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SENSORES de suelo

Este tipo de sensores normalmente intervienen en las siguientes verticalidades:

    • Riego de precisión
    • Abonado y aplicación fitosanitaria de precisión

Realizaremos una descripción de los sensores de suelo más utilizados en el mercado actual y una introducción del principio de funcionamiento de estos, incluyendo ventajas y desventajas que presenta cada uno de ellos para el uso que se le pretende dar.

Riego de precisión

El uso eficiente del agua de riego disponible es clave para conseguir rentabilidad en agricultura y debe ser un objetivo básico en la mejora de la gestión de los recursos hídricos. Por ello, el conocimiento del consumo de agua por los cultivos y el manejo adecuado del riego son factores muy importantes para la realización de unas buenas prácticas agrarias. El agua aplicada en exceso o en momentos inadecuados puede provocar erosión, pérdida de nutrientes por lixiviación y/o la contaminación de las aguas subterráneas; y aplicada en cantidad insuficiente para el cultivo puede ocasionar un escaso desarrollo y reducción de la producción. El manejo eficiente del agua empleada en agricultura se fundamenta en la elección del sistema de riego adecuado, la modernización de los regadíos, el ajuste de la dosis de riego a las necesidades reales del cultivo en cada momento y evitar las pérdidas de agua por escorrentía e infiltración fuera del alcance de las raíces.

En los últimos años se ha producido un desarrollo tecnológico muy importante en el diseño de sensores que permiten medir las propiedades del suelo, lo cual tiene un potencial de beneficio importante debido al incremento en la densidad de las medidas a un relativo bajo coste. Suponen una herramienta importante que facilita la toma de decisiones en la programación del riego, tales como determinar la cantidad de agua y el momento de aplicarla. Así, se evitan pérdidas excesivas por percolación profunda o por escorrentía para reducir los impactos ambientales o bien evitar aplicar una cantidad insuficiente y optimizar la producción.

Sensores que midan el contenido de agua del suelo junto a sensores que midan las necesidades hídricas de la planta constituyen la herramienta fundamental para un riego de precisión, de forma que se pueda ajustar el momento de aplicación del riego como su dosis logrando seguramente un uso más eficiente del agua.

Para conocer el estado hídrico del suelo, existen diferentes tipos de parámetros que son importantes como: Temperatura, humedad, conductividad eléctrica o potencial mátrico.

 

Abonado y aplicación fitosanitaria de precisión

La utilización de sensores de suelo, permite reducir de forma acentuada el impacto ambiental de la actividad agraria al facilitar la distribución racional de los insumos, reduciendo la contaminación del medio natural ya que minimiza la utilización de productos químicos, tanto fertilizantes como plaguicidas.

Normalmente, en la gran mayoría de los suelos agrícolas, existe una importante variabilidad espacial de sus principales propiedades físicas y químicas, debido a la gran cantidad de procesos físicos, biológicos y químicos que actúan simultáneamente con una intensidad muy variable. El tratamiento o manejo uniforme que se hace usualmente en una parcela agrícola no tiene en cuenta esa variabilidad espacial, por lo que parece evidente que no es la estrategia de manejo más efectiva. Con la aparición de equipos comerciales de medición de conductividad eléctrica de los suelos y sensores NPK que permiten saber la cantidad de nutrientes insertas en los mismos, pueden evaluarse la variabilidad espacial de las propiedades físico-químicas de los suelos. Al tratarse de una medida que puede obtenerse en tiempo real, supone un acortamiento importante del periodo de toma de decisiones por parte del agricultor, pudiendo este realizar fertilización a dosis variable de forma inmediata.

Factores a considerar en la elección de los sensores de suelo

Los sistemas de monitorización en el suelo son herramientas muy útiles para conocer la temperatura, humedad, salinidad y nutrientes del suelo en todo momento. Por ello, es importante conocer las variables que pueden influir en las lecturas que los sensores nos aportan para realizar una elección apropiada del tipo de sensor a utilizar, definir los criterios a emplear durante su instalación (tipo y posicionamiento), analizar las lecturas considerando los límites de precisión y representatividad que nos aporta el sensor en el entorno en el que está instalado y evaluar el origen de posibles discrepancias que pueden aparecer estableciendo si se deben a errores de funcionamiento del sistema o errores experimentales, entendiendo estos como las limitaciones que tiene el sistema para medir los diferentes parámetros.

