Performance assessment of selected devices for monitoring soil water balance components with respect to agricultural water management

Die Kenntnis des Wasserhaushalts und seiner Komponenten ist für viele Umweltthemen von großer Bedeutung. Lysimeter und Bodenwassersensoren sind nützliche Instrumente für Wasserbilanzstudien. Messsysteme sollten in Bezug auf Ausstattung und Datenmanagement auf dem neusten Stand der Technik sein. Die Hauptziele dieser Arbeit waren die Leistungsbewertung einer Lysimeteranlage und ausgewählter Bodenwassersensoren, welche in ein Netzwerk zur Fernüberwachung integriert wurden. Die Lysimeteranlage in Groß-Enzersdorf, Österreich arbeitet mit einem Hebelarm-Gegengewichts-Wiegesystem. Experimente haben gezeigt, dass das Wiegesystem mechanischen Schwingungen unterworfen ist, und dass Störungen, zum Beispiel durch Windböen verursachte, die Messgenauigkeit deutlich verringern. Ein Ansatz zur Verbesserung der Messgenauigkeit durch Modifikation des Mittelungsverfahrens, welches zur Glättung der Rohdaten vor deren Speicherung verwendet wird, wurde verifiziert. Als Alternative für die Aufbereitung stark verrauschter Wiegedaten wurden Glättungsfunktionen getestet und evaluiert. Zwei Arten von Matrixpotenzialsensoren (Watermark und MPS-1) und zwei kapazitative Rohrsonden zur Wasseranteilsmessung (EnviroSCAN und AquaCheck) wurden evaluiert. Für die Watermark Sensoren wurde mittels Druckplattenapparat eine generelle Kalibrierfunktion ermittelt. Für den MPS-1 war aufgrund der großen Unterschiede zwischen den Sensoren eine sensorspezifische Kalibrierung notwendig. Die MPS-1 Sensoren wurden ebenfalls mittels Druckplattenapparat kalibriert; als Ergebnis dabei wurden vier verschiedene Kalibrierfunktionen aufgestellt und evaluiert. Während eines Austrocknungsexperiments in einer dünnen Bodenschicht wurden die Reaktionszeit und der Messbereich beider Sensortypen verglichen. Der paarweise Vergleich von AquaCheck und EnviroSCAN Messwerten in der entsprechenden Tiefe zeigte, dass sich die einzelnen Sensoren der AquaCheck Sonde trotz Werksnormalisierung unterschiedlich verhielten.Knowledge about the water cycle and its components is crucial for various environmental topics, in particular agricultural water management. Lysimeters and soil water status sensors are valuable instruments for water balance studies. Measurement systems should be state-of-the-art regarding configuration and data management. The main objectives of this thesis are the performance assessment of a weighing lysimeter facility and selected soil water sensors integrated into a remote monitoring network. The weighing lysimeter facility in Groß-Enzersdorf, Austria operates with a lever-arm-counterbalance-weighing system. Experiments have shown that the weighing system itself is subject to mechanical oscillations and that disturbances such as wind gusts significantly decrease measuring accuracy. An approach to improve accuracy was verified by modifying the averaging process that is applied on raw data before logging. Alternatively, smoothing functions were tested and evaluated on data severely affected by wind. Two types of matric potential sensors (Watermark and MPS-1), and two multi-sensor capacitance probes for measuring soil water content (EnviroSCAN and Aquacheck) were evaluated. A general calibration function was determined for the Watermark sensors using pressure plate apparatus. For the MPS-1, sensor-specific calibrations became essential due to very high inter-sensor-variability. The MPS-1 were also calibrated in a pressure plate apparatus, and four different calibration functions were set up and evaluated. During a drying experiment in a thin soil layer, reaction time and measuring range of both sensor types were verified. A pairwise comparison of AquaCheck and EnviroSCAN readings in the respective depth showed considerable variations between single sensors of the AquaCheck probe despite factory normalization.Reinhard NolzAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2013OeBB(VLID)193060