Bodensensoren sind eine Lösung, die sich im kleineren Maßstab bewährt hat und für landwirtschaftliche Zwecke von unschätzbarem Wert werden könnte.
Was sind Bodensensoren?
Sensoren erfassen Bodenbedingungen und ermöglichen so die Datenerfassung und -analyse in Echtzeit. Sie können nahezu jede Bodeneigenschaft, wie beispielsweise die DNA der darin vorkommenden Mikroorganismen, analysieren, um das Gleichgewicht hin zu einem gesünderen Bodenmikrobiom, höheren Erträgen und einem geringeren Ressourcenverbrauch zu verschieben.
Die verschiedenen Arten von Sensoren in der Landwirtschaft nutzen unterschiedliche Methoden, wie z. B. elektrische Signale und die Messung der Reflexion von Lichtwellen, um die wesentlichen Feldeigenschaften zu ermitteln, die landwirtschaftliche Betriebsabläufe verändern können.
Arten von Bodensensoren
Bodensensoren können Bodeneigenschaften wie Feuchtigkeitsgehalt, Temperatur, pH-Wert, Salzgehalt, Luftfeuchtigkeit, photosynthetische Strahlung und Nährstoffbilanz messen.—hauptsächlich die lebenswichtigen Nährstoffe Stickstoff, Phosphor und Kalium (NPK).
Neben ihren Vorteilen für das Pflanzenmanagement, wie z. B. eine bessere Getreidequalität und eine verringerte Nährstoffauswaschung, können Bodensensoren auch Prognosen zu Wasserressourcen, Bodenstabilität und Klimawandel ermöglichen.
Weitere Anwendungsfälle umfassen die Bewässerungsplanung, die Bewertung von Wassereinzugsgebieten, die mikrobielle Ökologieprofilierung und die Vorbeugung von Pflanzenkrankheiten.
Vorteile der Verwendung von Bodensensoren
Die Überwachung des Bodenzustands bietet Landwirten und Gärtnern zahlreiche Vorteile, darunter höhere Ernteerträge und eine verbesserte Ressourceneffizienz. IoT, Cloud-Dienste und die Integration von KI ermöglichen es Anbauern, datengestützte Entscheidungen zu treffen.
Sensoren optimieren den Düngemitteleinsatz, halten die Pflanzen gesund, maximieren die Ressourcennutzung und minimieren umweltschädliche Abflüsse und Ausgasungen. Die kontinuierliche Überwachung beugt zudem Problemen wie Krankheitsausbrüchen oder Bodenverdichtung vor.
Die Überwachung des Bodenzustands mithilfe von Bodensensoren kann auch die Düngemittel- und Wassernutzung optimieren.'Schätzungen zufolge werden in den USA etwa 30 % des ausgebrachten Nitratdüngers weggespült und verunreinigen so die Wasserquellen. Selbst effiziente Bewässerungssysteme können bis zu 50 % Wasser verschwenden, und die Landwirtschaft ist für 70 % des weltweiten Süßwasserverbrauchs verantwortlich. Die Fähigkeit, die Bodenfeuchtigkeit effizient und effektiv wiederherzustellen, könnte daher einen großen Unterschied machen.
Installation und Kalibrierung von Bodensensoren
Jeder Sensor verfügt über eine eigene Installationsanleitung. Die Installation erfordert in der Regel das Ausheben eines Lochs oder Grabens innerhalb einer Pflanzenreihe und das Platzieren der Sensoren in verschiedenen Tiefen, auch in der Nähe der Pflanzenwurzeln.
Bei großflächigen Anwendungen empfiehlt es sich, die Sensoren an Stellen zu platzieren, die charakteristisch für die übrige Fläche oder den zu bewirtschaftenden Bodentyp sind, in der Nähe von Wasserquellen und in direktem Bodenkontakt (d. h. ohne Lufteinschlüsse). Die Sensorstandorte sollten zudem an der Oberfläche markiert werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
Neben der korrekten Installation ist die Sensorkalibrierung entscheidend. Bodensensoren erfassen die Bodenfeuchte als volumetrischen Wassergehalt (VWC), wobei jeder Bodentyp seinen eigenen VWC-Wert aufweist. Bodenfeuchtesensoren haben oft unterschiedliche Empfindlichkeiten und müssen daher gegebenenfalls individuell kalibriert werden.
Fehlerbehebung
Geräteausfälle können durch elektrische Probleme, Störungen durch Wildtiere oder falsch angeschlossene Kabel verursacht werden. Eindringende Luft beeinträchtigt die Zuverlässigkeit eines Tensiometers. Die korrekte Einbautiefe und geeignete Abdichtungsmethoden helfen, zukünftige Probleme zu vermeiden.
