¿Cómo medir la humedad en el suelo agrícola?

El Método del Tacto

La determinación de la humedad del suelo por medio del tacto ha sido utilizada por muchos años por investigadores y agricultores por igual. Al apretar la tierra entre el pulgar y el dedo índice o al exprimir la tierra en la palma de la mano, se puede obtener una estimación bastante aproximada de la humedad en el suelo. Toma un poco de tiempo y algo de experiencia lograr esto, pero es un método comprobado.

Método gravimétrico

El método gravimétrico es el único método directo de medición de la humedad del suelo. Dicho método consiste en tomar una muestra de suelo, pesarla antes y después de su desecado y calcular su contenido de humedad. La muestra de suelo se considera seca cuando su peso permanece constante a una temperatura de 105’C. Se han construido numerosos tipos de equipo de muestreo, así como hornos de secado y balanzas especiales, para ser utilizados con este método. El método gravimétrico es el más exacto para medir el contenido de humedad del suelo y resulta necesario para calibrar el equipo utilizado en los demás métodos. Sin embargo, no puede usarse para obtener un registro continuo de la humedad del suelo de un lugar determinado, porque es necesario extraer muestras del suelo para su análisis en el laboratorio. 

La Sonda De Neutrones

La sonda de neutrones se ha utilizado extensamente en trabajos de investigación para determinar la humedad del suelo. Una sonda de neutrones contiene una fuente radioactiva que envía una cierta cantidad de neutrones rápidos. Estos neutrones rápidos son aproximadamente del tamaño de un átomo de hidrógeno, un componente esencial del agua. Cuando los neutrones rápidos chocan con los átomos de hidrógeno, se vuelven más lentos. Un detector dentro de la sonda mide la proporción de los neutrones rápidos que salen y de los neutrones lentos que regresan. Esta relación se usa entonces para estimar el contenido de la humedad en el suelo. Sin embargo, debido a que cada suelo tiene otras fuentes de hidrógeno que no están relacionadas con el agua, es importante calibrar la sonda para cada suelo. Para medir la humedad del suelo con una sonda de neutrones, se instala un tubo de acceso en el suelo. Entonces, la sonda (la cual contiene la fuente radioactiva y el detector) se baja hasta la profundidad deseada. Estas sondas son bastante caras (aproximadamente $6,400 dólares) y, debido a que contienen material radioactivo, se necesita una licencia para operarlas.

Método de resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica de un bloque de material poroso en equilibrio higrométrico con el suelo permite medir la humedad del suelo. Al bloque, que puede ser de yeso, nylon, o fibra de vidrio, se fijan dos electrodos. Como la resistencia del contacto permanece constante, una vez que se ha colocado el bloque en el suelo y ha alcanzado el equilibrio higrométrico, registra las variaciones subsiguientes del contenido de humedad con un pequeño retraso de tiempo. o. Los cambios en el contenido de humedad causan, a su vez, una variación de la resistencia eléctrica, que se reflejará en un instrumento de medida instalado en la superficie. Los valores de resistencia registrados por este instrumento se convierten seguidamente, mediante una curva de calibración, en valores representativos del contenido de humedad. Los bloques para mediciones higrométricas son muy eficaces en la gama más baja de valores de humedad. Sus posibilidades para medir el contenido de la humedad se ven limitadas por los efectos de histéresis y por el hecho de que la calibración depende de la densidad y de la temperatura del suelo. Su eficacia es dudosa cuando se trata de obtener resultados cuantitativos aplicables a estudios de balances hídricos.

Atenuación de rayos gamma

La intensidad de un rayo gamma que atraviesa una sección de suelo sufre un decrecimiento exponencial que depende principalmente de la densidad aparente del suelo, del agua contenida en el suelo, y de los coeficientes de atenuación del suelo y del agua, que son constantes. El método consiste en la atenuación de una fuente de rayos gamma (generalmente cesio 137) y de un detector de rayos gamma (fotomultiplicador/escintilador) en un par de tubos de acceso paralelos que han sido instalados en el suelo. En cada nivel de medición, la señal puede traducirse en densidad aparente de la humedad del suelo o, si la densidad aparente del suelo seco es conocida, la señal puede convertirse en una medida del contenido volumétrico de la humedad del suelo. El equipo de medición permite rastrear la evolución de los perfiles de densidad húmeda y de la humedad volumétrica del suelo en varias décimas de centímetros de profundidad por debajo de la superficie del suelo, si la densidad seca no varía con el tiempo. El método tiene la ventaja de una alta resolución espacial (se puede medir así un pedazo de suelo de 20 a 50 mm de espesor con los tubos de acceso separados alrededor de tres metros). Sin embargo, el agua no es la única variable que explica las mediciones. Las variaciones de la densidad aparentes del suelo seco pueden confundir las mediciones de la humedad del suelo. Algunos equipos complejos tienen dos fuentes de energía con diferentes intensidades de rayos gamma, lo que permite el estudio de las variaciones de la densidad aparente, así como también de la humedad del suelo. Dicho equipo se usa principalmente en laboratorios y no sobre el terreno.

