Deciding how to measure soil moisture can be complicated, but METER’s easy, plug and play soil sensors simplify the process. When choosing a METER soil moisture sensor, the first thing to know is that all METER soil sensors have the same research-grade accuracy with minimum sensitivity to salts (<10 dS/m bulk EC), temperature gradients, and soil texture. Among the thousands of peer-reviewed publications using METER soil sensors, no soil moisture sensor or water potential (soil suction) sensor emerges as the favorite. Thus sensor choice should be based on your needs and application. Use the following considerations to help identify the perfect soil moisture sensor or water potential sensor for your research. Explore the links for a more in-depth look at soil moisture definitions, terms, and topics.
Se quiser medir o aumento e a diminuição da quantidade (ou porcentagem) de água no solo, você precisará de um sensor de conteúdo de água (sensor de umidade do solo). O solo é composto de água, ar, minerais, matéria orgânica e, às vezes, gelo (Figura 1). Como um componente, a água representa uma porcentagem do total. Para medir diretamente o teor de água do solo, é possível calcular a porcentagem com base na massa (teor de água gravimétrico), comparando a quantidade de água, como massa, com a massa total de todo o resto. Entretanto, como esse método é trabalhoso, a maioria dos pesquisadores usa sensores de umidade do solo para fazer uma medição automatizada com base no volume, chamada de conteúdo volumétrico de água (VWC).
Os sensores de umidade do solo METER usam tecnologia de capacitância de alta frequência para medir o conteúdo volumétrico de água do solo, o que significa que eles medem a quantidade de água em uma base de volume em comparação com o volume total do solo. As aplicações que normalmente precisam de sensores de umidade do solo são caracterização de bacias hidrográficas, programação de irrigação, gerenciamento de estufas, gerenciamento de fertirrigação, ecologia de plantas, estudos de balanço hídrico, ecologia microbiana, previsão de doenças de plantas, respiração do solo, hidrologia e monitoramento da saúde do solo. Saiba mais sobre o conteúdo volumétrico de água aqui.
Se você precisar entender a água disponível para as plantas, o estresse hídrico das plantas ou o movimento da água (se a água se moverá e para onde irá), será necessário um sensor de potencial hídrico do solo , além de um sensor de umidade do solo. O potencial hídrico é uma medida do estado de energia da água no solo ou, em outras palavras, a tensão com que a água está ligada às superfícies do solo. Essa tensão determina se a água está ou não disponível para ser absorvida pelas raízes e fornece uma faixa que informa se a água estará ou não disponível para o crescimento da planta. Além disso, a água sempre se move de um potencial hídrico alto para um potencial hídrico baixo, portanto, os pesquisadores podem usar o potencial hídrico para entender e prever a dinâmica do movimento da água. Saiba mais sobre o potencial hídrico aqui.
Faça o download do "Guia completo do pesquisador para o potencial hídrico"
No solo, os espaços vazios (poros) entre as partículas do solo podem ser considerados, de forma simplista, como um sistema de tubos capilares, com um diâmetro determinado pelo tamanho das partículas associadas e sua associação espacial. Quanto menor o tamanho desses tubos, mais a água é retida devido à associação da superfície.
A argila retém a água com mais firmeza do que a areia com o mesmo teor de água, porque a argila contém poros menores e, portanto, tem mais área de superfície para a água se ligar. No entanto, até mesmo a areia pode secar até o ponto em que haja apenas uma fina película de água em suas superfícies, e a água ficará bem presa. Em princípio, quanto mais próxima a água estiver de uma superfície, mais ligada ela estará. Como a água está fracamente ligada em um solo arenoso, a quantidade de água se esgotará e se reabastecerá rapidamente. Os solos argilosos retêm a água com tanta força que o movimento da água é lento. Entretanto, ainda há água disponível.
Observação: Use o PARIO analisador de textura do solo para automatizar a identificação do tipo e da textura do solo.
