IOT-KATALOG 2021 ABSCHNITT A - ICT INTERNATIONAL

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IOT-KATALOG 2021 ABSCHNITT A - ICT INTERNATIONAL
IoT-Katalog 2021 Abschnitt A
                  (Internet of Things; dt. Internet der Dinge)
                  Für kontinuierliche Echtzeit-Überwachung von:
                  Natürlichen, bebauten und landwirtschaftlichen Umgebungen

Bodenüberwachung (S. 4-17) und So funktionieren IoT-Sensornetzwerke (S. 70-79)
IOT-KATALOG 2021 ABSCHNITT A - ICT INTERNATIONAL
Inhalt

                            Bodenüberwachung �������������������������������������������������������������������� 4
                              Bodenfeuchte und Wasserverbrauch von Kaffee in Vietnam���������������� 5
                              Bodenfeuchte: ADR und TDR ���������������������������������������������������������������� 6
                              Bodenfeuchte: TDT �������������������������������������������������������������������������������� 8
                              Bodenfeuchte: Kapazitanz ��������������������������������������������������������������������� 9
                              Bewässerungsprojekt für Smart Parks������������������������������������������������� 10
                              Bodenspannung, Saug- und Matrixpotenzial�������������������������������������� 12
                              Bodenwärmestrom und -temperatur�������������������������������������������������� 14
                              Bodensauerstoff����������������������������������������������������������������������������������� 15
                              Überwachung des Bodennährstoffabflusses��������������������������������������� 16

                            Pflanzenüberwachung�������������������������������������������������������������� 18
                              Green Asset Management in städtischer Umgebung ����������������������� 19
                              Pflanzenüberwachung: Returns on Investment ���������������������������������� 20
                              Wasserhaushalt der Pflanzen: Saftstrom �������������������������������������������� 22
                              Macadamia-Saftstromüberwachung und Bewässerungsmanagement� 23
                              Wissenschaftliche Abhandlung: Neuseelands Kauri-Bäume
                              teilen Wasser ��������������������������������������������������������������������������������������� 26
                              Wasserpotential von Pflanzen: Stamm-, Blatt- und
                              Wurzelpsychometrie ��������������������������������������������������������������������������� 27
                              Wasserhaushalt der Pflanzen: Dendrometrie ����������������������������������� 28
                              LoRaWAN-Überwachung der Avocado-Kultur������������������������������������� 30
                              Lichthaushalt der Pflanzen: PAR ���������������������������������������������������������� 32
                              Lichthaushalt der Pflanzen: Kontrollierte Umgebungen ������������������� 33
                              Lichthaushalt der Pflanzen: Lichtabfang am Pflanzendach����������������� 34
                              Vegetationsindizes und Krankheitsüberwachung ������������������������������ 36
                              Infrarot-Temperatur des Pflanzendachs ��������������������������������������������� 38
                              Blatt- und Knospentemperatur ���������������������������������������������������������� 39
                              Waagen für die Pflanzenüberwachung ����������������������������������������������� 40
                              Waagen für die Überwachung von Bienenstöcken����������������������������� 41
                              Weitere kundenspezifische SNiPs zur Pflanzenbewässerung ������������� 42
                              Überwachung des Wasserverbrauchs von Pflanzen in einem
                              städtischen Zierpflanzenbetrieb ���������������������������������������������������������� 43

                            Meteorologische Überwachung ��������������������������������������� 44
                              Niederschlagsüberwachung����������������������������������������������������������������� 45
                              Wetterstationen ����������������������������������������������������������������������������������� 46

2       ICT INTERNATIONAL     Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
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Kundenspezifische Wetterstationen ��������������������������������������������������� 48
                                              Brandlast- und Brandgefahren-Wetterstationen��������������������������������� 49
                                              Mikroklimasysteme - Temperatur ������������������������������������������������������� 50
                                              Zusätzliche Temperaturprofilierungs- und Strahlungswärmesensoren��� 51
                                              Mikroklimasysteme - Temperatur und Feuchtigkeit ��������������������������� 52
                                              Licht- und Strahlungssystem ��������������������������������������������������������������� 54

                                           Hydrologische Überwachung ���������������������������������������������� 56
                                              Überwachung der Wasserqualität in Aquakultursystemen ��������������� 57
                                              Überwachung der Wasserqualität ������������������������������������������������������ 58
                                              Datenbojen������������������������������������������������������������������������������������������� 59
                                              Überwachung des Wasserstands �������������������������������������������������������� 60
                                              Abflussüberwachung und Probenahme ��������������������������������������������� 62

                                           Städtische und industrielle Überwachung ����������������� 64
                                              Überwachung der Luftqualität: Partikelgröße und Geräusche ��������� 65
                                              Überwachung der Luftqualität: Gase und Sauerstoff�������������������������� 66
                                              Städtische/industrielle Temperaturüberwachung ����������������������������� 67
                                              Prüfung des Wärmewirkungsgrades in Gebäuden������������������������������ 69

                                           So funktionieren IoT-Sensornetzwerke                                               ��������������������� 70
                                              Sensorknoten-IoT-Pakete (SNiPs) �������������������������������������������������������� 72
                                              Beispiele für SNiP-Setups in Obstkulturen ������������������������������������������� 73
                                              So funktionieren IoT-Knoten ��������������������������������������������������������������� 74
                                              LoRaWAN-Gateways: Nexus 8 und Nexus Core ���������������������������������� 80

                                           Unsere Leistungsbeschreibung ������������������������������������������ 83

Für bessere globale Forschungsergebnisse in der Boden-, Pflanzen- und Umweltüberwachung                  ICT INTERNATIONAL                                3
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Bodenüberwachung

    Der Feuchtigkeitszustand des Bodens ist ein Faktor, der die
    Pflanzenproduktion entscheidend beeinflusst. Eine korrekte
    Bewässerungsplanung kann den Feuchtigkeitszustand des
                                                                               Formatoffene Daten Kompatibel
    Bodens regeln, die Ableitung reduzieren und den optimalen
                                                                                  mit flexibler Konnektivität
    Bodenwassergehalt     für   maximales    Pflanzenwachstum
    aufrechterhalten.                                                                      (S. 74-75)

    Für eine zuverlässige und genaue Bewässerungsplanung sind
    regelmäßige und objektive Messungen der Bodenfeuchte
    erforderlich. Zur Ermittlung des Bodenfeuchtigkeitsgehalts
    stehen verschiedene Technologien zur Verfügung, darunter
    ADR, TDR, Kapazitanz und Neutronen. Die Wahl der Messgeräte
    richtet sich nach den vom Betreiber benötigten Informationen,
    dem Bodentyp, dem Anbauprodukt, den relativen Kosten sowie
    der Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit.

    IoT-Technologie (Internet of Things; dt. Internet der Dinge)
    erhöht die Geschwindigkeit, Konsistenz und Zweckmäßigkeit
    der Datenerhebung und des Anwendungsmanagements. Das
    modulare Sortiment an SniPs (Sensor-Node IoT Packages; dt.
    Sensorknoten-IoT-Pakete) von ICT International ermöglicht genaue
                                                                                                        ICT
    Echtzeit-Messungen zur kontinuierlichen Bodenüberwachung.                                    MFR-NODE
    Für weitere Informationen siehe Seite 70-81.                                                      S. 76

    SNiPs reduzieren die Kosten für ein besseres Gesamtbild der
    Anwendung und ersetzen herkömmliche Logger für einzelne
    Sensoren oder zusätzliche Parameter.

                                                                               MP406
                                                                       Bodenfeuchtesonden S. 6

4           ICT INTERNATIONAL
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Bodenfeuchte und Wasserverbrauch von Kaffee in Vietnam
Projekthintergrund                                                    Ergebnisse
In den Hochländern von Zentralvietnam sind weitläufige                Der ICT International Feuchtesensor (MP406) –
Kaffeeanbauflächen stark auf saisonale Niederschläge                  konzipiert für die dauerhafte Installation/Eingrabung und
angewiesen. Durch den Klimawandel ist der Niederschlag                Verbindung mit dem ICT Bodenfeuchtemesser (SMM1)
weniger vorhersehbar und erfordert Investitionen in                   – wurde für die Überwachung des Bodenfeuchtegehalts
eine optimale Bewässerung. In Zusammenarbeit mit                      von der Oberfläche bis zu 45 cm Profiltiefe verwendet.
dem Western Highlands Agriculture and Forestry Science                Auf diese Weise konnten die Infiltrationsraten berechnet
Institute (WASI) wurde der Bodenfeuchtezustand bei der                werden.
4-jährigen Robusta-Kaffeepflanze überwacht.
                                                                      Bei der Untersuchung wurden außerdem saisonale
                                                                      Schwankungen des Wasserverbrauchs der Bäume
Überwachungs- und Netzwerklösungen                                    überwacht, die nicht nur von der Verfügbarkeit
                                                                      der Bodenfeuchte, sondern auch der saisonalen
  • Bodenfeuchtesonden in der Oberfläche und in 3                     Sonnenscheindauer abhängen. Regenzeiten (von Mai bis
    Tiefen – 15, 30 und 45 cm                                         Dezember) mit einer größeren Anzahl bewölkter Tage
  • Saftflussmesser an 4 Jahre alten Bäumen                           führten zu einem geringeren Wasserbedarf der Bäume.
  • 4G-Telemetriesystem                                               Der Wasserverbrauch lag in der Regenzeit bei 3-4 l pro
  • ICT-Datenansicht                                                  Tag/Baum und in der Trockenzeit bei 5-6 l pro Tag/Baum.

