Ein Bodenfeuchtesensor zeigt Ihnen, wie viel Wasser sich im Boden rund um die Wurzeln befindet, und genau von diesem Wert hängt jede Bewässerungsentscheidung ab. Einen solchen Sensor für einen landwirtschaftlichen Betrieb auszuwählen, ist etwas anderes, als einen für ein Gartenbeet zu kaufen. Der Sensor steckt monatelang im Feld, muss Maschinen und Witterung überstehen, und seine Messwerte entscheiden womöglich darüber, wann Tausende Kubikmeter Wasser gepumpt werden.

Vier Entscheidungen zählen am meisten: wie der Sensor Wasser misst, wie tief er sitzt, wie seine Messwerte vom Feld kommen und wie sehr Sie seinen Zahlen in Ihrem konkreten Boden vertrauen. Klären Sie diese zuerst, dann wird die Wahl zwischen Marken zu einer Frage von Preis, Support und dem, was Ihr Lieferant vorrätig hat.

Kurz erklärt

  • Kapazitive Sensoren messen den volumetrischen Wassergehalt und passen für die meisten Betriebe; Saugspannungssensoren messen, wie stark die Wurzeln ziehen müssen, was manche Landwirte für die Wahl des Bewässerungszeitpunkts bevorzugen.
  • Bauen Sie pro Messstelle mindestens zwei Tiefen ein: eine in der Hauptwurzelzone und eine nahe deren Untergrenze, damit Sie sehen, ob das Wasser tatsächlich bei den Wurzeln ankommt.
  • Funksensoren ersparen Kabel quer über das Feld, und Langstreckenfunk wie LoRaWAN ermöglicht es, mit einem Gateway viele Felder abzudecken.
  • Rechnen Sie damit, die Messwerte an Ihrem eigenen Boden zu kalibrieren oder zumindest auf Plausibilität zu prüfen, besonders auf Ton- oder salzhaltigen Böden.

Wie funktioniert ein kapazitiver Bodenfeuchtesensor?

Ein kapazitiver Bodenfeuchtesensor misst, wie gut der umgebende Boden ein elektrisches Feld speichert, eine Eigenschaft namens dielektrische Permittivität. Wasser hat eine Permittivität von etwa 80, trockener Mineralboden liegt bei etwa 3 bis 5 und Luft bei 1. Weil der Wert von Wasser so viel höher ist, wird die Messung von der vorhandenen Wassermenge dominiert. Der Sensor rechnet das in den volumetrischen Wassergehalt (VWC) um, also den Anteil des Bodenvolumens, der aus Wasser besteht, meist als Prozentwert angegeben.

Kapazitäts- und FDR-Sensoren (Frequency Domain Reflectometry, Frequenzbereichsreflektometrie) arbeiten nach diesem Prinzip und sind die günstigere Variante. TDR (Time Domain Reflectometry, Zeitbereichsreflektometrie) misst dieselbe Eigenschaft auf andere Weise. Sie gilt allgemein als die genaueste und am wenigsten von der Bodenart beeinflusste Methode, kostet aber mehr.

Eine zweite Familie misst etwas anderes: die Bodenwasserspannung, auch Saugspannung oder Matrixpotenzial genannt. Sie zeigt, wie fest der Boden sein Wasser hält, und genau das spürt eine Wurzel tatsächlich. Tensiometer und Granulatmatrix-Sensoren gehören zu dieser Gruppe. Die Tabelle vergleicht die gängigen Varianten.

Sensortyp Misst Stärken Worauf zu achten ist
Kapazität / FDR Volumetrischer Wassergehalt Wartungsarm, kontinuierliche Messwerte, viele Funkmodelle Braucht guten Bodenkontakt; Salzgehalt und Ton verschieben die Werte
TDR Volumetrischer Wassergehalt Hohe Genauigkeit, weniger bodenabhängig Höherer Preis; lange Stäbe sind schwerer einzubauen
Tensiometer Bodenwasserspannung Zeigt direkt das pflanzenverfügbare Wasser Funktioniert nur in feuchtem Boden, muss nachgefüllt werden
Granulatmatrix Bodenwasserspannung Günstig, großer Messbereich, robust Reagiert langsam, in sehr nassem Boden schlecht

Zwei Dinge bringen Neulinge bei kapazitiven Sensoren aus dem Tritt. Der größte Teil des Messwerts stammt aus dem Boden direkt an der Sonde, sodass ein Luftspalt durch nachlässigen Einbau ein nasses Feld trocken erscheinen lassen kann. Und die Werkskalibrierung geht von einem durchschnittlichen Boden aus. In schwerem Ton- oder salzhaltigem Boden kann der absolute Wert um mehrere Prozentpunkte danebenliegen, auch wenn das Auf und Ab weiterhin stimmt. Viele Landwirte lösen das, indem sie Trends beobachten und lernen, was die Zahlen ihres eigenen Feldes bedeuten, oder indem sie anhand einiger Bodenproben kalibrieren, die nass gewogen und dann im Ofen getrocknet werden.

