Seja você um estudante de graduação embarcando em uma campanha de medição ambiental, um pesquisador experiente ou um produtor preocupado com o gerenciamento da irrigação, em algum momento você provavelmente já percebeu que precisa medir a umidade do solo. Por quê? Como a disponibilidade de água é um dos principais fatores de produtividade do ecossistema, a umidade do solo (ou seja, conteúdo de água do solo/potencial de água do solo) é a fonte imediata de água para a maioria das plantas. O que é a umidade do solo? A seguir, apresentamos uma visão abrangente da medição da umidade do solo e uma exploração de alguns termos científicos importantes usados em conjunto com a umidade do solo.
A umidade do solo é mais do que apenas saber a quantidade de água no solo. Há princípios básicos que você precisa conhecer antes de decidir como medi-la. Aqui estão algumas perguntas que podem ajudá-lo a se concentrar no que realmente está tentando descobrir.
Dependendo de qual dessas questões você está interessado, a umidade do solo pode ter um significado muito diferente.
A maioria das pessoas analisa a umidade do solo apenas em termos de uma variável: o conteúdo de água do solo. Mas são necessários dois tipos de variáveis para descrever o estado da água no solo: conteúdo de água, que é a quantidade de água, e potencial hídrico, que é o estado de energia da água.
O conteúdo de água do solo é uma variável extensa. Ele muda de acordo com o tamanho e a situação. É definido como a quantidade de água por unidade total de volume ou massa. Basicamente, é a quantidade de água existente.
O potencial hídrico é uma variável "intensiva" que descreve a intensidade ou a qualidade da matéria ou da energia. Ele é frequentemente comparado à temperatura. Assim como a temperatura indica o nível de conforto de um ser humano, o potencial da água pode indicar o nível de conforto de uma planta. O potencial da água é a energia potencial por mol (unidade de massa, volume, peso) de água com referência à água pura com potencial zero. Você pode considerar o potencial hídrico como o trabalho necessário para remover uma pequena quantidade de água do solo e depositá-la em uma piscina de água pura e livre.
Saiba mais sobre variáveis intensivas e extensivas
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Este artigo examina brevemente dois métodos diferentes de medição do teor de água do solo: teor de água gravimétrico e teor de água volumétrico.
O conteúdo gravimétrico de água é a massa de água por massa de solo (ou seja, gramas de água por grama de solo). É o principal método de medição do conteúdo de água do solo porque a quantidade de água do solo é medida diretamente pela medição da massa. É calculado pesando o solo úmido amostrado no campo, secando-o em um forno e, em seguida, pesando o solo seco.
Assim, o conteúdo gravimétrico de água é igual à massa de solo úmido menos a massa de solo seco dividida pela massa de solo seco. Em outras palavras, a massa da água dividida pela massa do solo.
O conteúdo volumétrico de água é o volume de água por volume total de solo.
O teor de água volumétrico descreve a mesma coisa que o teor de água gravimétrico, exceto pelo fato de que está sendo relatado com base no volume.
Por exemplo, os componentes de um volume conhecido de solo são mostrados na Figura 1. Todos os componentes totalizam 100%. Como o conteúdo volumétrico de água (VWC) é igual ao volume de água dividido pelo volume total do solo, nesse caso, o VWC será de 35%. Às vezes, o VWC é relatado como cm3/cm3 ou polegadas por pé.
O conteúdo gravimétrico de água(w) pode ser convertido em conteúdo volumétrico de água(ϴ) multiplicando-se pela densidade aparente seca do solo(⍴b) (Equação 3).
Como o teor de água gravimétrico é o método de primeiros princípios (ou direto) para medir a quantidade de água no solo, ele é usado para desenvolver calibrações e validar leituras de quase todas as medições de VWC que são detectadas in situ ou remotamente. Se você tiver um sensor dielétrico, terá alguma relação que converte o que está lendo no campo eletromagnético em conteúdo de água no solo. Portanto, se não tiver certeza de que seu conteúdo volumétrico de água está correto, faça uma amostragem do solo, meça o conteúdo gravimétrico de água, colete uma amostra de densidade aparente e verifique você mesmo.
A umidade do solo é mais do que apenas saber a quantidade de água no solo. Aprenda os princípios básicos que você precisa conhecer antes de decidir como medi-la. Neste webinar de 20 minutos, descubra:
A maioria das medições de teor volumétrico de água é feita com algum tipo de sensor. Os sensores de teor de água da METER usam a tecnologia de capacitância. Para fazer essa medição, esses sensores aproveitam a "polaridade" da água. Como isso funciona?
A Figura 2 mostra uma molécula de água. Há um polo negativo na parte superior com um átomo de oxigênio e um polo positivo na parte inferior com dois átomos de hidrogênio. Se introduzíssemos um campo eletromagnético (Figura 3) no solo, essa molécula de água chamaria a atenção. Se o campo fosse invertido, ela dançaria na direção oposta. Assim, ao criar um campo eletromagnético com um sensor de teor de água, é possível medir o efeito da água nesse campo eletromagnético. Se houver mais água no solo, o efeito será maior. Saiba mais sobre a tecnologia de capacitância aqui.
O uso de um sensor de teor de água do solo abre a possibilidade de uma série temporal (Figura 4), uma ferramenta poderosa usada para entender o que está acontecendo no solo. Para medir o teor de água gravimétrico, é necessário coletar uma amostra ou uma série de amostras e levá-las ao laboratório. Se você precisar de uma série temporal, isso é impraticável porque você estaria essencialmente no campo coletando amostras o tempo todo.
Com um sensor de teor de água, você pode medir automaticamente o tempo das alterações no teor de água do solo e comparar as profundidades em um perfil. E as formas dessas curvas fornecem informações importantes sobre o que está acontecendo com a água em seu solo.
A Tabela 1 compara diferentes métodos de detecção de solo.
| Conteúdo gravimétrico de água | Sensores VWC | Sensoriamento remoto (SMOS) |
|---|---|---|
| Primeiros princípios/método direto | Conveniente para séries temporais | Pode fazer séries temporais em escala limitada |
| Consome muito tempo | Permite a detecção de perfil ao longo do tempo | Extremamente eficiente para amostragem espacial |
| Destrutivo | Menos intrusivo | |
| Apenas um instantâneo no tempo |
Tabela 1. Comparação dos métodos de detecção do solo
O teor de água gravimétrico é uma boa medida de princípios iniciais, mas consome tempo, é destrutivo e fornece apenas um instantâneo no tempo. Os sensores de conteúdo de água do solo fornecem uma série temporal, permitem a detecção de perfil ao longo do tempo e evitam a amostragem destrutiva, embora um sensor ainda seja inserido no solo. O sensoriamento remoto fornece uma série temporal em uma escala limitada, mas é extremamente poderoso para amostragem espacial, o que é importante para medir o teor de água. Os sensores de umidade do solo METER reduzem a perturbação com uma ferramenta de instalação especializada, projetada para minimizar a perturbação do local (assista ao vídeo para ver como funciona).
Se você deseja obter dados precisos sobre a umidade do solo, a instalação correta do sensor deve ser sua prioridade número um. Ao medir no solo, as variações naturais de densidade podem resultar em uma perda de precisão de 2 a 3%, mas uma instalação ruim pode causar uma perda de precisão de mais de 10%. A má instalação é a fonte mais comum de erro nos dados de umidade do solo, mas há técnicas que garantem uma instalação perfeita todas as vezes. O especialista em instalação de sensores, Chris Chambers, explica por que você precisa de uma instalação mais inteligente do sensor de umidade do solo e como conseguir isso.
Saiba mais:
Em termos de conteúdo volumétrico de água, o solo seco em estufa tem 0% de VWC por definição. É um ponto final definido. A água pura está no outro extremo da escala, em 100%. Muitas pessoas pensam que 100% de VWC é um solo totalmente saturado, mas não é assim. Cada tipo de solo se saturará em diferentes teores de água.
Uma maneira de ver isso é como uma porcentagem de saturação:
% de saturação = VWC/porosidade * 100
Se você conhece a porosidade de um determinado tipo de solo, é possível aproximar o conteúdo de água na saturação. Mas os solos raramente atingem a saturação no campo. Por quê?
Na Figura 5, você pode ver que, à medida que o solo adsorve água, ele cria uma película de água que se agarra às partículas do solo. Há também espaços porosos cheios de ar. Em condições de campo, é difícil eliminar esses espaços de ar. Esse aprisionamento de ar é a razão pela qual a porcentagem de saturação raramente será igual ao máximo de saturação teórica para qualquer tipo de solo.
O potencial hídrico é a outra variável usada para descrever a umidade do solo. Conforme observado anteriormente, ele é definido como o estado de energia do solo ou a energia potencial por mol de água com referência à água pura com potencial zero. O que isso significa? Para entender esse princípio, compare a água em uma amostra de solo com a água em um copo. A água no copo é relativamente livre e disponível; a água no solo está ligada a superfícies e pode ser diluída por solutos e até mesmo sob pressão. Como resultado, a água do solo tem um estado de energia diferente da água "livre". A água livre pode ser acessada sem exercer nenhuma energia. A água do solo só pode ser extraída se for gasta uma energia equivalente ou maior do que a energia com a qual ela é mantida. O potencial da água expressa a quantidade de energia que você precisaria gastar para retirar a água da amostra de solo.
O potencial hídrico é a soma de quatro componentes diferentes: potencial gravitacional + potencial matricial + potencial de pressão + potencial osmótico (Equação 4).
O potencial matricial é o componente mais significativo no que diz respeito ao solo, pois está relacionado à água que está aderindo às superfícies do solo. Na Figura 6, o potencial matricial é o que criou a película de água aderida às partículas do solo. À medida que a água é drenada do solo, os espaços porosos cheios de ar ficam maiores, e a água fica mais aderida às partículas do solo à medida que o potencial matricial diminui. Assista ao vídeo abaixo para ver o potencial matricial em ação.
Um gradiente de potencial hídrico é a força motriz do fluxo de água no solo. E o potencial hídrico do solo é o melhor indicador da água disponível para as plantas(saiba por que aqui). Assim como o teor de água, o potencial hídrico pode ser medido com sensores no laboratório e no campo. Aqui estão alguns exemplos de diferentes tipos de sensores de potencial hídrico de campo.
