La mala gestión de la sal aplicada durante el riego acaba reduciendo la producción, drásticamente en muchos casos. Regar incorrectamente también aumenta el coste del agua y la energía utilizada para aplicarla. Comprender el equilibrio de la sal en el suelo y conocer la fracción de lixiviación, o la cantidad de agua de riego adicional que debe aplicarse para mantener una salinidad aceptable en la zona radicular, es fundamental para el éxito de cualquier gestor de riego. Sin embargo, el control de la salinidad del suelo es a menudo poco conocido.
En el siguiente seminario web, el Dr. Gaylon Campbell, físico del suelo de renombre mundial, enseña los fundamentos de la medición de la conductividad eléctrica (CE) del suelo y cómo utilizar una herramienta en la que poca gente piensa, pero que es absolutamente esencial para mantener el rendimiento y los beneficios de los cultivos. Aprenda:
Las tierras de regadío representan el 40% de nuestro suministro de alimentos, y las sales afectan al rendimiento de una quinta parte de esas hectáreas. Toda el agua de riego contiene al menos algo de sal. Si se permite que las sales se acumulen alrededor de la zona radicular de un cultivo, dañan las plantas, reducen el rendimiento e incluso modifican la estructura del suelo, causando daños a largo plazo a la propia tierra. Para preservar la productividad de las tierras de regadío, es importante saber cómo gestionar las sales.
Los pasos para gestionar las sales son:
La conductividad eléctrica (CE) es la clave para realizar estas mediciones. El agua pura no conduce la electricidad, pero la mayor parte del agua, incluso la del grifo, tiene suficientes sales disueltas como para ser conductora. Dado que la concentración de sales en el agua afecta directamente a su conductividad, la medición de la conductividad eléctrica es una forma muy eficaz de medir las concentraciones de sales en el agua del suelo.
La mayoría de la gente ha tenido la experiencia de abonar demasiado, quizá por accidente, y matar la hierba u otras plantas. A menudo se dice que el abono ha "quemado" las plantas, pero generalmente no son los nutrientes en sí los que causan el daño. Suele ser su efecto sobre el agua. Las plantas absorben agua, pero no absorben sales en cantidades apreciables. Cuando se añade sal al suelo a través de la fertilización y el riego, se concentra en él. La sal puede causar diversos problemas a las plantas. Por ejemplo, el Na+ puede alcanzar concentraciones tóxicas para las plantas, aunque éstas no absorban ninguna cantidad apreciable. Además, la sal atrae el agua y dificulta la absorción de agua del suelo por las plantas. Algunas plantas son más sensibles que otras a la sal en el suelo. El rendimiento de las judías se verá afectado si la CE del extracto de saturación del suelo supera los 2 dS/m, por ejemplo, mientras que la cebada puede cultivarse sin reducción del rendimiento en un extracto de saturación del suelo de hasta 16 dS/m. En última instancia, sin embargo, el alto contenido de sal afectará a todas las plantas.
| Sensible | Moderadamente tolerante | Alta tolerancia |
|---|---|---|
| Trébol rojo | Trigo | Palmera datilera |
| Guisante | Tomate | Cebada |
| Judía | Maíz | Remolacha azucarera |
| Pera | Alfalfa | Algodón |
| Naranja | Patata | Espinacas |
Tabla 1. Tolerancia a la sal en los cultivos
La unidad del SI para la conductancia eléctrica es el Siemen, por lo que la conductividad eléctrica tiene unidades de S/m. Las unidades utilizadas en la literatura más antigua son mho/cm (mho es el recíproco de ohm). La CE del suelo se indicaba habitualmente en mmho/cm. 1 mmho/cm equivale a 1 mS/cm, pero como el SI desaconseja el uso de submúltiplos en el denominador, esta unidad se ha cambiado a deciSiemen por metro (dS/m), que es numéricamente equivalente a mmho/cm o mS/cm.
