Kurzantwort
Ein Bodenfeuchtesensor ist eine Sonde im Wurzelraum, die den Wassergehalt des Bodens (%) oder die Saugspannung (kPa) misst, damit nur dann bewässert wird, wenn die Kulturen Wasser benötigen. Tensiometer und Granulatmatrixsensoren messen die Saugspannung; kapazitive Sonden und TDR-Sonden messen den volumetrischen Wassergehalt. Übliche Bewässerungsschwellen liegen bei etwa 10–30 kPa in Sandböden und 30–50 kPa in Lehmböden und werden je nach Kultur und Entwicklungsstadium angepasst.
Was ist ein Bodenfeuchtesensor und wie unterstützt er die Bewässerung?
Ein Bodenfeuchtesensor ist eine im Wurzelraum eingegrabene Sonde. Er misst entweder, wie viel Wasser der Boden enthält (volumetrischer Wassergehalt in %), oder wie fest der Boden dieses Wasser bindet (Saugspannung in Kilopascal oder Zentibar). So bewässern Anbauer, wenn die Pflanzen tatsächlich Wasser benötigen, statt nach einem festen Zeitplan. In Kombination mit Regensensoren und Durchflussmessern ermöglicht er eine messbare, überprüfbare Bewässerung statt bloßer Schätzungen.
Dieser Ratgeber vergleicht die wichtigsten Sensortypen, nennt typische Bewässerungsschwellen, zeigt die Installation von Sonden und erläutert, wo Regensensoren und Bewässerungsdurchflussmesser in landwirtschaftlichen Betrieben, Gewächshäusern und Baumschulen eingesetzt werden. Zur Auswahl des Steuergeräts selbst lesen Sie unseren Ratgeber zu intelligenten Bewässerungssteuerungen.
Bodenfeuchtesensoren im Vergleich
Bodenfeuchtesensoren lassen sich in zwei Gruppen einteilen: Saugspannungssensoren zeigen, wie viel Kraft die Wurzeln zur Wasseraufnahme aufbringen müssen, und volumetrische Sensoren zeigen, wie viel Wasser sich im Boden befindet. Beide eignen sich zur Bewässerungsplanung. Die richtige Wahl hängt von Boden, Kultur, Budget und der gewünschten Art der Datenauslesung ab.
| Sensortyp | Messgrößen | Typischer Bereich | Stärken | Einschränkungen |
|---|---|---|---|---|
| Tensiometer | Saugspannung des Bodens | 0 bis etwa 80 kPa | Direkte Anzeige des pflanzenverfügbaren Wassers, keine Kalibrierung | Muss nachgefüllt werden, kann in trockenem Boden den Unterdruck verlieren, Frostgefahr |
| Granulatmatrix / Gipsblock | Saugspannung über elektrischen Widerstand | Etwa 0–200 kPa | Kostengünstig, wartungsarm, größerer Messbereich bei Trockenheit | Langsame Reaktion, geringere Genauigkeit in sehr nassem Boden, vom Salzgehalt beeinflusst |
| Kapazitive Sonde / FDR-Sonde | Volumetrischer Wassergehalt | 0 bis zur Sättigung | Schnelle Messung, kontinuierliche Aufzeichnung, Profilsonden für mehrere Tiefen | Erfordert guten Bodenkontakt und idealerweise eine bodenspezifische Kalibrierung |
| TDR (Zeitbereichsreflektometrie) | Volumetrischer Wassergehalt | 0 bis zur Sättigung | Hohe Genauigkeit, geringere Bodenabhängigkeit | Höhere Kosten |
| Resistives Feuchtesensormodul | Relative Feuchte | Unkalibriert | Sehr günstig, einfach für Hobbyprojekte einsetzbar | Sonden korrodieren, Messwerte driften bei Salzeinfluss; nicht für die landwirtschaftliche Bewässerungsplanung geeignet |
Ein zweipoliges resistives Sensormodul aus dem Hobbyelektronikbereich eignet sich für eine Topfpflanze oder ein Unterrichtsprojekt. Einfache Feuchtemessstäbe für den Garten helfen Privatgärtnern bei der Entscheidung, wann sie gießen sollten. Für Sensornetzwerke, die Bewässerungsentscheidungen in landwirtschaftlichen Betrieben unterstützen, sind kapazitive Sonden und Saugspannungssensoren der professionelle Standard.
