BEREGNUNG
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Heinz Soureil und Martin Schmitz, Bra u nschweig
Bewässerungssteuerung
Zeitpunkt und Höhe der Bewässerungsga
be spielen eine entscheidende Rolle für die Ertragsstab i lität und -qualität, aber auch für die mögl iche Wassereinsparung.
Es werden verschiedene Bodenfeuchte
meßverfahren d iskutiert, mit denen eine Bewässerungssteuerung möglich wäre.
Die Ergebnisse zeigen die S pannweite verschiedener Sensoren. ln einem Bewer
tungsrahmen werden die verschiedenen Sensoren mit ihren Kenndaten gegen
ü bergestel lt.
D
ie Frage des zeitlichen Einsatzes der Bewässerung ist so a lt wie diese sel bst. Zeitpu n kt und Höhe der Wassergabe werden d u rch pfla nzen-, boden
und klima bed i ngte sowie ökonomische und ökologische Gesichtspunkte be
stimmt. i n der Verga ngenheit waren d ie Verfügbarkeit von Wasser und Energie nicht die begrenzenden Faktoren der Be
wässeru ngslandwirtschaft M itteleu ropas.
Die Kosten für Technik, I nstallation und Arbeit sta nden im Vordergrund. Auch heute fehlen noch zuverlässige, wi r
kungsvolle und al lgemein a kzeptierte Me
thoden zur BewässerungssteuE!rung.
Eine verbesserte Bewässerungssteue
rung - a uch Bewässerungsmanagement gena nnt - ist a l lerdings a us folgenden G ründen notwendig:
• Bewässerungswasser steht n icht mehr un begrenzt zur Verfügung
• negativen Auswirkungen der ü berbe
wässerung (Auswasch u ng) muß vorge
beugt werden
• eine d u rch verbessertes Bewässe
rungsmanagement mögliche geringere Beregnungshöhe führt zu höherer Flächenleistung der Masch inen und ge
ri ngeren Betriebskosten pro Fläche
• falsche Beregnungsintensität fü hrt zu Bodenverschlämmung oder Erosion.
Die Weiterentwicklung des Bewässe
ru ngsmanagements ist eine notwend ige betriebstechnische Ergä nzung zu den in Entwicklung befindlichen wasser- und energiesparenden Beregnu ngstechni
ken .
Dr rer hart. Heinz Sourelf und Dipl.-lng.
Martin Schmitz sind wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut für Betriebstechnik (Leiter: Dir u. Prof PD Dr -Ing. habil. C.
Sommer) der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft Braunschweig- Völkenrode (FAL), Bundesallee 50, D-381 1 6 Braun
schweig.
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Lösungsansätze
Die Weiterentwicklung der Bewässe
rungssteuerung kann nach pflanzenphy
sio\ogischen, boden physikalischen oder klimatologischen Kriterien erfolgen. in d iesem Beitrag wird ü ber d ie Arbeiten zur Weiterentwick\u ng, Eign u ngsuntersu
chungen und Bewertung von Boden
feuchtemeßverfahren berichtet.
Um Bodenfeuchtesensoren bewerten zu kön nen, sind zunächst Bewertu ngskri
terien a ufzustellen:
• Wirtschaftlichkeit
Die erwarteten Einsparungen an Wasser und Energie decken nicht die Geräteko
sten.
• Aussagefä higkeit der Messung Das vermessene Bodenvolu men ist zu klein (Punktmessung) ; keine Aussage ü ber größere Flächen mögl ich.
• Genauigkeit
Durch das kleine M eßvolumen, l nho
mogenitäten und Handhabu ngsfehler entstehen sch nell Fehler von 20 % . Deshal b wird a n M eßmethoden mit bes
serer M ittelwertbildung und geringeren Störeinflüssen gearbeitet. J enseits der übl ichen Verfa hren (Tensiometer, Bohr
stock, Gipsblock) kom men auch a ndere physikalische Meßeffekte in Frage:
• Gam mastra h lendämpfung (ähnlich Neutronensonde)
• Thermocoup\e-Psychrometer
• Thermopuls-Verfa hren
• N M R-Magnetische Kernresonanz
• Kapazitive Verfahren
• Lichtpolarisation
• Radar GPR ( M ikrowellen) .