A água se moverá de um local de maior energia para um local de menor energia até que os locais atinjam o equilíbrio, conforme ilustrado na Figura 6. Por exemplo, se o potencial hídrico de um solo fosse de -50 kPa, a água se moveria em direção a -100 kPa, mais negativo, para se tornar mais estável.
Isso também se aproxima do que acontece no continuum planta-solo-atmosfera. Na Figura 7, o solo está a -0,3 MPa e as raízes estão um pouco mais negativas, a -0,5 MPa. Isso significa que as raízes puxarão a água do solo para cima. Em seguida, a água subirá pelo xilema e sairá pelas folhas ao longo desse gradiente de potencial. E a atmosfera, a -100 MPa, é o que impulsiona esse gradiente. Portanto, o potencial hídrico define a direção em que a água se moverá no sistema.
A água disponível para a planta é a diferença no conteúdo de água entre a capacidade de campo e o ponto de murcha permanente no solo ou no meio de cultivo (veja as definições abaixo). A maioria das culturas sofrerá uma perda significativa de rendimento se o solo secar mesmo perto do ponto de murcha permanente. Para maximizar o rendimento da cultura, o conteúdo de água do solo normalmente será mantido bem acima do ponto de murcha permanente, mas a água disponível para a planta ainda é um conceito útil porque comunica o tamanho do reservatório de água no solo. Com algum conhecimento básico sobre o tipo de solo, a capacidade de campo e o ponto de murcha permanente podem ser estimados a partir de medições feitas por sensores de umidade do solo in situ. Esses sensores fornecem dados contínuos sobre o conteúdo de água no solo que podem orientar as decisões de gerenciamento da irrigação para aumentar a produtividade da cultura e a eficiência do uso da água.
A capacidade de água no campo é definida como "o conteúdo de água em uma base de massa ou volume que permanece em um solo dois ou três dias após ter sido molhado com água e após a drenagem livre ser insignificante". Glossário de termos da ciência do solo. Soil Science Society of America, 1997. Geralmente, supõe-se que seja o conteúdo de água em um potencial hídrico de -33 kPa para solos de textura fina ou de -10 kPa em solos arenosos, mas esses são apenas pontos de partida grosseiros. A capacidade de campo real depende das características do perfil do solo. Ela deve ser determinada com base nos dados de conteúdo de água monitorados no campo. Se estiver analisando os dados de capacidade de campo, é bom saber como se chegou a esse ponto.
Embora geralmente especifiquemos a capacidade de campo em termos de potencial hídrico, é importante perceber que ela é, na verdade, uma propriedade de fluxo. A água se move para baixo no perfil do solo sob a influência do gradiente de potencial gravitacional. Ela continuará descendo para sempre, mas, à medida que o solo seca, a condutividade hidráulica diminui rapidamente, tornando o fluxo descendente pequeno em comparação com as perdas por evaporação e transpiração. Pense no solo como um balde com vazamento. As plantas estão tentando pegar parte da água à medida que ela desce pela zona da raiz.
No extremo oposto da escala está o ponto de murcha permanente. O ponto de murcha permanente foi determinado experimentalmente em girassóis e definido como -15 bar (-1500 kPa, Briggs e Shantz, 1912, p. 9). É o potencial do solo no qual os girassóis murcham e não conseguem se recuperar durante a noite. Teoricamente, é o tanque vazio, onde há uma perda completa da pressão de turgor e a planta murcha. Mas -1500 kPa não é necessariamente o ponto de murcha para todas as plantas. Muitas plantas "murcham" em pontos diferentes; algumas plantas começarão a se proteger de danos permanentes muito antes de -1500 kPa e outras bem depois. Portanto, -1500 kPa é um ponto de referência útil no solo, mas esteja ciente de que um cacto provavelmente não se importa com -1500 kPa, e um pinheiro ponderosa certamente não se desligará nesse ponto. Portanto, isso pode significar coisas diferentes para plantas ou culturas diferentes (leia mais: M.B. Kirkham. Principles of Soil and Plant Water Relations, 2005, Elsevier).
Você pode determinar de forma rápida e fácil o ponto de murcha permanente de qualquer solo usando o software METER. WP4C.
Para tirar conclusões significativas sobre o teor de água, é preciso saber algo sobre o tipo de solo.
A Figura 8 é um gráfico das classes de textura mais comuns, de areia a argila. Cada textura tem uma distribuição de tamanho de partícula diferente. A Tabela 2 ilustra que, a -1500 kPa (ponto de murcha permanente), cada classe de textura tem um teor de água diferente. E o mesmo acontece com a capacidade de campo.
| Textura | FC (v%) | PWP (v%) |
|---|---|---|
| Areia | 5 | 1 |
| Areia argilosa | 10 | 2 |
| Argila arenosa | 17 | 6 |
| Argila arenosa | 32 | 19 |
| Barro | 27 | 14 |
| Argila arenosa | 38 | 28 |
| Argila siltosa | 27 | 13 |
| Silte | 24 | 10 |
| Argila argilosa | 36 | 23 |
| Argila siltosa | 36 | 22 |
| Argila siltosa | 40 | 28 |
| Argila | 42 | 32 |
Tabela 2. Capacidade de campo representativa e ponto de murcha permanente para diferentes texturas de solo
É interessante notar que uma argila arenosa pode ter um VWC de 32% na capacidade de campo (que é um solo bem hidratado), mas para uma argila, o VWC de 32% está no ponto de murcha permanente. Isso significa que você deve coletar uma amostra do solo ao instalar sensores para garantir que conhece a textura do solo e o que está acontecendo nele. Isso é especialmente importante quando há mudanças no tipo de solo: mudanças no perfil do solo ou variabilidade espacial de um local para outro. Observe que o potencial hídrico não muda com a situação. Para todos esses tipos de solo, -33 kPa é -33 kPa, seja em argila ou areia. Se considerarmos um solo siltoso como um tipo de solo de textura média, seu teor de água de -33 kPa é de 27% e seu teor de água de -1500 kPa é de 13%. Em uma densidade aparente típica, o espaço poroso total é de cerca de 50%. Se esse espaço fosse preenchido, o solo estaria saturado. Portanto, a partir da saturação (supondo que a capacidade de campo seja de -33 kPa), metade da água seria drenada para atingir a capacidade de campo. Cerca de metade da água restante é água disponível para a planta. Depois que a planta tiver extraído toda a água que puder, uma quantidade de água aproximadamente igual à água disponível para a planta ainda estará no solo, mas não poderá ser removida pela planta.
O PARIO é um instrumento que determina automaticamente o tipo de solo e a distribuição do tamanho das partículas de qualquer solo.
Há uma relação entre o potencial hídrico e o conteúdo volumétrico de água que pode ser ilustrada por meio de uma curva de retenção de água no solo (às vezes chamada de curva de liberação de umidade ou curva característica de água no solo). A Figura 9 mostra exemplos de curvas para três solos diferentes. No eixo x está o potencial hídrico em uma escala logarítmica e no eixo Y está o conteúdo volumétrico de água. As curvas de retenção de água do solo são como impressões digitais físicas, exclusivas de cada solo. Isso ocorre porque a relação entre o potencial hídrico e o conteúdo de água do solo é diferente para cada solo. Com essa relação, você pode descobrir como os diferentes solos se comportarão em qualquer ponto da curva. Você pode responder a perguntas críticas, como: a água será drenada pelo solo rapidamente ou ficará retida na zona da raiz? As curvas de retenção de água no solo são ferramentas poderosas usadas para prever a absorção de água pelas plantas, a drenagem profunda, o escoamento superficial e muito mais. Saiba mais sobre como isso funciona aqui ou assista ao Soil Moisture 201.
O HYPROP é um instrumento que gera automaticamente curvas de retenção de água no solo na faixa úmida. É possível criar curvas de retenção em toda a faixa de umidade do solo combinando o HYPROP e o WP4C.
Antes de embarcar em qualquer campanha de medição da umidade do solo, faça a si mesmo as seguintes perguntas:
Se você só precisa saber quanta água está armazenada no solo, deve se concentrar no conteúdo de água do solo. Se você quiser saber para onde a água vai se deslocar, então o potencial hídrico é a medida certa. Para saber se suas plantas podem obter água, você precisará medir o potencial hídrico.
Leia mais sobre isso no artigo: "Por que a umidade do solo não pode lhe dizer tudo o que você precisa saber". No entanto, se você quiser saber quando regar ou quanta água está armazenada no solo para suas plantas, provavelmente precisará tanto do conteúdo de água quanto do potencial hídrico. Isso ocorre porque você precisa saber quanta água está fisicamente no solo e precisa saber em que ponto suas plantas não conseguirão obtê-la. Saiba mais sobre como isso funciona no artigo: "Quando regar: medições duplas resolvem o mistério".
Kirkham, Mary Beth. Principles of soil and plant water relations (Princípios das relações hídricas do solo e da planta). Academic Press, 2014.
Taylor, Sterling A. e Gaylen L. Ashcroft. Physical edaphology (Edafologia física). The physics of irrigated and nonirrigated soils (A física dos solos irrigados e não irrigados). 1972.
Hillel, Daniel. Fundamentals of soil physics (Fundamentos da física do solo). Imprensa acadêmica, 2013.
Dane, Jacob H., G. C. Topp e Gaylon S. Campbell. Methods of soil analysis physical methods (Métodos de análise de solo: métodos físicos). No. 631.41 S63/4. 2002.
