Ús de sensors d’humitat del sòl per controlar el reg per degoteig en fruiters

En agricultura, el reg per degoteig és un dels sistemes de regadiu més eficaços ja que permet un major control de l'aigua i optimitzar paràmetres com ara la freqüència, durada i intensitat de reg. A més, el reg per degoteig genera bulbs humits, on té lloc l'extracció d'aigua per les plantes, reduint la superfície d'evaporació i la percolació. En general, la determinació de les necessitats de reg d'un cultiu es basa en el balanç hídric a partir de l'equació ETc = ETo * Kc, on la ETo és l'evapotranspiració de referència obtinguda a partir de dades meteorològiques i la Kc és el coeficient de cultiu característic de cada cultiu. En un reg automatitzat, aquestes necessitats es poden refinar gràcies a l'ús de sensors d'humitat del sòl.

Sensors d’humitat del sòl

D'entre la varietat de tecnologies existents al mercat per a la mesura d'aigua al sòl, els sensors de tipus capacitius són els més populars. Entre els avantatges que presenten aquests sensors estan seu baix cost, baix consum d'energia, poc manteniment, així com la seva raonable robustesa i precisió.

L'adopció d'aquests sensors pels agricultors està en augment ja que a més de poder-los emprar per supervisar visualment com evoluciona el contingut d'aigua en el sòl, l'ús d'aquests dispositius és prometedor en sistemes de suport presa de decisions, ja que permeten decidir de manera automatitzada quan regar i quanta aigua aplicar en una parcel·la.

Figura 1. Sensors de tipus capacitiu. A dalt sensor 10HS, a sota sensor EC-5 de la marca METER Group

Què determina la variabilitat entre sensors d'humitat en el reg per degoteig?

A l'hora d'automatitzar el reg per degoteig en una parcel·la de fruiters emprant sensors d'humitat és important conèixer quines són les fonts de variació que afecten les mesures, per tal de determinar i optimitzar el nombre i localització de sensors a instal·lar.

Un cop instal·lats els sensors en camp, les seves lectures de la humitat són variables. Aquesta variabilitat depèn de diversos motius. S'ha observat que a causa de les característiques del terreny com ara textura, estructura, compactació, macropors, graves, distribució de les arrels... Els bulbs humits no són perfectes i tant la seva mida i forma com el centrat respecte el degoter són molt variables, la qual cosa afecta les lectures de qualsevol sensor instal·lat al voltant del bulb humit.

A més, les mesures pels sensors es poden veure afectades per la temperatura del sòl en el bulb humit, la qual és heterogènia i varia en funció de la profunditat i de la proximitat / llunyania del sensor respecte del degoter. Aquestes diferències de temperatura poden ser causades per les diferències d'ombra i / o evaporació del sòl.

Així mateix, encara que els sensors estiguin instal·lats en ubicacions equivalents pel que fa a posició i profunditat respecte al degoter, s’acostuma a observar força variabilitat entre sensors que se suposaria que han de ser equivalents.

La variabilitat entre sensors es pot comparar amb la variabilitat d’altres processos que poden afectar les mesures. S’observa que en condicions de laboratori, la variabilitat de sensibilitat entre sensors és molt petita si ho comparem amb la variabilitat que mostren les mesures que donen quan s’instal·len a camp, en reg per degoteig. Les variacions atribuïbles a la temperatura del sòl també són comparativament menors. El calibrat específic dels sensors per al tipus concret de sòl on s’han instal·lat els sensors pot millorar-ne l’exactitud però no evita que s’observin importants diferències entre sensors. En canvi, la variabilitat que es produeix en condicions normals en la mida, forma i posició de la zona de sòl humit al voltant dels degoters és molt gran i això fa que sensors instal·lats en teoria en les mateixes coordenades respecte al degoter, a la pràctica es troben amb humitats del sòl prou diferents.

Per avaluar la importància de la variabilitat, a la Figura 2 es detalla la incertesa sobre diferents factors que afecten el procés de mesura del contingut d'aigua en sòl per sensors de tipus capacitiu.

