Mittwoch, 8. Dezember 2021
Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V.

4. Online-Seminar der sechsteiligen Seminarreihe "Bewässerungsmanagement" am 11. Februar 2021

BERICHT

Bodenfeuchtemessung zur Erhöhung der Bewässerungseffizienz

Referent: Dr. Michael Beck - Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT), Freising

Mit dem vierten Online-Seminar der ALB-Reihe zum Bewässerungsmanagement wird es technisch, genauer gesagt "sensortechnisch". Mit Sensoren lässt sich Bewässerung effizient an den Bedarf der Pflanze anpassen. Dr. Michael Beck, HSWT, zeigte, wie sie zur Messung der Bodenfeuchte eingesetzt werden. Es moderierte Dr. Martin Müller von der ALB.

Den Wassergehalt oder die Wasserspannung messen

Der Boden ist ein wertvoller Wasserspeicher, dessen Speicherfähigkeit unter anderem vom Spektrum der Porengrößen abhängt. Pflanzen können nur einen gewissen Anteil des Bodenwassers nutzen. "Wir müssen schauen, dass wir Pflanzen gut verfügbares Wasser zur Verfügung stellen", sagte Beck. Es darf nicht zu fest an die Bodensubtanz gebunden sein. Ist andererseits die Speicherkapazität des Bodens erschöpft, sickert das Wasser in tiefere Schichten. Nachteilig hierbei ist insbesondere die Auswaschung von Nährstoffen in das Grundwasser. Andererseits fördert das Eindringen von Wasser in tiefere Schichten eine tiefere Durchwurzelung des Bodens. Ist die Aufnahmefähigkeit eines Bodens pro Zeiteinheit erschöpft, kann es auch sein, dass das Wasser oberirdisch abläuft. Dies passiert bei einer zu hohen Niederschlags- oder Beregnungsintensität.

Das Wasser im Boden kann über verschiedene Sensorsysteme ermittelt werden. Dabei ist die jedem Boden eigene "Charakteristik" zu berücksichtigen. Zur Auswahl stehen die Messung der Saugspannung (= Bodenwasserspannung) sowie die indirekte Messung des Wassergehalts.

"Blumat Digital" ist ein relativ einfach zu handhabender, kostengünstiger Sensor zur Messung der Saugspannung
"Blumat Digital" ist ein relativ einfach zu handhabender, kostengünstiger Sensor zur Messung der Saugspannung

Die Wassergehaltsmessung gibt den Wassergehalt [Vol.-%] im Boden wieder, sagt aber nichts darüber aus, in wieweit diese Menge auch den Pflanzen zur Verfügung steht. Bei der Arbeit mit einem Sensor muss der Schaltpunkt je nach Bodenart auf einen spezifischen Sollwert eingestellt werden. Hierzu muss der Boden gut bekannt sein. Ein Tonboden muss circa bei einem Wassergehalt von 50 % bewässert werden (Anmerkung Redaktion: Dieser Wert in Höhe von 50 % gilt absolut - nicht bezogen auf die nutzbare Feldkapazität!). Ein Schluffboden ist bei 30 % Wassergehalt und Sand bei 5 bis 6 % Wassergehalt zu bewässern.

Mit der Saugspannungsmessung erhält der Anwender eine Aussage darüber, wie stark das Wasser im Boden gebunden ist, beziehungsweise in wieweit das Wasser für Pflanzen verfügbar ist. Sie "beschreibt" vereinfacht gesagt den Aufwand, den eine Pflanze betreiben muss, um dem Boden das Wasser zu entziehen. Die Saugspannung ist unabhängig von der Bodenart und der damit verbundene Aufwand von den Pflanzen immer in gleicher Höhe zu betreiben. Bei der Saugspannungsmessung könnte man zur Bewässerungssteuerung über alle Bodenarten hinweg mit dem selben Sollwert arbeiten.

