Die robuste und genaue HydraProbe Sonde ist die optimale Wahl für Ihre Bodenmesskampagne der Parameter Bodenfeuchte, Temperatur und elektrische Leitfähigkeit. Durch das pantentierte Messprinzip der Koaxial-Impedanz-Dielektrikum-Reflektometrie und die Betriebsfrequenz bei 50 MHz bietet die HydraProbe eine ausgezeichnete Genauigkeit, außergewöhnliche Vergleichbarkeit der Werte verschiedener Sonden (+/-1,2%), praktisch keine Drift und ermöglicht Bodenmessungen über einen weiten Bereich von Bodenarten und Salzgehalten. Die vier Messstäbe aus gehärtetem Edelstahl sind stabil und korrosionsbeständig. Die Sonden können problemlos an alle gängigen Datenlogger angeschlossen werden (SDI-12, RS-485, Modbus) oder für Mobilanwendungen mit HydraGO und der kostenlosen App die Daten direkt auf Ihrem Mobilgerät gespeichert werden.

Varianten

• Hydraprobe Standard: mit 2 Jahren Garantie und nur als SID-12 Variante verfügbar. Ohne direkte Ausgabe der Bodenwasser EC.  
• HydraProbe Professional (SDI-12/ RS-485/ Modbus): empfohlen für alle Langzeitanwendungen (5 Jahre Garantie) und alle Anwendungen bei denen die elektrische Leitfähigkeit ein wichtiger Messparameter ist. (Berechnet die elektrische Leitfähigkeit des Bodenporenwassers zusätzliche zur gemessenen Gesamtleitfähigeit des Bodens (Bulk EC).

Messprinzip

Stehende elektromagnetische Wellen mit einer Radiofrequenz von 50 MHz werden vom Boden reflektiert, und das zurückkommende Signal wird verarbeitet, um bodenfeuchtebezogene Variablen wie die reale Dielektrizitätskonstante zu erzeugen. Ein separater Thermistor in der Grundplatte der Sonden misst die Bodentemperatur. Durch die Trennung des Realanteils εr vom Imaginärteil εi der realen dielektrischen Permittivität ist die HydraProbe durch variable Salzgehalte, die Temperatur und die Mineralogie unterschiedlicher Bodentypen weniger beeinträchtigt als TDR- oder FDR-Bodensensoren.

Referenzen

Die HydraProbes werden besonders oft in langfristigen und räumlich ausgedehnten Monitoringvorhaben eingesetzt und gehören bspw. in den USA zur Standardinstrumentierung mehrerer nationaler und bundesstaatlicher Messnetze, z.B.:

• U.S. Climate Reference Network (USCRN), zur Vorhersage und Bewertung von Trockenperioden/ Dürren
• in 460 Stationen des SNOTEL Messnetzes (snow telemetry) des Natural Resources Conservation Service (NRCS)
• Soil Climate Analyses Network (SCAN) des U.S. Landwirtschaftsministeriums, zur Referenzierung von Satellitendaten und Überwachung von Trockenstress und Klimawandel

Die Stevens HydraProbe unterscheidet sich von anderen Bodenfeuchtemessverfahren. Sie misst das Verhältnis der Amplituden von reflektierten Radiowellen bei 50 MHz mit einem koaxialen Wellenleiter. Durch eine numerische Lösung der Maxwellschen Gleichungen wird zunächst die komplexe Impedanz des Bodens berechnet und dann die reale von der imaginären dielektrische Permittivität abgegrenzt (Seyfried 2004, Campbell 1990). Das mathematische Modell, das diese Trennung der realen und imaginären Komponenten  aus der Impedanz des reflektierten Signals ableitet, befindet sich im Mikroprozessor der digitalen HydraProbe. Diese Berechnungen beruhen auf der Arbeit von J. E. Campbell am Dartmouth College (Campbell 1988, Campbell 1990, Kraft 1988). 

