Entwicklung eines vollautomatischen Bewässerungsregelungssystems für den Freilandgemüsebau:
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Beuren ; Stuttgart
Grauer
2003
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| adam_text | Titel: Entwicklung eines vollautomatischen Bewässerungsregelungssystems für den Freilandgemüsebau
Autor: Aguila Marin, Francisco Miguel
Jahr: 2003
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG UND PROBLEMSTELLUNG 9
2 STAND DER TECHNIK 11
3 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 14
3.1 Klimatische Wasserbilanz 14
3.1.1 Klimatische Einflussgrößen vor Ort 15
3.1.1.1 Referenz-Evapotranspiration 15
3.1.1.2 Effektiver Niederschlag 22
3.1.2 Pflanzenspezifische Einflussgrößen 24
3.1.2.1 Kultur-Evapotranspiration 24
3.1.2.2 Pflanzenkoeffizient 25
3.1.2.3 Wurzeltiefe 27
3.1.2.4 Wasserstressindikator für die Pflanze 27
3.1.3 Bodenspezifische Einflussgrößen 28
3.2 Direkte Bodenfeuchtemessung 29
3.3 Effizienz der Wassernutzung 33
4 ENTWICKLUNG EINES BEWÄSSERUNGSREGELUNGSSYSTEMS 36
4.1 Konzeptgrundlage 36
4.1.1 Bewässerungsstrategien 38
4.1.2 Pflanzenmodell 41
4.1.3 Bodenwasserbilanz 44
4.2 Softwareentwicklung 47
4.2.1 Algorithmenentwicklung 48
4.2.2 Generierte Datenbanken 49
4.3 Hardwareentwicklung 50
4.4 Dokumentation 54
4.4.1 Datenloggersoftware 54
4.4.2 Programmierung 56
4.4.3 Online Überwachung 60
4.5 Kosten 60
5 MATERIAL UND METHODEN 63
5.1 Standortbeschreibung 63
5.2 Versuchsanordnung 64
5.3 Hardware-Komponenten 65
5.3.1 Wetterstation 66
5.3.1.1 Mess-und Regeldatenlogger 66
5.3.1.2 Meteorologische Sensoren 68
5.3.1.3 Kommunikationssystem 72
5.3.1.4 Solarstromversorgung 72
5.3.2 TDR-System 74
5.3.3 Beregnungsanlage und Wasserverteilorgane 77
5.4 Kulturmaßnahmen 79
5.4.1 Aussaat und Pflanzung 79
5.4.2 Wassergabe 79
5.4.3 Düngung 81
5.4.4 Pflanzenschutz 82
5.4.5 Ernte 83
6 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 84
6.1 Funktionsprüfung 84
6.2 Feldversuche 85
6.2.1 Wasserverbrauch und Ertrag 85
6.2.2 Auswirkung der Bewässerungsstrategien 89
6.2.2.1 Klimatische Wasserbilanz mit Pflanzenmodell 89
6.2.2.2 Klimatische Wasserbilanz ohne Pflanzenmodell 92
6.2.2.3 Direkte Bodenfeuchtemessung 100
6.3 Systembewertung 104
7 ZUSAMMENFASSUNG 106
8 SUMMARY 108
9 LITERATURVERZEICHNIS 110
10 ANHANG (Bewasserungsregelungsprogramm) 114
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Potenzielle Verdunstung nach der Penman-Formel in Deutschland,
Tageswerte vom Agrowetterservice des Deutschen Wetterdienstes 12
Abb. 2: Elektromagnetisches Feld nach einem hochfrequenten TDR-Impuls
rund um die Stabsonde 30
Abb. 3: Messvolumen bei Zwei- und Dreistabsonde 33
Abb. 4: Modularer Aufbau des Bewässerungsregelungssystems 37
Abb. 5: Funktionsskizze 38
Abb. 6: Berechnungsschritte der verschiedenen Bewässerungsstrategien 39
Abb. 7: Angepasste Kc-Kurve zur Schätzung der aktuellen Evapotrans-
piration für die Kultur „Speisekürbis 42
Abb. 8: Wurzeltiefekurve als Funktion der Zeit bei Speisekürbis 43
Abb. 9: Kurve der Feuchteschwellenwerte bei Speisekürbis 44
Abb. 10: Struktur des Bewässerungsregelungsprogramms 48
Abb. 11: Elektronisches Regelungssystem mit Batteriefolgeschaltung 51
Abb. 12: Schaltplan der entwickelten Magnetventilansteuerung 52
Abb. 13: Versuchsfeld mit Mikroberegnungsanlage für drei unterschiedliche