| Clase USDA | Extracto de saturación (dS/m) | Sal en el suelo (g de sal/100 g de suelo) | Potencial osmótico (kPa) | Tolerancia de los cultivos | Ejemplo de cultivos |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 0-2 | 0-0.13 | 0 a -70 | Sensible | Judía |
| B | 2-4 | 0.13-0.26 | -70 a -140 | Moderadamente sensible | Maíz |
| C | 4-8 | 0.26-0.51 | -140 a -280 | Moderadamente sensible | Trigo |
| D | 8-16 | 0.51-1.02 | -280 a -560 | Tolerante | Cebada |
Tabla 2. Clases de salinidad de los suelos (Richards, L.A. [Ed]. 1954. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils, USDA AG Handbook 60, Washington DC)
Hay tres formas de medir la CE en los suelos: midiendo la CE del agua de los poros, la CE aparente o la CE del extracto de saturación. Las tres están relacionadas, pero existen herramientas para convertir una en otra. Para comprender los datos de las mediciones, es importante saber qué tipo de CE se está midiendo.
La CE del agua de poros o CE del agua del suelo(σw) es la conductividad eléctrica del agua en los poros del suelo. Los investigadores suelen confundir el valor que sale de un sensor de CE del suelo con la CE del agua de poros. Lo ideal sería medir in situ la conductividad eléctrica del agua de los poros. Sin embargo, intente imaginar cómo funcionaría esto. Habría que insertar sensores diminutos en poros microscópicos llenos de agua. Obviamente, no es posible medir la CE del agua a esa escala. De hecho, la única forma de medir la CE del agua de los poros es extrayendo una muestra de agua del suelo y midiendo la CE de esa muestra.
La CE aparente(σb) es la conductividad eléctrica del suelo aparente (suelo, agua y aire). Todos los sensores de humedad instalados en el suelo miden la CE aparente. Se pueden utilizar ecuaciones empíricas o teóricas para determinar la CE del agua de poro y la CE del extracto de saturación(σe) a partir de los valores medidos de CE aparente. La CE aparente es la única medida de CE que puede controlarse continuamente in situ.
La CE del extracto de saturación(σe) indica exactamente cuánta sal hay en el suelo y puede convertirse en salinidad del suelo. Esta es la forma tradicional de medir la CE. Se mide tomando una muestra de suelo, haciendo una pasta saturada de suelo y agua desionizada, extrayendo el agua y midiendo después la CE de la solución extraída. Los valores de CE publicados en la literatura son casi siempre la CE del extracto de saturación.
Como se ha indicado anteriormente, los sensores in situ miden la conductividad eléctrica del suelo que rodea a los sensores(σb). Se han realizado numerosas investigaciones para determinar la relación entre σb y la conductividad del agua de los poros(σw). Hilhorst (2000) ha aprovechado la relación lineal entre la permitividad dieléctrica del suelo(εb) y σw para permitir la conversión de σb a σw si se conoce εb. Los sensores TEROS 12 miden εb y σb casi simultáneamente en el mismo volumen de suelo. Son muy adecuados para este método. La conductividad del agua de poros puede determinarse a partir de (véase la derivación en Hilhorst, 2000)
donde σw es la conductividad eléctrica del agua de los poros (dS/m); εw es la parte real de la permitividad dieléctrica del agua de los poros del suelo (sin unidades); σb es la conductividad eléctrica del suelo, (dS/m), medida directamente por el sensor; εb es la parte real de la permitividad dieléctrica del suelo (sin unidades); εσb=0 es la parte real de la permitividad dieléctrica cuando σb = 0 (sin unidades). εw ( Ecuación 2) tiene un valor de alrededor de 80. Se puede calcular un valor más exacto a partir de la temperatura del suelo utilizando
donde Tsoil es la temperatura del suelo (ºC) medida por un sensor de temperatura colocado junto con la medición de la CE aparente, como es habitual con los sensores de CE del suelo METER.
εb también se mide con la mayoría de los sensores de contenido volumétrico de agua para investigación.
