Una gestión eficiente del riego puede mejorar los rendimientos, la calidad de los granos, conservar agua y energía y reducir la lixiviación de nutrientes. Una de las formas más fáciles y efectivas de mejorar la eficiencia del riego es implementar tecnología de sensores del suelo en la programación del riego. Este artículo proporciona conocimientos básicos y recomendaciones prácticas para el uso de sensores de humedad del suelo para la programación del riego.
Tipos de sensores de humedad del suelo
Los sensores de humedad del suelo se dividen en dos categorías según la tecnología que utilizan: 1) Sensores que miden el contenido volumétrico de agua y 2) Sensores que miden la tensión del suelo cuando se colocan en el perfil del suelo. A continuación se muestran listas de los sensores más comunes disponibles en cada categoría y sus ventajas, desventajas y costos.
Sensores volumétricos de contenido de agua
Capacidad
(Espectro SMEC300, SM100; Sentek Enviroscan, Diviner 2000; METER 5TE, 5TN, etc.)
Ventajas
- El tiempo de respuesta es muy rápido.
- Acceso remoto disponible
- Muy preciso si el sitio está calibrado.
- Menos costoso que TDR
- Puede usarse en suelos con alto contenido salino en comparación con el TDR.
Desventajas
- Pequeña área de detección
- Afectado por las condiciones del suelo: salinidad, contenido de arcilla, temperatura, densidad aparente.
- Se prefiere la calibración específica del sitio/suelo
Costo
- $250-350 por sensor
- El registrador de datos cuesta entre 500 y 2,500 dólares.
TDR*
(Acclima verdadero TDR 315, 315L, 310 S; Spectrum Field Scout TDR; CS 655, 650 tec)
Ventajas
- Muy exacta
- Generalmente no se requiere calibración del suelo/sitio
- Acceso remoto a los datos disponibles.
Desventajas
- Área de influencia muy pequeña
- Tecnología cara
Costo
- $250-350 por sensor
- El registrador de datos cuesta entre 1,000 y 3,500 dólares.
sonda de neutrones
(CPN-Instrotek; Troxller)
Ventajas
- Medidas precisas.
- Muestra un área relativamente grande.
- Un sensor para todos los sitios y profundidades.
- No se ve afectado por la salinidad ni por espacios de aire alrededor del tubo de acceso.
Desventajas
- Generalmente se requiere una calibración específica del suelo/sitio.
- Muy caro (~$10,000)
- Heavy
- Contiene material radiactivo (peligro para la seguridad). Se requiere licencia.
- Lectura y grabación manual (~3 min./tubo de acceso)
- No es bueno a poca profundidad (<6 pulgadas)
Costo
- ~$10,000 y $25-30 para tubos de acceso
tensiómetros
(Tensiómetros irrómetros, etc.)
Ventajas
- Barato
- No afectado por la salinidad.
- Viene en diferentes longitudes.
Desventajas
- Rango operativo pequeño: no suficiente para suelos de textura fina (0-90 kPa).
- Tiempo de respuesta lento a los cambios de agua del suelo.
- Se requiere mantenimiento frecuente.
- No soporta temperaturas frías.
- Lecturas manuales y toma de datos.
Costo
- $80 por sensor
- $140 - $155 por transductor
Sensor de matriz granular
(Sensores de marca de agua Irrometer, etc.)
Ventajas
- Buena precisión en suelos medios a finos.
- Barato
- Los datos se pueden registrar y recuperar de forma remota.
- Amplio rango de tensión del suelo (0-220 cb).
- Medición continua en el mismo lugar.
Desventajas
- Tiempo de respuesta relativamente lento a los cambios de agua del suelo.
- Menos preciso en suelos arenosos.
- Sensible a la temperatura y la salinidad.
- Necesita calibrarse para cada tipo de suelo.
Costo
- $40-50 por sensor.
- $250 por medidor portátil
- $500 por el registrador de datos
Los sensores de humedad del suelo miden o estiman la cantidad de agua en el suelo. Estos sensores pueden ser estacionarios o portátiles, como sondas portátiles. Los sensores estacionarios se colocan en ubicaciones y profundidades predeterminadas en el campo, mientras que las sondas portátiles de humedad del suelo pueden medir la humedad del suelo en varios lugares.
