Die Anwendung von Sensoren und klimatischer Wasserbilanz zur Bewässerungssteuerung wird am Beispiel des Einlegegurkenanbaus in Niederbayern untersucht. Dazu werden betriebseigene und öffentlich verfügbare Klima- und Bodenfeuchtedaten verwendet. Außerdem erfolgt eine Überprüfung von Tensiometern, Watermark Sensoren, SIS und Watermark Sen-soren mit Spannungssignal unter einheitlichen Bedingungen auf deren Eignung zur Bewässerungssteuerung. Ein Gesamtkonzept beinhaltet die Ermittlung der Bodenart, die Abschätzung der Einzelwassergaben und Übertragung auf Tropfbewässerung, Tensiometer zur Ermittlung des Einschaltpunkts und klimatische Wasserbilanzen als Kontrollmöglichkeit.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand des Wissens
2.1 Wasser im System Boden – Pflanze – Atmosphäre
2.1.1 Wasser im Boden
2.1.1.1 Bindungsformen des Bodenwassers
2.1.1.2 Wasserbewegung im Boden
2.1.1.3 Wassergehalt des Bodens
2.1.1.4 Kennwerte des Bodenwasserhaushaltes
2.1.2 Wasser in der Pflanze
2.1.2.1 Wasseraufnahme durch die Wurzeln
2.1.2.2 Wasserleitung in der Pflanze
2.1.2.3 Wasserabgabe
2.1.3 Wasser im atmosphärischen Wasserkreislauf
2.1.3.1 Niederschlag
2.1.3.2 Verdunstung
2.1.3.3 Abfluss und Wasservorrat
2.2 Methoden der Bewässerungssteuerung
2.2.1 Einschätzung der Höhe von Einzelwassergaben
2.2.1.1 Wasseraufnahmevermögen
2.2.1.2 Wasserspeichervermögen
2.2.1.3 Kulturspezifische Wurzeltiefe
2.2.2 Klimatische Wasserbilanz
2.2.2.1 Niederschlagsmessung
2.2.2.2 Verdunstungsberechnungen
2.2.2.3 Geisenheimer Bewässerungssteuerung
2.2.3 Sensorgesteuerte Bewässerung
2.2.3.1 Tensiometer
2.2.3.2 Watermark Sensor
2.2.3.3 SIS (Smart Irrigation Sensor)
2.3 Bewässerung bei Einlegegurken
2.3.1 Kultur von Einlegegurken
2.3.2 Wasserbedarf von Einlegegurken
2.3.3 Tropfbewässerung bei Einlegegurken
3 Eignung von betriebseigenen und öffentlich verfügbaren Klima- und Bodenfeuchtedaten zur Bewässerungssteuerung am Standort Niederbayern
3.1 Material und Methoden
3.1.1 Ausstattung und Standorte der Stationen
3.1.1.1 iMetos Stationen
3.1.1.2 LfL Wetterstation
3.1.2 Bestimmung der pF-Kurven
3.1.3 Bestimmung der Bodenarten
3.1.4 Berechnung der klimatischen Wasserbilanz
3.1.5 Berechnung der Verdunstung
3.1.5.1 iMetos Stationen
3.1.5.2 LfL Station
3.1.5.3 DWD Verdunstung nach Penman
3.1.5.4 Eigene Verdunstungsberechnungen
3.1.6 Sensoren zur Bodenfeuchtemessung
3.2 Ergebnisse
3.2.1 PF-Kurven der Standorte
3.2.2 Bodenarten der Standorte
3.2.3 Verlauf der klimatischen Wasserbilanz
3.2.4 Verlauf der Verdunstung
3.2.4.1 Verdunstungswerte der Stationen und des DWD
3.2.4.2 Verdunstungswerte unterschiedlicher Formeln mit einheitlichen Eingangsgrößen
3.2.4.3 Stündlicher Verlauf der tatsächlichen Evapotranspiration
3.2.5 Verlauf der Bodenfeuchte
3.2.5.1 Standort Neusling
3.2.5.2 Standort Tabertshausen
3.2.5.3 Standort Willing
3.2.6 Gemeinsame Betrachtung von Bodenfeuchte und klimatischer Wasserbilanz
3.3 Zwischendiskussion
3.3.1 Eignung von betriebseigenen und öffentlich verfügbaren Klima- und Bodenfeuchtedaten
3.3.2 Eignung von Bodenfeuchtesensoren zur Bewässerungssteuerung
4 Eignung verschiedener Bodenfeuchtesensoren zur Bewässerungssteuerung
4.1 Material und Methoden
4.1.1 Beschreibung der Sensoren
4.1.1.1 Tensiometer
4.1.1.2 Watermark
4.1.1.3 SIS
4.1.2 Aufbau und Ablauf der Untersuchung
4.2 Ergebnisse
4.2.1 Prüfung der Tensiometersensoren der LfL Station
4.2.2 Verlauf der Bodenfeuchte
4.2.3 Verlauf des Wasserdefizits
4.2.4 Verlauf der Bodentemperatur
