Calibração e avaliação do sensor de umidade do solo de baixo custo EC-5

Calibration and evaluation of the low-cost EC-5 soil moisture sensor

A programação da irrigação na agricultura e no gramado exige um sensor de umidade do solo que seja preciso preciso, confiável e de baixo custo. Muitos sensores são limitados porque ficam aquém em uma dessas áreas. Até agora.

DR. GAYLON S. CAMPBELL

Resumo

A programação da irrigação na agricultura e no gramado exige um sensor de umidade do solo (SMS) que seja preciso, confiável e de baixo custo. Embora existam muitos SMS no mercado, seu uso é limitado porque eles deixam a desejar em uma dessas áreas. Existe a necessidade de um sensor que ofereça medições de alta qualidade, mas que seja suficientemente econômico para a irrigação comercial. Os objetivos deste estudo foram determinar o desempenho de um novo SMS de baixo custo em uma variedade de solos com diferentes teores de água e condutividades elétricas (CE) e estudar sua durabilidade no campo.

O SMS não mostrou diferenças na calibração entre os solos de areia, barro siltoso e argila que foram testados, mesmo em uma ampla faixa de CE. Os testes de campo também mostraram boa confiabilidade em uma temporada de medições. Os resultados indicam que o novo SMS seria uma ferramenta útil para medir a umidade do solo e programar a irrigação.

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Introdução

A água doce é um recurso finito que exige um gerenciamento vigilante para garantir que esteja disponível para as próximas gerações. Um dos maiores sumidouros antropomórficos de água doce é a irrigação, seja em campos comerciais, campos de golfe ou gramados e jardins residenciais. A chave para a conservação da água é a tomada de decisões com base nas necessidades de água das plantas e na disponibilidade de água no solo. Embora tenha havido um progresso significativo na estimativa da perda de água das plantas, o uso de medições da umidade do solo como uma ferramenta de irrigação ficou para trás. Ainda há a necessidade de um sensor de umidade do solo (SMS) que combine precisão e estabilidade com baixo preço para permitir uma maior cobertura de campo.

A tecnologia de detecção de umidade do solo está disponível para o mercado de irrigação há anos. No entanto, sua adoção no uso tem sido lenta, possivelmente devido à medição ruim associada a alguns sensores e ao alto preço de outros. Para ser viável, um SMS deve ser preciso, confiável e acessível ao usuário final. O objetivo deste estudo foi desenvolver e testar um SMS de baixo custo e avaliar sua viabilidade para uso no mercado de irrigação.

Histórico

Ao longo dos anos, várias técnicas foram usadas para monitorar a umidade do solo in situ. Os primeiros métodos geralmente empregavam resistência elétrica ou capacitância de baixa frequência para inferir o conteúdo de água. Embora essas técnicas estivessem correlacionadas com o conteúdo de água, elas também eram afetadas pela salinidade e pela textura do solo. Provavelmente, foi a falta de confiabilidade desses tipos de sensores que levou a uma desconfiança geral dos sensores de solo pelo mercado de irrigação como um todo.

Os sensores que medem a constante dielétrica do solo em massa e usam essa medição para inferir o conteúdo volumétrico de água (VWC) do solo estão se tornando cada vez mais populares. A melhor compreensão da teoria de funcionamento, juntamente com os aprimoramentos na eletrônica, combinaram-se para produzir um grande número de projetos de sensores no mercado com excelente capacidade a um custo cada vez menor. A disponibilidade de sensores de alta qualidade e baixo custo resultou em um enorme aumento de novas aplicações de sensores, desde o monitoramento geoespacial em pesquisas até o gerenciamento aprimorado da irrigação em operações agrícolas e de gramados.

Há duas classes gerais de sensores dielétricos disponíveis. Uma classe mede o tempo que um impulso elétrico leva para atravessar uma linha de transmissão de comprimento fixo no solo. A outra mede algum componente da impedância de um capacitor no qual o solo é o dielétrico. Os sensores do primeiro tipo são chamados de domínio do tempo (reflectometria de domínio do tempo, ou TDR; transmissometria de domínio do tempo, ou TDT). Os membros da segunda classe são, às vezes, chamados de sensores de domínio de frequência, pois normalmente operam em uma frequência fixa, mas, com mais frequência, são chamados de sensores de capacitância.