Die Saugspannungsmessung ist nach Beck eigentlich die geeignetere Methode der Bewässerungssteuerung. Vor allem im Freiland birgt diese Messung jedoch auch Nachteile, die es auszugleichen gilt.

Einfache Methoden zur Bestimmung der Bodenfeuchte

Die einfachste Methode zur Bestimmung der Bodenfeuchte ist die Spatenprobe, die einen optisch sichtbaren Einblick zur Bodenfeuchte gibt und konkrete Anhaltspunke liefern kann, bis in welche Tiefe Niederschlagsereignisse oder Beregnungsmaßnahmen vorgedrungen sind. Eine Spatenprobe ist einfach durchzuführen, erfordert jedoch durchaus Erfahrung in der Beurteilung der Bodenfeuchtigkeit bzw. des Austrocknungsgrads in Abhängigkleit des Farbzustands des Bodens.

Mit der Bohrstockprobe (zum Beispiel Edelmann Bohrer) bohrt man sich zur Beurteilung Proben aus dem Boden.

Die gravimetrische Bestimmung des Bodenwassergehalts ist die einzige direkte quantitative Methode: Um den volumetrischen Wassergehalt zu ermitteln, wird eine ungestörte Bodenprobe mit definiertem Volumen mittels Stechzylinder entnommen, getrocknet und die Gewichtsdifferenz ins Verhältnis zum Volumen der Probe gesetzt. Soll alternativ der gravimetrische Wassergehalt bestimmt werden, wird ebenfalls eine Bodenprobe entnommen, der feuchte Boden gewogen, im Ofen bis zur Gewichtskonstanz getrocknet, anschließend erneut gewogen und die Gewichtsdifferenz wahlweise auf die Feuchtmasse oder auf die Trockenmasse bezogen. Zumindest zur Bestimmung des gravimetrischen Wassergehalts werden keine speziellen Gerätschaften gebraucht, aber doch ein Ofen. Der Aufwand ist dennoch hoch, weil getrocknet werden muss. Für eine kontinuierliche Bestimmung über längere Zeiträume hält Beck diese Methode nicht für geeignet.

Sensoren zur Erfassung der Wasserspannung

Zur fortlaufenden Erfassung von Bodenfeuchten ist der Einsatz von Sensoren deutlich praktikabler. Wasserspannungssensoren gibt es eine Vielzahl.

TENSIOMETER

Tensiometer bestehen aus einer Tonzelle, einem wassergefüllten Plexigalsrohr sowie einem Manometer
Tensiometer bestehen aus einer Tonzelle, einem wassergefüllten Plexigalsrohr sowie einem Manometer

Vielen bekannt ist das Tensiometer, das aus einer Tonzelle, einem wassergefüllten und dicht verschlossenen Plexiglasrohr sowie einem Manometer besteht. Im feuchten Bereich arbeiten Tensiometer sehr genau. Trocknet ein Boden aus, so versuchen die Bodenteilchen (Bodenmatrix) über die poröse Tonzelle aus dem Rohr Wasser zu ziehen. Das Plexiglasrohr verliert dabei leicht an Füllhöhe. Der entstehende Unterdruck wird entweder über ein mechanisches Manometer oder einem elektronischen Unterdrucksensor gemessen.

Bei Saugspannungen >800 hPa dringen allerdings über die Tonzelle Luftbläschen ein. Je nach Porosität der Tonzelle, läuft das Rohr leer. Wenn kein Wasser mehr im Rohr ist, funktioniert der Tensiometer nicht mehr. In Phasen ohne Niederschläge im Freiland könne dies nach Beck durchaus schnell passieren. Man kann das Tensio-System wieder auffüllen. Wenn sich die Wasserspannung im Boden nicht durch ein Regen- oder Bewässerungsereignis verringert, wird der Tensiometer allerdings erneut nach zwei bis vier Tagen trockenlaufen.