Die Ofenprobe ist einfach genug, um sie selbst durchzuführen. Entnehmen Sie direkt neben dem Sensor einen Bodenkern mit bekanntem Volumen, sagen wir 100 Kubikzentimeter, und wiegen Sie ihn: 165 Gramm. Trocknen Sie ihn bei 105 °C, bis sich das Gewicht nicht mehr ändert: 140 Gramm. Die verlorenen 25 Gramm waren Wasser, und da ein Gramm Wasser einen Kubikzentimeter einnimmt, enthielt der Boden 25 Kubikzentimeter Wasser in 100, also einen VWC von 25 Prozent. Zeigte der Sensor im Moment der Probenahme 29 Prozent an, misst er in diesem Boden etwa 4 Punkte zu hoch. Einige Proben bei unterschiedlichen Feuchtestufen über die Saison hinweg liefern Ihnen eine Korrektur, der Sie vertrauen können.

Günstige kapazitive Platinen für Bastelprojekte nutzen dasselbe Prinzip, sind aber weder abgedichtet noch für eine Saison im Feld kalibriert. Für die Landwirtschaft sollten Sie auf eine abgedichtete Sonde mit angegebener Genauigkeit, einem Betriebstemperaturbereich und einer bekannten Kabel- oder Funkanbindung achten.

Wie tief sollte ein Bodenfeuchtesensor eingebaut werden?

Die Tiefe richtet sich nach den Wurzeln der Kultur. Die Bewässerungsrichtlinien der FAO nennen maximale effektive Wurzeltiefen von etwa 0,3 bis 0,5 Metern für Salat, 0,4 bis 0,6 Metern für Kartoffeln und 1,0 bis 1,7 Metern für Mais, wobei der Großteil der Wasseraufnahme im oberen Teil dieses Bereichs stattfindet. Ein einzelner Sensor in einer Tiefe sagt Ihnen nur etwas über eine Schicht.

Ein gängiges Muster sind zwei Tiefen an jeder Messstelle:

  • eine in der aktivsten Wurzelzone, etwa im oberen Drittel bis zur Hälfte der Wurzeltiefe, die zeigt, wann die Kultur den Bodenwasservorrat aufzehrt;
  • eine nahe der Untergrenze der Wurzelzone, die zeigt, ob Bewässerung oder Regen dort tatsächlich angekommen ist und ob Sie Wasser unter die Wurzeln drücken, wo es verloren ist.

Mehrtiefen-Bodenfeuchtesonden erledigen das in einem Rohr, mit Messpunkten etwa alle 10 Zentimeter. Sie geben ein vollständigeres Bild davon, wie Wasser nach der Bewässerung nach unten wandert, zu einem höheren Preis pro Messstelle. Zwei Einpunktsonden in gezielt gewählten Tiefen decken die meisten betrieblichen Entscheidungen für weniger Geld ab.

Wo Sie einbauen, ist genauso wichtig wie die Tiefe. Setzen Sie den Sensor an eine Stelle, die für das Feld oder die Bewirtschaftungszone repräsentativ ist: nicht in eine Fahrspur, nicht ins Vorgewende, nicht in die nasseste oder trockenste Ecke. Bei Tropfbewässerung bauen Sie ihn innerhalb der befeuchteten Zone nahe der Pflanzenreihe ein, in gleichbleibendem Abstand zum Tropfer, weil sich die Messwerte schon über wenige Zentimeter stark ändern. Verwenden Sie eine Messstelle pro Bodenart oder Zone, da Sand und Ton im selben Feld sehr unterschiedlich schnell abtrocknen. Drücken Sie die Sonde in ein Loch, das mit einem Werkzeug desselben Durchmessers vorgebohrt wurde, oder verfüllen Sie es mit einem Schlamm aus demselben Boden, um Luftspalte zu vermeiden.

Bodenfeuchtesensor mit Kabel oder per Funk?

Ein kabelgebundener Bodenfeuchtesensor ist per Kabel mit einem Datenlogger verbunden, der meist an einem Pfahl am Feldrand montiert ist. Der Logger speichert die Messwerte und leitet sie unter Umständen per Funk oder Mobilfunk weiter. Kabelgebundene Aufbauten sind zuverlässig und können mehrere Sensoren aus einer Batterie versorgen, aber Kabel quer über das Feld werden von Maschinen durchtrennt und von Nagetieren angefressen, und jeder Sensor muss in der Nähe des Loggers sitzen.

