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¿POR QUÉ MEDIR EL POTENCIAL HÍDRICO?

Un ecologista instaló una extensa red de sensores de humedad del suelo para estudiar el efecto de la orientación de la pendiente en el agua disponible para las plantas. Recogió montones de datos sobre la humedad del suelo, pero al final se sintió frustrado porque no podía saber qué cantidad de agua estaba disponible para las plantas.

No está solo en su frustración. Los sensores de humedad del suelo, precisos y baratos, han hecho de la humedad del suelo una medida justificadamente popular, pero como mucha gente ha descubierto, un buen martillo no convierte todos los problemas de agua del suelo en un clavo. El contenido de agua sólo puede mostrar cuánta agua hay. La conductividad hidráulica muestra la velocidad a la que puede moverse el agua. Pero el potencial hídrico muestra si el agua está disponible para las plantas, si se moverá y adónde irá.

Las variables intensivas no cambian con el tamaño o la situación

Para entender el potencial hídrico y por qué lo necesita, 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 son necesarios 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.

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 1 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 el flujo de energía? La variable intensiva, la temperatura, gobierna cómo se moverá la energía. El calor siempre se mueve de una temperatura alta a una temperatura baja.

Más información sobre variables intensivas y extensivas.

El contenido de agua no predice cómo se mueve el agua

Al igual que el contenido calorífico, el contenido de agua es una cantidad. Es una variable extensiva. Cambia con el tamaño y la situación. Considere las siguientes paradojas:

• Un suelo con un contenido volumétrico de agua bastante bajo puede tener mucha agua disponible para las plantas, y un suelo con un alto contenido de agua puede no tener casi nada de agua disponible para las plantas.
• La gravedad arrastra el agua hacia abajo a través del perfil, pero el agua se mueve hacia arriba en el suelo desde una capa freática.
• Dos parcelas adyacentes de suelo en equilibrio pueden tener un contenido de agua significativamente diferente.

En estos y muchos otros casos, los datos sobre el contenido de agua son confusos porque no predicen cómo se mueve el agua. El potencial hídrico mide el estado energético del agua y, por tanto, explica realidades del movimiento del agua que, de otro modo, desafiarían la intuición. Al igual que la temperatura define el nivel de confort de un ser humano, el potencial hídrico define el nivel de confort de una planta. Si se conoce el potencial hídrico, es posible predecir si las plantas crecerán bien o sufrirán estrés en cualquier entorno.

Cómo el potencial hídrico define el nivel de confort de una planta

El contenido de agua no es un indicador de la "comodidad" de la planta porque la tierra, la arcilla, la arena, la tierra para macetas y otros medios retienen el agua de forma diferente. Imagine una arena con un contenido de agua del 30%. Debido a su escasa superficie, la arena estará demasiado húmeda para el crecimiento óptimo de las plantas, amenazando con una falta de aireación para las raíces y coqueteando con la saturación. Consideremos ahora una arcilla de textura fina con ese mismo 30% de contenido de agua. La arcilla puede parecer sólo húmeda y estar muy por debajo del "confort" óptimo para una planta debido a que la superficie de la arcilla liga el agua y la hace menos disponible para la planta.

Las mediciones del potencial hídrico indican claramente el agua disponible en la planta y, a diferencia del contenido de agua, existe una escala de referencia fácil:el óptimo para la plantava de -2 a 5 kPa, que está en el lado muy húmedo, a aproximadamente -100 kPa, en el extremo más seco del óptimo. Por debajo, las plantas estarán en déficit, y por encima de -1000 kPa empiezan a sufrir. Dependiendo de la planta, los potenciales hídricos por debajo de -1000 a -2000 kPa provocan un marchitamiento permanente. La tabla 1 ilustra la escala de referencia fácil para algunos tipos de cultivos. Las plantas no sufrirán estrés y rendirán más si se mantienen dentro de este rango de confort de potencial hídrico.

La mayoría de las aplicaciones requieren tanto el potencial hídrico como el contenido de agua

Aunque el potencial hídrico es un mejor indicador del agua disponible en la planta que el contenido de agua, en la mayoría de las situaciones resulta útil utilizar tanto sensores de potencial hídrico como sensores de humedad del suelo.

La medición de la intensidad del potencial hídrico no se traduce directamente en la cantidad de agua almacenada o necesaria. La información sobre el contenido de agua también es necesaria en aplicaciones como la gestión del riego y los estudios de balance hídrico. Para más información, lea: "Cuándoregar: las mediciones duales resuelven el misterio".

Ver Potencial del agua 101

En este seminario web, el Dr. Doug Cobos diferencia el potencial hídrico del contenido de agua, analiza la teoría, la aplicación y los componentes clave del potencial hídrico, así como las implicaciones que tiene el potencial hídrico para los investigadores y la gestión del riego.

UNA DEFINICIÓN DEL POTENCIAL HÍDRICO

El potencial hídrico es la energía necesaria, por cantidad de agua, para transportar una cantidad infinitesimal de agua desde la muestra hasta un depósito de referencia de agua pura libre. Para entender lo que esto significa, compare el agua de una muestra de suelo con el agua de un vaso. El agua del vaso está relativamente libre y disponible; el agua del suelo está ligada a superficies diluidas por solutos y bajo presión o tensión. De hecho, 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 energía. El potencial hídrico del suelo expresa cuánta energía habría que gastar para extraer esa agua de la muestra de suelo.

El potencial hídrico del suelo es una propiedad diferencial. Para que la medición tenga sentido, debe especificarse una referencia. La referencia que se suele especificar es agua pura y libre en la superficie del suelo. El potencial hídrico de esta referencia es cero. El potencial hídrico en el medio ambiente es casi siempre inferior a cero, porque hay que añadir energía para sacar el agua.

