Deciding how to measure soil moisture can be complicated, but METER’s easy, plug and play soil sensors simplify the process. When choosing a METER soil moisture sensor, the first thing to know is that all METER soil sensors have the same research-grade accuracy with minimum sensitivity to salts (<10 dS/m bulk EC), temperature gradients, and soil texture. Among the thousands of peer-reviewed publications using METER soil sensors, no soil moisture sensor or water potential sensor emerges as the favorite. Thus sensor choice should be based on your needs and application. Use the following considerations to help identify the perfect soil moisture sensor or water potential sensor for your research. Explore the links for a more in-depth look at soil moisture definitions, terms, and topics.
Si quieres medir el ascenso y descenso de la cantidad (o porcentaje) de agua en el suelo, necesitarás un sensor de contenido de agua (sensor de humedad del suelo). El suelo está formado por agua, aire, minerales, materia orgánica y, a veces, hielo (Figura 1). Como componente, el agua constituye un porcentaje del total. Para medir directamente el contenido de agua del suelo, se puede calcular el porcentaje en función de la masa (contenido gravimétrico de agua) comparando la cantidad de agua, como masa, con la masa total de todo lo demás. Sin embargo, como este método requiere mucho trabajo, la mayoría de los investigadores utilizan sensores de humedad del suelo para realizar una medición automatizada basada en el volumen, denominada contenido volumétrico de agua (VWC).
Los sensores de humedad del suelo METER utilizan tecnología de capacitancia de alta frecuencia para medir el contenido volumétrico de agua del suelo, lo que significa que miden la cantidad de agua sobre una base volumétrica en comparación con el volumen total del suelo. Las aplicaciones que suelen necesitar sensores de humedad del suelo son la caracterización de cuencas hidrográficas, la programación del riego, la gestión de invernaderos, la gestión de la fertirrigación, la ecología vegetal, los estudios del balance hídrico, la ecología microbiana, la previsión de enfermedades de las plantas, la respiración del suelo, la hidrología y la supervisión de la salud del suelo. Obtenga más información sobre el contenido volumétrico de agua aquí.
Si necesita conocer el agua disponible para las plantas, el estrés hídrico de las plantas o el movimiento del agua (si el agua se moverá y adónde irá), necesitará un sensor de potencial hídrico del suelo además de un sensor de humedad del suelo. El potencial hídrico es una medida del estado energético del agua en el suelo o, en otras palabras, de la tensión con la que el agua está ligada a las superficies del suelo. Esta tensión determina si el agua está disponible o no para ser absorbida por las raíces y proporciona un rango que indica si el agua estará disponible o no para el crecimiento de las plantas. Además, el agua siempre se mueve de un potencial hídrico alto a un potencial hídrico bajo, por lo que los investigadores pueden utilizar el potencial hídrico para comprender y predecir la dinámica del movimiento del agua. Más información sobre el potencial hídrico aquí.
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En el suelo, los espacios vacíos (poros) entre las partículas del suelo pueden considerarse de forma simplista como un sistema de tubos capilares, con un diámetro determinado por el tamaño de las partículas asociadas y su asociación espacial. Cuanto menor sea el tamaño de esos tubos, mayor será la retención de agua debido a la asociación superficial.
Con el mismo contenido de agua, la arcilla retiene el agua con más fuerza que la arena, ya que tiene poros más pequeños y, por tanto, más superficie a la que aglutinar el agua. Pero incluso la arena puede llegar a secarse hasta el punto de que sólo quede una fina película de agua en su superficie, y el agua quedará fuertemente ligada. En principio, cuanto más cerca esté el agua de una superficie, más ligada estará. Dado que el agua está poco ligada en un suelo arenoso, la cantidad de agua se agotará y se repondrá rápidamente. Los suelos arcillosos retienen el agua tan fuertemente que el movimiento del agua es lento. Sin embargo, sigue habiendo agua disponible.
Nota: Utilice el PARIO analizador de textura del suelo para automatizar la identificación del tipo y la textura del suelo.
En todos los tipos y texturas de suelo, los sensores de humedad del suelo son eficaces para medir el porcentaje de agua. Las mediciones duales -utilizando ambos tipos de sensores de suelo: un sensor de potencial hídrico del suelo además de un sensor de humedad del suelo- ofrecen a los investigadores la imagen total de la humedad del suelo y son mucho más eficaces para determinar cuándo y cuánto regar. Losdatos decontenido de agua muestran cambios sutiles debidos a la absorción diaria de agua y también indican cuánta agua es necesario aplicar para mantener la zona radicular en un nivel óptimo. Los datos de potencial hídrico determinan cuál es ese nivel óptimo para un tipo y textura de suelo concretos. Más información sobre cómo funciona aquí.