Räumliche Variabil ität
Ein vielfach u nterschätztes Problem, wel
ches a uch d u rch verbesserte Sensortech
nologie nicht so ohne weiteres behoben werden ka n n , ist die räum l iche Variabilität der Bodenfeuchte, also die Schwan kung der im Boden vorhandenen Feuchtigkeit auch ü ber kleine Entfernungen im Feld ( Bild 1). Die räumliche Variabilität kan n durch den Variationskoeffizienten CV a us
ged rückt werden und liegt für Boden
feuchtemessungen typischerweise bei CV = 10 bis 30 %. Es müssen bei einem CV von 20 % elf Proben genommen wer
den, wen n die Feuchtigkeit mit 90 %er Wahrscheinlichkeit auf ± 10 % (vom Meßbereich) bestimmt werden sol l . Bei höheren Genauigkeitsanforderungen oder höherem CV steigt d ie Anzahl der
notwend igen Probenentna hmen bezie
h ungsweise Meßstellen.
Bewertung d e r Verfahren
Der Bewertungsrahmen ( Übe rsicht 1 ) li
stet d ie gängigen Bodenfeuchtemeßver
fah ren zusammen mit ihren wesentlichen Merkmalen a uf. Aufgrund der vielfältigen Variationsmöglichkeiten ist d ieser natur
gemäß subjektiv und n ic ht vollständig.
Tensiometer
Es gibt viele versch iedene Ba uformen von Tensiometern , d ie die Saugspa n n u ng des Bodens a ls ind i rekten Parameter für die Bodenfeuchte messen .
U nterschiede zwischen den Tensiome
tern bestehen hau ptsächlich in dem G rad der Volumene\astizität, welche ein Maß dafü r ist, wieviel Wasser aus der Kerze in den Boden ü bergehen m uß, damit im I n
neren das Vakuum erreicht wird, welches der Sa ugspannung im Boden entspricht.
Diese ist im wesentlichen a bhängig von dem im Tensiometer e ntha ltenen Luftvo
lumen (als Gas oder i m Wasser gelöst) und den mechanischen Eigenschaften des Druckaufnehmers. Sie wirkt sich maßgeblich a uf die Dynamik des Tensio
meters aus. Darüber h inaus ist die Qua
lität der Kera m i k-Kerze von I nteresse, die d ie Höhe des maxima l erreichba ren U n
terdrucks bestim mt ( meist bis 800 h Pa Saugspa n nung).
Bild 1 : Mit dem Bohrstock werden Bodenpro
ben für die gravimetrische Feuchtemessung gezogen.
Fig. 1: With an auger, soil samples for gravi
metric determination of maisture are extrac
ted.
Gipsblöcke
Ahnlieh wie bei den Tensiometern stellt sich auch bei den G i psb\öcken, d ie eben
so wie die Sa ugkerzen der Tensiometer porös sind, ein Spannungsgleichgewicht zwischen Boden und G i psblock ein. l n der eind ringenden Feuchtigkeit lösen sich kleine M engen G i ps a uf. Die entste
hende gesättigte Lösung ist elektrisch leit
fä hig und - da ihre Menge im Gipsblock mit zunehmender Bodenfeuchte ansteigt 53, Jahrgang LANDTEC H N I K 2/98
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Neutro- FD / ka- Obersicht 1 : Bewertung der gängigen Bodenfeuchtemeßverfahren
Bohrstock Tensiometer G ipsblock nensonde TDR pazitiv
Auger Tensiometer Gypsum block Neutron FD /
probe capcitive Table 1 : Appraising of common soil maisture measuring methods Symbol
Symbol Ii . '-C::::::::: i ;'0; i
L..o.W � �
�·I � � Versickerungskontrolle auch mit weniger genauen M e ßergebnissen durchführe n . Auch ließen sich dort, wo bisher d ie Beregnu ngssteuerung nahezu a usschließlich nach arbeits
wi rtschaftlichen Gesichtspun kten d u rchgefüh rt wurde, e rste Anha lts
werte für d ie Steuerung nach dem Zustand der Pfla nzenwasserversor
gung gewi nnen.
Saugspannung gern essene Grösse
Measured quantity
Gewichts
prozent, Mass
percenlaJ!e
Saugspannung
pressure head pressure head Vol.% Vol.% Vol.%
0,2 Gewichts
prozent mög
lich, 0.2 Mass
percenl pos-
abhängig VOD
der Qualität besser als besser als besser als
Genauigkeit •>
Accuracy des Manometers
Depending on quality of pressure-
unbestimmt Better than Beller lhan Beller lhan unlrnown ± 2 Vol.% ± 2 Vol.% ± 2 Vol.%
sible transducer
Haupeinflußgrössen auf Genauigkeit
Handhabungs
fehler Handling
mistakes
Manometer
qualität, Quality of pressure
transducer
Temperatur, Her
stellung, Alterung Temperalure, ma-
Bodenkon- Bodenkon- Main injluences on
accuracy
Dynamik '1 Dynamics 0 I min · 2 d
nufacluring, aKinJ!