Una mejor comprensión de los principios, definiciones y términos básicos detrás de la relación suelo-agua-planta es esencial para utilizar eficazmente los sensores de humedad del suelo. Para más información, ver Conceptos básicos de la programación del riego..
Sensores de humedad del suelo de contenido volumétrico de agua (VWC)
El contenido volumétrico de agua es el volumen de agua líquida por volumen de suelo. Generalmente se expresa como porcentaje. Por ejemplo, un contenido volumétrico de agua del 25 % (VWC) significa 0.25 pulgadas cúbicas de agua por pulgada cúbica de suelo.
En comparación con la cantidad máxima de agua que el suelo puede retener o la capacidad de campo, las mediciones del contenido volumétrico de agua (VWC) se pueden utilizar para medir el déficit de agua del suelo para programar el riego:
Agotamiento/déficit de agua del suelo (pulgadas) = contenido de agua del suelo a capacidad de campo (pulgadas) - contenido de agua actual del suelo (pulgadas)
Nota: Las mediciones del % de contenido de agua del suelo deben multiplicarse por la profundidad de la zona de las raíces para obtener el agua total en esa profundidad del suelo. Por ejemplo:
- Si un perfil de suelo de 12 pulgadas tiene un VWC del 9%, entonces
- Agua total en un perfil de 12 pulgadas = 0.09 x 12 pulgadas = 1.08 pulgadas de agua
- Si la capacidad de campo es del 18%, entonces
- Agotamiento/déficit de agua del suelo = (0.18 x 12 pulgadas) - 1.08 pulgadas = 1.08 pulgadas
Déficit de agua en el suelo y estrés en los cultivos
Para programar el riego, es importante comprender el contenido de agua del suelo en el que un cultivo comienza a experimentar estrés. En general, la mayoría de los cultivos comienzan a experimentar estrés cuando el agotamiento/déficit de agua del suelo es del 30-50% de la capacidad de retención de agua disponible (AWC). Esto se denomina agotamiento permisible de gestión (MAD) o punto desencadenante de riego.
La MAD puede variar según el cultivo, la etapa de crecimiento y la capacidad de bombeo del sistema de riego. Para más información, ver Estrategias MAD por etapa de crecimiento/temporada. El riego debe iniciarse cuando el % de agotamiento del agua del suelo sea igual o cercano al % DAM.
El contenido volumétrico de agua (VWC) se puede utilizar para calcular el % de agotamiento de agua del suelo utilizando la siguiente fórmula:
Donde PWP es el punto de marchitez permanente y FC es la capacidad de campo.
La capacidad de campo se puede medir muy fácilmente en el campo utilizando sensores de humedad del suelo. Las mediciones de VWC proporcionadas por el sensor de humedad del suelo después de 12 a 24 horas de riego intenso o lluvia son la capacidad de campo del suelo.
Obtenga una visión detallada del FC, PWP y AWC de su campo en NRCS Encuesta de suelo web. cálculos de ejemplo Para medir el déficit de agua del suelo y programar el riego utilizando sensores volumétricos de humedad del suelo se encuentran al final de esta publicación.
Los sensores de contenido de agua del suelo o de contenido de agua volumétrico más comunes son los siguientes:
Los sensores electromagnéticos más comunes son los sensores de capacitancia o los sensores de reflectometría en el dominio de la frecuencia (FDR) y los sensores de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR).
Estos sensores miden indirectamente el VWC en función de las propiedades dieléctricas y eléctricas del medio del suelo (permisividad aparente del suelo o constante dieléctrica del suelo). La constante dieléctrica es una medida de la capacidad de una sustancia para almacenar energía eléctrica. Dado que las partículas del suelo, el agua y el aire tienen diferentes constantes dieléctricas, su capacidad para almacenar o disipar energía eléctrica es diferente. Así es como se puede correlacionar con el contenido de agua del suelo.
Estos sensores pueden ser portátiles o estacionarios. Leen la humedad del suelo para una variada gama de texturas y humedades del suelo al instante.
Sensores de dominio de capacitancia o frecuencia.