Las variables que afectan a las lecturas obtenidas por los sensores de suelo dependen de las cualidades físico-químicas del suelo, del movimiento del agua en el suelo y, por último, de las características técnicas del sensor y los factores asociados a su instalación. Entre las variables a considerar se distinguen:

Factores que dependen del suelo

Textura/estructura del suelo

La textura influye en el valor de las lecturas obtenidas y su interpretación, especialmente cuando se usan sensores cuya lectura es el porcentaje de agua en suelo, puesto que para diferentes texturas el suelo tiene diferentes capacidades de retención de agua. La estructura tiene importancia sobre la manera en la que el agua se infiltra en el terreno debido a la influencia que esta puede provocar en la aparición de caminos preferenciales del agua.

Clasificación textural: la textura de un suelo se refiere a su apariencia superficial, la cual es determinada por el tamaño de los granos presentes en él: grava, arena, limo y arcilla.

Fig: Triángulo de texturas → 

Elementos gruesos

Tienen gran importancia debido a su poca capacidad de absorción/adsorción. Representan porciones de suelo incapaces de retener agua y por tanto las lecturas de los sensores pueden verse alteradas, en especial los valores absolutos procedentes de sensores que miden el % de agua en suelo, debido a que la humedad de estos elementos no sufre variaciones.

Densidad aparente

El asentamiento producido por la gravedad y la repetición de ciclos de llenado y vaciado de agua, provocan que el suelo adquiera una densidad que viene dada, generalmente, por la textura/estructura de éste. La densidad aparente es un buen indicador de la existencia de macroporos, que están rellenos de aire hasta que el agua ocupa su lugar y, por tanto, pueden producir grandes variaciones en las medidas obtenidas de los sensores.

Propiedades químicas

Ejercen influencia sobre la cantidad de agua que el suelo puede retener, la capacidad de las plantas para extraer agua compitiendo contra la tensión osmótica creada por los iones presentes en la solución del suelo y en el caso del sodio sobre la estructura del suelo. También influyen en la salinidad y la cantidad de nutrientes insertos en el suelo, capaces de ser extraídos por la planta.

Factores que dependen de la hidrología y el riego

Permeabilidad y existencia de caminos preferentes

La permeabilidad de un suelo depende básicamente de su porosidad y en menor medida de la existencia de cationes que interfieren en el movimiento del agua.

Es necesario considerar que los diferentes horizontes existentes en un suelo pueden tener diferentes permeabilidades que influyan en la velocidad del movimiento del agua en el suelo y crear capas de encharcamiento o de rápido drenaje, así como en el lavado de las sales y los nutrientes del suelo que se pierden por percolación profunda.

Orografía del terreno

El movimiento del agua y las sustancias disueltas en ella se produce por gravedad, el agua se desplaza siempre al lugar donde su potencial es menor. En el caso de suelos de baja permeabilidad el agua puede desplazarse por la superficie (escorrentía) variando la distribución teórica que se podría esperar y produce zonas con mayor “pluviometría” que otras.

La permeabilidad y orografía se deben de tener en cuenta al determinar tanto el lugar como el método de instalación del sensor, para que el suelo que rodea al sensor una vez instalado sea representativo.

Cobertura del riego

El objetivo del sistema de riego es obtener una distribución uniforme de agua emitida y acercarla lo más posible al lugar donde el cultivo espera encontrar agua.

 

Factores que dependen del sensor

Características técnicas del sensor

Todos los sensores disponen de una precisión de medida, que puede variar en función de la variación de diferentes parámetros como temperatura, salinidad y otras características del medio en el cual se efectúa la medida.

Calibración del sensor

Los fabricantes de sensores de capacitancia ofrecen curvas de calibración generales para diferentes tipos de suelo, sin embargo, si se desea obtener el valor real de humedad del suelo en el punto de medida es necesario realizar una calibración previa en el mismo suelo donde el sensor se va a emplear. En la práctica no es habitual realizar esta calibración debido a que, si bien la lectura proporcionada puede ser incorrecta en valor absoluto el sensor se comporta de forma coherente en su rango de medida y ofrece las mismas lecturas en los distintos rangos.

Instalación

Considerando la alta sensibilidad de los sensores y su calibración y testado en fábrica, es lógico suponer que la mayoría de los problemas existentes, lecturas erráticas, desproporcionadas, sensores que no registran la variación de humedad o la tensión al realizarse riegos, etc, se pueden explicar por las características y circunstancias de la instalación.

Por tanto, se deben considerar diferentes variables durante la instalación para asegurar que los datos proporcionados por los sensores son representativos y válidos para la toma de decisiones de riego. Entre ellas la calidad y profundidad de la instalación del sensor, situación respecto al emisor e instalación horizontal o vertical del cuerpo del sensor.

Por todo lo comentado, los sensores puntuales de suelo que vamos a describir su funcionamiento y características son los siguientes: