IOT-KATALOG 2021 ABSCHNITT A - ICT INTERNATIONAL
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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)
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
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
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
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
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
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
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
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
Für bessere globale Forschungsergebnisse in der Boden-, Pflanzen- und Umweltüberwachung ICT INTERNATIONAL 9
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.
Für bessere globale Forschungsergebnisse in der Boden-, Pflanzen- und Umweltüberwachung ICT INTERNATIONAL 11Bodenspannung, 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 64-69Bodenwasserpotential 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 13Bodenwärmestrom 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 64-69Bodensauerstoff
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-WiederholbarkeitÜberwachung 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 64-69SniPs 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 17Pflanzenüberwachung
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 64-69Green 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 64-69Bewässerung 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. 22Wasserhaushalt 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 64-69Macadamia-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 UmweltüberwachungZeitsteuerung 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 25Wissenschaftliche 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 UmweltüberwachungWasserpotential 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 27Wasserhaushalt 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 64-69SNiPs 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 29Sie können auch lesen