Entender a diferença entre os sensores de umidade do solo pode ser confuso. Os dois gráficos abaixo comparam os métodos mais comuns de detecção de umidade do solo, os prós e contras de cada um e em que tipo de situação cada método pode ser útil. Todos os sensores de umidade do solo da METER usam uma técnica de detecção de capacitância de alta frequência e uma ferramenta de instalação para facilitar a instalação e garantir a maior precisão possível. Para obter informações mais detalhadas sobre cada método de medição, assista ao nosso webinar sobre umidade do solo 102.
| Sensor | Prós | Contras | Quando usar |
|---|---|---|---|
| Resistência Sondas |
1. Medições contínuas podem ser coletadas com o registrador de dados 2. Preço mais baixo 3. Baixo consumo de energia |
1. Baixa precisão: a calibração muda com o tipo de solo e o teor de sal do solo 2. Os sensores se degradam com o tempo |
1. Quando você só quer saber se o teor de água mudou e não se importa com a precisão |
| Sondas TDR (Domínio do tempo) |
1. Medições contínuas podem ser coletadas com o registrador de dados 2. Precisão com calibração específica do solo (2-3%) 3. Insensível à salinidade até o desaparecimento do sinal 4. Respeitado pelos revisores |
1. Mais complicado de usar do que a capacitância* 2. Demora para ser instalado porque é preciso cavar uma vala em vez de um buraco 3. Deixa de funcionar em condições de alta salinidade 4. Usa muita energia (baterias grandes recarregáveis) |
1. Se o seu laboratório já possui o sistema. Eles são mais caros e complexos do que a capacitância, e estudos mostram que tanto o TDR quanto a capacitância são igualmente precisos com a calibração |
| Sensores de capacitância | 1. Medições contínuas podem ser coletadas com o registrador de dados 2. Alguns tipos são fáceis de instalar 3. Precisão com calibração específica do solo (2-3%) 4. Usa pouca energia (baterias pequenas com pouco ou nenhum painel solar) 5. Barato, você pode obter muito mais medições com o dinheiro que gasta |
1. Torna-se impreciso em alta salinidade (acima de 8 dS/m de extrato de saturação)** 2. Algumas marcas de baixa qualidade produzem precisão e desempenho ruins. |
1. Você precisa de muitos locais de medição 2. Você precisa de um sistema que seja simples de implantar e manter 3. Você precisa de baixo consumo de energia 4. Você precisa de mais medições por dólar gasto |
| Sonda de nêutrons | 1. Grande volume de medição 2. Insensível à salinidade 3. Respeitado pelos revisores, já que o método existe há mais tempo 4. Não é afetado por problemas de contato entre o solo e o sensor |
1. Caro 2. Precisa de um certificado de radiação para operar 3. Extremamente demorado 4. Não há medição contínua |
1. Você já tem uma sonda de nêutrons em seu programa com a certificação e já sabe como interpretar os dados da sonda de nêutrons 2. Você está medindo solos altamente salinos ou argilosos com inchaço e retração, onde a manutenção do contato é um problema. |
| COSMOS | 1. Volume de influência extremamente grande (800 m) 2. Automatizada 3. Eficaz para dados de satélite de verificação de solo, pois suaviza a variabilidade em uma grande área 4. Não é afetado por problemas de contato entre o sensor e o solo |
1. Mais caro 2. O volume de medição é mal definido e muda com o teor de água do solo 3. A precisão pode ser limitada por fatores de confusão, como a vegetação |
1. Quando você precisa obter uma média do teor de água em uma área ampla 2. Se estiver verificando dados de satélite no solo |
*A Acclima e a Campbell Scientific fabricam sensores TDR/sondas de perfil que possuem circuitos de medição integrados, o que supera o desafio da complexidade enfrentado pela maioria dos sistemas TDR.
**Isso depende da frequência de medição; quanto maior a frequência, menor a sensibilidade.
| Resistência | TDR | Capacitância | Sonda de nêutrons | COSMOS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Preço | Mais baixo | Moderado a alto | Baixo a moderado | Alta | Mais alto |
| Precisão | Baixa | Alta* (com calibração específica do solo) |
Alta* (com calibração específica do solo) |
Baixo (melhora com a calibração em campo) | Desconhecido |
| Complexidade | Fácil | Fácil a intermediário | Fácil | Difícil | Difícil |
| Uso de energia | Baixa | Moderado a alto | Baixa | N/A | Alta |
| Sensibilidade à salinidade | Extremo | 1. Nenhum em salinidade baixa a média 2. Sim em alta salinidade |
Sim, em alta salinidade | Não | Não |
| Durabilidade | Baixa | Alta | Alta | Alta | Alta |
| Volume de influência | Pequena área entre a sonda A e a sonda B | 0,25 litro a 2 litros, dependendo do comprimento da sonda e da forma do campo eletromagnético | 0,25 litro a 2 litros, dependendo do comprimento da sonda e da forma do campo eletromagnético | Esfera de 20 cm de diâmetro quando o solo está úmido, esfera de 40 cm de diâmetro quando o solo está seco | 800 metros de diâmetro |
*Algumas marcas de baixa qualidade apresentam baixa precisão e desempenho ruim. As maiores ameaças à precisão dos sensores TDR e de capacitância são as lacunas de ar causadas pela má instalação, seguidas pela atividade da argila no solo (ou seja, as argilas esmectitas) e pela salinidade.
A METER criou a nova linha de sensores TEROS para eliminar as barreiras à boa precisão, como inconsistência na instalação, variabilidade de sensor para sensor e verificação do sensor. Os sensores de umidade do soloTEROS combinam uma instalação consistente e sem falhas com uma ferramenta de instalação, construção extremamente robusta, variabilidade mínima de sensor para sensor, um grande volume de influência e registro de dados avançado para oferecer o melhor desempenho, precisão, facilidade de uso e confiabilidade a um preço acessível.
Deseja mais detalhes? No webinar abaixo, o especialista em umidade do solo Leo Rivera explica por que passamos 20 anos criando a nova linha de sensores TEROS .
Para obter maior precisão, considere uma calibração específica do solo. Os sensores de umidade do solo da METER medem o conteúdo volumétrico de água do solo por meio da medição da constante dielétrica do solo, que é uma forte função do conteúdo de água. Entretanto, nem todos os solos têm propriedades elétricas idênticas. Devido às variações na densidade aparente do solo, na mineralogia, na textura e na salinidade, a calibração genérica de minerais para os sensores METER atuais resulta em uma precisão de aproximadamente ± 3 a 4% para a maioria dos solos minerais e de aproximadamente ± 5% para substratos de crescimento sem solo (terra para vasos, lã de rocha, coco etc.). Entretanto, a precisão aumenta para ± 1 a 2% para solos e substratos sem solo com calibração específica do solo. A METER recomenda que os usuários de sensores de umidade do solo realizem uma calibração específica do solo ou usem nosso Serviço de Calibração Específica do Solo para obter a melhor precisão possível nas medições de conteúdo volumétrico de água.
| TEROS 12 | TEROS 11 | TEROS 10 | EC-5 | 10HS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Medidas | Conteúdo volumétrico de água, temperatura, condutividade elétrica | Conteúdo volumétrico de água, temperatura | Conteúdo volumétrico de água | Conteúdo volumétrico de água | Conteúdo volumétrico de água |
| Volume de influência | 1010 mL | 1010 mL | 430 mL | 240 mL | 1320 mL |
| Saída de medição | Digital SDI-12 | Digital SDI-12 | Analógico | Analógico | Analógico |
| Vida útil do campo | Mais de 10 anos | Mais de 10 anos | Mais de 10 anos | 3-5 anos* | 3-5 anos* |
| Durabilidade | Mais alto | Mais alto | Mais alto | Moderado | Moderado |
| Instalação | Ferramenta de instalação para alta precisão | Ferramenta de instalação para alta precisão | Ferramenta de instalação para alta precisão | Instalar manualmente | Instalar manualmente |
Tabela 1. Gráfico de comparação de sensores de umidade do solo
*Escolha um sensor de longa duração, como o TEROS , se as condições de campo forem tipicamente quentes e úmidas
O número de sensores de umidade do solo instalados em um local de pesquisa pode fazer a diferença entre comprovar uma hipótese ou não comprová-la totalmente. Quantos sensores produzirão a imagem mais completa da umidade do solo? Não há uma resposta única para todos os cenários. Os objetivos do estudo, os requisitos de precisão, a escala e as características específicas do local influenciam o número de sensores necessários. Além disso, a umidade do solo é variável tanto espacial quanto temporalmente. A compreensão das forças motrizes dessa variabilidade dá aos pesquisadores uma visão de como fazer a amostragem.
Dentro da área de um local de estudo, a variabilidade da umidade do solo decorre de diferenças na textura do solo, quantidade e tipo de cobertura vegetal, topografia, precipitação e outros fatores climáticos, práticas de manejo e propriedades hidráulicas do solo (a rapidez com que a água se move pelo solo). Os pesquisadores devem considerar a variabilidade das características da paisagem para ter uma noção de quantos locais de amostra são necessários para captar a diversidade da umidade do solo.
O conteúdo de água do solo também pode variar ao longo do tempo, mudando com a precipitação, a seca, a irrigação e a evapotranspiração, e em padrões previsíveis associados ao clima sazonal e à diversidade da vegetação (Wilson et al., 2004). Embora esse seja um conceito fácil de entender, ele se torna mais complexo quando se considera a variabilidade que surge da interação entre as dinâmicas temporal e espacial.
Os exemplos a seguir usam dados simulados para ilustrar os efeitos das diferenças espaciais e temporais no teor de umidade do solo. No primeiro exemplo, o teor de umidade do solo é simulado para o mesmo local de estudo em condições úmidas e secas e calculadas as funções de densidade de probabilidade (PDFs). Esse exemplo demonstra que os parâmetros que descrevem as PDFs de umidade do solo não são estáticos, mas mudam com o tempo, dependendo das condições de umidade do solo.
No segundo exemplo, o conteúdo de água do solo é simulado para um único ponto no tempo, quando as condições não eram nem úmidas nem secas. O PDF resultante indica que há mais de uma "população" de conteúdo de umidade do solo no local de estudo (Figura 11). Isso pode ser causado por vários fatores. Pode ser que existam áreas com diferentes texturas de solo (por exemplo, áreas arenosas mais secas e áreas mais úmidas de barro siltoso), que a área de estudo inclua topografia baixa e encostas adjacentes ou que a área de estudo tenha vários tipos de cobertura vegetal.
Os dois exemplos simples acima demonstram a natureza complexa da umidade do solo no tempo e no espaço. Ambos os exemplos sugerem que uma suposição de normalidade pode nem sempre ser válida quando se trabalha com o conteúdo de água do solo em condições de campo (Brocca et al., 2007; Vereecken et al., 2014).