Normalmente, estos sensores tienen la forma de dos varillas paralelas (dos electrodos) (Figura 1) o un par de anillos metálicos (dos electrodos) montados a lo largo de una tubería de PVC (Figura 2). El condensador a lo largo de la tubería de PVC permite mediciones simultáneas de la humedad del suelo a diferentes profundidades.
Las sondas de capacitancia portátiles también permiten mediciones en varios lugares a través de tubos de acceso. Cuando la corriente eléctrica pasa a través de estos electrodos, forman un campo electromagnético en el suelo. La sonda mide la permitividad de un medio del suelo midiendo el tiempo de carga de un condensador fabricado con ese medio y, por tanto, el contenido de agua del suelo.
Los sensores TDR constan de dos o tres varillas paralelas insertadas en el suelo que actúan como guías de ondas. Cuando se envía un pulso de voltaje definido al sensor, éste viaja a lo largo de la guía de ondas. Cuando este pulso llega al final de la guía de ondas, se refleja. Esta reflexión se mide con el osciloscopio conectado al sensor.
A medida que aumenta el agua del suelo, aumenta la constante dieléctrica del suelo. En consecuencia, el tiempo de viaje del pulso disminuye y, por tanto, el contenido de humedad del suelo puede estimarse utilizando la ecuación de calibración.
El método de sonda de neutrones se considera el método más preciso para medir la humedad del suelo. Las sondas de neutrones constan de una fuente de neutrones, un detector y una balanza electrónica de conteo. Las mediciones a las profundidades deseadas se realizan bajando la sonda a un tubo de acceso instalado verticalmente en el suelo. Esta sonda radiactiva emite neutrones de alta energía (Americio 241/Berilio) en todas direcciones hacia el suelo. Cuando estos neutrones chocan con átomos de hidrógeno en el suelo, la velocidad del neutrón se atenúa o disminuye. La tasa de atenuación depende de la cantidad de agua presente. Para utilizar la sonda de neutrones, el operador debe tener licencia y recibir formación especial. La unidad es costosa y requiere mucho tiempo para tomar lecturas de campo (Figura 4).
Sensores de tensión de agua del suelo o potencial matricial.
La tensión hídrica del suelo indica la energía requerida por las raíces de las plantas para extraer agua de las partículas del suelo. A medida que se elimina el agua del suelo, aumenta la tensión del suelo. La tensión del suelo se expresa en centibares (cb) o bares de presión atmosférica. Cuando el suelo está lleno de agua, la tensión hídrica del suelo es cercana a cero. Para suelos de textura gruesa, el AWC se agota en un 50% cuando La tensión del suelo es de 25-45 cb.. En estos suelos, un cultivo se debe regar antes de que el sensor indique 25-45 cb.
Sin embargo, las mediciones de la tensión del suelo son específicas del suelo y pueden ser inexactas. Dependiendo de su cultivo y de las observaciones del suelo, los límites de tensión del suelo deben perfeccionarse. Por ejemplo, observe la tensión del suelo ante el primer indicio de estrés hídrico y asegúrese siempre de regar antes de que llegue a ese punto.
También puede realizar un seguimiento del movimiento del agua midiendo inmediatamente después de un evento de riego. Si su sensor inferior después del riego indica una lectura cero, significa que es posible que haya regado más de lo necesario, pero si no muestra ningún movimiento, significa que regó menos.
También se pueden utilizar gráficos como la Tabla 1 para convertir las lecturas de tensión de los sensores a valores de déficit de agua del suelo. Luego, estos valores de déficit de agua del suelo se pueden utilizar para programar el riego, como se muestra en los cálculos de ejemplo al final de este artículo.
Los sensores de tensión del suelo más comunes son los siguientes:
Estos sensores están hechos de una punta de cerámica porosa sellada a la base de un tubo de plástico lleno de agua, sellado en la parte superior con una tapa hermética extraíble. Un vacuómetro conectado al tubo mide la tensión del suelo (Figura 5).
Estos sensores estiman indirectamente la tensión del suelo midiendo la resistencia eléctrica entre dos rejillas de alambre incrustadas en un bloque de yeso, yeso o un material especial que mantiene su contenido de humedad en equilibrio con el suelo adyacente (Figura 6). La resistencia eléctrica dentro del bloque varía según el contenido de agua del suelo. La curva de calibración del fabricante convierte la lectura en tensión del suelo. Estos sensores se pueden pegar a una tubería de PVC (figura 6b) para facilitar la instalación a mayor profundidad.