Die HydraProbe kann aus elektrischer und mathematischer Sicht als ratiometrisches Koaxial-Impedanz-Dielektrikum-Reflektometer bezeichnet werden und arbeitet ähnlich wie ein vektorieller Netzwerkanalysator bei einer einzigen Frequenz. Der Begriff "ratiometrisch" bezieht sich auf den Prozess, bei dem zunächst das Verhältnis des reflektierten Signals zum einfallenden Signal berechnet wird. Dadurch wird jegliche Variabilität in den Leiterplatten von einer Sonde zur nächsten eliminiert. Dieser Schritt wird an mehreren Reflektionen durchgeführt. Der Begriff "koaxial" bezieht sich auf die Metallwellenleiter, die in den Boden eingeführt werden. Er hat drei äußere  und einen zentralen Messstab, der eine Radiofrequenz von 50 MHz empfängt und aussendet. "Impedanz" bezieht sich auf die Intensität des reflektierten Signals, und "dielektrisches Reflektometer" bezieht sich auf ein reflektiertes Signal, das zur Messung eines Dielektrikums verwendet wird.

Die Kalibrierung der Bodenfeuchte anhand der realen Dielektrizitätskonstante anstelle der scheinbaren Dielektrizitätskonstante hat viele Vorteile. Da die HydraProbe die realen und imaginären Komponenten trennt, kann die Bodenfeuchtigkeitskalibrierungen der HydraProbe weniger durch den Salzgehalt des Bodens, die Temperatur, die Bodenvariabilität und die Inter-Sensorvariabilität beeinflusst als die meisten anderen elektronischen Bodensensoren. 

Messung der elektrischen Leitfähigkeit im Boden, wie und warum?

Der Salzgehalt eines Bodens ist wichtig für die Wasseraufnahme und Gesundheit von Pflanzen, sowie für die Bodenfruchtbarkeit. Als Messparameter für den Salzgehalt dient die elektrische Leitfähigkeit (EC). Man unterscheidet zwischen:

• Bulk EC - Gesamtleitfähigkeit des Bodens, die sich zusammensetzt aus der Leitfähigkeit in Boden, Porenwasser und Bodenluft und die in-situ mit entsprechenden Sensoren gemessen werden kann
• Porenwasser EC - die Leitfähigkeit der im Bodenwasser gelösten Salze. Die Porenwasser EC kann nicht direkt gemessen werden, sondern nur über Gleichungen wie die Hilhorst equation berechnet, oder über die Probenahme von Bodenwasser mittels Saugsonden bestimmt werden.

Bodenfeuchtemessung und EC beeinflussen sich wechselseitig. Ein hoher EC-Gehalt kann die Feuchtemessungen beeinflussen und zu Fehlern bei kapazitiven Feuchtesensoren führen. Die HydraProbe-Bodenfeuchtemessung reagiert weniger empfindlich auf den Salzgehalt als andere kapazitätsbasierte Sonden. Andererseits wird sich der gemessene EC-Wert des Bodens mit dem Wassergehalt drastisch ändern. Die Auswirkung des Salzgehalts auf die Wasserverfügbarkeit für die Wurzeln einer Pflanze ist groß. Wenn sich die elektrische Leitfähigkeit des Bodenwassers ändert, ändert sich auch der Wasserbedarf. Übermäßige Düngung, schlechte Drainage und salzhaltiges Bewässerungswasser, aber auch natürlich Faktoren können zu einer unerwünschten Anreicherung von Salzen im Boden führen. Von dieser Art der Versalzung sind weltweit mehr als 16 Mio ha landwirtschaftlicher Anbauflächen betroffen. 

Durch die Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit und der Bodenfeuchte in verschiedenen Tiefen kann mittels geeigneter Bewässerungssteuerung der Salzgehalt im Wurzelraum der Pflanze gesteuert werden. So kann eine Auswaschung von Nährstoffen einerseits und einer Anreicherung von Salzen anderseits wirkungsvoll vorgebeugt werden. Die Hydraprobe Sonde bietet durch die Messung beider dielektrischer Permittivitätskomponenten (real & imaginär) die Möglichkeit über die Hilhorst Gleichung die EC des Bodenporenwassers annähernd zu berechnen. Bei der Hydraprobe Professional wird diese berechnete Porenwasser EC direkt ausgegeben, was eine bessere Charakterisierung von Trends und Ursachen von Nährstoffanreicherung, Drainage und dieCharakterisierung hoher Salzgehalte von Böden erlaubt.

• Broschüre Stevens Water HydraProbe