Las mediciones duales del contenido de agua y del potencial hídrico también permiten crearcurvas de liberación de humedad del suelo in situ (o curvas características del agua del suelo) como la que se muestra a continuación (Figura 5), que detalla la relación entre el potencial hídrico y el contenido de agua. Los científicos e ingenieros pueden evaluar estas curvas en el laboratorio o sobre el terreno y comprender muchos aspectos del suelo, como la conductividad hidráulica y la disponibilidad total de agua. Obtenga más información sobre las curvas de liberación de humedad del suelo aquí.
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Es importante que los investigadores sepan cuánto tiempo va a durar un experimento para poder elegir un sensor de humedad del suelo que cumpla sus expectativas. El sensor 10HS y el sensor de humedad del suelo EC-5 sensor de humedad del suelo de METER tienen una tecnología de sobremoldeo que dura aproximadamente de 3 a 5 años en el campo con un uso típico (menos en condiciones cálidas/húmedas). Los sensores de suelo reforzados TEROS 11, TEROS 12, TEROS 10 y TEROS 54 están fabricados para durar el doble que nuestros sensores estándar gracias a un relleno de poliuretano (epoxi) mejorado. Las pruebas de laboratorio indican que estos sensores duran más de 10 años antes de que el agua penetre en la placa de circuitos. Si el entorno de la investigación es tropical (cálido y normalmente húmedo), elija siempre un sensor de larga duración.
Los sensores de humedad del suelo de METER tienen una sensibilidad mínima a la temperatura, pero si la profundidad de instalación es escasa y el lugar está expuesto, es necesario tener en cuenta los efectos de la temperatura. Los sensores de humedad del suelo TEROS 11 y TEROS 12 y la sonda de perfil de humedad del suelo TEROS 54 tienen un termistor incorporado que mide la temperatura junto con la humedad del suelo. Esto elimina la necesidad de sensores de temperatura adicionales en cada lugar de medición. La sonda de perfil TEROS 54 mide el contenido de agua y la temperatura del suelo a varias profundidades, lo que permite realizar más mediciones con cada puerto del registrador de datos.
Los investigadores que deseen medir la conductividad eléctrica(CE) aparente además del contenido de agua deberían elegir el sensor de humedad del suelo TEROS 12. Este sensor permite a los usuarios medir la respuesta de la CE aparente a sales y fertilizantes en el suelo. Las mediciones de CE requieren un buen contacto entre los electrodos de acero inoxidable del sensor y el suelo.
Muchos científicos prefieren el TEROS 10 únicamente para medir la humedad del suelo. Es fácil de instalar, barato y fiable, perfecto para grandes proyectos en los que se necesitan sensores en cantidad. En suelos difíciles (duros o rocosos), tierra para macetas y medios sin suelo, recomendamos utilizar sensores de la serie TEROS para mantener un buen contacto con el suelo y compensar los espacios de aire en el suelo o sustrato.
Todos los sensores de humedad del suelo METER son plug-and-play con registradores de datos METER. También se integran con registradores de otros fabricantes que utilicen el protocolo SDI-12. Utilice el ZL6 para facilitar la recogida de datos desde sitios remotos, o puede descargar los datos manualmente.
En este seminario web de 20 minutos, el Dr. Colin Campbell desmitifica las diferencias entre los métodos de medición del contenido de agua del suelo. Explora la teoría científica de la medición y los pros y los contras de cada método. También explica qué tecnología puede aplicarse a distintos tipos de investigación de campo y por qué la detección moderna es algo más que el sensor.
Aprende:
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. Los científicos suelen medir la humedad del suelo a diferentes profundidades para comprender los efectos de la variabilidad del suelo y observar cómo se mueve el agua a través del perfil del suelo. Las grandes áreas de investigación o los lugares con gran variabilidad suelen requerir un gran número de sensores de humedad del suelo. El sensor de humedad del suelo EC-5 sensor de humedad del suelo o el sensor de humedad del suelo TEROS 10 son opciones económicas para los científicos que necesitan una gran red de sensores de suelo. El sensor de humedad del suelo TEROS 11 y el sensor de humedad del suelo TEROS 12, nuestros sensores más recientes, tienen un mayor volumen de influencia (1 litro), lo que puede ayudar a suavizar la variabilidad.
Los sensores METER, de alta calidad y aptos para la investigación, producen datos excelentes, pero los usuarios deben comprender la situación del emplazamiento cuando se preparan para la instalación. Todas las sondas dieléctricas son más sensibles entre las puntas.