El potencial hídrico responde a dos preguntas clave

1. Movimiento del agua

El agua siempre fluirá de potencial alto a potencial bajo. Esta es la segunda ley de la termodinámica: la energía fluye a lo largo del gradiente de la variable intensiva. 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 3. Por ejemplo, si el potencial hídrico de un suelo fuera de -50 kPa, el agua se desplazaría hacia -100 kPa, más negativo, para estabilizarse.

2. Disponibilidad de agua para las plantas

El agua líquida se desplaza desde el suelo hasta las raíces y a través de ellas, por el xilema de las plantas, hasta las hojas, y finalmente se evapora en las cavidades subtomáticas de la hoja. La fuerza motriz de este flujo es un gradiente de potencial hídrico. Así, para que el agua fluya, el potencial hídrico de la hoja debe ser inferior al potencial hídrico del suelo. En la figura 4, el suelo está a -0,3 MPa y las raíces son 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. Y la atmósfera, a -100 MPa, es la que impulsa este gradiente.

Los regantes y los científicos utilizan sensores de potencial hídrico junto con sensores de contenido de agua para conocer la disponibilidad de agua de las plantas. En la Figura 5, se puede observar dónde disminuye el contenido de agua y a partir de qué porcentaje las plantas empiezan a estresarse. También es posible reconocer cuándo el suelo tiene demasiada agua: el contenido de agua está por encima de donde los sensores de potencial hídrico empiezan a detectar el estrés de las plantas. Con esta información, los investigadores pueden identificar el rango óptimo para las plantas entre el 12% y el 17% de contenido volumétrico de agua. Todo lo que esté por debajo o por encima de ese rango será poca o demasiada agua.

Para saber más sobre cómo el potencial hídrico del suelo indica la disponibilidad de agua para las plantas, lea "Cuándoregar: Las mediciones duales resuelven el misterio".

Nombres, rangos y unidades del potencial hídrico

La figura 6 ilustra que existen diferentes instrumentos de potencial hídrico que miden diferentes rangos. Vea el vídeo para comprobar cómo puede combinar los instrumentos de METER LABROS para medir el rango completo del potencial hídrico del suelo. Obtenga más información sobre cómo medir el potencial hídrico y qué instrumentos se utilizan para cada fin aquí.

El potencial hídrico suele denominarse tensión del agua, succión del suelo y presión del agua de los poros del suelo. Normalmente utilizamos unidades de presión para describir el potencial hídrico del suelo, como megapascales (MPa), kilopascales (kPa), bares y metros (_mH2O), centímetros (_cmH2O) o milímetros de agua (_mmH2O).

En realidad, el potencial del agua se mide en energía por unidad de masa, por lo que las unidades oficiales deberían ser julios por kilogramo, pero si se tiene en cuenta la densidad del agua, las unidades pasan a ser kilopascales, por lo que normalmente lo describimos utilizando unidades de presión.

Componentes del potencial hídrico

El potencial hídrico total es la suma de cuatro componentes diferentes.

• Potencial mátrico: La unión del agua a las superficies
• Potencial osmótico: Unión a solutos en el agua
• Potencial gravitatorio: Posición del agua en un campo gravitatorio.
• Potencial de presión: Presión hidrostática o neumática sobre el agua.

Cómo calcular el potencial hídrico

El potencial hídrico del suelo es la suma de cuatro componentes diferentes: el potencial gravitacional + el potencial mátrico + el potencial de presión + el potencial osmótico (Ecuación 1).

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 7, 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 y el agua se adhiere más fuertemente a las partículas del suelo a medida que disminuye el potencial mátrico.

Potencial de matrícula

El potencial mátrico surge porque el agua es atraída por la mayoría de las superficies mediante enlaces de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals. El suelo está formado por pequeñas partículas, lo que proporciona muchas superficies a las que se une el agua. Esta unión depende en gran medida del tipo de suelo. Por ejemplo, un suelo arenoso tiene partículas grandes que proporcionan menos superficies de unión, mientras que un suelo limoso tiene partículas más pequeñas y más superficies de unión.

Vea el siguiente vídeo para visualizar el potencial mátrico en acción.

La siguiente figura, que muestra las curvas de liberación de humedad de tres tipos diferentes de suelo, demuestra el efecto de la superficie. La arena, que contiene un 10% de agua, tiene un alto potencial mátrico y el agua está fácilmente disponible para organismos y plantas. El suelo limoso, que contiene un 10% de agua, tendrá un potencial mátrico mucho menor y el agua estará mucho menos disponible.

El potencial mátrico es siempre negativo o cero y es el componente más significativo del potencial hídrico del suelo en condiciones no saturadas.

Obtenga más información sobre las curvas de liberación de humedad y la relación entre el potencial hídrico del suelo y el contenido de agua del suelo aquí.

Tanto los tensiómetros como el TEROS 21 son sensores del potencial hídrico del suelo que miden el potencial mátrico en el campo. Para saber qué sensor de potencial hídrico en campo es el adecuado para su aplicación, lea"¿Qué sensor de suelo es perfecto para usted?".

Potencial osmótico

El potencial osmótico describe la dilución y la unión del agua por solutos disueltos en ella. Este potencial también es siempre negativo.

El potencial osmótico sólo afecta al sistema si existe una barrera semipermeable que bloquee el paso de solutos. Esto es bastante común en la naturaleza. Por ejemplo, las raíces de las plantas dejan pasar el agua pero bloquean la mayoría de los solutos. Las membranas celulares también forman una barrera semipermeable. Un ejemplo menos evidente es la interfase aire-agua, en la que el agua puede pasar al aire en fase vapor, pero las sales se quedan atrás.

