Tanto si eres un estudiante de posgrado que se embarca en una campaña de medición medioambiental, un investigador experimentado o un agricultor preocupado por la gestión del riego, en algún momento te habrás dado cuenta de que necesitas medir la humedad del suelo. ¿Por qué? Porque la disponibilidad de agua es uno de los principales impulsores de la productividad de los ecosistemas, y la humedad del suelo (es decir, el contenido de agua del suelo/el potencial hídrico del suelo) es la fuente inmediata de agua para la mayoría de las plantas. ¿Qué es la humedad del suelo? A continuación se ofrece una visión exhaustiva de la medición de la humedad del suelo y una exploración de algunos términos científicos importantes utilizados en relación con la humedad del suelo.
La humedad del suelo es algo más que conocer la cantidad de agua que hay en él. Hay principios básicos que debes conocer antes de decidir cómo medirla. Aquí tienes algunas preguntas que pueden ayudarte a centrarte en lo que realmente intentas averiguar.
Dependiendo de cuál de estas cuestiones le interese, la humedad del suelo puede significar algo muy diferente.
La mayoría de la gente considera la humedad del suelo sólo en términos de una variable: el contenido de agua del suelo. Pero se necesitan dos tipos de variables para describir el estado del agua en el suelo: el contenido de agua, que es la cantidad de agua, y el potencial hídrico, que es el estado energético del agua.
El contenido de agua del suelo es una variable extensiva. Cambia con el tamaño y la situación. Se define como la cantidad de agua por unidad total de volumen o masa. Básicamente, es la cantidad de agua que hay.
El potencial hídrico es una variable "intensiva " que describe la intensidad o la calidad de la materia o la energía. A menudo se compara con la temperatura. Al igual que la temperatura indica el nivel de confort de un ser humano, el potencial hídrico puede indicar el nivel de confort de una planta. El potencial hídrico es la energía potencial por mol (unidad de masa, volumen, peso) de agua con referencia al agua pura a potencial cero. Se puede considerar el potencial hídrico como el trabajo necesario para extraer una pequeña cantidad de agua del suelo y depositarla en un estanque de agua pura y libre.
Más información sobre variables intensivas y extensivas
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Este artículo examina brevemente dos métodos diferentes para medir el contenido de agua del suelo: el contenido gravimétrico de agua y el contenido volumétrico de agua.
El contenido gravimétrico de agua es la masa de agua por masa de suelo (es decir, gramos de agua por gramo de suelo). Es el método principal para medir el contenido de agua del suelo porque la cantidad de agua del suelo se mide directamente midiendo la masa. Se calcula pesando el suelo húmedo muestreado en el campo, secándolo en un horno y pesando después el suelo seco.
Así, el contenido gravimétrico de agua es igual a la masa de suelo húmedo menos la masa de suelo seco dividido por la masa de suelo seco. En otras palabras, la masa del agua dividida por la masa del suelo.
El contenido volumétrico de agua es el volumen de agua por volumen total de suelo.
El contenido volumétrico de agua describe lo mismo que el contenido gravimétrico de agua, salvo que se informa sobre la base del volumen.
Por ejemplo, en la figura 1 se muestran los componentes de un volumen conocido de suelo. Todos los componentes suman 100%. Dado que el contenido volumétrico de agua (VWC) es igual al volumen de agua dividido por el volumen total del suelo, en este caso, el VWC será del 35%. El VWC se expresa a veces en cm3/cm3 o pulgadas por pie.
El contenido gravimétrico de agua(w) puede convertirse en contenido volumétrico de agua(ϴ) multiplicándolo por la densidad aparente seca del suelo(⍴b) (ecuación 3).
Dado que el contenido gravimétrico de agua es el método de primeros principios (o directo) para medir cuánta agua hay en el suelo, se utiliza para desarrollar calibraciones y validar las lecturas de casi todas las mediciones del VWC que se detectan in situ o a distancia. Si tiene un sensor dieléctrico, tiene alguna relación que convierte lo que está leyendo en su campo electromagnético en un contenido de agua del suelo. Por lo tanto, si no está seguro de si su contenido volumétrico de agua es correcto, tome una muestra de suelo, mida el contenido gravimétrico de agua, tome una muestra de densidad aparente y compruébelo usted mismo.
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:
La mayoría de las mediciones del contenido volumétrico de agua se realizan utilizando algún tipo de sensor. Los sensores de contenido de agua METER utilizan tecnología de capacitancia. Para realizar esta medición, estos sensores aprovechan la "polaridad" del agua. ¿Cómo funciona?
La figura 2 muestra una molécula de agua. Hay un polo negativo en la parte superior con un átomo de oxígeno y un polo positivo en la parte inferior con dos átomos de hidrógeno. Si introdujéramos un campo electromagnético (Figura 3) en el suelo, esta molécula de agua saltaría a la vista. Si el campo se invirtiera, bailaría en sentido contrario. Así, creando un campo electromagnético con un sensor de contenido de agua, es posible medir el efecto del agua sobre ese campo electromagnético. Si hay más agua en el suelo, el efecto será mayor. Obtenga más información sobre la tecnología de capacitancia aquí.
El uso de un sensor de contenido de agua en el suelo abre la posibilidad de realizar series temporales (Figura 4), una potente herramienta para comprender lo que ocurre en el suelo. La medición gravimétrica del contenido de agua requiere tomar una muestra o una serie de muestras y llevarlas al laboratorio. Si se necesita una serie temporal, esto es poco práctico porque se estaría esencialmente en el campo tomando muestras todo el tiempo.
Con un sensor de contenido de agua, puede medir automáticamente el momento de los cambios en el contenido de agua del suelo y comparar profundidades en un perfil. Y las formas de estas curvas proporcionan información importante sobre lo que está ocurriendo con el agua del suelo.
En el cuadro 1 se comparan diferentes métodos de detección del suelo.
| Contenido gravimétrico de agua | Sensores VWC | Teledetección (SMOS) |
|---|---|---|
| Primeros principios/método directo | Conveniente para series temporales | Puede realizar series temporales a escala limitada |
| Consumo de tiempo | Permite la detección de perfiles a lo largo del tiempo | Extremadamente potente para el muestreo espacial |
| Destructivo | Menos intrusivo | |
| Sólo 1 instantánea en el tiempo |
Tabla 1. Comparación de los métodos de detección del suelo
El contenido gravimétrico de agua es una buena medida de principio, pero requiere mucho tiempo, es destructiva y sólo ofrece una instantánea en el tiempo. Los sensores de contenido de agua en el suelo proporcionan una serie temporal, permiten la detección de perfiles a lo largo del tiempo y evitan el muestreo destructivo, aunque sigue siendo necesario introducir un sensor en el suelo. La teledetección proporciona una serie temporal a escala limitada, pero es extremadamente potente para el muestreo espacial, que es importante para medir el contenido de agua. Los sensores de humedad del suelo METER reducen las perturbaciones con una herramienta de instalación especializada, diseñada para minimizar las molestias en el lugar (vea el vídeo para ver cómo funciona).
Si desea obtener datos precisos sobre la humedad del suelo, la instalación correcta del sensor debe ser su prioridad número uno. Al medir en el suelo, las variaciones naturales de densidad pueden provocar una pérdida de precisión del 2-3%, pero una mala instalación puede causar una pérdida de precisión superior al 10%. Una mala instalación es la fuente más común de error en los datos de humedad del suelo, pero existen técnicas que garantizan una instalación perfecta en todo momento. Chris Chambers, experto en instalación de sensores, explica por qué es necesaria una instalación más inteligente del sensor de humedad del suelo y cómo conseguirlo.
Aprenda:
En términos de contenido volumétrico de agua, el suelo seco al horno es 0% VWC por definición. Es un punto final definido. El agua pura está en el otro extremo de la escala, en el 100%. Mucha gente piensa que el 100% de VWC es un suelo totalmente saturado, pero no es así. Cada tipo de suelo se satura con diferentes contenidos de agua.
Una forma de verlo es como porcentaje de saturación:
% de saturación = VWC/porosidad * 100
Si se conoce la porosidad de un determinado tipo de suelo, es posible aproximar el contenido de agua en el momento de la saturación. Pero los suelos rara vez alcanzan la saturación en el campo. ¿Por qué?
En la Figura 5, se puede ver que a medida que el suelo absorbe agua, crea una película de agua que se adhiere a las partículas del suelo. También hay espacios porosos llenos de aire. En condiciones de campo, es difícil eliminar estos espacios de aire. Este atrapamiento de aire es la razón por la que el porcentaje de saturación rara vez será igual al máximo teórico de saturación para cualquier tipo de suelo.
El potencial hídrico es la otra variable utilizada para describir la humedad del suelo. Como ya se ha indicado, se define como el estado energético del suelo o la energía potencial por mol de agua con referencia al agua pura a potencial cero. ¿Qué significa esto? Para entender este principio, compare el agua de una muestra de suelo con el agua de un vaso. El agua del vaso es relativamente libre y está disponible; el agua del suelo está ligada a superficies y puede estar diluida por solutos e incluso bajo presión. En consecuencia, el agua del suelo tiene un estado energético diferente al del agua "libre". Se puede acceder al agua libre sin ejercer ninguna energía. El agua del suelo sólo puede extraerse gastando una energía equivalente o superior a la energía con la que está retenida. El potencial hídrico expresa cuánta energía habría que gastar para extraer esa agua de la muestra de suelo.
El potencial hídrico es la suma de cuatro componentes diferentes: el potencial gravitacional + el potencial mátrico + el potencial de presión + el potencial osmótico (ecuación 4).
El potencial mátrico es el componente más significativo en lo que se refiere al suelo porque está relacionado con el agua que se adhiere a las superficies del suelo. En la figura 6, el potencial mátrico es lo que crea la película de agua adherida a las partículas del suelo. A medida que el agua drena del suelo, los espacios porosos llenos de aire aumentan de tamaño y el agua se adhiere más fuertemente a las partículas del suelo a medida que disminuye el potencial mátrico. Vea el siguiente vídeo para ver el potencial mátrico en acción.
Un gradiente de potencial hídrico es la fuerza motriz del flujo de agua en el suelo. Y el potencial hídrico del suelo es el mejor indicador del agua disponible para las plantas(sepa por qué aquí). Al igual que el contenido de agua, el potencial hídrico puede medirse con sensores tanto en el laboratorio como en el campo. He aquí algunos ejemplos de diferentes tipos de sensores de potencial hídrico de campo.