Às vezes, acredita-se que os sensores de domínio de tempo são inerentemente melhores ou mais precisos do que os sensores de domínio de frequência. Há vários motivos para essa crença. Normalmente, os sensores de domínio de tempo são muito mais caros do que os sensores de capacitância, o que implica precisão por meio do custo. Além disso, os sensores de capacitância foram testados por mais de um século, enquanto os métodos de domínio do tempo começaram a ser usados nos últimos 30 anos. Os primeiros sensores de capacitância tinham muitas limitações e, embora elas tenham sido superadas pela eletrônica moderna e por uma melhor compreensão da teoria, o método ainda pode ter uma má reputação devido às experiências com as primeiras versões.

Seja qual for o motivo da percepção de que existe uma diferença entre o desempenho dos dois tipos de sensores, essa percepção é auxiliada e incentivada pelos fornecedores de sensores de domínio de tempo que desejam promover seus próprios produtos. Essas alegações formam uma boa base para a discussão dos méritos relativos dos sensores de domínio de frequência e de domínio de tempo.

Precisão

Os sensores dielétricos não detectam o conteúdo de água; eles detectam a permissividade dielétrica do solo. Portanto, dois elementos estão envolvidos na determinação da precisão: a precisão com a qual o sensor é capaz de determinar a constante dielétrica total e a precisão da relação entre a constante dielétrica total e o teor de água do solo. Considerando este último primeiro, podemos analisar a precisão usando um modelo típico de mistura dielétrica:

Equation 1
Equação 1

em que ε é a permissividade dielétrica relativa, x é a fração de volume e os subscritos b, a, m e w referem-se a massa, ar, mineral e água. A permissividade do ar é 1. A permissividade dos minerais do solo pode variar de 3 a 16, mas o valor de 4 é geralmente usado. Podemos substituir por xa a expressão 1 - xw - xm, e por xm a razão entre a densidade aparente e a densidade de partículas do solo, ρb/ρs, para obter uma equação que relacione o conteúdo de água à permissividade medida:

Equation 2
Equação 2

Essa equação pode ser usada para determinar a sensibilidade do teor de água previsto às incertezas dos vários parâmetros que determinam o teor de água. Os cálculos podem ser feitos para qualquer conjunto de parâmetros. Para fins de ilustração, foram escolhidos os valores nominais da Tabela 1. Para esses valores, a Tabela 1 fornece as sensibilidades.

Tabela 1. Valores nominais e análise de sensibilidade para a Equação 2
Quantidade Símbolo Valor nominal Sensibilidade1
Permissividade em massa εb 10 -5
Permissividade da água εw 80 8.5
Permissividade mineral εm 4 16.2
Densidade a granel ρb 1.3 16.2
Densidade da partícula ρs 2.65 -16.4
1Sensibilidadeé a alteração percentual na quantidade indicada que produz uma alteração de 1% no conteúdo volumétrico de água previsto

Efeitos da densidade aparente na precisão

A densidade aparente dos solos varia muito. Em solos minerais típicos usados para agricultura, a densidade aparente pode variar de 0,8 a 1,8 g cm-3, o que representa uma variação de aproximadamente 80%. Se considerarmos os solos orgânicos ou os solos em aplicações geotécnicas, a variação é muito maior. Considerando apenas a faixa de solos agrícolas minerais, a Equação 2 prevê uma alteração no teor de água de 0,05 m3m-3 ao passar de 0,8 para 1,8 g cm-3. Se não houver medição independente da densidade (como é o caso dos sensores de umidade dielétricos), os limites de precisão para solos agrícolas minerais, considerando apenas a incerteza na densidade, é de ±2,5% no teor de água. Considerando os solos orgânicos e compactados, o erro é muito maior.

Claramente, afirmar que qualquer sensor dielétrico tem precisão absoluta de 1%, independentemente do tipo de solo, é um exagero. A Tabela 1 indica que as sensibilidades à incerteza na permissividade mineral e na densidade de partículas são praticamente as mesmas da densidade aparente, aumentando a incerteza geral da variação nas propriedades do solo sólido.

