CONTRIBUENTI

Le curve di rilascio dell'umidità del suolo (chiamate anche curve caratteristiche dell'acqua del suolo o curve di ritenzione idrica del suolo) sono come impronte digitali fisiche, uniche per ogni tipo di suolo. I ricercatori le utilizzano per comprendere e prevedere il destino dell'acqua in un particolare terreno in una specifica condizione di umidità. Le curve di rilascio dell'umidità rispondono a domande cruciali come: a quale tasso di umidità il terreno subirà un appassimento permanente? Per quanto tempo devo irrigare? Oppure l'acqua drena rapidamente attraverso il terreno o viene trattenuta nella zona radicale? Sono strumenti potenti utilizzati per prevedere l'assorbimento dell'acqua da parte delle piante, il drenaggio in profondità, il ruscellamento e altro ancora.

Che cos'è la curva di rilascio dell'umidità del suolo?

Esiste una relazione tra il potenziale idrico e il contenuto volumetrico di acqua che può essere illustrata con un grafico. Insieme, questi dati creano una curva chiamata curva di rilascio dell'umidità del suolo. La forma della curva di rilascio dell'umidità del suolo è unica per ogni terreno. È influenzata da molte variabili, come la tessitura del suolo, la densità apparente, la quantità di materia organica e l'effettiva composizione della struttura dei pori, e queste variabili variano da sito a sito e da suolo a suolo.

La Figura 1 mostra un esempio di curve per tre diversi terreni. Sull'asse X è riportato il potenziale idrico su scala logaritmica e sull'asse Y il contenuto idrico volumetrico. Questa relazione tra il contenuto idrico del suolo e il potenziale idrico (o aspirazione del suolo) consente ai ricercatori di comprendere e prevedere la disponibilità e il movimento dell'acqua in un particolare tipo di suolo. Ad esempio, nella Figura 1 si può notare che il punto di appassimento permanente (linea verticale di destra) sarà a diversi contenuti d'acqua per ogni tipo di terreno. Il terriccio sabbioso fine subirà un appassimento permanente al 5% VWC, mentre il terriccio limoso subirà un appassimento permanente a quasi il 15% VWC.

Variabili estensive e intensive

Per comprendere le curve di rilascio dell'umidità del suolo, è necessario spiegare le proprietà estensive e intensive. La maggior parte delle persone considera l'umidità del suolo solo in termini di una variabile: il contenuto d'acqua del suolo. Ma per descrivere lo stato della materia o dell'energia nell'ambiente sono necessari due tipi di variabili. Una variabile estensiva descrive l'estensione (o la quantità) di materia o energia. La variabile intensiva descrive l'intensità (o la qualità) della materia o dell'energia.

Il contenuto idrico del suolo è una variabile estesa. Descrive la quantità di acqua presente nell'ambiente. Il potenziale idrico del suolo è una variabile intensiva. Descrive l'intensità o la qualità (e nella maggior parte dei casi la disponibilità) dell'acqua nell'ambiente. Per capire come funziona, pensate alle variabili estensive e intensive in termini di calore. Il contenuto di calore (una variabile estensiva) descrive la quantità di calore immagazzinata in una stanza. La temperatura (una variabile intensiva) descrive la qualità (livello di comfort) o il modo in cui il corpo percepisce il calore in quella stanza.

La figura 2 mostra una grande nave nell'Artico e un'asta che è stata appena riscaldata in un fuoco. Quale di questi due oggetti ha un contenuto di calore più elevato? È interessante notare che la nave nell'Artico ha un contenuto di calore più elevato rispetto alla barra calda, ma è la barra ad avere una temperatura più alta.

Se mettiamo la barra calda a contatto con la nave, quale variabile regola il flusso di energia? La variabile intensiva, la temperatura, regola il movimento dell'energia. Il calore si sposta sempre da una temperatura alta a una bassa.

Come per il calore, il contenuto idrico del suolo è solo una quantità. Non ci dice come l'acqua si muoverà o il livello di benessere di una pianta (acqua disponibile per la pianta). Ma il potenziale idrico del suolo, la variabile intensiva, predice la disponibilità e il movimento dell'acqua. Come?

Acqua disponibile per la pianta: Le misurazioni del potenziale idrico indicano chiaramente l'acqua disponibile per le piante e, a differenza del contenuto d'acqua, esiste una scala di riferimento semplice: l'optimum delle piante va da circa -2-5 kPa, che è sul lato molto umido, a circa -100 kPa, all'estremità più secca dell'optimum. Al di sotto di questa soglia, le piante sono in deficit, mentre oltre i -1000 kPa iniziano a soffrire. A seconda della pianta, i potenziali idrici inferiori a -1000-2000 kPa causano un appassimento permanente.

