減らすため、より効率的である。 当社のお客様ネットワークに属する200以上の果樹園で実施したキャッチ缶テストに基づくと、柑橘類の区画植え付け間隔を正方形から三角形に変更した場合、分布均一性（DU）が8～12パーセントポイント向上することが確認されています。

実用的な間隔計算ツール ― 柑橘類とリンゴの栽培シナリオ

列幅4メートルの柑橘園で、1.5バールの圧力で1.0mmの青色ノズル（散水半径2.5m）を使用する場合、最適な三角形のノズル間隔は、列に沿って約4.3mで、列を交互に3.7mずらします。 これにより、約20%の重なりが生じ、当社の圃場試験では、この配置で根圏における分布均一性が85%以上になることが示されています。同じ果樹園で正方形間隔を採用する場合は、斜めの乾燥地帯を避けるため、間隔を3.5mに狭めることをお勧めします。これにより、重なりは同程度の範囲になります。

マイクロ噴霧ノズルには、どのような目詰まり防止フィルターメッシュを使用すべきですか？

マイクロスプレーノズルは、インパクトノズルよりも開口部が小さい。 スプリンクラーそのため、灌漑用水中の浮遊物質に対してより敏感になる。ノズル開口部のサイズと必要なフィルターメッシュの関係は単純明快です。目詰まりを確実に防ぐためには、フィルター開口部はノズル開口部の直径の5分の1よりも小さくなければなりません。

ノズル口径別推奨フィルターメッシュ

当社では、マイクロ噴霧ノズルに100メッシュのプレフィルターを標準装備しており、ノズル自体が基本的な保護機能を提供します。 0.8 mmのオリフィスの場合、ブロックバルブに120メッシュ（125 µm）の外部Yフィルターまたはディスクフィルターを取り付けることをお勧めします。私たちの経験では、これは果樹園の灌漑設計において最も見落とされがちな仕様の一つです。チリとオーストラリアの農場を訪れた際、栽培者が池の水に80メッシュ（180 µm）のフィルターで1.0 mmのマイクロ噴霧ノズルを使用しており、2週間ごとにノズルを分解して清掃していました。マニホールドに120メッシュのフィルターを取り付けることで、メンテナンス間隔をシーズンに1回に短縮することができました。

参考までに、 DripDepot灌漑フィルター購入ガイド 80メッシュのスクリーンは180µmより大きい粒子をろ過し、100メッシュは150µmを捕捉し、120メッシュは125µmを止めることを示している。 IrrigationGLOBAL メッシュからミクロンへの換算表 同様に、オリフィス径が1.5mm未満のマイクロ噴霧システムには、最低100メッシュを推奨します。

柑橘類とリンゴのマイクロ噴霧要件の主な違い

私たちはしばしば、柑橘類とリンゴの区画を同じプロジェクトで設計しますが、灌漑要件は大きく異なるため、単一の「万能」なノズル配置はほとんど機能しません。長年の現場設置経験から得られた重要な違いを以下に挙げます。

キャノピー構造と濡れる面積

柑橘類の木は、密生した常緑の樹冠を持ち、幹や主要な枝に沿って水を流し込む。 柑橘類の葉は散布された水の大部分（葉が茂っている場合は35～40％）を遮ってしまうため、マイクロ噴霧ノズルは、細根が集中する滴下線まで十分な水が届くように、より大きな散水半径（通常2.5～3.0m）が必要となる。 落葉樹で樹冠が比較的開いているリンゴの木は、吸収する水の量が少ない（約15～20％）ため、通常、1.8～2.5メートルの湿潤半径で十分である。

根圏の感受性

柑橘類はリンゴよりも水浸しに弱い。 フロリダ大学IFAS柑橘類灌漑管理ガイド柑橘類では、過剰な灌水は根腐れを引き起こす可能性があり、特に重粘土質の土壌ではその傾向が顕著です。柑橘類には、低圧で粗い液滴を生成するマイクロ噴霧ノズル（上記の噴霧表参照）が推奨されます。 なぜなら、大きな水滴は濡れる範囲を狭め、固い土壌への浸透性を向上させるからである。 一方、リンゴは、1週間あたりの総水量が蒸発散量（ET）の要求を満たしている限り、微細な水滴による灌漑に対してより耐性がある。