Efeitos da permissividade dielétrica da água na precisão

A permissividade dielétrica da água livre é de aproximadamente 80 à temperatura ambiente. Ela diminui com o aumento da temperatura em cerca de 0,5%/°C. Um erro de 8,5% na permissividade da água resulta em um erro de 1% no teor de umidade previsto para um teor de água volumétrico de 20%. Com esse teor de água, uma mudança de temperatura de ±20 °C resulta em uma mudança de ±1,2% no teor de água previsto, o que, para a maioria das finalidades, é insignificante. O efeito é maior em um teor de água mais alto, mas muitos sensores medem a temperatura, de modo que uma correção apropriada pode ser aplicada com frequência, tornando esse efeito insignificante.

Efeitos da "água ligada" na permissividade da água

A "água ligada" também pode ter um efeito sobre os sensores TDR e TDT. A permissividade dielétrica da água livre é relativamente constante com uma frequência abaixo da frequência de relaxamento de 15 GHz. A água cristalina, entretanto, (como no gelo) tem uma alta constante dielétrica somente abaixo de frequências de alguns kHz. A ligação ou a estrutura da água pode, portanto, afetar fortemente sua constante dielétrica em uma determinada frequência. A água adsorvida nos minerais do solo e na matéria orgânica não é livre. Ela tem uma ampla gama de energias de ligação, algumas fortes o suficiente para diminuir a frequência de relaxamento da água abaixo da frequência na qual muitos sensores TDR e TDT operam (faixa de MHz alta a GHz baixa). O efeito dessa fração de água ligada sobre a precisão é insignificante em solos de textura grossa com pouca matéria orgânica, mas pode levar a uma subestimação substancial em solos com alto teor de argila. Como os sensores de capacitância normalmente operam em frequências mais baixas, eles não estão sujeitos a esses erros, a menos que a água do solo congele. Em um solo congelado, ambos os tipos de sensores "enxergam" apenas a água não congelada.

Outro efeito ocorre porque a frequência de relaxamento da água ligada depende da temperatura, dando origem a uma dependência da temperatura da permissividade do volume maior do que o normal quando é medida por sensores TDR e TDT de alta frequência. Novamente, os sensores de frequência mais baixa estão livres desse efeito.

Efeitos da permissividade dielétrica em massa na precisão

De acordo com a Tabela 1, a precisão da permissividade do volume necessário para obter 1% de precisão na determinação do teor de água é de 5%. Ela muda com o teor de água e varia de cerca de 3% para solo saturado a cerca de 10% para solo seco. Os sensores de domínio de tempo e de capacitância geralmente não têm dificuldade para atender a esse requisito, mas há armadilhas. A mais séria delas tem a ver com a capacidade do sensor de amostrar corretamente a constante dielétrica do meio circundante e a capacidade do sensor de separar os efeitos capacitivos dos condutivos em solos que contêm sal. O problema da amostragem será abordado mais adiante.

O problema do sal pode ser entendido ao se perceber que o solo pode ser modelado como um resistor em série com um capacitor. A resistência do resistor é proporcional à condutividade elétrica do solo. A capacitância do capacitor é proporcional à permissividade do solo. Se a condutividade elétrica do solo for insignificantemente pequena, a medição da permissividade pelos métodos de domínio de tempo ou de frequência será fácil e precisa.

À medida que a condutividade elétrica aumenta, as formas de onda do TDT e do TDR, que são analisadas para determinar o tempo de percurso, tornam-se cada vez mais atenuadas, especialmente em altas frequências. Até certo ponto, os algoritmos podem classificar o início e o fim da onda, mas, por fim, nenhum sinal é discernível. É possível encurtar os guias de onda e obter novamente algum sinal, mas a atenuação das altas frequências torna a permissividade do volume total inferida muito grande, e o efeito deve ser compensado para a medição correta do teor de água. Esses problemas geralmente ocorrem acima de 2 dS/m de CE da água dos poros. Como a produção agrícola pode ocorrer em solos com CE até dez vezes maior que esse valor, isso pode ser uma limitação grave.

