Cuando los investigadores miden las propiedades hidráulicas del suelo en el laboratorio o sobre el terreno, lo más probable es que sólo vean una parte de la realidad. Los sistemas de laboratorio son muy precisos debido a las condiciones controladas, pero las mediciones de laboratorio no tienen en cuenta la variabilidad del lugar, como raíces, grietas o agujeros de gusano que pueden afectar a la hidrología del suelo. Además, cuando los investigadores llevan una muestra del campo al laboratorio, a menudo comprimen los macroporos del suelo durante el proceso de muestreo, lo que altera las propiedades hidráulicas del suelo.
Los experimentos de campo ayudan a los investigadores a comprender la variabilidad y las condiciones en tiempo real, pero tienen el conjunto opuesto de problemas. El campo es un sistema incontrolado. El agua se desplaza por el perfil del suelo por evaporación, absorción por las plantas, ascensión capilar o drenaje profundo, lo que requiere muchas mediciones a diferentes profundidades y ubicaciones. Los investigadores de campo también tienen que hacer frente a la imprevisibilidad del tiempo. Las precipitaciones pueden hacer que un experimento de secado en el campo dure todo un verano, mientras que en el laboratorio sólo se tarda una semana.
| Laboratorio | Medición | Campo |
|---|---|---|
| PARIO | Textura del suelo | |
| HYPROP | Potencial hídrico (rango húmedo) | Tensiómetros (TEROS 32) |
| WP4C | Potencial hídrico (rango seco) | TEROS 21 |
| HYPROPy método de secado en horno | Contenido en agua | Sensores de contenido volumétrico de agua |
| KSAT | Conductividad hidráulica saturada | SATURO (campo saturado) |
| HYPROP | Conductividad hidráulica no saturada | Mini disk infiltrometer |
Los investigadores que utilizan tanto técnicas de laboratorio como de campo y comprenden los puntos fuertes y las limitaciones de cada método pueden aumentar exponencialmente su comprensión de lo que ocurre en el perfil del suelo. Por ejemplo, en el laboratorio, un investigador puede utilizar el PARIO analizador de textura del suelo para obtener datos precisos sobre la textura del suelo, incluida una distribución granulométrica completa. A continuación, podría combinar esos datos con una HYPROP-A continuación, podría combinar esos datos con una curva de liberación de humedad del suelo generada para comprender las propiedades hidráulicas de ese tipo de suelo. Si, a continuación, el investigador añade datos de campo de alta calidad para comprender las condiciones de campo del mundo real, entonces, de repente, está viendo el panorama completo.
A continuación se analiza la instrumentación de laboratorio frente a la de campo y cómo los investigadores pueden combinar estos instrumentos para conocer mejor el perfil de su suelo. Haga clic en los enlaces para obtener información más detallada sobre cada tema.
| Puntos fuertes | Limitaciones | |
|---|---|---|
| Instrumentación de laboratorio |
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| Instrumentación de campo |
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El tipo de suelo y el análisis granulométrico son la primera ventana al suelo y a sus características únicas. Todo investigador debe identificar el tipo de suelo con el que trabaja para poder comparar sus datos. Si los investigadores no comprenden su tipo de suelo, no pueden hacer suposiciones sobre el estado del agua del suelo basándose en el contenido de agua (es decir, si trabajan con plantas, no podrán predecir si habrá agua disponible para las plantas). Además, los distintos tipos de suelo en los horizontes del suelo pueden influir en la selección de la medición, la elección del sensor y la colocación del sensor por parte del investigador.
El análisis granulométrico define el porcentaje de materiales gruesos y finos que componen un suelo. Con este conocimiento, un investigador puede estimar la capacidad de retención de agua de un suelo concreto. El análisis granulométrico va más allá de la simple definición del tipo de suelo. El análisis granulométrico actúa más como una huella dactilar del suelo, mostrando la distribución única del tamaño de las partículas en las fracciones de arena, limo y arcilla. Esta información puede ayudar a un ingeniero geotécnico a comprender cómo reaccionará con el tiempo un suelo que se contrae, o puede influir en las decisiones de riego de un agricultor. La distribución del tamaño de las partículas también puede proporcionar información sobre cómo se formó el suelo, o cómo se formará su estructura con el tiempo, e influye en la conductividad hidráulica saturada: cuanto más grueso sea el material, más fácilmente se moverá el agua.
Históricamente, los investigadores identificaban la textura del suelo utilizando métodos rudimentarios como la prueba de la cinta, el método de la pipeta o la técnica del hidrómetro, que requiere mucho tiempo. PARIO ahora automatiza el proceso de análisis de la textura del suelo, ahorrando tiempo y aumentando la precisión. PARIO proporciona a los investigadores un análisis completo de la distribución granulométrica, incluido un desglose de la fracción de limo fino, limo medio, arcilla y arena. Tras obtener el análisis, el software calcula automáticamente su ubicación en el triángulo de textura del suelo del USDA para identificar con precisión el tipo de suelo.