Puedes calcular el potencial osmótico a partir de la siguiente ecuación si conoces la concentración de soluto en el agua

Donde C es la concentración de soluto (mol/kg), ɸ es el coeficiente osmótico (-0,9 a 1 para la mayoría de los solutos), v es el número de iones por mol (NaCl= 2, _CaCl2 = 3, sacarosa = 1), R es la constante de los gases y T es la temperatura Kelvin.

El potencial osmótico es siempre negativo o nulo y es significativo en las plantas y en algunos suelos afectados por la sal.

Potencial gravitatorio

El potencial gravitatorio surge debido a la ubicación del agua en un campo gravitatorio. Puede ser positivo o negativo, dependiendo de dónde se encuentre en relación con la referencia especificada de agua pura y libre en la superficie del suelo. El potencial gravitatorio es entonces

Donde G es la constante gravitatoria (9,8 m ^s-2) y H es la distancia vertical desde la altura de referencia hasta la superficie del suelo (la altura especificada).

Potencial de presión

El potencial de presión es una presión hidrostática o neumática que se aplica al agua o que tira de ella. Es un efecto más macroscópico que actúa en una región más amplia del sistema.

Existen varios ejemplos de potencial de presión positiva en el entorno natural. Por ejemplo, hay una presión positiva presente bajo la superficie de cualquier agua subterránea. Usted mismo puede sentir esta presión cuando se sumerge en un lago o piscina. Del mismo modo, se desarrolla una cabeza de presión o potencial de presión positiva a medida que se desciende por debajo del nivel freático. La presión de turgencia en las plantas y la presión sanguínea en los animales son otros dos ejemplos de potencial de presión positiva.

El potencial de presión puede calcularse a partir de

Donde P es la presión (_Pa) y _PW es la densidad del agua.

Aunque el potencial de presión suele ser positivo, hay casos importantes en los que no lo es. Uno de ellos se da en las plantas, donde un potencial de presión negativo en el xilema extrae agua del suelo a través de las raíces hasta las hojas.

Potencial hídrico y humedad relativa

El potencial hídrico y la humedad relativa se relacionan mediante la ecuación de Kelvin. Si conoces la temperatura y la humedad, puedes calcular el potencial hídrico mediante esta ecuación

Donde Ψ es el potencial del agua (MPa), _HR es la humedad relativa (sin unidades), R es la constante universal de los gases (8,3143 J ^mol-1 K ^-1), _MW es la masa del agua (18,02 g/mol) y T es la temperatura Kelvin.

¿Qué es el potencial hídrico? Puntos a recordar

Potencial hídrico:

• Describe el estado energético del agua en el medio ambiente
• Define la disponibilidad de agua para los organismos

Puntos clave:

• El agua siempre fluirá de alto potencial a bajo potencial
• Esta es la segunda ley de la termodinámica: la energía fluye a lo largo del gradiente de la variable intensiva

Aquí encontrará más respuestas a la pregunta "¿Qué es el potencial hídrico? Volver a la página principal sobre el potencial hídrico o Hable con un experto sobre el uso del potencial hídrico en su aplicación.

Referencias sobre el potencial hídrico del suelo para estudios posteriores

Kirkham, Mary Beth. Principios de las relaciones hídricas del suelo y las plantas. Academic Press, 2014. Enlace al libro

Taylor, Sterling A., y Gaylen L. Ashcroft. Edafología física. La física de los suelos regados y no regados. 1972. Enlace al libro

Hillel, Daniel. Fundamentos de física del suelo. Academic press, 2013. Enlace del libro

Dane, Jacob H., G. C. Topp y Gaylon S. Campbell. Métodos físicos de análisis de suelos. No. 631.41 S63/4. 2002.

Ver Potencial de Agua 201

El seminario web del Dr. Colin Campbell "Potencial hídrico 201: Elegir el instrumento adecuado" trata sobre la teoría de los instrumentos de potencial hídrico, incluidos los retos de la medición del potencial hídrico y cómo elegir y utilizar diversos instrumentos de potencial hídrico.

¿QUÉ MÉTODO DE POTENCIAL HÍDRICO LE CONVIENE?

Básicamente, sólo existen dos métodos principales de medición delpotencial hídrico: los tensiómetrosy los métodos de presión de vapor. Los tensiómetros trabajan en el rango húmedo:los tensiómetros especiales que retardan el punto de ebullición del agua tienen un rango de 0 a aproximadamente -0,2 MPa. Los métodos de presión de vapor funcionan en seco, entre -0,1 MPa y -300 MPa (0,1 MPa equivale a 99,93% de HR; -300 MPa equivale a 11%).

Históricamente, estos rangos no se solapaban, pero los recientes avances en la tecnología de tensiómetros y sensores de temperatura han cambiado esta situación. Ahora, un usuario experto con métodos excelentes y el mejor equipo puede medir toda la gama de potenciales hídricos en el laboratorio.

Sin embargo, hay razones para buscar métodos de medición secundarios. Los métodos de presión de vapor no son útiles in situ, y la precisión del tensiómetro debe pagarse con un mantenimiento constante y cuidadoso (aunque existe una versión autollenable del tensiómetro).

Además, existen métodos tradicionales como los bloques de yeso, las placas de presión y el papel de filtro que deben conocerse. En esta sección se describen brevemente los puntos fuertes y las limitaciones de cada método.

Placas de presión

La placa de presión fue introducida en la década de 1930 por L.A. Richards. En realidad, no mide el potencial hídrico de una muestra. En su lugar, lleva la muestra a un potencial hídrico específico aplicando presión a la muestra y permitiendo que el exceso de agua fluya a través de una placa de cerámica porosa. Cuando la muestra alcanza el equilibrio, su potencial hídrico es equivalente a la presión aplicada.