Frequências mais altas diminuem os efeitos do EC

Os métodos de domínio de frequência também podem ser afetados negativamente pela CE do solo. Alguns sensores separam o sinal em uma parte real e uma imaginária. A parte real é devida à capacitância e a parte imaginária, à resistência. O aumento da CE do solo não é um problema para esses sensores porque eles medem os dois componentes separadamente. A maioria dos sensores de capacitância, entretanto, não consegue separar os dois componentes, de modo que a parte resistiva é adicionada à capacitância aparente, o que pode resultar em um erro substancial. A impedância de um capacitor diminui com a frequência, enquanto a resistência (componente imaginário) não é afetada pela frequência. O aumento da frequência, portanto, diminui o efeito relativo da condutividade elétrica do solo em comparação com a permissividade. Assim, quanto maior a frequência de um sensor dielétrico, maior pode ser a salinidade do solo sem afetar a leitura.

Em solos não salinos, as frequências na faixa de 1 a 10 MHz são adequadas para boas medições de permissividade, mas com salinidade mais alta, são necessárias frequências mais altas. Os sensores de frequência mais alta, que operam a 70 MHz, mostram efeitos salinos insignificantes até cerca de 10 dS/m. Quando a CE da água dos poros excede esses limites, os sensores ainda mostram alterações na saída com o conteúdo de água, mas a permissividade calculada a partir da saída não é mais a permissividade real do solo. Essa permissividade aparente pode ser calibrada para o solo específico em questão, mas mostra uma resposta de temperatura mais forte e positiva devido à resposta de temperatura de 2%/°C da CE.

Volume de amostragem de sensores de domínio de tempo e de frequência

O maior ponto fraco dos sensores dielétricos de umidade do solo é o seu volume de amostragem. Tanto os sensores de domínio de tempo quanto os de domínio de frequência formam um campo elétrico ao redor do sensor, sendo que o campo é mais forte próximo à superfície do sensor e diminui de intensidade com a distância do sensor. O aumento da permissividade do meio circundante colapsa o campo ainda mais fortemente ao redor da superfície do sensor. As regiões de permissividade alta ou baixa no campo de influência distorcem a forma do campo de maneira não linear, fazendo com que a permissividade medida seja diferente da média das permissividades dos materiais no campo. Qualquer espaço de ar entre o sensor e o meio que ele detecta causa grandes erros na permissividade medida. As medições em líquidos são feitas sem dificuldade, mas os solos são muito mais difíceis.

O volume de influência de qualquer tipo de sensor é determinado inteiramente pela forma e pelo tamanho dos guias de onda para o instrumento de domínio de tempo ou pela forma e pelo tamanho das placas do capacitor para o sensor de capacitância. Eles diferem de um projeto de sensor para outro, mas o volume de influência não depende do fato de o sensor ser de domínio de tempo ou de frequência. Quando se busca modelar o desempenho de qualquer um dos sensores no solo, usa-se exatamente o mesmo software de simulação para ambos.

Avaliação de sensores em laboratório e em campo

Cinco sensores comerciais de umidade do solo selecionados aleatoriamente (EC-5METER, Pullman, WA) foram selecionados para calibração e avaliação. Quatro solos minerais (areia de duna, marga arenosa de Patterson, marga siltosa de Palouse e argila preta de Houston) foram coletados para representar uma ampla gama de tipos de solo (Tabela 2). Os solos foram triturados em um triturador de solo para quebrar os pedregulhos grandes e permitir o empacotamento uniforme. Outras medidas foram tomadas para proporcionar uma ampla gama de salinidades do solo.

Primeiro, foram preparadas várias soluções com valores de CE de ~1 a >15 dS/m. Os solos foram então subdivididos em porções menores e as soluções foram adicionadas aos solos selecionados para criar uma gama de condutividades elétricas do solo. Os solos aos quais foram adicionadas soluções foram secos em estufa, triturados e um extrato de saturação foi usado para determinar a CE real do solo (U.S. Salinity Laboratory Staff, 1954). Durante os procedimentos de teste, calibração e caracterização (veja abaixo), esses solos foram molhados com água destilada e depois secos em estufa para garantir que a salinidade permanecesse relativamente constante.

