Bodenfeuchte Messung

BayWa-Services rund um die Messung von Bodenfeuchte

Die BayWa unterstützt Sie beim Thema „Bodenfeuchte messen“ mit umfassenden Services, individueller Beratung und professionellen Messsystemen. Ob Landwirtschaft, Gartenbau oder kommunale Grünflächen – unsere Expertinnen und Experten helfen Ihnen bei der Auswahl, Installation und Auswertung der passenden Produkte.

Melden Sie sich bei uns unkompliziert über E-Mail, das Online-Kontaktformular oder direkt vor Ort an einem unserer Standorte und erhalten Sie praxisnahe Lösungen, die Wasserressourcen schonen, Bewässerung optimieren und datenbasierte Entscheidungen ermöglichen. Wir begleiten Sie von der Planung bis zum laufenden Betrieb.

Bodenfeuchte messen: Ziele, Nutzen & Grenzen

Die Bodenfeuchte wird gemessen, um den Wassergehalt im Boden präzise zu bestimmen und darauf basierend fundierte Entscheidungen für Bewässerung, Pflege, Planung und Prozesse zu treffen. Sie hilft dabei, Pflanzen optimal zu versorgen, Ressourcen effizient einzusetzen und Schäden oder Fehlentwicklungen frühzeitig zu vermeiden.

Dazu dient die Bodenfeuchte-Messung:

• bedarfsgerechte und zielgenaue Bewässerungssteuerung vor allem in Landwirtschaft, Gartenbau und Gewächshäusern
• Sicherung von Düngeplanung, Erträgen und Pflanzenqualität
• Wasser- und Kosteneinsparung
• Überwachung von Grünflächen, Sport- und Golfplätzen
• Standort- und Bodenanalysen in Forschung und Bauwesen
• Grundlage für Smart-City- und Umweltmonitoring-Projekte

Effiziente Bewässerung dank Bodenfeuchte-Messung

Bodenfeuchte und Bewässerungssysteme stehen in einem unmittelbaren Zusammenhang: Die Messung der Bodenfeuchte bildet die Grundlage für eine bedarfsgerechte und effiziente Bewässerung. Ziel ist es, Wasser genau dorthin zu bringen, wo es gebraucht wird, und zwar in der richtigen Menge. Dabei ist es wichtig zu wissen, welche Kultur beziehungsweise Pflanze welchen Wasserbedarf hat, da sich Anforderungen je nach Art, Entwicklungsstadium und Standortbedingungen deutlich unterscheiden können.

Bodenfeuchtesensoren liefern Echtzeitdaten über den Wassergehalt im Boden und messen die Feuchtigkeit in verschiedenen Bodenschichten. Die Messungen können ihren vollen Nutzen am besten entfalten, wenn sie in ein gesteuertes Bewässerungssystem eingebunden sind. Ob bei Tropfbewässerung, Sprinkleranlagen oder Smart-Irrigation-Systemen – Ein Bewässerungscomputer verarbeitet die Sensordaten und entscheidet automatisch über Beregnung beziehungsweise Bewässerung und Wassermenge. Mithilfe der auf Datenbasis ermittelten Wasserzufuhr können Kosten gespart, optimale Wachstumsbedingungen geschaffen und Staunässe, Wurzelfäule oder Trockenstress verhindert werden.

Volumetrische Bodenfeuchte-Messung

Die volumetrische Messung der Bodenfeuchte (Volumetric Water Content, VWC) hat sich im professionellen Umfeld als zentrale Methode etabliert, um den Wassergehalt im Boden präzise und kontinuierlich zu bestimmen. Im Gegensatz zu tensiometrischen Verfahren, die die Saugspannung des Bodens erfassen, wird hier der gesamte Wasseranteil im Bodenvolumen bestimmt.

Die volumetrische Feuchtemessung beruht häufig auf Dielektrizitätsmessungen. Dabei erfassen Sensoren die elektrische Permittivität des Bodens. Da Wasser eine deutlich höhere Permittivität besitzt als Bodenmineral- oder Luftanteile, kann aus dem Messsignal zuverlässig auf den Wassergehalt im Bodenvolumen geschlossen werden.