Für bessere globale Forschungsergebnisse in der Boden-, Pflanzen- und Umweltüberwachung      ICT INTERNATIONAL                    5
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Bodenfeuchte: ADR und TDR

    Die stehende Welle                                                  Die Zeitbereichsreflektometrie
    (ADR) Messprinzip                                                   (TDR) Messprinzip
    Die Stehwelle oder Amplitudenbereichsreflektometrie (ADR)           Diese misst die Zeit (in Nanosekunden), die ein
    verwendet einen Oszillator, um eine elektromagnetische              elektromagnetischer Impuls benötigt, um sich
    Welle mit konstanter Frequenz zu erzeugen, die mit einem            entlang eines vom Boden umgebenen Wellenleiters
    zentralen Signalstab übertragen wird, wobei äußere Stäbe            auszubreiten. Die Laufzeit bzw. Geschwindigkeit
    als elektrische Abschirmung verwendet werden. Die                   dieses Impulses wird von der Dielektrizitätskonstante
    elektromagnetische Welle wird teilweise von Arealen des             (Ka) des Bodens beeinflusst. Ein feuchter Boden
    Mediums mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten             mit höherer Dielektrizitätskonstante erzeugt einen
    (Wassergehalt) reflektiert, wodurch eine messbare stehende          langsameren Geschwindigkeitsimpuls. TDR misst
    Spannungswelle entsteht. ADR misst den volumetrischen               den volumetrischen Bodenwassergehalt (VSW%)
    Bodenwassergehalt (VSW%) unabhängig von allen anderen               unabhängig von allen anderen Bodenvariablen,
    Bodenvariablen, einschließlich Dichte, Textur, Temperatur           einschließlich Dichte, Textur, Temperatur und
    und elektrischer Leitfähigkeit. ADR benötigt keine In-situ-         elektrischer Leitfähigkeit. TDR benötigt keine
    Kalibrierung zur genauen Messung des volumetrischen                 In-situ-Kalibrierung zur genauen Messung des
    Bodenwassergehalts (VSW%).                                          VSW%.

    Umweltrelevante, landwirtschaftliche und technische
    Anwendungen, die eine Bewertung der Veränderungen
    der Bodenfeuchte in absoluten mm sowie den exakten
    volumetrischen Bodenfeuchtewert benötigen, verwenden
    ADR- oder TDR-Technologien. ADR-Sensoren, die dauerhaft
    in Mülldeponien vergraben wurden, funktionieren auch nach
    über 15 Jahren weiterhin.
                                                                                              ICT
                                                                                       MFR-NODE
                                                                                            S. 76

                                                                                                       MP406 Bodenfeuchtesonde
                                                                                                                S. 4-6

6           ICT INTERNATIONAL              Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
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ADR/TDR Bodenfeuchte      SNiP-MP4    SNiP-MP3       SNiP-TDR
SNiPs

                                                      VWC % /
                                                   Permittivität
SNiP Messungen             VWC %       VWC %        / BulkEC /
                                                   Temperatur/
                                                  Porenwasser EC

Kernsensor/Gerät           MP406       MP306        TDR-315L
(Messprinzip)              (ADR)       (ADR)         (TDR)

                           Mineralische und       Mineralische
Kalibrierung
                           organische Böden          Böden

                                                  VWC % / µS /
                                                   cm (Bulk)
UOM                        VWC %       VWC %
                                                   °C / µS /cm
                                                  (Porenwasser)

SNiP-Knoten              MFR-NODE    MFR-NODE        S-NODE

Von SniP unterstützte
                           Bis 4       Bis 4          Bis 4
Sensoren gesamt

Montage/Leistung           SPLM7 / 10W Solarmodul (SP10)

Optionale SNiP-
                        Regenmesser Regenmesser
Erweiterungen von                                  Mikroklima
                         mit Wippe   mit Wippe
Parametern:

                                     ICT INTERNATIONAL             7
IOT-KATALOG 2021 ABSCHNITT A - ICT INTERNATIONAL
Bodenfeuchte: TDT

    Time Domain Transmission - SMT-100
                                                                                                            ICT S-NODE
                                                                                                               S. 77
    Die    SMT-100     Bodenfeuchtesonde      verwendet      die
    Zeitbereichsübertragung-Technologie (TDT) und kombiniert
    die Vorteile des kostengünstigen FDR-Sensorsystems mit                                             SMT-100 Bodenfeuchte
    der Präzision eines TDR-Systems. Wie ein TDR misst sie die                                                 S. 8
    Laufzeit eines Signals, um die relative Permittivität εr des
    Bodens zu bestimmen, wobei εr in eine einfach zu messende
                                                                        Sportrasenüberwachung
    Frequenz umgewandelt wird.

    Die SMT-100 verwendet einen Ringoszillator, um die                  Einzelpunkt TDT SNiPs                    SNiP-SMT
    Signallaufzeit in eine Frequenz umzuwandeln. Die ermittelte         SNiP Messungen                  VWC % / EC Temperatur
    Frequenz (>100 MHz) ist hoch genug, um auch in lehmigen             Kernsensor/Gerät
                                                                                                                 SMT-100
    Böden gute Ergebnisse zu erzielen. Folglich korrigiert sie          (Einzelpunkt)
    den VSW% Wert (volumetrisches Bodenwasser) unabhängig               UOM                                    VWC % / °C
    von der Bodenart. Die SMT-100 ist wartungsfrei und                  SNiP-Knoten                              S-NODE
    frostbeständig; sie kann für Langzeitbeobachtungen (mehr als
                                                                        Von SNiP unterstützte
    8 Jahre im Dauerbetrieb) eingesetzt werden.                                                              Bis 4 (STD)*
                                                                        Sensoren
                                                                         *Benutzerdef. SNiP kann größere Anzahl unterstützen

8           ICT INTERNATIONAL              Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
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Bodenfeuchte: Kapazitanz

                                                                                                            ICT
                                                                                                            S-NODE
                                                                                                            S. 77

EnviroPro Kapazitanzmessung
Kapazitive Sensoren messen die dielektrische Permittivität
eines umgebenden Mediums. Die Konfiguration entspricht
entweder der Neutronensonde, bei der ein Zugangsrohr aus
PVC im Boden installiert wird, oder vergrabenen Sonden,
                                                                                                   Mehrtiefen-EnviroPro
die mit einem Datenlogger verbunden sind. In beiden                                                 VWC % Temperatur
Konfigurationen bildet ein Elektrodenpaar die Platten des                                                  S. 9
Kondensators, wobei der Boden zwischen diesen Platten als
Dielektrikum wirkt. Änderungen der Dielektrizitätskonstante
der umgebenden Medien werden durch Änderungen der
Betriebsfrequenz erfasst. Die Ausgabe des Sensors ist
der Frequenzgang der Bodenkapazität aufgrund seines
Bodenfeuchtegehalts.

Kapazitive Sensoren sind in vielen Konfigurationen und                      Abb. (oben) zeigt kapazitive Bohrloch-Sensoren, die in Länge
Formen erhältlich. Aufgrund der geringen Kosten und des                     und Sensorabstand variieren.
niedrigen Stromverbrauchs kommen kapazitive Sensoren
häufig zum Einsatz. Aufgrund des Einflusses von Temperatur                  Das geringe Messvolumen stellt für Erzeuger,
und Leitfähigkeit auf die Messung der volumetrischen                        die eine repräsentative Antwort für große
Bodenfeuchte sind sie für die Überwachung der relativen                     Flächen (Hektar) mit räumlicher Variabilität
Änderungen des Bodenwassergehalts geeignet und                              des Bodens erwarten, eine Einschränkung dar.
benötigen eine In-situ-Kalibrierung zur genauen Messung                     Integrativere Ansätze zur Bewässerungsplanung,
des volumetrischen Bodenwassergehalts (VSW%). Kapazitive                    wie die Wasserverbrauchsmessung bei Bäumen
Sensoren haben ein kleines Messvolumen und werden häufig                    (Saftstrom), gewinnen zunehmend an Bedeutung.
für die Bewässerungsplanung verwendet.