Tabela 2. Fracionamento e condutividades elétricas nativas dos solos testados
Solo Areia Silte Argila Condutividade elétrica nativa
---- kg kg-1 ---- dS m-1
Areia de duna 0.87 0.03 0.03 0.04
Argila arenosa de Patterson 0.79 0.09 0.12 0.34
Palouse Silt Loam 0.03 0.71 0.26 0.12
Argila preta de Houston 0.13 0.34 0.53 0.53

Calibração do sensor no solo

Os sensores foram calibrados adaptando a técnica recomendada por Starr e Paltineanu (2002). Uma descrição detalhada do procedimento é fornecida por Cobos (2006). Em resumo, um solo seco ao ar foi colocado em um recipiente ao redor de um sensor. Tomou-se o cuidado de embalar o solo de maneira uniforme para não distorcer as medições. Depois que uma leitura foi feita no sensor, um conteúdo volumétrico de água (VWC) foi obtido usando um pequeno cilindro, e o conteúdo gravimétrico de água foi determinado usando um forno de secagem e uma balança (Topp e Ferre, 2002).

O próximo teor de água foi criado despejando o solo em um recipiente maior, misturando-o completamente em um volume conhecido de água e, em seguida, empacotando novamente o solo ao redor do sensor no recipiente original. Isso foi repetido quatro ou cinco vezes para cada tipo de solo e condutividade elétrica para criar uma correlação entre a saída do sensor e o VWC. Os dados foram plotados para determinar o efeito do tipo de solo e da condutividade elétrica na saída do sensor.

Análise estatística

Para determinar a significância estatística, os dados de cada calibração foram considerados únicos. Ou seja, cada conteúdo de água do solo, juntamente com sua condutividade elétrica medida, foi considerado como uma combinação única de tipo de solo. As combinações de tipo de solo/EC foram comparadas usando a análise de covariância com o teor de umidade como variável dependente e a condutividade elétrica como variável independente. A análise de covariância foi conduzida usando o PROC GLM (SAS Institute, 2006). Os sensores individuais foram considerados observações replicadas e não efeitos de tratamento porque os sensores dentro do tipo de solo não eram uma fonte significativa de variação (dados não mostrados). A função de estimativa do PROC GLM foi usada para comparar as inclinações das curvas de calibração individuais para cada combinação de tipo de solo/EC.

Caracterização do sensor

A sensibilidade de uma estimativa de precisão a fatores de solo confusos já foi discutida. No entanto, ainda é necessário caracterizar como a equação de calibração fornecida pelo fabricante se compara ao conteúdo volumétrico real de água em condições típicas de solo. Para testar isso, um EC-5 e um ThetaProbe (Modelo ML2, Delta-T Devices, Cambridge, Reino Unido) foram selecionados aleatoriamente de um lote de produção e testados em areia, argila siltosa, argila e solo para vasos. Os resultados foram comparados com o conteúdo volumétrico de água medido diretamente.EC-5 e um ThetaProbe (Modelo ML2, Delta-T Devices, Cambridge, Reino Unido) foram selecionados aleatoriamente de um lote de produção e testados em areia, argila siltosa, argila e solo para vasos. Os resultados foram comparados ao conteúdo volumétrico de água medido diretamente.

Avaliação de campo

Três sensores EC-5 foram instalados em um campo comercial de batatas a 15, 30 e 60 cm de profundidade em um solo de argila arenosa fina. O campo estava sob irrigação por pivô central, cuja frequência variava de acordo com as necessidades da cultura. Um pluviômetro de balde basculante (resolução de 1 mm) estava situado acima dos sensores enterrados para registrar eventos e quantidades de irrigação. Os sensores foram monitorados durante toda a estação de crescimento para investigar sua confiabilidade, sensibilidade aos eventos de irrigação e estabilidade a longo prazo.