Gängige Fehlerbehebungstechniken umfassen:
Überprüfung der Stromversorgung und der Schaltkreise
Reinigung der Sensoren ohne Verwendung von Chemikalien
Regelmäßige Wartungsarbeiten durchführen, um beschädigte Teile gemäß den Herstellerangaben auszutauschen.'Reparaturanleitung
Überwachung der Bodengesundheit
Bodensensoren bieten eine präzisere und effizientere Strategie zur Beurteilung der Bodengesundheit. Herkömmliche Bodenuntersuchungen sind vergleichbar mit einer Biopsie, die je nach Bodenbeschaffenheit Wochen oder Monate dauern kann.
Die Sensormessungen sind deutlich schneller und dauern ein bis zwei Stunden pro 50 Hektar. Die Sensoren zeigen alle für ein effizientes Pflanzenmanagement notwendigen Daten an, darunter Wassergehalt, Wasserspannung und das Vorhandensein organischer Substanz.—ein hervorragender Indikator für die allgemeine Bodengesundheit—ohne dass dafür physisch Bodenproben entnommen werden müssen.
Integration mit landwirtschaftlichen Managementsystemen
Laut einem Bericht von StartUS Insights sind Bodensensoren aufgrund ihrer Skalierbarkeit, Effizienz und Vielseitigkeit die wirkungsvollste Technologie zur Bodenüberwachung. Die Kombination von Bodensensoren mit anderen aufstrebenden Agrartechnologien, darunter KI-gestützte Bodenkartierung, Luftbildaufnahmen, automatisierte Bodenüberwachungsroboter, Emissionsmessgeräte, Augmented-Reality-Bodenanalyse, Nanotechnologie und Blockchain-Integration, kann das Betriebsmanagement optimieren.
Herausforderungen und Lösungen in der Bodensensorik
Laut einem Bericht der Universität Nebraska aus dem Jahr 2020 nutzen nur 12 % der US-amerikanischen landwirtschaftlichen Betriebe Bodenfeuchtesensoren zur Bestimmung der Bewässerungszeiten. Bodensensoren sind durch deutliche Verbesserungen in Bezug auf Zugänglichkeit, Benutzerfreundlichkeit sowie Datenverarbeitungs- und Anzeigefunktionen praktikabler geworden, aber es besteht weiterhin Entwicklungsbedarf.
Bodensensoren müssen kostengünstiger und interoperabler werden, um weltweit eingesetzt werden zu können. Die Vielzahl an Sensortypen führt zu einem Mangel an Standardisierung und Kompatibilität.
Viele bestehende Technologien basieren auf proprietären Sensoren, was die Anpassung erschwert. Fortschritte in der Sensortechnologie, wie sie beispielsweise von der UC Berkeley entwickelt wurden, vereinfachen die Integration, ermöglichen die Echtzeit-Datenüberwachung und fördern agile Entscheidungsfindung in verschiedenen Branchen und Märkten.
Fallstudien: Erfolgreicher Einsatz von Bodensensoren
Bodensensoren helfen Landwirten, Wasser und Geld zu sparen
Eine Studie der Clemson University ergab, dass Bodenfeuchtigkeitssensoren die Ernteerträge von Landwirten steigern können.'Durch die Steigerung der Bewässerungseffizienz auf getesteten Feldern, auf denen Erdnüsse, Sojabohnen oder Baumwolle angebaut wurden, konnte der durchschnittliche Nettogewinn um 20 % erhöht werden.
Nachhaltigere Sportplätze
Auch Sportstätten setzen zunehmend auf Bodensensoren. Das Wembley-Stadion und der Citizens Bank Park (Heimstadion der Philadelphia Phillies) gehören laut dem Hersteller Soil Scout zu den Sportstätten, die Bodensensoren nutzen, um optimale Spielflächen zu erhalten und gleichzeitig Wasser- und Energieverbrauch zu maximieren.
Zukunftstrends in der Bodensensorik
Zu den aufkommenden Trends gehört die Nanotechnologie mit gold- oder silberbasierten Nanopartikeln, die die Empfindlichkeit der Sensoren für den Nachweis von Bodenverunreinigungen wie Schwermetallen erhöhen.
Mit Nano-Verbindungen beschichtete Sensoren könnten Bodeneigenschaften erfassen und daraufhin Nährstoffe wie Sauerstoff in Reaktion auf schwankende Bodenqualität freisetzen. Andere Sensoren berechnen Bioindikatoren wie die Anzahl von Regenwürmern oder die Vielfalt von Mikroorganismen mittels DNA-Analyse, um das Bodenmikrobiom zu verbessern.
Veröffentlichungsdatum: 09.04.2024