ENVIROPRO SNiPs                                     SNiP-EP4                       SNiP-EP8                       SNiP-EP12
SNiP Messungen                                VWC % /Temperatur              VWC % /Temperatur              VWC % /Temperatur
Kernsensor/Gerät (Mehrpunkt)                      EP100GL-04                     EP100GL-80                     EP100GL-120
Mehrpunkt-Anzahl (kompakte
                                             4 Sensoren (0-0,4m)            8 Sensoren (0-0,8m)            12 Sensoren (0-1,2m)
Sensoren pro Gerät):
UOM                                               VWC % / °C                     VWC % / °C                      VWC % / °C
SNiP-Knoten                                          S-NODE                         S-NODE                           S-NODE
Von SNiP unterstützte Sensoren                        Bis 4                         Bis 4                            Bis 4
Montage/Leistung                                                                SPLM7 / SP10

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IOT-KATALOG 2021 ABSCHNITT A - ICT INTERNATIONAL
Bewässerungsprojekt für Smart Parks

 Herkömmliche Bewässerungssysteme arbeiten in der Regel mit einer Zeitsteuerung und reagieren nicht auf
 Wetterbedingungen oder einen tatsächlichen Wasserbedarf der Pflanzen. Intelligente Bewässerungssysteme, die
 auf den Wasserbedarf der Pflanzen antworten, können den Wasserverbrauch optimieren, das Pflanzenwachstum
 verbessern und die Auswaschung in angrenzende Gewässer reduzieren.

 Projekthintergrund
 Für eine nachhaltige Bewirtschaftung von Parks und begrünten
 Flächen ist es wichtig, dass die Faktoren, welche Änderungen
 des Bodenfeuchtegehalts beeinflussen, verstanden und
 gemessen werden, sodass die Bewässerungsbedingungen für
 den Standort und die Pflanzenart optimiert werden können.
 2019 startete der Cairns Regional Council in Zusammenarbeit
 mit der Central Queensland University das Smart Urban
 Irrigation Project mit dem Ziel, die Bewässerung durch
 Integration der besten erhältlichen Bewässerungsausrüstung,
 Echtzeitüberwachungsdaten          und      der     neuesten
 Bewässerungssoftware zu optimieren.

 Das Projekt untersuchte diverse Aspekte, die sich auf den
 Bodenwassergehalt in den Parks von Cairns auswirken,
 einschließlich     Bodenmerkmale,        Pflanzenmerkmale,
 Wetterbedingungen       und      Bewirtschaftungspraktiken,
 um ein Computermodell zu entwickeln, das die
 Bewässerungssteuerung in den Parks von Cairns unterstützen
 würde. Zwei Parks, der Eastern Lagoon und Fogarty Park,
 wurden für eine intensive Untersuchung ausgewählt. Die
 Gräser in diesen Parks haben aufgrund der Verdichtung und
 einer geringen Bodeninfiltrationsrate flache Wurzelsysteme
 (
Überwachungs- und Netzwerklösungen
Laut Dual EM und Infiltrationserhebungen wurde der
Bodenfeuchtegehalt in jedem der beiden Parks an drei
Standorten überwacht, von denen jeder umfassende
Zonen mit niedriger, mittlerer und hoher Feuchte aufwies.
An allen Standorten wurden 4x MP406 Feuchtesensoren
in 10, 30, 90 und 120 cm Tiefe installiert. Der MP406
Sensor wurde aufgrund seiner Fähigkeit ausgewählt,
VSW% in den salzhaltigen küstennahen Böden zu messen.

Die MP406-Sonden wurden von einem MFR-NODE
unterstützt, der die Daten von jedem Standort über
LoRaWAN an ein solarbetriebenes Gateway auf dem
Dach der CQ University in Cairns übermittelte. Da es
sich um einen öffentlichen Standort handelt, wurden
alle Überwachungsgeräte in einem unterirdischen
Verteilerkasten untergebracht und sind batteriebetrieben.
                                                                                                               ICT MFR-NODE, in
Die 4G-Verbindung, das Gateway und die Knoten wurden                                                         einem unterirdischen
über den The Things Network (TTN) LoRaWAN-Server via                       MP406 Bodenfeuchtesonden        Verteilerkasten vergraben
4G-Verbindung verwaltet.                                                                                    und batteriebetrieben

Dashboard-Ansicht früherer und Echtzeitdaten zur Bewässerung/Entwässerung
Die Schnittstelle wurde eingerichtet, um LoRaWAN-Gatewaysignale in der National eResearch Collaboration Tools
and Resources (Nectar) Cloud zu empfangen und zu übermitteln, die auch das Chronograf-Dashboard mit der
InfluxDB-Datenbank zum Speichern, Analysieren und Verwalten der Daten hostet. Das Chronograf-Dashboard hilft
bei der Visualisierung der Daten und sendet Warnungen basierend auf Ereignissen mit extrem niedrigen oder hohem
Feuchtigkeitsgehalt. Das KI-getriebene (Künstliche Intelligenz) Gehirn des Systems wurde ebenfalls zur Automatisierung
des gesamten Bewässerungsprozesses entwickelt.

Dashboard-Daten zeigen, wie die MP406-Sensoren auf die tägliche Bewässerung oder Regen am 18., 19., 20. Dezember 2019 reagieren. Die
Daten unterstützten den Park-Manager mit der Erkennung des Feuchtigkeitsgehalts ausgewählter Bodenschichten (z. B. 10 cm Tiefe), sodass
entschieden werden kann, ob der Park unter- oder überwässert ist. Dieses Projekt wurde vom Cairns Regional Council, dem australischen
bundesstaatlichen Smart Cities Program und dem Centre for Intelligent Systems der CQU unterstützt.

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Bodenspannung, Saug- und Matrixpotenzial

                                                                                                              ICT
                                                                                                              MFR-NODE
                                                                                                              S. 76

 Jet-Fill-Tensiometer
 Die Kraft, mit der Wasser von den Bodenpartikeln im Boden
 gehalten wird, wird als Bodenabsaugung, Bodenspannung
 oder Bodenwasserpotential bezeichnet. Sie gibt an, wie fest
 das Wasser im Boden gebunden ist, und wie viel Energie
 von den Pflanzenwurzeln aufgebracht werden muss, um das
 Wasser zu entfernen und zu nutzen.                                                                                 Jet-Fill-Tensiometer
                                                                                                                         mit GT3-15
                                                                                                                    Messwandler S. 12

                                                                               Tensiomark für Bodenmatrixpotential
 Abb. (oben): Links der Pflanzenwurzel ist wassergesättigter Boden zu
 sehen; rechts der Pflanzenwurzel befindet sich trockener Boden mit an         Der Tensiomark ist ein Sensor für das
 Bodenpartikeln haftenden Wasserpartikeln.                                     Bodenmatrixpotential mit schneller Ansprechzeit,
                                                                               der die Bodenwasserspannung von pF 0 bis pF
 Jet-Fill-Tensiometer messen im Bereich von 0-70 kPa.                          7 (1 bis 1.000.000 kPa) misst. Der wartungsfreie
 Das Tensiometer kann sehr genau kleine Änderungen                             und frostbeständige Tensiomark mit Welkepunkt
 des Bodenwasserpotentials messen, die aufgrund der                            bei 1.500 kPa basiert seine Messungen auf
 schnellen Rückmeldung sofort erkennbar sind. Das Vakuum                       den thermischen Eigenschaften des Bodens.
 im Tensiometer wird mit einem Vakuum-Messwandler                              Tensiomark ist werksseitig kalibriert und hat eine
 (ICTGT3-15)     gemessen,   der     ein   kontinuierliches                    ausgezeichnete Genauigkeit und Stabilität.
 analoges Ausgangssignal liefert. Für diesen Tensiometer-
 Messwandler wird eine Auflösung von 0,1 kPa erreicht.
 Rasen und Gemüsekulturen werden in der Regel bei 30
 kPa und Getreidekulturen bei 50 kPa bewässert. Zu den
 Grundkomponenten eines Tensiometers gehören eine poröse
 Keramikschale, ein Kunststoffrohr, ein Wasserspeicher
 und ein Vakuum-Messwandler. Die Keramikschale wird in
 geeignetem hydraulischen Kontakt mit dem Boden platziert
 und ermöglicht den Transfer von Wasser in den bzw. aus
 dem Gehäuse des Tensiometers entsprechend der Spannung
 im Boden. Das Vakuum im Tensiometergehäuse gleicht die
 Bodenwasserspannung aus, sodass eine direkte Rückmeldung
 mit einem Vakuum-Messwandler erfolgt.