El agua se desplazará de un lugar de mayor energía a otro de menor energía hasta que los lugares alcancen el equilibrio, como se ilustra en la figura 6. Por ejemplo, si el potencial hídrico de un suelo fuera de -50 kPa, el agua se desplazaría hacia -100 kPa, más negativo, para estabilizarse.
Esto también se aproxima a lo que ocurre en el continuo suelo-atmósfera de la planta. En la Figura 7, el suelo está a -0,3 MPa y las raíces están ligeramente más negativas, a -0,5 MPa. Esto significa que las raíces extraerán agua del suelo. A continuación, el agua subirá por el xilema y saldrá por las hojas a través de este gradiente de potencial. Y la atmósfera, a -100 MPa, es la que impulsa este gradiente. Así que el potencial hídrico define en qué dirección se moverá el agua en el sistema.
El agua disponible para las plantas es la diferencia de contenido de agua entre la capacidad de campo y el punto de marchitamiento permanente del suelo o del medio de cultivo (véanse las definiciones más abajo). La mayoría de los cultivos experimentarán una pérdida significativa de rendimiento si se permite que el suelo se seque incluso cerca del punto de marchitamiento permanente. Para maximizar el rendimiento de los cultivos, el contenido de agua del suelo se mantendrá normalmente muy por encima del punto de marchitamiento permanente, pero el agua disponible de la planta sigue siendo un concepto útil porque comunica el tamaño de la reserva de agua en el suelo. Con algunos conocimientos básicos sobre el tipo de suelo, la capacidad de campo y el punto de marchitamiento permanente pueden estimarse a partir de mediciones realizadas por sensores de humedad del suelo in situ. Estos sensores proporcionan datos continuos sobre el contenido de agua del suelo que pueden orientar las decisiones de gestión del riego para aumentar el rendimiento de los cultivos y la eficiencia en el uso del agua.
La capacidad de agua de campo se define como "el contenido de agua en masa o en volumen que permanece en un suelo dos o tres días después de haber sido humedecido con agua y después de que el drenaje libre sea insignificante." Glosario de términos de la ciencia del suelo. Soil Science Society of America, 1997. A menudo se supone que es el contenido de agua a -33 kPa de potencial hídrico en suelos de textura fina o a -10 kPa en suelos arenosos, pero se trata sólo de puntos de partida aproximados. La capacidad real depende de las características del perfil del suelo. Debe determinarse a partir de los datos de contenido de agua controlados sobre el terreno. Si se consultan los datos de capacidad de campo, conviene saber cómo se ha llegado a ese punto.
Aunque generalmente especificamos la capacidad de campo en términos de potencial hídrico, es importante darse cuenta de que en realidad se trata de una propiedad de flujo. El agua desciende por el perfil del suelo bajo la influencia del gradiente de potencial gravitatorio. Continuará bajando eternamente, pero a medida que el suelo se seca, la conductividad hidráulica disminuye rápidamente, haciendo que el flujo descendente sea pequeño en comparación con las pérdidas por evaporación y transpiración. Piense en el suelo como en un cubo agujereado. Las plantas intentan captar parte del agua a medida que desciende por la zona radicular.
En el extremo opuesto de la escala se encuentra el punto de marchitamiento permanente. El punto de marchitamiento permanente se determinó experimentalmente en girasoles y se definió como -15 bares (-1500 kPa, Briggs y Shantz, 1912, p. 9). Es el potencial del suelo al que los girasoles se marchitan y son incapaces de recuperarse durante la noche. Es teóricamente el depósito vacío, donde hay una pérdida completa de presión de turgencia, y la planta se ha marchitado. Pero -1500 kPa no es necesariamente el punto de marchitamiento de todas las plantas. Muchas plantas se "marchitan" en puntos diferentes; algunas empezarán a protegerse de daños permanentes mucho antes de -1500 kPa y otras mucho después. Así que -1500 kPa es un punto de referencia útil en el suelo, pero ten en cuenta que a un cactus probablemente no le importen -1500 kPa, y un pino ponderosa ciertamente no se apagará en ese punto. Así que puede significar cosas distintas para plantas o cultivos diferentes (leer más: M.B. Kirkham. Principles of Soil and Plant Water Relations, 2005, Elsevier).
Puede determinar de forma rápida y sencilla el punto de marchitamiento permanente de cualquier suelo utilizando la herramienta METER WP4C.
Para sacar conclusiones significativas sobre el contenido de agua, debe saber algo sobre su tipo de suelo.
La figura 8 es un gráfico de las clases de textura más comunes, desde la arena hasta la arcilla. Cada textura tiene una distribución granulométrica diferente. La tabla 2 ilustra que a -1500 kPa (punto de marchitamiento permanente) cada clase de textura tiene un contenido de agua diferente. Y lo mismo ocurre con la capacidad de campo.
| Textura | FC (v%) | PWP (v%) |
|---|---|---|
| Arena | 5 | 1 |
| Arena limosa | 10 | 2 |
| Franco arenoso | 17 | 6 |
| Franco arcilloso arenoso | 32 | 19 |
| Marga | 27 | 14 |
| Arcilla arenosa | 38 | 28 |
| Franco limoso | 27 | 13 |
| Limo | 24 | 10 |
| Franco arcilloso | 36 | 23 |
| Franco arcilloso limoso | 36 | 22 |
| Arcilla limosa | 40 | 28 |
| Arcilla | 42 | 32 |
Tabla 2. Capacidad de campo representativa y punto de marchitez permanente para diferentes texturas de suelo
Curiosamente, un suelo franco-arcilloso arenoso puede tener un VWC del 32% a capacidad de campo (que es un suelo bien hidratado), pero para un suelo arcilloso, un VWC del 32% es el punto de marchitamiento permanente. Esto significa que debe tomar una muestra de suelo cuando instale los sensores para asegurarse de que conoce la textura de su suelo y lo que ocurre en él. Esto es especialmente importante cuando hay cambios en el tipo de suelo: cambios en el perfil del suelo o variabilidad espacial de un lugar a otro. Tenga en cuenta que el potencial hídrico no cambia con la situación. Para todos estos tipos de suelo, -33 kPa es -33 kPa tanto si se trata de una arcilla como de una arena. Si consideramos un suelo limoso como un tipo de suelo de textura media, su contenido de agua a -33 kPa es del 27% y su contenido de agua a -1500 kPa es del 13%. Con una densidad aparente típica, el espacio poroso total es de alrededor del 50%. Si se llenara, el suelo estaría saturado. Así pues, partiendo de la saturación (suponiendo que la capacidad de campo es de -33 kPa), la mitad del agua se drenaría para alcanzar la capacidad de campo. Aproximadamente la mitad del agua que queda es agua disponible para la planta. Una vez que la planta ha extraído toda el agua que puede, queda en el suelo una cantidad de agua aproximadamente igual al agua disponible para la planta, pero que ésta no puede eliminar.
El PARIO es un instrumento que determinará automáticamente el tipo de suelo y la distribución granulométrica de cualquier suelo.
Existe una relación entre el potencial hídrico y el contenido volumétrico de agua que puede ilustrarse mediante una curva de retención de agua del suelo (a veces denominada curva de liberación de humedad o curva característica del agua del suelo). La Figura 9 muestra ejemplos de curvas para tres suelos diferentes. En el eje x se muestra el potencial hídrico en una escala logarítmica y en el eje Y el contenido volumétrico de agua. Las curvas de retención de agua del suelo son como huellas dactilares físicas, únicas para cada suelo. Esto se debe a que la relación entre el potencial hídrico y el contenido de agua del suelo es diferente para cada suelo. Con esta relación, puede averiguar cómo se comportarán los distintos suelos en cualquier punto de la curva. Puede responder a preguntas críticas como: ¿drenará el agua por el suelo rápidamente o se retendrá en la zona radicular? Las curvas de retención de agua en el suelo son herramientas poderosas que se utilizan para predecir la absorción de agua por las plantas, el drenaje profundo, la escorrentía y mucho más. Obtenga más información sobre su funcionamiento aquí o vea Humedad del suelo 201.
El HYPROP es un instrumento que genera automáticamente curvas de retención de agua del suelo en el rango húmedo. Puede crear curvas de retención en todo el rango de humedad del suelo combinando el HYPROP y el WP4C.
Antes de embarcarse en cualquier campaña de medición de la humedad del suelo, hágase estas preguntas:
Si sólo necesita saber cuánta agua se almacena en el suelo, debe centrarse en el contenido de agua del suelo. Si lo que quieres saber es hacia dónde se va a mover el agua, entonces el potencial hídrico es la medida adecuada. Para saber si tus plantas pueden obtener agua, tendrás que medir el potencial hídrico.
Más información en el artículo: "Por qué la humedad del suelo no puede decirte todo lo que necesitas saber". Sin embargo, si quieres saber cuándo regar o cuánta agua hay almacenada en el suelo para tus plantas, probablemente necesites tanto el contenido de agua como el potencial hídrico. Esto se debe a que necesitas saber cuánta agua hay físicamente en el suelo, y necesitas saber en qué momento tus plantas no van a poder obtenerla. Más información en el artículo: "Cuándo regar: las mediciones duales resuelven el misterio".
Kirkham, Mary Beth. Principios de las relaciones hídricas del suelo y las plantas. Academic Press, 2014.
Taylor, Sterling A., y Gaylen L. Ashcroft. Edafología física. La física de los suelos regados y no regados. 1972.
Hillel, Daniel. Fundamentos de física del suelo. Academic press, 2013.
Dane, Jacob H., G. C. Topp y Gaylon S. Campbell. Métodos físicos de análisis de suelos. No. 631.41 S63/4. 2002.
