Claudio Godoy Avila y María Victoria Huitrón Ramírez
Tacto y Aspecto del Suelo
Probablemente el método más simple y más antiguo para estimar la humedad del suelo está basado en el tacto y el aspecto del suelo (Merriam, 1960; Salazar et al., 1987). Este consiste en tomar muestras de la zona radical de la planta utilizando un tubo o una barrena.
La exactitud del método del tacto depende de la experiencia y juicio en la evaluación del aspecto y comportamiento de un puñado de suelo. Los investigadores arriba mencionados han desarrollado tablas o descripciones estándares para ayudar en el proceso de la evaluación o clasificación del suelo. Las tablas clasifican los niveles de agua del suelo dentro de seis categorías que fluctúan desde un nivel en exceso de capacidad de campo hasta el punto de marchitez permanente (Cuadro 16).
El método del tacto es tedioso, requiere de un trabajo intensivo y mucho tiempo. Debido a que es una práctica algo subjetiva, diferentes personas que examinen la misma muestra del suelo pueden obtener diferentes estimaciones. Además, no es una técnica muy exacta para medir la humedad. La experiencia y el juicio juegan un papel muy importante. Sin embargo, con la práctica es posible estimar dentro del 10 al 15 % del contenido actual de humedad del suelo. Dependiendo de los recursos del agricultor y de la precisión que se requiera; este dato puede ser útil cuando no sea necesario o económicamente se justifique una mayor exactitud.
Gravimétrico
Este método es una técnica absoluta y directa para estimar el contenido del agua en el suelo (Haise and Hagan, 1967). Es el procedimiento más utilizado para calibrar los métodos indirectos como la sonda de neutrones, bloques de resistencia y otros.
El método consiste en tomar una muestra de suelo, pesarla al momento de tomarla (peso inicial), ponerla a secar en una estufa de aire forzado por un período mínimo de 48 horas a una temperatura de 105 ºC, posteriormente secarla y volverla a pesar (peso final). El por ciento de humedad de la muestra se determina usando la siguiente ecuación:
donde: 100 x P P P H f f i − =
Métodos Para Determinar La Humedad Del Suelo, Su Precisión y Su Uso
Tacto o Aspecto del suelo y deficiencia de humedad Humedad
disponible remanente
Areno franco de textura gruesa Franco arenoso de textura moderada gruesa Franco y franco limoso de Textura media Franco arcilloso o franco arcillo limosos de textura
fina a muy fina
0 a 25% Seco, suelto, granulado
(fluye a través de los dedos).
67 - 83
Seco, suelto (fluye a través de los dedos)
100 –125 Polvoriento, seco (a veces se encuentra en pequeñas costras que pueden desintegrarse fácilmente). 125 - 167
Duro, muy seco, agrietado (a veces partes sueltas en la
superficie). 158 – 208
25 a 50% Seco en apariencia; no
forma una bolita al presionarlo.
42 - 67
Seco en apariencia (no forma una
bolita1).
67 – 100
Algo suelto (se mantiene junto al
amasarlo). 83 - 125
Algo moldeable (forma una bolita al
amasarlo). 100 – 158
50 a 75% Seco en apariencia (no
forma bolita1 al
amasarlo). 17 - 42
Tiende a formar una bola al presionarlo, pero raras veces se mantiene junto.
33 – 67
Se forma una bola relativamente
plástica que resulta pegajosa
cuando se presiona con los
dedos. 42 - 83
Se forma una bola o pequeños cilindros cuando se amasa entre el pulgar y el índice. 50 – 100 75% a CC (100%) Tiende a aglomerarse ligeramente; a veces bajo presión forma una
bolita que se disgrega fácilmente.
0 – 17
Forma bolitas que se disgregan con
facilidad, no es pegajosa.
0 – 33
Forma una bolita moldeable y pegajosa; tiene un alto contenido de arcilla. 0 - 42 Se forman cilindros fácilmente al amasarlo con los dedos; tiene un tacto
pegajoso. 0 – 50
CC (100%) Cuando se comprime, no sale agua del suelo, pero deja huella húmeda en la mano
0 1
La bolita se forma al amasar firmemente una cantidad de suelo Fuente : Salazar et al., 1987.
H = Humedad base peso seco (%) Pi = Peso inicial de la muestra (g) Pf = Peso final de la muestra (g)
Un ejemplo de como calcular el por ciento de humedad de la muestra es el siguiente: Si se tiene un peso inicial de 80 g de suelo y un peso final de 60 g, estos valores se sustituyen en la fórmula anterior, quedando:
H= 33 % base peso seco
El método gravimétrico tiene muchas ventajas: 1). Puede estimar un rango amplio de contenidos de humedad del suelo. 2). No es caro cuando se dispone de algún tipo de estufa para el secado y una báscula exacta. 3). El secado es rápido, generalmente dos días. 4). Es un método directo que no requiere calibración.
Sin embargo, el método gravimétrico también presenta ciertas desventajas, sobre todo cuando se compara con otras técnicas para determinar el contenido de agua en el suelo. Entre estas se encuentran: 1). El tiempo total necesario para utilizar este método puede ser más grande que el deseado, incluyendo muestreo, transporte, secado y tiempo de pesado. 2). Es imposible muestrear el mismo lugar durante un tiempo ya que el lugar es destruido cuando se toma la muestra. Debido a la variabilidad espacial del suelo, la relación entre la muestra inicial y la subsiguiente puede conducir a un considerable error. 3). Se puede incurrir en errores sobre todo en suelos con altos contenidos de materia orgánica. Este error se presenta cuando ocurre la oxidación o combustión durante el secado a 105 ºC. Los suelos con altos contenidos de materia orgánica deben ser secados de 50 a 70 ºC. 4). El muestreo y manejo de las muestras pueden conducir a errores; como cuando se dejan las muestra a la intemperie y no se tapan, el agua en el suelo puede evaporarse, en este caso los datos de las muestras se alteran y no sirven.