12        ICT INTERNATIONAL                       Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
Bodenwasserpotential            SNiP-GT3                   SNiP-SMP

                                                 Bodenmatrixpotential
SNiP Messungen           Bodenwasserpotential
                                                    und Temperatur

Kernsensor/Gerät                  GT3-15              Tensiomark
UOM                                kPa                    pF und ˚C
                                 -100~              0~1.000.000kPa
Bereich
                                +100kPa               -40~+80˚C

                               ±2kPa (1%                    ±3kPa
Genauigkeit
                             Vollbereich)                 und 5% FS

SNiP-Knoten                    MFR-NODE                    S-NODE
Von SNiP unterstützte
                                  Bis 2                     Bis 4
Sensoren
Montage/Leistung                           SPLM7 / SP10
                            Bodenfeuchte,
Systemerweiterung                                    Bodenfeuchte
                            Niederschlag

                 Kernsensor/Gerät GT3-15 Kopplungen mit
                 bevorzugtem Jet-Fill-Tensiometer (Länge/s):
                 ICT2725L06NG *            (15cm Tiefe im Boden)
                 ICT2725L12NG *            (30cm Tiefe im Boden)
                 ICT2725L18NG *            (45cm Tiefe im Boden)
                 ICT2725L24NG *            (60cm Tiefe im Boden)
                 ICT2725L36NG *            (90cm Tiefe im Boden)
                 ICT2725L48NG *            (120cm Tiefe im Boden)
                 ICT2725L60NG *            (150cm Tiefe im Boden)
                   *Jet-Fill-Tensiometer, Speicher, Gehäuse und Schale

                                             ICT INTERNATIONAL           13
Bodenwärmestrom und -temperatur

                                                                                                ICT
                                                                                         MFR-NODE
                                                                                              S. 76

 Bodentemperatur
 Der THERM-SS (siehe links oben) ist ein hochwertiger
 Thermistor in einem Edelstahlgehäuse und bietet eine Vielzahl
 an Anwendungsmöglichkeiten: Von der Bodenüberwachung                        THERM-SS S. 14
                                                                               Temperatur                   Bodenwärmestrom
 in der Landwirtschaft bis zur Überwachung von industriellen
                                                                                                               HFP01 S. 14
 Deponien und Abraumhalden.
                                                                             THERM-SS S. 14

 Der ST01 ist ein hochwertiger Temperatursensor, der                                                     MP406 Bodenfeuchte-
                                                                                                             sonden S. 6
 speziell für die Messung der Bodentemperatur unter
 widrigen Bedingungen konzipiert wurde, wie sie bei einer
 Außeninstallation auftreten (Temperatur, Strahlung,
 Chemikalien). Mit einem Platinsensor kann bei extremen               Bodenwärmestrom
 Temperaturen im Vergleich zu den gängigen Thermistoren
 eine höhere Genauigkeit erzielt werden.                              Die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit des
                                                                      Bodens verläuft proportional zu seiner
                                                                      Diffusionsfähigkeit   und       wird    durch
                                                                      Wassergehalt, Bodentextur und Verdichtung
 Bodentemp.       SNiP-STP   SNiP-STP1         SNiP-SHF               beeinflusst. Der Bodenwärmestrom kann
     Messungen      Bodentemperatur       Bodenwärmestrom
                                                                      aus      Temperaturgradienten      oder   aus
                                                                      Temperaturänderungen auf der Grundlage
                                                HFP01,
     Kernsensor   THERM-SS
                               ST01
                                            2x THERM-SS,              bekannter         Wärmeleitfähigkeit-    oder
                             (PT100)          1x MP406,               Aufheizeigenschaften berechnet werden.
 Von SNiP
 unterstützte      Bis 2      Bis 2               N/A                 Da sich diese thermischen Eigenschaften mit den
 Sensoren                                                             Schwankungen der Bodenfeuchte kontinuierlich
 UOM                 °C         °C         W/m2, °C, %VSW             ändern, ist der Ansatz unpraktisch und ungenau.
                                            ±3% bei 5°C               Die direkte Messung des Bodenwärmestroms ist
                   ±0,5°C     ±0,2°C
 Genauigkeit
                  bei 25°C   bei 25°C
                                         ±5% Benutzerdef.             der einfachste Ansatz.
                                           Kalibrierung
 SNiP-Knoten      AD-NODE    AD-NODE          MFR-NODE                Das    SNiP-SHF-Paket   zur   Messung     des
 Montage/                                                             Bodenwärmestroms umfasst 1 x HFP01
                                            SPLM7 / SP10
 Leistung                                                             Bodenwärmestromplatte, 2 x THERM-SS-
 Optionale                                                            Thermistoren und 1 x MP406 Bodenfeuchtesonde.
                     Bodenfeuchte/
 SNiP
                      Niederschlag
                                         Sonneneinstrahlung           Optional kann zur Messung der einfallenden
 Erweiterungen                                                        Sonneneinstrahlung ein Pyranometer eingesetzt
                                                                      werden.

14          ICT INTERNATIONAL            Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
Bodensauerstoff

                                                                                                               ICT
                                                                                                               S-NODE
                                                                                                               S. 77

Apogee-Bodensauerstoffsensor
Der Apogee-Bodensauerstoffsensor (SO-411, siehe oben
mit AO-001 Diffusionsmesskopf) wird für die kontinuierliche                                                 Apogee Bodensauerstoff
Überwachung der Bodensauerstoffkonzentration verwendet;                                                        SO-411-SS S. 15
diese ist für die Produktivität von Kulturen wie Avocado,
Baumwolle, Tomaten und Tabak von entscheidender
Bedeutung. Anaerobe Bodenbedingungen verhindern
die Aufnahme von Wasser, da die Wurzeln aufgrund des
Wasserüberschusses im Bodenprofil nicht atmen können;
der tägliche Wasserverbrauch nimmt schnell ab, was zu
erheblichen Ertragseinbußen führt.

Im Boden befinden sich zwei Arten von O2 – Bodenporen-O2
und in Bodenlösung gelöstes O2. Bodenporen-O2 wirkt sich
direkt auf die Gesundheit der Pflanzen aus, gelöstes O2 auf
die mikrobielle Gesundheit des Bodens. Zwischen diesen
beiden „Zonen“ besteht großes Gleichgewicht, sodass es
ausreicht, den O2-Gehalt der Bodenmasse zu messen. Der SO-
411 ist mit einem Thermistor-Temperatursensor zur Korrektur
von Temperaturschwankungen und einem Heizelement
ausgestattet, um die Temperatur der Membran um etwa
zwei Grad über Umgebungstemperatur zu erhöhen, sodass
sich auf der Teflonmembran kein Kondensat bildet, das den
Diffusionsweg des Sensors blockiert.

Bodensauerstoff SNiPs                           SNiP-ASO
Messungen                                 Bodensauerstoff %
Kernsensor                                     SO-411-SS
Von SniP unterstützte Sensoren                    Bis 4
UOM                                              % [O2]
Mess-Wiederholbarkeit
Überwachung des Bodennährstoffabflusses

                                                                                                             ICT
                                                                                                      MFR-NODE
                                                                                                           S. 76