Los investigadores deberían utilizar PARIO como primer paso para comprender su suelo, antes de decidir qué otros parámetros medir. Esto les ayudará a determinar qué instrumentación de laboratorio o de campo será más eficaz para sus objetivos de investigación.
Cada tipo de suelo tiene una curva de liberación de humedad diferente (o curva característica del agua del suelo). Los investigadores utilizan las curvas de liberación de humedad para comprender cómo reaccionarían el suelo y las plantas si la humedad cambiara en un suelo concreto a lo largo del tiempo. Les indica con qué rapidez cambiará la cantidad de agua(contenido de agua), en comparación con la cantidad de agua disponible(potencial hídrico).
![A graph showing a Soil moisture release curve (or soil water characteristic curve [SWCC])](https://metergroup.com/app/uploads/2023/05/soil-moisture-release-curve-1-1.jpg)
Las curvas de liberación de humedad ayudan a los investigadores a predecir si el agua se moverá y adónde irá. Una curva de liberación también ilustra cuánta agua estará disponible para las plantas con diferentes contenidos de agua a lo largo del tiempo. Por ejemplo, en una arena cercana a la saturación, el contenido de agua cambiará rápidamente con el tiempo, mientras que el potencial hídrico sólo disminuirá ligeramente. Esto se debe a que los grandes poros y la baja superficie de la arena no retienen el agua firmemente, lo que hace que esté más disponible. Por el contrario, en una arcilla cercana a la saturación, la cantidad de agua cambia más lentamente mientras que el potencial hídrico cambia relativamente rápido porque la mayor superficie y los poros más pequeños de la arcilla retienen el agua con más fuerza, liberando menos para las plantas o el movimiento del agua. Una curva de liberación de humedad ilustra la relación entre el contenido de agua y el potencial hídrico y muestra a los investigadores cómo se comportará el suelo en cualquier condición.
Más información sobre por qué y cómo crear una curva de liberación de humedad
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La forma más fácil de crear una curva de liberación de humedad es en el laboratorio. El HYPROP es un instrumento de laboratorio único que utiliza el método de evaporación Wind/Schindler para generar curvas de liberación de humedad en suelos con potenciales hídricos en el rango tensiométrico, el rango de mayor movimiento de agua. Utilizando dos tensiómetros de precisión, produce automáticamente más de 100 puntos de datos en el rango de 0 a -100 kPa. La curva tarda de tres a cinco días en completarse, pero el instrumento funciona sin supervisión. El rango de HYPROPestá limitado por el rango de los tensiómetros, pero puede combinarse con WP4C para producir una curva de liberación de humedad en todo el rango de humedad.
El WP4C es un instrumento de laboratorio que mide el potencial hídrico en el rango seco determinando la humedad relativa del aire sobre una muestra en una cámara cerrada. Una vez que la muestra entra en equilibrio con el vapor de la cámara sellada de WP4C, el instrumento determina la humedad relativa mediante el método del espejo frío. Este método consiste en enfriar un pequeño espejo en la cámara hasta que empiece a formarse rocío en él. En el punto de rocío, el WP4C mide tanto la temperatura del espejo como la de la muestra con una precisión de 0,001 °C. Esto permite a WP4C proporcionar lecturas del potencial hídrico con una precisión sin precedentes en el intervalo de -0,05 MPa a -300 MPa.
El WP4C se puede utilizar junto con el HYPROP para crear una curva completa de liberación de humedad del suelo en todo el rango de humedad del suelo. Vea el vídeo para comprobar cómo funciona. Esto, combinado con la información extraída del PARIO puede ser una poderosa herramienta para comprender las propiedades hidráulicas del suelo.
Aprenda a combinar HYPROP y WP4C para una curva completa de liberación de humedad
Los sitios HYPROP y WP4C ofrecen la posibilidad de realizar curvas rápidas y precisas de liberación de humedad del suelo (curvas características del agua del suelo-SWCC), pero las mediciones de laboratorio tienen algunas limitaciones: el rendimiento de las muestras limita el número de curvas que pueden producirse, y las curvas generadas en un laboratorio no representan su comportamiento in situ. Sin embargo, las curvas de retención de agua del suelo producidas en laboratorio pueden combinarse con la información de las curvas de liberación de humedad in situ para obtener una visión más profunda de la variabilidad del mundo real. La ubicación conjunta de sensores de potencial mátrico y sensores de contenido de agua in situ añade muchas más curvas de liberación de humedad a la base de conocimientos de un investigador. Y, puesto que es principalmente el comportamiento in situ de los suelos no saturados lo que más preocupa a los ingenieros geotécnicos y a los científicos especializados en irrigación, sería ideal añadir mediciones in situ a las curvas producidas en laboratorio. Un artículo reciente de Campbell et al. (2018), "Comparing in situ soil water characteristic curves to those generated in the lab", presentado en la Conferencia Panamericana de Suelos Insaturados, muestra lo bien que se comparan las SWCC generadas in situ utilizando el sensor de potencial mátrico calibrado TEROS 21 ylos sensores de humedad del suelo de METER con las creadas en laboratorio. Las SWCC de campo y de laboratorio se compararon bastante bien, pero algunos factores redujeron su concordancia. En suelos de textura gruesa, la eliminación de raíces vivas provocó una divergencia a medida que aumentaba la succión del suelo, y las muestras de núcleo intactas se compararon más favorablemente que las alteradas. En suelos de textura más fina, las comparaciones fueron favorables, pero también se vieron afectadas cuando las muestras de laboratorio estaban alteradas. Los datos sugieren que los sensores colocados in situ podrían proporcionar un importante aumento de los datos de laboratorio para el desarrollo de una amplia gama de SWCC con el fin de crear una comprensión más sólida del comportamiento del suelo no saturado.