Wird der Boden hingegen durch Niederschlag oder Bewässerung rechtzeitig wieder befeuchtet, zieht die Tonzelle aus dem Boden Wasser nach innen und der Unterdruck wird damit abgebaut. Die gemessene Bodenwasserspannung sinkt. Wird regelmäßig unter 800 hPa die Bewässerung eingeschaltet oder es regnet, entleert sich das System auch nur langsam, so dass je Saison nur etwa ein- bis zweimal Wasser nachgefüllt werden muss.

Tensiometer sind nicht frostbeständig. Im Gegensatz zu der Wassergehaltsmessung ist das Verfahren der Wasserspannungsmessung eine reaktionsträgere Messung. Nach Einbringen des Tensiometers in den Boden dauert es einige Zeit, bis sich ein entsprechender Unterdruck aufbaut. Bringt man eine Schlämme mit ein, die wesentlich feuchter als der Umgebungsboden ist, dann kann es bis zu einer Woche dauern, bis sich ein Feuchtegleichgewicht eingestellt hat.

Es gibt verschiedene Tensiometer-Bauarten. Tensiometer der Firma Irrometer sind schon lange auf dem Markt. Tonzelle unten, Plexiglasrohr darüber und seitlich angeflanscht das Manometer, ist auch noch ein Schalter (Switch, Öffner/Schließer) anzubringen. Wenn ein bestimmter Grenzwert der Bodenwasserspannung überschritten ist, schließt der Kontakt. Dies wird vom Bewässerungscomputer registriert und es startet die Bewässerung. Tensiometer gibt es ebenso als Variante mit einem elektronischen Manometer oder einem elektronischen Unterdrucksensor versehen. Hier wird der kontinuierliche Messverlauf entsprechend aufgezeichnet. Zu nennen sind weiter die Firmen Tensio-Technik Bambach, Geisenheim, und MMM Mosler, Berlin, die Tensiometer herstellen. Mit Hilfe eines elektronischen Tensiometers kann der Messverlauf kontinuierlich aufgezeichnet werden. Beim relativ preisgünstigen System Blumat Digital, entwickelt für den Freizeitgartenbau, drückt man nur auf ein Knöpfchen und es wird digital der Wert der Wasserspannung angezeigt.

Wichtig ist, Tensiometer blasenfrei zu befüllen, bevor der Messkopf (Manometer) oben aufgeschraubt wird. Bei geraden Plexiglasrohren wie von Tensio-Technik und MMM Moser ist Blasenfreiheit sehr gut zu erkennen. Wird eine angefärbte Flüssigkeit verwendet, lässt sich leichter feststellen, ob die Wasserfüllung ausreicht. Tonzellen sollten zu Beginn der Bewässerungssaison zunächst in Wasser aufgeweicht werden, wenn sie über Winter trocken geworden sind. Dann ist ihre optimale Saugfähigkeit wiederhergestellt.

Setzen von Tensionmetern in drei Schritten
Setzen von Tensionmetern in drei Schritten

Beck wies darauf hin, Tensiometer richtig in den Boden einzusetzen. Wenn der Boden sehr locker ist, ist besonders auf guten Bodenschluss zu achten. Möchte man in lediglich 15 cm Tiefe messen, so lassen sich Tensiometer oft direkt von Hand in den Boden hineindrücken. Ist der Boden fester oder möchte man tiefer gehen, braucht es ein "Vorlochen" mit dem Bohrstock, um die gewünschte Messtiefe zu erreichen. Dann rührt man aus Wasser und der herausgezogenen Erde eine Art Schlämme, füllt einen Teil ein, drückt den Tensiometer auf die beabsichtigte Tiefe in den Boden und füllt den Rest Schlamm seitlich ein. Dabei ist im Hinblick auf eine aussagefähige Messung darauf zu achten, dass keine Steine vorhanden sind oder Hohlräume entstehen und das Tensiometer an allen Stellen gut mit der Bodenschlämme umgeben ist. Freies Wasser darf nicht im Bohrloch nach unten sickern können - das würde zu Meßfehlern führen. Eine regelmäßige Kontrolle und ein Nachfüllen des Wassers bedingen beim Einsatz von Tensiometern einen gewissen Wartungsaufwand.