Em todos os tipos e texturas de solo, os sensores de umidade do solo são eficazes na medição da porcentagem de água. As medições duplas - usando os dois tipos de sensores de solo: um sensor de potencial de água e um sensor de umidade do solo - dão aos pesquisadores uma visão geral da umidade total do solo e são muito mais eficazes para determinar quando e quanto regar. Os dados deconteúdo de água mostram mudanças sutis devido à absorção diária de água e também indicam a quantidade de água que precisa ser aplicada para manter a zona da raiz em um nível ideal. Os dados de potencial hídrico determinam qual é o nível ideal para um determinado tipo e textura de solo. Leia mais sobre como isso funciona aqui.
As medições duplas do conteúdo de água e do potencial hídrico também permitem a criação decurvas de liberação de umidade do solo in situ (ou curvas características da água do solo), como a que está abaixo (Figura 5), que detalha a relação entre o potencial hídrico e o conteúdo de água. Os cientistas e engenheiros podem avaliar essas curvas no laboratório ou no campo e entender muitas coisas sobre o solo, como a condutividade hidráulica e a disponibilidade total de água. Saiba mais sobre as curvas de liberação de umidade do solo aqui.
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É importante que os pesquisadores saibam a duração de um experimento para que possam escolher um sensor de umidade do solo que atenda às suas expectativas. O sensor de umidade do solo 10HS e o sensor de umidade do solo EC-5 da METER têm uma tecnologia de sobremoldagem que dura aproximadamente de 3 a 5 anos no campo com uso típico (menos em condições quentes/úmidas). Os sensores de solo robustos TEROS 11, TEROS 12, TEROS 10 e TEROS 54 são feitos para durar duas vezes mais que nossos sensores padrão devido a um preenchimento de poliuretano (epóxi) atualizado. Testes de laboratório indicam que esses sensores duram mais de 10 anos antes da entrada de água na placa de circuito. Se o ambiente de pesquisa for tropical - quente e normalmente úmido - escolha sempre um sensor de longa duração.
Os sensores de umidade do solo da METER têm sensibilidade mínima à temperatura, mas se a profundidade da instalação for rasa e o local estiver exposto, os efeitos da temperatura precisam ser considerados. Os sensores de umidade do solo TEROS 11 e TEROS 12 e a sonda de perfil de umidade do solo TEROS 54 têm um termistor integrado que mede a temperatura juntamente com a umidade do solo. Isso elimina a necessidade de sensores de temperatura adicionais em cada local de medição. A sonda de perfil TEROS 54 mede o teor de água e a temperatura do solo em vários pontos de profundidade - e isso permite fazer mais medições com cada porta do registrador de dados.
Os pesquisadores que desejam medir a condutividade elétrica(CE) em massa, além do teor de água, devem escolher o sensor de umidade do solo TEROS 12. Esse sensor permite que os usuários meçam a resposta da CE em massa a sais e fertilizantes no solo. As medições de CE exigirão um bom contato entre os eletrodos de aço inoxidável do sensor e o solo.
Apenas para medições de umidade do solo, muitos cientistas preferem o TEROS 10. Ele é fácil de instalar, barato e confiável - perfeito para grandes projetos em que são necessários sensores em quantidade. Em solos difíceis (duros ou rochosos), solo para vasos e meios sem solo, recomendamos o uso dos sensores da série TEROS para manter um bom contato com o solo e compensar as lacunas de ar no solo ou no substrato.
Todos os sensores de umidade do solo METER são plug-and-play com os registradores de dados METER. Eles também se integram com registradores de terceiros usando o protocolo SDI-12. Use o ZL6 para facilitar a coleta de dados de locais remotos, ou você pode fazer o download manual dos dados.
Neste webinar de 20 minutos, o Dr. Colin Campbell desmistifica as diferenças entre os métodos de medição do conteúdo de água do solo. Ele explora a teoria da medição científica e os prós e contras de cada método. Ele também explica qual tecnologia pode ser aplicada a diferentes tipos de pesquisa de campo e por que o sensoriamento moderno é mais do que apenas o sensor.
