Saftig grüner Salat gedeiht prächtig in Nährlösung in Anzuchttanks, die alle von mehreren leise arbeitenden Wasserqualitätssensoren überwacht werden.
In einem Universitätslabor in der Provinz Jiangsu gedeiht eine Salatpflanze prächtig ohne Erde – dank eines intelligenten Hydroponik-Überwachungssystems auf Basis von Schmalband-IoT-Technologie. Forscher Zhang Jing erklärte, dass das System mithilfe mehrerer Wasserqualitätssensoren die Parameter der Nährlösung in Echtzeit überwacht und in Kombination mit Fuzzy-Control-Methoden die Wasserqualität automatisch an die Bedürfnisse der Pflanzen anpasst.
Mit der zunehmenden Verbreitung hydroponischer Technologien spielen diese unauffälligen Wasserqualitätssensoren eine immer wichtigere Rolle. Von professionellen Forschungseinrichtungen bis hin zu Privathaushalten revolutionieren intelligente hydroponische Systeme still und leise traditionelle Anbaumethoden.
01 Aktueller Stand der Hydroponik-Technologie
Im Vergleich zum traditionellen Anbau in Erde ermöglicht die Hydrokultur ein schnelleres Pflanzenwachstum und reduziert Schädlingsprobleme. Da die Pflanzen kontinuierlich Nährstoffe aus der Nährlösung aufnehmen, ist es unerlässlich, die Wasserqualitätsparameter der Nährlösung umgehend und genau zu überwachen und die Nährstoffe bei Bedarf nachzufüllen.
In den letzten Jahren haben intelligente Hydrokultursysteme dank der Entwicklung der Sensortechnologie und der Kostensenkung ihren Weg von Forschungseinrichtungen in Privathaushalte gefunden.
Ein typisches intelligentes Hydroponiksystem besteht üblicherweise aus drei Hauptkomponenten: Sensoren, Steuerungen und Aktoren.
Sensoren erfassen verschiedene Wasserqualitätsparameter und fungieren somit als „Augen“ und „Ohren“ des Systems. Ihre Genauigkeit und Stabilität entscheiden direkt über Erfolg oder Misserfolg des gesamten Hydrokultursystems.
02 Detaillierte Übersicht der Kernsensoren
pH-Sensoren
Der pH-Wert ist für das Pflanzenwachstum in Hydrokulturen entscheidend. Wie jeder in der Aquakultur weiß, liegt der optimale pH-Bereich für Gewässer zwischen 7,5 und 8,5.
pH-Wasserqualitätssensoren erfassen die Wasserstoffionenkonzentration in den gemessenen Substanzen und wandeln sie in entsprechende nutzbare Ausgangssignale um.
Die H+-Ionen in der Lösung interagieren mit der Sensorelektrode und erzeugen ein Spannungssignal, dessen Stärke proportional zur H+-Konzentration ist. Durch Messung dieses Spannungssignals lässt sich der entsprechende pH-Wert der Lösung bestimmen.
Für hydroponische Anwendungen entwickelte pH-Sensoren sind im Handel erhältlich, beispielsweise automatische pH-Sensoren für die Hydrokultur, die Standardkommunikationsprotokolle unterstützen, mit Messbereichen von 0-14,00 pH und einer Auflösung von bis zu 0,01 pH, die eine präzise Überwachung und Steuerung ermöglichen.
Sensoren für gelösten Sauerstoff
Gelöster Sauerstoff ist ein Schlüsselfaktor für gesundes Wurzelwachstum bei hydroponischen Pflanzen. Gewässer, die nicht durch sauerstoffzehrende Substanzen verunreinigt sind, weisen einen hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff auf.
Sensoren zur Messung des gelösten Sauerstoffs bestimmen die Menge an Sauerstoff, die im Wasser gelöst ist.
Sauerstoffmoleküle aus der Messlösung durchdringen die selektive Membran des Sensors und durchlaufen an der internen Kathode und Anode entsprechende Reduktions- bzw. Oxidationsreaktionen, wodurch gleichzeitig Stromsignale erzeugt werden. Die Stromstärke ist proportional zur Konzentration des gelösten Sauerstoffs.
Professionelle Sensoren für gelösten Sauerstoff sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich: Einige sind in der Lage, rauen Umgebungsbedingungen standzuhalten und gleichzeitig eine ausgezeichnete Genauigkeit zu bieten; andere sind auf Reaktionszeit optimiert und eignen sich für Stichproben und analytische Anwendungen.
Ionenkonzentrationssensoren
Ionenkonzentrationssensoren sind unverzichtbare Geräte zur Überwachung der Nährlösungszusammensetzung. Die Konzentrationen bestimmter Ionen wie Nitrat, Ammonium und Chlorid beeinflussen das Pflanzenwachstum direkt.
Beispielsweise können spezielle Ammoniumionensensoren den Ammoniumgehalt in natürlichen Gewässern, Oberflächenwasser, Grundwasser und in verschiedenen landwirtschaftlichen Anwendungen messen.