WATERMARK-SENSOREN

Die wartungsfreien und frostsicheren Watermark-Sensoren für den auch etwas trockeneren Einsatz- bzw. Messbereich von 0 bis 2000 hPa haben sich in der Erfassung der Wasserspannung für Freilandkulturen bewährt. Die Meßelektroden sind hierbei eingebettet in ein gipsgetränktes Gewebe als Matrixmaterial und von einem gelochten Edelstahlmantel umhüllt. Im Inneren des Sensors stellt sich die Saugspannung des Bodens ein. Der umgebende Boden und das Matrixmaterial des Sensors stehen dann im Feuchtegleichgewicht. Gemessen wird die elektrische Leitfähigkeit des Matrixmaterials, die mit zunehmender Feuchtigkeit steigt.

Watermark-Sensoren können nur mit einfachem Handauslesegerät oder aber in Verbindung mit Dataloggern ausgelesen werden. Beim sogenannten Analog-Adapter wird das Signal des Watermark-Sensors in ein analoges Signal umgewandelt, das direkt in einen Bewässerungscomputer übernommen werden kann. Neuerdings wird auch eine funkbasierte Variante angeboten, für die ein entsprechendes Funknetzwerk erforderlich ist, damit die Daten kabellos (wireless) in eine Datenbank übertragen und per Internetbrowser betrachtet werden können.

Auch für die Funktionsfähigkeit des Watermark-Sensors ist eine sorgfältige Installation und guter Bodenschluss ausschlaggebend. Der Sensor ist zuvor immer in Wasser einzuweichen, anschließend zu trocknen - dieser Vorgang ist zwei- bis dreimal zu wiederholen. Erst nach diesem Konditionieren arbeitet der Watermark-Sensor auf dem Feld zuverlässig. An der Installationsstelle wird wie beim Tensiometer vorgebohrt, eine kleine Menge Schlämme eingebracht, der Sensor in den Boden gedrückt, dabei das Kabel in einer Art S-Bogen verlegt, damit es bei Zug nicht gleich reißt. Das Bohrloch wird auch hier mit Schlamm verfüllt, und zwar so, dass Wasser im Bohrkanal nicht ungehindert nach unten laufen kann. In diesem Fall würde es zu erheblichen Messfehlern kommen.

EQUITENSIOMETER

Darüberhinaus können mit Equitensiometern Wasserspannungen bis pF 7 (10.000.000 hPa) gemessen werden. Dies sind sehr trockene Bereiche, in denen Wasser bereits bei weitem nicht mehr pflanzenverfügbar ist. Für die Bewässerung sind diese Bereiche vor allem im Weinbau interessant. Die Variante Tensiomark deckt den Messbereich von pF 0-7 bzw. 0-10.000.000 hPa. Der Equitensiometer EQ3 ist die Alternative zu wassergefüllten Tensiometern für den Messbereich 0 bis 10.000 hPa. Dieser Sensor ist zwar wartungsfrei, es ist kein Nachfüllen oder Entgasen notwendig, allerdings ist der Preis von circa 500 bis 700 Euro für die Bewässerungsssteuerung in der Praxis eindeutig zu hoch. Der Sensor THEROS-21 der Firma Metergroup (www.metergroup.com) ist mit einem Preis von circa 150 Euro hingegen auch für die Anwendung in der landwirtschaftlichen Bewässerung geeignet. Keine Neukalibrierung, geringe Salzempfindlichkeit, Bezahlbarkeit sind die Vorteile des Sensors mit einem Messbereich von 9 kPa bis zur Lufttrocknung (100.000 kPa).

