Uso de sensores de agua del suelo para un riego eficiente en invernaderos

Using soil water sensors for efficient irrigation in greenhouses

MARC VAN IERSEL Y STEPHANIE BURNETT

 

UNIVERSIDAD DE GEORGIA

El riego manual requiere mucho trabajo y es repetitivo, por lo que es una de las primeras tareas del invernadero que deben automatizarse. Aunque automatizar el riego es fácil, los sistemas automatizados no son necesariamente eficientes desde el punto de vista hídrico. Muchos cultivadores utilizan temporizadores para controlar el riego, pero los temporizadores no tienen en cuenta los cambios diarios en el consumo de agua de las plantas causados por las fluctuaciones naturales de la temperatura, la luz y los niveles de humedad. Además, el consumo de agua de las plantas aumenta a medida que éstas crecen. Esto dificulta la obtención de un riego eficiente utilizando un programador. Dada la creciente presión sobre los recursos hídricos en muchas partes de Norteamérica, la industria de los invernaderos necesita avanzar hacia sistemas de riego más eficientes.

Los sensores de agua del suelo ofrecen nuevas y prometedoras oportunidades para automatizar el riego de los invernaderos en función de las necesidades de las plantas. Hemos trabajado mucho con las sondas EC-5 , que son lo bastante pequeñas para caber en una maceta de 4", y hemos comprobado que miden con precisión el contenido volumétrico de agua de los sustratos sin suelo. Hemos integrado las sondas EC-5 en un sistema de riego automatizado que permite regar las plantas en función de su consumo real de agua.

Los sensores garantizan que las plantas nunca sufran estrés por sequía

La idea básica que subyace a la utilización de sensores de agua del suelo para controlar el riego es sencilla: cuando las plantas utilizan el agua, la toman del sustrato, por lo que el contenido de agua de éste disminuye. Los sensores de agua del suelo detectan estos cambios y pueden utilizarse para abrir una válvula de riego cuando el contenido de agua del sustrato desciende por debajo de un valor de consigna determinado por el usuario. Esto da lugar a aplicaciones frecuentes de pequeñas cantidades de agua, y la frecuencia de riego se ajusta automáticamente en función del ritmo de agotamiento del agua del sustrato. Este método de riego repone automáticamente el agua que utilizan las plantas o que se pierde por evaporación y garantiza que las plantas nunca estén expuestas a estrés por sequía. Al regar con la cantidad de agua que realmente necesitan las plantas, se puede reducir enormemente el consumo de agua y la lixiviación. Esto minimiza la contaminación sin necesidad de utilizar costosos sistemas de riego de reciclaje ni grandes estanques para captar la escorrentía.

¿Funciona de verdad?

Para probar este método de riego y determinar cuánta agua necesitan las petunias para crecer bien, las cultivamos con niveles de agua en el sustrato que oscilaban entre el 5 y el 40%. El riego se controló con sondas EC-5 en el sustrato, conectadas a un registrador de datos. Durante los primeros nueve días tras el trasplante de las plántulas, todos los sustratos se mantuvieron bien regados para permitir que las plantas se establecieran. Después, nuestro sistema de riego mantuvo el contenido de agua del sustrato (tratamientos que oscilaban entre el 5 y el 40%) durante 20 días, y a continuación se cosecharon las plantas.

Nuestro sistema de riego funcionó muy bien durante todo el estudio (Figura 1). En cuanto el contenido de agua del sustrato de un recipiente concreto se secaba hasta el punto de consigna de riego, nuestro sistema de riego automatizado empezaba a regar esa bandeja. En general, el contenido de agua del sustrato se mantuvo ligeramente por encima del punto de ajuste.

Un punto de ajuste más alto del agua del sustrato para el riego dio lugar a riegos más frecuentes. Aunque la cantidad de riego aumentó con el incremento de los niveles de agua del sustrato, no se produjo lixiviación en ninguno de los tratamientos. Incluso la planta más grande recibió sólo 650 ml de agua durante los últimos 20 días del experimento. El uso diario de agua en el tratamiento con mayor uso de agua osciló entre sólo 15 y 20 mL/planta/día (¡poco más de una cucharada sopera!) cuando las plantas eran pequeñas y 45 mL/planta/día (3 cucharadas soperas) al final del experimento.

Figura 1. Contenido de agua del sustrato a lo largo del experimento. El riego se controló mediante sondas EC-5 , y se añadía una pequeña cantidad de agua al sustrato automáticamente cada vez que el contenido de agua del sustrato caía por debajo del punto de ajuste de riego. Hubo ocho tratamientos diferentes con puntos de ajuste que oscilaban entre el 5 y el 40%.