Se o objetivo for determinar o conteúdo médio "verdadeiro" de água no solo para uma área de estudo, o esquema de amostragem precisará levar em conta as fontes de variabilidade descritas acima. Se a área de estudo tiver colinas e vales, diversos tipos de cobertura de dossel e variações sazonais na precipitação, os sensores deverão estar localizados em áreas que representem as principais fontes de heterogeneidade. Se, em vez disso, o local de estudo for bastante homogêneo ou se o pesquisador estiver interessado apenas no padrão temporal do conteúdo de água do solo (por exemplo, para programação de irrigação), poderão ser necessários menos sensores de umidade do solo devido à autocorrelação temporal nos dados (Brocca et al. 2010; Loescher et al., 2014).
O conteúdo de água do solo é altamente dinâmico no tempo e no espaço. É trabalhoso e difícil captar toda essa dinâmica usando amostragem pontual, embora alguns pesquisadores optem por esse caminho. Como em muitas outras áreas da ciência ambiental, algumas das percepções mais profundas sobre o comportamento da umidade do solo estão surgindo de estudos que utilizam redes de sensores in-situ (Bogena et al., 2010; Brocca et al., 2010). Para a maioria das aplicações, o uso de medições contínuas in-situ lhe proporcionará uma compreensão superior do conteúdo de água do solo.
Para um tratamento mais aprofundado desse tópico, leia os artigos listados abaixo.
Baroni, G., B. Ortuani, A. Facchi e C. Gandolfi. "The role of vegetation and soil properties on the spatio-temporal variability of the surface soil moisture in a maize-cropped field." Journal of Hydrology 489 (2013): 148-159. Link do artigo.
Brocca, L., F. Melone, T. Moramarco e R. Morbidelli. "Spatial-temporal variability of soil moisture and its estimation across scales." Water Resources Research 46, no. 2 (2010). Link do artigo.
Brocca, L., R. Morbidelli, F. Melone e T. Moramarco. "Soil moisture spatial variability in experimental areas of central Italy" (Variabilidade espacial da umidade do solo em áreas experimentais da Itália central). Journal of Hydrology 333, no. 2 (2007): 356-373. Link do artigo.
Bogena, H. R., M. Herbst, J. A. Huisman, U. Rosenbaum, A. Weuthen e H. Vereecken. "Potencial das redes de sensores sem fio para medir a variabilidade do conteúdo de água do solo". Vadose Zone Journal 9, no. 4 (2010): 1002-1013. Link do artigo (acesso aberto).
Famiglietti, James S., Dongryeol Ryu, Aaron A. Berg, Matthew Rodell e Thomas J. Jackson. "Field observations of soil moisture variability across scales" (Observações de campo da variabilidade da umidade do solo em várias escalas). Water Resources Research 44, no. 1 (2008). Link do artigo (acesso aberto).
García, Gonzalo Martínez, Yakov A. Pachepsky e Harry Vereecken. "Effect of soil hydraulic properties on the relationship between the spatial mean and variability of soil moisture" (Efeito das propriedades hidráulicas do solo na relação entre a média espacial e a variabilidade da umidade do solo). Journal of hydrology 516 (2014): 154-160. Link do artigo.
Korres, W., T. G. Reichenau, P. Fiener, C. N. Koyama, H. R. Bogena, T. Cornelissen, R. Baatz et al. "Spatio-temporal soil moisture patterns-A meta-analysis using plot to catchment scale data." Journal of hydrology 520 (2015): 326-341. Link do artigo (acesso aberto).
Loescher, Henry, Edward Ayres, Paul Duffy, Hongyan Luo e Max Brunke. "Variação espacial nas propriedades do solo entre os ecossistemas da América do Norte e diretrizes para projetos de amostragem". PLOS ONE 9, no. 1 (2014): e83216. Link do artigo (acesso aberto).
Teuling, Adriaan J. e Peter A. Troch. "Melhor compreensão da dinâmica da variabilidade da umidade do solo". Geophysical Research Letters 32, no. 5 (2005). Link do artigo (acesso aberto).
Vereecken, Harry, J. A. Huisman, Yakov Pachepsky, Carsten Montzka, J. Van Der Kruk, Heye Bogena, L. Weihermüller, Michael Herbst, Gonzalo Martinez e Jan Vanderborght. "On the spatio-temporal dynamics of soil moisture at the field scale" (Sobre a dinâmica espaço-temporal da umidade do solo em escala de campo). Journal of Hydrology 516 (2014): 76-96. Link do artigo.
Wilson, David J., Andrew W. Western e Rodger B. Grayson. "Identificação e quantificação de fontes de variabilidade em observações temporais e espaciais da umidade do solo". Water Resources Research 40, no. 2 (2004). Link do artigo (acesso aberto).
Os padrões de reposição e uso da água dão origem a grandes variações espaciais na umidade do solo ao longo da profundidade do perfil do solo. Medições precisas do conteúdo de água do perfil são, portanto, a base de qualquer estudo de orçamento hídrico. Quando monitoradas com precisão, as medições do perfil mostram as taxas de uso da água, as quantidades de percolação profunda e as quantidades de água armazenadas para uso das plantas.
Três desafios comuns para fazer medições de alta qualidade do conteúdo volumétrico de água são:
Todas as sondas dielétricas são mais sensíveis na superfície da sonda. Qualquer perda de contato entre a sonda e o solo ou a compactação do solo na superfície da sonda pode resultar em grandes erros de medição. A água acumulada na superfície e correndo em caminhos preferenciais pelos orifícios de instalação da sonda também pode causar grandes erros de medição.
A instalação de sensores de umidade do solo sempre envolverá alguma escavação. Como fazer uma amostragem precisa do perfil, perturbando o solo o mínimo possível? Considere os prós e os contras de cinco estratégias diferentes de amostragem de perfil.
As sondas de perfil são uma solução completa para medições de teor de água no perfil. Uma sonda instalada em um único furo pode fornecer leituras em muitas profundidades. As sondas de perfil podem funcionar bem, mas a instalação adequada pode ser complicada e as tolerâncias são apertadas. É difícil fazer um furo único e profundo com precisão suficiente para garantir o contato ao longo de toda a superfície da sonda. O preenchimento para melhorar o contato resulta em reempacotamento e erros de medição. A sonda de perfil também é especialmente suscetível a problemas de fluxo preferencial na superfície longa do tubo de acesso. (OBSERVAÇÃO: o novo TEROS Borehole Installation Tool elimina o fluxo preferencial e reduz a perturbação do local, permitindo a instalação de sensores nas profundidades que você escolher).
A instalação de sensores em diferentes profundidades através da parede lateral de uma trincheira é um método fácil e preciso, mas a escavação real da trincheira é muito trabalhosa. Esse método coloca as sondas em solo não perturbado, sem problemas de empacotamento ou fluxo preferencial de água. Porém, como envolve escavação, normalmente só é usado quando a vala é cavada por outros motivos ou quando o solo é tão pedregoso ou cheio de cascalho que nenhum outro método funciona. A área escavada deve ser preenchida e reempacotada com aproximadamente a mesma densidade do solo original para evitar efeitos de borda indevidos.
A instalação de sondas através da parede lateral de um único furo de trado tem muitas das vantagens do método de trincheira sem o equipamento pesado. Esse método foi usado por Bogena et al. com EC-5 sondas. Eles criaram um aparelho para instalar sondas em várias profundidades simultaneamente. Assim como na instalação de trincheiras, o furo deve ser preenchido e reembalado até aproximadamente a densidade da pré-amostragem para evitar efeitos de borda.
Um furo de sondagem com trado perturba as camadas do solo, mas o tamanho relativo do impacto no local é uma fração do que seria com uma instalação de trincheira. Uma trincheira pode ter cerca de 60 a 90 cm de comprimento por 40 cm de largura. Uma instalação de furo de sondagem realizada com uma pequena broca manual e o TEROS Borehole Installation Tool cria um furo de apenas 10 cm de diâmetro - apenas 2 a 3% da área de uma vala. Como a escala de perturbação do local é minimizada, menos macroporos, raízes e plantas são perturbados, e o local pode retornar ao seu estado natural muito mais rapidamente. Além disso, quando a ferramenta de instalação é usada dentro de um pequeno furo, garante-se um bom contato entre o solo e o sensor, e é muito mais fácil separar as camadas do horizonte e reempacotar a densidade correta do solo porque há menos solo para separar.
A escavação de um orifício de acesso separado para cada profundidade garante que cada sonda seja instalada em um solo não perturbado no fundo de seu próprio orifício. Como em todos os métodos, tome cuidado para garantir que não haja fluxo preferencial de água nos furos de trado recarregados, mas uma falha em um único furo não compromete todos os dados, como aconteceria se todas as medições fossem feitas em um único furo.
A principal desvantagem desse método é que é necessário cavar um buraco para cada profundidade no perfil. No entanto, como os furos são pequenos, geralmente são fáceis de cavar.
É possível medir a umidade do perfil perfurando um único furo, instalando um sensor na parte inferior e, em seguida, reembalando o furo, enquanto instala sensores no solo reembalado nas profundidades desejadas à medida que avança. Entretanto, como o solo reembalado pode ter uma densidade aparente diferente da que tinha em seu estado não perturbado e como o perfil foi completamente alterado à medida que o solo é escavado, misturado e reembalado, esse é o menos desejável dos métodos discutidos. Ainda assim, uma instalação de furo único pode ser totalmente satisfatória para algumas finalidades. Se for permitido que a instalação se equilibre com o solo circundante e que as raízes cresçam no solo, as mudanças relativas no solo perturbado deverão refletir as do ambiente.
Bogena, H. R., A. Weuthen, U. Rosenbaum, J. A. Huisman e H. Vereecken. "SoilNet - uma rede de sensores de umidade do solo baseada em Zigbee". Em AGU Fall Meeting Abstracts (Resumos da Reunião de Outono da AGU). 2007. Link do artigo.
No vídeo abaixo, o especialista em instalação de sensores, Chris Chambers, explica por que você precisa de uma instalação mais inteligente do sensor de umidade do solo e como fazer isso. Saiba mais:
Quando se trata de medir a umidade do solo, a perturbação do local é inevitável. Podemos nos tranquilizar com a ideia de que os sensores de solo nos dirão algo sobre a água do solo, mesmo que uma grande quantidade de solo no local tenha sido perturbada. Ou podemos pensar que não importa se as propriedades do solo são alteradas ao redor do sensor porque as agulhas são inseridas em solo não perturbado. O fato é que a perturbação do local é importante, e há maneiras de reduzir seu impacto nos dados de umidade do solo. Abaixo está uma exploração da perturbação do local e como os pesquisadores podem ajustar suas técnicas de instalação para combater a incerteza em seus dados.