Der VWC wird meist in Prozent angegeben. Ein vollständig gesättigter lockerer Mineralboden erreicht dabei typischerweise etwa 45–60 Prozent VWC. Sandige Böden liegen etwa bei 30–45 Prozent. Die Genauigkeit der Messung hängt jedoch von der bodenspezifischen Kalibrierung ab, da Faktoren wie Textur, Salzgehalt und Temperatur das Messsignal beeinflussen können.

Vorteile volumetrischer Systeme sind …

• … eine hohe Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit: VWC-Sensoren liefern detaillierte Echtzeitdaten für präzise Steuerungsprozesse – sei es zur Optimierung der Bewässerungsmenge oder zur Bewertung der Bodenstabilität im Bauwesen.
• … eine kontinuierliche Datenübertragung: Häufig werden die Sensoren in vernetzte Systeme integriert. IoT‑Funkstandards wie NB-IoT, LoRaWAN oder LTE-M ermöglichen den dauerhaften Datenfluss in Cloud-Plattformen, wo Werte visualisiert und analysiert werden können.
• … eine hohe Robustheit unter verschiedensten Bedingungen: Professionelle Sensoren sind für langfristige Installationen ausgelegt und widerstehen mechanischen Belastungen, Temperaturschwankungen und schwankenden Bodenverhältnissen.
• … Effizienzsteigerung und Ressourcenschutz: Landwirte und Unternehmen können mithilfe der Messdaten Wasser und Betriebskosten sparen, Erosion vorbeugen oder Ernteerträge optimieren. Im Baugewerbe lassen sich Risiken durch aufweichende Böden frühzeitig erkennen.

In der volumetrischen Bodenfeuchte-Messung kommen vor allem zwei Verfahren zum Einsatz: FDR und TDR. Beide gewährleisten eine hohe Genauigkeit und Langzeitstabilität. Allerdings sind diese Systeme in der Anschaffung vergleichsweise kostenintensiv und damit nicht immer wirtschaftlich für großflächige Standardanwendungen geeignet.

a.) FDR (Frequency Domain Reflectometry)

Hierbei werden Änderungen im Frequenzverhalten beziehungsweise in der Kapazität eines elektrischen Feldes gemessen. Die kapazitiven FDR-Sensoren sind meist günstiger und daher häufiger in der Praxis zu finden. Sie weisen einen geringen Energieverbrauch auf, sind wartungsarm und einfach zu installieren. Allerdings kann eine hohe elektrische Leitfähigkeit (EC) das Signal bei FDR-Sensoren verfälschen. Besonders durchgesetzt haben sie sich bei Smart Farming-Lösungen, Bewässerungssteuerungen, im Landschaftsbau oder in Gewächshäusern.

Funktionsprinzip:

• Sensor erzeugt ein hochfrequentes elektrisches Feld
• Resonanzfrequenz verschiebt sich je nach Bodenfeuchte
• Umrechnung in volumetrischen Wassergehalt

b.) TDR (Time Domain Reflectometry)

TDR-Systeme erfassen die Laufzeit eines elektromagnetischen Impulses entlang von Messsonden. Sie bieten eine besonders hohe Genauigkeit sowie Langzeitstabilität und gelten als robuster gegenüber hoher elektrischer Leitfähigkeit als viele FDR-Systeme. Allerdings sind sie teurer in der Anschaffung als FDR und haben einen höheren Energiebedarf. Sie entsprechen eher wissenschaftlichen Standards und werden daher oftmals in der Forschung, Geotechnik, aber auch in der Präzisionslandwirtschaft eingesetzt.

Funktionsprinzip:

• Ein Hochfrequenzimpuls wird entlang der Sondenstäbe gesendet.
• Die Laufzeit verändert sich in Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstante des Bodens.
• Wasser besitzt eine hohe Permittivität (~80) im Vergleich zu mineralischen Bodenbestandteilen (~4).
• Aus der Laufzeit wird der volumetrische Wassergehalt berechnet.

Tensiometrische Messung (Bodenwasser-Saugspannung)

Die tensiometrische Bodenfeuchte-Messung erfasst im Gegensatz zur volumetrischen Messung nicht direkt den Wasseranteil, sondern die Saugspannung des Bodens, – also die Kraft, mit der Wasser in den Poren zurückgehalten wird und die Pflanzenwurzeln aufbringen müssen, um es aufzunehmen. Diese Größe beschreibt, wie stark das Bodenwasser von den Bodenpartikeln gehalten wird und ist besonders relevant für die Pflanzenverfügbarkeit von Wasser.