Las placas de presión suelen utilizarse para realizar curvas características de la humedad del suelo. Una vez que las muestras de suelo alcanzan un potencial hídrico específico bajo presión, el investigador puede retirar la muestra de la placa y secarla para medir su contenido de agua. Se puede producir una característica de humedad del suelo realizando estas mediciones a diferentes presiones en el aparato de placa de presión.

La precisión de las placas de presión es importante, porque a menudo se utilizan para calibrar otros métodos de medición secundarios.

Las placas de presión tienen problemas de equilibrio

Para realizar una curva precisa de liberación de humedad con una placa de presión, hay que asegurarse de que la muestra ha alcanzado completamente el equilibrio a la presión designada. Varios revisores, incluyendo Gee et. al (2002), Cresswell et. al (2008), y Bittelli y Flury (2009) han señalado problemas con esta suposición.

Los errores, especialmente con potenciales hídricos bajos, pueden deberse a la obstrucción de los poros de la cerámica de la placa de presión, a la restricción del flujo dentro de la muestra, a la pérdida de contacto hidráulico entre la placa y el suelo debido a la contracción del suelo y a la reabsorción de agua cuando se libera la presión sobre la placa. A bajos potenciales hídricos, las bajas conductividades hidráulicas pueden hacer que el equilibrio tarde semanas o incluso meses. Gee et al (2002) midieron los potenciales hídricos de muestras equilibradas durante 9 días en placas de 15 bares de presión y descubrieron que estaban a -0,5 MPa en lugar de los -1,5 MPa esperados. Especialmente cuando se construye una curva de liberación de humedad para estimar la conductividad hidráulica y determinar el agua disponible de la planta, las mediciones de la placa de presión a potenciales inferiores a -0,1 MPa (-1 bar) pueden causar un error significativo (Bittelli y Flury, 2009).

Además, Baker y Frydman (2009) establecen teóricamente que la matriz del suelo drenaría de forma diferente bajo una presión positiva que bajo succión. Postulan que los contenidos de agua de equilibrio alcanzados mediante succión serán significativamente diferentes de los que se producen en condiciones naturales. Las pruebas anecdóticas parecen apoyar esta idea, aunque es necesario realizar más pruebas. En última instancia, las placas de presión pueden tener suficiente precisión en el rango húmedo (0 a -0,5 MPa) para algunas aplicaciones, pero otros métodos pueden proporcionar una mayor precisión, lo que puede ser especialmente importante cuando se utilizan los datos para la modelización o la calibración.

Métodos de presión de vapor

El higrómetro de punto de rocíoWP4C es uno de los pocos instrumentos disponibles en el mercado que utiliza actualmente esta técnica. Al igual que los psicrómetros de termopar tradicionales, el higrómetro de punto de rocío equilibra una muestra en una cámara sellada.

En la cámara se enfría un pequeño espejo hasta que empieza a formarse rocío. En el punto de rocío, el WP4C mide las temperaturas del espejo y de la muestra con una precisión de 0,001◦C para determinar la humedad relativa del vapor sobre la muestra.

Ventajas

La versión más actual de este higrómetro de punto de rocío tiene una precisión de ±1% de -5 a -300 MPa y también es relativamente fácil de usar. Muchos tipos de muestras pueden analizarse en cinco o diez minutos, aunque las muestras húmedas tardan más.

Limitaciones

Con potenciales de agua elevados, las diferencias de temperatura entre la presión de vapor saturado y la presión de vapor en el interior de la cámara de muestras llegan a ser insignificantes.

Las limitaciones de la resolución de la medición de la temperatura hacen que los métodos de presión de vapor probablemente nunca suplanten a los tensiómetros.

El higrómetro de punto de rocío tiene un rango de -0,1 a -300 MPa, aunque pueden realizarse lecturas por encima de -0,1 MPa utilizando técnicas especiales. Los tensiómetros siguen siendo la mejor opción para lecturas en el rango de 0 a -0,1 MPa.

Tensiómetros y la técnica Wind/Schindler

El HYPROP es un instrumento de laboratorio único que utiliza el método de evaporación Wind/Schindler para realizar curvas de liberación de humedad en suelos con potenciales hídricos en el rango del tensiómetro.

Hyprop utiliza dos minitensiómetros de precisión para medir el potencial hídrico en diferentes niveles dentro de una muestra de suelo saturada de 250 ^cm3 mientras la muestra reposa en una balanza de laboratorio. Con el tiempo, la muestra se seca y el instrumento mide simultáneamente los cambios en el potencial hídrico y en el peso de la muestra. Calcula el contenido de humedad a partir de las mediciones de peso y representa gráficamente los cambios en el potencial hídrico correlacionados con los cambios en el contenido de humedad.

Se verifican los resultados y se calculan los valores para el rango seco y la saturación según un modelo seleccionado (es decir, van Genuchten/Mualem, van Genuchten/Mualem bimodal o Brooks y Corey).

Ventajas

Hyprop tiene una gran precisión y produce una curva completa de liberación de humedad en el rango húmedo. La curva tarda de tres a cinco días en completarse, pero el instrumento funciona sin supervisión.

Limitaciones

Hypropestá limitado por el rango de los tensiómetros, aunque los minitensiómetros se han utilizado para medir más allá de -250 kPa (-0,25 MPa) debido a su característica de retardo de ebullición.

Por debajo de -250 kPa, los tensiómetros cavitan. Los usuarios avanzados tienen la opción de añadir un punto final a la curva en el punto de entrada de aire de la copa cerámica del tensiómetro (-880 kPa; -0,88 MPa).

