Claves para utilizar sensores en labores de riego

Qué sensores utilizar, cuántos, cómo instalarlos y cómo interpretar los datos para programar los riegos son algunas de las preguntas más frecuentes de los cultivadores interesados en implementar esta tecnología.

En los últimos años los sensores se han convertido en una herramienta eficaz para el manejo de los riegos en la agricultura, puesto que permiten conocer el estado hídrico del suelo en tiempo real.

Sin embargo, para hacer un uso adecuado de estos dispositivos y para que los datos que proveen sean confiables hay que tener en cuenta varios criterios y conceptos técnicos. Por ejemplo, hay sensores que determinan la disponibilidad de agua en el suelo (sensores de potencial mátrico), otros permiten determinar la cantidad de agua en el suelo (sensores de humedad).

Edgar Hincapié, investigador del área de Suelos y Agua de Cenicaña, explica algunos aspectos sobre el uso de sensores para monitorear el potencial mátrico en el suelo y el manejo del riego en el cultivo de la caña de azúcar. En la próxima edición de la Carta Informativa se presentarán criterios a tener en cuenta para el uso de los sensores de humedad.

¿Cuáles son los sensores de potencial mátrico del suelo?

Los sensores de potencial mátrico del suelo (PMS) son los que miden directa o indirectamente la fuerza con la cual el suelo retiene el agua. Este potencial refleja el estado hídrico del suelo: cuanto más bajo (más negativo) es el valor, mayor es la fuerza con la cual el suelo retiene el agua y viceversa.

Hay varios tipos de sensores PMS: tensiómetros, sensores de matriz granular, bloques de yeso, sensores dieléctricos y térmicos. Los sensores más utilizados en la actualidad son los tensiómetros y de matriz granular.

¿Cuál es la diferencia entre los tensiómetros y los sensores de matriz granular?

Su forma de funcionamiento. Mientras los tensiómetros miden la succión o vacío, los de matriz granular se basan en el principio de la resistencia eléctrica variable.

Cuando un tensiómetro se instala en el suelo este cambia de acuerdo con los ingresos y salidas de agua, creando diferencias en la succión. Por ejemplo, si el suelo está seco, sale agua del tensiómetro y crea una presión negativa; cuando llueve o se produce un riego ocurre lo contrario: el agua ingresa al tensiómetro y se reduce la succión. La succión se mide en el tensiómetro con un vacuómetro previamente calibrado ya sea de reloj o electrónico.

Por otro lado, cuando un sensor de matriz granular se inserta en el suelo, este se equilibra con el contenido de humedad; una vez instalado se hace pasar una corriente eléctrica por el sensor. Cuando el suelo y el sensor están húmedos la corriente se conduce fácilmente; por el contrario, si el suelo está seco y por lo tanto el sensor, el paso de la corriente es limitado. Al medir la resistencia del sensor al paso de la corriente se puede determinar el estado hídrico del suelo. Este tipo de sensores requieren calibración para cada suelo donde se instalen.

¿Cuántos y dónde instalar los sensores de PMS?

La cantidad de sensores que se instalen depende de la forma de realizar las mediciones: manualmente o automatizadas. Es importante aclarar que las mediciones se realizan por unidades de riego y dado que una unidad de riego puede contener diferentes suelos los sensores se deben instalar en el suelo más representativo, es decir aquel que ocupa la mayor área.

Mediciones manuales

- Cinco a seis puntos de medición por unidad de riego.

- En cada punto se instalan dos sensores: uno superficial (entre 20 y 30 cm de profundidad) en la zona donde se concentra el mayor volumen de raíces y otro profundo (entre 40 y 45 cm).

- Se instalan a 20 cm del centro de la cepa de caña.

Mediciones automáticas

- Una estación de monitoreo por unidad de riego y localizada en el suelo más representativo.

- La estación debe incluir 6 sensores que se instalan en 3 surcos diferentes: 3 sensores superficiales (entre 20 y 30 cm de profundidad) y 3 profundos (entre 40 y 45 cm), y un sensor de temperatura instalado a 30 cm de profundidad.

Los datos de los sensores superficiales se utilizan para programar los riegos y los datos de los sensores profundos, para verificar la profundidad hasta donde llegó el agua.

¿Cómo se determina el momento del riego con los sensores de PMS?

El monitoreo de sensores PMS permite determinar el momento para iniciar el riego con el propósito de optimizar el uso del agua y ser más eficiente en la labor. Normalmente se puede predecir la necesidad de riego con dos o tres días de anticipación.

Para el caso de la caña en el valle del río Cauca, Cenicaña ha determinado que entre -20 a -80 kPa es el rango óptimo de potencial mátrico para las variedades sembradas actualmente en la región, es decir, en este momento las plantas pueden extraer el agua del suelo sin mucho esfuerzo.

