MARC VAN IERSEL UND STEPHANIE BURNETT

UNIVERSITÄT VON GEORGIEN

Die manuelle Bewässerung ist arbeitsintensiv und repetitiv, daher ist sie eine der ersten Aufgaben im Gewächshaus, die automatisiert werden sollte. Obwohl die Automatisierung der Bewässerung einfach ist, sind automatisierte Systeme nicht unbedingt wassersparend. Viele Gärtner verwenden Zeitschaltuhren, um die Bewässerung zu steuern. Zeitschaltuhren berücksichtigen jedoch nicht die täglichen Veränderungen im Wasserverbrauch der Pflanzen, die durch natürliche Schwankungen von Temperatur, Licht und Luftfeuchtigkeit verursacht werden. Außerdem steigt der Wasserverbrauch der Pflanzen mit dem Wachstum der Pflanzen. Das macht es schwierig, eine effiziente Bewässerung mit einer Zeitschaltuhr zu erreichen. Angesichts der zunehmenden Belastung der Wasserressourcen in vielen Teilen Nordamerikas muss die Gewächshausbranche auf effizientere Bewässerungssysteme umsteigen.

Bodenwassersensoren bieten vielversprechende neue Möglichkeiten für die Automatisierung der Bewässerung von Gewächshäusern nach dem Bedarf der Pflanzen. Wir haben ausgiebig mit EC-5 Sonden gearbeitet, die klein genug sind, um in einen 4-Zoll-Topf zu passen, und haben festgestellt, dass diese Sonden den volumetrischen Wassergehalt von bodenlosen Substraten genau messen. Wir haben EC-5 Sonden in ein automatisches Bewässerungssystem integriert, das die Bewässerung der Pflanzen auf der Grundlage des tatsächlichen Wasserverbrauchs der Pflanzen ermöglicht.

Sensoren sorgen dafür, dass Pflanzen nie unter Trockenstress leiden

Die Grundidee hinter der Verwendung von Bodenwassersensoren zur Steuerung der Bewässerung ist einfach: Wenn Pflanzen Wasser verbrauchen, nehmen sie es aus dem Substrat auf, so dass der Wassergehalt des Substrats sinkt. Bodenwassersensoren erkennen diese Veränderungen und können dazu verwendet werden, ein Bewässerungsventil zu öffnen, wenn der Wassergehalt des Substrats unter einen vom Benutzer festgelegten Sollwert fällt. Dies führt dazu, dass häufig kleine Wassermengen ausgebracht werden. Die Häufigkeit der Bewässerung wird automatisch an die Geschwindigkeit des Wasserverlusts im Substrat angepasst. Dieser Bewässerungsansatz ersetzt automatisch das Wasser, das von den Pflanzen verbraucht wird oder durch Verdunstung verloren geht, und stellt sicher, dass die Pflanzen nie unter Trockenstress geraten. Durch die Bewässerung mit der Menge an Wasser, die die Pflanzen tatsächlich benötigen, können der Wasserverbrauch und die Auswaschung stark reduziert werden. Dadurch wird die Umweltverschmutzung minimiert, ohne dass teure Recycling-Bewässerungssysteme oder große Teiche zum Auffangen des Abflusses benötigt werden.

Funktioniert das wirklich?

Um diesen Bewässerungsansatz zu testen und festzustellen, wie viel Wasser Petunien für ein gutes Wachstum benötigen, haben wir sie bei einem Wassergehalt im Substrat von 5 bis 40% angebaut. Die Bewässerung wurde mit EC-5 Sonden im Substrat kontrolliert, die mit einem Datenlogger verbunden waren. In den ersten neun Tagen nach dem Umpflanzen der Setzlinge wurden alle Substrate gut bewässert, damit sich die Pflanzen etablieren konnten. Danach hielt unser Bewässerungssystem den Wassergehalt des Substrats 20 Tage lang aufrecht (die Behandlungen reichten von 5 bis 40%), und dann wurden die Pflanzen geerntet.

Unser Bewässerungssystem hat während der gesamten Studie sehr gut funktioniert (Abbildung 1). Sobald der Wassergehalt des Substrats in einem bestimmten Behälter bis zum Bewässerungs-Sollwert ausgetrocknet war, begann unser automatisches Bewässerungssystem mit der Bewässerung dieses Behälters. Der Wassergehalt des Substrats wurde im Allgemeinen leicht über dem Sollwert gehalten.