Tensiometer bestehen typischerweise aus einem mit Wasser gefüllten, porösen Keramik- oder Kunststoffkopf, der in den Boden eingebracht wird, und einem verbundenen Messrohr oder Drucksensor. Das Wasser im Tensiometer steht dabei in hydraulischem Gleichgewicht mit dem umgebenden Bodenwasser. Sinkt die Bodenfeuchte, entsteht ein Unterdruck (Sog), der über ein Manometer oder elektronische Drucksensoren gemessen wird.

Die Messwerte werden meist in hPa oder kPa angegeben. Tensiometer eignen sich besonders gut für niedrig- bis mittel-trockene Böden. Bei sehr trockenen Böden (über etwa 80–100 kPa) stößt das Wasser im Sensor an die Siedeschwelle, sodass die Messung unzuverlässig wird. Tensiometrische Systeme sind vor allem für die Bewässerungssteuerung im Acker- und Gartenbau, im Weinbau und bei Sonderkulturen verbreitet, wo die Steuerung des verfügbaren Bodenwassers entscheidend ist.

Vorteile der tensiometrischen Messung sind …

• … die Unabhängigkeit von Bodentyp, Salzgehalt oder Temperatur, wodurch sie die direkt für Pflanzen verfügbare Wassermenge zuverlässig erfasst. Das ist besonders hilfreich für die pflanzenrelevante Bewässerungssteuerung.
• … eine robuste Sensorik: Einfache Tensiometer sind mechanisch stabil und wartungsarm, besonders für oberflächennah installierte Messungen.
• … die Kosteneffizienz: Im Vergleich zu hochpräzisen FDR- oder TDR-Systemen sind Tensiometer preisgünstig und auch für großflächige Anwendungen wirtschaftlich einsetzbar.

Tensiometer ermöglichen eine kontinuierliche Messung der Bodenfeuchte und eignen sich besonders für die automatische Steuerung von Bewässerungsanlagen, da sie eine präzise Anpassung der Wasserzufuhr erlauben.

Einschränkungen sind jedoch zu beachten: Die Messung ist punktuell und nicht flächenrepräsentativ. Bei sehr trockenen Böden kann die Genauigkeit abnehmen. Die Reaktionszeit hängt von der Porosität des Bodens ab – in sehr dichten Böden können Tensiometer verzögert reagieren.

Bodensonden und Sensorik zur Messung der Bodenfeuchte

Volumetrische, tensiometrische und widerstandbasierte Messgeräte verfügen über eine Bodensonde und arbeiten mit Sensoren, die in den Boden eingebracht werden. Diese Sonden und integrierten Sensorsysteme ermöglichen die kontinuierliche, objektive und standortspezifische Erfassung des Bodenwasserhaushalts.

Grundlagen der Bodenfeuchtemessung

Die Bodenfeuchte kann grundsätzlich auf zwei Arten beschrieben werden:

• Volumetrischer Wassergehalt (θv): Anteil des Wasservolumens am Gesamtbodenvolumen (Vol.-%)
• Matrixpotenzial (Saugspannung): Energiezustand des Wassers im Boden (z. B. kPa oder hPa)

Während der volumetrische Wassergehalt eine quantitative Aussage über die gespeicherte Wassermenge erlaubt, beschreibt das Matrixpotenzial die pflanzenverfügbare Wasserbindung im Boden. Professionelle Bodensonden adressieren je nach Technologie einen oder beide dieser Parameter.

Aufbau einer Bodensonde

Eine Bodensonde ist kein passives Bauteil, sondern ein integriertes Sensorsystem. Typischerweise besteht sie aus:

• … mechanischem Sondenkörper (z. B. Kunststoff, Edelstahl, glasfaserverstärkt)
• … Sensorelement(en) (Elektroden, Keramikkörper, Drucksensoren)
• … integrierter Elektronik zur Signalverarbeitung
• … Temperaturkompensation
• … Schnittstelle (analog, SDI-12, RS485, Modbus, LoRaWAN etc.)