Tensiómetros

El potencial hídrico, por definición, es una medida de la diferencia de energía potencial entre el agua de una muestra y el agua de una piscina de referencia de agua pura y libre. El tensiómetro es una actualización de esta definición.

El tubo del tensiómetro contiene un depósito de agua libre (teóricamente) pura. Este depósito está conectado (a través de una membrana permeable) a una muestra de suelo. Gracias a la segunda ley de la termodinámica, el agua se desplaza del depósito al suelo hasta que su energía es igual a ambos lados de la membrana. Esto crea un vacío en el tubo. El tensiómetro utiliza un manómetro negativo (un vacuómetro) para medir la fuerza de ese vacío y describe el potencial hídrico en términos de presión.

Ventajas

Los tensiómetros son probablemente el tipo más antiguo de instrumento de potencial hídrico (el concepto inicial se remonta al menos a Livingston en 1908), pero pueden seguir siendo bastante útiles. De hecho, en el rango húmedo, un tensiómetro de alta calidad, utilizado con habilidad, puede tener una precisión excelente.

Limitaciones

El alcance del tensiómetro está limitado por la capacidad del agua del interior del tubo para soportar el vacío. Aunque el agua es esencialmente incompresible, las discontinuidades en la superficie del agua, como los bordes o la arenilla, proporcionan puntos de nucleación en los que se rompen los fuertes enlaces del agua y se produce la cavitación (ebullición a baja presión). La mayoría de los tensiómetros cavitan en torno a -80 kPa, justo en el centro del rango disponible en planta.

Sin embargo, METER Group Ag, en Alemania, fabrica tensiómetros que son clásicos modernos gracias a la precisión de la ingeniería alemana, una construcción meticulosa y una atención fanática a los detalles. Estos tensiómetros tienen una precisión increíble y un rango que (con un operador cuidadoso) puede extenderse hasta -250 kPa.

Métodos secundarios: aprovechar la característica de humedad

El contenido de agua suele ser más fácil de medir que el potencial hídrico y, puesto que ambos valores están relacionados, es posible utilizar una medición del contenido de agua para hallar el potencial hídrico.

Un gráfico que muestra cómo cambia el potencial hídrico a medida que el agua se adsorbe y desorbe de una matriz de suelo específica se denomina curva característica de humedad o curva de liberación de humedad.

Cada matriz que puede retener agua tiene una característica de humedad única, tan única y distintiva como una huella dactilar. En los suelos, incluso las pequeñas diferencias de composición y textura tienen un efecto significativo en la característica de humedad.

Algunos investigadores desarrollan una característica de humedad para un tipo de suelo específico y la utilizan para determinar el potencial hídrico a partir de las lecturas del contenido de agua. Los sensores de potencial mátrico adoptan un enfoque más sencillo aprovechando la segunda ley de la termodinámica.

Sensores de potencial mátrico

Los sensores de potencial mátrico utilizan un material poroso con características de humedad conocidas. Dado que todos los sistemas energéticos tienden al equilibrio, el material poroso alcanzará el equilibrio de potencial hídrico con el suelo que lo rodea.

Utilizando la característica de humedad del material poroso, se puede medir el contenido de agua del material poroso y determinar el potencial hídrico tanto del material poroso como del suelo circundante. Los sensores de potencial mátrico utilizan una variedad de materiales porosos y varios métodos diferentes para determinar el contenido de agua.

La precisión depende de la calibración personalizada

En el mejor de los casos, los sensores de potencial mátrico tienen una precisión buena, pero no excelente. En el peor de los casos, el método sólo puede indicar si el suelo se está humedeciendo o secando. La precisión de un sensor depende de la calidad de la característica de humedad desarrollada para el material poroso y de la uniformidad del material utilizado. Para obtener una buena precisión, el material específico utilizado debe calibrarse mediante un método de medición primario. La sensibilidad de este método depende de la rapidez con la que cambia el contenido de agua al variar el potencial hídrico. La precisión viene determinada por la calidad de la medición del contenido de humedad.

La precisión también puede verse afectada por la sensibilidad a la temperatura. Este método se basa en condiciones isotérmicas, que pueden ser difíciles de alcanzar. Las diferencias de temperatura entre el sensor y el suelo pueden provocar errores significativos.

Alcance limitado

Todos los sensores de potencial mátrico están limitados por la conductividad hidráulica: a medida que el suelo se seca, el material poroso tarda más en equilibrarse. El cambio en el contenido de agua también se vuelve pequeño y difícil de medir. En el extremo húmedo, el alcance del sensor está limitado por el potencial de entrada de aire del material poroso utilizado.

Papel de filtro

El método del papel de filtro fue desarrollado en la década de 1930 por edafólogos como alternativa a los métodos entonces disponibles. Se utiliza un tipo específico de papel de filtro (Whitman nº 42 sin cenizas) como medio poroso. Las muestras se equilibran con el medio de papel de filtro. Las muestras se equilibran con el papel de filtro en una cámara sellada a temperatura constante. El contenido gravimétrico de agua del papel de filtro se determina utilizando un horno de secado, y el potencial hídrico se deduce de la curva característica de humedad predeterminada del papel de filtro. Deka et al. (1995) descubrieron que se necesitaban al menos 6 días para un equilibrio completo.

Gama

Se acepta comúnmente que el rango del papel de filtro es de hasta -100 MPa si se deja equilibrar completamente. Sin embargo, como se ha ilustrado, los errores debidos a los gradientes de temperatura son excepcionalmente grandes con potenciales de agua cercanos a cero.

Este método es barato y sencillo, pero no es preciso. Requiere condiciones isotérmicas, que pueden ser difíciles de conseguir. Pequeñas variaciones de temperatura pueden causar errores significativos.

