Bodensensoren: Definition, Typen und Vorteile

Bodensensoren sind eine Lösung, die sich in kleineren Maßstäben bewährt hat und für landwirtschaftliche Zwecke von unschätzbarem Wert sein könnte.

Was sind Bodensensoren?

Sensoren verfolgen die Bodenbedingungen und ermöglichen so eine Datenerfassung und -analyse in Echtzeit.Sensoren können nahezu jedes Bodenmerkmal verfolgen, beispielsweise die DNA ansässiger Mikroorganismen, um das Gleichgewicht in Richtung eines gesünderen Bodenmikrobioms, eines höheren Ertrags und eines geringeren Ressourcenverbrauchs zu verschieben.

Die verschiedenen Arten von Sensoren in der Landwirtschaft nutzen unterschiedliche Methoden wie elektrische Signale und die Messung der Reflexion von Lichtwellen, um die wesentlichen Feldeigenschaften zu ermitteln, die landwirtschaftliche Abläufe verändern können.

Arten von Bodensensoren

Bodensensoren können Bodeneigenschaften wie Feuchtigkeitsgehalt, Temperatur, pH-Wert, Salzgehalt, Feuchtigkeit, photosynthetische Strahlung und Nährstoffhaushalt messen—hauptsächlich der lebenswichtige Stickstoff, Phosphor und Kalium (NPK).

Zusätzlich zu ihren Vorteilen im Pflanzenmanagement, wie z. B. einer besseren Getreidequalität und einer geringeren Nährstoffauswaschung, können Bodensensoren Prognosen zu Wasserressourcen, Bodenstabilität und Klimawandel liefern.

Weitere Anwendungsfälle umfassen die Bewässerungsplanung, die Bewertung von Wassereinzugsgebieten, die Erstellung mikrobieller Ökologieprofile und die Prävention von Pflanzenkrankheiten.

Vorteile der Verwendung von Bodensensoren

Die Verfolgung des Bodenzustands bietet Landwirten und Gärtnern viele Vorteile, darunter einen höheren Ernteertrag und eine verbesserte Ressourceneffizienz.IoT, Cloud-Dienste und KI-Integration ermöglichen es Landwirten, datengesteuerte Entscheidungen zu treffen.

Sensoren optimieren den Düngemitteleinsatz, halten die Pflanzen gesund, maximieren die Ressourcen und minimieren den Abfluss und die Ausgasung, die die Umwelt belasten.Eine ständige Überwachung beugt zudem Problemen wie Krankheitserregern oder Bodenverdichtungen vor.

Durch die Überwachung des Bodenzustands mithilfe von Bodensensoren kann auch der Dünger- und Wasserverbrauch optimiert werden.Es'Schätzungen zufolge werden etwa 30 % des in den USA ausgebrachten Nitratdüngers weggespült und verunreinigen Wasserquellen.Selbst geschickte Bewässerungssysteme können zu einer Wasserverschwendung von bis zu 50 % führen, und die Landwirtschaft ist für 70 % des weltweiten Süßwasserverbrauchs verantwortlich.Die Fähigkeit, die Bodenfeuchtigkeit effizient und effektiv wieder aufzufüllen, könnte große Auswirkungen haben.

Installation und Kalibrierung von Bodensensoren

Für jeden Sensor gibt es eine eigene Installationsanleitung. Die Installation erfordert jedoch normalerweise das Ausheben eines Lochs oder Grabens innerhalb einer Kulturreihe und die Platzierung der Sensoren in mehreren Tiefen, auch in der Nähe der Pflanzenwurzeln.

Best Practices erfordern die Platzierung auf einem großen Gebiet an Standorten, die auf den Rest des Feldes oder die zu bewirtschaftende Bodenart hinweisen, in der Nähe von Wasseraustrittsstellen und in direktem Kontakt mit dem Boden (d. h. ohne Lufteinschlüsse).Sensorstandorte sollten außerdem markiert oder auf andere Weise auf der Oberfläche markiert werden, um versehentliche Schäden zu vermeiden.

Neben der ordnungsgemäßen Installation ist die Sensorkalibrierung von entscheidender Bedeutung.Bodensensoren registrieren Bodenfeuchtigkeitsdaten als volumetrischen Wassergehalt (VWC), und jede Bodenart hat ihren eigenen VWC.Bodenfeuchtesensoren haben oft unterschiedliche Empfindlichkeiten und müssen möglicherweise individuell kalibriert werden.

Fehlerbehebung

Geräteausfälle können aufgrund von elektrischen Problemen, Störungen durch Wildtiere oder falsch angeschlossenen Kabeln auftreten.Wenn Luft in ein Tensiometer eindringt, wird es unzuverlässig.Durch die Sicherstellung der richtigen Einbautiefe und der richtigen Abdichtungsmethoden können künftige Probleme vermieden werden.