Durante a instalação de um sensor de umidade do solo, é importante gerar a menor quantidade possível de perturbação do solo para obter uma medição representativa. Existem métodos sem perturbação, como satélite, radar de penetração no solo e COSMOS. No entanto, esses métodos enfrentam desafios que os tornam impraticáveis como uma abordagem única para o conteúdo de água. O satélite tem uma grande área de cobertura, mas geralmente mede os 5 a 10 cm superiores do solo, e a resolução e a frequência de medição são baixas. O radar de penetração no solo tem ótima resolução, mas é caro, e a interpretação dos dados é difícil quando não se conhece a profundidade do limite inferior. O COSMOS é um método de nêutrons não invasivo baseado no solo que mede continuamente e atinge uma profundidade maior do que a de um satélite em uma área de até 800 metros de diâmetro. Mas seu custo é proibitivo em muitas aplicações e é sensível tanto à vegetação quanto ao solo, de modo que os pesquisadores precisam separar os dois sinais. Esses métodos ainda não estão prontos para substituir os sensores de umidade do solo, mas funcionam bem quando usados em conjunto com os dados de verdade do solo que os sensores de umidade do solo podem fornecer.
Depois que um local de pesquisa é perturbado, pode levar até seis meses ou até mais para que o solo volte ao seu estado natural. Os fatores de influência incluem precipitação (climas úmidos voltam ao "normal" mais rapidamente do que climas secos), tipo de solo e densidade do solo. É comum que os pesquisadores ignorem os primeiros dois ou três meses de dados enquanto aguardam o retorno do equilíbrio. Quando os pesquisadores cavam, a grama ou as plantas maduras são removidas e depois substituídas. Muitas vezes, essas plantas são difíceis de restabelecer e, com um distúrbio em grande escala, um número significativo dessas plantas não tem um bom desempenho ou morre. Como essas plantas não estão mais transpirando água, o balanço hídrico é alterado, o que pode ter um impacto crítico nos dados de umidade do solo. Qualquer opção para perturbar menos a área de superfície pode reduzir a mortalidade das plantas e melhorar os resultados.
Quando o solo é movido ou compactado, ele afeta desproporcionalmente os micro e macroporos, minúsculos tubos capilares com uma ampla gama de tamanhos de poros que dão ao solo sua estrutura e permitem o movimento da água. A perturbação do local e o reempacotamento do solo destroem os macroporos do solo, fazendo com que a água se mova mais lentamente e por caminhos diferentes. Isso, por sua vez, afeta a recarga abaixo da zona alterada. Qualquer opção de instalação que remova menos solo minimizará esse problema.
O oposto da compactação ocorre quando o solo é reempacotado de forma muito frouxa. Isso causa um fluxo preferencial ao longo das laterais de um furo de sondagem ou parede de vala, permitindo que mais água entre na zona do que o normal. Esse excesso de água é frequentemente absorvido pelo solo não perturbado onde as agulhas do sensor são inseridas, distorcendo os dados de umidade do solo. Para combater esse problema, os pesquisadores devem planejar o tempo necessário para reempacotar cuidadosamente o buraco até obter uma densidade adequada. Isso é feito adicionando solo e compactando-o em camadas até que haja um pequeno monte na superfície para evitar a formação de poças. Se a superfície for plana, o solo poderá se assentar em uma depressão com o tempo. Poços grandes podem levar a depressões de tamanho significativo que coletarão preferencialmente a água e mudarão a forma como a água se infiltra no solo ao redor dos sensores.
A mistura de camadas de horizonte do solo durante o reempacotamento de um poço de instalação pode alterar drasticamente as propriedades hidráulicas do solo. Por exemplo: se um solo tiver um horizonte A arenoso e um horizonte B argiloso, inverter ou misturar as camadas teria consequências óbvias. Algumas camadas de solo são fáceis de diferenciar, enquanto outros tipos de solo têm horizontes que são difíceis de distinguir. Por esse motivo, o solo deve ser cuidadosamente removido e devolvido em camadas, para evitar uma alteração na hidrologia do solo. Os pesquisadores podem conseguir isso colocando lonas ao redor do poço de instalação e removendo cuidadosamente o solo, camada por camada, colocando-o sobre as lonas em uma sequência. É fácil misturar essas camadas, por isso é útil preparar um método para lembrar as camadas antes de começar. Após a instalação do sensor, os pesquisadores devem retornar as camadas de solo à cova na ordem inversa, reembalando-as com a densidade correta entre cada camada.
A escavação de uma trincheira para instalar sensores de umidade do solo pode destruir sistemas de raízes grandes, especialmente se os pesquisadores estiverem escavando em uma área com arbustos e árvores maduras. Como as raízes são o principal mecanismo de esgotamento da água no solo, quando elas morrem, isso altera a representatividade das medições de umidade do solo em toda a área de pesquisa. Se todas as raízes próximas aos sensores forem mortas, as medições poderão sugerir que a água é mais abundante do que realmente é. Os pesquisadores podem reduzir esse problema usando furos de sondagem estrategicamente posicionados que perturbem menos sistemas radiculares.
Uma vantagem da instalação de uma trincheira é que os pesquisadores podem ver todo o perfil do solo, o que lhes permite identificar mais facilmente as camadas de hardpan, determinar horizontes e tipos de solo e identificar a estrutura e a formação do solo. No entanto, a escavação de uma grande trincheira remove uma grande quantidade de solo. E uma vez que todo esse solo é reempacotado, muitos macroporos são provavelmente esmagados e a descontinuidade hidráulica agora existe no solo, aumentando a possibilidade de a água ser artificialmente desviada ou direcionada para os sensores. A situação piora se o pesquisador usar uma retroescavadeira para economizar tempo. As esteiras e as sapatas da retroescavadeira compactam o solo, especialmente se estiver úmido, e a grande pá rasga as plantas e os sistemas radiculares.
As sondas de perfil são atraentes porque usam pequenos furos que causam menos distúrbios no solo. No entanto, o fator de forma rigidamente reta de uma sonda de perfil requer uma parede perfeitamente perpendicular para um bom contato do solo com o sensor. Infelizmente, os lados de um furo de sondagem raramente são perfeitamente perpendiculares. Há curvas e buracos ao longo da parede do solo. Uma sonda de perfil de lado reto raramente obtém boa conectividade, e a instalação é frequentemente afetada por lacunas de ar e fluxo preferencial. Os usuários de sondas de perfil geralmente tentam compensar preenchendo o solo com uma pasta espessa de lama, mas também há desafios associados a esse método, incluindo a introdução de solo não nativo e imprecisões causadas pelas rachaduras que ocorrem quando o solo seca.
Um furo de sondagem perturba as camadas do solo, mas o tamanho relativo do impacto no local é uma fração do que seria com uma instalação de trincheira. Uma trincheira pode ter cerca de 60 a 90 cm de comprimento por 40 cm de largura. Uma instalação de furo de sondagem realizada com uma pequena broca manual e o TEROS Borehole Installation Tool cria um furo de apenas 10 cm de diâmetro - apenas 2 a 3% da área de uma vala. Como a escala de perturbação do local é minimizada, menos macroporos, raízes e plantas são perturbados, e o local pode retornar ao seu estado natural muito mais rapidamente. Além disso, quando a ferramenta de instalação é usada dentro de um pequeno furo, garante-se um bom contato entre o solo e o sensor, e é muito mais fácil separar as camadas do horizonte e reempacotar a densidade correta do solo, pois há menos solo para separar.
A chave para reduzir o impacto da perturbação do local nos dados de umidade do solo é controlar a escala da perturbação. A escavação em grande escala afeta áreas maiores, ao passo que a perfuração de um pequeno furo de sondagem terá um impacto muito menor sobre as plantas ao redor e as propriedades hidráulicas do solo, permitindo que o local de pesquisa retorne ao seu estado natural em um ritmo muito mais rápido.
As curvas de liberação de umidade do solo (também chamadas de curvas características de água no solo ou curvas de retenção de água no solo) são como impressões digitais físicas, exclusivas de cada tipo de solo. Os pesquisadores as utilizam para entender e prever o destino da água em um determinado solo em uma condição específica de umidade. As curvas de liberação de umidade respondem a perguntas críticas, como: em que teor de umidade o solo sofrerá murcha permanente? Por quanto tempo devo irrigar? Ou a água será drenada rapidamente pelo solo ou ficará retida na zona da raiz? Elas são ferramentas poderosas usadas para prever a absorção de água pelas plantas, a drenagem profunda, o escoamento superficial e muito mais.
Existe uma relação entre o potencial hídrico e o conteúdo volumétrico de água que pode ser ilustrada por meio de um gráfico. Juntos, esses dados criam uma forma de curva chamada curva de liberação de umidade do solo. A forma de uma curva de liberação de umidade do solo é exclusiva de cada solo. Ela é afetada por muitas variáveis, como a textura do solo, a densidade aparente, a quantidade de matéria orgânica e a composição real da estrutura dos poros.
A Figura 13 mostra exemplos de curvas para três solos diferentes. No eixo X está o potencial hídrico em uma escala logarítmica, e no eixo Y está o conteúdo volumétrico de água. Essa relação entre o conteúdo de água do solo e o potencial hídrico (ou sucção do solo) permite que os pesquisadores entendam e prevejam a disponibilidade e o movimento da água em um determinado tipo de solo. Por exemplo, na Figura 13, você pode ver que o ponto de murcha permanente (linha vertical direita) estará em diferentes conteúdos de água para cada tipo de solo. A argila arenosa fina sofrerá murcha permanente a 5% de VWC, enquanto a argila siltosa sofrerá murcha permanente a quase 15% de VWC.