Aprenda:
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. Os cientistas geralmente medem a umidade do solo em diferentes profundidades para entender os efeitos da variabilidade do solo e observar como a água se move pelo perfil do solo. Grandes áreas de pesquisa ou locais com alta variabilidade geralmente exigem um grande número de sensores de umidade do solo. O EC-5 O sensor de umidade do solo ou o sensor de umidade do solo TEROS 10 são opções econômicas para cientistas que precisam de uma grande rede de sensores de solo. O sensor de umidade do solo TEROS 11 e o sensor de solo TEROS 12, nossos sensores mais novos, têm um volume maior de influência (1 litro), o que pode ajudar a suavizar a variabilidade.
Os sensores de alta qualidade e grau de pesquisa da METER produzem dados excelentes, mas os usuários devem entender a situação do local ao se prepararem para a instalação. Todas as sondas dielétricas são mais sensíveis entre os pinos.
Qualquer perda de contato entre a sonda e o solo ou a compactação do solo dentro do volume de medição do sensor pode resultar em erros de medição. A água acumulada na superfície e correndo em caminhos preferenciais pelos orifícios de instalação da sonda também pode causar erros de medição. Essas são questões a serem consideradas ao escolher o melhor método de instalação para um determinado local ou tipo de solo, e isso significa que o formato da agulha, o tamanho e a durabilidade de um sensor de umidade do solo serão importantes em solos difíceis. O novo TEROS Borehole Installation Tool usado com os sensores da série TEROS elimina as lacunas de ar, a perturbação do solo e o fluxo preferencial. Assista ao vídeo para ver como ele funciona.
Se um solo for muito rochoso ou duro para um bom contato entre o solo e o sensor, pense em usar o sensor de potencial de água TEROS 21. O conteúdo de água pode ser calculado a partir dos dados de potencial de água usando uma curva de liberação de umidade do solo, e o TEROS 21 pode ser preenchido ou compactado. TEROS Os sensores de umidade do solo 10, 11 ou 12 usados com a ferramenta de instalação são nossa recomendação unânime para solos difíceis.
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 do conteúdo volumétrico de água.
| TEROS 11 e 12 | TEROS 54 | TEROS 10 | EC-5 | 10HS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Medidas | TEROS 12: Conteúdo volumétrico de água, temperatura, condutividade elétrica
TEROS 11: Conteúdo volumétrico de água, temperatura |
Conteúdo volumétrico de água, temperatura
em seis profundidades |
Conteúdo volumétrico de água | Conteúdo volumétrico de água | Conteúdo volumétrico de água |
| Volume de influência | 1010 mL | 351 cm3 por segmento | 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 |
Fazer boas medições de potencial hídrico é, em grande parte, uma função da escolha do instrumento correto e de sua utilização com habilidade. Em um mundo ideal, haveria um instrumento que medisse de forma simples e precisa o potencial da água em toda a sua faixa, de úmido a seco. No mundo real, há uma variedade de instrumentos, cada um com uma faixa bem definida. A Figura 7 ilustra que o sensor de potencial matricial TEROS 21 da METER é útil para medir o potencial hídrico na faixa de água disponível para a planta (capacidade de campo para secagem ao ar). O sensor de potencial matricial TEROS 22 é semelhante ao TEROS 21, mas tem um processo de instalação mais fácil (não é necessário abrir valas). Tanto o TEROS 21 quanto o TEROS 22 podem medir toda a faixa de umidade. Testes de laboratório e de campo indicam que esses sensores podem fazer medições de potencial hídrico com precisão aceitável pelo menos até o ponto de murcha permanente. O tensiômetro tem uma precisão muito maior para medir o potencial hídrico na faixa úmida, que é onde ocorre a maior parte do movimento da água. Somente os tensiômetros têm a capacidade de medir diretamente faixas de alto potencial hídrico.