El crecimiento de las plantas aumentó con el incremento del contenido de agua del sustrato, pero hubo poca diferencia entre los tratamientos del 25, 30, 35 y 40% (Figura 2 izquierda, 3). Dado que el crecimiento de las plantas estaba muy correlacionado con la cantidad de agua que recibían (Figura 2, derecha), controlar el riego en función del contenido de agua del sustrato puede ser un método viable para controlar el crecimiento de plantas que se alargan rápidamente.

A graph showing the effect of the substrate water content (left) and the total irrigation volume (right) on the dry weight of petunias. Controlling irrigation by controlling the substrate water content proved to be an effective way to control plant growth
Figura 2. Efecto del contenido de agua del sustrato (izquierda) y del volumen total de riego (derecha) sobre el peso seco de las petunias. El control del riego mediante el control del contenido de agua del sustrato demostró ser una forma eficaz de controlar el crecimiento de las plantas.

¿Cómo pueden utilizarlo los agricultores?

Varias marcas de sistemas de control de invernaderos pueden medir las sondas EC-5 y podrían utilizarse para automatizar el riego basándose en estas mediciones. Los cultivadores deben comprobar con el fabricante de su sistema de control si puede medir estas sondas. Para los cultivadores que prefieran un controlador autónomo, hemos colaborado con Brower Electronics Laboratories (Pittsboro, NC) en el desarrollo de un controlador que puede regar las plantas cuando el contenido de agua del sustrato desciende por debajo de un valor de consigna determinado por el cultivador. Este controlador también permite a los cultivadores establecer la duración del riego y un período de tiempo mínimo entre riegos posteriores.

Los cultivadores que no estén preparados para pasar del riego a las sondas de agua del suelo podrían obtener valiosa información sobre las necesidades hídricas de las plantas utilizando las sondas EC-5 con un medidor portátil o un registrador de datos de METER. El medidor de mano permite a los cultivadores colocar sensores en algunas de sus macetas y medir periódicamente el contenido de agua del sustrato. Un registrador de datos puede enviar los datos de forma inalámbrica al ordenador, lo que permite controlar los cambios en el contenido de agua del sustrato en tiempo real mediante visualizaciones gráficas. El uso de esta tecnología daría a los cultivadores una idea mucho mejor de cuánta agua necesitan las plantas y ayudaría a tomar mejores decisiones sobre el riego.

Mejorar la calidad de las plantas

Parece que en un futuro próximo los cultivadores podrán automatizar el riego mediante sensores para regar las plantas con eficacia y mejorar su calidad. La tecnología ya está disponible y se están elaborando directrices para su uso. Pero, ¿qué será lo próximo? En el futuro, queremos conocer mejor cómo cambia el uso del agua en función de la ubicación del cultivo en el invernadero (por ejemplo, la proximidad a paneles de refrigeración o ventiladores), el número de plantas cultivadas y los factores ambientales. Una novedad interesante es que las nuevas sondas 5TE pueden medir tanto la CE del sustrato como el contenido de agua. Esto puede permitir a los cultivadores controlar simultáneamente el riego y la fertilización.

 

Marc van Iersel es profesor de floricultura en la Universidad de Georgia ([email protected]). Para más información, visite el sitio web sobre automatización del riego de Marc van Iersel: www.hortphys. uga.edu/irrigationcontrol.html.

Stephanie Burnett es profesora adjunta de floricultura en la Universidad de Maine; [email protected]

Agradecemos a la Fundación Fred C. Gloeckner la financiación de nuestra investigación.

 

Aprenda a medir la humedad del suelo

La humedad del suelo es algo más que conocer la cantidad de agua que contiene. Aprenda los principios básicos que debe conocer antes de decidir cómo medirla. En este seminario web de 20 minutos, descubra:

  • Por qué la humedad del suelo es algo más que una cantidad
  • Contenido en agua: qué es, cómo se mide y por qué se necesita
  • Potencial hídrico: qué es, en qué se diferencia del contenido de agua y por qué es necesario.
  • Si debe medir el contenido de agua, el potencial hídrico o ambos
  • Qué sensores miden cada tipo de parámetro

Casos prácticos, seminarios web y artículos que le encantarán

Reciba periódicamente los contenidos más recientes.

icono-ángulo barras-icono icon-times