Comprender la diferencia entre los sensores de humedad del suelo puede resultar confuso. Los dos gráficos siguientes comparan los métodos más comunes de detección de la humedad del suelo, los pros y los contras de cada uno y en qué tipo de situación puede ser útil cada método. Todos los sensores de humedad del suelo METER utilizan una técnica de detección de capacitancia de alta frecuencia y una herramienta de instalación para facilitar la instalación y garantizar la mayor precisión posible. Para obtener información más detallada sobre cada método de medición, vea nuestro seminario web Humedad del suelo 102.
| Sensor | Pros | Contras | Cuándo utilizar |
|---|---|---|---|
| Resistencia Sondas |
1. Las mediciones continuas se pueden recoger con el registrador de datos 2. Precio más bajo 3. Bajo consumo de energía |
1. Precisión deficiente: la calibración varía en función del tipo de suelo y del contenido de sal del suelo. 2. Los sensores se degradan con el tiempo |
1. Cuando sólo desea saber si el contenido de agua ha cambiado y no le importa la precisión. |
| Sondas TDR (dominio del tiempo) |
1. Las mediciones continuas se pueden recoger con el registrador de datos 2. Precisión con calibración específica del suelo (2-3%) 3. Insensible a la salinidad hasta la desaparición de la señal 4. Respetado por los revisores |
1. Más complicado de utilizar que la capacitancia*. 2. Tarda más en instalarse porque hay que cavar una zanja en lugar de un agujero 3. Deja de funcionar en condiciones de alta salinidad 4. Consume mucha energía (grandes baterías recargables) |
1. Si su laboratorio ya posee el sistema. Son más caros y complejos que los de capacitancia, y los estudios demuestran que tanto el TDR como la capacitancia son igual de precisos con calibración |
| Sensores de capacitancia | 1. Las mediciones continuas se pueden recoger con el registrador de datos 2. Algunos tipos son fáciles de instalar 3. Precisión con calibración específica del suelo (2-3%) 4. Utiliza poca energía (baterías pequeñas con poco o ningún panel solar) 5. Barato, puede obtener muchas más mediciones por el dinero que gasta |
1. Se vuelve impreciso en alta salinidad (por encima de 8 dS/m de extracto de saturación)**. 2. Algunas marcas de baja calidad producen una precisión y un rendimiento deficientes. |
1. Necesita muchos lugares de medición 2. Necesita un sistema que sea sencillo de implantar y mantener 3. Necesita un bajo consumo de energía 4. Necesita más mediciones por dólar gastado |
| Sonda de neutrones | 1. Gran volumen de medición 2. Insensible a la salinidad 3. Respetado por los revisores, ya que es el método más antiguo 4. No se ve afectado por problemas de contacto entre el suelo y el sensor |
1. Caro 2. Necesita un certificado de radiación para operar 3. Extremadamente costoso en tiempo 4. No hay medición continua |
1. Usted ya tiene una sonda de neutrones en su programa con la certificación, y ya sabe cómo interpretar los datos de la sonda de neutrones 2. Está midiendo suelos arcillosos muy salinos o con contracción por hinchamiento en los que mantener el contacto es un problema. |
| COSMOS | 1. Volumen de influencia extremadamente grande (800 m) 2. Automatizado 3. Eficaz para la verificación en tierra de datos de satélite, ya que suaviza la variabilidad en un área extensa 4. No se ve afectado por problemas de contacto entre el suelo y el sensor |
1. El más caro 2. Volumen de medición mal definido y cambia con el contenido de agua del suelo 3. La precisión puede verse limitada por factores de confusión como la vegetación. |
1. Cuando se necesita obtener una media del contenido de agua en una zona amplia 2. Para verificar datos de satélite |
*Acclima y Campbell Scientific fabrican sensores/sondas de perfil TDR que tienen circuitos de medida a bordo, lo que supera el reto de la complejidad al que se enfrentan la mayoría de los sistemas TDR.
**Esto depende de la frecuencia de medición, cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la sensibilidad.
| Resistencia | TDR | Capacitancia | Sonda de neutrones | COSMOS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Precio | Más bajo | Moderado a alto | Bajo a moderado | Alta | Más alto |
| Precisión | Bajo | Alta (con calibración específica del suelo) |
Alta (con calibración específica del suelo) |
Baja (mejora con la calibración sobre el terreno) | Desconocido |
| Complejidad | Fácil | Fácil a intermedio | Fácil | Difícil | Difícil |
| Uso de la energía | Bajo | Moderado a alto | Bajo | N/A | Alta |
| Sensibilidad a la salinidad | Extremo | 1. Ninguno en salinidad baja a media 2. Sí en salinidad alta |
Sí en alta salinidad | No | No |
| Durabilidad | Bajo | Alta | Alta | Alta | Alta |
| Volumen de influencia | Pequeña zona entre la sonda A y la sonda B | De 0,25 litros a 2 litros según la longitud de la sonda y la forma del campo electromagnético | De 0,25 litros a 2 litros según la longitud de la sonda y la forma del campo electromagnético | esfera de 20 cm de diámetro cuando el suelo está húmedo, esfera de 40 cm de diámetro cuando el suelo está seco | 800 metros de diámetro |
*Algunas marcas de baja calidad presentan una precisión baja y un rendimiento deficiente. Las mayores amenazas para la precisión, tanto para los sensores TDR como para los de capacitancia, son los espacios de aire causados por una mala instalación, seguidos de la actividad de la arcilla en el suelo (es decir, las arcillas esmectitas), seguidos de la salinidad.
METER ha creado la nueva línea de sensores TEROS para eliminar las barreras que impiden una buena precisión, como la inconsistencia de la instalación, la variabilidad entre sensores y la verificación de los sensores. Los sensores de humedad del sueloTEROS combinan una instalación consistente y perfecta con una herramienta de instalación, una construcción extremadamente robusta, una variabilidad mínima entre sensores, un gran volumen de influencia y un registro de datos avanzado para ofrecer el mejor rendimiento, precisión, facilidad de uso y fiabilidad a un precio asequible.
¿Quiere más detalles? En el siguiente seminario web, Leo Rivera, experto en humedad del suelo, explica por qué hemos dedicado 20 años a crear la nueva línea de sensores TEROS .
Para una mayor precisión, considere una calibración específica del suelo. Los sensores de humedad del suelo de METER miden el contenido volumétrico de agua del suelo midiendo la constante dieléctrica del suelo, que es una fuerte función del contenido de agua. Sin embargo, no todos los suelos tienen las mismas propiedades eléctricas. Debido a las variaciones en la densidad aparente, mineralogía, textura y salinidad del suelo, la calibración mineral genérica para los sensores METER actuales da como resultado una precisión de aproximadamente ± 3 a 4% para la mayoría de los suelos minerales y de aproximadamente ± 5% para los sustratos de crecimiento sin suelo (tierra para macetas, lana mineral, fibra de coco, etc.). Sin embargo, la precisión aumenta a ± 1 a 2% para suelos y sustratos sin suelo con una calibración específica del suelo. METER recomienda que los usuarios de sensores de humedad del suelo realicen una calibración específica del suelo o utilicen nuestro servicio de calibración específica del suelo para obtener la mayor precisión posible en las mediciones del contenido volumétrico de agua.
| TEROS 12 | TEROS 11 | TEROS 10 | EC-5 | 10HS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Medidas | Contenido volumétrico de agua, temperatura, conductividad eléctrica | Contenido volumétrico de agua, temperatura | Contenido volumétrico de agua | Contenido volumétrico de agua | Contenido volumétrico de agua |
| Volumen de influencia | 1010 ml | 1010 ml | 430 ml | 240 ml | 1320 ml |
| Salida de medición | Digital SDI-12 | Digital SDI-12 | Analógico | Analógico | Analógico |
| Vida útil del campo | Más de 10 años | Más de 10 años | Más de 10 años | 3-5 años | 3-5 años |
| Durabilidad | Más alto | Más alto | Más alto | Moderado | Moderado |
| Instalación | Herramienta de instalación de gran precisión | Herramienta de instalación de gran precisión | Herramienta de instalación de gran precisión | Instalación manual | Instalación manual |
Tabla 1. Tabla comparativa de sensores de humedad del suelo
*Elija un sensor de larga duración, como TEROS , si las condiciones del campo suelen ser cálidas y húmedas.
El número de sensores de humedad del suelo instalados en un lugar de investigación puede marcar la diferencia entre demostrar una hipótesis o no hacerlo en absoluto. ¿Cuántos sensores producirán la imagen más completa de la humedad del suelo? No existe una respuesta única para todos los casos. Los objetivos del estudio, los requisitos de precisión, la escala y las características específicas del lugar influyen en el número de sensores necesarios. Además, la humedad del suelo es variable tanto espacial como temporalmente. La comprensión de las fuerzas motrices de esta variabilidad permite a los investigadores saber cómo realizar el muestreo.
Dentro del área de un lugar de estudio, la variabilidad de la humedad del suelo surge de las diferencias en la textura del suelo, la cantidad y el tipo de cubierta vegetal, la topografía, las precipitaciones y otros factores meteorológicos, las prácticas de gestión y las propiedades hidráulicas del suelo (la rapidez con la que el agua se desplaza por el suelo). Los investigadores deben tener en cuenta la variabilidad de las características del paisaje para hacerse una idea del número de puntos de muestreo necesarios para captar la diversidad de la humedad del suelo.
El contenido de agua del suelo también puede variar con el tiempo, cambiando con las precipitaciones, la sequía, el riego y la evapotranspiración, y siguiendo patrones predecibles asociados al clima estacional y a la diversidad de la vegetación (Wilson et al., 2004). Aunque se trata de un concepto fácil de entender, se vuelve más complejo cuando se considera la variabilidad que surge de la interacción entre la dinámica temporal y espacial.
Los siguientes ejemplos utilizan datos simulados para ilustrar los efectos de las diferencias espaciales y temporales en el contenido de humedad del suelo. En el primer ejemplo, se simula el contenido de humedad del suelo para el mismo lugar de estudio en condiciones húmedas y secas y se calculan las funciones de densidad de probabilidad (FDP). Este ejemplo demuestra que los parámetros que describen las PDF de humedad del suelo no son estáticos, sino que cambian con el tiempo en función de las condiciones de humedad del suelo.
En el segundo ejemplo, el contenido de agua del suelo se simula para un único momento en el que las condiciones no eran ni húmedas ni secas. La PDF resultante indica que hay más de una "población" de contenido de humedad del suelo en el lugar de estudio (Figura 11). Esto podría deberse a varios factores. Puede ser que haya zonas con diferentes texturas de suelo (por ejemplo, zonas arenosas más secas y zonas limosas más húmedas), que la zona de estudio incluya topografía baja y laderas adyacentes, o que la zona de estudio tenga distintos tipos de cubierta vegetal.