Wie nutzen Sie einen Bodenfeuchtesensor zur Bewässerungsplanung?
Zur Bewässerungsplanung mit einem Bodenfeuchtesensor legen Sie eine Einschaltschwelle fest, bei der die Bewässerung beginnt, und eine Abschaltschwelle, bei der sie endet. Anschließend beobachten Sie, wie sich die Messwerte zwischen diesen Schwellen bewegen. Ziel ist es, die Feuchtigkeit im Wurzelraum zwischen der Feldkapazität und dem Punkt zu halten, an dem Trockenstress für die Kultur beginnt.
Typische Bewässerungsschwellen
Die Bewässerungsschwellen hängen von Bodenart, Kultur und Entwicklungsstadium ab. Landwirtschaftliche Beratungsdienste von Universitäten veröffentlichen kulturspezifische Werte. Die folgenden Bereiche sind übliche Ausgangswerte für Saugspannungssensoren, die Sie anschließend anhand von Feldbeobachtungen anpassen:
- Sandböden: Bewässern Sie bei etwa 10–30 kPa, da Sand den größten Teil seines verfügbaren Wassers bei niedriger Saugspannung abgibt.
- Lehmböden: Bewässern Sie bei etwa 30–50 kPa.
- Tonböden und tonige Lehmböden: Bewässern Sie bei vielen Feldkulturen bei etwa 50–80 kPa.
- Flach wurzelndes Gemüse mit Tropfbewässerung: wird häufig feuchter gehalten, am unteren Ende dieser Bereiche.
Bei volumetrischen Sensoren achten Anbauer in der Regel eher auf den Kurvenverlauf als auf einen absoluten Wert: Der Messwert steigt nach der Bewässerung sprunghaft an, fällt beim Abfluss des Wassers rasch ab und flacht dann bei Feldkapazität ab. Die Einschaltschwelle wird dort festgelegt, wo sich die tägliche Abnahme des Wassergehalts verlangsamt. Dies zeigt, dass die Wasseraufnahme für die Wurzeln schwieriger wird.
Gewächshäuser und Substratkulturen
In Gewächshäusern mit Kulturen in Kokossubstrat, Steinwolle oder Torf messen Substratfeuchtesensoren den Wassergehalt und die EC (elektrische Leitfähigkeit) in der Substratmatte. Sie werden häufig mit Messungen des Drainageanteils und mit Waagen kombiniert. Viele Systeme lösen die Bewässerung anhand der aufsummierten Sonneneinstrahlung aus und nutzen Feuchtemesswerte, um Wassermenge und Zeitpunkt der einzelnen Bewässerungsimpulse fein abzustimmen. Unser Ratgeber zu Bewässerungssystemen für Gewächshäuser behandelt diese Strategien.
So installieren Sie Bodenfeuchtesensoren
Die Platzierung des Sensors ist wichtiger als seine Marke: Eine gut installierte Sonde an einer repräsentativen Stelle liefert bessere Ergebnisse als eine teure Sonde am falschen Standort. Gehen Sie wie folgt vor:
- Wählen Sie repräsentative Standorte. Platzieren Sie Messstationen in einem für die jeweilige Bewässerungszone typischen Boden und vermeiden Sie Senken, Feldränder und Fahrspuren. Verwenden Sie mindestens eine Station pro Zone, bei wechselnden Bodenverhältnissen entsprechend mehr.
- Platzieren Sie die Sonde innerhalb der durchfeuchteten Zone. Installieren Sie die Sonde bei Tropfbewässerung nahe der Tropfleitung, typischerweise 10–30 cm (4–12 in) von einem Tropfer entfernt und in der Nähe der Pflanzenreihe.
- Installieren Sie Sensoren in zwei oder mehr Tiefen. Bei Gemüse etwa in einem Drittel und zwei Dritteln der Durchwurzelungstiefe, beispielsweise in 15 cm und 30 cm (6 und 12 in). Bei Obstbäumen und Reben häufig in 30 cm und 60 cm (1 und 2 ft) oder tiefer.
- Sorgen Sie für guten Bodenkontakt. Verwenden Sie einen Erdbohrer mit passendem Durchmesser, geben Sie bei Saugspannungssensoren eine Boden-Wasser-Aufschlämmung hinzu und vermeiden Sie Luftspalten um kapazitive Sonden.
