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sensores dendrómetros de Tallo/Fruta
¿Qué es un dendrómetro?
El dendrómetro es un sensor que mide el diámetro del tronco o de cualquier otra parte de la planta (tallo, rama, fruto, etc), y comparando varias mediciones a lo largo del tiempo nos mostrara la forma en que esa parte de la planta crece y su tendencia. Al ser cada vez más precisos son capaces de medir las variaciones de diámetros entre la noche y el día por lo que pueden servir para observar como la planta utiliza el agua del suelo.
Su utilización principal es ayudar en la monitorización del crecimiento a escala temporal, y con el tiempo y la ayuda de otros sensores comprenderemos mejor las interacciones entre los mecanismos fisiológicos y ambientales y a qué factores ambientales responden las plantas. Analizando los datos se pueden buscar tendencias.
Por otro lado, los de precisión permiten medir variaciones micrométricas, lo cual es suficiente para medir los cambios de diámetro del tronco entre la noche y el día, lo que puede servir para interpretar el estado hídrico de la planta.
Durante el día el árbol transpira, por lo que pierde agua y su tronco se contrae. Durante la noche los estomas, o poros de las hojas por los que transpira, se cierran y no hay pérdidas de agua por transpiración, aunque sí absorción de agua por las raíces. Esto hace que el árbol se rehidrate, aumentando el diámetro del tronco durante las horas nocturnas. Aunque estas variaciones de diámetro entre el día y la noche son tan solo de unos cientos de micras, pueden medirse con los dendrómetros de precisión, y a partir de los datos registrados se puede saberse si el árbol está más o menos estresado y programar el riego.
El dendrómetro puede proporcionar mejor información que el sensor de humedad del suelo tradicional, como un sensor de capacitancia o un tensiómetro, ya que es una medida directa del estado hídrico actual de la planta, y se puede evaluar directamente si las reducciones de un riego tienen un impacto negativo o nulo en el rendimiento de las plantas.
El momento del riego en el día puede influir en el crecimiento de la planta, pues este depende de factores ambientales y fisiológicos, El dendrómetro puede determinar qué momento del día es mejor para el riego. Por lo tanto, los productores pueden ajustar su horario a la noche, el día, la tarde, etc., para maximizar el crecimiento del cultivo.
Por ejemplo, un viticultor en Israel estaba regando su cultivo a medianoche (ver Figura). Bajo este programa de riego, la vid mostraba un crecimiento positivo. Luego, el productor cambió a un programa de riego de mediodía. La vid mostró una tasa de crecimiento negativa durante este horario de mediodía. Por lo tanto, el productor volvió al programa de medianoche y la tasa de crecimiento de la vid volvió a la normalidad.
Las principales aplicaciones son:
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- Monitorización en continuo del proceso de crecimiento de la planta.
- Monitorización del estado hídrico de la planta.
- Análisis de la influencia de los factores ambientales en el crecimiento.
- Determinación del inicio y final del periodo de crecimiento.
Gestión del riego.
Fig. Datos de humedad del suelo (línea negra), dendrómetro (línea azul) y VPD (línea roja). La línea verde discontinua es el período de riego de medianoche (crecimiento positivo) y la línea roja discontinua es el riego de mediodía. (crecimiento negativo) →
Datos de un dendrómetro
Si representamos los datos de un dendrómetro durante periodos cortos diarios, observaremos como los diámetros de los troncos o frutos oscilan entre un máximo y un mínimo, que se puede correlacionar con la traspiración diaria (ver figura). Las variaciones diarias son de tamaño micrométrico.
↑ Fig. Representación de los datos de un dendrómetro durante tres días
↑ Fig. Tres meses de datos de un dendrómetro colocado en un tronco de un árbol
Si hacemos la representación durante periodo de meses, los valores deberían aumentar a medida que avanza el tiempo. Los dendrómetros, por lo tanto, proporcionan una medición directa y continua del crecimiento de las plantas durante la temporada de crecimiento.