Resultados e discussão

A calibração de cinco sensores padrão EC-5 em quatro tipos de solo (Tabela 2) em vários níveis de condutividade elétrica é mostrada na Figura 1. Não foi observada variação significativa de sensor para sensor entre todos os sensores testados (dados não mostrados). As comparações estatísticas entre as inclinações de calibração de combinações individuais de tipo de solo/condutividade elétrica não mostram diferença significativa entre 11 das 12 curvas de calibração (Tabela 3). É interessante notar que a inclinação que apresentou diferença significativa foi a do solo de Palouse com EC de extrato de saturação de 0,7 dS/m, que foi a condutividade elétrica média dos três solos de Palouse testados. Não parece provável que o tipo de solo ou a condutividade elétrica estejam causando essas diferenças.

A diagram showing Calibration data for five water content sensors running at 70 MHz in four mineral soils over a range of electrical conductivities
Figura 1. Dados de calibração de cinco sensores de teor de água operando a 70 MHz em quatro solos minerais em uma faixa de condutividades elétricas (mostradas entre parênteses)
Tabela 3. Inclinações e comparações estatísticas entre combinações individuais de tipo de solo/condutividade elétrica (CE)
Tipo de solo Solução EC

(dS m-1)

Inclinação da calibração

Curva (x 10-1)*

Areia 0.65 9.8a
Areia 7.6 9.9a
Patterson 5.3 10.3a
Palouse 1.5 10.3a
Areia 2.2 10.5ab
Patterson 0.52 11,9ab
Patterson 0.83 12.1ab
Palouse 0.2 12,5ab
Patterson 1.7 12,7ab
Houston Black 0.53 12,8ab
Palouse 0.7 13.4b
*Slopes followed by the same letter are not significantly different (p <0.01)

A falta de diferenças significativas entre as curvas de calibração em diferentes salinidades não é surpreendente, considerando as descobertas sobre sensores que funcionam em frequências de medição semelhantes (Campbell, 1991). Testes semelhantes de uma versão anterior do sensor (EC-20, METER, Inc.) mostraram uma variação considerável na calibração, dependendo do tipo de solo (Campbell, 2001). Os dados da Figura 1 sugerem que o sensor não precisará de calibração quando usado em solos minerais.

A Figura 2 mostra os mesmos cinco sensores EC-5 calibrados em três tipos de solo para vasos. Novamente, a saída do sensor é correlacionada linearmente com o conteúdo de água volumétrico obtido gravimetricamente com um valor R2 de 0,977. Os dados mostram que a mesma equação de calibração pode ser usada para qualquer um dos solos de envasamento testados, independentemente da mistura de solo de envasamento ou da condutividade elétrica. A calibração do solo para vasos é diferente da dos solos minerais devido à grande diferença na densidade aparente, conforme observado acima.

A graph showing Calibration of five EC-5 sensors in various mixtures of potting soil.
Figura 2. Calibração de cinco sensores EC-5 em várias misturas de solo para vasos. Os valores de CE do extrato de saturação são mostrados entre parênteses

Os testes com o EC-5 e o ML2 mostraram uma concordância muito boa entre o VWC real e os gerados pela calibração do fabricante (Figura 3). Os desvios padrão de ambos os sensores em todos os solos testados foram muito bons (0,0089 e 0,013 m3m-3 para o EC-5 e o ML2, respectivamente).

Esses dados sugerem que é possível obter dados precisos sobre o teor de água com qualquer um dos sensores no campo. No entanto, está claro que uma especificação de precisão de 1% do VWC (conforme observado em algumas especificações de produtos) é difícil de ser obtida mesmo em condições de laboratório, quanto mais no campo.