- Schützen Sie Kabel und Datenlogger vor Maschinen, Nagetieren und Sonnenlicht und markieren Sie den Standort.
- Lassen Sie die Sensoren sich einpendeln, bevor Sie sich nach einigen Bewässerungszyklen auf die Messwerte verlassen. Vergleichen Sie diese anschließend mit einer Handsonde oder einer Fingerprobe des Bodens.
Der tiefer installierte Sensor zeigt Ihnen, ob das Bewässerungswasser die Untergrenze des Wurzelraums erreicht oder darüber hinaus versickert. Steigt der Messwert des tiefen Sensors nach jeder Bewässerung stark an, sind die Bewässerungszyklen zu lang.
Welche Aufgabe hat ein Regensensor in einem Bewässerungssystem?
Ein Regensensor ist ein kleiner Schalter, der die automatische Bewässerungssteuerung nach einer festgelegten Niederschlagsmenge unterbricht, damit Regner während oder unmittelbar nach einem Unwetter nicht laufen. Die meisten verwenden hygroskopische Scheiben, die bei Nässe aufquellen und einen Schaltkontakt öffnen. Beim Trocknen der Scheiben werden sie zurückgesetzt. Bei typischen Geräten lässt sich die Abschaltung auf etwa 3–20 mm (1/8–3/4 in) Niederschlag einstellen. Viele verfügen zusätzlich über einen Frostsensor, der die Bewässerung bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt sperrt.
- Regensensoren für Beregnungsanlagen und Gärten: kabelgebundene oder drahtlose Geräte, die an einer Dachkante oder einem Pfosten unter freiem Himmel montiert und an die Sensorklemmen des Steuergeräts angeschlossen werden.
- Vorschriften: Einige US-Bundesstaaten, darunter Florida, schreiben für automatische Rasenbewässerungsanlagen eine Regenabschaltung vor. Prüfen Sie die aktuellen örtlichen Anforderungen.
- In landwirtschaftlichen Betrieben: Ein Regensensor ist eine nützliche Sicherheitssperre für Baumschulen im Freiland und Bewässerungszonen auf Feldern. Er erkennt jedoch nur, dass es geregnet hat, nicht, wie feucht der Wurzelraum ist. Bodenfeuchtesensoren und betriebseigene Wetterstationen, die die Evapotranspiration (ET) berechnen, ermöglichen eine deutlich bessere Bewässerungsplanung.
Durchflussmesser und Durchflusssensoren für die Bewässerung
Ein Durchflussmesser für die Bewässerung misst, wie viel Wasser jede Zone tatsächlich erhält. Damit ist er das beste einzelne Instrument zur Erkennung von Leckagen, Verstopfungen und Pumpenproblemen. Er unterstützt außerdem die Dokumentation des Wasserverbrauchs und die proportionale Düngerdosierung.
Arten von Durchflussmessern für die Bewässerung
- Mechanische Turbinen- und Mehrstrahlzähler: robuste, erschwingliche Wasserzähler für die Bewässerung mit Summenzählwerk und optionalem Impulsausgang.
- Woltmannzähler: Turbinenzähler mit großem Durchmesser für Hauptleitungen ab etwa 50 mm (2 in).
- Magnetisch-induktive Durchflussmesser: keine beweglichen Teile, sehr geringer Druckverlust und hohe Genauigkeit; vertragen verschmutztes Wasser, benötigen jedoch elektrisch leitfähiges Wasser und eine Stromversorgung.
- Ultraschall-Durchflussmesser: zum Einbau in die Leitung oder zum Aufklemmen; nützlich für Nachrüstungen ohne Auftrennen des Rohrs.
- Flügelrad- und Hall-Effekt-Durchflusssensoren: kleine, in die Leitung eingebaute Durchflusssensoren mit Impulsausgang, häufig bei Steuergeräten und Fertigationseinheiten eingesetzt.