Sensores de potencial de matrícula disponibles en el mercado

Paneles de yeso: baratos y sencillos

Los bloques de yeso se utilizan a menudo como indicadores sencillos de eventos de riego. Los bloques de yeso miden la resistencia eléctrica de un bloque de yeso cuando responde a cambios en el suelo circundante. La resistencia eléctrica es proporcional al potencial hídrico.

Ventajas

Los paneles de yeso son increíblemente baratos y bastante fáciles de usar.

Desventajas

Las lecturas dependen de la temperatura y tienen una precisión muy baja. Además, el yeso se disuelve con el tiempo, especialmente en suelos salinos, y pierde sus propiedades de calibración. Los bloques de yeso indican si el suelo está húmedo o seco, pero no mucho más.

Sensores granulares de matrícula: fáciles y baratos, pero de precisión limitada

Al igual que los bloques de yeso, los sensores de matrices granulares miden la resistencia eléctrica en un medio poroso. En lugar de yeso, utilizan cuarzo granular rodeado de una membrana sintética y una malla protectora de acero inoxidable.

Ventajas

En comparación con los bloques de yeso, los sensores de matrices granulares duran más y funcionan en condiciones de suelo más húmedo. El rendimiento puede mejorarse midiendo y compensando las variaciones de temperatura.

Desventajas

Las mediciones dependen de la temperatura y su precisión es baja. Además, incluso con un buen contacto entre el suelo y el sensor, los sensores de matrices granulares tienen problemas de rehumectación después de haberse equilibrado a condiciones muy secas porque el agua tiene una capacidad reducida de entrar en el medio grueso de la matriz granular desde un suelo fino. El alcance está limitado en el extremo húmedo por el potencial de entrada de aire de la matriz. Los sensores de matriz granular sólo pueden empezar a medir el contenido/potencial de agua cuando los poros más grandes de la matriz empiezan a drenar. Además, estos sensores utilizan un gránulo de yeso que se disuelve con el tiempo, por lo que su estabilidad a largo plazo es escasa.

Sensores cerámicos

Los sensores cerámicos utilizan un disco cerámico como medio poroso. La calidad del sensor depende de las cualidades específicas de la cerámica.

La precisión está limitada por el hecho de que cada disco tiene una característica de humedad algo única. La uniformidad del material cerámico proporciona una mayor precisión, pero limita considerablemente el alcance. La calibración personalizada de cada sensor individual mejora drásticamente la precisión, pero lleva mucho tiempo. Las recientes innovaciones en la técnica de calibración pueden ofrecer mejores opciones de calibración comercial.

El alcance está limitado en el extremo húmedo por el potencial de entrada de aire de la cerámica. Los sensores basados en cerámica sólo pueden empezar a medir el contenido/potencial de agua cuando los poros más grandes de la cerámica empiezan a drenar. En el extremo seco, el alcance está limitado por la porosidad total contenida en los poros pequeños que drenan a potenciales de agua bajos.

De dos tipos:

Sensor de disipación de calor

El sensor de disipación térmica mide el contenido de humedad de la cerámica midiendo su conductividad térmica. Utilizando un cilindro cerámico que contiene un calentador y un termopar, mide la temperatura de referencia, calienta durante unos segundos y, a continuación, mide el cambio de temperatura. Trazando el cambio de temperatura frente al tiempo logarítmico, determina el contenido de humedad de la cerámica. El contenido de humedad se traduce en potencial hídrico utilizando la característica de humedad del disco cerámico. Tenga en cuenta que debido a que el sensor se calienta, debe ser alimentado por un sistema con grandes reservas de energía (por ejemplo, registrador de datos Campbell Scientific o equivalente).

Precisión

A menos que se calibre individualmente a medida, el sensor de disipación de calor sólo tiene una precisión moderada.

Gama

En el extremo muy seco, hay mucha sensibilidad en la curva de conductividad térmica, lo que confiere a los sensores de disipación de calor una gran utilidad en el rango seco (-1 a -50 mPa). En el extremo húmedo, el sensor de disipación térmica está limitado por el potencial de entrada de aire de la cerámica.

Sensor de potencial dieléctrico

Los sensores de potencial dieléctrico miden la capacidad de almacenamiento de carga de un disco cerámico para determinar su contenido de agua. A continuación, utilizan la característica de humedad del disco para convertir el contenido de agua en potencial hídrico.

Como utilizan una técnica dieléctrica, los sensores son muy sensibles a los pequeños cambios en el agua. Como todos los sensores basados en cerámica, los sensores de potencial mátrico requieren una calibración personalizada para obtener una buena precisión.

Ventajas

Los sensores de potencial dieléctrico matricial son de bajo consumo y no requieren mantenimiento.

Desventajas

Sin calibración, los sensores tienen una precisión de sólo ±40% de la lectura. Sin embargo, una versión reciente del sensor, calibrada a medida, promete una precisión de ±10% de la lectura.

Más recursos sobre cómo medir el potencial hídrico

1. Gee, Glendon W., Anderson L. Ward, Z. F. Zhang, Gaylon S. Campbell y J. Mathison. "La influencia del desequilibrio hidráulico en los datos de la placa de presión". Vadose Zone Journal 1, no. 1 (2002): 172-178.
2. Cresswell, H. P., T. W. Green, y N. J. McKenzie. "La adecuación de los aparatos de placas de presión para determinar la retención de agua del suelo". Soil Science Society of America Journal 72, no. 1 (2008): 41-49.
3. Bittelli, Marco, y Markus Flury. "Errores en las curvas de retención de agua determinadas con placas de presión". Soil Science Society of America Journal 73, no. 5 (2009): 1453-1460.
4. Baker, Rafael, y Sam Frydman. "Mecánica de suelos no saturados: Revisión crítica de los fundamentos físicos". Engineering Geology 106, no. 1 (2009): 26-39. Enlace al artículo.
5. Deka, R. N., M. Wairiu, P. W. Mtakwa, C. E. Mullins, E. M. Veenendaal y J. Townend. "Uso y precisión de la técnica del papel de filtro para la medición del potencial mátrico del suelo". European Journal of Soil Science 46, no. 2 (1995): 233-238. Enlace del artículo.