Ein Funk-Bodenfeuchtesensor hat sein eigenes Funkmodul und seine eigene Batterie im Kopf, der aus dem Boden ragt. Jeder lässt sich genau dort setzen, wo das Feld ihn braucht, ohne Kabelwege. Die Kehrseite sind eine Antenne, die über den Bestand hinausreichen muss, und ein Gerätekopf, dem Maschinen ausweichen müssen.

Diese Antennenhöhe wird leicht unterschätzt. In einer hohen Kultur wie Mais kann ein Sensorkopf auf Bodenhöhe einen Großteil seiner Reichweite verlieren, sobald sich der Bestand schließt, weil die Blätter das Funksignal absorbieren und streuen. Viele Landwirte montieren den Funkteil an einem kurzen Mast oder wählen Modelle mit der Antenne an einer Stange.

Das Sendeintervall ist eine Einstellung, über die es sich nachzudenken lohnt. Ein Messwert alle 15 Minuten zeigt genau, wie schnell der Boden nach der Bewässerung abtrocknet, während ein Messwert pro Stunde die Batterielaufzeit verlängert und für Kulturen, die alle paar Tage bewässert werden, völlig ausreicht. Bei vielen Funksensoren lässt sich das Intervall aus der Ferne ändern, sodass Sie mit kurzen Abständen beginnen und das Intervall verlängern können, sobald Sie das Feld kennen.

Die Reichweite ist der andere entscheidende Faktor. WLAN-Sensoren eignen sich für Gewächshäuser und Gärten in der Nähe eines Gebäudes, nicht für Felder in einem Kilometer Entfernung. Mobilfunksensoren funktionieren überall mit Netzabdeckung, aber jeder braucht einen eigenen Datentarif. Stromsparende Langstreckennetze, um die es im nächsten Abschnitt geht, übertragen kleine Messwerte über Kilometer an ein einziges Gateway.

Ob mit Kabel oder per Funk: Planen Sie die Feldarbeit der Saison mit ein. Sensoren in Ackerflächen kommen meist vor Ernte und Bodenbearbeitung heraus und nach dem Pflanzen wieder hinein, deshalb sparen werkzeugloser Einbau und einfaches Entfernen auf einem ganzen Betrieb Stunden.

Was ist ein LoRaWAN-Bodenfeuchtesensor?

Ein LoRaWAN-Bodenfeuchtesensor ist eine batteriebetriebene Sonde, die ihre Messwerte über LoRaWAN sendet, einen Funkstandard mit großer Reichweite und geringem Energieverbrauch. Sie wacht auf, misst, sendet ein paar Bytes und schläft wieder ein, weshalb die Batterie Jahre hält. Ein Gateway, hoch auf dem Hof montiert, kann über offenes, flaches Gelände mit freier Sicht 15 Kilometer oder mehr erreichen, wobei Hügel, Bäume und die Höhe des Gateways das stark verändern, und es kann Hunderte Sensoren bedienen. LoRaWAN arbeitet in lizenzfreien Funkbändern, die sich je nach Region unterscheiden, etwa EU868 in Europa und US915 in Nordamerika, achten Sie also beim Kauf auf das Band Ihrer Region.

Weil LoRaWAN ein Standard ist, können sich Sensoren verschiedener Hersteller ein Gateway teilen. Jedes Modell packt seine Messwerte aber in ein paar Bytes in seinem eigenen Format, deshalb braucht die Software, die sie empfängt, einen Decoder für dieses Modell, der die Bytes wieder in Feuchte- und Temperaturwerte umwandelt.

Was ist die beste Software für LoRaWAN-Bodenfeuchtesensoren?

Hinter dem Gateway brauchen LoRaWAN-Sensoren zweierlei Software. Ein Netzwerkserver empfängt die Funknachrichten, prüft, ob jede tatsächlich von einem registrierten Sensor stammt, und verwirft Duplikate, wenn zwei Gateways dieselbe Nachricht hören. Eine Anwendung macht aus diesen Nachrichten dann Messwerte, die Sie ansehen und auf die Sie reagieren können. Manche Aufbauten nutzen dafür zwei getrennte Produkte, also zwei Konten und zwei Stellen, an denen Sie nachsehen müssen, wenn ein Sensor verstummt.

Für einen Betrieb mit LoRaWAN-Bodensensoren ist Kilo die beste Wahl, weil beide Aufgaben an einem Ort erledigt werden. Mit dem integrierten LoRaWAN-Netzwerkserver erfolgt die Einrichtung in drei Schritten: den LNS-Konnektor hinzufügen, ein Gateway anbinden, das LoRa Basics Station unterstützt, und dann die Sensoren registrieren, ohne dass Sie etwas separat installieren oder warten müssen. Die Geräteprofilvorlage eines Sensors liefert den Decoder, sodass seine Messwerte als Feuchte- und Temperaturwerte ankommen statt als rohe Bytes.