Los dos sencillos ejemplos anteriores demuestran la compleja naturaleza de la humedad del suelo en el tiempo y el espacio. Ambos ejemplos sugieren que la suposición de normalidad no siempre es válida cuando se trabaja con el contenido de agua del suelo en condiciones de campo (Brocca et al., 2007; Vereecken et al., 2014).
Si el objetivo es determinar el "verdadero" contenido medio de agua en el suelo de una zona de estudio, el plan de muestreo debe tener en cuenta las fuentes de variabilidad descritas anteriormente. Si la zona de estudio presenta colinas y valles, diversos tipos de cubierta de copas y variaciones estacionales de las precipitaciones, los sensores deberán situarse en zonas que representen las principales fuentes de heterogeneidad. Si, por el contrario, el lugar de estudio es bastante homogéneo o el investigador sólo está interesado en el patrón temporal del contenido de agua del suelo (por ejemplo, para la programación del riego), entonces pueden ser necesarios menos sensores de humedad del suelo debido a la autocorrelación temporal en los datos (Brocca et al. 2010; Loescher et al., 2014).
El contenido de agua del suelo es muy dinámico en el tiempo y en el espacio. Captar toda esta dinámica mediante muestreos puntuales requiere mucho trabajo y es difícil, aunque algunos investigadores optan por esta vía. Como en muchas otras áreas de la ciencia medioambiental, algunos de los conocimientos más profundos sobre el comportamiento de la humedad del suelo están surgiendo de estudios que utilizan redes de sensores in situ (Bogena et al., 2010; Brocca et al., 2010). Para la mayoría de las aplicaciones, el uso de mediciones continuas in situ le proporcionará un conocimiento superior del contenido de agua del suelo.
Para profundizar en este tema, lea los artículos que figuran a continuación.
Baroni, G., B. Ortuani, A. Facchi y C. Gandolfi. "El papel de la vegetación y las propiedades del suelo en la variabilidad espacio-temporal de la humedad superficial del suelo en un campo cultivado de maíz". Journal of Hydrology 489 (2013): 148-159. Enlace al artículo.
Brocca, L., F. Melone, T. Moramarco, y R. Morbidelli. "Variabilidad espacio-temporal de la humedad del suelo y su estimación a través de escalas". Water Resources Research 46, no. 2 (2010). Enlace al artículo.
Brocca, L., R. Morbidelli, F. Melone, y T. Moramarco. "Variabilidad espacial de la humedad del suelo en áreas experimentales del centro de Italia". Journal of Hydrology 333, no. 2 (2007): 356-373. Enlace del artículo.
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Los patrones de reposición y uso del agua dan lugar a grandes variaciones espaciales de la humedad del suelo en la profundidad del perfil edáfico. Las mediciones precisas del contenido de agua del perfil son, por tanto, la base de cualquier estudio del balance hídrico. Cuando se controlan con precisión, las mediciones del perfil muestran las tasas de uso del agua, las cantidades de percolación profunda y las cantidades de agua almacenada para uso de las plantas.
Los tres retos más comunes a la hora de realizar mediciones volumétricas de alta calidad del contenido de agua son:
Todas las sondas dieléctricas son más sensibles en la superficie de la sonda. Cualquier pérdida de contacto entre la sonda y el suelo o compactación del suelo en la superficie de la sonda puede provocar grandes errores de medición. El agua estancada en la superficie y que discurre en trayectorias preferentes por los orificios de instalación de la sonda también puede provocar grandes errores de medición.
La instalación de sensores de humedad del suelo siempre implica excavar un poco. ¿Cómo tomar muestras precisas del perfil alterando lo menos posible el suelo? Considere los pros y los contras de cinco estrategias diferentes de muestreo de perfiles.
Las sondas de perfil son una solución integral para medir el contenido de agua de los perfiles. Una sonda instalada en un único orificio puede proporcionar lecturas a muchas profundidades. Las sondas de perfil pueden funcionar bien, pero su correcta instalación puede resultar complicada y las tolerancias son estrechas. Es difícil perforar un único orificio profundo con la precisión suficiente para garantizar el contacto a lo largo de toda la superficie de la sonda. Si se rellena para mejorar el contacto, se producen errores de medición. La sonda de perfil también es especialmente susceptible a los problemas de flujo preferencial por la superficie larga del tubo de acceso. (NOTA: El nuevo TEROS Borehole Installation Tool elimina el flujo preferencial y reduce las molestias en el emplazamiento, al tiempo que le permite instalar sondas a la profundidad que elija).
Instalar sondas a distintas profundidades a través de la pared lateral de una zanja es un método fácil y preciso, pero la excavación real de la zanja supone mucho trabajo. Este método coloca las sondas en suelo inalterado sin problemas de empaquetamiento o flujo preferente de agua. Pero como implica excavación, normalmente sólo se utiliza cuando la zanja se excava por otros motivos o cuando el suelo es tan pedregoso o está tan lleno de grava que no funciona ningún otro método. La zona excavada debe rellenarse y volverse a apisonar hasta alcanzar aproximadamente la misma densidad que el suelo original para evitar efectos indebidos en los bordes.
La instalación de sondas a través de la pared lateral de un solo agujero de barrena tiene muchas de las ventajas del método de zanja sin el equipo pesado. Este método fue utilizado por Bogena et al. con EC-5 sondas. Fabricaron un aparato para instalar sondas a varias profundidades simultáneamente. Al igual que con la instalación en zanja, el agujero debe rellenarse y volverse a rellenar hasta aproximadamente la densidad previa al muestreo para evitar los efectos de borde.
Una perforación de barrena altera las capas del suelo, pero el tamaño relativo del impacto en el emplazamiento es una fracción de lo que sería con una instalación en zanja. Una zanja puede tener entre 60 y 90 cm de largo por 40 cm de ancho. Una instalación de perforación realizada con una pequeña barrena manual y el TEROS Borehole Installation Tool crea un orificio de sólo 10 cm de diámetro, lo que equivale al 2-3% de la superficie de una zanja. Al reducirse al mínimo la alteración del terreno, se alteran menos macroporos, raíces y plantas, y el terreno puede volver a su estado natural mucho más rápidamente. Además, cuando la herramienta de instalación se utiliza dentro de una perforación pequeña, se garantiza un buen contacto entre el suelo y el sensor, y es mucho más fácil separar las capas del horizonte y volver a compactar el suelo a la densidad correcta porque hay menos suelo que separar.
La excavación de un orificio de acceso independiente para cada profundidad garantiza que cada sonda se instale en suelo inalterado en el fondo de su propio orificio. Como con todos los métodos, hay que asegurarse de que no haya un flujo preferente de agua en los orificios rellenados, pero un fallo en un solo orificio no pone en peligro todos los datos, como ocurriría si todas las mediciones se realizaran en un solo orificio.
El principal inconveniente de este método es que hay que cavar un agujero por cada profundidad del perfil. Sin embargo, los agujeros son pequeños, por lo que suelen ser fáciles de excavar.
Es posible medir la humedad del perfil perforando un único agujero, instalando un sensor en el fondo y volviendo a rellenar el agujero, mientras se instalan sensores en el suelo rellenado a la profundidad deseada a medida que se avanza. Sin embargo, debido a que el suelo reempaquetado puede tener una densidad aparente diferente de la que tenía en su estado original y a que el perfil se ha alterado completamente al excavar, mezclar y reempaquetar el suelo, éste es el método menos aconsejable de los analizados. Aún así, una instalación de un solo agujero puede ser totalmente satisfactoria para algunos fines. Si se permite que la instalación se equilibre con el suelo circundante y que las raíces crezcan en el suelo, los cambios relativos en el suelo alterado deberían reflejar los de los alrededores.
Bogena, H. R., A. Weuthen, U. Rosenbaum, J. A. Huisman y H. Vereecken. "SoilNet-Una red de sensores de humedad del suelo basada en Zigbee". En AGU Fall Meeting Abstracts. 2007. Enlace del artículo.
En el siguiente vídeo, el experto en instalación de sensores, Chris Chambers, explica por qué necesita una instalación de sensores de humedad del suelo más inteligente y cómo conseguirlo. Aprenda:
Cuando se trata de medir la humedad del suelo, las alteraciones del terreno son inevitables. Podemos aplacarnos con la idea de que los sensores de suelo nos dirán algo sobre el agua del suelo aunque se haya alterado gran parte del suelo del lugar. O podemos pensar que no importa si las propiedades del suelo cambian alrededor del sensor porque las agujas se insertan en suelo inalterado. Lo cierto es que las alteraciones del terreno son importantes, y hay formas de reducir su impacto en los datos de humedad del suelo. A continuación se analizan las alteraciones del terreno y la forma en que los investigadores pueden ajustar sus técnicas de instalación para combatir la incertidumbre en sus datos.
Durante la instalación de un sensor de humedad del suelo, es importante perturbar lo menos posible el suelo para obtener una medición representativa. Existen métodos sin perturbación, como el satélite, el radar de penetración en el suelo y COSMOS. Sin embargo, estos métodos se enfrentan a retos que los hacen poco prácticos como enfoque único del contenido de agua. El satélite tiene una gran huella, pero generalmente mide los 5 a 10 cm superiores del suelo, y la resolución y la frecuencia de medición son bajas. El radar de penetración en el suelo tiene una gran resolución, pero es caro, y la interpretación de los datos es difícil cuando se desconoce la profundidad del límite inferior. COSMOS es un método de neutrones no invasivo basado en tierra que mide de forma continua y llega más profundo que un satélite en un área de hasta 800 metros de diámetro. Pero su coste es prohibitivo en muchas aplicaciones y es sensible tanto a la vegetación como al suelo, por lo que los investigadores tienen que separar las dos señales. Estos métodos aún no están preparados para desplazar a los sensores de humedad del suelo, pero funcionan bien cuando se utilizan junto con los datos reales sobre el terreno que pueden proporcionar los sensores de humedad del suelo.