Luego, se puede utilizar la Tabla 1 para estimar el déficit de agua del suelo a partir de la medición de la tensión del suelo para un suelo específico.
Tabla 1. Déficits de agua en el suelo en pulgadas por pie de suelo para diversas tensiones del suelo (cb).
| Tipo de suelo | 10 cb | 30 cb | 50 cb | 70 cb | 100 cb | 200 cb | 1500* cb |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Arenas gruesas | 0 pulg/pie | 0.1 pulg/pie | 0.2 pulg/pie | 0.3 pulg/pie | 0.4 pulg/pie | 0.6 pulg/pie | 0.7 pulg/pie |
| Arenas finas | 0 pulg/pie | 0.3 pulg/pie | 0.4 pulg/pie | 0.6 pulg/pie | 0.7 pulg/pie | 0.9 pulg/pie | 1.1 pulg/pie |
| Arenas francas | 0 pulg/pie | 0.4 pulg/pie | 0.5 pulg/pie | 0.8 pulg/pie | 0.9 pulg/pie | 1.1 pulg/pie | 1.4 pulg/pie |
| Margas arenosas | 0 pulg/pie | 0.5 pulg/pie | 0.7 pulg/pie | 0.9 pulg/pie | 1.0 pulg/pie | 1.3 pulg/pie | 1.7 pulg/pie |
| francos | 0 pulg/pie | 0.2 pulg/pie | 0.5 pulg/pie | 0.8 pulg/pie | 1.0 pulg/pie | 1.6 pulg/pie | 2.4 pulg/pie |
*El déficit del suelo a 1500 Cbs es igual a la capacidad total de agua disponible del suelo.
Instalación y colocación de sensores.
Los sensores deben colocarse a diferentes profundidades y ubicaciones en el campo. Normalmente, los sensores se colocan en pares a un tercio y dos tercios de la profundidad de la zona de las raíces del cultivo y en dos o más ubicaciones en el campo, preferiblemente en el tipo de suelo representativo, lejos de puntos altos, depresiones y pendientes.
Algunos campos contienen suelos de textura tanto pesada como ligera. En esos campos, se recomienda que cada tipo de suelo sea monitoreado y manejado por separado para el riego. Las tecnologías de mapeo de campo se pueden utilizar para identificar diferentes suelos, como el mapeo de conductividad electromagnética (EM). Al identificar diferentes suelos (diferentes capacidades de retención de agua), se pueden crear zonas de gestión que se pueden gestionar por separado.
Dónde colocar los sensores
- Coloque sensores estacionarios entre plantas dentro de una hilera de cultivo a las profundidades deseadas.
- Marque los sensores para que los operadores de equipos de campo puedan ver dónde están y evitar daños.
- No instale los sensores cerca de la pista de la rueda pivotante y asegúrese de que el sensor esté en contacto directo con el suelo y que haya una mínima alteración del suelo durante la instalación.
Cómo instalar sensores
El método de instalación depende del diseño del sensor. Siga las instrucciones de instalación proporcionadas por el fabricante. En general, la instalación del sensor de humedad del suelo se realiza de dos maneras:
- Cavando un hoyo o una zanja e instalando sensores horizontalmente a diferentes profundidades o
- Utilizando una barrena o una sonda de muestreo de suelo para perforar un agujero e instalar sensores verticalmente.
Se debe tener cuidado al perforar el agujero. No instale el sensor en un orificio demasiado grande ya que puede causar huecos y espacios de aire. Para evitar espacios de aire, algunos usuarios utilizan una mezcla de tierra y agua (lechada de tierra) durante la instalación; sin embargo, en muchos casos, la estructura del lodo no coincide con la del suelo circundante, lo que puede afectar negativamente la lectura del sensor.
Otras recomendaciones
- Utilice registradores de datos para almacenar y registrar los datos. Esto ayudará en la interpretación de datos y la toma rápida de decisiones.
- Utilice datos de humedad del suelo con herramientas de programación de riego, como el método de chequera o datos de uso diario de agua de cultivos de Red meteorológica agrícola del centro de Minnesota.
