SONDAS FDR PARA LA MEDIDA DE LA HUMEDAD DEL SUELO

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1 SONDAS FDR PARA LA MEDIDA DE LA HUMEDAD DEL SUELO Natividad Ruiz Baena Técnico del Sistema de Asistencia al Regante (SAR) IFAPA, Consejería de Agricultura y Pesca natividad.ruiz.ext@juntadeandalucia.es INTRODUCCIÓN La aplicación eficiente del riego requiere que se use la cantidad óptima de agua y que, además, ésta esté disponible cuando sea requerida por la planta. La cantidad de agua que permanece en el suelo disponible para el cultivo dependerá de la especie y su estado de crecimiento, del tipo de suelo y de las condiciones climáticas (radiación, humedad, temperatura y viento). La metodología de cálculo de las necesidades de riego basada del Balance de Agua en el suelo, es el procedimiento más ampliamente utilizado para la programación de riegos. Teniendo en cuenta este balance, las pérdidas de agua en el suelo se producen por escorrentía, percolación profunda o evaporación. Una forma eficaz de manejar el riego sin pérdida apreciable de agua y elementos nutritivos es la basada en la determinación de la humedad del suelo. Existen varios métodos de medida de la humedad del suelo entre los que destacamos: MÉTODOS DE MEDIDA DE LA HUMEDAD DEL SUELO Gravimetría Sonda de Neutrones Tensiómetros Sondas TDR Sondas FDR Determinación del contenido de agua de una muestra de suelo humedecido, expresado como humedad volumétrica, teniendo en cuenta la densidad aparente de cada suelo, mediante el secado de la muestra en estufa a 105ºC. Sencillo y fiable, pero destructivo. No permite seguimiento en el tiempo del contenido de humedad. Emite neutrones radiactivos que se reflejan y contabilizan según el contenido de agua del suelo. Unidades: mm agua en cada intervalo de profundidad de suelo. Inconvenientes de manejo y permisos (equipo radiactivo) Sensor de electrodos embutidos en una matriz de arenas finas que convierte la resistencia eléctrica en tensión Unidades: centibares (cb) Los valores de tensión se relacionan con diferentes situaciones de contenido de agua del suelo Reflectometría en el Dominio del Tiempo Sonda con varillas de acero inoxidable. Genera un pulso electromagnético y mide el tiempo que tarda en recorrer las varillas, que será función del contenido de agua en el suelo Reflectometría en el Dominio de la Frecuencia Determinan el contenido de agua midiendo el tiempo de carga de un condensador que emplea el suelo como un dieléctrico Unidades: mm agua en cada intervalo de profundidad de suelo.

2 LAS SONDAS FDR DE MEDIDA DE HUMEDAD DEL SUELO FUNDAMENTOS Las sondas FDR, estiman el contenido volumétrico de agua de un suelo a través de la determinación indirecta de los cambios en la constante dieléctrica del mismo (permisividad del medio), que es una característica intrínseca de la mezcla suelo-agua-aire. Estos sensores se denominan capacitivos y determinan la permisividad del medio midiendo el tiempo de carga de un condensador que emplea el suelo como un dieléctrico. Cuando se aplica un voltaje, se puede medir una frecuencia que variará con el dieléctrico. El agua tiene una permisividad cercana a 80, mientras que la de los suelos minerales suele ser de 4, y la del aire es de 1. El valor elevado de la constante del agua pura da lugar a cambios en la permisividad del suelo al variar su contenido. COMPONENTES E INSTALACIÓN Existen sondas FDR que efectúan medidas discretas y otras que miden de forma continua. Los diferentes fabricantes ofrecen varios modelos de sondas que efectúan medidas continuas. Uno de ellos consiste en una estructura vertical donde se montan varios sensores separados entre sí a la distancia adecuada para medir la humedad del suelo en el perfil (Figuras 1 y 2). La distancia axial de medida es de 10 cm, es decir, la zona de influencia de la sonda abarca 10 cm de suelo en un área de influencia perpendicular a la sonda. Para la instalación de estas sondas es necesario efectuar una perforación en el suelo con una barrena, como mínimo hasta la profundidad que determina la longitud de la sonda y que permita posteriormente insertar el tubo de acceso (Figura 3). Un vez esté la sonda dentro del tubo, éste se cerrará con una tapadera, impidiendo el paso de agua al interior del mismo y consecuentemente de los sensores. El sistema se completa con un panel solar que alimenta una batería y un dispositivo de almacenamiento de los datos de humedad (data logger). Figura 1. Sensor de medida en continuo en el momento de su introducción en el tubo de acceso al suelo. Figura 2. Detalle de los sensores de medida en continuo de una sonda FDR.