Después de alterar un lugar de investigación, el suelo puede tardar hasta seis meses o incluso más en volver a su estado natural. Entre los factores que influyen están las precipitaciones (los climas húmedos vuelven a la "normalidad" más rápido que los climas secos), el tipo de suelo y su densidad. Es habitual que los investigadores ignoren los dos o tres primeros meses de datos mientras esperan a que vuelva el equilibrio. Cuando los investigadores excavan, retiran hierba o plantas maduras y luego las vuelven a colocar. A menudo, estas plantas son difíciles de restablecer, y con una perturbación a gran escala, un número significativo de estas plantas no funcionan bien o mueren. Como estas plantas ya no transpiran agua, se modifica el balance hídrico, lo que puede tener un impacto crítico en los datos de humedad del suelo. Cualquier opción que permita perturbar menos superficie puede reducir la mortalidad de las plantas y mejorar los resultados.
Cuando el suelo se mueve o se compacta, afecta desproporcionadamente a los micro y macroporos, diminutos tubos capilares con una amplia gama de tamaños de poro que dan al suelo su estructura y permiten el movimiento del agua. La alteración del terreno y la compactación del suelo destruyen los macroporos del suelo, haciendo que el agua se mueva más lentamente y por vías diferentes. Esto, a su vez, afecta a la recarga por debajo de la zona alterada. Cualquier opción de instalación que remueva menos suelo minimizará este problema.
Lo contrario de la compactación se produce cuando el suelo se vuelve a compactar con demasiada holgura. Esto provoca un flujo preferente a lo largo de los laterales de una perforación o de la pared de una zanja, lo que permite que entre en la zona más agua de lo normal. Este exceso de agua suele ser absorbido por el suelo inalterado en el que se insertan las agujas del sensor, lo que distorsiona los datos de humedad del suelo. Para combatir este problema, los investigadores deben planificar el tiempo necesario para volver a rellenar cuidadosamente el agujero hasta alcanzar una densidad adecuada. Para ello, se añade tierra y se rellena en capas hasta que se forme un ligero montículo en la superficie para evitar la formación de charcos. Si la superficie es plana, la tierra podría depositarse en una depresión con el tiempo. Los hoyos grandes pueden dar lugar a depresiones de tamaño considerable que recogerán preferentemente el agua y cambiarán la forma en que ésta se infiltra en el suelo alrededor de los sensores.
La mezcla de capas de horizontes del suelo durante el relleno de una fosa de instalación puede cambiar drásticamente las propiedades hidráulicas del suelo. Por ejemplo: si un suelo tiene un horizonte A arenoso y un horizonte B arcilloso, invertir o mezclar las capas tendría consecuencias obvias. Algunas capas del suelo son fáciles de diferenciar, mientras que otros tipos de suelo tienen horizontes difíciles de distinguir. Por esta razón, el suelo debe retirarse cuidadosamente y devolverse por capas, para evitar un cambio en la hidrología del suelo. Los investigadores pueden conseguirlo colocando lonas alrededor de la fosa de instalación y retirando cuidadosamente la tierra, capa por capa, colocándola sobre las lonas en una secuencia. Es fácil confundir estas capas, por lo que resulta útil preparar un método para recordar las capas antes de empezar. Tras la instalación de los sensores, los investigadores deben volver a colocar las capas de tierra en la fosa en orden inverso, volviendo a empaquetar con la densidad correcta entre cada capa.
Excavar una zanja para instalar sensores de humedad del suelo puede destruir grandes sistemas radiculares, especialmente si los investigadores excavan en una zona con arbustos y árboles maduros. Dado que las raíces son el principal mecanismo de depleción de agua en el suelo, cuando mueren, cambia la representatividad de las mediciones de humedad del suelo en toda la zona de investigación. Si mueren todas las raíces cercanas a los sensores, las mediciones pueden sugerir que el agua es más abundante de lo que realmente es. Los investigadores pueden reducir este problema utilizando perforaciones estratégicamente situadas que perturben menos sistemas radiculares.
Una de las ventajas de la excavación de zanjas es que los investigadores pueden ver todo el perfil del suelo, lo que les permite identificar más fácilmente las capas duras, determinar los horizontes y tipos de suelo e identificar la estructura y formación del suelo. Sin embargo, al excavar una zanja grande se extrae una gran cantidad de suelo. Y una vez que todo ese suelo se vuelve a apilar, es probable que muchos macroporos queden aplastados y que ahora exista una discontinuidad hidráulica en el suelo, lo que aumenta la posibilidad de que el agua se desvíe artificialmente de los sensores o se dirija hacia ellos. La situación empeora si un investigador utiliza una retroexcavadora para ahorrar tiempo. Las orugas y las zapatas de la retroexcavadora compactan el suelo, sobre todo si está húmedo, y la cuchara grande arranca las plantas y los sistemas radiculares.
Las sondas de perfil son atractivas porque utilizan perforaciones pequeñas que alteran menos el suelo. Sin embargo, la forma rígidamente recta de una sonda de perfil requiere una pared perfectamente perpendicular para un buen contacto entre el suelo y el sensor. Por desgracia, las paredes de un sondeo rara vez son perfectamente perpendiculares. Hay curvas y hoyos a lo largo de la pared del suelo. Una sonda de perfil de lados rectos rara vez obtiene una buena conectividad, y la instalación suele estar plagada de espacios de aire y flujo preferencial. Los usuarios de sondas de perfil suelen intentar compensarlo rellenando con una lechada espesa de lodo, pero este método también plantea problemas, como la introducción de tierra no autóctona y las imprecisiones causadas por las grietas que se producen al secarse la tierra.
Una perforación altera las capas del suelo, pero el tamaño relativo del impacto en el lugar es una fracción de lo que sería con una instalación en zanja. Una zanja puede tener entre 60 y 90 cm de largo por 40 cm de ancho. Una instalación de sondeo realizada con una pequeña barrena manual y el TEROS Borehole Installation Tool crea un orificio de sólo 10 cm de diámetro, lo que equivale al 2-3% de la superficie de una zanja. Al reducirse al mínimo la alteración del terreno, se alteran menos macroporos, raíces y plantas, y el terreno puede volver a su estado natural mucho más rápidamente. Además, cuando la herramienta de instalación se utiliza dentro de una perforación pequeña, se garantiza un buen contacto entre el suelo y el sensor, y es mucho más fácil separar las capas del horizonte y volver a empaquetar a la densidad correcta del suelo porque hay menos suelo que separar.
La clave para reducir el impacto de la alteración del emplazamiento en los datos de humedad del suelo es controlar la escala de la alteración. La excavación a gran escala afecta a zonas más extensas, mientras que la perforación de un pequeño sondeo tendrá un impacto mucho menor en las plantas circundantes y en las propiedades hidráulicas del suelo, lo que permitirá que el lugar de investigación vuelva a su estado natural a un ritmo mucho más rápido.
Las curvas de liberación de humedad del suelo (también llamadas curvas características del agua del suelo o curvas de retención de agua del suelo) son como huellas dactilares físicas, únicas para cada tipo de suelo. Los investigadores las utilizan para comprender y predecir el destino del agua en un suelo concreto en unas condiciones de humedad específicas. Las curvas de liberación de humedad responden a preguntas críticas como: ¿a qué contenido de humedad se marchitará permanentemente el suelo? ¿Durante cuánto tiempo debo regar? ¿O el agua se drenará rápidamente por el suelo o se retendrá en la zona radicular? Son herramientas poderosas que se utilizan para predecir la absorción de agua por las plantas, el drenaje profundo, la escorrentía y mucho más.
Existe una relación entre el potencial hídrico y el contenido volumétrico de agua que puede ilustrarse mediante un gráfico. Juntos, estos datos crean una curva denominada curva de liberación de humedad del suelo. La forma de una curva de liberación de humedad del suelo es única para cada suelo. Se ve afectada por muchas variables, como la textura del suelo, la densidad aparente, la cantidad de materia orgánica y la composición real de la estructura de los poros.
La figura 13 muestra ejemplos de curvas para tres suelos diferentes. En el eje X aparece el potencial hídrico en escala logarítmica y en el eje Y el contenido volumétrico de agua. Esta relación entre el contenido de agua del suelo y el potencial hídrico (o succión del suelo) permite a los investigadores comprender y predecir la disponibilidad y el movimiento del agua en un determinado tipo de suelo. Por ejemplo, en la Figura 13, se puede ver que el punto de marchitamiento permanente (línea vertical derecha) se producirá con diferentes contenidos de agua para cada tipo de suelo. El suelo franco arenoso fino experimentará un marchitamiento permanente al 5% VWC, mientras que el suelo franco limoso experimentará un marchitamiento permanente a casi el 15% VWC.
Para entender las curvas de liberación de humedad del suelo, es necesario explicar las propiedades extensivas frente a las intensivas. La mayoría de la gente considera la humedad del suelo sólo en términos de una variable: el contenido de agua del suelo. Pero se necesitan dos tipos de variables para describir el estado de la materia o la energía en el medio ambiente. Una variable extensiva describe la extensión (o cantidad) de materia o energía. Y la variable intensiva describe la intensidad (o calidad) de la materia o la energía.
| Variable extensiva | Intensivo Variable |
|---|---|
| Volumen | Densidad |
| Contenido en agua | Potencial hídrico |
| Contenido en calor | Temperatura |
Tabla 1. Ejemplos de variables extensivas e intensivas
El contenido de agua del suelo es una variable extensiva. Describe la cantidad de agua que hay en el medio ambiente. El potencial hídrico del suelo es una variable intensiva. Describe la intensidad o la calidad (y en la mayoría de los casos la disponibilidad) del agua en el medio ambiente. Para entender cómo funciona esto, piense en las variables extensivas frente a las intensivas en términos de calor. El contenido de calor (una variable extensiva) describe la cantidad de calor almacenado en una habitación. La temperatura (una variable intensiva) describe la calidad (nivel de confort) o cómo percibe el cuerpo el calor de esa habitación.
La figura 14 muestra un gran barco en el ártico frente a un bólido que se acaba de calentar en una hoguera. ¿Cuál de estos dos objetos tiene un mayor contenido de calor? Curiosamente, el barco en el Ártico tiene un mayor contenido de calor que la varilla caliente, pero es la varilla la que tiene una temperatura más alta.
Si ponemos la varilla caliente en contacto con el barco, ¿qué variable rige cómo fluirá la energía? La variable intensiva, la temperatura, rige cómo se moverá la energía. El calor siempre se desplaza de una temperatura alta a una temperatura baja.
