Seguimiento De La Humedad, Salinidad Y Nutrientes En El Suelo

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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 SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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 SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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 SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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 SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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 SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO Potencial del agua en el suelo • Medida directa: Tensiómetros • Medida indirecta:  Resistencia eléctrica  Constante dieléctrica del suelo SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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 SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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. SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO Valores umbrales para cultivos en invernadero (Estrés) SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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. SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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 SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO CE extracto saturado (CEes) vs. solución de suelo (CEss) Fuente: Aragües et al. SEGUIMIENTO DE LA HUMEDAD, SALINIDAD Y NUTRIENTES EN EL SUELO 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