4.2.5 Gemeinsame Betrachtung von Bodenfeuchte und Bodentemperatur bzw. Wasserdefizit
4.2.5.1 Bodenfeuchte und Bodentemperatur
4.2.5.2 Bodenfeuchte und Wasserdefizit
5 Diskussion
5.1 Bestimmung des pflanzenverfügbaren Wassers im Boden
5.2 Bestimmung maximaler Bewässerungsmengen
5.3 Eignung volumetrischer Wassergehaltsangaben zur Bewässerungssteuerung
5.4 Eignung der klimatischen Wasserbilanz zur Bewässerungssteuerung
5.4.1 Tägliche Wasserbilanzen
5.4.1.1 Wasserbilanz einer durchschnittlichen Fläche
5.4.1.2 Wasserbilanz im durchfeuchteten Raum
5.4.2 Nutzbare Feldkapazität und Saugspannung
5.4.3 Tatsächliche Bewässerungsmengen
5.4.4 Verdunstungsberechnung
5.5 Eignung verschiedener Sensoren zur Bodenfeuchtemessung
5.5.1 Tensiometer
5.5.2 Watermark Sensoren
5.5.3 SIS
5.5.4 Watermark Sensor mit Spannungssignal
5.6 Lösungsvorschlag für ein Gesamtkonzept
6 Zusammenfassung und Summary
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Erarbeitung eines Gesamtkonzeptes für die effiziente Bewässerungssteuerung von Einlegegurken am Standort Niederbayern. Dabei wird untersucht, wie vorhandene Klima- und Bodenfeuchtedaten sowie verschiedene Sensortechnologien zur Optimierung der Wassergaben genutzt werden können, um Erträge zu sichern und gleichzeitig Ressourcen zu schonen.
- Vergleich von Bewässerungssteuerungsmodellen für den Freilandgemüseanbau.
- Eignungsprüfung verschiedener Bodenfeuchtesensoren (Tensiometer, Watermark, SIS) unter Praxis- und Gewächshausbedingungen.
- Analyse und Berechnung der klimatischen Wasserbilanz und deren Korrekturfaktoren für spezifische Kulturbedingungen.
- Optimierung der Wassernutzung bei Tropfbewässerung unter Mulchfolie.
- Bewertung betriebseigener Sensordaten versus öffentlich verfügbarer Wetterdaten.
Auszug aus dem Buch
2.1 Wasser im System Boden – Pflanze – Atmosphäre
Der Boden setzt sich aus festen, flüssigen und gasförmigen Bestandteilen zusammen, wobei das Bodenwasser die flüssige Komponente darstellt. Es entsteht hauptsächlich aus den Niederschlägen der Atmosphäre und in geringem Maße durch Kondensation bodennaher Luftfeuchtigkeit (vgl. Abb. 1). Außerdem kann Wasser aus dem Grund- oder Stauwasser durch kapillaren Aufstieg in den Wurzelraum gelangen.
Der am Boden auftreffende Niederschlag verteilt sich aufgrund von Evaporation (Verdunstung), Oberflächenabfluss und Infiltration. Der Vorgang des Einsickerns von Niederschlagswasser in den Wurzelraum wird dabei als Infiltration bezeichnet (WOHLRAB et al. 1992). Die Infiltrationsrate gibt die Wassermenge an, die je Zeiteinheit versickern kann. Sie wird hauptsächlich von der Wasseraufnahmefähigkeit der Bodenoberfläche bestimmt. Übersteigt die Niederschlagsintensität die Infiltrationsrate des Bodens, setzt der Oberflächenabfluss ein, sofern das Gelände ein Gefälle aufweist.
Im Boden vorhandenes Wasser wird in Haft- und Sickerwasser eingeteilt. Haftwasser wird dort gehalten und je nach Art der Bindungskräfte in Adsorptionswasser und Kapillarwasser unterschieden. Sickerwasser fließt durch den Boden und bildet Grund- und Stauwasser. Ganzjähriges Wasservorkommen wird dabei als Grundwasser bezeichnet. Stauwasser tritt hingegen nur zu einem Teil des Jahres auf, häufig im Frühjahr oder nach Starkniederschlägen über verdichteten Zonen (BLUME et al. 2010).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung erläutert die Bedeutung der Zusatzbewässerung für Ertrag und Qualität im Feldgemüseanbau und definiert das Ziel der Arbeit, ein Gesamtkonzept zur Bewässerungssteuerung für Einlegegurken in Niederbayern zu entwickeln.