Zu den gängigen Techniken zur Fehlerbehebung gehören:

Überprüfen Sie die Stromversorgung und die Schaltung

Reinigung der Sensoren ohne Einsatz von Chemikalien

Durchführung regelmäßiger Wartungsarbeiten zum Austausch beschädigter Teile nach Angaben des Herstellers's Reparaturanleitung

Überwachung der Bodengesundheit

Bodensensoren bieten eine genauere und optimierte Strategie zur Beurteilung der Bodengesundheit.Herkömmliche Bodenuntersuchungen entsprechen einer Biopsie, die je nach Bodenbeschaffenheit Wochen oder Monate dauern kann.

Sensormessungen gehen viel schneller vonstatten und dauern ein bis zwei Stunden pro 50 Acres.Die Sensoren zeigen alles an, was für ein effizientes Pflanzenmanagement erforderlich ist, einschließlich Wassergehalt, Wasserspannung und das Vorhandensein organischer Stoffe—ein guter Indikator für die allgemeine Bodengesundheit—ohne dass Bodenproben physisch entnommen werden müssen.

Integration mit landwirtschaftlichen Managementsystemen

Laut einem Bericht von StartUS Insights sind Bodensensoren aufgrund ihrer Skalierbarkeit, Effizienz und Nützlichkeit die wirkungsvollste Bodenüberwachungstechnologie.Durch die Kombination von Bodensensoren mit anderen aufstrebenden landwirtschaftlichen Technologien, einschließlich KI-gestützter Bodenkartierung, Luftbildaufnahmen, automatisierten Bodenüberwachungsrobotern, Emissionstrackern, Augmented-Reality-Bodenanalyse, Nanotechnologie und Blockchain-Integration, kann das landwirtschaftliche Management optimiert werden.

Herausforderungen und Lösungen in der Bodensensorik

Laut einem Bericht der University of Nebraska aus dem Jahr 2020 verwenden nur 12 % der US-amerikanischen Farmen Bodenfeuchtigkeitssensoren, um Bewässerungspläne festzulegen.Bodensensoren sind aufgrund erheblicher Verbesserungen bei Zugänglichkeit, Benutzerfreundlichkeit sowie Datenverarbeitungs- und Anzeigefunktionen praktikabler geworden, es sind jedoch weitere Fortschritte erforderlich.

Für den weltweiten Einsatz müssen Bodensensoren kosteneffizienter und interoperabler werden.Es gibt viele Arten von Sensoren, was zu einem Mangel an Standardisierung und Kompatibilität führt.

Viele bestehende Technologien basieren auf proprietären Sensoren, was eine individuelle Anpassung erschweren kann.Fortschritte in der Sensortechnologie, wie sie von der UC Berkeley entwickelt wurden, vereinfachen das Onboarding, ermöglichen eine Live-Datenüberwachung und fördern eine agile Entscheidungsfindung in allen Bereichen und Märkten.

Fallstudien: Erfolgreiche Implementierung von Bodensensoren

Bodensensoren helfen Landwirten, Wasser und Geld zu sparen

Eine Studie der Clemson University ergab, dass Bodenfeuchtigkeitssensoren den Landwirten helfen können'Steigerung des durchschnittlichen Nettoeinkommens um 20 % durch Steigerung der Bewässerungseffizienz auf getesteten Feldern, auf denen Erdnüsse, Sojabohnen oder Baumwolle angebaut werden.

Nachhaltigere Sportplätze

Auch Sportstätten setzen Bodensensoren ein.Laut Soil Scout, Hersteller von Bodensensoren, gehören das Wembley-Stadion und der Citizens Bank Park (Heimat der Philadelphia Phillies) zu den Sportstätten, die Bodensensoren einsetzen, um üppige Spielflächen zu erhalten und gleichzeitig den Wasser- und Energieverbrauch zu maximieren.

Zukünftige Trends in der Bodensensortechnologie

Zu den aufkommenden Trends gehört die Nanotechnologie mit Nanopartikeln auf Gold- oder Silberbasis, die die Sensorempfindlichkeit für die Erkennung von Bodenschadstoffen wie Schwermetallen erhöhen.

Mit Nanoverbindungen beschichtete Sensoren könnten Bodeneigenschaften verfolgen und dann als Reaktion auf schwankende Bodenqualität Nährstoffe wie Sauerstoff freisetzen.Andere berechnen Bioindikatoren wie die Anzahl der Regenwürmer oder die Vielfalt der Mikroorganismen mithilfe von DNA-Analysen, um das Bodenmikrobiom zu verbessern.