Allgemeine Informationen

Was messe ich mit einem Tensiometer?

Tensiometer sind Messgeräte zur Bestimmung des Druckes, unter dem das Bodenwasser steht. Dieser Druck wird als Tension oder auch Saugspannung oder Wasserspannung bezeichnet. Unter dem Gesichtspunkt des Potenzialkonzeptes beschreibt die Tension alle durch die Matrix auf das Wasser ausgeübten Einwirkungen und wird dementsprechend Matrixpotential (veraltet auch Kapillarpotential) genannt.
Die Tension ist eng mit dem Wassergehalt eines Bodens, also der Bodenfeuchte, verbunden. Je trockener ein Boden ist, desto höher ist die Tension. Auf der Grundwasseroberfläche ist die Tension Null. Der Zusammenhang zwischen Wassergehalt des Bodens und der Tension ist von den Eigenschaften des Bodens abhängig und für jeden Boden charakteristisch.

Wofür werden Tensiometer eingesetzt?

Die Tension entspricht der Kraft, die eine Pflanze aufbringen muss um dem Boden über die Wurzeln Wasser zu entziehen. In der Praxis sind Tensiometer daher in der Bewässerungssteuerung, aber auch bei der Bewertung des Einflusses der globalen Erwärmung im Einsatz. Des Weiteren ist der Unterschied der Tension an zwei verschiedenen Punkten im Boden die treibende Kraft für die Bewegung des Bodenwassers. Durch Messung dieses Gradienten mit Tensiometern ist es möglich die Bewegung des Wassers im Boden hinsichtlich Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit zu bewerten. Tensiometermessungen sind grundlegend für die umfassende Betrachtung des Wasserhaushaltes einer Region bzw. eines Ökosystems.

Wie funktioniert ein Tensiometer?

Ein Tensiometer besteht aus einem luftdicht abgeschlossenen, wassergefüllten Messvolumen, einer Einheit zur Druckerfassung und einem porösen, wasserdurchlässigen Körper. In der Regel handelt es sich hierbei um eine Tensiometerkerze aus Keramik. In Abhängigkeit vom Untersuchungsziel können aber auch Kunststoffmembranen, gesinterte Kunststoffe oder gesintertes Glas zum Einsatz kommen. Die Poren der porösen Keramikkerze sind mit Wasser gefüllt und verbinden das Wasser im Messvolumen im Inneren des Tensiometers mit dem Wasser im Boden außerhalb des Tensiometers. Durch die Verbindung der beiden Wasserkörper werden die Druckverhältnisse im Inneren des Tensiometers immer denen des Wassers im umgebenden Boden angeglichen. Trocknet die Erde aus, fließt das Wasser durch die Poren der porösen Tensiometerkerze aus dem Messvolumen in den Boden und erzeugt dabei einen Unterdruck im Inneren des Tensiometers. Diese Ausgleichsbewegung des Wassers erfolgt so lange, bis der Unterdruck im Messvolumen, dem Unterdruck im umgebenden Boden entspricht. Wird der umgebende Boden wieder feuchter, zum Beispiel durch ein Niederschlagsereignis oder Bewässerung, nimmt der Unterdruck im umgebenden Boden ab und Wasser fließt vom Boden in das Messvolumen, wodurch der Unterdruck wieder abgebaut wird. Ein Manometer oder ein elektronischer Drucksensor erfassen den Druck im Inneren des Messvolumens. Je nach Tensiometertyp und Bauform wird dieser Druck entweder manuell abgelesen oder automatisch gespeichert, wobei sowohl die Ableseeinheit als auch die Speichereinheit im Tensiometer integriert oder extern ausgeführt sein können.
Tensiometer sind so kalibriert, dass der gemessene Druck Null ist, wenn die poröse Tensiometerkerze direkt auf Höhe der Grundwasseroberfläche liegt.

Unter welchen Bedingungen kann ein Tensiometer eingesetzt werden?

Basierend auf dem Funktionsprinzip ist der Messbereich von Tensiometern physikalisch begrenzt. Spätestens bei einem Unterdruck von ca. 1000 hPa geht das Wasser im Inneren des Tensiometers in den gasförmigen Zustand über. Ab diesem Moment wird die Druckänderung aus dem Wasser im Boden nicht mehr übertragen. Die zweite physikalische Grenze ist durch den Luftdurchtrittspunkt der Keramik definiert. Dieser Punkt ist erreicht, wenn der Unterdruck so groß ist, dass Luft durch die größte Pore der Keramik gezogen wird. Die Pore belüftet. In diesem Moment ist das System nicht mehr luftdicht und der Unterdruck fällt spontan ab. Anschließend liegen die Tensionen um Null und es ist nicht möglich erneut einen Unterdruck aufzubauen.

Je nachdem welcher Punkt eher erreicht ist, wird die obere Grenze des Messbereiches eines Tensiometers definiert. Wird diese Tension überschritten und der Messbereich verlassen, funktioniert das Tensiometer nicht mehr. Man spricht hier vom „trockenfallen“ des Tensiometers. Um die Funktionalität wieder herzustellen muss das Tensiometer erneut mit Wasser befüllt werden und die Tension im umgebenden Boden muss wieder innerhalb des Messbereiches des Tensiometers liegen. Einige Systeme, wie zum Beispiel das Full Range Tensiometer der UGT GmbH sind dank innovativer Messprinzipien nicht an diese physikalischen Grenzen gebunden und können nicht trockenfallen.

Die Keramiken der UGT-Tensiometer haben standardmäßig einen Luftdurchtrittspunkt von mindestens 850 hPa. Dieser Wert ist für jede Keramik geringfügig anders und hängt neben der maximalen Porengröße der Keramik auch vom Zustand der Keramik und von im Wasser gelösten Stoffen ab. Daher wird als Obergrenze des Messbereichs lediglich ein Mindestwert angegeben. Dieser kann bei Messungen überschritten werden.

Eine weitere Voraussetzung für die korrekte Funktion von Tensiometern ist der korrekte Einbau. Der poröse Körper muss guten Kontakt zum Boden haben, damit das Porensystem des Bodens und des porösen Körpers in Verbindung stehen. Tensiometer sollten möglichst in feuchtem Boden installiert werden. Bei Installation mit Vorbohrung muss der Durchmesser des Bohrloches geringfügig kleiner als der des porösen Körpers sein. Besteht der poröse Körper aus einer Keramik, muss die mechanische Belastung auf die Keramik so gering wie möglich gehalten werden. Hindernisse, wie Steine im Boden können zu Rissen oder Brüchen in der Keramik führen, sodass das System nicht mehr luftdicht und somit nicht mehr funktionsfähig ist. Ausführliche und Tensiometer-spezifische Informationen zur Installation und Wartung der Tensiometer finden sie in den jeweiligen Bedienungsanleitungen.

 
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