3 Figura 3. Barrena de perforación del suelo para posterior introducción del tubo de acceso a sonda. Figura 4. Panel solar y almacenamiento de datos en una sonda FDR. Otro modelo de medida en continuo lo constituye unas sondas de material plástico que determinan la constante dieléctrica del medio en función del cambio de voltaje del sensor embebido en el medio. Estas sondas capacitivas se instalan en el suelo horizontal o verticalmente y normalmente a diferentes profundidades (Figura 5). Los sensores están conectados a un equipo de almacenamiento de datos que funciona con pilas (Figura 6), y que registra los valores de humedad y permite su posterior descarga. El intervalo de medida es programable por el usuario desde lecturas de un minuto al día. Figura 5. Sensores de medición en continuo de la humedad del suelo (instalación fija). Figura 6. Equipo de almacenamiento de datos en una sonda de medida en continuo de la humedad del suelo

4 Para determinar el número de sondas que se podrían instalar en una parcela es necesario previamente definir las características de la parcela, según el tipo de suelo, tipo y edad de plantación, sectores de riego, entre otros. Es decir, cuanto más homogénea sea la parcela (suelo, especie, variedad, número de sectores, etc), menor número de zonas será necesario emplear para la instalación de las sondas. Las sondas que miden de forma discontinua son aquellas sondas portátiles que sólo realizan las medidas durante aquellos momentos en que se pretenda efectuar la lectura y que sólo necesitan tener instalado en suelo el tubo de acceso a sonda (Figura 7). A diferencia de las sondas que miden en continuo, el sistema dispone de un único sensor en la parte inferior de la barra y las mediciones se realizan a diferentes profundidades con solo introducir y extraer la sonda del tubo de acceso, (Figuras 1 y 5). Figura 7. Toma de lectura en discontinuo de la humedad del suelo mediante sonda introduciéndose en tubo de acceso. Algunas de las ventajas e inconvenientes de este tipo de equipos para medir el contenido de agua del suelo, se reflejan en el siguiente cuadro. VENTAJAS Gran nº de medidas Sistemas portátiles de poco peso y fácil uso Rapidez de respuesta en las mediciones Seguimiento en el tiempo de la humedad del suelo INCONVENIENTES Elevado nº de repeticiones Escaso volumen de suelo medido Evitar grietas, piedras o raíces para que no haya separación tubo-suelo ALGUNAS UTILIDADES Son muchas las aplicaciones prácticas de este tipo de sondas para el uso y manejo del riego. Entre otras, podremos conocer las que se muestran en el siguiente esquema: Cambios diurnos del contenido de agua en el suelo (transpiración y evaporación). Se observará también la ausencia de consumo de agua por parte de la planta durante la noche.

5 Tendencias de extracción de agua a diferentes profundidades: se podrán observar a distintas profundidades (a las que se encuentren los sensores en la sonda), los cambios de contenido de agua en el suelo a medida que transcurre el tiempo. Inicio del estrés hídrico: se determina teniendo en cuenta que por debajo de esa línea, el consumo de agua por el cultivo es menos del 50% de la utilizada los días anteriores (sobre la línea) Fijación de la capacidad de campo del suelo Determinación de la profundidad y distribución del sistema radicular: al tener monitorizado el perfil, se puede determinar el consumo de agua para diferentes horizontes de medida. Situaciones de déficit o exceso de riego, así como de riego adecuado: se observa si el agua llega a las profundidades óptimas para el cultivo y que no haya excesos o deficiencias. Balances de agua para optimización de la productividad del cultivo y eficiencia del riego Otras aplicaciones: Ocurrencia de capas freáticas en el perfil Cambios en la forma del bulbo húmedo Etc.,