Por lo tanto, cuando las plantas empiezan a tener dificultad para extraer el agua del suelo es el momento de regar. Para cultivos en suelos de textura media a fina se debe iniciar el riego cuando el umbral de potencial mátrico del suelo es de -75 ± 5 kPa. Para suelos de textura arenosa el umbral para el inicio del riego es de -60 ± 5 kPa.

¿Qué indican las mediciones realizadas por los sensores de PMS?

Los sensores de PMS instalados en suelos de textura media a fina y muy fina indican:

  • 0 a -10 kPa: suelo cercano al punto de saturación. Esta condición es normal durante un periodo de 24 horas aproximadamente después de un riego o una precipitación intensa (> a 25 mm).
  • -10 a -20 kPa: el suelo retiene el agua con poca energía y la planta la puede tomar con un mínimo esfuerzo.
  • -20 a -75 kPa: rango óptimo para el cultivo de caña. Las plantas pueden extraer el agua del suelo sin mucho esfuerzo.
  • Menor a -75 kPa: umbral para el inicio del riego. Las plantas empiezan a tener dificultad para extraer el agua del suelo.

Paso a paso para la instalación de sensores de potencial mátrico (tensiómetros o sensores de matriz granular): 

1. Saturar los sensores antes de la instalación. Para ello se sumergen en agua destilada durante 24 horas.

2. Seleccionar los puntos para la instalación de los sensores, limpiar el área y cavar un orificio a la profundidad requerida y de un diámetro ligeramente mayor al diámetro del sensor, para ello se utiliza un barreno en forma de taladro.

3. Una vez cavados los orificios, tomar un poco del suelo que se extrajo del orificio, agregarle agua y preparar una mezcla espesa y homogénea, luego verter en el orificio parte de esta mezcla e inmediatamente introducir el sensor hasta la profundidad determinada. A medida que se inserta el sensor, la mezcla suelo/agua debe fluir hacia arriba y evacuar el aire contenido. Esta operación se realiza para obtener un buen contacto entre el sensor y el suelo y por lo tanto una medición correcta.

4. Una vez insertados los sensores, rellenar nuevamente los orificios con el suelo y compactarlo ligeramente con una barra o trozo de madera con el fin de evitar la formación de un canal de flujo preferencial de agua que afectaría la medición del sensor.

La instalación de los sensores se debe realizar después de un riego o de una precipitación mayor a 25 mm.

Las lecturas se pueden realizar 24 horas después de la instalación, una vez se haya equilibrado sensor/suelo.

¿Cómo se leen los sensores de PMS?

Los sensores de PMS (tensiómetros o sensores de matriz granular) se pueden leer de manera manual o automática. En Cenicaña se han diseñado y construido lectores manuales y automáticos de bajo costo.

Lectura manual: para leer los tensiómetros y sensores de matriz granular se utilizan medidores electrónicos que se insertan o acoplan a los equipos. En ambos casos las lecturas se hacen sensor por sensor (uno a uno) y los datos se registran en un formato previamente diseñado para tal fin.

Lectura automatizada: se utiliza un datalogger que permite el registro de los datos de manera continua y programar el registro de información a través del tiempo de seis sensores de PMS y un sensor de temperatura del suelo. Los datos se pueden descargar manualmente a un computador o son transmitidos hasta una estación de trabajo usando un módem de telefonía móvil para que los usuarios pueden ver las condiciones actuales del suelo desde cualquier computador o teléfono móvil, lo cual facilita el manejo del riego.

¿Cómo se calibran estos sensores?

Los sensores de matriz granular utilizados para medir el PMS requieren calibración, puesto que miden el flujo de corriente que pasa a través de dos electrodos. Por lo tanto, es necesario generar una curva de calibración que relacione esta variable con el potencial mátrico del suelo. Las curvas se deben generar para cada suelo donde se instale el sensor.

Para esto se someten muestras de suelo con sensor incorporado a diferente tensión de succión (potencial mátrico) y paralelamente se mide la corriente de salida del sensor en kOhms. Posteriormente se relacionan estas dos variables y se construye la curva de calibración.

En la tabla 1, se presenta un ejemplo de los registros del potencial mátrico medido manualmente con tensiómetros a dos profundidades (30 cm y 45 cm) durante un ciclo de un riego.

 

Día No.

Potencial mátrico (kPa)

30 cm

45 cm

0

3

10

2

12

16

5

21

17

7

30

21

10

35

24

14

42

28

16

49

32

18

54

36

20

61

42

21

65

48

22

69

51

23

74

53

24

77

55

La primera lectura (día cero) corresponde a la medición realizada 24 horas después del riego y la lectura realizada 24 días después corresponde al umbral para realizar nuevamente un riego.

 
Carta Informativa 
Año 5 / Número 2 /Diciembre de 2017

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