2 Stand des Wissens: Hier werden die theoretischen Grundlagen des Bodenwasserhaushalts, die verschiedenen Methoden der Bewässerungssteuerung sowie die spezifischen Anforderungen und Anbauverfahren für Einlegegurken dargelegt.
3 Eignung von betriebseigenen und öffentlich verfügbaren Klima- und Bodenfeuchtedaten zur Bewässerungssteuerung am Standort Niederbayern: Dieses Kapitel vergleicht die Qualität und Anwendbarkeit verschiedener Datenquellen (iMetos-Stationen vs. LfL-Wetterdaten) für die Berechnung der klimatischen Wasserbilanz an drei Standorten in Niederbayern.
4 Eignung verschiedener Bodenfeuchtesensoren zur Bewässerungssteuerung: Basierend auf den Praxisschwierigkeiten wird hier eine detaillierte Untersuchung verschiedener Sensortypen unter kontrollierten Gewächshausbedingungen durchgeführt, um deren Präzision und Verlässlichkeit zu prüfen.
5 Diskussion: Die Ergebnisse aus der Feld- und Laboruntersuchung werden zusammengeführt, um die Eignung der getesteten Sensoren und Berechnungsmethoden zu bewerten und ein praktisches Gesamtkonzept für die Landwirtschaft abzuleiten.
6 Zusammenfassung und Summary: Dieses Kapitel bietet eine kompakte Übersicht über die wesentlichen Erkenntnisse der Diplomarbeit in deutscher und englischer Sprache.
Schlüsselwörter
Bewässerungssteuerung, Einlegegurken, Bodenfeuchte, Tensiometer, Watermark-Sensor, Klimatische Wasserbilanz, Tropfbewässerung, Penman-Formel, Bodenwasserhaushalt, Matrixpotential, Feldkapazität, Evapotranspiration, Sensortechnik, Niederbayern, Pflanzenbau.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit befasst sich mit der Optimierung der Bewässerungssteuerung für den Anbau von Einlegegurken in Niederbayern, wobei der Schwerpunkt auf der Anwendung von Klimadaten und Bodenfeuchtesensoren liegt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die zentralen Themen umfassen die physikalischen Grundlagen des Wasserhaushalts im Boden, den Vergleich verschiedener Verdunstungsberechnungsmodelle sowie die praktische Evaluation unterschiedlicher Sensortechnologien zur Bodenfeuchtemessung.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Hauptziel ist die Erarbeitung eines Gesamtkonzeptes für eine objektive und effiziente Bewässerungssteuerung, die Ressourcen schont und ökologische Probleme, wie etwa Nährstoffauswaschung, minimiert.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zur Anwendung?
Es werden eine Literaturanalyse der bodenkundlichen Grundlagen, eine Feldstudie mit iMetos-Wetterstationen an drei Standorten sowie eine vergleichende Laboruntersuchung verschiedener Sensortypen unter Gewächshausbedingungen durchgeführt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert Daten zu Bodenfeuchte, Niederschlag und Verdunstung (nach Penman und anderen Methoden), vergleicht verschiedene Sensortypen (Tensiometer, Watermark, SIS) und bewertet deren Eignung für die praktische Bewässerungssteuerung.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit am besten charakterisieren?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Bewässerungssteuerung, Einlegegurken, Bodenfeuchtemessung, klimatische Wasserbilanz und Sensortechnik charakterisieren.
Warum ist die Wahl des kc-Werts für Einlegegurken so entscheidend?
Der kc-Wert korrigiert die potentielle Verdunstung auf die tatsächlichen Bedürfnisse der Kultur in ihren jeweiligen Entwicklungsstadien und ist damit essentiell für eine präzise Berechnung des Wasserbedarfs.
Wie beeinflusst die Mulchfolie die Bewässerung bei Einlegegurken?
Die Mulchfolie reduziert die direkte Evaporation des Bodens, erschwert jedoch das Eindringen von Niederschlägen, was bei der Berechnung der nutzbaren Feldkapazität und der Bewässerungsgaben speziell berücksichtigt werden muss.
- Citation du texte
- Christoph Seifried (Auteur), 2010, Anwendung verschiedener Steuerungsmodelle für die Bewässerung am Beispiel des Einlegegurkenanbaus in Niederbayern, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/195233