Cualquier pérdida de contacto entre la sonda y el suelo o compactación del suelo dentro del volumen de medición del sensor puede provocar errores de medición. El agua estancada en la superficie y que discurre por trayectorias preferentes por los orificios de instalación de la sonda también puede provocar errores de medición. Se trata de cuestiones que hay que tener en cuenta a la hora de elegir el mejor método de instalación para un lugar o tipo de suelo concretos, y significa que la forma de la aguja, el tamaño y la durabilidad de un sensor de humedad del suelo serán importantes en suelos difíciles. El nuevo TEROS Borehole Installation Tool utilizado con los sensores de la serie TEROS elimina los espacios de aire, las alteraciones del suelo y el flujo preferencial. Vea el vídeo para comprobar cómo funciona.
Si un suelo es demasiado rocoso o duro para un buen contacto entre el suelo y el sensor, piense en utilizar el sensor de potencial hídrico TEROS 21. El contenido de agua puede calcularse a partir de los datos de potencial hídrico utilizando una curva de liberación de humedad del suelo, y el TEROS 21 puede rellenarse o empaquetarse. TEROS 10, 11 o 12 sensores de humedad del suelo utilizados con la herramienta de instalación es nuestra recomendación unánime para suelos difíciles.
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 11 y 12 | TEROS 54 | TEROS 10 | EC-5 | 10HS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Medidas | TEROS 12: Contenido volumétrico de agua, temperatura, conductividad eléctrica
TEROS 11: Contenido volumétrico de agua, temperatura |
Contenido volumétrico de agua, temperatura
a seis profundidades |
Contenido volumétrico de agua | Contenido volumétrico de agua | Contenido volumétrico de agua |
| Volumen de influencia | 1010 ml | 351 cm3 por segmento | 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 |
Realizar buenas mediciones del potencial hídrico depende en gran medida de elegir el instrumento adecuado y utilizarlo con destreza. En un mundo ideal, habría un instrumento que midiera de forma sencilla y precisa el potencial hídrico en todo su rango, desde húmedo a seco. En el mundo real, hay un surtido de instrumentos, cada uno con un rango bien definido. La figura 7 ilustra que el sensor de potencial mátrico TEROS 21 de METER es útil para medir el potencial hídrico en el rango de agua disponible de la planta (capacidad de campo a seco al aire). El sensor de potencial mátrico TEROS 22 es similar al TEROS 21, pero su proceso de instalación es más sencillo (no es necesario abrir zanjas). Tanto el TEROS 21 como el TEROS 22 pueden medir en todo el rango de humedad. Las pruebas de laboratorio y de campo indican que estos sensores pueden realizar mediciones del potencial hídrico con una precisión aceptable al menos hasta el punto de marchitez permanente. El tensiómetro tiene una precisión mucho mayor para medir el potencial hídrico en el rango húmedo, que es donde se produce la mayor parte del movimiento del agua. Sólo los tensiómetros tienen la capacidad de medir directamente rangos altos de potencial hídrico.
El seminario web del Dr. Colin Campbell (abajo) "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.
Los sensores de potencial mátrico TEROS 21 y TEROS 22 de METER están compuestos por un sensor de contenido de humedad y un sustrato poroso con una curva de liberación de humedad conocida. Una vez que el material poroso se ha equilibrado con el suelo circundante, el sensor de humedad mide el contenido de agua del material poroso, y el sensor utiliza la curva de liberación de humedad para traducir el contenido de humedad en potencial hídrico.
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 (transductor de presión) para medir la fuerza de ese vacío y describe el potencial hídrico en términos de presión.
Los tensiómetros son probablemente el tipo más antiguo de instrumento de potencial hídrico (el concepto inicial data al menos de Livingston en 1908), pero pueden ser bastante útiles. De hecho, en el rango húmedo, un tensiómetro de alta calidad utilizado con habilidad puede tener una precisión excelente. Y, como ya se ha dicho, un tensiómetro no se ve afectado por la heterogeneidad del suelo.
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 construye tensiómetros que son clásicos modernos gracias a la precisión de la ingeniería alemana, una construcción meticulosa y una atención fanática al detalle. Estos tensiómetros tienen una gran precisión y un rango de hasta -85 kPa.
La elección del tensiómetro debe basarse en la aplicación. El TEROS 31 es un pequeño tensiómetro de laboratorio utilizado para mediciones puntuales o experimentos en columna. Es posible utilizar el TEROS 31 sobre el terreno para comprobaciones puntuales, pero resulta incómodo porque, si cavita, debe rellenarse en el laboratorio. El TEROS 32 es un tensiómetro de campo. Está equipado con tubos de relleno externos que eliminan la necesidad de retirar el tensiómetro del suelo para rellenarlo.
