Substratfeuchte-Sensoren
Kurzdefinition
Substratfeuchte-Sensoren erfassen den Wassergehalt oder die Wasserspannung im Anbaumedium und bilden die Datengrundlage für präzise Bewässerungssteuerung im Cannabis-Anbau. Die drei Haupttechnologien – TDR, FDR und Tensiometer – messen fundamental unterschiedliche Eigenschaften des Substrat-Wasser-Systems und ergänzen sich in der Praxis.
Wissenschaftliche Beschreibung
TDR – Time Domain Reflectometry
Messprinzip: Ein elektromagnetischer Impuls wird entlang eines Wellenleiters durch das Substrat geleitet. Die Laufzeit hängt von der Dielektrizitätskonstante (ε) ab. Wasser hat ε ≈ 80, Luft ε ≈ 1, Mineralien ε ≈ 3–7. Höherer Wassergehalt → höhere ε → langsamere Impulsausbreitung.
- Genauigkeit: ±1–3 % VWC (bei korrekter Substratkalibrierung)
- Besonderheit: Jedes Substrat erfordert eine eigene Kalibrierungskurve
- Hersteller: METER Group TEROS-12, Campbell Scientific CS650
FDR – Frequency Domain Reflectometry
Messprinzip: Ein Kondensator aus den Sensor-Elektroden und dem umgebenden Substrat wird mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Die Resonanzfrequenz ändert sich mit der Dielektrizitätskonstante → indirektes Maß für VWC.
- Genauigkeit: ±3–5 % VWC
- Empfindlichkeiten: Salzgehalt und Temperatur beeinflussen die Messung
- Vorteil: Günstig, einfach zu integrieren
- Hersteller: Sentek EnviroSCAN, Vegetronix, GroDan WCM
Tensiometer
Messprinzip: Eine keramische Kapsel (wassergefüllt) wird in das Substrat eingesteckt. Wenn das Substrat trocknet, wird Wasser durch die Keramik nach außen gezogen → Unterdruck (Matrixpotenzial) wird gemessen. Einheit: kPa.
- Gemessene Größe: Pflanzenverfügbares Wasser – keine Umrechnungskurve notwendig
- Genauigkeit: ±1–2 kPa
- Messbereich: 0–80 kPa
- Wartung: Wöchentliche Wassernachfüllung
Technologievergleich
| Technologie | Gemessene Größe | Genauität | Substratkalibrierung | Kosten | Beste Anwendung |
|---|---|---|---|---|---|
| TDR | VWC vol% | ±1–3 % | Erforderlich | Hoch | Forschung, Präzisionsbewässerung |
| FDR/Kapazitiv | VWC vol% | ±3–5 % | Erforderlich | Mittel | Dichte Überwachungsnetzwerke |
| Tensiometer | Matrixpotenzial (kPa) | ±1–2 kPa | Nicht erforderlich | Niedrig | Bewässerungsplanung, alle Medien |
Anbau-Relevanz
Zielwerte für Cannabis
Volumetrischer Wassergehalt (VWC): - Steinwolle: 65–80 % VWC - Coco Coir: 45–65 % VWC - Torf/Gemischsubstrate: 25–45 % VWC
Tensiometer-Zielwerte (kPa): - 0–10 kPa: Gesättigtes Substrat (Überwässerungsgefahr) - 10–30 kPa: Optimal für die meisten Cannabis-Phasen - 30–60 kPa: Beginn Wasserstress - >60–80 kPa: Trockenstress, dringend bewässern
Platzierungsstrategie
- Pro Zone / Pflanzenbeet: 2–3 Sensoren für räumliche Repräsentativität
- TDR/FDR: In der Hauptwurzelzone (obere 1/3 des Substrats)
- Tensiometer: Gleiche Tiefe; ein Sensor nahe der Tropferzone, einer am Rand
Fallstudie: VWC vs. Tensiometer in Coco Coir
Ein Cannabis-Betrieb maß in Coco Coir VWC-Werte von 55 % (unauffällig), während Tensiometer gleichzeitig 40–50 kPa anzeigten – klinischer Wasserstress. Der Grund: Coco Coir bindet einen Teil des Wassers so stark, dass Cannabis-Wurzeln es nicht extrahieren können. Lösung: Tensiometer für Bewässerungs-Trigger, TDR/FDR für Sättigung und Drainage-Kontrolle.
Systemintegration
- TEROS-12 (METER Group): SDI-12-Schnittstelle, integriert VWC, Temperatur und EC
- Sentek EnviroSCAN: Multi-Tiefen-Profile, Cloud-Dashboard
- GroDan WCM: Steinwolle-optimiert, direkt in Anlagen-Controller integrierbar
Verwandte Begriffe
- ec-ph-inline-messung — EC des Substrats und der Nährlösung als ergänzende Messgröße
- drahtlose-sensornetzwerke-iot — IoT-Vernetzung für Feuchte-Datenstrom
- co2-ndir-sensor — Atmosphärisches Monitoring als Ergänzung
Quellen
- METER Group – Soil Moisture Sensors, How They Work
- bio365 – Tensiometer-Driven Irrigation for Cannabis
- ScienceDirect – Inductively Coupled Capacitive Soil Moisture Sensors
- Wang CT et al. (2022): Air quality in cannabis cultivation facilities. Environ. Sci. Technol. doi:10.1021/acs.est.1c06372