Movimento dell'acqua: L'acqua del suolo si sposta sempre da un potenziale idrico alto a uno basso. Ad esempio, se il potenziale idrico di un terreno fosse di -50 kPa, l'acqua si sposterebbe verso lo strato di terreno con un valore più negativo di -100 kPa.

Questo approssima anche ciò che accade nel continuum pianta-suolo-atmosfera. Nella Figura 4, il suolo è a -0,3 MPa e le radici sono leggermente più negative, a -0,5 MPa. Ciò significa che le radici tirano su l'acqua dal suolo. Poi l'acqua si muoverà verso l'alto attraverso lo xilema e le foglie attraverso questo gradiente di potenziale. È l'atmosfera, a -100 MPa, a determinare questo gradiente. Il potenziale idrico definisce quindi la direzione in cui l'acqua si muove nel sistema.

Per saperne di più sul contenuto d'acqua

Scarica la "Guida completa al potenziale idrico per i ricercatori".

Da dove provengono i dati della curva di rilascio dell'umidità?

Le curve di rilascio dell'umidità del suolo possono essere realizzate in situ o in laboratorio. In campo, il contenuto d'acqua e il potenziale idrico del suolo vengono monitorati con sensori del terreno.

I sensori dielettrici METER, semplici e affidabili, riportano i dati sull'umidità del suolo quasi in tempo reale direttamente attraverso il data loggerZL6 al sito cloud (ZENTRA Cloud). In questo modo si risparmia un'enorme quantità di lavoro e di spese. Il sensore TEROS 12 misura il contenuto d'acqua ed è semplice da installare con l'attrezzo per l'installazione in foroTEROS . TEROS 21 è un sensore di potenziale idrico di facile installazione e TEROS 32 è un tensiometro a bassa manutenzione che misura anche il potenziale idrico.

In laboratorio, è possibile combinare le funzioni METER HYPROP e WP4C per generare automaticamente curve di rilascio dell'umidità del suolo complete per l'intero intervallo di umidità del suolo.

Vedere come si confrontano le curve di rilascio dell'umidità in laboratorio e in situ

Come utilizzare una curva di rilascio dell'umidità del suolo

Una curva di rilascio dell'umidità del suolo mette insieme la variabile estensiva del contenuto volumetrico di acqua con la variabile intensiva del potenziale idrico. La rappresentazione grafica delle variabili estensive e intensive consente ai ricercatori e agli irrigatori di rispondere a domande cruciali, come ad esempio dove si sposterà l'acqua del suolo. Per esempio, nella Figura 5 qui sotto, se i tre terreni sottostanti fossero diversi strati di orizzonte del suolo al 15% di contenuto d'acqua, l'acqua nella sabbia fine limosa inizierebbe a spostarsi verso lo strato di sabbia fine limosa perché ha un potenziale idrico più negativo.

Una curva di rilascio dell'umidità del suolo può essere utilizzata anche per prendere decisioni sull'irrigazione, come ad esempio quando attivare e disattivare l'acqua. Per fare ciò, i ricercatori o gli irrigatori devono comprendere sia il contenuto volumetrico d'acqua (VWC) che il potenziale idrico. Il VWC indica al coltivatore la quantità di irrigazione da applicare. Il potenziale idrico indica la disponibilità di acqua per le colture e quando interrompere l'irrigazione. Ecco come funziona.

La Figura 6 mostra le tipiche curve di rilascio dell'umidità per un terreno sabbioso, un terreno limoso e un terreno argilloso. A -100 kPa, il contenuto d'acqua del terreno sabbioso è inferiore al 10%. Nel terreno limoso, invece, è di circa il 25% e in quello argilloso è vicino al 40%. La capacità di campo è tipicamente compresa tra -10 e -30 kPa. Il punto di appassimento permanente è di circa -1500 kPa. Un terreno più secco di questo punto di appassimento permanente non fornirebbe acqua a una pianta. E l'acqua in un terreno più umido della capacità di campo drenerebbe dal terreno. Un ricercatore/irrigatore può osservare queste curve e capire quale sarebbe il livello ottimale di contenuto d'acqua per ogni tipo di terreno.

La Figura 7 è la stessa curva di rilascio dell'umidità che mostra l'intervallo di capacità del campo (linee verticali verdi), il limite inferiore normalmente impostato per una coltura irrigua (giallo) e il punto di appassimento permanente (rosso). Utilizzando queste curve, un ricercatore/irrigatore può vedere che il potenziale idrico del silt loam dovrebbe essere mantenuto tra -10 e -50 kPa. Il contenuto d'acqua che corrisponde a questi potenziali d'acqua indica all'irrigatore che i livelli di contenuto d'acqua del terriccio devono essere mantenuti a circa il 32% (0,32 ^m3/m3). I sensori di umidità del suolo possono avvisare quando si supera o si scende al di sotto di questo limite ottimale.