Finalmente, εσb=0 es un término de compensación que representa vagamente la permitividad dieléctrica del suelo cuando la CE=0. Hilhorst (2000) recomendó que εσb=0= 4,1 se utilizara como compensación genérica. Hilhorst (2000) ofrece un método simple y fácil para determinar εσb=0 para tipos de suelo individuales, lo que mejorará la precisión del cálculo de σw en la mayoría de los casos.
Nuestras pruebas indican que el método anterior para calcular σwresultabastante preciso (± 20%) en suelos y otros medios de crecimiento con un alto contenido de agua (superior al 25%). A medida que disminuye el contenido de agua, el denominador de la ecuación 1 se hace pequeño, lo que conduce a grandes errores potenciales en el cálculo. Para obtener los mejores resultados, recomendamos utilizar la ecuación de Hilhorst cuando el contenido de agua es alto para obtener la CE del extracto de saturación(σe) y, a continuación, calcular la CE del agua de poro con un contenido de agua más bajo (por debajo del 25%) suponiendo que la sal permanece en el suelo mientras se elimina el agua (como se muestra en la ecuación 3). Partiendo de esta hipótesis
Donde θ es el contenido volumétrico de agua del suelo y θs es el contenido de agua en saturación, que puede calcularse a partir de la densidad aparente del suelo.
ρb es la densidad aparente del suelo (Mg/m3) y ρs es la densidad de los sólidos (2,65 Mg/m3 para el suelo mineral).
La CE del extracto de saturación (a menudo indicada como CEe o σe) es la conductividad eléctrica del agua de poro extraída de una pasta saturada del suelo. El suelo se humedece con agua destilada hasta que se satura. A continuación, el suelo se coloca sobre papel de filtro en un embudo de vacío y se aplica succión. Una medición de la conductividad eléctrica en el agua extraída de la muestra dará σe. La σeo deun suelo es el valor utilizado para casi todas las recomendaciones de salinidad (véase, por ejemplo, Richards, 1954) y es, por tanto, un valor importante de obtener. Puede calcularse a partir de la CE del agua de poros mediante la siguiente ecuación
Combinando las ecuaciones 1 y 4 se obtiene
La ecuación 6 es probablemente la más útil para evaluar la salinidad en el campo. De nuevo, utilícela cuando los contenidos de agua sean más altos para maximizar la precisión.
Como ejemplo, supongamos que la densidad aparente de nuestro suelo es de 1,33 Mg/m3. Según la ecuación 4, el contenido de agua de saturación sería de 1 - 1,33/2,65 = 0,5. Supongamos que hemos medido una CE aparente de 0,3 dS/m cuando el contenido de agua es de 0,345 m3/m3, y el dieléctrico aparente(εb) = 20. La σe sería
Calcular la CE del agua de poro a partir de la CE a granel no es lo mismo que convertir de un conjunto de unidades a otro: en realidad se trata de un modelo. O mejor dicho, se trata de muchos tipos diferentes de modelos. Algunos son empíricos, otros teóricos, pero todos tienen sus propios puntos fuertes y débiles. Hemos presentado el modelo de Hilhorst, pero hay otros modelos populares, como el modelo de Rhodes y el modelo de Mualem y Friedman.
