Seguimiento de la humedad, salinidad y nutrientes en el suelo

MÓDULO I: SEGUIMIENTO DE LA
HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL
SUELO
Mª Dolores Fernández Fernández
RTA2013-00045-C04-03
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
Manejo del riego por sensores:
• riesgo derivado de averías
• efecto de la variabilidad del suelo
• efecto de la salinidad sobre las medidas
• ubicación ideal, etc.
• falta de previsión de cuáles serán las necesidades
de riego a medio plazo
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
¿Estoy manejando bien el riego?
Contenido de agua (mm)
85
CEss
80
7.2
75
5.8
5.2
4.2
2.7
70
4.1
1.8
1.9
65
60
55
Control
25% Floración
50
45
5-4
9-4
13-4
17-4
21-4
25-4
29-4
3-5
7-5
11-5
Fecha
Riegos con CE alta
Riegos de lavado
CE=0,4 dS m-1
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS
Fuente:
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS
Fuente:
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
ELECCIÓN DE UN SENSOR:
• Principio de funcionamiento del sensor
• Curva de calibración del sensor (proporcionada por el
fabricante)
• Variabilidad sensor-sensor (exactitud del sensor)
• Efecto de la temperatura y conductividad eléctrica
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EL AGUA EN EL SUELO
Contenido de agua: cantidad de agua que en condiciones
normales ocupa el espacio poroso del suelo
• humedad gravimétrica: masa de agua (suelo seco a 105ºC)
• humedad volumétrica: volumen de suelo ocupado por un volumen
de agua
Potencial: energía con la que el agua es retenida por el suelo
Potencial matricial: se debe a las fuerzas de atracción del agua por las superficies
sólidas del suelo y a las fuerzas de atracción molecular entre las propias moléculas
del agua
Potencial osmótico: se debe a las fuerzas de atracción que ejercen los solutos
sobre las moléculas del disolvente
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
MEDIDA DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO
• Medida directa: Gravimetría
• Medida indirecta: se mide una propiedad relacionada con el
contenido de agua (permitividad dieléctrica o constante
dieléctrica)
 Técnica de reflectometría en el tiempo (TDR)
 Técnica de reflectometría de la frecuencia (FDR)
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
La permitividad (
está determinada por la tendencia de un
material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico
agua: 80
aire: 1
minerales: 3-7
La variación del volumen de agua tiene gran repercusión
en la permitividad
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TDR: mide el tiempo que tarda un pulso electromagnético en recorrer un volumen
de suelo dado.
FDR o Capacitivos: mide el tiempo de carga de un condensador, usando el suelo
como dielectro.
Ecuación de Topp
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Sensores TDR
Ventajas:
1. Poco sensible a la textura
2. Muy preciso
3. Poca sensibilidad a los cambios de CE y temperatura
sí son leves o moderados
Inconvenientes:
1. alto coste
2. se utilizan poco en la programación de riegos
3. presenta problemas en suelos con alto contenido en
materia orgánica y suelos de textura fina.
4. Sensible a la falta de contacto suelo-sensor
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
Sensores FDR ó Capacitivos
Ventajas:
1. Bajo coste
2. Mayor uso en programación de riegos
3. Necesitan un lector sencillo
Inconvenientes:
1. Más sensibles a los cambios de textura y
fluctuaciones de temperatura
2. En algunos casos hay que cavar un hoyo
3. Afectados por salinidad y temperatura
4. Sensibles a la presencia de aire en la zona de
contacto suelo-sensor
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
Sensores dieléctricos (TDR y CAPACITIVOS)
La variación del volumen de un componente
(agua, aire, suelo/sustrato) cambia la permitividad
Los valores absolutos están muy afectados por variabilidad del medio
0.250
CVA (cm3 cm-3)
0.245
agua: 80
aire: 1
minerales: 3-7
0.240
0.235
0.230
0.225
0.220
22/12/12
29/12/12
FECHA
05/01/13
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
Salinidad
26.3
Control
Salinity treatment
Soil Water Content (mm)
-1
solution (dS m )
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
25.3
Control
Salinity treatment
24.3
23.3
22.3
0.0
27/12/05
16/1/06
5/2/06
25/2/06
17/3/06
Date
27/12/05
16/1/06
5/2/06
25/2/06
17/3/06
0
-5
-10
-15
-20
Control
Salinity treatment
-25
-30
21.3
27/12/05
16/01/06
5/02/06
Date
Date
Soil Matrict Potential (kPa)
Electrical conductivity nutrient
6.0
25/02/06
17/03/06
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RESUMEN SENSORES DIELECTRICOS
(TDR Y CAPACITIVOS)
• Medida indirecta de la humedad
• Miden la permitividad dieléctrica ( )
La permitividad dieléctrica del suelo (
varia con la Temperatura
Las sales (CE) afectan a la capacidad del sensor para separar
la permitividad dieléctrica del suelo ( ) de su conductancia
Todos los sensores son sensibles a los cambios
de temperatura y salinidad
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Potencial del agua en el suelo
• Medida directa: Tensiómetros
• Medida indirecta:
 Resistencia eléctrica
 Constante dieléctrica del suelo
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TENSIOMETRO
El suelo ejerce una tensión (tensión matricial) sobre el
agua de la columna, que hace que la altura del agua en
ella descienda, pasando al suelo y provocando por tanto
una presión negativa.