ZENTRA semplifica tutto

Una volta ottenute le informazioni da una curva di rilascio, il registratore di datiZL6 di METER e il suo sistema di gestione dei rifiuti semplificano il processo di mantenimento del livello di umidità ottimale. ZENTRA Cloud semplificano il processo di mantenimento di un livello di umidità ottimale. I limiti superiori e inferiori possono essere impostati in ZENTRA cloud e vengono visualizzati come una banda ombreggiata sovrapposta ai dati sull'umidità del suolo in tempo quasi reale (ombreggiatura blu), rendendo facile sapere quando attivare e disattivare l'acqua. Vengono anche inviati automaticamente degli avvisi quando i limiti vengono raggiunti o superati.

Per saperne di più sul miglioramento dell'irrigazione con l'umidità del suolo

Curve di laboratorio: ora più facili che mai

15-20 anni fa ci volevano mesi per ottenere una curva di rilascio dell'umidità del suolo completa e dettagliata in laboratorio, ma da allora abbiamo fatto molta strada. Perché?

Le curve di rilascio dell'umidità hanno sempre avuto due aree deboli: un intervallo di dati limitati tra 0 e -100 kPa e un intervallo da -100 kPa a -1000 kPa in cui nessuno strumento poteva effettuare misurazioni accurate. Tra 0 e -100 kPa, il suolo perde metà o più del suo contenuto d'acqua. L'uso di piastre di pressione per creare i punti dati per questa sezione della curva di rilascio dell'umidità significava che la curva era basata solo su cinque punti dati.

E poi c'è il divario. Le letture più basse del tensiometro si interrompono a -0,085 MPa, mentre storicamente la gamma più alta del misuratore di potenziale idrico WP4 raggiunge a malapena -1 MPa. Questo ha lasciato un buco nella curva proprio a metà della gamma disponibile per le piante.

Nel 2008, METER Group AG in Germania ha rilasciato HYPROP, uno strumento in grado di produrre oltre 100 punti di dati nell'intervallo da 0 a -0,1 MPa. In questo modo è stato risolto il problema della risoluzione, con una quantità di dati più che ventuplicata in quella sezione della curva.

Nel 2010, METER Group ha lanciato il nuovo misuratore di potenziale idrico WP4C . I significativi miglioramenti in termini di accuratezza e portata consentono ora a WP4C di effettuare buone letture fino alla gamma dei tensiometri. Utilizzando HYPROP con il nuovo strumento WP4Cun esperto sperimentatore può ora realizzare curve di rilascio dell'umidità complete e ad alta risoluzione. Per informazioni approfondite su come realizzare curve di rilascio dell'umidità del terreno in laboratorio, consultare la nostra Guida all'applicazione delle curve di rilascio dell'umidità.

Curve di rilascio dell'umidità in campo? Sì, è possibile.

La collocazione in situ di sensori di potenziale idrico e di sensori di umidità del suolo aggiunge molte altre curve di rilascio dell'umidità alla base di conoscenze di un ricercatore. Inoltre, poiché sono soprattutto le prestazioni in situ dei terreni insaturi a preoccupare gli ingegneri geotecnici e gli scienziati dell'irrigazione, l'aggiunta di misure in situ alle curve prodotte in laboratorio sarebbe l'ideale.

Nel webinar che segue, il dott. Colin Campbell, ricercatore METER, riassume una recente relazione tenuta alla Pan American Conference of Unsaturated Soils. L'articolo, "Comparing in situ soil water characteristic curves to those generated in the lab" di Campbell et al. (2018), illustra come le SWCC generate in situ utilizzando il sensore di potenziale matrico calibrato TEROS 21 e i sensori di contenuto d'acqua METER siano comparabili con quelle create in laboratorio.

Aspetta, c'è di più

Le curve di rilascio dell'umidità del suolo possono fornire ulteriori informazioni che vanno oltre lo scopo di questo articolo. I ricercatori le usano per capire molte questioni come la capacità di ritiro del suolo, la capacità di scambio cationico o l'area superficiale specifica del suolo. Nel video che segue, l'esperto di umidità del suolo Leo Rivera fornisce informazioni più dettagliate su come utilizzare una curva di rilascio dell'umidità per analizzare i comportamenti individuali del suolo rispetto all'acqua.

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