O webinar do Dr. Colin Campbell (abaixo) "Water Potential 201: Choosing the Right Instrument" aborda a teoria dos instrumentos de potencial hídrico, incluindo os desafios de medir o potencial hídrico e como escolher e usar vários instrumentos de potencial hídrico.
Os sensores de potencial matricial TEROS 21 e TEROS 22 da METER são compostos por um sensor de teor de umidade e um substrato poroso com uma curva de liberação de umidade conhecida. Depois que o material poroso se equilibra com o solo circundante, o sensor de umidade mede o teor de água do material poroso, e o sensor usa a curva de liberação de umidade para converter o teor de umidade em potencial hídrico.
O potencial da água, por definição, é uma medida da diferença de energia potencial entre a água em uma amostra e a água em um reservatório de referência de água pura e livre. O tensiômetro é uma atualização dessa definição.
O tubo do tensiômetro contém um reservatório de água (teoricamente) pura e livre. Esse reservatório é conectado (por meio de uma membrana permeável) a uma amostra de solo. Graças à segunda lei da termodinâmica, a água se move do reservatório para o solo até que sua energia seja igual em ambos os lados da membrana. Isso cria um vácuo no tubo. O tensiômetro usa um medidor de pressão negativa (transdutor de pressão) para medir a força desse vácuo e descreve o potencial da água em termos de pressão.
Os tensiômetros são provavelmente o tipo mais antigo de instrumento de potencial hídrico (o conceito inicial data pelo menos de Livingston em 1908), mas podem ser bastante úteis. De fato, na faixa úmida, um tensiômetro de alta qualidade usado com habilidade pode ter excelente precisão. E, como mencionado anteriormente, o tensiômetro não é afetado pela heterogeneidade do solo.
O alcance do tensiômetro é limitado pela capacidade da água dentro do tubo de resistir ao vácuo. Embora a água seja essencialmente incompressível, as descontinuidades na superfície da água, como bordas ou grãos, fornecem pontos de nucleação onde as fortes ligações da água são rompidas e ocorre a cavitação (ebulição de baixa pressão). A maioria dos tensiômetros cavita em torno de -80 kPa, bem no meio da faixa disponível na planta. No entanto, a METER constrói tensiômetros que são clássicos modernos graças à precisão da engenharia alemã, à construção meticulosa e à atenção fanática aos detalhes. Esses tensiômetros têm uma precisão incrível e uma faixa de até -85 kPa.
A escolha do tensiômetro deve ser baseada na aplicação. O TEROS 31 é um pequeno tensiômetro de laboratório usado para medições pontuais ou experimentos em colunas. É possível usar o TEROS 31 no campo para verificações pontuais, mas é inconveniente porque, se ele cavitar, deverá ser reabastecido no laboratório. O TEROS 32 é um tensiômetro de campo. Ele é equipado com tubos de recarga externos que eliminam a necessidade de remover o tensiômetro do solo para recarga.
A escolha do sensor também dependerá dos requisitos de coleta de dados. O TEROS 32 fornece dados contínuos e quase em tempo real remotamente com ZENTRA Cloud. Ele foi projetado para ser plug and play com o registrador de dados ZL6 e o leitor portátil ProCheck, o que o torna a melhor opção para uma grande rede de sensores. O TEROS 31 também funciona com o ZL6 e ZENTRA Cloud e o ProCheck. Tanto o TEROS 31 quanto o TEROS 32 podem fazer interface com um registrador de dados da Campbell Scientific (ou similar).
O tensiômetro TEROS 32 é normalmente instalado em um ângulo no campo. Recomendamos o uso de uma broca de campo METER que seja especificamente dimensionada para instalar esse tensiômetro. Também recomendamos o uso de uma caixa de cobertura de válvula de irrigação para proteger o eixo do tensiômetro.
