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Bestimmung der Bodenfeuchtigkeit

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Pinova

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Genaue Informationen über die Bodenfeuchtigkeit sind für die Erstellung präziser Bewässerungspläne und -mengen unerlässlich. Moderne Bewässerungsmethoden zielen darauf ab, nur so viel Wasser auszubringen, wie die Pflanzen für ein ununterbrochenes Wachstum und eine gute Entwicklung benötigen, ohne dabei die Erträge zu verringern. Es gibt mehrere Methoden zur Bestimmung der Bodenfeuchtigkeit.

Methoden zur Bestimmung der Bodenfeuchte

Visuelle Inspektion

Gravimetrisches Verfahren

Mathematische Berechnung (Wasserbilanz)

Sensorgestützte Methoden:

Messung der elektrischen Leitfähigkeit (elektrometrische Methode)

Messung der Bodenwasserspannung

Wasserzeichensensor

Volumetrischer Sensor

Messung der Dielektrizitätskonstante

Messung der thermischen Eigenschaften

Spektrale Reflexion (Fernerkundung)

Methoden der radioaktiven Strahlung

Die Wahl der Methode hängt vom Budget des Herstellers, der zur Verfügung stehenden Zeit, der erforderlichen Genauigkeit und der Praktikabilität ab.

1. Visuelle Methode

Diese Methode beruht auf der visuellen Inspektion des Bodens auf dem Feld. Da sie subjektiv und unzuverlässig ist, kann sie nicht zur Erstellung genauer Bewässerungspläne verwendet werden. Sie kann bestenfalls dabei helfen, den Zeitpunkt der Bodenbearbeitung oder anderer agrotechnischer Maßnahmen zu bestimmen, wird aber nicht für das Bewässerungsmanagement empfohlen.

2. Gravimetrische Methode

Auch als Trocknungsmethode bekannt, ist dies eine direkte Methode zur Bestimmung der Bodenfeuchtigkeit. Eine Bodenprobe wird vor und nach dem Trocknen bei 105 °C gewogen, bis alles Wasser verdunstet ist. Die Gewichtsdifferenz entspricht dem verdunsteten Wasser, das zur Berechnung der Bodenfeuchte in Masseprozent verwendet wird.

Um die Feuchtigkeit in Volumenprozent auszudrücken, muss auch die Schüttdichte des Bodens bekannt sein (in einem Labor bestimmt). Diese Methode ist genau und zuverlässig und eignet sich daher für Experimente und die Kalibrierung von Sensoren. Da sie jedoch umfangreiche Probenahmen während der gesamten Vegetationsperiode erfordert, ist sie für das tägliche Bewässerungsmanagement unpraktisch.

3. Mathematische Methode (Wasserbilanzberechnung)

Bei dieser Methode wird das Wasserdefizit im Boden anhand der täglichen Evapotranspirationswerte berechnet. Es gibt Dutzende von Formeln, aber die Penman-Monteith-Formel wird am häufigsten verwendet, da sie sowohl in feuchtem als auch in trockenem Klima genaue Ergebnisse liefert.

Zu den erforderlichen Eingaben gehören:

Lufttemperatur (Durchschnitt, Minimum, Maximum)

Luftfeuchtigkeit (min., max.)

Sonneneinstrahlung

Windgeschwindigkeit

Niederschlag

Erntekoeffizient (Kc)

Feldkapazität des Bodens und verfügbares Wasser

Bewässerungsaufzeichnungen

Die Referenz-Evapotranspiration (ETo) stellt den Wasserverlust von einer gut bewässerten Rasenfläche dar. Da die Kulturen unterschiedlich sind, werden die Werte mit Hilfe von Kulturkoeffizienten (Kc) für bestimmte Pflanzen und Wachstumsstadien angepasst. Die Evapotranspiration von Pflanzen wird wie folgt berechnet:

ETc = ETo × Kc

Das Wasserdefizit des Bodens wird dann mit der folgenden Formel bestimmt:

Dw = Dwpd + ETc - Pef - Irr

Wobei:

Dw = tägliches Wasserdefizit

Dwpd = Defizit des Vortages

ETc = Evapotranspiration der Pflanzen (mm)

Pef = effektiver Niederschlag (mm)

Irr = Bewässerung (mm)

Obwohl diese Methode aufgrund ihrer Komplexität traditionell nur in der Forschung eingesetzt wurde, ist sie mit der Verfügbarkeit von erschwinglichen Wetterstationen und computer- oder webbasierten Anwendungen praktischer geworden.

