Profil Tensiometer

Das genaue Verständnis des Wasserhaushalts auf Äckern und Wiesen wird immer drängender, weil aufgrund der sich verschiebenden Niederschlagsverteilung mit tendenziell trockener werdenden Sommern der Konflikt um die Grundwassernutzung zwischen landwirtschaftlicher Bewässerung und Trinkwassergewinnung zunimmt. Selbst in unserer Region zeichnen sich die Probleme ab. Im ganzen europäischen Süden ist das ein gewaltiges Problem mit entsprechenden Herausforderungen und damit verbundenen Marktchancen. Die Bodenmatrix ist das Korngefüge mit den kleinen Zwischenräumen, in denen Wasser durch Kapillarkräfte gebunden wird. Je kleiner die Poren, desto höher sind die bindenden Kapillarkräfte. Die Saugspannung bezeichnet den Unterdruck, den man anlegen muss, um Wasser aus der Bodenmatrix herauszuziehen. Die Saugspannung ist damit eine Zustandsvariable, die die hydraulische Verfügbarkeit des Bodenwassers charakterisiert. Der genaue Zusammenhang zwischen Bodenwasserspannung und Bodenfeuchte ist charakteristisch für die Porengrößenverteilung und letztlich für die Wasserspeicherfähigkeit unterschiedlicher Bodenarten, die sich in Textur, Körnung und Korngrößenverteilung unterscheiden. Bodenfeuchte und Saugspannung lassen sich nicht auseinander ableiten, wenn die genaue hydraulische Charakteristik des jeweiligen Bodens nicht bekannt ist. Sie müssen daher in der Regel messtechnisch getrennt voneinander bestimmt werden, um die Bodenhydraulik genau zu charakterisieren. Diese Informationen sind notwendig, um die Wasserhaltekapazität, das gespeicherte Bodenwasser sowie die Anfälligkeit des Bodens für Dürre beurteilen und eine optimierte Bewässerungsstrategie für einzelne Ackerschläge entwickeln zu können. Die Messung der Saugspannung erfolgt meist über Tensiometer, Zylinder aus poröser Keramik, die in den Boden eingebracht werden und in denen dann mit Hilfe einer Membran ein Unterdruck gemessen wird. Nachteile herkömmlicher Tensiometer sind, dass sie erstens über die Zeit Wasser verlieren und leer laufen können, weshalb sie wieder befüllt werden müssen, und dass die Außenseite ihrer Druckdosen-Membran über einen Schlauch mit dem Atmosphärendruck am Boden in Verbindung sein muss, wenn die Messsonde in größeren Tiefen eingegraben wird. Darüber hinaus ist die exponierte Keramik an der Sondenspitze mechanisch empfindlich. Einzelmessungen der Saugspannung sind aufgrund der natürlichen oder durch Bearbeitung hervorgerufenen Heterogenität der Böden statistisch nicht repräsentativ. Insbesondere der Verlauf der Saugspannung mit der Tiefe ist wichtig, um das Wechselspiel zwischen Wurzelraum der Ackerpflanzen, Bodenhorizonten und Wasserdargebot besser zu verstehen und Maßnahmen zur Verbesserung einleiten zu können. Das Ziel des Arbeitspakets ist daher die Entwicklung einer profilmessenden Saugspannungssonde. Anders als bei der kontinuierlichen Bodenfeuchte-Profilmessung mittels Spatial TDR wird die Saugspannungs-Profilsonde aus einer Kombination von diskreten Punktmessungen von übereinander angebrachten einzelnen Messeinheiten bestehen. Gemeinsam mit den Anwendern im Projekt werden geeignete Messprinzipien identifiziert und evaluiert sowie Spezifikationen entwickelt.