O comprimento do eixo necessário será baseado na profundidade da instalação. Se, por exemplo, você quiser medir a uma profundidade de um metro e estiver instalando em um ângulo, precisará saber qual é esse ângulo para calcular o comprimento da haste. Normalmente, ela será de 10 a 20 cm mais longa do que a profundidade de instalação desejada. Além disso, os tubos de recarga precisam estar acessíveis. Quanto mais fundo o tensiômetro for enterrado, mais longos deverão ser os tubos para alcançar a superfície. Por fim, o comprimento do cabo do tensiômetro dependerá da proximidade com o data logger.
| TEROS 21 e TEROS 22 Sensores de potencial matricial | TEROS 31 Tensiômetro | TEROS 32 Tensiômetro | |
|---|---|---|---|
| Custo | $$ | $$$ | $$ |
| Precisão | ±(10% da leitura + 2 kPa) de -100 a -5 kPa | ±0,15 kPa | ±0,15 kPa |
| Faixa | 0 a -100.000 kPa (1,70 a 6,00 pF) | -85 a +50 kPa (até -150 kPa durante o retardo de ebulição) | -85 a +50 kPa |
| Requisitos de energia | 3,6-15 V, 10 mA | 3,6 a 28,0 VCC | 3,6 a 28,0 VCC |
| Saída de medição | Digital SDI-12 | Protocolo de comunicação serial DDI, SDI-12 | Protocolo de comunicação serial DDI, SDI-12 |
| Método usado para determinar o potencial hídrico | Método calibrado: Capacitância de uma matriz de cerâmica, calibração de seis pontos | Método direto: Sensor de pressão piezoelétrico, ponte completa de Wheatstone | Método direto: Sensor de pressão piezoelétrico, ponte completa de Wheatstone |
| Compatibilidade com registradores de dados | ZL6 (e ZENTRA Cloud ), registradores EM60, Campbell Scientific | ZL6 (e ZENTRA Cloud ), registradores EM60, Campbell Scientific | ZL6 (e ZENTRA Cloud ), registradores EM60, Campbell Scientific |
| Melhor para... | - Estudos de pesquisa de longo prazo - Monitoramento do ambiente natural -TEROS 22 é a versão da próxima geração de TEROS 21 com uma instalação mais fácil (sem necessidade de abertura de valas) |
- Medições de coluna e ponto no laboratório - Medições de pontos pequenos |
- Estudos de campo de longo prazo - Hidrologia da zona vadosa |
Kirkham, Mary Beth. Principles of soil and plant water relations (Princípios das relações hídricas do solo e da planta). Academic Press, 2014.(Link do livro)
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.(Link do livro)
Hillel, Daniel. Fundamentals of soil physics (Fundamentos da física do solo). Imprensa acadêmica, 2013.(Link do livro)
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.(Link do livro)
Assista ao webinar abaixo para saber mais:
Faça um mergulho profundo na medição da umidade do solo. No webinar abaixo, o Dr. Colin Campbell discute como interpretar dados surpreendentes e problemáticos sobre a umidade do solo. Ele também ensina o que esperar em diferentes situações de solo, local e ambiente.
Seis vídeos curtos ensinam tudo o que você precisa saber sobre o conteúdo de água do solo e o potencial de água do solo - e por que você deve medi-los juntos. Além disso, domine os conceitos básicos da condutividade hidráulica do solo.
Nossos cientistas têm décadas de experiência em ajudar pesquisadores e produtores a medir o contínuo solo-planta-atmosfera.
TDR, FDR, capacitância, resistência: Uma comparação dos métodos comuns de detecção de umidade do solo, seus prós e contras e suas aplicações exclusivas.
A programação da irrigação na agricultura e no gramado exige um sensor de umidade do solo que seja preciso, confiável e de baixo custo. Muitos sensores são limitados porque ficam aquém em uma dessas áreas. Até agora.
Realizamos testes de comparação entre o ATMOS 41 e sensores de alta qualidade, de nível de pesquisa, que não são do METER, e realizamos testes de séries temporais para a variabilidade de sensor para sensor. Aqui estão os resultados.
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