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A precise irrigation monitoring system to provide an accurate measurement of water status in crops

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Innovativer Sensor zur Echtzeitbestimmung des Wasserbedarfs von Obstbäumen

„Ob das Wasser für all meine Pflanzen ausreicht“ ist eine Sorge, die viele Landwirtschaftsbetriebe umtreibt, und die ein neues Sensorsystem nun aus dem Weg räumen könnte.

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Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Bei der Bewässerung ist zu beachten, dass sich der Wasserbedarf von Pflanzen ständig verändert. Schon bei kurzer Unterversorgung können Ernteeinbußen von bis zu 40 % die Folge sein. Im Idealfall bekommen Pflanzen zum genau richtigen Zeitpunkt die genau richtige Menge an Wasser, was in der Praxis jedoch schwierig umzusetzen ist. Somit wird vorsichtshalber häufig überwässert, was zwar je nach Region und Pflanzenart variiert, aber in der Regel zwischen 20 und 50 % liegt. Überwässerung belastet zudem die Umwelt und verursacht zusätzliche Kosten für die Landwirtschaftsbetriebe. Eine bedarfsgerechte Bewässerung würde damit Erträge steigern und Kosten sparen. Mit diesem Ziel entwickelte das EU-finanzierte Projekt StemSense einen Sensor, der den Wasserbedarf von Obstbäumen und Weinreben misst. Das Projekt baut dabei auf einem früheren EU-finanzierten Projekt gleichen Namens auf, das die Machbarkeit des Systems untersuchte und die Leistung validierte. Schwerpunkt des neues Projekts war die Miniaturisierung des Sensors, Weiterentwicklung der Software und der Serienproduktion sowie die Demonstration der Technologie am Markt.

Stammwasserpotential im Xylem von Pflanzen

Der Sensor funktioniert nach dem physiologischen Prinzip des Stammwasserpotentials (SWP). „Dabei wird direkt die Wasserspannungskraft im Xylemgewebe der Pflanze bestimmt, dem Transportkanal, über den das Wasser in der Pflanze nach oben gesogen wird“, erklärt Projektkoordinatorin Anat Halgoa Solomon. „Im Prinzip bezeichnet das Stammwasserpotential die Energie, die die Pflanze aufwenden muss, um Wasser aus dem Boden in das Blatt zu ziehen.“ Je niedriger dieser Energieaufwand ist, desto mehr Energie steht der Pflanze für die Fruchtentwicklung zur Verfügung. Das Stammwasserpotential wurde bislang manuell mittels so genannter Scholander-Bombe bestimmt, einer Methode, die allerdings zwei größere Nachteile hat: so kann das Stammwasserpotential nur in einem kleinen täglichen Zeitfenster und nur durch geschulte Fachkräfte gemessen werden. Daher ist sie begrenzt und unpraktisch, aber dennoch der beste Indikator für den Echtzeit-Wasserbedarf von Pflanzen.

Neue und einfachere Methode zur Bestimmung des Stammwasserpotentials

Als Lösung entwickelte StemSense mit InTree ein einzigartiges, automatisiertes Überwachungssystem. „Dabei wird unser innovativer Miniatursensor in einem Baumstamm direkt in das Gefäßsystem eingesetzt“, ergänzt Halgoa Solomon. „Der Sensor ist mit einem Osmometer (sehr kleine Menge konzentrierter, durch eine halbdurchlässige Membran versiegelte Flüssigkeit) ausgestattet. Ist der Sensor im Pflanzengewebe eingesetzt, dringt das Wasser über Osmose aus dem Gewebe in das Gerät.“ Durch Überwachung des Drucks im Sensor wird ein kontinuierlicher Messwert zum Wasserpotential im Gewebe geliefert. Damit gelang dem StemSense-Team erstmals die direkte Überwachung dieses Wertes. Um die innovative Technologie anwenden zu können, zahlt der Landwirtschaftsbetrieb ein Abonnemententgelt. Durch landwirtschaftliche Beratung des Unternehmens werden für jeden Betrieb genaue Zielwerte und optimale Feldstandorte für die Sensoren festgelegt (meist ein Sensor für ein bis zwei Hektar) und schließlich die Sensoren in die einzelnen Pflanzen eingesetzt. Das ausgeklügelte Online-System des Projekts kombiniert kontinuierliche SWP-Daten mit Umweltparametern, um den Wassergehalt der Pflanzen zu bestimmen und die Bewässerung entsprechend anzupassen. Seit der erfolgreichen Produkteinführung im Jahr 2020 verzeichnete das Unternehmen eine Kundentreue von 100 %, engagierte mehr als 15 Vertriebspartner auf internationaler Ebene und will weltweit Obst- und Weinbauproduzenten gewinnen. Mit StemSense kann der Wasserverbrauch in der Landwirtschaft reduziert werden, um höhere Erträge zu erzielen. Dies spart Kosten, steigert den Gewinn und entlastet weltweit die begrenzten Wasservorräte.

Schlüsselbegriffe

StemSense, Wasser, Sensor, SWP, Überwachung, Stammwasserpotential, Bewässerung, InTree, Obst- und Weinbau

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