Al igual que el calor, el contenido de agua del suelo es sólo una cantidad. No nos dirá cómo se va a mover el agua ni el nivel de confort de una planta (agua disponible para la planta). Pero el potencial hídrico del suelo, la variable intensiva, predice la disponibilidad y el movimiento del agua.
Descargar la "Guía completa del investigador sobre el potencial hídrico"
Las curvas de liberación de humedad del suelo pueden realizarse in situ o en el laboratorio. En el campo, el contenido de agua y el potencial hídrico del suelo se controlan mediante sensores de suelo.
Los sensores dieléctricos fáciles y fiables de METER informan de los datos de humedad del suelo casi en tiempo real directamente a través del registrador de datosZL6 a la página cloud (ZENTRA Cloud). Esto ahorra una enorme cantidad de trabajo y gastos. El TEROS 12 mide el contenido de agua y es fácil de instalar con la herramienta de instalación de sondeos TEROS . El TEROS 21 es un sensor de potencial hídrico de campo fácil de instalar.
En el laboratorio, puede combinar METER's HYPROP y WP4C para generar automáticamente curvas completas de liberación de humedad del suelo en todo el rango de humedad del suelo.
Compare las curvas de liberación de humedad en laboratorio e in situ
Una curva de liberación de humedad del suelo une la variable extensiva del contenido volumétrico de agua con la variable intensiva del potencial hídrico. La representación gráfica conjunta de las variables extensiva e intensiva permite a los investigadores y regantes responder a preguntas críticas, como hacia dónde se desplazará el agua del suelo. Por ejemplo, en la Figura 15, si los tres suelos de abajo fueran diferentes capas de horizonte de suelo con un 15% de contenido de agua, el agua de la arena fina limosa empezaría a desplazarse hacia la capa de arena fina limosa porque tiene un potencial hídrico más negativo.
Una curva de liberación de humedad del suelo también puede utilizarse para tomar decisiones sobre el riego, como cuándo abrir el grifo y cuándo cerrarlo. Para ello, los investigadores o regantes deben conocer tanto el contenido volumétrico de agua (VWC) como el potencial hídrico. El VWC indica al agricultor la cantidad de riego que debe aplicar. Y el potencial hídrico muestra la disponibilidad de agua para los cultivos y cuándo dejar de regar. Así es como funciona.
Figura 16. Curvas típicas de liberación de humedad del suelo para tres suelos diferentes Curvas típicas de liberación de humedad del suelo para tres suelos diferentesLa figura 16 muestra curvas típicas de liberación de humedad para un suelo franco arenoso, un suelo franco limoso y un suelo arcilloso. A -100 kPa, el contenido de agua del suelo arenoso es inferior al 10%. Pero en el suelo franco limoso, es aproximadamente del 25%, y en el suelo arcilloso, se acerca al 40%. La capacidad de campo suele estar entre -10 y -30 kPa. Y el punto de marchitamiento permanente es de alrededor de -1500 kPa. Un suelo más seco que este punto de marchitamiento permanente no suministraría agua a una planta. Y el agua de un suelo más húmedo que la capacidad de campo se drenaría del suelo. Un investigador o regante puede consultar estas curvas y ver cuál sería el nivel óptimo de contenido de agua para cada tipo de suelo.
La figura 17 es la misma curva de liberación de humedad que muestra el intervalo de capacidad de campo (líneas verticales verdes), el límite inferior establecido normalmente para un cultivo de regadío (amarillo) y el punto de marchitamiento permanente (rojo). Utilizando estas curvas, un investigador/regante puede ver que el potencial hídrico del suelo limoso debe mantenerse entre -10 y -50 kPa. Y el contenido de agua que corresponde a esos potenciales hídricos indica al regante que los niveles de contenido de agua de la marga limosa deben mantenerse aproximadamente en el 32% (0,32 m3/m3). Los sensores de humedad del suelo pueden alertarle cuando se sitúe por encima o por debajo de ese límite óptimo.
Una vez obtenida la información de una curva de liberación, el registrador de datos de METER ZL6 registrador de datos y ZENTRA Cloud simplifican el proceso de mantenimiento de un nivel de humedad óptimo. Los límites superior e inferior pueden establecerse en ZENTRA cloud , y se muestran como una banda sombreada superpuesta a los datos de humedad del suelo en tiempo casi real (sombreado azul), lo que facilita saber cuándo activar y desactivar el agua. Incluso se envían avisos automáticos cuando esos límites se aproximan o se superan.
Más información sobre cómo mejorar el riego con la humedad del suelo
La colocación de sensores de potencial hídrico y sensores de humedad del suelo in situ añade muchas más curvas de liberación de humedad a la base de conocimientos de un investigador. Y, puesto que lo que más preocupa a los ingenieros geotécnicos y a los científicos especializados en irrigación es el comportamiento in situ de los suelos no saturados, sería ideal añadir mediciones in situ a las curvas obtenidas en laboratorio.
En el seminario web que se muestra a continuación, el Dr. Colin Campbell, científico investigador de METER, resume una ponencia reciente presentada en la Conferencia Panamericana de Suelos no Saturados. La ponencia, "Comparing in situ soil water characteristic curves to those generated in the lab" (Comparación de las curvas características del agua del suelo in situ con las generadas en el laboratorio) de Campbell et al. (2018), ilustra lo bien que se comparan las SWCC generadas in situ utilizando el sensor de potencial mátrico calibrado TEROS 21 y los sensores de contenido de agua METER con las creadas en el laboratorio.
Las curvas de liberación de humedad del suelo pueden proporcionar más información que la que se ofrece en este artículo. Los investigadores las utilizan para comprender muchas cuestiones, como la capacidad de contracción-hundimiento del suelo, la capacidad de intercambio catiónico o la superficie específica del suelo. En el siguiente vídeo, el experto en humedad del suelo Leo Rivera ofrece información más detallada sobre cómo utilizar una curva de liberación de humedad para analizar comportamientos individuales del suelo con respecto al agua.
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Al considerar qué sensor de contenido de agua del suelo funcionará mejor para cualquier aplicación, es fácil pasar por alto la pregunta obvia: ¿qué se está midiendo? La reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) frente a la capacitancia es la pregunta adecuada para un investigador que está analizando la permitividad dieléctrica en un amplio espectro de frecuencias de medición (lo que se denomina espectroscopia dieléctrica). Hay información importante en estos datos, como la capacidad de medir la densidad aparente junto con el contenido de agua y la conductividad eléctrica. Si ésta es la medición deseada, actualmente sólo sirve una tecnología: TDR. La reflectancia del impulso eléctrico que se desplaza por las varillas conductoras contiene una amplia gama de frecuencias. Una vez digitalizadas, estas frecuencias pueden separarse mediante la transformada rápida de Fourier y analizarse para obtener información adicional.
El objetivo de la mayoría de los científicos, sin embargo, es simplemente controlar el contenido de agua del suelo de forma instantánea o a lo largo del tiempo, con una buena precisión, lo que significa que un sistema TDR complejo y costoso puede no ser necesario.
Las técnicas de medición de la humedad del suelo mediante capacitancia y TDR suelen agruparse porque ambas miden la permitividad dieléctrica del medio circundante. De hecho, no es infrecuente que algunas personas las confundan, sugiriendo que una sonda determinada mide el contenido de agua basándose en el TDR cuando en realidad utiliza la capacitancia. A continuación se aclara la diferencia entre ambas técnicas.
La técnica de la capacitancia determina la permitividad dieléctrica de un medio midiendo el tiempo de carga de un condensador, que utiliza ese medio como dieléctrico. Primero definimos una relación entre el tiempo, t, que tarda en cargarse un condensador a partir de una tensión inicial, Vi hasta una tensión Vf con una tensión aplicada, Vf.
donde R es la resistencia en serie y C es la capacitancia. La carga del condensador se ilustra en la figura 1:
Si la resistencia y la relación de tensión se mantienen constantes, entonces el tiempo de carga del condensador, t, está relacionado con la capacitancia según
Para un condensador de placas paralelas, la capacidad es una función de la permitividad dieléctrica(k) del medio entre las placas del condensador y puede calcularse mediante
donde A es el área de las placas y S es la separación entre las placas. Como A y S también son valores fijos, el tiempo de carga en el condensador es una función lineal simple (idealmente) de la permitividad dieléctrica del medio circundante.
Las sondas de suelo no son condensadores de placas paralelas, pero la relación mostrada en la Ecuación 7 es válida sea cual sea la geometría de la placa. La reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) determina la permitividad dieléctrica de un medio midiendo el tiempo que tarda una onda electromagnética en propagarse a lo largo de una línea de transmisión rodeada por el medio. El tiempo de tránsito(t) que tarda un impulso electromagnético en recorrer la longitud de una línea de transmisión y regresar está relacionado con la permitividad dieléctrica del medio, k, mediante la siguiente ecuación
donde L es la longitud de la línea de transmisión y c es la velocidad de la luz (3 x 108 m s en el vacío). Así, la permitividad dieléctrica se calcula
Por lo tanto, el tiempo de propagación de la onda electromagnética a lo largo de la sonda TDR es sólo una función del cuadrado del tiempo de tránsito y un valor fijo(c/2L). Dado que c y L son una constante y una longitud fija, respectivamente, las mediciones TDR son teóricamente menos susceptibles a las condiciones del suelo y del entorno en comparación con los sensores de capacitancia. Sin embargo, la interpretación de la salida del TDR puede ser una fuente considerable de error cuando la alta salinidad disminuye la forma de onda de reflectancia o la temperatura cambia el punto final.
An oscillating voltage must be applied to a TDR or capacitance sensor to measure the reflection or charge time in the medium. The frequency of the oscillation is important because it is widely accepted that low frequencies (<10 MHz) are highly susceptible to changes in salinity and temperature. Because there is no limit on the possible input frequencies for either technique, it is important to verify the frequency of the soil moisture device used.