Para entender as curvas de liberação de umidade do solo, é necessário explicar as propriedades extensivas e intensivas. A maioria das pessoas analisa a umidade do solo apenas em termos de uma variável: o conteúdo de água do solo. Mas dois tipos de variáveis são necessários para descrever o estado da matéria ou da energia no ambiente. Uma variável extensiva descreve a extensão (ou quantidade) de matéria ou energia. E a variável intensiva descreve a intensidade (ou qualidade) da matéria ou energia.
| Variável extensa | Variável intensiva |
|---|---|
| Volume | Densidade |
| Teor de água | Potencial hídrico |
| Conteúdo de calor | Temperatura |
Tabela 1. Exemplos de variáveis extensivas e intensivas
O conteúdo de água do solo é uma variável extensa. Ele descreve a quantidade de água existente no ambiente. O potencial hídrico do solo é uma variável intensiva. Ele descreve a intensidade ou a qualidade (e, na maioria dos casos, a disponibilidade) da água no ambiente. Para entender como isso funciona, pense em variáveis extensivas versus intensivas em termos de calor. O conteúdo de calor (uma variável extensiva) descreve a quantidade de calor armazenada em uma sala. A temperatura (uma variável intensiva) descreve a qualidade (nível de conforto) ou como seu corpo perceberá o calor nesse ambiente.
A Figura 14 mostra um grande navio no Ártico versus um hot rod que acabou de ser aquecido em um incêndio. Qual desses dois itens tem maior conteúdo de calor? É interessante notar que o navio no Ártico tem um conteúdo de calor maior do que o bastão quente, mas é o bastão que tem uma temperatura mais alta.
Se colocarmos a haste quente em contato com o navio, qual variável determina como a energia fluirá? A variável intensiva, a temperatura, determina como a energia se moverá. O calor sempre se move de uma temperatura alta para uma temperatura baixa.
Assim como o calor, o conteúdo de água do solo é apenas uma quantidade. Ele não nos diz como a água se moverá ou o nível de conforto de uma planta (água disponível para a planta). Mas o potencial hídrico do solo, a variável intensiva, prevê a disponibilidade e o movimento da água.
Faça o download do "Guia completo do pesquisador para o potencial hídrico"
As curvas de liberação de umidade do solo podem ser feitas in situ ou em laboratório. No campo, o conteúdo de água do solo e o potencial de água do solo são monitorados por meio de sensores de solo.
Os sensores dielétricos fáceis e confiáveis da METER informam dados de umidade do solo quase em tempo real diretamente por meio do registrador de dadosZL6 para o site cloud (ZENTRA Cloud). Isso economiza uma enorme quantidade de trabalho e despesas. O TEROS 12 mede o teor de água e é simples de instalar com a ferramenta de instalação de furos de sondagem TEROS . O TEROS 21 é um sensor de potencial hídrico de campo fácil de instalar.
No laboratório, você pode combinar as funções METER HYPROP e WP4C para gerar automaticamente curvas completas de liberação de umidade do solo em toda a faixa de umidade do solo.
Veja como as curvas de liberação de umidade em laboratório e in situ se comparam
Uma curva de liberação de umidade do solo une a variável extensiva do conteúdo volumétrico de água com a variável intensiva do potencial hídrico. A representação gráfica das variáveis extensivas e intensivas permite que pesquisadores e irrigadores respondam a perguntas críticas, como para onde a água do solo se deslocará. Por exemplo, na Figura 15 abaixo, se os três solos abaixo fossem diferentes camadas de horizonte do solo com 15% de conteúdo de água, a água na areia fina argilosa começaria a se mover em direção à camada de argila arenosa fina porque ela tem um potencial hídrico mais negativo.
Uma curva de liberação de umidade do solo também pode ser usada para tomar decisões de irrigação, como quando ligar e quando desligar a água. Para isso, os pesquisadores ou irrigadores devem entender tanto o conteúdo volumétrico de água (VWC) quanto o potencial hídrico. O VWC informa ao produtor a quantidade de irrigação a ser aplicada. E o potencial hídrico mostra a disponibilidade dessa água para as culturas e quando interromper a irrigação. Veja como isso funciona.
Figura 16. Curvas típicas de liberação de umidade do solo para três solos diferentesA Figura 16 mostra curvas típicas de liberação de umidade para um solo de areia argilosa, um solo de argila siltosa e um solo de argila. A -100 kPa, o teor de água do solo arenoso é inferior a 10%. No entanto, no solo argiloso, é de aproximadamente 25%, e no solo argiloso, é próximo de 40%. A capacidade de campo está normalmente entre -10 e -30 kPa. E o ponto de murcha permanente está em torno de -1500 kPa. Um solo mais seco do que esse ponto de murcha permanente não forneceria água a uma planta. E a água em um solo mais úmido do que a capacidade de campo seria drenada para fora do solo. Um pesquisador/irrigador pode examinar essas curvas e ver qual seria o nível ideal de conteúdo de água para cada tipo de solo.
A Figura 17 é a mesma curva de liberação de umidade mostrando a faixa de capacidade de campo (linhas verticais verdes), o limite inferior normalmente definido para uma cultura irrigada (amarelo) e o ponto de murcha permanente (vermelho). Usando essas curvas, um pesquisador/irrigador pode ver que o potencial hídrico da argila siltosa deve ser mantido entre -10 e -50 kPa. E o conteúdo de água que corresponde a esses potenciais hídricos informa ao irrigador que os níveis de conteúdo de água da argila siltosa devem ser mantidos em aproximadamente 32% (0,32 m3/m3). Os sensores de umidade do solo podem alertá-lo quando ele estiver acima ou abaixo desse limite ideal.
Depois que as informações são coletadas de uma curva de liberação, o ZL6 registrador de dados e ZENTRA Cloud simplificam o processo de manutenção de um nível de umidade ideal. Os limites superior e inferior podem ser definidos em ZENTRA cloud , e aparecem como uma faixa sombreada sobreposta aos dados de umidade do solo quase em tempo real (sombreamento azul), facilitando saber quando ligar e desligar a água. Os avisos são enviados automaticamente quando esses limites se aproximam ou são ultrapassados.
Saiba mais sobre como melhorar a irrigação com a umidade do solo
A colocação de sensores de potencial de água e sensores de umidade do solo in situ adiciona muito mais curvas de liberação de umidade à base de conhecimento de um pesquisador. E, como o desempenho no local de solos não saturados é a principal preocupação dos engenheiros geotécnicos e cientistas de irrigação, seria ideal adicionar medições in situ às curvas produzidas em laboratório.
No webinar abaixo, o Dr. Colin Campbell, cientista pesquisador da METER, resume um artigo recente apresentado na Conferência Pan-Americana de Solos Não Saturados. O artigo, "Comparing in situ soil water characteristic curves to those generated in the lab" (Comparando curvas características da água do solo in situ com as geradas em laboratório), de Campbell et al. (2018), ilustra como as SWCCs geradas in situ usando o sensor de potencial matricial calibrado TEROS 21 e os sensores de conteúdo de água do METER se comparam às criadas em laboratório.
As curvas de liberação de umidade do solo podem fornecer ainda mais percepções e informações além do escopo deste artigo. Os pesquisadores as utilizam para entender muitas questões, como a capacidade de contração do solo, a capacidade de troca catiônica ou a área de superfície específica do solo. No vídeo a seguir, o especialista em umidade do solo Leo Rivera fornece informações mais detalhadas sobre como usar uma curva de liberação de umidade para analisar o comportamento individual do solo em relação à água.
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Ao considerar qual sensor de conteúdo de água do solo funcionará melhor para qualquer aplicação, é fácil ignorar a pergunta óbvia: o que está sendo medido? Reflectometria no domínio do tempo (TDR) vs. capacitância é a pergunta certa para um pesquisador que está analisando a permissividade dielétrica em um amplo espectro de frequência de medição (chamado de espectroscopia dielétrica). Há informações importantes nesses dados, como a capacidade de medir a densidade aparente juntamente com o teor de água e a condutividade elétrica. Se essa for a medição desejada, atualmente apenas uma tecnologia será suficiente: TDR. A reflexão do pulso elétrico que desce pelas hastes condutoras contém uma ampla gama de frequências. Quando digitalizadas, essas frequências podem ser separadas pela transformada rápida de Fourier e analisadas para obter informações adicionais.
O objetivo da maioria dos cientistas, no entanto, é simplesmente monitorar o conteúdo de água do solo instantaneamente ou ao longo do tempo, com boa precisão, o que significa que um sistema TDR complexo e caro pode não ser necessário.
As técnicas de sensor de umidade do solo de capacitância e TDR são frequentemente agrupadas porque ambas medem a permissividade dielétrica do meio circundante. De fato, não é incomum que as pessoas confundam as duas, sugerindo que uma determinada sonda mede o conteúdo de água com base em TDR quando, na verdade, ela usa capacitância. Veja abaixo um esclarecimento sobre a diferença entre as duas técnicas.
A técnica de capacitância determina a permissividade dielétrica de um meio medindo o tempo de carga de um capacitor, que usa esse meio como dielétrico. Primeiro, definimos uma relação entre o tempo, t, necessário para carregar um capacitor a partir de uma tensão inicial, Vi para uma tensão Vf com uma tensão aplicada, Vf.
em que R é a resistência em série e C é a capacitância. O carregamento do capacitor é ilustrado na Figura 1:
Se a resistência e a taxa de tensão forem mantidas constantes, o tempo de carga do capacitor, t, está relacionado à capacitância de acordo com
Para um capacitor de placas paralelas, a capacitância é uma função da permissividade dielétrica(k) do meio entre as placas do capacitor e pode ser calculada por
em que A é a área das placas e S é a separação entre as placas. Como A e S também são valores fixos, o tempo de carga no capacitor é uma função linear simples (idealmente) da permissividade dielétrica do meio circundante.
As sondas de solo não são capacitores de placas paralelas, mas a relação mostrada na Equação 7 é válida independentemente da geometria da placa. A reflectometria no domínio do tempo (TDR) determina a permissividade dielétrica de um meio medindo o tempo que uma onda eletromagnética leva para se propagar ao longo de uma linha de transmissão cercada pelo meio. O tempo de trânsito(t) para que um pulso eletromagnético percorra o comprimento de uma linha de transmissão e retorne está relacionado à permissividade dielétrica do meio, k, pela seguinte equação
em que L é o comprimento da linha de transmissão e c é a velocidade da luz (3 x 108 m s em um vácuo). Assim, a permissividade dielétrica é calculada
Portanto, o tempo de propagação da onda eletromagnética ao longo da sonda TDR é apenas uma função do quadrado do tempo de trânsito e de um valor fixo(c/2L). Como c e L são uma constante e um comprimento fixo, respectivamente, as medições de TDR são teoricamente menos suscetíveis às condições do solo e do ambiente em comparação com os sensores de capacitância. No entanto, a interpretação da saída do TDR pode ser uma fonte considerável de erros quando a alta salinidade diminui a forma de onda da refletância ou a temperatura altera o ponto final.