Métodos dieléctricos

La constante dieléctrica aparente (permisividad) de un volumen de suelo varía con la cantidad de humedad contenida en el suelo. El suelo es una mezcla compleja de partículas de diferentes composiciones químicas en una matriz de aire y agua. La constante dieléctrica de las partículas del suelo varía entre dos y siete, mientras que las del aire y agua son uno y 80, respectivamente. De esta manera, si la densidad aparente de un suelo seco permanece constante, es decir, el porcentaje del suelo incluido en la matriz permanece constante, su constante dieléctrica aparente será una función de la cantidad de humedad en la matriz. Esta característica permite la conversión de las mediciones de la constante dieléctrica aparente en mediciones del contenido volumétrico de la humedad del suelo.

La Tensión del Suelo 

Como se dijo anteriormente, a medida que el suelo se seca las partículas del suelo retienen el agua con mayor fuerza. Los tensiómetros miden la intensidad de la fuerza con la que el suelo retiene el agua. La mayoría de los tensiómetros tienen una punta de cerámica o porosa conectada a una columna de agua. Los tensiómetros son instalados a la profundidad deseada (fig. 4). A medida que el suelo se seca, comienza a jalar agua de la columna de agua a través del bulbo de cerámica, provocando succión en la columna de agua. Esta fuerza se mide entonces con un indicador de succión. Algunos modelos más nuevos han reemplazado el indicador de succión con un sensor electrónico. Estos dispositivos electrónicos usualmente son más sensibles que los indicadores de aguja. Los tensiómetros funcionan bien en los suelos con alto contenido de agua, pero tienden a perder buen contacto con el suelo cuando la tierra se pone muy seca. Al igual que los bloques de resistencia eléctrica, los tensiómetros generalmente son difíciles de recuperar en suelos arcillosos. El costo varía entre $30 por un tensiómetro pequeño con medidores de aguja, hasta $2000 por los medidores electrónicos con capacidad de toma de lecturas en múltiples sitios.

Teledetección

Una de las tecnologías más recientes para medir humedad en la teledetección. Esta es la única forma de obtener mediciones que contengan información integrada con el área sobre el contenido de agua de un terreno. contenido de agua del suelo y otra propiedad del suelo, por ejemplo, la constante dieléctrica, que puede ser controlada por medio de la radiación electrónica emitida o reflejada desde el suelo. En principio, se puede usar todo el espectro electromagnético. Como la mayoría de estos sensores funcionan desde un avión o una nave espacial, la transmisividad atmosférica insuficiente impide el empleo de las longitudes de onda en el ámbito de rayos X, así como en ciertas regiones del infrarrojo lejano y del infrarrojo medio. Las ondas cortas, en una gama de longitud de onda entre 50 y 500 mm, son particularmente efectivas para la medición de la humedad del suelo de una superficie. Esto se debe a que tienen una atenuación atmosférica mínima y porque existe una gran diferencia entre las constantes dieléctricas del agua y del suelo seco, lo cual resulta en una alta sensibilidad al agua (sección 15.6). La radiación de microonda es usada pasivamente (radiometría) o activamente (radar). En la técnica de microonda pasiva, los radiómetros se usan para medir la emisión termal de microondas desde el suelo. La intensidad de esta radiación es proporcional a la denominada temperatura de luminosidad, producto de la temperatura de la, superficie y la emisividad; ésta depende de la constante dieléctrica y por lo tanto del contenido de agua. En la técnica de microonda activa (radar), se usa una fuente de radiación artificial, un emisor, y se mide la intensidad de la radiación reflejada por el suelo. La reflectividad del suelo que, como la emisividad depende de la constante dieléctrica, es usada entonces para deducir el contenido de agua del suelo de una superficie. La ventaja de la técnica activa, en comparación con los sensores de microonda de la técnica pasiva, es la resolución espacial superior, debido a que el terreno puede ser examinado con un haz de apertura angular limitada. Para los sensores de microondas pasivas, la resolución espacial está limitada por la relación de la longitud de onda y la distancia de la observación según el tamaño de la antena. Para una antena, una mejor resolución sólo puede obtenerse reduciendo la longitud de onda a expensas de una penetración del suelo o profundidad de muestreo más corta o bajando la altura de vuelo a expensas de incrementar los vuelos. Dos factores importantes, además de la humedad del suelo, que influyen en la emisividad del suelo y la reflectividad son la escabrosidad o aspereza del terreno y la vegetación. A pesar de que estos factores pueden tenerse en cuenta en modelos relativamente sencillos, de regresión lineal, que incorporan un parámetro empírico de aspereza y el contenido de humedad de la vegetación, reducen la sensibilidad del método ya que aumentan la emisividad relativa al ruido de fondo.

Independientemente del tipo de método aplicado, en cada caso es indispensable determinar la humedad del suelo en numerosos puntos del sitio de estudio, debido a su alta variabilidad espacial, esto quiere decir que entre más sitios medidos más preciso va a ser la medición de la humedad. Un análisis estadístico de la variabilidad de la humedad del suelo observada en los puntos de medición permite calcular el error promedio. Dichos análisis hacen posible determinar el número de puntos de medición requeridos para una exactitud prevista del valor medio.

Todos los métodos tienen su grado de precisión, pero el método más confiable es el método gravimétrico, ya que es el más exacto para medir el contenido de humedad del suelo y resulta necesario para calibrar el equipo utilizado en los demás métodos. Sin embargo, la medición se puede hacer mas solida utilizando a la par la tecnología reciente, tal como es el caso del uso de la teledetección y así obtener una medición mucho más precisa de la humedad.