Los sensores de capacitancia fabricados por METER utilizan altas frecuencias para minimizar los efectos de la salinidad del suelo en las lecturas. Sin embargo, las frecuencias utilizadas son bastante inferiores a las del TDR, normalmente de 50 a 100 MHz. La alta frecuencia de las sondas de capacitancia "ve" toda el agua del suelo, al tiempo que es lo suficientemente alta como para escapar de la mayoría de los errores de la salinidad del suelo presentes en las sondas de capacitancia más antiguas. Los circuitos de los sensores de capacitancia pueden diseñarse para resolver cambios extremadamente pequeños en el contenido volumétrico de agua, hasta el punto de que la NASA utilizó la tecnología de capacitancia para medir el contenido de agua en Marte. Los sensores de capacitancia son más baratos porque no necesitan muchos circuitos, lo que permite realizar más mediciones por dólar.
Al igual que los TDR, los sensores de capacitancia son razonablemente fáciles de instalar. Las puntas de medición suelen ser más cortas que las sondas TDR, por lo que puede resultar menos difícil introducirlas en un orificio. Los sensores de capacitancia suelen necesitar menos energía y pueden durar años en el campo alimentados por una pequeña batería en un registrador de datos.
En resumen, aunque la teoría en la que se basan las mediciones es algo diferente, tanto el TDR como la capacitancia miden la permitividad dieléctrica para obtener el contenido volumétrico de agua. Desde una perspectiva histórica, tanto el TDR como la capacitancia han ganado una amplia aceptación, aunque algunos pueden percibir un mayor valor en el TDR en comparación con la capacitancia debido a la extrema diferencia de precio. En general, pueden obtenerse mediciones razonables del contenido volumétrico de agua con cualquiera de las dos técnicas, y los errores en las mediciones suelen deberse más a métodos de instalación deficientes que a limitaciones de las propias técnicas. El nuevo TEROS Borehole Installation Tool reduce la incertidumbre de los datos al evitar errores en la instalación del sensor de humedad del suelo. Gracias a su ventaja mecánica, la herramienta ofrece una instalación uniforme e impecable en cualquier tipo de suelo (incluso en arcillas duras), al tiempo que minimiza las molestias en el emplazamiento. Los sensores se instalan en línea recta y perpendicular con una presión uniforme y luego se sueltan suavemente para evitar espacios de aire y flujo preferencial. Esto significa que la líneaTEROS de sensores capacitivos de humedad del suelo es capaz de ofrecer más precisión con menos incertidumbre que otros sensores similares del mercado.
Cuando se utilizó por primera vez la tecnología de la capacitancia para medir la humedad del suelo en la década de 1970, los científicos pronto se dieron cuenta de que la rapidez con la que se cargaba y descargaba el campo electromagnético era fundamental para el éxito. Las bajas frecuencias provocaban grandes efectos de la salinidad del suelo en las lecturas. Con el tiempo, estos nuevos conocimientos, combinados con los avances en la velocidad de la electrónica, permitieron ajustar con éxito el enfoque original de la capacitancia. Los sensores de capacitancia modernos, como los sensores METER, utilizan altas frecuencias (70 MHz) para minimizar los efectos de la salinidad del suelo en las lecturas.
Los circuitos de los sensores de capacitancia pueden diseñarse para resolver cambios extremadamente pequeños en el contenido volumétrico de agua, hasta el punto de que la NASA utilizó la tecnología de capacitancia de METER para medir el contenido de agua en Marte. Los sensores capacitivos de humedad del suelo son fáciles de instalar y suelen requerir poca energía. Pueden durar años en el campo alimentados por una pequeña batería en un registrador de datos.
Tanto TEROS como los sensores de humedad del suelo ECH20utilizan la misma tecnología fiable de capacitancia de alta frecuencia (70 MHz) publicada en miles de artículos revisados por expertos. La figura 20 muestra los datos de calibración del ECH205TE y TEROS 12.
Sin embargo, la nueva líneaTEROS aprovecha los avances en técnicas de calibración, una herramienta de instalación y mejores materias primas para producir sensores más duraderos, precisos, fáciles y rápidos de instalar, más consistentes y vinculados a un potente e intuitivo sistema de registro y visualización de datos en tiempo casi real (Figura 21).
Estos son algunos de los cambios que verá en la nueva línea de sensores de contenido de agua TEROS :
Variabilidad mínima de sensor a sensor: los sensoresTEROS 11/12 utilizan un procedimiento de calibración completamente nuevo que maximiza la precisión y minimiza la variabilidad de sensor a sensor, al tiempo que mantiene un coste razonable del sensor. Así que puede estar seguro de que cada sensor que instale va a leer exactamente igual que el siguiente.
Gran volumen de influencia: Los sensores TEROS 11/12 ofrecen un volumen de influencia de un litro (frente a los 200 ml típicos de la mayoría de los sensores).
Rendimiento fiable y duradero del sensor: Las agujas de acero inoxidable de alta calidad y mejor afiladas se deslizan fácilmente incluso en suelos endurecidos, y un relleno de epoxi duradero hace que el sensor dure hasta 10 años en el campo. En el TEROS 12, hemos colocado un sensor de temperatura perfectamente dentro de la aguja central para que las agujas sean robustas, aunque extremadamente sensibles a los cambios de temperatura del suelo.
Reducción de los errores de instalación: El nuevo TEROS Borehole Installation Tool evita errores de instalación y proporciona una inserción uniforme y perfecta en cualquier tipo de suelo (incluso en arcilla dura), al tiempo que minimiza las molestias en el emplazamiento. Los sensores se instalan perfectamente perpendiculares a la pared lateral con una presión uniforme y luego se sueltan suavemente para evitar espacios de aire.
Estándar de verificación: TEROS la repetibilidad del sensor puede comprobarse con un estándar de verificación de precisión. Ningún otro sensor de humedad del suelo tiene esta capacidad. Basta con deslizar el clip de verificación en un sensor y conectarlo a un registrador. Si la lectura está dentro del rango correcto, el sensor está listo para funcionar.
Recogida de datos sin fisuras: Para una recogida de datos sencilla y fiable, combine los sensores de TEROS con el nuevo ZL6en el que todos los datos se transmiten casi en tiempo real a través del cloud.
Hemos creado la nueva línea de sensores TEROS para eliminar las barreras que impiden una buena precisión, como la inconsistencia de la instalación, la variabilidad entre sensores y la verificación de los sensores. Los sensores de humedad del sueloTEROS utilizan la misma tecnología fiable ECH20, pero van más allá de la línea ECH20para optimizar la precisión de todo el conjunto de datos. Combinan una instalación coherente e impecable, una construcción extremadamente robusta, una variabilidad mínima entre sensores, un gran volumen de influencia y un registro de datos avanzado para ofrecer el mejor rendimiento, precisión, facilidad de uso y fiabilidad a un precio asequible.
El objetivo de todo investigador es obtener datos de campo utilizables durante toda la duración de un estudio. Un buen conjunto de datos es el que un científico puede utilizar para sacar conclusiones o aprender algo sobre el comportamiento de los factores ambientales en una aplicación concreta. Sin embargo, como muchos investigadores han descubierto dolorosamente, obtener buenos datos no es tan sencillo como instalar sensores, dejarlos en el campo y volver para encontrar un registro preciso. Quienes no planifican con antelación, comprueban los datos a menudo y solucionan los problemas con regularidad suelen encontrarse con sorpresas desagradables, como cables del registrador de datos desenchufados, cables de sensores dañados por roedores o, peor aún, que no tienen datos suficientes para interpretar sus resultados. Afortunadamente, la mayoría de los contratiempos en la recogida de datos se pueden evitar con un equipo de calidad, un poco de previsión y un poco de preparación.
A continuación se indican algunos errores comunes que se cometen al diseñar un estudio y que cuestan tiempo y dinero y pueden impedir que los datos sean utilizables.
A la hora de diseñar un estudio, utilice las siguientes buenas prácticas para simplificar la recopilación de datos y evitar descuidos que impidan que los datos sean utilizables y, en última instancia, publicables.
Instalar los sensores en el laboratorio antes de salir al campo ayuda al investigador a entender cómo funcionan. Por ejemplo, los científicos pueden tomar lecturas de los sensores de suelo en distintos tipos de suelo, lo que les dará una idea sólida de los valores de humedad del suelo que cabe esperar en distintos escenarios. Conocer los sensores antes de ir al campo ayuda a los investigadores a comprender la instalación correcta, cuánto tiempo puede llevar una instalación y les permite diagnosticar problemas, como un sensor que pueda estar realizando una lectura incorrecta. Durante este tiempo, pueden determinar qué herramientas y equipos necesitarán para la instalación. Disponer de una caja de herramientas especial para la instalación, llena de herramientas importantes como bridas, alicates, rotuladores, linternas y pilas, puede ahorrar horas de viajes de ida y vuelta al lugar de la instalación.
Si un investigador utiliza un registrador de datos que requiere programación, debe aprender el lenguaje de programación con dos semanas de antelación para asegurarse de que entiende cómo escribir programas para el registrador. Incluso un registrador de datos plug-and-play, como el cloud ZL6 necesitará un trabajo de preparación previo a la instalación, como asegurarse de que el lugar de la investigación está dentro del alcance de una torre de telefonía móvil.
Los investigadores deben hacer un plano del emplazamiento con un mapa y recordar que una instalación suele llevar el doble de tiempo de lo que creen. Disponer de un plano del emplazamiento reduce considerablemente los errores humanos, sobre todo cuando se dispone de poco tiempo. Al llegar al lugar de la investigación, los científicos pueden realizar la instalación según el plano y anotar los ajustes en el mapa a medida que avanzan. Este paso ahorra mucho tiempo en el futuro si ellos u otros colegas tienen que encontrar y desenterrar un sensor problemático. También es importante contar con un plan de reserva para lo que pueda salir mal. Por ejemplo, ¿qué pasa si el suelo es demasiado rocoso a cierta profundidad? ¿O qué ocurrirá si no se puede instalar una estación meteorológica o un sensor de humedad a dos metros? Los investigadores tienen que pensar qué hacer si su plan original no va a funcionar porque, a menudo, no podrán volver al lugar durante semanas o meses.
Antes de seleccionar un emplazamiento, los científicos deben definir claramente sus objetivos para la recogida de datos. Tienen que saber qué van a hacer con los datos, para que éstos puedan responder a las preguntas correctas. Una vez definidos los objetivos, el investigador puede empezar a decidir dónde colocar los sensores.