Bewässerungsstrategien 53
Abb. 14: Bauteile der Mikroberegnungsanlage 54
Abb. 15: PC208W Datenlogger-Unterstützungssoftware, Hauptmenü 55
Abb. 16: Messsystem am Versuchsfeld 63
Abb. 17: Anordnung der Versuchsparzelten 65
Abb. 18: Datenlogger: Typ CR10X der Fa. Campbell Scientific Inc. 67
Abb. 19: Anschlussplan des Datenloggers CR10X
(Kabelanschluss der Sensoren mit den Datenloggereingängen) 68
Abb. 20: TDR-System, TRIME-MUX6, Fa. IMKO 74
Abb. 21: TDR-Sonde, TRIME-P2Z 2-Stab 75
Abb. 22: Druckkompensierender Mikroregner Supernet SR70 78
Abb. 23: Ausflussrate des Mikroregner Supernet SR70 bei variierendem
Betriebsdruck (Herstellerdaten) 78
Abb. 24: Wasserverbrauch, Kürbisertrag und Standardabweichung 86
Abb. 25: Bewässerungshöhe und effektive Niederschlaghöhe bei
Speisekürbis 88
Abb. 26: Bewässerungsstrategie nach klimatischer Wasserbilanz unter
Einbeziehung eines Pflanzenmodells 90
Abb. 27: Bewässerungsstrategie nach klimatischer Wasserbilanz ohne
Einbeziehung eines Pflanzenmodells 93
Abb. 28: Effektive Niederschlagshöhe bei Strategie 1 94
Abb. 29: Effektive Niederschlagshöhe bei Strategie 2 94
Abb. 30: Stündliche Kultur-Evapotranspiration nach Penman-Monteith
während der Vegetationszeit 12.06. - 09.10.2001 für Speisekürbis
(Strategie 1) 96
Abb. 31: Stündliche Referenz-Evapotranspiration nach Penman-Monteith
während der Vegetationszeit 12.06. - 09.10.2001 (Strategie 2) 96
Abb. 32: Referenz-Evapotranspiration aus Messwerten vor Ort 99
Abb. 33: Referenz-Evapotranspiration vom Deutschen Wetterdienst DWD 99
Abb. 34: Bewässerungsstrategie nach Messung der aktuellen Boden
feuchte mit TDR-Sonden 100
Abb. 35: Direkte Bodenfeuchtemessung mitTDR_1, TDR_2 und TDR_3,
und berechneter TDR-Mittelwert 103
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Kc-Werte und Dauer der Entwicklungsstadien bei Speisekürbis
(CIGR, 1999) 41
Tab. 2: Eingabeparameter für das Bewässerungsregelungsprogramm 57
Tab. 3: Variablen im Bewässerungsregelungsprogramm 58
Tab. 4: Kosten für die Komponenten der Mikroberegnungsanlage (1ha) 60
Tab. 5: Kosten für die Komponenten des Regelsystems 61
Tab. 6: Kosten der zusätzlichen Komponenten für die klimatische
Wasserbilanz mit und ohne Pflanzenmodell 62
Tab. 7: Termine und Höhe der Wassergaben bei Strategie 1 (nach Klima-
tischer Wasserbilanz unter Einbeziehung eines Pflanzenmodells) 80
Tab. 8: Termine und Höhe der Wassergaben bei Strategie 2 (nach Klima-
tischer Wasserbilanz ohne Einbeziehung eines Pflanzenmodells) 80
Tab. 9: Termine und Höhe der Wassergaben bei Strategie 3 (Nach direkter
Bodenfeuchtemessung mit TDR-Sonden) 80
Tab. 10: Emtetermine 83
Tab. 11: Frucht- und Wasserkenndaten der Bewässerungsstrategien von
Speisekürbis 87
Tab. 12: Berechnungsbeispiel für Zeitpunkt und Höhe der Wassergabe für
die Strategie „Klimatische Wasserbilanz unter Einbeziehung eines
Pflanzenmodells 91
Tab. 13: Berechnungsbeispiel für Zeitpunkt und Höhe der Wassergabe für
die Strategie „Klimatische Wasserbilanz ohne Einbeziehung eines
Pfianzenmodells 97
Tab. 14: Berechnungsbeispiel für Zeitpunkt und Höhe der Wassergabe für
die Strategie „Messung der aktueller Bodenfeuchte mit
TDR-Sonden 102
Tab. 15: Kostenvergleich der eingesetzten Technik 105
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