Al igual que las curvas de liberación de humedad del suelo en laboratorio e in situ, las mediciones de conductividad hidráulica saturada y no saturada en laboratorio y campo pueden utilizarse conjuntamente para comprender mejor las propiedades hidráulicas de cualquier tipo de suelo. La comparación de estas mediciones a diferentes profundidades y ubicaciones puede proporcionar información sobre diversos horizontes del suelo y ayudar a los investigadores a comprender los datos de infiltración a largo plazo de cada uno de esos horizontes (es decir, si un horizonte se satura, ¿cómo cambiará eso un modelo de escorrentía?)
Los científicos pueden utilizar instrumentos de campo para determinar cómo se infiltrará el agua en el terreno, y pueden añadir mediciones de laboratorio para identificar el horizonte más limitante. Por ejemplo, un horizonte superficial puede ser una marga arenosa, pero la PARIO podría revelar que una capa más profunda tiene un mayor contenido de arcilla con una conductividad hidráulica más baja. El uso conjunto de mediciones de laboratorio y de campo ayuda a determinar qué horizonte es el causante de la menor permeabilidad durante los periodos más húmedos.
Los datos de conductividad hidráulica saturada de campo del SATURO pueden aumentarse con KSAT mediciones de laboratorio. Los datos de campo de conductividad hidráulica no saturada producidos por el Mini Disk Infiltrometer pueden entenderse a un nivel más profundo cuando un investigador los empareja con los datos de conductividad hidráulica no saturada del laboratorio HYPROP . HYPROP utiliza los mismos tensiómetros internos que generan las curvas de liberación de humedad para medir automáticamente la conductividad hidráulica no saturada y, a continuación, modelizar la conductividad hidráulica saturada. Normalmente, las mediciones de laboratorio y de campo no coinciden debido a la variabilidad del mundo real, pero el análisis conjunto de la información proporciona una mayor comprensión.
Más información sobre la combinación de la conductividad hidráulica con otras mediciones
Los investigadores también pueden combinar los datos de conductividad hidráulica de dos instrumentos de laboratorio, el KSAT y el HYPROP, para obtener una curva de conductividad hidráulica completa (Figura 2). Una curva de conductividad hidráulica indica, para un potencial hídrico determinado, la capacidad del suelo para conducir el agua (es decir, a medida que el suelo se seca, cuál es la capacidad del agua para ir desde la parte superior de una muestra [o capa de suelo en el campo] hasta la parte inferior). Estas curvas se utilizan en modelización para ilustrar o predecir lo que ocurrirá con el agua que se mueve en un sistema de suelo durante condiciones de humedad fluctuantes.
Más información sobre las curvas de conductividad hidráulica
En el siguiente vídeo, Leo Rivera, experto en humedad del suelo, enseña los conceptos básicos de la conductividad hidráulica y las curvas de conductividad hidráulica.
La medición de un único parámetro, como el contenido de agua, puede dar a los investigadores un punto de partida para comprender su suelo, pero no entenderán lo que ese porcentaje de agua les está diciendo sin conocer otra información, como el tipo de suelo, el potencial hídrico o la conductividad hidráulica. Para profundizar en el conocimiento del suelo, los investigadores pueden utilizar conjuntamente la distribución granulométrica, las curvas de conductividad hidráulica y las curvas de liberación de humedad para obtener la información más precisa y completa. El uso de dos tipos diferentes de curvas puede incluso ayudar a los investigadores a aislar problemas oscuros, como una curva de liberación de humedad de doble porosidad en un sustrato sin suelo. Los instrumentos de laboratorio y de campo utilizados conjuntamente pueden proporcionar a los investigadores una sinfonía de información y pueden utilizarse como potentes herramientas para comprender los datos y predecir el comportamiento de un suelo a lo largo del tiempo.
Seis breves vídeos le enseñarán todo lo que necesita saber sobre el contenido de agua del suelo y el potencial hídrico del suelo, y por qué debe medirlos juntos. Además, domine los conceptos básicos de la conductividad hidráulica del suelo.
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