La cuestión más influyente a la que se enfrentará un investigador a la hora de determinar dónde colocar sus sensores es la variabilidad. Por ejemplo, los científicos que estudien el suelo tendrán que comprender factores de variabilidad como la pendiente, el aspecto, el tipo de vegetación, la profundidad, el tipo de suelo y la densidad del suelo. Si estudian un dosel vegetal, tendrán que conocer la heterogeneidad de la cubierta vegetal y desplegarse en consecuencia. Si un investigador está comparando datos, tendrá que ser coherente con la colocación de los sensores. Esto significa que las alturas por encima del suelo o las profundidades por debajo del suelo deben ser coherentes de un sitio a otro. No es posible controlar todas las fuentes de variabilidad, por lo que los investigadores deben controlar las más importantes. Para profundizar en la variabilidad, lea "Sensores de humedad del suelo: ¿Cuántos necesita?".
La elección del emplazamiento también debe ser práctica. Los investigadores necesitarán consultar los datos con la mayor frecuencia posible (recomendamos al menos una vez al mes) para asegurarse de que todo funciona correctamente, por lo que el registrador de datos debe ser accesible. Los registradores de datos móviles facilitan mucho el acceso a los datos, especialmente en lugares remotos. Cargar los datos en cloud significa que los científicos pueden acceder a ellos, compartirlos y solucionar problemas todos los días desde la comodidad de su oficina.
Además, cuando elijas la ubicación del registrador de datos, intenta evitar largos tendidos de cables que puedan provocar gradientes de potencial de tensión en caso de que caiga un rayo. Elija un lugar en el que sea fácil enchufar los sensores y ate con una cremallera el cable adicional al poste para aliviar la tensión y evitar que los cables se salgan del registrador. Los sensores desenchufados o las conexiones rotas pueden ser catastróficos para un estudio.
Cuantos más metadatos registren los investigadores en un lugar de investigación, mejor comprenderán sus datos y más tiempo ahorrarán a largo plazo. Algunos registradores de datos como el ZL6 registran automáticamente metadatos importantes, como la ubicación GPS, la presión barométrica y el número de serie del sensor. Además, las mediciones auxiliares, como la temperatura del suelo o el control del microclima, pueden ser otra fuente de metadatos. Una estación meteorológica "todo en uno" como la ATMOS 41 registra automáticamente los fenómenos meteorológicos y puede ser un medio importante para evaluar comparativamente o sobre el terreno la humedad del suelo, el potencial hídrico u otros datos.
Para documentar la información del lugar no registrada automáticamente por los instrumentos de campo, a muchos científicos les resulta práctico crear una hoja de trabajo compartida de caracterización del lugar que puedan utilizar para informar a otros colegas que trabajen en el lugar. Los metadatos que serán fundamentales para la futura comprensión y publicación de los datos son: tipo de suelo, densidad del suelo, tipos de cobertura, intervalo de medición, datos brutos y tipo de calibración utilizada, notas sobre un sistema de riego (si existe), qué sensores de humedad del suelo están instalados y a qué profundidad, notas sobre por qué se eligió el lugar, acontecimientos que puedan afectar a la recopilación de datos, como una cosecha, o cualquier otra información que pueda ser difícil de recordar al analizar los datos. Esta información será importante cuando llegue el momento de publicarla, y ponerla en un lugar compartido, cloud, le ahorrará quebraderos de cabeza.
Si un científico desea obtener datos precisos, la instalación correcta del sensor debe ser su prioridad número uno. Por ejemplo, al medir en el suelo, las variaciones naturales de densidad pueden provocar una pérdida de precisión del 2 al 3%, pero una mala instalación puede causar una pérdida de precisión superior al 10%. No se necesita mucho tiempo adicional para instalar correctamente los sensores, por lo que los investigadores deben leer atentamente las instrucciones (para obtener información más detallada, lea "Sensores de humedad del suelo: ¿qué método de instalación es el mejor?"). Tras la instalación de los sensores, pero antes de cerrar el agujero de la barrena o la zanja, asegúrese de comprobar los sensores con un ZSCnuestro dispositivo portátil de lectura instantánea, para asegurarse de que la lectura es exacta. Será doloroso desenterrar más tarde un sensor después de haber recogido una temporada de datos erróneos.
Además, asegúrese de etiquetar cada sensor con el tipo de sensor, la profundidad de instalación y otra información que pueda ser importante. Los investigadores que instalan cientos de sensores a veces compran un dispositivo electrónico de etiquetado para poner códigos de barras a los sensores, pero también sirven la cinta adhesiva y un rotulador permanente. Mete las etiquetas dentro del registrador de datos para protegerlas de la intemperie.
Proteger los sensores a toda costa es fundamental para un estudio. Es importante que los investigadores coloquen los cables de los sensores expuestos dentro de una tubería de PVC o un conducto eléctrico flexible y los suban por el poste del registrador de datos unos 60 cm (2 pies). Esto evitará que los roedores o las palas los dañen. Además, ata bien los cables al poste con bridas resistentes a UV, de modo que queden bien sujetos pero sin tirar del registrador de datos (asegúrate de que haya algún tipo de alivio de tensión). Durante las visitas al lugar, también es una buena idea inspeccionar las juntas del registrador de datos para comprobar si hay grietas. Si hay grietas en el sello del registrador de datos, puede que no sea resistente a la intemperie y debe ser reemplazado. Póngase en contacto con el servicio de atención al cliente para obtener una sustitución gratuita.
Además, los investigadores deben comprobar los datos reales con la mayor frecuencia posible para solucionar problemas. Un científico descubrió un error en los datos de su piranómetro al compararlos con los de un sensor cuántico situado a la misma altura. Sólo observando los valores reales descubrió que un pájaro había ensuciado su sensor de radiación solar, inutilizándolo para una parte importante de su estudio. Al final tuvo que calcular los datos a partir del sensor cuántico, que no era tan preciso. La comprobación periódica de los datos evitará problemas que pueden ser perjudiciales para un proyecto de investigación. El nuevo ZENTRA Cloud y ZL6 permiten a los investigadores solucionar problemas y representar gráficamente los datos con una frecuencia tan frecuente como diaria. Sólo dos o tres minutos dedicados a detectar tendencias o descubrir errores pueden ahorrar semanas de datos perdidos.
El sitio ZL6al igual que sus predecesores, promedia los datos. Por tanto, si los investigadores no quieren una media, deberían registrar los datos con más frecuencia. Sin embargo, generar grandes cantidades de datos no favorecerá necesariamente el objetivo. Lo importante es captar y comprender las series temporales que corresponden a la hipótesis de investigación. Si un investigador intenta comprender las tendencias anuales de la humedad del suelo y toma datos cada cinco minutos, va a generar montones de datos que no serán útiles porque la humedad del suelo no cambia mucho cada minuto. Entonces, el investigador se ve obligado a realizar un postprocesado para diluir los datos. Aun así, si el objetivo del estudio es conocer el instante en que el agua empieza a infiltrarse en el suelo, es fundamental capturar datos a intervalos de un minuto o menos. Estos investigadores necesitarán un registrador de datos Campbell Scientific, o uno capaz de activar un evento de lectura basado en el cambio instantáneo. Sin embargo, la mayoría de la gente sobrestima la cantidad de datos que necesita. Cuando se mide la radiación solar, lo más probable es que cada 15 minutos sea suficiente. Para la evapotranspiración, es habitual registrar datos cada media hora. En estos y muchos otros casos, los intervalos de registro cortos, como cada cinco minutos, son probablemente demasiado frecuentes.
Otro paso importante que los investigadores olvidan a menudo es hacer coincidir todas las frecuencias de medición temporal de los registradores de datos. Si un investigador tiene dos registradores de datos que leen cada 15 minutos y otra persona configura un registrador para que lea cada hora, sólo podrá utilizar los datos horarios.
Si un científico descubre un error en los datos, no es necesariamente porque el sensor esté averiado. A menudo, las lecturas interesantes de los sensores cuentan una historia sobre lo que está ocurriendo en el suelo o el medio ambiente. A veces, la interpretación de los datos puede resultar difícil, y los investigadores pueden tener que volver al lugar de los hechos para comprender lo que está ocurriendo realmente. Por ejemplo: en la Figura 22, parece que un sensor de humedad del suelo puede estar roto, sin embargo, cuando el científico investigó más de cerca, descubrió que la evapotranspiración era mayor que la infiltración.
Además, es posible que los investigadores tengan que pensar de forma diferente para interpretar sus datos. Pueden intentar ver los datos de varias formas diferentes. La Figura 23 ilustra la forma temporal tradicional de representar los datos. En la Figura 24, los mismos datos pueden verse de una forma completamente distinta.
Los investigadores también pueden convertir sus datos de contenido de agua en potencial hídrico utilizando una curva de liberación de humedad (véase la Figura 25).
Una vez obtenidos los datos del potencial hídrico, los datos tendrían el siguiente aspecto:
Graficar los mismos datos de tres formas distintas puede poner de manifiesto cuestiones o problemas que un investigador no percibiría con un gráfico temporal tradicional.
Dedicar una pequeña cantidad de tiempo extra a hacer las cosas bien a lo largo de un experimento reporta grandes dividendos en ahorro de tiempo, esfuerzo y dinero. La preparación, la planificación, un objetivo de investigación claramente definido, la selección adecuada del emplazamiento, la instalación, el mantenimiento, los plazos y la correcta interpretación de los datos contribuyen en gran medida a evitar los típicos contratiempos que pueden poner en peligro un proyecto de investigación. ¿El resultado final? Datos que pueden publicarse o utilizarse para tomar decisiones.
En el siguiente vídeo, el Dr. Colin Campbell explica cómo ZENTRA Cloud simplifica el proceso de recopilación de datos y por qué los investigadores no pueden permitirse vivir sin él. A continuación, muestra en directo las funciones de ZENTRA Cloud .
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Sumérjase en el conocimiento de la humedad del suelo. En el siguiente seminario web, el Dr. Colin Campbell explica cómo interpretar datos sorprendentes y problemáticos sobre la humedad del suelo. También enseña qué esperar en diferentes suelos, sitios y situaciones ambientales.
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.
Una mirada en profundidad a siete pasos básicos que querrá tener en cuenta a la hora de configurar su estación meteorológica para obtener datos meteorológicos de la máxima calidad.
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