Zusammenfassung: Im Zuge des Wandels von traditioneller zu präziser und intelligenter Landwirtschaft entwickeln sich pH-Sensoren für die Wasserqualität von ungewohnten Laborinstrumenten zu den „intelligenten Geschmacksnerven“ des Feldes. Durch die Echtzeitüberwachung des pH-Werts von Bewässerungswasser sichern sie das Pflanzenwachstum und sind zu einem Schlüsselelement im wissenschaftlichen Wasser- und Düngemanagement geworden.
I. Fallhintergrund: Die missliche Lage von „Tomato Valley“
Auf der modernen landwirtschaftlichen Demonstrationsanlage „Green Source“ in Ostchina befand sich ein 500 Hektar großes, modernes Glasgewächshaus, das dem Anbau hochwertiger Kirschtomaten gewidmet war und den Namen „Tomatental“ trug. Der Betriebsleiter, Herr Wang, hatte ständig mit einem Problem zu kämpfen: ungleichmäßiges Pflanzenwachstum mit Blattvergilbung und Kümmerwuchs in einigen Bereichen, gepaart mit geringer Düngemitteleffizienz.
Nach ersten Untersuchungen konnten Schädlinge, Krankheiten und Nährstoffmängel ausgeschlossen werden. Der Fokus verlagerte sich schließlich auf das Bewässerungswasser. Die Wasserquelle war ein nahegelegener Fluss, der auch Regenwasser sammelte. Sein pH-Wert schwankte aufgrund von Wetter- und Umweltveränderungen. Man vermutete, dass der instabile pH-Wert des Wassers die Düngemittelverfügbarkeit beeinträchtigte und so die beobachteten Probleme verursachte.
II. Die Lösung: Einsatz eines intelligenten pH-Überwachungssystems
Um dieses Problem endgültig zu lösen, führte die „Green Source“-Basis ein intelligentes Bewässerungswasserüberwachungssystem ein, das auf Online-pH-Sensoren zur Wasserqualitätsmessung basiert.
- Systemzusammensetzung:
- Online-pH-Sensoren: Sie werden direkt am Hauptbewässerungsrohr und am Auslass des Düngemittelmischtanks in jedem Gewächshaus installiert. Diese Sensoren arbeiten nach dem Prinzip der Elektrodenmessung und ermöglichen die kontinuierliche Echtzeit-pH-Wert-Erkennung des Wassers.
- Datenerfassungs- und Übertragungsmodul: Wandelt die analogen Signale der Sensoren in digitale Signale um und überträgt diese drahtlos über die Technologie des Internets der Dinge (IoT) an eine zentrale Steuerungsplattform.
- Intelligente zentrale Steuerungsplattform: Ein cloudbasiertes Softwaresystem, das für den Empfang, die Speicherung, die Anzeige und die Analyse von pH-Daten sowie für die Festlegung von Managementschwellenwerten zuständig ist.
- Automatisches Einstellsystem (optional): Es ist mit der Plattform verbunden und steuert automatisch die Zugabe kleiner Mengen Säure (z. B. Phosphorsäure) oder Lauge (z. B. Kaliumhydroxid), um den pH-Wert präzise anzupassen, wenn die Werte außerhalb des zulässigen Bereichs liegen.
- Arbeitsablauf:
- Echtzeitüberwachung: Der pH-Wert des Bewässerungswassers wird von den Sensoren in Echtzeit erfasst, bevor es in das Tropfbewässerungssystem gelangt.
- Schwellenwertalarme: Der optimale pH-Bereich für das Wachstum von Kirschtomaten (5,5–6,5) ist in der zentralen Steuerungsplattform eingestellt. Fällt der pH-Wert unter 5,5 oder steigt er über 6,5, sendet das System umgehend eine Benachrichtigung an die Verantwortlichen per Mobil-App oder Computer.
- Datenanalyse: Die Plattform generiert pH-Trenddiagramme, die Managern helfen, Muster und Ursachen von pH-Schwankungen zu analysieren.
- Automatische/Manuelle pH-Wert-Anpassung: Das System kann vollautomatisch betrieben werden und fügt Säure oder Lauge hinzu, um den pH-Wert präzise auf den Zielwert (z. B. 6,0) einzustellen. Alternativ können die Verantwortlichen die pH-Wert-Anpassung nach Erhalt einer Benachrichtigung manuell per Fernzugriff aktivieren.