Vigilar el potencial hídrico 301

Leo Rivera enseña las habilidades necesarias para crear una curva característica suelo-agua con datos de tensiómetro de extremo húmedo (HYPROP) y datos del punto de rocío del extremo seco (WP4C) que realmente coinciden en el centro.

Estas técnicas permiten a los investigadores llevar sus instrumentos más allá de sus especificaciones. Infórmese sobre los problemas que rodean a estas mediciones, incluidos los efectos de la histéresis y los cambios en los métodos de preparación de muestras necesarios cuando se pasa a la gama húmeda.

POTENCIAL HÍDRICO EN ACCIÓN

Curvas de liberación de humedad del suelo

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.

¿Qué es una curva de liberación de humedad del suelo?

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 porosa, y estas variables difieren de un lugar a otro y de un suelo a otro.

La figura 9 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 1, 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.

¿De dónde proceden los datos de la curva de liberación de humedad?

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

Cómo utilizar una curva de liberación de humedad del suelo

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 10, si los tres suelos de abajo fueran diferentes capas de horizonte de suelo con un contenido de agua del 15%, 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.

La figura 11 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 12 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.

ZENTRA lo simplifica todo

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 (obtenga una demostración en vivo), y se muestran como una banda sombreada superpuesta sobre 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

Curvas de laboratorio: ahora más fáciles que nunca

Hace 15-20 años, se tardaba meses en obtener una curva completa y detallada de liberación de humedad del suelo en el laboratorio, pero hemos avanzado mucho desde entonces. ¿Por qué?

Las curvas de liberación de humedad siempre han tenido dos zonas débiles: un intervalo de datos limitados entre 0 y -100 kPa y un vacío entre -100 kPa y -1000 kPa en el que ningún instrumento podía realizar mediciones precisas. Entre 0 y -100 kPa, el suelo pierde la mitad o más de su contenido de agua. El uso de placas de presión para crear puntos de datos para esta sección de una curva de liberación de humedad significaba que la curva se basaba en sólo cinco puntos de datos.

Y luego está la diferencia. Las lecturas más bajas del tensiómetro se cortaban en -0,085 MPa, mientras que históricamente el rango más alto del medidor de potencial hídrico WP4 apenas llegaba a -1 MPa. Eso dejaba un hueco en la curva justo en medio del rango disponible para la planta.

En 2008, METER Group AG de Alemania lanzó el HYPROP, un instrumento capaz de producir más de 100 puntos de datos en el rango de 0 a -0,1 MPa. Esto resolvió el problema de la resolución con más de 20 veces los datos detrás de esa sección de la curva.

En 2010, METER Group lanzó el medidor de potencial hídrico rediseñado WP4C . Gracias a las mejoras significativas en la precisión y el alcance, el WP4C ahora puede realizar buenas lecturas hasta el rango del tensiómetro. El uso de HYPROP con el rediseñado WP4Cun experimentador experto puede ahora realizar curvas de liberación de humedad completas y de alta resolución. Para obtener información detallada sobre cómo realizar curvas completas de liberación de humedad del suelo en el laboratorio, consulte nuestra Guía de la aplicación de curvas de liberación de humedad.

Espera, hay más

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.

¿Desea saber cómo pueden utilizarse las curvas de liberación de humedad del suelo en su aplicación? Contáctenos: nuestros edafólogos cuentan con décadas de experiencia ayudando a los investigadores a medir el continuo suelo-planta-atmósfera. O vea nuestro seminario web sobre curvas de liberación de humedad del suelo: Humedad del suelo 201: Curvas de liberación de humedad-reveladas.

POTENCIAL HÍDRICO: UN POCO DE HISTORIA

Comprender el flujo de agua no saturada en los suelos

A principios del siglo pasado, la Oficina de Suelos (BOS) del Departamento de Agricultura de Estados Unidos contrató a varios físicos puros para que resolvieran los desconcertantes problemas de la agricultura. Uno de ellos fue Edgar Buckingham. Cuando Buckingham llegó a la Oficina de Suelos en 1902, ya había escrito un texto sobre termodinámica. Sus primeros experimentos en la BOS se centraron en el transporte de gases en el suelo, pero al final se centró en el problema del flujo de agua no saturada en el suelo, y aquí es donde hizo su mayor contribución a la física del suelo.

Como físico clásico, Buckingham utilizó las matemáticas para examinar los misterios y la confusión que rodean al flujo del agua en el suelo. Al darse cuenta de que el contenido de agua no impulsaba el flujo en el suelo no saturado, el reto de Buckingham era describir las fuerzas que sí lo hacían. Buckingham estaba familiarizado con los campos de fuerza eléctricos y térmicos y el flujo que creaban. Estos conceptos eran cómodos análogos para la fuerza impulsora creada en el suelo por gradientes en lo que él llamó "conductividad capilar". Buckingham utilizó las leyes de Ohm y Fourier para describir este flujo.

1902: Edgar Buckingham entra a trabajar en la Oficina de Suelos. Su experiencia en termodinámica ayudó a formar el principio de nuestra comprensión del flujo de agua no saturada en los suelos.