•Vacuometro
•Capsula cerámica
•Trasductor
0-40 cb
0-100 cb
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TENSIOMETROS
Ventajas:
1. bajo coste.
2. son fáciles de instalar y de mantener.
3. no están influidos por la salinidad.
4. Valores umbrales para cultivos en invernadero (Valdez, 2005)
Inconvenientes:
1. el tiempo de reacción es bajo.
2. en su instalación se disturba el suelo y puede permitir la infiltración de
agua.
3. requieren un mantenimiento periódico.
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Valores umbrales para cultivos en invernadero (Estrés)
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Watermark
Consiste en hacer pasar una corriente eléctrica entre dos electrodos que
están envueltos en una matriz de yeso. La matriz a vez está rodeada por una
membrana sintética para evitar que se deteriore, y de esta forma queda
protegida contra la salinidad.
Ventajas:
1. son baratos y fáciles de instalar.
Inconvenientes:
1. Amplio rango de medida (0-200 cb más indicado para árboles).
2. Se deterioran con el tiempo.
3. No está indicado su uso en suelos con alta porosidad.
4. La temperatura del suelo interfiere en la medida en un 2 % por cada grado.
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
SENSORES CAPACITIVOS
Miden la constante dieléctrica de la cerámica que
se encuentra en equilibrio con el agua del suelo.
A partir de la curva característica de la cerámica
se calcula el potencial.
FECHA
22/12/12
27/12/12
01/01/13
06/01/13
11/01/13
0
Amplio rango de medida:
MPS2: 10-500 cb
Potencial (kPa)
-20
-40
-60
-80
-100
-120
MPS2-1
MPS2-2
MPS2-3
-140
Tens 1
Tens 2
Tens 3
-160
16/01/13
21/01/13
26/01/13
SEGUIMIENTO DE LA SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
Mª Dolores Fernández Fernández
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Jun-00
Dec-02
May-05
Nov-07
May-10
Oct-12
Apr-15
Fecha
CE sondas succión (dS/m)
Conductividad (dS/m)
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
25/02/2015
17/03/2015
06/04/2015
FECHA
26/04/2015
16/05/2015
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
MEDIDA DE LA SALINIDAD (CE) DEL SUELO
Extracto saturado (CEes): se añade agua hasta
saturación a un suelo seco al aire y tamizado
Extracto acuosos (1:1, 1:2, 1:5): se añade 1, 2, 5
volúmenes de agua por un volumen de suelo
CE aparente del suelo (CEa): se puede medir con
sensores (FDR ó capacitivos)
CE solución de suelo (CEss): es la CE del agua en los
poros del suelo. Medida con sondas de succión.
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EXTRACTO SATURADO Las cantidades absolutas y relativas de
los iones dependen de la relación
suelo:agua
SOLUCIÓN DE SUELO
Se determina la salinidad a la humedad real del suelo
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CE extracto saturado (CEes) vs. solución de suelo (CEss)
Fuente: Aragües et al.
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CE aparente del suelo (CEa)
•Se puede medir “in situ” con sensores (FDR ó capacitivo)
CEa=suelo+aire+agua
La conductividad se mide aplicando un corriente eléctrica entre
dos electrodos
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
CE aparente del suelo (CEa)
Disminuye con el contenido de agua
Conversión CE aparente del suelo (CEa) a solución de suelo
(CEss)
Para suelos con contenidos altos de humedad
CEa: CE aparente del suelo
C: valor constante (4-6)
permitividad dieléctrica del suelo
80: permitividad dieléctrica del agua
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
10
10
9
9
SC_P7
GS3_P1
8
GS3_P7
7
7
*
* *
6
CE (dS m-1)
CE (dS m-1)
8
SC_P1
5
4
3
2
1
*
* * *
* *
6
5
4
3
2
E1
E2
E3
E4
E5
E1
E2
E3
E4
E5
1
0
03/02/15 06/03/15 06/04/15 07/05/15 07/06/15 08/07/15
0
03/02/15 06/03/15 06/04/15 07/05/15 07/06/15 08/07/15
Fecha
Fecha
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
MEDIDA DE NUTRIENTES EN EL SUELO
Extracto saturado (CEes): se añade agua hasta
saturación a un suelo seco al aire y tamizado
Extracto acuosos (1:1, 1:2, 1:5): se añade 1, 2, 5
volúmenes de agua por un volumen de suelo
Solución de suelo: Medida con sondas de succión.
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
CLORUROS extracto saturado vs. solución de suelo
Fuente: Aragües et al.
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
SODIO extracto saturado vs. solución de suelo
Fuente: Aragües et al.
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
CALCIO extracto saturado vs. solución de suelo
Fuente: Aragües et al.
SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO
MAGNESIO extracto saturado vs. solución de suelo
Fuente: Aragües et al.
Muchas Gracias