- Lea los sensores cada dos o tres días.
- Marque la ubicación del sensor para facilitar el acceso.
- Siempre riegue para reponer la humedad del suelo por debajo de la capacidad del campo para que haya algo de espacio para posibles lluvias.
- Considere su capacidad de bombeo y eficiencia de aplicación para programar el riego. Ver Capacidad de bombeo en Estrategias de gestión del riego.
En este ejemplo, estimará el agotamiento del agua del suelo utilizando un sensor volumétrico de contenido de agua.
Se dan las siguientes medidas:
- Se instalan tres sensores de humedad a profundidades de 1 pie, 2 pies y 3 pies (Columna A).
- El sensor de humedad del suelo lee 0.13, 0.10 y 0.10 (o 13%, 10% y 10%) para profundidades de 1, 2 y 3 pies, respectivamente (Columna E).
- La capacidad de retención de agua disponible (AWC) del estudio de suelo Web es de 0.70, 0.09 y 0.07 para profundidades de 1, 2 y 3 pies, respectivamente (Columna D).
- La capacidad de campo medida (FC) es 0.16, 0.15 y 0.10 pulg./pulg. para profundidades de 1, 2 y 3 pies, respectivamente (Columna C).
- Se permite un agotamiento del 50 % del agua disponible, es decir, agotamiento permitido por la gestión (MAD) = 50 %.
| A | B | C | D | E | F = DxB | G = F x 0.50 | H = (C x B) - (E x B) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Capa del suelo | Espesor | Capacidad de campo (FC) | Capacidad de retención de agua disponible (AWC) | Contenido volumétrico de agua (VWC) medido por el sensor | Profundidad del agua con capacidad de retención de agua disponible = (AWC x Espesor) | Profundidad del agua en MAD = (AWC x Espesor) x 50% | Agotamiento del agua del suelo (D) = (FC x espesor) - (VWC x espesor) | |
| pulgada | pulgada | pulgada/pulgada | pulgada/pulgada | pulgada/pulgada | pulgada | pulgada | pulgada | |
| 0 - 12 | 12 | 0.16 | 0.1 | 0.13 | 1.2 | 0.6 | 0.36 | |
| 12 - 24 | 12 | 0.15 | 0.09 | 0.1 | 1.08 | 0.54 | 0.6 | |
| 24 - 36 | 12 | 0.11 | 0.07 | 0.1 | 0.84 | 0.42 | 0.12 | |
| Total del perfil: | 3.12 | 1.56 | 1.08 |
Para convertir el % del contenido de agua del suelo a la profundidad del agua en pulgadas, multiplique el % de agua por el espesor del perfil del suelo.
Solución
- En este ejemplo, el perfil de suelo de 36 pulgadas puede contener un máximo de 3.12 pulgadas de agua disponible (AWC) para uso de los cultivos.
- Los cultivos pueden agotar 1.56 pulgadas de AWC antes de que se necesite riego (MAD = 50% de AWC).
- Actualmente, el agotamiento del agua del suelo es de 1.08 pulgadas. Eso significa agua disponible en el perfil del suelo antes de que ocurra el estrés = 1.56 - 1.08 = 0.48 pulgadas
- Por ejemplo, si el uso diario de agua del cultivo o la evapotranspiración es de 0.2 pulgadas por día y suponiendo que no lloverá, ¿cuándo se debe aplicar el siguiente riego?
- Días hasta el próximo riego = 0.48 pulgadas / 0.2 pulgadas/día = ~ 2 días
Precauciones a considerar
- El uso del agua de los cultivos, la eficiencia del sistema de riego y las observaciones del suelo también deberían utilizarse como retroalimentación para tomar decisiones.
- La cantidad de riego debe aplicarse para reponer la humedad del suelo hasta el 85% de la capacidad de campo (FC) para dejar algo de espacio para la lluvia.
- Considere su capacidad de bombeo y eficiencia de aplicación para programar el riego.
Agradecimientos
El autor desea agradecer a los ex colegas de la Universidad de Minnesota, Joshua Stamper y Jerry Wright, por sus esfuerzos de desarrollo previos en versiones anteriores de este contenido.
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Revisado en 2019