So nutzen Sie Durchflussdaten
Erfassen Sie den normalen Durchfluss jeder Zone, wenn die Anlage neu und sauber ist. Später weist ein deutlich über diesem Referenzwert liegender Messwert auf eine Leckage oder eine geplatzte Seitenleitung hin. Ein niedrigerer Messwert deutet auf Verstopfungen, einen verschmutzten Filter oder ein nicht vollständig öffnendes Ventil hin. Viele Steuergeräte können eine Zone bei zu hohem Durchfluss automatisch abschalten. Installieren Sie die Messgeräte mit geraden Rohrstrecken davor und dahinter gemäß den Herstellervorgaben, häufig jeweils mit einer Länge von mehreren Rohrdurchmessern. Bauen Sie sie hinter dem Filter ein, um bewegliche Teile zu schützen. Unser Ratgeber zur Wartung und Reparatur von Tropfbewässerungsanlagen zeigt, wie Sie auf Durchflussänderungen reagieren.
Drahtlose Feuchteüberwachung und intelligente Sensoren
Die drahtlose Überwachung verbindet Sensoren im Feld mit einem Dashboard oder Steuergerät. So stehen Messwerte auf dem Smartphone zur Verfügung, ohne jede Anbaufläche abgehen zu müssen. Ein intelligenter Feuchtesensor oder drahtloser Durchflussmesser übermittelt seine Daten typischerweise über eines dieser Netzwerke:
- Wi-Fi: gut geeignet in der Nähe von Gebäuden und Gewächshäusern; ein Wi-Fi-Durchflusssensor eignet sich für Bewässerungszentralen in Büronähe.
- LoRa / LoRaWAN: große Reichweite bei geringem Stromverbrauch, im offenen Gelände häufig mehrere Kilometer; beliebt für Messstationen im Feld.
- NB-IoT, LTE-M oder 4G-Mobilfunk: bei guter Netzabdeckung ist kein Gateway erforderlich.
- Kabelgebundene Ausgänge: SDI-12, RS-485/Modbus, 4–20 mA oder 0–5 V zum direkten Anschluss an Steuergeräte und SPS.
Bewässerungsüberwachungssysteme, die Bodenfeuchte-, Durchfluss-, Druck- und Wetterdaten zusammenführen, ermöglichen einer verantwortlichen Person die Überwachung vieler Zonen und den Nachweis des Wasserverbrauchs. Unter Intelligente Landwirtschaft mit IoT erfahren Sie, wie diese Systeme aufgebaut sind. Das landwirtschaftliche IoT-Bewässerungssystem zeigt ein Beispiel für eine vernetzte Bewässerungszentrale.
Sensorauswahl: Checkliste für Käufer
Wählen Sie Sensoren danach aus, welche Entscheidung sie unterstützen sollen, und stimmen Sie anschließend Ausgang, Stromversorgung und Konnektivität auf Ihr Steuergerät ab. Geben Sie bei Angebotsanfragen folgende Punkte an:
- Messgrößen: volumetrischer Wassergehalt, Saugspannung oder beides; ergänzen Sie Bodentemperatur und EC, wenn Sie Fertigation einsetzen.
- Messtiefen und Anzahl der Stationen pro Zone sowie die Frage, ob Sie Profilsonden für mehrere Tiefen benötigen.
- Ausgang und Protokoll: SDI-12, Modbus, 4–20 mA, 0–5 V oder Impulsausgang für den Durchfluss.
- Stromversorgung: Batterielaufzeit, optionale Solarmodule oder Versorgung über das Steuergerät.
- Konnektivität: Wi-Fi, LoRaWAN, Mobilfunk oder Kabelverbindung zur Bewässerungszentrale.
- Nennweite, Druckstufe und Genauigkeit des Durchflussmessers für jede Zone oder die Hauptleitung.
- Beständigkeit: Gehäuse für Feuchtesensoren im Außenbereich, die für den Erdeinbau geeignet sowie UV- und nagetierbeständig sind.
In Verbindung mit einem Steuergerät, das auf die Daten reagiert, amortisiert sich ein Netzwerk aus Bodenfeuchtesensoren in der Regel durch Wasser- und Energieeinsparungen, gleichmäßigere Erträge und frühere Warnungen vor Anlagenstörungen.
Nächste Schritte
Mars Vertical Farm fertigt IoT-fähige Bewässerungszentralen und Fertigationsanlagen, die Feuchte-, Durchfluss- und EC/pH-Eingangssignale verarbeiten. Entdecken Sie das Sortiment für Bewässerung und Fertigation oder teilen Sie uns Ihre Kultur, Bewässerungszonen und Ihr bevorzugtes Netzwerk mit. Wir schlagen Ihnen ein Paket aus Sensoren und Steuerung vor, mit Lieferung direkt ab Werk und individueller Konfiguration.