Die Bewässerungsentscheidung wird dann zu einer Regel. Ein Auslöser überwacht die flache Sonde und startet die Regel nur, wenn die Feuchte so lange unter Ihrer Bewässerungsschwelle bleibt, wie Sie festlegen, sagen wir zwei Stunden, damit nicht ein einzelner Ausreißer jemanden aufs Feld schickt. Die Regel löst einen Alarm aus, der den Bewässerungsverantwortlichen per Push-Benachrichtigung, E-Mail oder SMS (als Zusatzoption) erreicht und an eine zweite Person weitergeht, wenn niemand ihn innerhalb der von Ihnen festgelegten Verzögerung als gelöst markiert.

Dieselbe Regel kann auch das Bewässerungsventil öffnen, sofern das Ventil an einer Steuerung hängt, die Befehle annimmt: einem MQTT-Gerät oder einer LoRaWAN-Steuerung der Klasse C. Die Feuchtesonden melden nur Messwerte; der Befehl geht an die Steuerung des Ventils.

Kilo Electronics führt Bodenfeuchtesensoren, und LoRaWAN-Sensoren anderer Anbieter werden auf dieselbe Weise an Kilo angebunden.

Häufige Fragen zu Bodenfeuchtesensoren

Wie genau ist ein kapazitiver Bodenfeuchtesensor?

Mit einer bodenspezifischen Kalibrierung sind gute Feldsensoren typischerweise auf wenige Prozentpunkte des volumetrischen Wassergehalts genau. Mit der allgemeinen Werkskalibrierung können die Fehler in schweren Ton-, organischen oder salzhaltigen Böden größer ausfallen. Die Messwerte können außerdem eine kleine Tagesschwankung zeigen, die der Bodentemperatur folgt und nicht dem Wasser; wenn Sie Werte vergleichen, die jeden Tag zur selben Uhrzeit erfasst wurden, deuten Sie diese Schwankung nicht fälschlich als Austrocknung.

Kann ein Bodenfeuchtesensor den Salzgehalt messen?

Manche können das. Viele Feldsonden melden zusätzlich die Bodentemperatur und die elektrische Gesamtleitfähigkeit des Bodens, die sowohl mit dem Salzgehalt als auch mit der Feuchte steigt. Dadurch eignen sie sich, um Salzanreicherung unter Bewässerung zu erkennen, aber der Messwert ist kein Laborbefund zum Salzgehalt und sollte zusammen mit dem Feuchtewert interpretiert werden.

Funktionieren Bodenfeuchtesensoren in Sandboden?

Ja, aber Sandboden hält weit weniger Wasser und lässt es schnell versickern, sodass die Messwerte rascher schwanken und der Abstand zwischen nass und zu trocken gering ist. Auch der Einbau erfordert mehr Sorgfalt, weil lockerer Sand leicht Luftspalte um die Sonde hinterlässt. Granulatmatrix-Sensoren reagieren in sehr nassem Boden schlecht und brauchen in Sand eine eigene Kalibrierung, deshalb sind kapazitive Sensoren oft die einfachere Wahl.

Wie lange hält ein Bodenfeuchtesensor?

Der Sondenkörper selbst hält meist mehrere Saisons, wenn er nicht von Maschinen beschädigt wird. Die Batterielaufzeit stromsparender Funkmodelle beträgt typischerweise Jahre, je nachdem, wie oft sie senden. Kabel, Steckverbinder und Antennen sind die üblichen Schwachstellen, vor allem dort, wo Nagetiere oder Feldverkehr sie erreichen.

Sie können ohne Zahlungsdaten im kostenlosen Tarif von Kilo starten. Er läuft nie ab und umfasst bis zu fünf Geräte, ein Dashboard und eine Regel, was für zwei Messstellen auf einem bewässerten Feld reicht, eine auf jeder Hauptbodenart, jede mit einer flachen und einer tiefen Sonde. Gateways sind in jedem Tarif unbegrenzt, das Gateway kommt also zu den fünf Geräten hinzu. Bringen Sie alle vier Messwerte auf das Dashboard und nutzen Sie die Regel, um sich alarmieren zu lassen, wenn die flache Sonde auf dem leichteren Boden unter dem Wert bleibt, bei dem Sie normalerweise bewässern würden. Der kostenlose Tarif speichert einen Tag Verlauf, genug, um zu verfolgen, wie eine Bewässerung einsickert und der Oberboden wieder abzutrocknen beginnt, während der Alarm live arbeitet. Wenn Sie Abtrocknungskurven von einer Bewässerung zur nächsten vergleichen möchten, speichert der Starter-Tarif für 25 € im Monat eine Woche.