| Extracto de saturación CE | CE aparente del suelo | CE del agua de poro | |
|---|---|---|---|
| Definición | La conductividad eléctrica de una solución de agua extraída de una muestra de suelo saturado | La conductividad eléctrica combinada del suelo, el aire y el agua en un sustrato de suelo poroso. | La conductividad eléctrica de la solución contenida en los poros del suelo |
| Aplicaciones | Aplicaciones agrícolas para la gestión de la sal | Se necesitan mediciones continuas en cualquier momento. Se utiliza para calcular el agua de poro y la CE del extracto de saturación. | Aplicaciones en invernaderos y viveros, cálculo de la fracción de lixiviación |
| Beneficios | Medida cuantitativa de la cantidad de sales en el suelo (salinidad del suelo)
La mejor medida para determinar la idoneidad de un cultivo para un suelo concreto |
Puede medirse continuamente con un in situ sonda
El valor se puede utilizar junto con el contenido volumétrico de agua para modelar la CE del extracto de saturación o la CE del agua de poros. |
Mide lo que realmente experimenta la planta
Cuantifica cuánta sal transporta el agua de drenaje |
| Cómo se mide el parámetro
*Todos los métodos asumen valores de CE corregidos por temperatura (todos los sensores de CE de METER contienen esta corrección: véase el manual del usuario). |
Se toma una muestra de suelo del campo y se mezcla con agua desionizada hasta que se satura. A continuación, se extrae el agua a través de un filtro y se miden la CE y la temperatura del agua con un medidor de CE.
El valor se calcula a partir de las mediciones de la CE a granel y del contenido volumétrico de agua |
Para la conductividad eléctrica, el sensor se coloca en el suelo a la profundidad deseada | El muestreador de agua de los poros del suelo se utiliza para extraer agua de los poros del suelo a una profundidad determinada. Se utiliza un medidor de CE para medir la CE del agua.
El valor se calcula a partir de las mediciones de la CE a granel y del contenido volumétrico de agua El valor se determina a partir de la CE del sensor Drain Gauge Lysimeter , donde se recoge y controla el agua de los poros del suelo. |
Tabla 3. Métodos para medir diferentes tipos de CE
Una de las razones más comunes para medir la CE en los suelos es minimizar la sal en las zonas radiculares de las plantas en crecimiento activo. Si la CE en la zona radicular es demasiado alta, el agricultor puede añadir agua de riego adicional para lixiviar las sales por debajo de la zona radicular. La siguiente ilustración muestra cómo, en términos relativos, los valores de extracto de saturación pueden compararse entre sí: un color más claro indica una CE de extracto de saturación más baja y un color más oscuro indica una CE de extracto de saturación más alta.
La fracción de lixiviación (LF) se define como la profundidad del agua que drena desde el fondo de la zona radicular(Ddrain) dividida por la profundidad del agua aplicada (mediante riego y precipitación) al perfil del suelo(Dapplied).
Utilice la fracción de lixiviación para calcular la cantidad de agua que debe circular por el perfil para mantener una determinada conductividad eléctrica en la zona radicular.
Por ejemplo, si la CE del agua de riego líquida fuera de 0,3 dS/m, y el agua que drena más allá de la zona radicular no debería tener una CE superior a 3 dS/m, los regantes deberían hacer correr por el perfil una décima parte del agua aplicada.
Todo esto supone, sin embargo, que el drenaje (la cantidad de agua que sale por el fondo de la zona radicular) se mide con precisión. En la práctica, esto es muy difícil de medir. Un enfoque innovador consiste en dar la vuelta a las ecuaciones de la fracción de lixiviación y utilizar la CE del agua de drenaje para calcular el drenaje profundo. La CE del agua de drenaje puede medirse instalando sondas por debajo de la zona radicular.
Reordenando las ecuaciones, la profundidad del agua de drenaje es igual a la profundidad del agua aplicada, multiplicada por la CE del agua aplicada (precipitación y riego), dividida por la CE del agua de drenaje.
En la mayoría de las zonas, la lluvia -que no contiene sales- desempeñará un papel importante en el equilibrio salino global. Una buena forma de ajustar la CE del agua aplicada(CEaplicada) por la contribución de la lluvia es multiplicar la CE del agua de riego por la profundidad de riego y dividir por la profundidad de la lluvia más la profundidad de riego.
La fracción de lixiviación es 0,4/4, es decir, el 10%. La pérdida total de agua de drenaje es de 2,5 cm.
La figura 2 muestra los valores del contenido de agua del suelo a tres profundidades a lo largo del tiempo, inmediatamente después de la fertilización. Pero, ¿dónde está el abono? Los valores de humedad del suelo no indican la lixiviación o el drenaje de nutrientes.