                                GroundTruth Lysimeter mit Autosampler

 Echtzeit-Nährstoffabfluss mit dem GL240
                                                                                  MP406
 Entwässerungsvolumen           und      Nährstoffverlust    sind           Bodenfeuchtesonden
 wichtige Messgrößen zur Bestimmung der Dünger-                                    S. 6-7
 und Wassernutzungseffizienz sowie zur Messung der
 Umweltleistung. Das GL240 Gee Lysimeter-System wird
 zur Bestimmung der Ableitung (Mengen und Volumen) von
 Wasser und gelösten Stoffen installiert, die aus der vadosen
 Zone ins Grundwasser gelangen. Das Passive Wick Gee
 Lysimeter (Fluxmeter) sammelt Abflusswasser von unterhalb
 der Wurzelzone einer Kulturpflanze. Durch die Kombination
 dieses Systems mit dem Abflusskontrollrohr (DCT) kann das
 Lysimeter ein genaues Volumen an Abflusswasser sammeln
 und dabei das Risiko eines Bypassstroms (Wasser, das um
 das Lysimeter fließt, ohne darin einzudringen) oder eines
 konvergenten Stroms (Wasser, das sich bevorzugt in das
 Lysimeter bewegt, statt daneben abzulaufen) minimieren. Ein
 Tauchdrucksensor misst kontinuierlich das Speichervolumen
 für die Echtzeit-Abflussüberwachung. Systemerweiterungen                mit 25 cm Durchmesser entspricht, oder etwa 500
 können einen Niederschlagsmesser und ein Bodenfeuchte-                  Saugnäpfe. Das gesamte Wasser, das durch dieses
 Array umfassen. Der Speichertank des GL240 Autosampler                  Lysimeter abläuft, wird zu einem Autosampler mit
 kann optional automatisch in Probeflaschen an der Oberfläche            LoRaWAN-Anbindung gepumpt, der bis zu 100
 abfließen; dies ist ideal für den Einsatz in entlegenen Gebieten        m entfernt sein kann. Auf diese Weise kann das
 oder an Standorten mit hohen Entwässerungsraten.                        Lysimeter in einem repräsentativen Bereich des
                                                                         Feldes platziert werden, während sich das einzige
 Landstreifen-Lysimeter                                                  oberirdische Gerät an der Zaunlinie befindet. Alle
                                                                         Forschungs- und Wartungseingriffe können ohne
 Das GroundTruth-Lysimeter-System kombiniert ein sehr großes,            Betreten des Feldes und störende Einflüsse auf
 umwickeltes Streifen-Lysimeter mit einer automatisierten                die Kultur erfolgen. Der Autosampler misst das
 Echtzeit-Drainagemessung und Wasserprobenahme. Dies                     Abflussvolumen in Echtzeit und sammelt eine
 ermöglicht eine genaue Messung von Nährstoffverlusten auf               1%-ige durchflussproportionale Teilprobe der
 dem Feld, die in Echtzeit angezeigt werden. Jedes Lysimeter ist         gesamten Drainage für spätere Laboranalysen, z.
 ein Transsekt von in der Regel 10 m Länge. Die tatsächlichen            B. Nährstoffe, Mikrobiologie, Pestizidrückstände.
 Abmessungen können größer und dem Standort angepasst                    Das gesammelte Volumen ist online und per E-Mail-
 sein. Ein 10 m langes, 4 m² großes Lysimeter verfügt über               Benachrichtigung verfügbar, sodass der Standort
 eine Erfassungsfläche, die zwanzig Lysimetern in Säulenform             nur besucht werden muss, wenn tatsächlich eine
 mit 50 cm Durchmesser bzw. achtzig Miniatur-Lysimetern                  Probe zu entnehmen ist.

16       ICT INTERNATIONAL                  Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
SniPs Integrierter
                                   SNiP-GLD-ML                           SNiP-GLH-ML
  Bodenwasserabfluss
  SNiP Messungen       Wasser- und Nährstoffabfluss unter der Wurzelzone, mit Probenahmezugangs

                                 Gee Lysimeter,                        Gee Lysimeter,
  Kernsensor/Gerät
                         1x TPT Tauchdruck-Transmitter           1x Niveau-/Temp-/EC-Sensor

                               0-173mm Drainage;                      0-173mm Drainage;
  Messbereich
                                0 bis 350 mbar                             0-1 bar
  IP-Schutzart
                             IP68 - Sensor kann bis 1 m Tiefe in Wasser getaucht werden
  Sensor
  SNiP-Knoten                       MFR-NODE                                  S-NODE
  Knoten-Standard
                             LoRaWAN, LTE-M Cat-M1                  LoRaWAN, LTE-M Cat-M1
  Komm.- Opt.
                             10W Solarmodul & SPLM7,              10W Solarmodul & SPLM7,
  Montage/Leistung      6,5Ah wiederaufladbare Li-Ionen-      6,5Ah wiederaufladbare Li-Ionen-
                                     Batterie                             Batterie
  Optionale SNiP-          Regenmesser mit Wippe, Bodenfeuchtesonden (SMT-100 oder MP-406)
  Erweiterungen:                         können optional hinzugefügt werden.

Vergleich von Lysimetergröße und -fläche

                                                                                       Docht

(50cm)     (25cm)                                                                          (10m)
 0,2m2     0,05m2                                                                          4,0m2
Standard-Säulen-Lysimeter                        GTLA GroundTruth Lysimeter

                                                                          ICT INTERNATIONAL        17
Pflanzenüberwachung

 Die Pflanze selbst ist ein ausgesprochen präziser Messwandler
 bzw. „Sensor“. Über jedes Blatt im Pflanzendach werden
 Strahlung, Temperatur, Feuchtigkeit und Windgeschwindigkeit
                                                                                       Formatoffene Daten Kompatibel
 gemessen und verarbeitet. Das große, dynamische Wurzelsystem
                                                                                          mit flexibler Konnektivität
 der Pflanze untersucht umfangreiche Bodenvolumen auf Wasser
 und Nährstoffe und verarbeitet die Ergebnisse.                                                    (S. 74-75)

 Die Pflanze integriert daraufhin all diese ermittelten Faktoren
 in ein einziges messbares Ergebnis, das ihre Fähigkeit zur
 Fotosynthese und zum Wachstum beschreibt.

 Dieses einzelne integrierte Ergebnis ist der Saftstrom (Liter/
 Stunde) oder Wasserverbrauch der Pflanze (Liter/Tag).

 IoT-Technologie (Internet of Things; dt. Internet
 der Dinge) erhöht die Geschwindigkeit, Konsistenz
 und Zweckmäßigkeit der Datenerhebung und
 des Anwendungsmanagements. Das modulare
 Sortiment an SNiPs (Sensor-Node IoT Packages; dt.
 Sensorknoten-IoT-Pakete) von ICT International
 ermöglicht genaue Echtzeit-Messungen für
 kontinuierliche Pflanzenüberwachung. Für
 weitere Informationen siehe Seite 70-81.                         SFM1x (LoRaWAN)
                                                                    Saftflussmesser                              ATH-2S
                                                                              S. 22                          Luft-Temp.
 SNiPs reduzieren die Kosten für ein besseres                                                                  Feuchte       MFR
 Gesamtbild der Anwendung und ersetzen                                                    DBV60                    S. 52     NODE
 herkömmliche Logger für einzelne Sensoren                                                Banddendrometer                    S. 76
 oder zusätzliche Parameter.                                                              Baumquellung S. 28

                                                                                          MP406 Boden-
                                                                                          feuchtesonden
                                                                                              S. 6-7
                       Integriertes Sensorknoten-Paket (SNiP)
             für die Überwachung der Avocado-Bewässerung

18       ICT INTERNATIONAL                     Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
Green Asset Management in städtischer Umgebung
Schwellenwerte zur Messung der Gesundheit
von Bäumen in Städten
Die Überwachung des Wasserverbrauchs von
Stadtbäumen ermöglicht die Festlegung einer oberen und
unteren Schwelle für optimalen Wasserverbrauch und
Baumgesundheit, sodass Baumpfleger die Baumgesundheit
messen und zuverlässige Entscheidungen bezüglich des
Bewässerungsmanagements eines jeden Stadtwaldes
treffen können. Der Baumwasserbedarf ist von Tag zu
Tag und saisonal sehr variabel. Wenn ein Baum unter
Wasserstress leidet, wird er anfälliger für Schädlings- und
Krankheitsbefall, und es entsteht ein höheres Risiko für
Astbruch und Versicherungsleistungen.

SFM1 überwachte kontinuierlich den Wasserverbrauch von Nationalerbe-Bäumen in Sydney, Australien

In der Nähe des Opernhauses von Sydney, Australien,                   Über 30 Tage, vom 9. April bis zum 8. Mai, ging der
wurde eine großblättrige Feige mit einem SFM1                         Wasserverbrauch schrittweise um 30 % zurück.
Saftflussmesser ausgestattet. Die Grafik oben (und                    Dieser Rückgang ergab sich aus einer geringeren
rechts) konzentriert sich auf 7 Tage des Wasserverbrauchs             Sonneneinstrahlung und Umgebungstemperatur beim
dieses Baums. An heißen Tagen im April betrug der                     Übergang vom Frühherbst zum Winter. Die folgende Grafik
Wasserverbrauch bis zu 360 l/Tag und an regnerischen                  zeigt, wie der Spitzenwasserverbrauch von 360 l/h auf 240
Tagen nur 44 l/Tag.                                                   l/h sinkt.

Für bessere globale Forschungsergebnisse in der Boden-, Pflanzen- und Umweltüberwachung      ICT INTERNATIONAL                    19
Pflanzenüberwachung: Returns on Investment
 Entscheidungen zu Düngemitteln, kumulativer Wasserverbrauch und Ernteertrag
 Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen dem kumulativen Wasserverbrauch (CWU) einer Kulturpflanze und dem
 endgültigen Ertrag. CWU zeigt die photosynthetische Aktivität, Trockenmasseakkumulation und somit den Ertrag an.
 Im Laufe der Saison ermöglicht die Messung des Saftstroms die Bestimmung des CWU und wie weit der tatsächliche
 CWU unter dem potentiellen
 CWU liegt. Dieser gemessene
 CWU bestimmt den Dünger-
 und Bewässerungsbedarf.