Die Sonde bildet die physikalische Schnittstelle zwischen Boden und Messtechnik. Sie gewährleistet reproduzierbaren Kontakt, mechanische Stabilität sowie Schutz der Elektronik gegen Feuchtigkeit und chemische Einflüsse.

Multisensorische Bodensonden

Moderne Systeme zur Messung von Bodenfeuchte kombinieren mehrere Parameter:

• Bodenfeuchte
• Bodentemperatur
• Elektrische Leitfähigkeit (EC)
• Salzgehalt
• Sauerstoffgehalt

Diese Integration ermöglicht ein umfassendes Bodenmonitoring. Gerade im professionellen Ackerbau oder im Bereich Smart Farming werden solche Systeme zunehmend Standard.

Mehrtiefen-Analyse

Für zuverlässige Messergebnisse arbeiten professionelle Systeme mit mehreren Sonden-Ebenen, zum Beispiel in 10 cm, 30 cm und 60 cm Tiefe. Je nach System und Einsatzzweck sind Tiefen von bis zu 2 Meter und mehr möglich.

Kennzahlen und Datenauswertung von Bodenfeuchtemessungen

Die eigentliche Wertschöpfung von Bodenfeuchtesensorik entsteht bei der Interpretation und operativen Nutzung der Daten. Für Landwirte, Bewässerungsdienstleister, kommunale Betreiber oder Forschungseinrichtungen ist entscheidend, welche Kennzahlen belastbar sind, wie sie in Prozesse integriert werden können und welchen wirtschaftlichen Mehrwert sie liefern. Wir erklären Ihnen praxisrelevante Kennwerte.

Zentrale Messgrößen und ihre Bedeutung

Im Vordergrund stehen nicht die Rohdaten der Feuchtigkeitsmesser, sondern entscheidungsrelevante Kennwerte wie Trendlinien, Minimal- und Maximalwerte sowie Schwellenwertüberschreitungen. Mit ihrer Hilfe kann entschieden werden, …

• ob Bewässerung erforderlich ist
• wie lange auf Bewässerung verzichtet werden kann
• ob Wasser unterhalb der Wurzelzone verlorengeht
• ob Stress für die Kultur besteht
• wie hoch die Wassernutzungseffizienz ist

Wichtiger als Einzelwerte sind dabei …

• Tagesverläufe
• Wochen- und Monatsentwicklungen
• Vergleich vor/nach Bewässerung
• Reaktion auf Niederschläge

Bodenfeuchte messen mit den Wetterstationen von Metos®

Die METOS^®-Wetterstationen bieten professionelle Monitoring-Lösungen für Landwirtschaft, Sonderkulturen, Forschung und Umweltanwendungen. Neben klassischen Wetterparametern wie Niederschlag, Temperatur oder Luftfeuchte ermöglichen sie die Integration von Bodenfeuchtesensoren, sodass präzise, mehrtiefenbasierte Daten zur Bodenwasserverfügbarkeit generiert werden können.

Mehrtiefenmessung und Datenauswertung

Sensoren können in mehreren Tiefen installiert werden – typischerweise Oberboden (10–20 cm), Hauptwurzelzone (30–60 cm) und Unterboden (80 cm+). Dies ermöglicht die Analyse von Infiltration, Pflanzenverfügbarkeit und Tiefenversickerung. Über FieldClimate werden Messwerte visualisiert, Zeitreihen analysiert und Alarm- beziehungsweise Schwellenwertfunktionen aktiviert. Durch die Verknüpfung mit Niederschlags- und Evapotranspirationsdaten lassen sich Wasserbilanzmodelle erstellen und fundierte Bewässerungsentscheidungen ableiten.

Nutzen für Anwender

Für landwirtschaftliche Betriebe bedeutet dies optimierte Bewässerung, reduzierte Überbewässerung, höhere Effizienz und Kostensenkung. Forschungseinrichtungen und Behörden profitieren von validierten Langzeitdatensätzen, Standortvergleichbarkeit und modellgestützten Analysen. METOS^®-Stationen liefern somit nicht nur Messwerte, sondern entscheidungsrelevante Informationen für ein datenbasiertes Management von Bodenwasserressourcen.