Sensoren zur Erfassung des Wassergehaltes

Wie von Beck erläutert, kann die Bodenfeuchte für Bewässerungszwecke auch anhand einer Wassergehaltsmessung bestimmt werden. Die Sensortechnik wurde hierzu in den vergangenen Jahren deutlich schneller weiterentwickelt als die Wasserspannungsmessung. Eine Vielzahl von Wassergehaltssensoren werden angeboten, wobei diese zum Teil auf recht unterschiedlichen Weise funktionieren.

Einmal steht die Methode der Time Domain Reflektrometry (TDR) zur Verfügung. Gemessen wird die Laufzeit eines Pulses an den im Boden befindlichen Messnadeln. Diese Laufzeit hängt von dessen Dielektrizität ab, die wiederum wesentlich vom Wassergehalt abhängig ist. Bei der Frequency Domain Reflektrometry (FDR) wird die Frequenz oder Amplitudenänderung eines ausgesendeten elektrischen Signals gemessen. Diese ist abhängig von der Zusammensetzung des Bodens (Körnung) sowie des Wassergehalts im Boden. Des Weiteren gibt es die Kapazitätsmessung.

Zu den Vorteilen der Wassergehaltssensoren zählt die Wartungsfreiheit und dass sie dauerhaft im Boden installiert bleiben können. Zudem haben sie eine sehr geringe Reaktionszeit. Bei der Wassergehaltsmessung sticht man mit dem Sensor in den Boden und kann den Messwert direkt am Messgerät ablesen. Häufig ist eine Temperaturmessung ebenfalls möglich und die Geräte haben sowohl digitale, sogenannte BUS-Ausgänge, als auch analoge Ausgänge.

Hierzu nutzt man verschiedene Handmessgeräte, die es erfordern, dass man sich bei der Messung zum Boden herunterneigt und den Sensor kniend eindrückt. Sie sind preislich abgestuft:

  • 10 HS (ECH2O 10HS): FDR Prinzip, erfasst circa einen Liter Bodenvolumen. Sensorlänge circa 10 cm, Versorgungsspannung 3-15 V, Signalausgang 0,3-1,25 V = 0 bis 57 % Vol.-% Bodenfeuchte. Der Sensor kostet circa 110 €, das geeignete Handauslesegerät "Pro Check" ist aufwendiger und kostet etwa 650 €. Der Vorteil ist, dass man verschiedene andere Sensoren (zum Beispiel zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit) integrieren kann. Vertrieben wird diese Technik durch MMM-tech Mosler (www.mmm-tech.de).
  • VH400 Vegetronix: Dieser Sensor kommt eher aus dem Hobbybereich: FDR Prinzip, Messbereich 0-3 V = 0 bis 100 Vol.-% Feuchtigkeit, Stromversorgung 3,3 bis 20 V (Bereich Ein-Platinen-Computer), Kosten für den preisgünstigen Sensor circa 70 €, für das Handauslesegerät rund 80 €. Vertrieb Tensio-Technik Bambach (www.tensio.de). Technikversierte können mit hiermit eine automatische Lösung entwickeln.
  • SMT100 mit Combi 6000: Das Gerät der Firma Trübner und wird neuerdings sehr häufig eingesetzt. Der Sensor misst einen kalibrierten Wassergehalt von 0-60 Vol.%. Temperaturbereich -20 bis +80 °C. Es gibt verschiedene Ausgänge, zum Beispiel digital (RS 485) oder auch analog (0-10 V); Spannungsversorgung digital 4-24 V, analog 12-24 V, Kosten für den Sensor: 130 € und 270 € für das Handmessgerät Combi 6000. Vertrieb: www.tensio.de, aquatechnik
  • Waterscout: Kapazitätssensor der Firma Spectrum, für mineralische Böden oder erdelose Medien, für dauerhafte Installation bzw. Punktmessungen geeignet. Kann mit FieldScout® Bodensensor-Lesegerät der Fieldscout WatchDog® 2000- und 1000-Serie gelesen werden. Vertrieb: www.mmm-tech.de