En la Figura 3, las mediciones de la CE aparente y el contenido volumétrico de agua de un GS3 se utilizaron para calcular la CE del agua de los poros a las mismas tres profundidades. Obsérvese cómo el fertilizante permanece en la zona radicular temporalmente, pero se lixivia con el agua que drena de la zona radicular. Ambos gráficos están tomados de Stirzaker (2010).
Los siguientes sensores le permitirán recopilar datos para modelos y aplicaciones EC específicos.
5TE, GS3, TEROS 12
Estos sensores de humedad del suelo pueden utilizarse para determinar:
G3 Drain Gauge y CTD + DG (sensor de CE/temperatura/profundidad)
El G3 y el HYDROS 21 + DG pueden utilizarse para determinar la CE del agua de poros del agua de drenaje del suelo(σw,ECdrain) cuando se instalan por debajo de la zona radicular. También pueden utilizarse muestreadores de agua de poros para determinar la CE del agua de poros(σw).
ES-2 sensor de temperatura y CE
El ES-2 puede utilizarse para determinar la CE del agua de riego(σw, ECirrig) cuando se instala en línea en la tubería de riego (esto requiere una calibración personalizada).
Pluviómetro
El pluviómetro puede utilizarse para determinar la profundidad de la lluvia(Drenaje).
Caudalímetro Badger
Este instrumento puede utilizarse para determinar la profundidad de riego(Dirrig) siempre que se conozca la superficie total que se está regando.
Hamed, Yasser, Magnus Persson y Ronny Berndtsson. "Mediciones de la conductividad eléctrica de la solución del suelo utilizando diferentes técnicas dieléctricas". Soil Science Society of America Journal 67, no. 4 (2003): 1071-1078.(Enlace del artículo)
Hilhorst, Max A. "Un sensor de conductividad del agua de poros". Soil Science Society of America Journal 64, nº 6 (2000): 1922-1925.(Enlace del artículo)
Mualem, Y., y S. P. Friedman. "Predicción teórica de la conductividad eléctrica en suelos saturados y no saturados". Water Resources Research 27, no. 10 (1991): 2771-2777.(Enlace del artículo)
Rhoades, J. D., P. A. C. Raats y R. J. Prather. "Efectos de la conductividad eléctrica en fase líquida, contenido de agua y conductividad superficial en la conductividad eléctrica del suelo". Soil Science Society of America Journal 40 (1976): 651-655.
Rhoades, J. D., N. A. Manteghi, P. J. Shouse y W. J. Alves. "Conductividad eléctrica del suelo y salinidad del suelo: Nuevas formulaciones y calibraciones". Soil Science Society of America Journal, no. 2 (1989): 433-439.(Enlace del artículo)
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:
Aprenda todo lo que necesita saber sobre la medición de la humedad del suelo, todo en un solo lugar: por qué la necesita, cómo medirla, comparaciones de métodos/sensores, cuántas mediciones, dónde debe medir, mejores prácticas, solución de problemas de datos y mucho más.
Seis breves vídeos le enseñarán todo lo que necesita saber sobre el contenido de agua del suelo y el potencial hídrico del suelo, y por qué debe medirlos juntos. Además, domine los conceptos básicos de la conductividad hidráulica del suelo.
Nuestros científicos cuentan con décadas de experiencia ayudando a investigadores y cultivadores a medir el continuo suelo-planta-atmósfera.
Todo lo que necesita saber sobre la medición del potencial hídrico: qué es, por qué lo necesita, cómo medirlo y comparaciones de métodos. Además, podrá verlo en acción mediante las curvas de liberación de humedad del suelo.
Todo lo que necesita saber sobre la medición de la humedad del suelo, en un solo lugar.
Gestión del riego simplificada. Gestión perfecta del agua y los nutrientes sin perder tiempo ni dinero por problemas causados por el riego excesivo.
Reciba periódicamente los contenidos más recientes.