Indicadores de estrés hídrico: De los registros dendrométricos como los mostrados en las figuras anteriores pueden derivarse varios indicadores de estrés hídrico para la programación del riego, que se representan en la figura siguiente.
Fig. Esquema de un registro dendrométrico tomado a lo largo de un día y medio y de los indicadores de estrés hídrico que se pueden deducir de él →
Los indicadores más usados son la máxima contracción diaria (MCD) y el máximo diámetro del tronco (máxDT). El primero tiene el problema de que su relación con el nivel de estrés hídrico no es lineal, de manera que en un árbol poco estresado hídricamente pueden registrarse valores de MCD similares a los registrados en árboles con estrés hídrico severo. Es por ello que hay que usarlo con precaución y tras conocer la respuesta dendrométrica de la especie al estrés hídrico.
A veces no se usa ninguno de los indicadores comentados, sino la evolución de los registros dendrométricos en sí. Esto tiene la ventaja de que no se requiere hacer ningún tipo de cálculo, ya que se usan los datos tal cual los ha registrado el sistema.
Indicadores de crecimiento: La evolución de los valores del máxDT y mínDT nos suministra información de utilidad. Concretamente, la diferencia entre dos valores consecutivos del máxDT informa de la tasa diaria de crecimiento del tronco (CD), y la consideración de los valores del máxDT en un determinado período informa del crecimiento acumulado.
Ventajas
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- Permiten medir en tiempo real y en forma automática.
- En muchos trabajos experimentales, la máxima contracción del tronco aparece como un indicador muy adecuado del estado hídrico de las plantas.
- Permite automatizar los riegos.
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Desventajas
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- Alto costo.
- No tiene un valor umbral a partir del cual regar, sino que es necesario una interpretación calificada de la información.
- Aunque los dendrómetros pueden ser herramientas extremadamente útiles para el control del estrés hídrico, tienen puntos fuertes y débiles que deben considerarse antes de cambiar las estrategias de gestión.
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Tipos de dendrómetros
La clasificación de los dendrómetros se hace normalmente por la forma en como miden la variación del diámetro del tallo o tronco, si miden la variación de su perímetro será un dendrómetro perimetral, si lo que miden es como crece el radio en un punto determinado de este será un dendrómetro puntual o radial.
Cunado utilizamos un dendrómetro para medir la variación del diámetro un fruto se habla de dendrómetro de fruta.
Los sensores que se utilizan lógicamente son sensores de desplazamiento o distancia para rangos cortos y de precisión, con un coeficiente de temperatura pequeño y adaptados para medir tallos o frutas. Todos trabajan en el exterior por lo que se le va a pedir una IP68 y que sean resistentes a los rayos solares y las variaciones de temperatura ambiente.
Los sensores más utilizados en su construcción son:
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- Sensores de desplazamiento inductivo (LVDT) o resistivos (potenciómetros lineales o circulares).
- Sensores de distancia extensiométrico tipo palpador.
Pueden ser pasivo o activos, y la salida eléctrica de estos es variable, desde mV a valores óhmicos en los pasivos.
Dendrómetros perimetrales o de banda:
Un dendrómetro de banda consta de una banda de acero inoxidable (o cable) que se rodea firmemente alrededor de la circunferencia del tronco del árbol.
La banda se conecta al sensor de diferentes formas que convierte la expansión o contracción del perímetro del árbol en una variable eléctrica proporcional a este cambio. Debido a las dificultades para instalar y mantener con precisión los dendrómetros de banda, así como a los problemas con las influencias térmicas en la banda de acero inoxidable que provocan errores en la medición, muchas empresas no recomiendan su uso. Ahora bien, si se utilizan bandas o cables de acero inoxidable con un coeficiente térmico lineal lo más bajo posible, se minimiza este error, y las variaciones térmicas causadas por cambios de temperatura diarios o estacionales no tienen un impacto medible en la precisión de la medición.
Ventajas
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- Adecuado para diámetros de 5 cm en adelante.
- No hay límite superior para el diámetro del tallo.
- Se puede reutilizar con una nueva banda.