1930s: L.A. Richards desarrolla la placa de presión, uno de los primeros instrumentos capaces de medir eficazmente la "conductividad capilar".

1940s: L.A. Richards y John Monteith publican artículos en los que describen cómo se podían utilizar los psicrómetros de termopar para medir el potencial hídrico de las muestras de suelo.

1951: D.C. Spanner es el primero en demostrar con éxito el uso de un psicrómetro termopar para medir el potencial hídrico del suelo.

1983: METER presenta el primer psicrómetro de termopar disponible en el mercado (el SC-10, más tarde conocido como TruPsi).

Medición del potencial hídrico en el laboratorio

Aunque Edgar Buckingham describió y demostró la "conductividad capilar" en 1907, estuvo muy lejos de poder medirla con eficacia. El primer instrumento en hacerlo fue la placa de presión creada por L.A. Richards en la década de 1930. Una placa de presión no mide el potencial hídrico de una muestra. En su lugar, lleva una muestra a un potencial hídrico específico. El instrumento aplica presión para forzar la salida del agua de la muestra hacia una placa de cerámica porosa. Cuando la muestra alcanza el equilibrio, su potencial hídrico será teóricamente equivalente a la presión aplicada.

Una vez que las muestras de suelo alcanzan un potencial hídrico específico bajo presión, el investigador puede medir el contenido de agua correlacionado. Se puede hacer una característica de la humedad del suelo realizando estas mediciones a diferentes presiones.

Métodos de vapor

Más de una década después de la introducción de la placa de presión, L. A. Richards, en Estados Unidos, y John Monteith, en Gran Bretaña, publicaron artículos en los que describían cómo podía utilizarse un psicrómetro termopar para medir el potencial hídrico de muestras de suelo equilibrando la muestra con vapor en una cámara cerrada y midiendo la humedad relativa del vapor. En equilibrio, la humedad relativa del vapor está directamente relacionada con el potencial hídrico de la muestra.

El término psicrómetro, acuñado en 1818 por el inventor alemán Ernst Ferdinand August (1795-1870), significa "medidor de frío" en griego. Un psicrómetro se compone de dos termómetros idénticos. Uno (el bulbo seco) se mantiene seco mientras que el otro (el bulbo húmedo) se mantiene saturado. La diferencia de temperatura entre el bulbo húmedo y el seco permite calcular la humedad relativa del aire.

Psicrómetros de termopar

Los primeros psicrómetros utilizados para medir la humedad relativa sobre una muestra de suelo eran, por necesidad, bastante pequeños. Los dos termómetros estaban hechos de diminutos y frágiles termopares. Un termopar es un sensor de temperatura formado por dos conductores distintos unidos en un punto. El termopar convierte un gradiente de temperatura en electricidad, que puede medirse para determinar los cambios de temperatura.

Los psicrómetros de termopar fueron utilizados con éxito por primera vez para medir el potencial hídrico por D.C. Spanner antes de 1951, pero era una medición difícil de realizar. Para obtener los resultados que deseaba, Spanner tuvo que fabricar su propio cable de antimonio de bismuto. Según John Monteith, una campana extractora de humos de Rothamsted llevó las marcas de estos experimentos durante muchos años.

Otros tuvieron dificultades para repetir sus mediciones. Las muestras tardaban hasta una semana en equilibrarse, y entonces los frágiles termopares a menudo leían sólo una muestra antes de romperse. Aún así, en 1961 Richards veía claramente los métodos de vapor como el futuro de las mediciones del potencial hídrico (Richards y Ogata, 1961).

Decagon (ahora METER) introdujo su primer psicrómetro comercial de termopar (el cambiador de muestras de termopar SC-10, más tarde TruPsi) en 1983. Este instrumento utilizaba un termopar delicado pero lo protegía dentro de una caja sellada. Nueve muestras se equilibraban simultáneamente y giraban bajo el termopar que se iba a medir.

Antes de cada medición, el termopar de bulbo húmedo se sumergía en un pequeño depósito de agua. La salida eléctrica del termopar se enviaba a un nanovoltímetro, que había que controlar para determinar cuándo dejaban de cambiar las temperaturas.

Medidores del potencial hídrico del punto de rocío

A finales de la década de 1990, Decagon (ahora METER) empezó a fabricar el potenciómetro de punto de rocío WP4C , un método mejorado para medir el potencial hídrico utilizando la presión de vapor. Al igual que el psicrómetro, mide la presión de vapor por encima de una muestra sellada dentro de una cámara. Ambos instrumentos son métodos primarios basados en principios termodinámicos.

A diferencia del psicrómetro, el potenciómetro de punto de rocío utiliza un sensor de punto de rocío de espejo refrigerado. Se enfría un pequeño espejo en la cámara hasta que empieza a formarse rocío en él. En el punto de rocío, el WP4C mide las temperaturas del espejo y de la muestra con una precisión de 0,001 °C para determinar la humedad relativa del vapor sobre la muestra. El potencial hídrico de la muestra está linealmente relacionado con la diferencia entre la temperatura de la muestra y la temperatura del punto de rocío.

El sensor de punto de rocío tiene varias ventajas. Es más rápido y proporciona mediciones precisas incluso cuando el operador es relativamente inexperto. Además, el sensor de espejo refrigerado no requiere agua añadida y, por lo tanto, no aumenta el contenido de agua del vapor por encima de la muestra.

Esta medición tiene la ventaja de ser un método primario para determinar el potencial hídrico basado sólidamente en principios termodinámicos y no en la calibración.

La versión más reciente de este instrumento puede resolver temperaturas de hasta una milésima de grado, lo que permite medir muestras tan húmedas como -0,5 MPa con una precisión excelente.

¿Preguntas?

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