4 graphs showing a Comparison of actual VWC versus VWC calculated using the manufacturer’s calibration for (a) sand, (b) clay, (c) silt loam, and (d) potting soil
Figura 3. Comparação entre o VWC real e o VWC calculado usando a calibração do fabricante para (a) areia, (b) argila, (c) argila siltosa e (d) solo para vasos

Os sensores instalados no campo comercial de batatas forneceram resultados confiáveis e estáveis durante toda a estação de crescimento (Figura 4). A Figura 4 mostra como os sensores responderam à irrigação pesada durante algumas partes da estação, bem como a alguns eventos de secagem durante estágios críticos do ciclo de maturação da cultura. As mudanças no uso da água por profundidade também podem ser observadas quando o conteúdo de água a 15 cm é menor, inicialmente do que a 30 cm, quando a cultura é relativamente jovem. Mas, à medida que amadurece, as raízes começam a se mover mais profundamente e a irrigação se torna mais pesada, fazendo com que o conteúdo de água em ambas as profundidades se torne semelhante. O conteúdo de água a 60 cm permaneceu muito mais constante durante toda a estação, sugerindo que as raízes não estavam retirando tanta água dessa profundidade, bem como que não havia tanta água se movendo nessa profundidade do perfil.

A graph showing Soil moisture and irrigation data across a growing season in a center-pivot irrigated potato field
Figura 4. Dados de umidade do solo e irrigação ao longo de uma estação de crescimento em um campo de batata irrigado por pivô central

A Figura 5 mostra um subconjunto de dados de conteúdo de água e irrigação de um período de secagem e umedecimento. Esses dados mostram a resposta relativa dos sensores de conteúdo de água a cada evento de irrigação. Está claro que a irrigação produziu um aumento de água em todos os níveis do perfil, mas a resposta relativa ficou defasada com os sensores mais profundos. No sensor de 60 cm, a água de irrigação fez com que o sensor respondesse ligeiramente, mas a mudança geral é um aumento geral no conteúdo de água, em vez de grandes picos de conteúdo de água seguidos de drenagem, como é visto nos sensores mais rasos.

A graph showing a Subset of data for the irrigated potato field showing individual irrigation events along with SMS response
Figura 5. Subconjunto de dados para o campo de batata irrigado mostrando eventos de irrigação individuais junto com a resposta de SMS

Conclusão

As calibrações do SMS não foram significativamente afetadas pelo tipo de solo ou pela salinidade em vários solos minerais e de envasamento testados. Essa descoberta sugere que usuários relativamente não treinados poderiam instalar os sensores em solo intacto e medir com precisão o VWC do solo. Essa é uma descoberta particularmente importante porque a maioria das aplicações de monitoramento e controle inclui a instalação de sensores em solos de textura desconhecida. Além disso, a alteração das condições de salinidade, seja do solo ou da água de irrigação, tem pouco efeito sobre as medições do sensor. Essa é uma qualidade muito importante, considerando a falha de sensores anteriores nessa área. Além disso, a calibração do fabricante forneceu medições precisas do conteúdo de água em todos os solos testados em laboratório. A irrigação durante toda a temporada e as medições do VWC em um campo de batata mostraram que o SMS era robusto e respondia como esperado aos eventos de irrigação.

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Referências

Campbell, Colin S. "Response of the ECH2O soil moisture probe to variation in water content, soil type, and solution electrical conductivity" (Resposta da sonda de umidade do solo ECH2Oà variação do conteúdo de água, tipo de solo e condutividade elétrica da solução). Nota de aplicação, METER, 2001. Link do artigo (acesso aberto).

Campbell, Jeffrey E. "Dielectric properties and influence of conductivity in soils at one to fifty megahertz." Soil Science Society of America Journal 54, no. 2 (1990): 332-341. Link do artigo.

Cobos, Doug R. "Calibrando os sensores de umidade do solo ECH2O". Nota de aplicação, METER, Inc., 2006. Link do artigo (acesso aberto).

Starr, J. L. e I. C. Paltineanu. "Métodos de medição do conteúdo de água do solo: dispositivos de capacitância". Methods of Soil Analysis: Parte 4 (2002). Link do artigo.

Topp, G.C. e T.P.A. Ferre. "A fase de solução do solo". Methods of Soil Analysis (Métodos de análise do solo): Parte 4 (2002): 417-1074

Equipe do Laboratório de Salinidade dos EUA. "Diagnosis and improvement of saline and alkali soils" (Diagnóstico e melhoria de solos salinos e alcalinos). USDA Handbook 60 ed. U. S. Government Printing Office, Washington, D.C. (1954).

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