III. Anwendungsergebnisse und Wert
Nach dreimonatiger Nutzung des Systems erzielte die „Green Source“-Basis signifikante ökonomische und ökologische Vorteile:
- Verbesserte Düngemitteleffizienz, reduzierte Kosten:
- Die meisten Nährstoffe (wie Stickstoff, Phosphor und Kalium) sind für Pflanzen in einem leicht sauren Milieu (pH-Wert 5,5–6,5) am besten verfügbar. Durch die präzise pH-Wert-Kontrolle konnte die Düngemitteleffizienz um etwa 15 % gesteigert und der Düngemittelverbrauch bei gleichbleibendem Ertrag um etwa 10 % reduziert werden.
- Verbesserte Pflanzengesundheit, gesteigerte Qualität und höherer Ertrag:
- Probleme wie die „Nährstoffmangelchlorose“ (Gelbfärbung der Blätter), die durch einen hohen pH-Wert verursacht wurde, der Mikronährstoffe wie Eisen und Mangan bindet und sie den Pflanzen somit unzugänglich macht, wurden behoben. Das Pflanzenwachstum verlief gleichmäßig und die Blätter nahmen ein gesundes Grün an.
- Der Brix-Wert, der Geschmack und die Konsistenz der Kirschtomaten verbesserten sich deutlich. Der Anteil marktfähiger Früchte stieg um 8 %, was den wirtschaftlichen Ertrag direkt steigerte.
- Ermöglichte präzises Management, spart Arbeitsaufwand:
- Die veraltete Methode der häufigen manuellen Probenahme und -analyse mittels pH-Teststreifen oder tragbaren Messgeräten wurde ersetzt. Dies ermöglicht eine vollautomatische Überwachung rund um die Uhr, wodurch Arbeitsaufwand erheblich reduziert und menschliche Fehler ausgeschlossen werden.
- Die Verantwortlichen können den Wasserqualitätsstatus des gesamten Bewässerungssystems jederzeit und überall über ihr Handy überprüfen, was die Effizienz des Managements drastisch verbessert.
- Verhinderte Systemverstopfungen, reduzierte Wartungskosten:
- Ein zu hoher pH-Wert kann zur Ausfällung von Kalzium- und Magnesiumionen im Wasser führen, wodurch Kalkablagerungen entstehen, die die empfindlichen Tropfemitter verstopfen. Die Einhaltung des optimalen pH-Werts verlangsamt die Kalkbildung, verlängert die Lebensdauer des Tropfbewässerungssystems und reduziert Wartungsaufwand und -kosten.
IV. Zukunftsaussichten
Die Anwendung von pH-Sensoren für Wasser reicht weit darüber hinaus. Im Konzept für die zukünftige intelligente Landwirtschaft werden sie eine noch zentralere Rolle spielen:
- Tiefe Integration mit Fertigationssystemen: pH-Sensoren werden mit EC-Sensoren (elektrische Leitfähigkeit) und verschiedenen ionenselektiven Elektroden (z. B. für Nitrat, Kalium) kombiniert, um ein komplettes „Nährstoffdiagnosesystem“ für bedarfsgerechte Düngung und Präzisionsbewässerung zu bilden.
- KI-gestützte vorausschauende Steuerung: Durch die Analyse historischer pH-Daten, Wetterdaten und Pflanzenwachstumsmodelle mithilfe von KI-Algorithmen kann das System pH-Trends vorhersagen und proaktiv eingreifen, wodurch der Übergang von der „Echtzeitsteuerung“ zur „vorausschauenden Regulierung“ erfolgt.
- Erweiterung auf Aquakultur und Bodenüberwachung: Die gleiche Technologie kann zur Steuerung der Wasserqualität in Aquakulturteichen eingesetzt und als Sonde für die pH-Wert-Überwachung des Bodens vor Ort verwendet werden, wodurch ein umfassendes Netzwerk zur Überwachung der landwirtschaftlichen Umwelt entsteht.
Abschluss:
Das Beispiel der „Green Source“-Basisstation verdeutlicht eindrücklich, dass der einfache pH-Wassersensor eine Brücke zwischen Wassermanagement und Pflanzenernährung schlägt. Durch die kontinuierliche Bereitstellung präziser Daten treibt er die traditionelle, erfahrungsbasierte Landwirtschaft hin zu einer datengestützten, intelligenten Landwirtschaft voran und bietet so eine solide technische Grundlage für Wassereinsparung, Düngemittelreduzierung, Qualitätsverbesserung, Effizienzsteigerung und nachhaltige landwirtschaftliche Entwicklung.
Wir können Ihnen auch eine Vielzahl von Lösungen anbieten für
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Veröffentlichungsdatum: 22. Oktober 2025