 In Situationen, in denen
 das       Bewässerungswasser
 und damit der Dünger
 unterhalb der Wurzelzone
 abfließen kann, kann das
 Düngeprogramm anhand des
 gemessenen CWU geplant
 werden. Die Überwachung des
 Drainagewassers zeigt Wasser-
 und Düngemittelverluste aus
 dem Anbausystem an, die
 bis zum Grundwasserspiegel
 gelangen können. Dies lässt
 sich einfach und kontinuierlich
 überwachen.

                                           Der (mit dem Saftflussmesser SFM1x gemessene) kumulative Wasserverbrauch ermöglicht
                                               Düngemittelanwendungen in Bezug auf tatsächliches Pflanzenwachstum/Pflanzendüngeraufnahme

               Kontinuierlicher Saftstrom von Ölpalmen über 62 Tage ermöglicht Berechnung
                                         des tatsächlichen Ertrags

                                                             Tägl. Wasserbedarf (l)
     (l/tag)

                                                              Saftgeschwindigkeit
     (cm/hr)

 Ertragsindex: Aufwärts-Skalierung Blatt 17 auf gesamte Palme und Wasserverbrauch/Hektar

20               ICT INTERNATIONAL              Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
Bewässerung und Düngerabfluss, Wurzelaktivität und Bodenwasserentnahme
Ein häufiges Problem bei der Bewässerung von            Die Tiefe der Wasser- und Düngerentnahme der
leichten Böden ist die Tiefenentwässerung.              Wurzel wird durch regelmäßige Messung von
Dieses Problem bleibt oft unerkannt, und der            Änderungen der Bodenfeuchte in mehreren
Bodenwassergehalt muss über kurze Zeitspannen in        Tiefen und im Laufe der Zeit während eines
mehreren Tiefen gemessen werden, bevor Abhilfe          Trocknungszyklus bestimmt.
geschaffen werden kann.

                                                                        Rechte Grafik: Drainage - Wasserabwärtsbewegung;
                                                      Linke Grafik: Wasserverbrauch für Anbau - Wasseraufwärtsbewegung.

   Erweitertes integriertes Sensorknoten-Paket (SNiP) für die Überwachung der
   Ölpalmen-Bewässerung

                                                                                                            Regen-
                                                                                                            Messer
                                                                                                            PRP-02
                                                                                                ICT         S. 45
                                                                                         MFR-NODE
                                                                                              S. 76
                            ICT
                     MFR-NODE
                          S. 76
                                                              SFM1x (LoRaWAN)
                                     ATH-2S
                                                              Saftflussmesser
                                     Luft-Temp.
                                                              S. 22
                                     Feuchte S. 52

                                                                                                       Gee
                                                                                                       Lysimeter
                                                                                                       S. 16

                                         MP406 Boden-
                                      feuchtesonden S. 6-7
   SFM1 Saftflussmesser
   an Blatt 17 S. 22
Wasserhaushalt der Pflanzen: Saftstrom

 SFM1x Saftflussmesser                                                 zeitweiligen    Kommunikationsverlust        oder
                                                                       verlorenen Paketen und ist somit ideal für
 Der SFM1x Saftflussmesser ermöglicht die Echtzeit-Überwachung         Forschungsanwendungen. Der SFM1x verfügt über
 des Wasserverbrauchs einzelner Bäume. Dies ist möglich, weil          ein UCM (Universal Communications Module), mit
 der SFM über eine integrierte Datenübertragung direkt in die          dem ein Kunde aus folgenden Optionen wählen kann:
 Cloud mit IoT/LTE-M Cat-M1 verfügt. Der SFM1x Saftflussmesser         □ Non-IoT – Über Bluetooth/USB heruntergeladene
 ist ein diskretes Standalone-Instrument, das auf dem                    Daten;
 Wärmequotientverfahren (Heat Ratio Method) basiert. Dieses
                                                                       □ LoRaWAN™ – Low-Power Long-Range
 Messprinzip hat sich als robustes und flexibles Verfahren
                                                                         Konnektivität;
 zur Messung des Pflanzenwasserverbrauchs erwiesen. Es
 kann hohe, niedrige, Null- und umgekehrte Ströme in einer             □ LTE Cat M1/Cat NB1/EGPRS – Nutzung
 Vielzahl von Pflanzenanatomien und -arten von krautig bis               vorhandener Mobilfunknetze.
 holzig und Stammgrößen >10 mm Durchmesser messen. Die                 ICT LoRaWAN und LTE Cat M1/Cat NB1/EGPRS
 theoretische Grundlage und der ratiometrische Aufbau des              liefern Daten, die formatoffen und frei von
 Wärmequotientverfahrens ermöglichen die Messung hoher,                proprietärer Formatierung oder Dekodierung sind.
 niedriger, Null- und umgekehrter Ströme.                              So entsteht eine vollständige Kontrolle der Daten
                                                                       ab dem Erfassungspunkt; der Endbenutzer hat volle
 Der    SFM1x      Saftflussmesser    besteht    aus     zwei          Flexibilität in Bezug auf die Erfassung, Speicherung
 Temperaturmessnadeln, die im gleichen Abstand über und                und Ansicht der Daten.
 unter einem zentralen Heizelement angebracht sind. Diese
 Nadeln werden durch Bohren von 3 kleinen parallelen                   SFM1x Saftflussmesser
 Löchern in das wasserleitende Gewebe der Pflanze eingeführt.
                                                                       Nadeldurchmesser/Länge             1,3mm / 35mm
 Daraufhin durchströmt alle 10 Minuten Wärme das
 wasserleitende Gewebe der Pflanze. Die Wärme wird als Tracer          2 Messabstände pro               7,5mm und 22,5mm
                                                                       Nadel                             ab Nadelspitze
 verwendet, um die Geschwindigkeit der Wasserbewegung im
 Pflanzenstamm direkt zu messen.                                       Ausgabeoptionen                Rohtemperaturen: °C
                                                                                                  Wärmeimpulsgeschwindigkeit:
                                                                                                            cm hr-1
 Der SFM1x Saftflussmesser ist ein spezieller, kompakter                                          Saftgeschwindigkeit: cm hr-1
 Datenlogger mit einem Heizelement und zwei                                                          Saftstrom: Liter hr-1
 Temperaturmessnadeln. Er versorgt das Heizelement mit                 Bereich                       Ca. -70 ~ +70 cm hr-1
 Strom und protokolliert den Saftfluss des von der Pflanze             Auflösung/                         0,01 cm hr-1 /
 verbrauchten Wassers in Litern pro Stunde. Hierbei handelt            Genauigkeit                         0,5 cm hr-1
 es sich um das tatsächlich von der Pflanze verbrauchte Wasser         Messdauer                          120 Sekunden
 in Litern, das völlig unabhängig vom Wasser ist, welches evtl.
                                                                       Standard-                      20 Joules i. d. R.
 durch Verdunstung aus nacktem Boden, Ablauf oder durch                Wärmeimpuls                äquivalent zu 2,5 Sekunden
 Drainage verlorenging.                                                (einstellbar)                Wärmeimpulsdauer, Auto-
                                                                                                          Skalierung
 Der SFM1x wurde für eine flexible Kommunikation konzipiert.           Einstellbares
 Mit einer integrierten SD-Karte liefert er Standalone-                Aufzeichnungs-                 Minimum: 10 Minuten
 Datenaufzeichnung und volle Datenredundanz bei einem                  intervall

22       ICT INTERNATIONAL                Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
Macadamia-Saftstromüberwachung und Bewässerungsmanagement
Die Suche nach genaueren Wasserüberwachungstechnologien
Australische Erzeuger von Macadamia haben sich wie viele Obstgärtner auf indirekte Angaben zum
Pflanzenwasserverbrauch konzentriert, indem sie Bodenfeuchtesensoren verwendeten, die bei der Planung von
Bewässerungsereignissen hilfreich sein sollten. Unabhängig von der Bodenfeuchte-Sensortechnologie war es für die
Präzisionslandwirtschaft immer problematisch, sich auf sehr kleine (Millimeter) Bodenproben zu verlassen und dabei
eine aussagekräftige oder repräsentative Antwort für eine große Fläche (Hektar) zu erwarten.

Australische Macadamia-Erzeuger suchen nun präzisere Überwachungstechnologien, welche die Pflanze und ihren
Wasserverbrauch direkt messen können. Hierzu wird die Pflanze selbst als Sensor verwendet, indem der Saftstrom
gemessen wird. Mittels direkter und kontinuierlicher Überwachung der gesamten Pflanze, die mit ihrem Wurzelsystem
ein großes Volumen (Kubikmeter) Boden beprobt, kann eine sehr genaue und repräsentative Aufzeichnung des
Wasserverbrauchs und Wasserzustands durch die Obstplantage erfolgen. Da eine Pflanze Tag und Nacht mit ihrer
sich ständig ändernden Umgebung interagiert, helfen Echtzeit-Informationen zu ihrem Wasserbedarf den Erzeugern,
diesen besser zu bestimmen und somit die Bewässerungspraktiken zu optimieren.