Ein Patent einer landwirtschaftlichen Universität für einen Sensor zur Messung der Ionenkonzentration in Hydrokulturlösungen integriert Ionenelektroden, Temperatursensoren und pH-Sensoren und ermöglicht so ein schnelles Verständnis von Ionenkonzentrationsänderungen, Temperaturschwankungen und pH-Wert-Änderungen in Hydrokulturlösungen.
Sensoren zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit ist ein wichtiger Indikator zur Messung der Gesamtionenkonzentration in der Nährlösung und spiegelt direkt den Fruchtbarkeitsgrad der Nährlösung wider.
Automatische EC-Transmitter, die speziell für die landwirtschaftliche Bewässerung und Hydrokultur entwickelt wurden, bieten Messbereiche bis zu 0-4000 µS/cm, unterstützen Standard-Ausgangsprotokolle, sind in der Lage, an Dosierpumpen/-ventile angeschlossen zu werden und Pumpen-/Ventilschalter zu steuern.
Temperatur- und Trübungssensoren
Die Temperatur beeinflusst das Wurzelwachstum und die Stoffwechselaktivität der Nutzpflanzen, während die Trübung die Menge an suspendierten Partikeln in der Nährlösung widerspiegelt.
Bei intelligenten Gewächshaus-Hydroponik-Tankprojekten können Entwickler hochpräzise digitale Temperatur- und Feuchtigkeitssensormodule mit einer typischen Temperaturgenauigkeit von ±0,3℃ und einer Auflösung von 0,01℃ verwenden.
Spezielle Trübungssensoren können zusammen mit Multiparameter-Instrumenten zur Überwachung des Trübungsgrades von Nährlösungen eingesetzt werden.
03 Integrierte Anwendungen in intelligenten Systemen
Die Daten einzelner Sensoren reichen oft nicht aus, um die gesamte hydroponische Umgebung umfassend abzubilden. Daher ist die Multisensorfusion ein wachsender Trend in intelligenten hydroponischen Systemen.
Kostengünstige Mehrparameter-Sonden lassen sich problemlos in Steuerungs- und Telemetriesysteme integrieren und eignen sich für den Langzeiteinsatz.
Forschungsteams haben IoT-basierte intelligente Überwachungssysteme für die Hydrokultur entwickelt, die mobile Anwendungsschnittstellen zur Echtzeitüberwachung hydroponischer Umweltparameter nutzen und mit intelligenten Steuerungsmethoden kombiniert werden, um die Wasserqualitätsparameter der Nährlösung auf der Grundlage von Betriebserfahrung und Pflanzenbedürfnissen anzupassen.
Die Testergebnisse zeigen, dass bei der Regulierung von Nährlösungen durch solche Systeme wichtige Parameter wie pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit innerhalb angemessener Zeiträume stabile voreingestellte Werte beibehalten können.
04 Technische Herausforderungen und Zukunftstrends
Obwohl die Technologie hydroponischer Sensoren bedeutende Fortschritte gemacht hat, bestehen weiterhin einige Herausforderungen. Langzeitstabilität, Antifouling-Eigenschaften und Kalibrierfrequenz der Sensoren sind wichtige Aspekte für praktische Anwendungen.
Insbesondere ionenselektive Elektroden sind anfällig für Störungen durch andere Ionen und erfordern eine regelmäßige Kalibrierung.
Zukünftige Sensoren für die Hydrokultur werden sich in Richtung Multifunktionalität, Intelligenz und Kostenreduzierung entwickeln.
Moderne Sensorsysteme ermöglichen bereits hochpräzise Messungen verschiedener Parameter, darunter Chlorophyll, Pigmente, Fluoreszenz, Trübung und mehr.
Gleichzeitig sinken mit der Entwicklung von Open-Source-Projekten die Einstiegshürden für intelligente Hydrokultursysteme, wodurch mehr Menschen an diesem landwirtschaftlichen Wandel teilhaben können.
Immer mehr Stadtbewohner experimentieren heutzutage mit Hydrokultur zu Hause. Auf den Balkonen von Wohnhäusern in verschiedenen Städten gedeihen Blattgemüse prächtig in intelligenten Hydrokulturtanks, die auf gängigen Mikrocontroller-Plattformen basieren.
„Wasserqualitätssensoren sind das Herzstück von Hydrokultursystemen – sie sind wie die ‚Geschmacksknospen‘ der Pflanzen und zeigen uns an, welche Nährstoffe angepasst werden müssen“, erklärte ein Enthusiast.
Kontinuierliche Fortschritte in der Sensortechnologie machen die Präzisionslandwirtschaft vom Ideal zur Realität.
Wir können Ihnen außerdem eine Vielzahl von Lösungen anbieten für
1. Handmessgerät zur Messung der Wasserqualität mehrerer Parameter
2. Schwimmbojensystem zur multiparametrischen Wasserqualitätsmessung
3. Automatische Reinigungsbürste für Multiparameter-Wassersensor
4. Komplettes Server- und Software-Funkmodul, unterstützt RS485, GPRS, 4G, WLAN, LoRa und LoRaWAN.
Für weitere Wassersensoren Information,
Bitte wenden Sie sich an Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
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Tel.: +86-15210548582
Veröffentlichungsdatum: 07.11.2025