An oscillating voltage must be applied to a TDR or capacitance sensor to measure the reflection or charge time in the medium. The frequency of the oscillation is important because it is widely accepted that low frequencies (<10 MHz) are highly susceptible to changes in salinity and temperature. Because there is no limit on the possible input frequencies for either technique, it is important to verify the frequency of the soil moisture device used.
Os sensores de capacitância fabricados pela METER usam altas frequências para minimizar os efeitos da salinidade do solo nas leituras. As frequências usadas, no entanto, são um pouco mais baixas do que as do TDR, normalmente de 50 a 100 MHz. A alta frequência das sondas de capacitância "enxerga" toda a água no solo e, ao mesmo tempo, é alta o suficiente para evitar a maioria dos erros de salinidade do solo presentes nas sondas de capacitância mais antigas. O circuito dos sensores de capacitância pode ser projetado para resolver alterações extremamente pequenas no conteúdo volumétrico de água, tanto que a NASA usou a tecnologia de capacitância para medir o conteúdo de água em Marte. Os sensores de capacitância têm custo mais baixo, pois não exigem muitos circuitos, permitindo mais medições por dólar.
Assim como o TDR, os sensores de capacitância são razoavelmente fáceis de instalar. As pontas de medição tendem a ser mais curtas do que as sondas TDR, portanto, podem ser menos difíceis de inserir em um orifício. Os sensores de capacitância tendem a ter requisitos de energia mais baixos e podem durar anos no campo, alimentados por uma pequena bateria em um registrador de dados.
Em resumo, embora a teoria por trás das medições seja um pouco diferente, tanto o TDR quanto a capacitância medem a permissividade dielétrica para obter o conteúdo volumétrico de água. De uma perspectiva histórica, tanto o TDR quanto a capacitância ganharam ampla aceitação, embora alguns possam perceber maior valor no TDR em comparação com a capacitância devido à extrema diferença de preço. Em geral, é possível obter medições razoáveis do conteúdo volumétrico de água usando qualquer uma das técnicas, e os erros nas medições geralmente se devem mais a métodos de instalação ruins do que a limitações nas próprias técnicas. O novo TEROS Borehole Installation Tool reduz a incerteza dos dados ao tornar a instalação do sensor de umidade do solo à prova de erros. Devido à sua vantagem mecânica, a ferramenta proporciona uma instalação consistente e sem falhas em qualquer tipo de solo (até mesmo em argila dura), minimizando a perturbação do local. Os sensores são instalados em linha reta e perpendicular com pressão uniforme e, em seguida, são liberados suavemente para evitar espaços de ar e fluxo preferencial. Isso significa que a linhaTEROS de sensores de umidade do solo de capacitância é capaz de fornecer mais precisão com menos incerteza do que os sensores similares no mercado.
Quando a tecnologia de capacitância foi usada pela primeira vez para medir a umidade do solo na década de 1970, os cientistas logo perceberam que a rapidez com que o campo eletromagnético era carregado e descarregado era fundamental para o sucesso. As baixas frequências causavam grandes efeitos de salinidade do solo nas leituras. Com o passar do tempo, essa nova compreensão, combinada com os avanços na velocidade da eletrônica, permitiu que a abordagem original da capacitância fosse ajustada para o sucesso. Os sensores de capacitância modernos, como os sensores METER, usam altas frequências (70 MHz) para minimizar os efeitos da salinidade do solo nas leituras.
O circuito dos sensores de capacitância pode ser projetado para resolver mudanças extremamente pequenas no conteúdo volumétrico de água, tanto que a NASA usou a tecnologia de capacitância da METER para medir o conteúdo de água em Marte. Os sensores de umidade do solo de capacitância são fáceis de instalar e tendem a exigir pouca energia. Eles podem durar anos no campo, alimentados por uma pequena bateria em um registrador de dados.
Os sensores de umidade do solo TEROS e ECH20usam a mesma tecnologia confiável de capacitância de alta frequência (70 MHz), publicada em milhares de artigos revisados por pares. A Figura 20 mostra os dados de calibração para o ECH205TE e TEROS 12.
A nova linhaTEROS , no entanto, aproveita os avanços nas técnicas de calibração, uma ferramenta de instalação e melhores matérias-primas para produzir sensores mais duráveis, precisos, mais fáceis e mais rápidos de instalar, mais consistentes e vinculados a um sistema poderoso e intuitivo de registro e visualização de dados quase em tempo real (Figura 21).
Aqui estão algumas das mudanças que você verá na nova linha de sensores de teor de água TEROS :
Variabilidade mínima de sensor para sensor: os sensoresTEROS 11/12 usam um procedimento de calibração completamente novo que maximiza a precisão e minimiza a variabilidade de sensor para sensor, mantendo o custo do sensor razoável. Portanto, você pode ter certeza de que cada sensor que instalar terá uma leitura exatamente igual à do sensor seguinte.
Grande volume de influência: Os sensores TEROS 11/12 fornecem um volume de influência de um litro (em comparação com os 200 mL típicos da maioria dos sensores).
Desempenho confiável e de longa duração do sensor: As agulhas de aço inoxidável de alta qualidade, com afiação aprimorada, deslizam facilmente até mesmo em solos endurecidos, e um preenchimento de epóxi durável significa que o sensor dura até 10 anos no campo. No TEROS 12, posicionamos um sensor de temperatura perfeitamente dentro da agulha central para que as agulhas sejam robustas, mas extremamente sensíveis às mudanças de temperatura do solo.
Redução do erro de instalação: O novo TEROS Borehole Installation Tool O novo sensor de nível de água é à prova de erros de instalação e proporciona uma inserção consistente e perfeita em qualquer tipo de solo (até mesmo em argila dura), minimizando a perturbação do local. Os sensores são instalados perfeitamente perpendiculares à parede lateral com pressão uniforme e, em seguida, são liberados suavemente para evitar espaços de ar.
Padrão de verificação: a repetibilidade do sensor TEROS pode ser verificada com um padrão de verificação de precisão. Nenhum outro sensor de umidade do solo tem essa capacidade. Basta deslizar o clipe de verificação em um sensor e conectá-lo a um registrador. Se a leitura estiver dentro da faixa correta, seu sensor está pronto para funcionar.
Coleta de dados perfeita: Para uma coleta de dados fácil e confiável, combine os sensores TEROS com o novo ZL6onde todos os dados são fornecidos em tempo quase real por meio do cloud.
Criamos a nova linha de sensores TEROS para eliminar barreiras à boa precisão, como inconsistência na instalação, variabilidade de sensor para sensor e verificação do sensor. Os sensores de umidade do soloTEROS usam a mesma tecnologia confiável do ECH20, mas vão além da linha ECH20para otimizar a precisão de todo o conjunto de dados. Eles combinam instalação consistente e impecável, construção extremamente robusta, variabilidade mínima de sensor para sensor, um grande volume de influência e registro de dados avançado para oferecer o melhor desempenho, precisão, facilidade de uso e confiabilidade a um preço acessível.
O objetivo de todo pesquisador é obter dados de campo utilizáveis durante toda a duração de um estudo. Um bom conjunto de dados é aquele que um cientista pode usar para tirar conclusões ou aprender algo sobre o comportamento de fatores ambientais em uma aplicação específica. No entanto, como muitos pesquisadores descobriram dolorosamente, obter bons dados não é tão simples quanto instalar sensores, deixá-los no campo e voltar para encontrar um registro preciso. Aqueles que não planejam com antecedência, verificam os dados com frequência e solucionam problemas regularmente, muitas vezes voltam para encontrar surpresas desagradáveis, como cabos de registradores de dados desconectados, cabos de sensores danificados por roedores ou pior: não têm dados suficientes para interpretar seus resultados. Felizmente, a maioria dos contratempos na coleta de dados pode ser evitada com equipamentos de qualidade, alguma previsão cuidadosa e um pouco de preparação.
Abaixo estão alguns erros comuns que as pessoas cometem ao projetar um estudo que lhes custam tempo e dinheiro e podem impedir que seus dados sejam utilizáveis.
Ao projetar um estudo, use as práticas recomendadas a seguir para simplificar a coleta de dados e evitar omissões que impeçam que os dados sejam utilizáveis e, em última análise, publicáveis.
A configuração de sensores no laboratório antes de ir para o campo ajuda o pesquisador a entender como seus sensores funcionam. Por exemplo, os cientistas podem fazer leituras do sensor de solo em diferentes tipos de solo, o que lhes dará uma sólida compreensão dos valores de umidade do solo que podem ser esperados em diferentes cenários. A compreensão dos sensores antes de ir para o campo ajuda os pesquisadores a entender a instalação correta, quanto tempo pode levar uma instalação e permite que eles diagnostiquem problemas, como um sensor que pode estar lendo incorretamente. Durante esse tempo, eles podem descobrir quais ferramentas e equipamentos podem ser necessários para a instalação. Ter uma caixa de ferramentas dedicada à instalação com ferramentas importantes, como abraçadeiras, alicates, marcadores, lanternas e baterias, pode economizar horas de idas e vindas ao local.
Se um pesquisador estiver usando um registrador de dados que precise de programação, ele deverá aprender a linguagem de programação com duas semanas de antecedência para garantir que entenda como escrever programas para o registrador. Mesmo um registrador de dados plug-and-play, cloud , como o ZL6 precisará de trabalho de preparação antes da instalação, como, por exemplo, certificar-se de que o local da pesquisa esteja ao alcance de uma torre de celular.
Os pesquisadores devem fazer um plano do local com um mapa e lembrar que uma instalação geralmente leva o dobro do tempo que eles acham que levará. Ter um plano do local reduz significativamente o erro humano, especialmente quando o tempo é curto. Ao chegar ao local da pesquisa, os cientistas podem instalar de acordo com o plano e registrar os ajustes no mapa à medida que avançam. Essa etapa economiza muito tempo no futuro se eles ou outros colegas tiverem que encontrar e desenterrar um sensor problemático. Ter um plano de backup para coisas que podem dar errado também é importante. Por exemplo, e se o solo for muito rochoso em uma determinada profundidade? Ou o que acontecerá se uma estação meteorológica ou um sensor de umidade não puder ser instalado a dois metros? Os pesquisadores precisam pensar no que fazer se o plano original não funcionar porque, muitas vezes, eles não poderão voltar ao local por semanas ou meses.