                                                      Über den Saftstrom den Baum verstehen
                                                      In der Vergangenheit hatten Betreiber Zugang auf
                                                      Pumpen- und Durchflussmesserdaten, um die Volumen des
                                                      verwendeten Wassers bei jedem Bewässerungsereignis zu
                                                      schätzen. Jedoch war der Verbleib des genutzten Wassers
                                                      weithin unbekannt und schwer zu bestimmen. Der neue
                                                      Ansatz beim Bewässerungsmanagement geht davon aus,
                                                      das Volumen jenes Wassers zu verstehen und zu messen,
                                                      das sich durch Baumstämme im Obstplantagensystem
                                                      bewegt. Muster für den täglichen Wasserverbrauch, die mit
                                                      Saftflussmessern gemessen werden, und Wasserstress, der
                                                      mit Stammpsychrometern gemessen wird, ermöglichen den
                                                      Erzeugern festzustellen, wann ihre Bäume aktiv sind (Tag oder
                                                      Nacht) und das gesamte aufgebrachte Bewässerungswasser
                                                      dem Baumwasserverbrauch zum richtigen Zeitpunkt
                                                      anzupassen.     Die      Identifizierung  der     saisonalen
                                                      Unterschiede beim Macadamia-Wasserverbrauch und die
                                                      Verknüpfung dieser sich ändernden Anforderungen mit...

                                                                                 ICT INTERNATIONAL                23
...wichtigen phänologischen Phasen des Baumjahreszyklus ist der Schlüssel zu einem soliden und effektiven
 Bewässerungsmanagement. Nachfolgend wird der Wasserverbrauch anhand von Daten für den Baum cv816 über den
 Beobachtungszeitraum von 37 Tagen (27. August bis 2. Oktober 2018) dargestellt. Dies ist die kritische Blütezeit.
       Wasserbedarf Baum (l/Tag)

                                                                                                    Blütezeit

                           Tagesdurchschnitt      Max.                                                                             Max.
     Gesamtwasserverbrauch                                   Wasserverbrauch                              Wasserverbrauch
                            Wasserverbrauch Wasserverbrauch/                                                               Wasserverbrauch/Tag
         einzelner Baum                                         pro Hektar                                für 6,2 ha-Block
                                 Baum           Tag Baum                                                                        pro Hektar
                                                                     64,7 L                                                      18,1 kL/1,81 mm
                           1,73 kL                46,8 L                                 484,6 kL               3,0 mL
                                                                  (17-09-2018)                                                     (17-09-2018)

 Vollständiger Artikel: Manson, D., & Downey, A. (2018). Sap flow monitoring a new frontier in irrigation
 management (Saftstromüberwachung – Neuland im Bewässerungsmanagement). AMS News Bulletin,
 Summer 2018. https://australianmacadamias.org/industry/resources/sap-flow-monitoring-a-new-frontier-in-
 irrigation-management

 Baumüberwachung bewährt sich auf australischer Macadamia-Farm
                                                                                 Ein Erzeuger, der mehr als 120 ha reife Macadamia-Plantagen
                                                                                 in der Region Bundaberg bewirtschaftet, benötigte mit
                                                                                 der Saftstromüberwachung im Winter und Vorfrühling
                                                                                 zwischen 15-20 % weniger ausgebrachtes Wasser als im
                                                                                 selben Vorjahreszeitraum (unter Berücksichtigung der
                                                                                 unterschiedlichen Niederschlagsmuster in den Jahren). Dieser
                                                                                 Anbauer ist zuversichtlich, dass der gesamte Wasserbedarf
                                                                                 der Bäume mit dem verbesserten Bewässerungsplan gedeckt
                                                                                 wird, der mithilfe genauer Beobachtung der konstanten
                                         Saftstromnadeln im Macadamia-Baum       Rückmeldungen der Saftstromsensoren entwickelt wurde.

 Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass eine konstante geringere Bodenfeuchte ebenfalls das Risiko für Wurzelkrankheiten
 reduzierte und insbesondere auf schwereren Böden zu gesünderen Bäumen führte. Die aufgrund der besseren Planung
 geringere Betriebsbodenfeuchte steigerte ebenso die Restpufferkapazität des Bodenprofils gegen Übersättigung bei
 starken Niederschlagsereignissen. Dies trug wesentlich zur Erosionskontrolle und zum Energiemanagement bei.

24                                 ICT INTERNATIONAL             Für bessere globale Forschungsergebnisse in der Boden-, Pflanzen- und Umweltüberwachung
Zeitsteuerung der Bewässerung durch Saftflussmessung – Ein Beispiel

Die Macadamia-Blüte in Southern Queensland,
Australien, beginnt um den 1. September und
dauert ca. einen Monat. Um den potentiellen Ertrag
zu maximieren, ist es wichtig, während der Blüte
einen hohen Wasserverbrauch und geringeren
Wasserstress aufrechtzuerhalten.

Die Auswertung der Daten zu Saftstrom und                                       SFM1x
                                                                                                                         ICT
                                                                        (LoRaWAN) S. 22
Wasserpotenzial während der letzten Augustwoche                                                            ATH-2S
                                                                                                                         MFR-NODE
deutete auf den Beginn von Wasserstress hin, da                         DBV60 Band-                                      S. 76
                                                                        dendrometer                    Luft-Temp.
die Saftflussrate stetig von ca. 20L auf 12L/Tag sank.                         S. 28                 Feuchte S. 52

Die Bewässerung erfolgte am 2. September, und
der Wasserverbrauch bzw. Saftstrom stieg von ca.
                                                                                     MP406
12L/Tag auf ca. 24L/Tag.                                                    Bodenfeuchtesonden S. 6-7                               S. 74-75
                                                                                                                       Flexible Konnektivität

                                                                                                                         24l/Tag
                                     20l/Tag
                                                                                           Bewässerung

                                                                                       12l/Tag

Die Zeitserienüberlappung der Saftgeschwindigkeit (innen und außen) 7 Tage vor Bewässerung zeigt eine stetige Verringerung der
Saftgeschwindigkeit.

                                                             Tägl. Wasserbedarf (l)
Wasserbedarf (l/Tag)

                       20l/Tag

                                                                  Wasserbedarf
Wasserbedarf (L/hr)

                                                                                                                            12l/Tag

Änderungen im Wasserverbrauch der Pflanze 7 Tage vor Bewässerung.

                                                                                                      ICT INTERNATIONAL                         25
Wissenschaftliche Abhandlung: Neuseelands Kauri-Bäume teilen Wasser
 Wie erhält sich ein Baum ohne grünes Laub am Leben?
 Dr Martin Bader und Assoc. Prof. Sebastian Leuzinger von
 der Auckland University of Technology entdeckten, dass zwei
 Bäume derselben Art, wenn sie dicht beieinander stehen,
 in der Lage sind, eine hydraulische Kopplung vorzunehmen
 – sie teilen also Wasser, Kohlenstoff, Mineralien und
 Mikroorganismen.

 Um dies zu belegen, befestigten sie SFM1-Saftflussmesser
 und PSY1-Stammpsychometer der ICT International an einem
 Kauri-Baum und einem angrenzenden Stumpf ohne Blätter
 (Abb. rechts).

 Anhand der mit diesen Messgeräten erfassten Daten konnten
 Bader und Leuzinger die Bewegung des Safts zwischen
 Baumstumpf und Baum beobachten.