Komfortabler in der Bedienung sind in Messlanzen integrierte Wassergehaltssensoren wie zum Beispiel das robuste Gerät SWM 5000 (Step Systems) mit einem stabilen, 25 mm starken Edelstahlrohr als Messlanze mit Messeinheit obendrauf. Verknüpft mit einem Smartphone, stehen dazu auch die Geodaten bereit. So lässt sich zugleich dokumentieren, an welchen Stelle die Daten ermittelt wurden.

Beim Modell Fieldscout TDR Meter 350 der Firma Fieldscout besteht die Messlanze aus austauschbaren, 3 bis 5 mm dicken Stäben unten am Gerät. Bei sehr steinigen Böden besteht die Gefahr, dass sie verbiegen.

Sogenannte Kombi-Sonden / Kombi-Sensoren liefern über die Bodenfeuchte hinaus Werte für die elektrische Leitfähigkeit (Salzgehalt) und die Temperatur.

Installation von Wassergehaltssensoren

Installation von Wassergehaltssensoren
Installation von Wassergehaltssensoren

Für die Installation von Wassergehaltssensoren wir zunächst in der erforderlichen Tiefe Boden ausgehoben. Dadurch entsteht im Boden Raum, von dem aus seitlich in verschiedenen Tiefen Sensoren in den ungestörten Boden gedrückt werden können. Anschließend wird der Bereich wieder verfüllt und gut verdichtet, sodass der Boden wieder in etwa die Dichte des ungestörten Bodens hat. Kabel sollten in einer S-artigen, siphonentsprechenden Weise verlegt sein, damit Wasser nicht direkt an den Kabeln zu den Sensoren laufen kann.

Auch Profilsonden sind erhältlich. Sie unterscheiden sich von Einzelsonden, die jeweils einzeln im Boden installiert werden. Eine Profilsonde ist ein Messrohr, in dem im Abstand von 10 bis 15 cm Sensorelemente intergriert sind. Man muss nur ein Loch bohren, um die Lanze einzubringen und dann über die unterschiedlichen Messtiefen die einzelnen Messungen vorzunehmen. Beispiele sind "Aqua Check" (60 cm lang, mit sechs Messstellen zur Bestimmung der Bodenfeuchte und der Bodentemperatur). Die Profilsonden von GroPoint (www.gropoint.com/videos), Sentek (https://youtu.be/BAqgKxR0-_Q) und Sensoterra (https://www.youtube.com/watch?v=OhZNJVFaQkI&feature=emb_logo) sind weitere Versionen. Bei Sensoterra wurde ein Funkmodul im Messkopf mit verbaut. Damit können Daten direkt über Funksignale in eine Datenbank übertragen werden. Bis auf das Antennenkabel, das man über den Pflanzenbestand führen muss, ist der Betrieb kabellos (wireless). So sind komfortabel große Reichweiten realisierbar.

Profilsonden dienen der Beobachtung der Wasserbewegung und damit der Bewässerungssteuerung und -kontrolle. Installationshilfen werden bei Bedarf mitgeliefert, so zum Beispiel ein zur Sonde passender Schlaghammer von GroPoint. Die Hersteller sorgen Zug um Zug für bessere Einsatzbedingungen.

Plausibilität der Messwerte prüfen und Messwerte richtig interpretieren

Die richtige Stelle ist beim Setzen von Sensoren ausschlaggebend
Die richtige Stelle ist beim Setzen von Sensoren ausschlaggebend

Beim Einsatz all dieser Techniken ist es wichtig, die Plausibilität der Messwerte im Blick zu behalten. Voraussetzung dafür ist, dass für die Messung im Pflanzenbestand eine geeignete Stelle gewählt wurde. Bei Tropfbewässerung liegt die richtige Position für einen Steuerungssensor in der befeuchteten Bodenzone, also in der Zone, in der sich auch die Pflanzenwurzeln vorwiegend befinden und zugleich die Feuchteschwankungen besonders groß sind. Setzt man den Sensor hingegen neben eine Tropfstelle, kommt möglicherweise das Bewässerungswasser nicht an den Sensor und die Messwerte sind nicht aussagekräftig.