                            Figura 2. Variabilitat en la mesura del contingut relatiu d'aigua en el sòl (SWC) per mitjà de sensors de capacitància

Com fer servir els sensors d'humitat de sòl en la programació del reg per degoteig?

Tot i la precisió dels sensors d'humitat de tipus capacitiu en condicions de laboratori, el seu ús a camp en cultius regats per degoteig es complica per la baixa repetibilitat entre sensors, així com perquè els valors de referència depenen de cada sòl.

En el reg per degoteig, els patrons tan heterogenis en la humitat del sòl fan que la ubicació exacta del sensor sigui clau de cara a la manera com el sensor respondrà als cicles de reg, redistribució de l’aigua al sòl i absorció d’aigua per les arrels. Alguns atributs que interessaria que tingués una instal·lació de sensors són: repetibilitat entre sensors; que les dades que aporti siguin representatives de la disponibilitat general d'aigua en el sòl; i capacitat de mostrar clarament si es produeix algun desbalanç entre la quantitat d’aigua aportada pel reg i la quantitat realment consumida pel cultiu.

En el cas de la programació del reg en fruiters, la combinació d’un sensor proper a la vertical del degoter i un altre a mitja distància entre dos degoters proporciona informació útil i complementària. Els sensors alineats amb el degoter proporcionen una resposta immediata als cicles de reg i absorció d'aigua per les arrels, mentre que els sensors entre dos degoters mostren una dinàmica més lenta que representa millor el balanç de diversos dies. En general, la instal·lació dels sensors a una profunditat de 30 cm pot ser adequada, ja que és on hi ha la major densitat d’arrels i a on s’observarà abans si el reg és suficient o no per cobrir les necessitats.

La forma més recomanable d'usar els sensors per programar el reg per degoteig consisteix a calcular les dosis de reg per mètodes de balanç hídric (usant evapotranspiració de referència i coeficients de cultiu) i segons el que observem amb els sensors, reajustar a l'alça o la baixa els coeficients. Això es pot fer manualment o bé a través d'aplicacions web que poden automatitzar tot el procés. Per això, els sistemes automatitzats han de registrar dades d'humitat dels sensors instal·lats en camp i també dades meteorològiques (Figura 3) i processar-ho tot plegat fent estimacions de quin balanç d’aigua queda al sòl, entre les entrades per pluja i reg i les sortides per consum pel cultiu. Amb aquesta informació el sistema pot ajustar el reg a cada cas particular.

                         Figura 3. Programació automatitzada de reg usant una aplicació web

La interpretació d'aquesta informació recopilada és essencial a l'hora de programar el reg. Per això el sistema:

Referencia cada sensor a la seva lectura a capacitat de camp, que és el mínim diari més alt de contingut d'aigua al sòl registrat per un sensor en un període de referència a l'inici de la temporada, en condicions properes a la capacitat de camp.

Es fixa en el mínim diari, que és el contingut d'aigua al sòl més sec mesurat per un sensor en un dia determinat. En general una tendència ascendent indica un balanç hídric positiu (excés de reg), una tendència descendent indica un balanç hídric negatiu (falta de reg), mentre que una tendència plana pot indicar equilibri però també podria ser que estigués saturat o bé que s'hagués extret l’aigua fàcilment assimilable (Figura 4).

Figura 4. Interpretació automatitzada de les dades de sensors centrada en la tendència del mínim diari i la seva distància a la capacitat de camp. La tendència ascendent s'interpreta com balanç hídric positiu i la tendència descendent s'interpreta com balanç hídric negatiu

La programació del reg en parcel·les de fruiters mostra que el balanç hídric complementat amb sensors d'humitat de tipus capacitiu és viable en cultius de fruiters amb diferent vigor, ja que permet aportar dosis de reg optimitzades al llarg de la temporada, adaptant-se a les condicions meteorològiques i cicle estacional del cultiu. Les dosis de reg aplicades per mètodes automatitzats són comparables a les d'un tècnic de reg qualificat, encara que requereixen menys esforç de treball.

Autors:

Jesús Domínguez-Niño i Jaume Casadesús

Programa d’Ús Eficient de l’Aigua en l’Agricultura, IRTA