- Sin daño a las plantas. Son sensores no invasivos.
- Fácil instalación.
- Estabilidad contra el viento, la nieve, la caída de ramas pequeñas y frutos pequeños.
- Las lecturas corresponden directamente a los cambios de circunferencia.
↑ Fig. Ejemplos de dendrómetros perimetrales instalados en tallos de árboles
Dendrómetros radiales o de punto:
Un dendrómetro de punto puede venir en muchas formas, pero como sugiere el nombre, mide un solo punto, o área de superficie, de un tallo o fruta en lugar de estar envuelto alrededor. Se mide el crecimiento radial, que a la hora de la comparación del crecimiento entre arboles de diferentes diámetros es más útil.
Para troncos de árboles o tallos grandes, los dendrómetros de punta constan de dos varillas: una que se perfora en el tallo para brindar estabilidad y la segunda que se coloca firmemente contra el xilema del tallo. La segunda varilla es donde está el sensor que registra la expansión y contracción de un vástago que toca la superficie del tronco y lo convierte en una señal eléctrica. La tecnología del sensor es de muchos tipos: LVTD, Potenciométrico, de galgas extensiométricas, etc.
↑ Fig. Ejemplos de dendrómetros puntuales instalados en tallos de árboles
Dendrómetros de fruta:
Es una aplicación nueva de los dendrómetros tradicionales, monitorizar el crecimiento de las frutas, a estos sesnores que miden el diámetro de la fruta en tiempo real para saber su evolución con el tiempo se les llama dendrómetros de frutos.
Son útiles para monitorizar el crecimiento y determinar si las diferentes estrategias de riego, fertilización, manejo, etc. como están afectando al fruto.
Últimamente se están desarrollando dendrómetros específicos para la fruta pues a veces se necesita un diseño especial que abracen a la fruta y que sean lo suficientemente flexibles para acompañar a la pieza en su crecimiento sin generar deformaciones.
Aplicaciones típicas:
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- Seguimiento de los diferentes estados de crecimiento de las plantas.
- Monitorización no invasiva del estado hídrico de las plantas, así como del control de riego.
- Examen de la influencia de factores ambientales en el crecimiento de los frutos.
- Datación precisa del comienzo y del final del periodo de crecimiento.
↑ Fig. Ejemplos de dendrómetros instalados en frutos
¿Cómo interpretar las fluctuaciones del diámetro de fruto y cómo pueden ayudarle los dendrómetros de fruto?
Al contrario de lo que ocurre con las fluctuaciones del diámetro del tronco, en fruto no se utiliza la máxima contracción diaria (MDS) del fruto, ya que no es lo suficientemente sensible para detectar el estrés hídrico. Por eso, se enfoca la monitorización en la tasa de crecimiento del fruto (FGR, Fruit Growth Rate). El FGR es calculado como la diferencia entre el diámetro máximo del fruto registrado en dos días consecutivos (ver figura). Si el FGR disminuye a números cercanos a cero, indica que el crecimiento del fruto es limitado y podría estar relacionado con un déficit de agua. Además, los valores de FGR son diferentes entre variedades y durante la etapa de desarrollo del fruto.
Fig. Fluctuaciones del diámetro del fruto de una manzana ‘Honeycrisp’ del 5 al 24 de julio de 2021 (A) y la contracción máxima diaria del fruto, MDS (B) y la tasa de crecimiento del fruto, FGR (C) calculadas por el mismo periodo →
Ventajas e inconvenientes de los dendrómetros de tronco y de fruto
Aunque los dendrómetros de tronco y fruto pueden ser herramientas extremadamente útiles para el control del estrés hídrico en su huerto, tienen puntos fuertes y débiles que deben considerarse antes de cambiar sus estrategias de gestión. A continuación, se presenta una tabla con estas consideraciones.
Dendómetros |
Ventajas |
Desventajas |
Tronco |
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Fruto |
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Modelos comerciales
- Dendrómetro perimetral: DR26 (EMS BRNO)
- Dendrómetro puntual: Verdetch