Ein höherer Substratwasser-Sollwert für die Bewässerung führte zu häufigeren Bewässerungen. Obwohl die Bewässerungsmenge mit steigendem Wasserstand im Substrat zunahm, kam es bei keiner der Behandlungen zu einer Auswaschung. Selbst die größte Pflanze erhielt in den letzten 20 Tagen des Experiments nur 650 ml Wasser. Der tägliche Wasserverbrauch in der Behandlung mit dem höchsten Wasserverbrauch reichte von nur 15 bis 20 ml/Pflanze/Tag (etwas mehr als ein Esslöffel!), als die Pflanzen klein waren, bis zu 45 ml/Pflanze/Tag (3 Esslöffel) am Ende des Experiments.

Das Pflanzenwachstum nahm mit steigendem Wassergehalt des Substrats zu, aber es gab kaum einen Unterschied zwischen den Behandlungen mit 25, 30, 35 und 40% (Abbildung 2 links, 3). Da das Pflanzenwachstum stark mit der Wassermenge korrelierte, die die Pflanzen erhielten (Abbildung 2 rechts), könnte die Steuerung der Bewässerung auf der Grundlage des Wassergehalts des Substrats eine praktikable Methode zur Kontrolle des Wachstums schnell wachsender Pflanzen sein.

Wie können Landwirte dies nutzen?

Mehrere Marken von Gewächshaus-Steuerungssystemen können EC-5 Sonden messen und könnten zur automatischen Bewässerung auf der Grundlage dieser Messungen verwendet werden. Gärtner sollten sich beim Hersteller ihres Kontrollsystems erkundigen, ob es diese Sonden messen kann. Für Landwirte, die ein eigenständiges Steuergerät bevorzugen, haben wir in Zusammenarbeit mit Brower Electronics Laboratories (Pittsboro, NC) ein Steuergerät entwickelt, das Pflanzen bewässern kann, wenn der Wassergehalt des Substrats unter einen vom Landwirt festgelegten Sollwert fällt. Mit diesem Steuergerät können die Landwirte auch die Dauer der Bewässerung und einen Mindestzeitraum zwischen den einzelnen Bewässerungen festlegen.

Landwirte, die nicht bereit sind, die Bewässerung auf Bodenwassersonden umzustellen, können wertvolle Informationen über den Wasserbedarf der Pflanzen erhalten, indem sie EC-5 Sonden mit einem Handmessgerät oder Datenlogger von METER verwenden. Mit dem Handmessgerät können Landwirte Sensoren in einigen ihrer Töpfe platzieren und regelmäßig den Wassergehalt des Substrats messen. Ein Datenlogger kann Daten drahtlos an Ihren Computer senden, so dass Sie Änderungen des Wassergehalts im Substrat in Echtzeit über grafische Anzeigen überwachen können. Der Einsatz dieser Technologie würde den Gärtnern eine viel bessere Vorstellung davon vermitteln, wie viel Wasser die Pflanzen benötigen und hilft ihnen, bessere Bewässerungsentscheidungen zu treffen.

Verbessern Sie die Qualität der Pflanzen

Es scheint, dass die Landwirte in naher Zukunft die Bewässerung mit Hilfe von Sensoren automatisieren können, um die Pflanzen effizient zu bewässern und die Pflanzenqualität zu verbessern. Die Technologie ist bereits verfügbar, und es werden derzeit Richtlinien für ihre Verwendung entwickelt. Aber was kommt als Nächstes? In Zukunft möchten wir besser verstehen, wie sich der Wasserverbrauch in Abhängigkeit vom Standort einer Pflanze im Gewächshaus (z.B. in der Nähe von Kühlkissen oder Ventilatoren), der Anzahl der angebauten Pflanzen und von Umweltfaktoren verändert. Eine interessante neue Entwicklung ist, dass die neueren 5TE-Sonden sowohl den EC-Wert des Substrats als auch den Wassergehalt messen können. Dies könnte es den Landwirten ermöglichen, die Bewässerung und Düngung gleichzeitig zu steuern.

Marc van Iersel ist Professor für Blumenzucht an der University of Georgia ([email protected]). Weitere Informationen finden Sie auf der Website von Marc van Iersel zur Bewässerungsautomatisierung: www.hortphys. uga.edu/irrigationcontrol.html

Stephanie Burnett ist Assistenzprofessorin für Blumenzucht an der University of Maine; [email protected]

Wir bedanken uns bei der Fred C. Gloeckner Foundation für die Finanzierung unserer Forschung.

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