Die Funktionsweise von Watermark-Sensoren

Eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der Watermark Sensoren findet sich z.B. im folgenden wissenschaftlichen Artikel, der auch als Quelle dieses Beitrags dient: ”Irrometer Watermark Series: Scientific Background” der Mississippi State University.

Im Herzen eines Watermark Sensors steht eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen zwei Elektroden. Befindet sich zwischen diesen beiden Elektroden nicht-leitendes Material wie reiner Sand, so wird eine sehr schlechte Leitfähigkeit gemessen. Befindet sich zwischen den beiden Elektroden ein leitendes Material wie Wasser, wird eine hohe Leitfähigkeit gemessen. Würde man die beiden Elektroden direkt in den zu untersuchenden Boden vergraben, hätte man eine klassische Bodenfeuchte Messung: Je höher die Leitfähigkeit, desto mehr Wasser im Boden.

Der Watermark Sensor geht aber noch einen Schritt weiter. Denn in der Regel ist es nicht die relative Menge an Wasser die uns interessiert, sondern die Verfügbarkeit des Wassers für Pflanzen. So kann z.B. Lehm Wasser sehr gut speichern. Während also eine klassische Bodenfeuchtemessung einen hohen Wassergehalt suggeriert, können Pflanzen trotzdem Schwierigkeiten haben dieses Wasser aufzunehmen. Bei sandigem Boden verhält es sich genau umgekehrt. Wie kann also die bestehende Leitfähigkeitsmessung angepasst werden, um einen bodenunabhängigen Wert zu liefern? Die Antwort ist eigentlich sehr einfach. Die Elektroden werden in einen vorher definierten Boden platziert. Dieser definierte Boden ist gewissermaßen Teil des Sensors. Die Elektroden befinden sich also immer in einem Boden mit bekannten Parametern. Wird jetzt der gesamte Sensor in z.B. lehmigen Boden vergraben, so muss das Wasser erst in den sensoreigenen Boden hineinkriechen und erst danach wird sich die Leitfähigkeitsmessung ändern. Ist der lehmige Boden also nicht im Stande Wasser an der sensoreigenen Boden abzugeben, ändert sich auch nicht der Messwert.

 

A. Zwei Drähte mit einem Durchmesser von 20 AWG: elektrische Verbindungen zwischen dem Messgerät (z. B. Datenlogger) und den Elektroden (C).

B. Ablaufschlitz: Entwässerung für stehendes Wasser über der Sensorschutzhülle (D).

C. Zwei Elektroden: konzentrische, ringförmige, rostfreie Stahlbänder; das Messgerät misst den elektrischen Widerstand zwischen diesen Bändern.

D. ABS-Sensorschutzhülle: Fach, dessen Wassergehalt den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden (C) verändert.

E. Gips-Scheibe: Quelle für Salzgehaltspufferung für Wasser innerhalb der Sensorschutzhülle (D).

F. Lockerer, sortierter Sand: Material, durch das Wasser zwischen dem äußeren Boden und den Elektroden (C) hindurchbewegt.

G. Mesh-Gewebe: Filter, der Wasser, aber nicht Sand (F), passieren lässt.

H. Stahlkäfig: Schutz für das Mesh-Gewebe (G).

I. ABS-Stecker: Kappe für den Boden des Sensors.