Bei flächiger Düsenberegnung steht ein dickes Fragezeichen dahinter, wo man den Sensor einsetzt, um aussagekräftige Messwerte zu bekommen. Beregnungsanlagen lassen sich Beck zufolge mittels Sensoren nicht zuverlässig steuern.

Bodenfeuchte-Messwerte müssen nach Beck weiterhin richtig interpretiert werden. Absolute Werte sind bei Wassergehaltssensoren mit Vorsicht zu verwenden, weil verschiedenartige Sensoren auf jeweils unterschiedliche Messbereiche kalibriert sind und sich daher im gleichen Boden bzw. im gleichen Gefäß je nach Sensor unterschiedliche Mess-Niveaus ergeben. Man sollte prüfen, welchen Wert ein Sensor bei Wassersättigung erreicht und davon ausgehend Abschläge vornehmen. Grundsätzlich aussagekräftig und entscheidend ist die relative Änderung der Werte bei sich ändernden Feuchteverhältnissen im Boden. Bei Wassergehaltsensoren sei grundlegend, dass man für jeden Boden einen spezifischen Sollwert/Einschaltzeitpunkt für die Bewässerung selbst festlegen muss. Die zeitliche Änderung/Entwicklung der Bodenfeuchte geben im Übrigen alle auf dem Markt befindlichen Wassergehaltssensoren gut wieder.

Messdatenverlauf regelmäßig kontrollieren

Für eine erfolgreiche Arbeit mit Wassergehaltssensoren empfiehlt Beck, den Messdatenverlauf in regelmäßigen Zeitabständen zu kontrollieren. Viele Systeme böten eine Anzeige des technischen Zustands der Anlage, beispielsweise Angaben zur Batteriespannung. Aus der Praxis kennt er es, dass ein System läuft und der Anwender zwei Wochen nicht daran denkt und auch nicht in das System schaut. Es könne aber durchaus sein, dass ein Kabel abreißt oder sonstige technische Fehler auftreten. Gute Systeme arbeiten mit Warnmeldungen und machen auf Störungen oder überschrittene Grenzwerte mit einer SMS oder E-Mail auf das Smartphone aufmerksam, wenn nicht in regelmäßigen Abständen Daten zur Verfügung gestellt wurden.

Automatische Datenaufzeichnung muss das Ziel sein

Die Datenaufzeichnung hält Beck für einen wichtigen Punkt. Langfristig bringe es nicht viel, wenn man die Werte nur sporadisch auslese bzw. aufzeichene. Wer optimieren möchte, sollte auf eine kontinuierliche Datenaufzeichnung, auf eine konsequente Verknüpfung der Bodenmessdaten mit den ausgebrachten Wassermengen, vielleicht auch noch zusätzlich mit dem Wasserdruck, achten. Man könne zum Kennenlernen durchaus mit einer manuellen Aufzeichnung starten. Aber das Ziel sollte es sein, eine automatische digitale Aufzeichnung zu realisieren.