Beispiele hierfür sind die Bewässerung in Weinbergen in Australien, Chile und Kalifornien. In Kalifornien liefert das CIMIS-Projekt tägliche ETo-Daten, die die Landwirte zur Planung der Bewässerung nutzen. Im Weinbau wird die Methode der regulierten Defizitbewässerung (RDI) angewandt, bei der nur ein Teil der ETc ersetzt wird, je nach Stadium der Rebe und den Produktionszielen des Landwirts.

4. Sensorbasierte Methoden

Sensortechnologien sind heute am weitesten verbreitet, da sie schnell, einfach und effektiv für Bewässerungsentscheidungen in Echtzeit sind.

4.1. Tensiometer

Tensiometer messen die Saugkraft, mit der der Boden Wasser hält. Sie fungieren als "künstliche Wurzel", die anzeigt, wann die Bewässerung beginnen oder enden sollte. Das Irrometer beispielsweise verwendet einen wassergefüllten Schlauch mit einer porösen Spitze, der in der Wurzelzone platziert wird. Wenn der Boden trocknet, wird Wasser aus dem Schlauch gezogen, wodurch ein Unterdruck entsteht, der auf der Skala angezeigt wird.

Vorteile: geringe Kosten, einfache Installation, einfache Anwendung.
Nachteil: zerbrechliche Konstruktion, die sorgfältige Handhabung erfordert.

4.2. Elektrometrische Methoden

Diese messen die Bodenfeuchtigkeit durch elektrische Leitfähigkeit. Zwei Haupttypen:

Wasserzeichensensoren (auf Gipsbasis):

Seit 1978 im Einsatz

Können die ganze Saison über im Boden bleiben

Liefert kontinuierliche, zuverlässige Messwerte, die nicht von Bodentyp, pH-Wert oder Temperatur beeinflusst werden

Die Werte sind in Centibars (cb) angegeben:

0-10 cb: gesättigter Boden

10-30 cb: ausreichend Wasser

30-60 cb: Bewässerung in der Regel erforderlich

60-100 cb: Bewässerung in schwereren Böden erforderlich

100-200 cb: Boden zu trocken für optimale Erträge

Für eine detaillierte Überwachung können mehrere Sensoren in verschiedenen Tiefen installiert werden

Volumetrische Sensoren:

Elektroden messen die dielektrische Leitfähigkeit, umgerechnet in volumetrischen Wassergehalt (%)

Können auch während der gesamten Saison im Boden verbleiben

Die Sensorgröße bestimmt das Messvolumen (0,3-1 Liter), wobei kleinere Geräte in Gewächshäusern und größere im Freien verwendet werden

4.3. Dielektrizitätskonstante (TDR/FDR)

TDR (Time Domain Reflectometry) misst, wie schnell sich ein elektromagnetischer Impuls durch den Boden ausbreitet, was vom Wassergehalt beeinflusst wird. Das Verfahren ist präzise, nicht invasiv und weitgehend unabhängig von der Bodenart.

FDR (Frequency Domain Reflectometry) arbeitet nach demselben Prinzip, misst aber Spannungsunterschiede.

Vorteile: hohe Präzision, gleichzeitige EC-Messung, keine Kalibrierung erforderlich.
Einschränkungen: höhere Kosten, geringere Genauigkeit bei stark salzhaltigen oder lehmigen Böden.

4.4. Thermische Eigenschaften

Mit dieser Methode wird gemessen, wie sich die Wärmeübertragung im Boden mit der Feuchtigkeit verändert. Es wird eine beheizte Nadel oder ein Wärmeimpuls verwendet, und Änderungen der Leitfähigkeit zeigen den Wassergehalt an. Sie ist auch nützlich für die Bestimmung der Bodenwasserkonstanten nach der Kalibrierung.

4.5. Spektrale Reflexion (Fernerkundung)

Wird mit Drohnen und Satelliten eingesetzt, um die Bodenfeuchtigkeit in großen Gebieten zu bestimmen. Feuchte Böden absorbieren mehr Strahlung und reflektieren weniger im Nahinfrarotbereich. Die Daten werden mit einer Software analysiert und im Feld überprüft.

Nachteile: Beeinträchtigung durch organische Substanz, Struktur und Bewirtschaftung des Bodens.
Vorteil: deckt große Flächen ab, was es für die moderne Landwirtschaft wertvoll macht.

4.6. Radioaktive Methoden

Die Feuchtigkeit kann auch mit Neutronen- oder Gammastrahlengeräten gemessen werden. Sie sind zwar wirksam, erfordern aber geschultes, zertifiziertes Personal und strenge Sicherheitsmaßnahmen. Aus diesem Grund wird diese Methode in der Praxis nur selten angewandt.