 Der SFM1 Saftflussmesser kann sehr geringen Saftfluss
 und umgekehrten Saftfluss messen. Dies ermöglichte
 die Messung des Saftflusses zum Baum am Tag und den
 umgekehrten Saftfluss zum Stumpf bei Nacht. Das vom PSY1
 Stammpsychrometer gemessene Druckgefälle kehrte sich von
 Tag zu Nacht um, wodurch sich in Bezug auf dieses gemessene           Abb. (oben rechts) zeigt SFM1 Saftflussmesser, die den Saftfluss
                                                                       durch den Stumpf zu verschiedenen Tageszeiten überwachen
 Druckgefälle auch die Strömungsrichtung von Tag zu Nacht              (Mit freundlicher Genehmigung von Assoc Prof. Sebastian
 umkehrte.                                                             Leuzinger)

 Quellennachweis:                                                      Abb. (oben) ist ein kombiniertes Diagramm des Tag und Nacht
                                                                       geteilten Saftflusses, basierend auf den Diagrammen der
                                                                       wissenschaftlichen Abhandlung (Originalfoto mit freundlicher
 Bader, M. K.-F., & Leuzinger, S. (2019). Hydraulic Coupling of        Genehmigung von Assoc. Prof. Sebastian Leuzinger).
 a Leafless Kauri Tree Remnant to Conspecific Hosts. iScience,
 19, 1238–1247.
 https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.05.009

26       ICT INTERNATIONAL                 Für bessere globale Forschungsergebnisse in der Boden-, Pflanzen- und Umweltüberwachung
Wasserpotential von Pflanzen: Stamm-, Blatt- und Wurzelpsychometrie

Das PSY1 Pflanzenpsychrometer
Das PSY1 Pflanzenpsychrometer integriert alle auf
die     Pflanze    einwirkenden      Umgebungsparameter,
wie     Sonneneinstrahlung,     Temperatur,   Feuchtigkeit,
Windgeschwindigkeit und Bodenwasserverfügbarkeit, in
einer einzelnen kontinuierlich messbaren Größe. Es handelt
sich um ein eigenständiges Instrument zur Messung des
Wasserpotentials der Pflanze. Es kann kontinuierlich
Änderungen des Wasserzustands/-potentials aufzeichnen,                                                  Stammpsychrometer
welche die für den Wasserzugang benötigte Energie oder
den Stress der Pflanze direkt wiedergeben. Mit diesem
Messgerät können Pflanzenstämme oder -blätter gemessen                                          Blattpsychrometer
werden. Die Messung des In-situ-Wasserpotentials wurde
nach Temperaturgradienten korrigiert und entsprechend der
Scholander-Druckkammer kalibriert.

Das Psychrometer besteht aus zwei Chromel-Konstantan-
Thermoelementen in einer verchromten Messingkammer,
die als thermische Masse fungiert. Ein Thermoelement
befindet sich in Kontakt mit der Probe (Splintholz in
Stämmen oder substomatärer Hohlraum in Blättern),
und das andere Thermoelement misst gleichzeitig die
Kammerlufttemperatur sowie nach einem Peltier-Kühlimpuls
die pychometrische Differenz. Ein drittes im Kammergehäuse
untergebrachtes Kupfer-Konstantan-Thermoelement misst
die Messgerättemperatur zur Korrektur. All diese Messungen                  PSY1 Psychrometer
ermöglichen präzise und wiederholbare Erhebungen des
                                                                            Units                              MPa
Wasserpotentials der Pflanze in MPa-Einheiten in festgelegten
Intervallen.                                                                Bereich                    -0,1 MPa bis -10 MPa

                                                                            Auflösung                   0,01 MPa (0,1 Bar)
Das PSY1 fand bei vielen Pflanzen Anwendung – Forstwirtschaft
(Banksia, Eukalyptus, Sandelholz, Dalbergia, Thuja sp., Acer sp.),          Genauigkeit                 ±0,1 MPa (1 Bar)
Zierpflanzen (Metasequoia, Syringa), Feldkulturen (Zuckerrohr,
Weizen, Reis, Mais, Palmöl, Trauben, Zitrusfrüchte, Mango,
Kaffee, Avocado) und Gewächshauskulturen (Gemüsepaprika,
Gurke, Tomate, Mandeln).

Für bessere globale Forschungsergebnisse in der Boden-, Pflanzen- und Umweltüberwachung    ICT INTERNATIONAL                  27
Wasserhaushalt der Pflanzen: Dendrometrie

                                                                    Banddendrometer
                                                                    Dendrometerbänder sind eine weitreichend
                                                                    anerkannte und verwendete Methode zur
                                                                    Messung des Baumumfangs und können Aufschluss
                                                                    über Veränderungen des Baumdurchmessers
                                                                    auf    Brusthöhe     (DBH),     Basalfläche   und
                                                                    Basalflächeninkrement geben. Das DBS60
                                                                    Banddendrometer ist ein hochauflösender (1 μm
                                                                    [0,001 mm]), nichtinvasiver Sensor, der einen
                                                                    großen Bereich an Durchmessern (50 mm>) messen
                                                                    kann. Das Edelstahlband hat einen sehr geringen
                                                                    linearen thermischen Koeffizienten. Thermische
                                                                    Schwankungen, die durch tägliche oder saisonale
 Dendrometrie-Echtzeitdaten                                         Temperaturänderungen verursacht werden, haben
                                                                    keinen messbaren Einfluss auf die Messgenauigkeit.
 Der Stammdurchmesser ist eines der am häufigsten                   Das DBS60 entspricht der Schutzart IP66 und wurde
 gemessenen Merkmale von Bäumen. Dendrometer werden                 für die Installation unter jahrelangen härtesten
 zur Messung des Durchmessers von Früchten, Pflanzen                Feldbedingungen konzipiert.
 und Bäumen eingesetzt. Hochauflösende Dendrometer
 überwachen die Quellung und Schrumpfung von Stämmen
 über den Tag. Am Tag „schrumpfen“ die Stämme, da sich              Schwenkbares Dendrometer
 die Stomata öffnen und der Baum transpiriert. In der Nacht
 „quellen“ die Stämme, da die Transpiration eingestellt und         Schwenkbare Dendrometer sind für eine einfache,
 der Baumstamm mit Feuchtigkeit aufgefüllt wird.                    fehlerfreie Installation ausgelegt und werden
                                                                    mit einer federbelasteten Hebelklemme am
 Die maximale Stammschrumpfung (MDS) pro Tag, die                   Stamm befestigt. Der Anpressdruck wird als
 berechnete Differenz des minimalen und maximalen                   Kompromisslösung zwischen der Einwirkung auf
 Stammdurchmessers pro Tag, ist ein häufig verwendeter              das Pflanzengewebe und der Montagestabilität
 Parameter bei der Bewässerungsplanung. In diesem Feld              eingestellt.    Das      schwenkbare      DPS40-
 wurden bedeutende Forschungen an Kulturpflanzen                    Stammdendrometer ist ein hochauflösender Sensor
 vorgenommen, um den Zusammenhang zwischen MDS                      mit Drehgelenk zur Messung kleiner Stämme von
 und physiologischen sowie abiotischen Parametern, wie              5 mm bis 40 mm. Das Lager des Positionssensors
 Bodenfeuchte und Wasserpotential, Dampfdruckdefizit (VPD)          ist präzise geformt, damit die Auswirkung von
 und Wasserpotential des Stammes, zu untersuchen.                   Temperatur und Axialkräften minimal bleibt.

 Saisonale Datensätze können verwendet werden, um
 Düngerbehandlungen, Ausästen, Durchforstung oder
 Dürrebehandlungen zu vergleichen. In der Forstwirtschaft
 werden Dendrometer zur langfristigen Datenerhebung in
 der Studie über Wachstumsdynamik, Biomasseverteilung
 und Kohlenstoffaufnahme verwendet. Im Gartenbau
 werden Dendrometer verwendet, um die MDS zwecks
 Bewässerungsmanagement zu überwachen.

                                                                    Die Abb. zeigt die max. Schrumpfung pro Tag, d. h. den max.
                                                                    Stammdurchmesser pro Tag minus min. Stammdurchmesser
                                                                    pro Tag.

28      ICT INTERNATIONAL              Boden 4-17 Pflanzen 18-43 Meteorologisch 44-55 Hydrologisch 56-63 Stadt & Industrie 64-69
SNiPs Dendrometrie                     SNiP-DPS               SNiP-DBS4       SNiP-DBS6

                                    Baum/Stamm-Umf.        Baum/Stamm-Umf.    Baum/Stamm-Umf.
   SNiP Messungen                         (mm)                   (mm)              (mm)
                                      / Temperatur           / Temperatur      / Temperatur

                                                              DBS60 mit
   Kernsensor/Gerät                        DPS40            modifizierter          DBS60
                                                            Montageplatte

   UOM                                     mm/°C                   mm/°C           mm/°C
   Steigerungsbereich                  35mm Umfang              60mm Umfang     60mm Umfang

   Min. Rumpfdurchmesser                     5mm                   40mm            60mm
   Max. Rumpfdurchmesser                    40mm                   80mm        Kein maximum

   Auflösung                             0,001 mm                0,001 mm        0,001 mm

   SNiP-Knoten                                                    S-NODE
   Von SNiP unterstützte
                                                                   Bis 4
   Sensoren
   Montage/Leistung                   SPLM7 / SP10                 SPLM7, DBTAPE / SP10

Die Abb. zeigt 12 Monate eines Datensatzes einer Acacia
implexa, die in der Nähe von Armidale, NSW - Australien,
wächst. Um die Datenerhebung über viele Jahre zu
ermöglichen, besteht das DBL60 aus UV-beständigen Kunststoff.

                                                                                            ICT INTERNATIONAL   29
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