凍結防止

多くの生産地域、例えばアンダルシアの柑橘類地帯や雲南省のリンゴ栽培地域では、マイクロ噴霧システムが霜害対策としても機能している。 霜害対策としては、できるだけ大きな液滴サイズ（理想的にはDV50 > 400 µm）が望ましい。なぜなら、大きな凍結液滴から放出される潜熱によって、花の周囲の気温が上昇するからである。 これは、霜が降りる際には、ノズルを圧力範囲の下限（0.5～1.0バール）で運転することを意味します。その代償として、散水範囲が狭くなりますが、システムの運転時間を長くすることで補うことができます。

現場での経験から得た、最適な設置方法

数百もの果樹園プロジェクトにマイクロ噴霧システムを納入してきた経験から、高性能なシステムとそうでないシステムを分ける、いくつかの設置上の細かな点があることが分かっています。

まず、必ずサブメイン入口に圧力調整器を取り付けてください。 ほとんどの果樹園では、特に広い区画では、1回の灌漑シフト中に0.3～0.8バールの圧力変動があります。調整を行わないと、ポンプに最も近いノズルは末端のノズルよりも10～20%多くの流量を受け取り、分配の均一性が損なわれます。 メンブレン式圧力調整器（弊社製品ラインナップにて販売中） ほとんどの柑橘類とリンゴの区画では、1.5バールに設定してください。

第二に、杭に取り付けるマイクロ噴霧ノズルは、地上0.6～0.8mの高さに設置する必要があります。 ノズルの位置が低すぎると、噴霧された水が幹に当たって流れ落ち、水の無駄遣いになります。逆に高すぎると、風による水流の広がりが大きくなります。柑橘類の区画では、標準として1.0mmノズル付きの0.7mの支柱を使用しています。

第三に、各支管の末端にフラッシングバルブを取り付ける。 120メッシュのフィルターを使用しても、細かい沈殿物は配管ネットワークに蓄積します。月に一度、手動のフラッシュバルブを開けるだけで、沈殿物がノズルに到達するのを防ぐことができます。これは標準装備です。 完全な灌漑システムパッケージ。

研究 レインバード社の灌漑間隔設計ガイド 正方形レイアウトでも三角形レイアウトでも、正面同士の重なりが最も重要な幾何学的設計ルールであることを裏付けている。 ASABE S398.1規格 スプリンクラーの散水均一性については、間隔計算に使用する工学的枠組みを提供します。

よくある質問

適切なマイクロスプレーノズルサプライヤーの選び方

マイクロスプレーノズルの選択は、流量を圧力曲線に合わせるだけではありません。オリフィス径の製造一貫性は流量許容値に直接影響し、 Sun-rainmanのような評判の良いサプライヤーは、ISO 9261に準拠した試験台で各生産バッチをテストし、流量変動が公称値の±5%以内に収まることを保証しています。 1.0 mmのオリフィスを謳いながら、±0.15 mmの公差で加工しているサプライヤーが見られます。これは、1つのブロック内で±20%の流量変動が生じることを意味します。ノズル1個あたり52 L/hで設計されたブロックでも、ノズルによっては40 L/h、他のノズルでは64 L/hしか供給されない可能性があり、灌漑の均一性にとって致命的な問題となります。

製造精度以外にも、サプライヤーに以下の点について質問してください。

• 成形ボディおよびステンレススチール製摩耗インサートの保証 高品質のマイクロ噴霧ノズルは、流量の大きな変動なく5シーズン以上使用できるはずです。
• 既存のライザー、杭、および配管（通常は4mmまたは7mmのバーブ接続）との互換性 ―当社では、接続部での圧力損失を最小限に抑えるため、7mmのバーブを標準規格として採用しています。
• 色分けされた流量識別機能の利用可能性 Sun-rainmanのノズルはすべて、流量バンドに合わせた色分けされたキャップが付いているため、現場での点検や交換が迅速に行えます。