La elección del sensor también dependerá de los requisitos de recogida de datos. El TEROS 32 proporciona datos continuos y casi en tiempo real de forma remota con ZENTRA Cloud. Está diseñado para funcionar con el registrador de datos ZL6 y el lector portátil ProCheck, lo que lo convierte en la mejor opción para una gran red de sensores. El TEROS 31 también funciona con el ZL6 y ZENTRA Cloud y el ProCheck. Tanto TEROS 31 como TEROS 32 pueden interconectarse con un registrador de datos Campbell Scientific (o similar).
El tensiómetro TEROS 32 se instala normalmente en ángulo en el campo. Recomendamos el uso de una barrena de campo METER de tamaño específico para instalar este tensiómetro. También recomendamos el uso de una caja de cubierta de la válvula de riego para proteger el eje tensiómetro.
La longitud de eje necesaria dependerá de la profundidad de instalación. Si, por ejemplo, desea medir a una profundidad de un metro y va a realizar la instalación en ángulo, necesitará saber cuál es ese ángulo para calcular la longitud que debe tener el eje. Normalmente, será entre 10 y 20 cm más largo que la profundidad de instalación deseada. Además, los tubos de recarga deben ser accesibles. Cuanto más profundo se entierre el tensiómetro, más largos deberán ser los tubos para llegar a la superficie. Por último, la longitud del cable del tensiómetro dependerá de la proximidad al registrador de datos.
| TEROS 21 & TEROS 22 Sensores de Potencial Matriz | TEROS 31 Tensiómetro | TEROS 32 Tensiómetro | |
|---|---|---|---|
| Coste | $$ | $$$ | $$ |
| Precisión | ±(10% de la lectura + 2 kPa) de -100 a -5 kPa | ±0,15 kPa | ±0,15 kPa |
| Gama | 0 a -100.000 kPa (1,70 a 6,00 pF) | -85 a +50 kPa (hasta -150 kPa durante el retardo de ebullición) | -85 a +50 kPa |
| Requisitos de potencia | 3,6-15 V, 10 mA | 3,6- a 28,0-VDC | 3,6- a 28,0-VDC |
| Salida de medición | Digital SDI-12 | Protocolo de comunicación serie DDI, SDI-12 | Protocolo de comunicación serie DDI, SDI-12 |
| Método utilizado para determinar el potencial hídrico | Método calibrado: Capacitancia de una matriz cerámica, calibración de seis puntos | Método directo: Sensor de presión piezoeléctrico, puente completo de Wheatstone | Método directo: Sensor de presión piezoeléctrico, puente completo de Wheatstone |
| Compatibilidad del registrador de datos | ZL6 logger(y ZENTRA Cloud ), loggers EM60, Campbell Scientific | ZL6 logger(y ZENTRA Cloud ), loggers EM60, Campbell Scientific | ZL6 logger(y ZENTRA Cloud ), loggers EM60, Campbell Scientific |
| Lo mejor para... | - Estudios de investigación a largo plazo - Supervisión del entorno natural -TEROS 22 es la versión de nueva generación de TEROS 21 con una instalación más sencilla (no es necesario abrir zanjas) |
- Mediciones en columna y puntuales en el laboratorio - Mediciones de puntos pequeños |
- Estudios de campo a largo plazo - Hidrología de la zona vadosa |
Kirkham, Mary Beth. Principios de las relaciones hídricas del suelo y las plantas. Academic Press, 2014.(Enlace del 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.(Enlace del libro)
Vea el seminario web a continuación para aprender:
Profundice en la medición de la humedad del suelo. En el siguiente seminario web, el Dr. Colin Campbell explica cómo interpretar datos de humedad del suelo sorprendentes y problemáticos. También enseña qué esperar en diferentes suelos, sitios y situaciones ambientales.
Seis breves vídeos le enseñarán todo lo que necesita saber sobre el contenido de agua del suelo y el potencial hídrico del suelo, y por qué debe medirlos juntos. Además, domine los conceptos básicos de la conductividad hidráulica del suelo.
Nuestros científicos cuentan con décadas de experiencia ayudando a investigadores y cultivadores a medir el continuo suelo-planta-atmósfera.
TDR, FDR, capacitancia, resistencia: Comparación de los métodos habituales de detección de la humedad del suelo, sus ventajas e inconvenientes y sus aplicaciones específicas.
La programación del riego en la agricultura y el césped requiere un sensor de humedad del suelo que sea preciso, fiable y de bajo coste. Muchos sensores están limitados porque se quedan cortos en alguna de estas áreas. Hasta ahora.
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