Es sei zwar etwas aufwendig, aber man könne dazu einen batterie-betriebenen Feld-Datalogger einsetzen, an dem die Sensoren angeschlossen sind. Mit ihm können Messdaten am Feld aufgezeichnet, Daten per Kabel, SD-Karte und Bluetooth übertragen und auf Laptop oder Desktop ausgewertet werden. Besser in der Handhabung sind für Beck die internetbasierten Systeme zum kontinuierlichen Aufzeichnen von Daten. Daten sind in dieser Weise jederzeit, teilweise in Echtzeit, vom Nutzer an jedem internetfähigen Endgerät (Smartphone, Tablet, PC) einsehbar. Datenschnittstellen für eine Weiterverarbeitung werden ebenfalls angeboten, um Daten in das Betriebstagebuch bzw. ein Managementsystem zu übernehmen. Alarmmeldungen per SMS oder E-Mails sind außerdem möglich. Während es vor Jahren nur GSM (GSM- oder LTE-basierte Wetterstation mit Sensorknoten und Schnittstellen von Pessl) und LTE basierte Messysteme gab, sind heute vor allem "Low Power Wide Area Network" - Systeme (LPWAN) erfolgversprechend. Sie verbrauchen weniger Energie und haben zugleich große Reichweiten (teils bis zu 10 km). Ihr Datendurchsatz ist geringer, reicht aber für die Zwecke der Bewässerung bei Weitem aus.

Zur LPWAN-Technik zählen:

  • Lora-basierte Verfahren: Diese haben eine große Reichweite. Die Kommunikationswege sind aber vergleichsweise kompliziert (Gateway empfängt die Signale des Sensors und gibt diese weiter an das Internet, über Server gelangen die Daten an die jeweilige Betriebsdatenbank). Der Vorteil liegt darin, dass man selbst Gateways zukaufen kann und so Herr über seine Daten ist. Im Bereich der Lora Kommunikation werden auch sog. TTN (The Things Network) basierte Verfahren angeboten. In dem Open-Source-Konzept ist die Datenübertragung kostenfrei und kann über bereits von der Community aufgebaute Gateways erfolgen. Ist kein entsprechender Gateway vorhanden kann dieser selbst errichtet und kostenfrei angemeldet werden. In Großstädten wird bereits eine gute Abdeckung erreicht. Teils nutzen auch Wasser- und Stromversorger das Verfahren, um Zählerstände abzulesen.
  • SigFox basiertes Messystem von EVVOS: Ein Modul mit Anschlüssen für Sensoren wie Profilsonde, Regensensor, Temperatur- und Luftfeuchtesensor; die Kosten betragen circa 250 Euro plus Lizenzgebühren für die Cloud-Nutzung und die Datenübertragung.
  • NB-IoT: Zum Beispiel MiniMetos Soil ist ebenso ein SIM Karten basiertes Verfahren. Im Gespräch ist es, die Karte bereits in den Funk-Chip zu integrieren. Es ist ein kostengünstiges System (10 Jahre, 10 Euro z.B. 1once.de). Genutzt wird die Infrastruktur des Mobilfunknetzes. Es handelt sich um ein "unsichtbares" System, das auch im Boden vergraben werden kann und das Arbeiten und die Ästhetik von Standorten wie Golfplätzen oder Parks etc. nicht beeinträchtigt. Ein Wassergehaltssensor und ein Wasserspannungssensor (Watermark) sind enthalten, die regelmäßig etwa alle Viertelstunde Werte übertragen. Ohne Solarpanel lediglich mit ein bis zwei Jahre autonomen Batterien wird das System betrieben. Auch wird ein möglicher Vandalismus und Diebstahl verhindert.

Berichterstattung:

Elke Hormes - Freie Fachjournalistin und
Dr. Martin Müller - Geschäftsführer ALB

ZUM FACHVORTRAG

Bodenfeuchtemessung zur Erhöhung der Bewässerungseffizienz

Referent: Dr. Michael Beck - Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT), Freising


VERANSTALTER

  • Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V. (ALB)
  • Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT)
  • Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (LWG)

Kooperationspartner

  • Bayerische Ämter für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (ÄELF), stellvertretend AELF Landshut mit Gartenbauzentrum Bayern Süd-Ost
  • Landeskuratorium für pflanzliche Erzeugung in Bayern e.V. (LKP)

Finanzielle Förderung

Die Online-Seminare erfolgen mit finanzieller Unterstützung des Bayerischen Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF).