Wie viel Bodenfeuchte ist aktuell vorhanden? Ab wann sorgt Trockenheit für ertragsrelevanten Stress? Und wie viel Beregnungswasser kann der Boden aktuell aufnehmen und speichern? All diese Fragen rücken in Zeiten von hohen Erzeugerpreisen, aber ebenso hohen Energiekosten und knappen Wasserrechten bei Beregnungsbetrieben immer wieder in den Fokus. Das Berliner Unternehmen MMM-Tech bietet eine neue Fernüberwachung für die Landwirtschaft an, die wir für Sie ausprobiert haben: IoT 4 H2O (Internet of Things for water).
Bodenfeuchte messen: Funkeinheit im Zentrum
Zentrales Bauteil ist eine Sendeeinheit, die entweder per LoRaWAN, einem Niedrigenergienetz, oder Mobilfunk im Feld erhobene Rohdaten an einen Server verschickt bzw. in einer Cloud abspeichert. In der Variante mit LoRaWan sind die laufenden Kosten etwas geringer (60 Euro pro Sender und Jahr), dafür muss allerdings eine eigene Empfangsstation (Gateway) und ein eigener Server vorhanden sein. Da dies selten der Fall sein wird, haben wir unseren Test mit dem Mobilfunk-Modul durchgeführt. In dieser Ausstattung bekommt man ein IoT-Modul mit SIM-Karte geliefert, die bereits einsatzbereit konfiguriert ist.
Ebenfalls vorinstalliert und an die Sendeeinheit angeschlossen liefert der Hersteller sechs Sensoren mit. Entweder sind dies fünf sogenannte Watermark-Sensoren und ein Temperaturfühler oder sechs Watermark-
Sensoren.
Watermark-Sensoren ermitteln die Saugspannung im Boden. Sie zeigen an, wie viel Kraft die Pflanzen aufwenden müssen, um das Wasser nutzen zu können. Ein Vorteil: Die Daten sind unabhängig vom Boden immer identisch zu interpretieren.
Angepasst an die Wurzeltiefe der Kultur empfiehlt und liefert MMM-Tech die Sensoren für unterschiedliche Einbautiefen: Für Kartoffeln sind beispielsweise 20, 40 und 60 cm lange Sonden sinnvoll, jeweils mit einer Wiederholung.
Wahlweise können an die Sendeeinheit auch FDR-Profilsonden installiert werden, z. B. von Sentek oder Aquacheck, um den volumetrischen Wassergehalt mit einer Sonde in verschiedenen Schichten zu messen. Diese kosten allerdings 700 bis 900 Euro pro Stück anstatt 50 bis 70 Euro je Watermark-Sensor. Verbunden sind die Sensoren über 5 bis 10 m lange Lautsprecherkabel (Zwillingslitze aus Kupferdrähten) mit der Sensoreinheit. Auf Empfehlung des Herstellers installiert man die Sonden auf einer möglichst repräsentativen Teilfläche. Der Einbau sollte unbedingt im Wurzelbereich erfolgen, damit die spätere Dateninterpretation Sinn ergibt.
Um die Sonden im Feld auf die gewünschte Tiefe einzubauen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Entweder bohren Sie die Löcher mit einem im Durchmesser 23 mm großen Bohrstock vor, oder Sie nutzen einen ebenso dicken Spiralbohrer am Akkuschrauber. Steine oder Geröll in tieferen Bodenschichten verhindern den Einbau.
Nachdem Sie die Löcher gebohrt haben, sollten Sie etwas Wasser mit Boden aus der untersten Schicht vermischen und davon etwa eine halbe Tasse in das Bohrloch kippen. Anschließend können Sie die Sonde einführen. Bleibt ein kleiner Spalt zwischen Sonde und Bohrloch sichtbar, verfüllen Sie diesen ebenfalls mit dem Boden-Wasser-Gemisch.
Vergraben Sie unbedingt auch die Kabel im Boden — obwohl sie sehr sperrig sind. Ansonsten besteht die Gefahr vor Wildverbiss, wie wir trotz Erdbedeckung erfahren haben. Ein weiterer Tipp: Markieren Sie sich die Einbauposition, damit Sie die Sensoren zum Ende sowie während der Vegetation stets wiederfinden.
Ein Set besteht z. B. aus IoT 4 H2O, Feuchtesensoren und einem Temperaturfühler.
(Bildquelle: Schulz)
Der Ausbau ist mit Arbeit verbunden. Gewässerter Boden soll den Vorgang vereinfachen.
(Bildquelle: Schulz)
Digitale Messwerte
Nach dem Einbau erhalten Sie jede Stunde neue Messwerte in einem Onlineportal (iot4water.de). Aufrufen kann man die Webanwendung per Desktop oder Smartphone über den Browser. Nach dem Login werden die Messwerte tabellarisch und grafisch angezeigt. Die Anwendung zeigt die Daten der Watermark-Sensoren in Zentibar (cBar) an, was 1 kPa entspricht. Je höher dieser Wert, desto schwerer ist das Wasser für die Wurzeln verfügbar.
Laut Hersteller sind dauerhafte Werte zwischen 0 und 10 cBar zu vermeiden, denn dann ist der Boden zu feucht und kann gelöste Nährstoffe in den Unterboden verlagern. Als praxisnahe Zielwerte gibt der Hersteller diese Saugspannungen an: Mais toleriert Werte zwischen 10 und 50 cBar, Kartoffeln wachsen stressfrei zwischen 10 und 35 cBar und Zuckerrüben im Bereich von 10 bis 45 cBar.
Mit diesen Richtwerten stellte sich das System bei unseren Einsätzen als sehr nützlich heraus. Dank der verschieden tiefen Sonden sind sogar Verläufe zwischen den einzelnen Bodenhorizonten erkennbar. Auch nach Regengaben ist prima nachvollziehbar, wie das Wasser im Boden verläuft und wann in etwa eine Sättigung einsetzt.
Bis zum Herbst soll in der Onlineplattform eine Warnfunktion hinterlegt werden. Per E-Mail bekommt man dann eine Nachricht, sobald definierte Grenzen überschritten werden — super.
Kleiner Wermutstropfen: Am Ende der Saison muss man die Sonden wieder ausbauen. Das ist umständlich, aber machbar. Hierzu zwei Tipps vom Hersteller: Zum einen sollte man den Boden im Bereich der Sonden einen Tag zuvor wässern. Zum anderen kann ein stabiler Draht hilfreich sein, indem man ihn am Rohr entlang in den Boden führt und anschließend wieder herauszieht. Er verhindert, dass sich beim Hochziehen der Sonde ein Vakuum an der Spitze bildet. Dann passiert es hoffentlich nicht — so wie bei uns — dass die Sensoren beim Ausbau aus dem Installationsrohr herausbrechen. Immerhin: Ein neues Installationsrohr kostet nur zwischen 3 und 4 Euro (Preise ohne MwSt.).
Zum Preis: Eine Einheit mit sechs Sensoren kostet 745 Euro. Darin enthalten sind die Hardware und die laufenden Kosten für das erste Jahr. Ab dem zweiten Jahr kommen jährlich 78 Euro hinzu. Diese Kosten beinhalten die Nutzung und Wartung der Onlineanwendung, die Gebühren der SIM-Karte und ein neues Paar Batterien, da keine herkömmlichen funktionieren.
Unser Fazit: IoT 4 H2O ist ein kompaktes System, das bis auf den Ein- und Ausbau sehr einfach handhabbar ist. Insgesamt bietet es ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.