Antes de selecionar um local, os cientistas devem definir claramente suas metas para a coleta de dados. Eles precisam saber o que vão fazer com os dados, para que eles possam responder às perguntas corretas. Quando as metas forem compreendidas, o pesquisador poderá começar a entender onde colocar os sensores.
O problema mais importante que um pesquisador enfrentará ao determinar onde colocar seus sensores é a variabilidade. Por exemplo, os cientistas que estudam o solo precisarão entender os fatores de variabilidade, como inclinação, aspecto, tipo de vegetação, profundidade, tipo de solo e densidade do solo. Se estiverem estudando um dossel, precisarão entender a heterogeneidade da cobertura vegetal e implantá-la de acordo. Se um pesquisador estiver comparando dados, ele precisará ser consistente com o posicionamento do sensor. Isso significa que as alturas acima do solo ou as profundidades abaixo do solo devem ser consistentes entre os locais. Não há como monitorar todas as fontes de variabilidade, portanto, os pesquisadores devem monitorar as fontes mais importantes. Para uma análise mais aprofundada da variabilidade, leia "Soil moisture sensors: Quantos são necessários?"
A seleção do local também deve ser prática. Os pesquisadores precisarão examinar os dados com a maior frequência possível (recomendamos pelo menos uma vez por mês) para ter certeza de que tudo está funcionando corretamente, portanto, o data logger precisa estar acessível. Os data loggers de celular facilitam muito o acesso aos dados, especialmente em locais remotos. O upload de dados para o site cloud significa que os cientistas podem acessar, compartilhar e solucionar problemas de dados todos os dias no conforto de seus escritórios.
Além disso, ao escolher um local para o registrador de dados, tente evitar longas extensões de fios que possam causar gradientes de potencial de tensão em caso de queda de raios. Escolha um local em que seja fácil conectar os sensores e amarre um cabo extra no poste para aliviar a tensão, de modo que os cabos não sejam puxados para fora do registrador. Sensores desconectados ou conexões quebradas podem ser catastróficos para um estudo.
Quanto mais metadados os pesquisadores registrarem em um local de pesquisa, melhor eles entenderão seus dados e mais tempo economizarão a longo prazo. Alguns registradores de dados, como o ZL6 registram automaticamente metadados importantes, como localização GPS, pressão barométrica e número de série do sensor. Além disso, as medições auxiliares, como a temperatura do solo ou o monitoramento do microclima, podem ser outra fonte de metadados. Uma estação meteorológica multifuncional, como a ATMOS 41, registra automaticamente os eventos meteorológicos e pode ser uma forma importante de fazer benchmarking ou verificação da umidade do solo, do potencial hídrico ou de outros dados.
Para documentar as informações do local que não são registradas automaticamente pela instrumentação de campo, muitos cientistas acham prático criar uma planilha compartilhada de caracterização do local que possa ser usada para informar outros colegas que estejam trabalhando no local. Os metadados que serão essenciais para a percepção e a publicação de dados futuros são: tipo de solo, densidade do solo, tipos de cobertura, intervalo de medição, dados brutos e tipo de calibração usada, observações sobre um sistema de irrigação (se houver), quais sensores de umidade do solo estão instalados em qual profundidade, observações sobre o motivo pelo qual o local foi escolhido, eventos que possam afetar a coleta de dados, como uma colheita, ou qualquer outra informação que possa ser difícil de lembrar ao analisar os dados. Essas informações serão importantes quando chegar a hora de publicar e colocá-las em um local compartilhado, baseado no site cloud, evitará dores de cabeça.
Se um cientista quiser dados precisos, a instalação correta do sensor deve ser sua prioridade número um. Por exemplo, ao medir no solo, as variações naturais na densidade podem resultar em uma perda de precisão de 2 a 3%, mas a instalação incorreta pode causar uma perda de precisão superior a 10%. Não é necessário muito tempo extra para instalar os sensores corretamente, portanto, os pesquisadores devem ler as instruções cuidadosamente (para obter informações mais detalhadas, leia "Soil moisture sensors: which installation method is best?"). Após a instalação do sensor, mas antes de fechar o furo do trado ou a vala, verifique os sensores com um ZSC, nosso dispositivo portátil de leitura instantânea, para garantir que a leitura seja precisa. Será doloroso desenterrar um sensor mais tarde, depois de coletar dados ruins de uma temporada.
Além disso, certifique-se de etiquetar cada sensor com o tipo de sensor, a profundidade de instalação e outras informações que possam ser importantes. Os pesquisadores que instalam centenas de sensores às vezes compram um dispositivo eletrônico de etiquetagem para colocar códigos de barras nos sensores, mas fita adesiva e um marcador permanente também funcionam. Coloque as etiquetas dentro do registrador de dados para protegê-lo das intempéries.
Proteger os sensores a todo custo é fundamental para um estudo. É importante que os pesquisadores passem os cabos dos sensores expostos dentro de um cano de PVC ou de um conduíte elétrico flexível e que o passem pela coluna do data logger por aproximadamente 60 cm (2 pés). Isso evitará danos causados por roedores ou pás. Além disso, amarre os cabos de forma organizada ao poste com abraçadeiras resistentes a UV, de modo que eles fiquem bem presos, mas não encostados no data logger (certifique-se de que haja algum alívio de tensão). Durante as visitas ao local, também é uma boa ideia inspecionar as vedações do data logger para verificar se há rachaduras. Se houver rachaduras na vedação do data logger, ele pode não ser à prova de intempéries e deve ser substituído. Entre em contato com o suporte ao cliente para obter uma substituição gratuita.
Além disso, os pesquisadores devem verificar os dados reais com a maior frequência possível para solucionar problemas. Um cientista descobriu um erro nos dados de seu piranômetro comparando-os com um sensor quântico na mesma altura. Somente observando os valores reais ele descobriu que um pássaro havia sujado seu sensor de radiação solar, tornando-o inútil para a maior parte de seu estudo. Ele acabou tendo que calcular os dados do sensor quântico, que não era tão preciso. A verificação regular dos dados evitará problemas que podem ser prejudiciais a um projeto de pesquisa. O novo ZENTRA Cloud e ZL6 permitem que os pesquisadores solucionem problemas e representem graficamente os dados com a mesma frequência que todos os dias. Apenas dois ou três minutos dedicados à identificação de tendências ou à descoberta de erros podem economizar semanas de dados perdidos.
O ZL6como seus antecessores, calcula a média dos dados. Portanto, se os pesquisadores não quiserem uma média, eles devem registrar os dados com mais frequência. No entanto, a geração de grandes quantidades de dados não necessariamente promoverá o objetivo. O importante é capturar e compreender a série temporal relacionada à hipótese da pesquisa. Se um pesquisador estiver tentando entender as tendências anuais da umidade do solo e estiver coletando dados de cinco minutos, isso gerará uma grande quantidade de dados que não serão úteis porque a umidade do solo não muda muito em um minuto. Então, o pesquisador é forçado a fazer o pós-processamento para reduzir os dados. Ainda assim, se o objetivo do estudo for saber o instante em que a água começa a se infiltrar no solo, a captura de dados em intervalos de um minuto ou menos é fundamental. Esses pesquisadores precisarão de um registrador de dados da Campbell Scientific ou de um registrador capaz de acionar um evento de leitura com base em mudanças instantâneas. Entretanto, a maioria das pessoas superestima a quantidade de dados de que precisa. Ao medir a radiação solar, a cada 15 minutos é provavelmente suficiente. Para a evapotranspiração, é comum registrar dados a cada meia hora. Nesses e em muitos outros casos, intervalos curtos de registro, como a cada cinco minutos, provavelmente são muito frequentes.
Outra etapa importante que os pesquisadores frequentemente esquecem é combinar todas as frequências de medição de tempo do registrador de dados. Se um pesquisador tiver dois registradores de dados fazendo leituras a cada 15 minutos e outra pessoa configurar um registrador para fazer leituras a cada hora, somente os dados por hora poderão ser usados.
Se um cientista descobre um erro nos dados, não é necessariamente porque o sensor está quebrado. Muitas vezes, as leituras interessantes do sensor contam uma história sobre o que está acontecendo no solo ou no ambiente. Às vezes, a interpretação dos dados pode ser difícil, e os pesquisadores podem precisar voltar ao local para entender o que realmente está acontecendo. Por exemplo: na Figura 22, parece que um sensor de umidade do solo pode estar quebrado; no entanto, quando o cientista investigou mais de perto, descobriu que a evapotranspiração era maior do que a infiltração.
Além disso, os pesquisadores talvez precisem pensar fora da caixa para interpretar seus dados. Eles podem tentar analisar os dados de algumas maneiras diferentes. A Figura 23 ilustra a maneira temporal tradicional de representar graficamente os dados. Na Figura 24, os mesmos dados podem ser visualizados de uma maneira completamente diferente.
Os pesquisadores também podem converter seus dados de teor de água em potencial hídrico usando uma curva de liberação de umidade (consulte a Figura 25).
Depois que os dados de potencial hídrico forem obtidos, os dados terão a seguinte aparência:
Plotar os mesmos dados de três maneiras diferentes pode revelar questões ou problemas que um pesquisador talvez não perceba com um gráfico temporal tradicional.
Gastar uma pequena quantidade de tempo extra para fazer as coisas corretamente ao longo de um experimento rende grandes dividendos em economia de tempo, esforço e dinheiro. A preparação, o planejamento, um objetivo de pesquisa claramente definido, a seleção adequada do local, a instalação, a manutenção, o cronograma e a interpretação correta dos dados contribuem muito para evitar os contratempos típicos de dados que podem comprometer um projeto de pesquisa. O resultado final? Dados que podem ser publicados ou usados para tomar decisões.
No vídeo abaixo, o Dr. Colin Campbell discute como o ZENTRA Cloud simplifica o processo de coleta de dados e por que os pesquisadores não podem viver sem ele. Em seguida, ele faz um tour ao vivo pelos recursos do ZENTRA Cloud .
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