1 - 3 d 0
takt takt
Electrode - Electrode - soi/ conlacl soi/ contact
0 0
Schlüsselwörter
Haupteinfluß
grössen auf Dynamik Main injluences on
dynamics
eingeschlossenes Luftvolumen, Leittähigkeit des
Bodens
Bodenkontakt, Leitfahigkeit des
Bodens, Sai/
contact, soi/
hydrau/ic con
ductivity
- . -
Bewässerungssteuerung, Bewässe
rungsmanagement Bodenfeucht
esensoren
air volume in tensiometer, soil
hydraultc con
ducl ivity
Keywords
Handhabung /Wartung Handlinglmaintenance JJ
Kapitalbedarf Sonde I Anzeigegerä.t, Costs probe I meter [DM]
200 I (Ofen, Waage)
(oven. sca/e)
- ei n Maß für die Bodenfeuchte.
0
50 - 700 1-, Septum!.
20 /500
G i psblöcke sind grundsätzlich zur Feuchtigkeitsmessung geeignet, im a llge
meinen wird a ber nur ein relativer Feuch
tigkeitswert angezeigt.
TOR
TDR (Time Domain Reflectometry) ist ei
ne Meßmethode, die a uf der indirekten Bestimmung des Bodenwassergehaltes über die sogenannte relative Dielektrizi
tätszahl des Bodens beruht. Sie ist eine Materialgröße, die im Boden dad urch ent
steht, daß d ie drei Stoffe, die den Boden bilden, nämlich Festsubstanz, Wasser und Luft, stark untersch ied l iche Dielektri
zitätszahlen haben : Luft "' 1, Festsub
sta nz 3 bis 4 und Wasser ü ber 80. Die re
sultierende Dielektrizitätsza h l des Bodens hängt von den Volumenantei len der d rei Kom ponenten ab. Daher hat der Wasser
gehalt den größten , d ie Bodendichte nur einen kleinen (trotzdem nicht zu ver
nachlässigenden) Einflu ß a uf diese Kenn
größe.
FD-Sensoren
FD-(Frequency-Domain)Sensoren mes
sen ebenfalls die Dielektrizätszahl des Bodens. Im Gegensatz zu TDR wirkt hier die Kombination aus Boden und Elektro
den als Kondensator, der mit einer hoch
freq uenten Schwingung ( ü ber 10 M Hz) bea ufschlagt wird . Der Aufbau der Gerä
te ist gru ndsätzlich einfacher und da m it preiswerter als TDR, a ber das Meßergeb- 53. Jahrgang LANDTEC H N I K 2/98
+ + +
10 - 20 I
200 - 400 !50 I
8000 100 I !50 - 2000 I
20.000
I rrigation control, Irrigation manage
ment, soil maisture sensors
Bild 2: Meßwerte verschiedener Senso
ren am gleichen Ort in gleicher Tiefe
'*
22r---
20 - · - -
�
18+=��;-�;---I
� 16�
14�---���--"
u.
TDR 1 TOR 2 TOR 3 -+- Tensiometer 1 ---ilf-Tensiomeler 2 ---+-- Tensiometer 3 ---7-Watermark1 - Watermark 2
Watermar1< 3
Fig. 2: Maisture readings of different sensors at the same location and in the
1 0L---
1 5 20
same depth
nis hängt von einer größeren Zah l von Ein
fl ußgrößen ab, was den Entwurf der Gerä
te erschwert.
Vergleichsmessungen
Im Feldversuch wurden em1ge vielver
sprechende Sensoren eingesetzt (Bild 2) . Nach einer Einla ufzeit von gut 15 Tagen zeigt sich ein sehr u ntersch iedliches B ild der Meßwerte. Sie reichen von 16 bis 20 Val%; eine zu große Streubreite, da der B ereich von 50 bis 80 % nFK im san
digen Boden auch nur etwa 4 Volumen
prozent a usmacht.
Ausbl ick
Zur Zeit kan n kei n Meßverfahren gleich
zeitig alle genannten Bewertungskriterien erfüllen. J e nachdem, welche Ziele man mit der Beregnungssteuerung verfolgt, ist d ies a ber a uch n icht u n bedingt notwen
d ig. Zum Beispiel läßt sich eine wirksame
25 30 35
Zeit Time , (d]
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gen Vorschriften genau informieren. Dies ist nicht ganz einfach, ist doch die Zah l der Geset
ze, Verordnungen und Erlasse selbst für Fach
leute nur noch schwer ü berschaubar. Hilfestel
lung gibt hier der BauBrief 38, der die einzelnen Planu ngssch ritte und die Voraussetzungen zur Genehmigung einer An lage der Tierhaltung nach dem Planungsrecht, dem Bauordnungsrecht der einzelnen Bundesländer, dem Wasserrecht, dem lmmissionsschutzrecht, dem Tierschutzrecht sowie dem Tierseuchenrecht genau beschreibt.
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