Tensiómetros
Con un tensiómetro (Figura 33) se puede caracterizar el potencial mátrico del suelo, el cual puede ser usado como un indicador para determinar cuándo regar (Marsh, 1978). El potencial mátrico generalmente es negativo sobre el rango de condiciones encontradas en un suelo agrícola. Cuando se hace referencia a las lecturas del tensiómetro se refiere a la tensión del agua en el suelo.
Cuando los tensiómetros están adecuadamente instalados y con mantenimiento, proporcionan buenas mediciones que son reproducibles. Los tensiómetros están disponibles en varios tamaños y a precios relativamente bajos.
100 x 60 8 H= 0−60 100 x 60 H= 20
Métodos Para Determinar La Humedad Del Suelo, Su Precisión y Su Uso
Principios de Operación de un Tensiómetro
El tensiómetro es un tubo cilíndrico con un dispositivo para medir la succión (presión negativa) semejante a una bomba de vacío (manómetro), sujetada en la parte superior y con una cápsula de cerámica en la parte inferior. Esta cápsula puede ser vista como una membrana que actúa como un canal para el agua y solutos; pero una barrera para el suelo y el aire. Cuando el cuerpo del tensiómetro se llena con agua, la cápsula de cerámica se encuentra inicialmente saturada de agua. Sin embargo, cuando ésta es colocada de una manera adecuada en un suelo saturado, el agua dentro de la cápsula fluirá hacia el suelo circundante. El proceso crea un vacío parcial dentro del cuerpo del tensiómetro que se registra en el medidor de vacío localizado en la parte superior del tensiómetro. A medida que se seca el suelo, fluye más agua desde la cápsula y la lectura en el medidor se incrementa. Cuando el suelo circundante a la cápsula se humedece, por lluvia o por riego, vuelve a entrar el agua a la cápsula y la lectura del medidor disminuye.
Cápsula porosa Columna plástica
Tapón con rosca
Las unidades de medida en la mayoría de los tensiómetros son los centibares (cb). Un centibar equivale a 1/100 de una atmósfera de tensión. En teoría la lectura más alta que se puede obtener en un tensiómetro es de 100 centibares, esto es igual a 1 atmósfera. En la práctica, el rango de operación de la mayoría de los tensiómetros es de 0 a 85 cb. El cero indica saturación o agua libre. La capacidad de campo generalmente se encuentra entre los 10 y 30 cb, dependiendo de la textura del suelo.
Marsh en 1978 preparó una guía que indica el rango de lecturas del tensiómetro recomendable para determinar cuando regar en algunos cultivos. Dichos valores se muestran en el Cuadro 17.
En sistemas de riego por superficie, el uso de tensiómetros se recomienda para suelos arenosos, con los cuales se puede controlar la mayoría de los rangos de humedad aprovechable. Sin embargo, no se recomiendan en suelos pesados (arcillosos), debido a que existen grandes cantidades de humedad disponible que quedan fuera de los límites de detección de los tensiómetros. Cuando la tensión de humedad del suelo excede a los 100 cb (el punto de marchitez permanente generalmente es descrito como 15 atmósferas), los poros de la cápsula de cerámica del tensiómetro pierden su agua. Lo anterior permite que el aire entre al tensiómetro rompiendo el vacío y el medidor de lecturas se va a cero. Por otra parte, el rango de trabajo de los tensiómetros es a niveles de suelo relativamente húmedo; por tal motivo se recomiendan para usarse en sistemas de riego de alta frecuencia (goteo, aspersión, microaspersión), donde el alto contenido de humedad del suelo de la zona humedecida subsuperficial permite que el tensiómetro opere a través de toda la estación.
Métodos Para Determinar La Humedad Del Suelo, Su Precisión y Su Uso
La colocación adecuada de los tensiómetros en el campo depende del cultivo y el método de riego. En la mayoría de los cultivos anuales que son regados por surcos, se colocan los tensiómetros en la hilera de plantas. En cultivos perennes se colocan en la zona humedecida adjunta al árbol o la parra. En riego por goteo se colocan a 30 ó 60 cm del emisor. En riego por aspersión, los tensiómetros se deben colocar donde no estén cubiertos por el agua.
Funcionamiento del Instrumento en el Campo
La tensión del agua en el suelo cambia a través del tiempo debido a la extracción por parte de la planta y aportación por el riego (Figura 34). La extracción por la planta se hace evidente en los cambios de las lecturas; por ejemplo, es más grande la extracción a 45 cm que a 90 cm de profundidad. Después de un riego, las lecturas del tensiómetro se incrementan más rápido en la superficie que en los estratos más profundos. Además, toma mucho más tiempo a los tensiómetros colocados a 90 cm alcanzar un valor máximo después del riego.
* Las letras con círculos punteados indican los valores más bajos de tensión después de un riego
0
10
30
60
Mayo Junio Julio
Seco Húmedo Riego Tiempo (meses) L e c tur a de l T e n s io m e tr o ( c b) 1 2 3 4 C C A A B B Profundidad 90 cm Profundidad 45 cm
El suelo, planta, atmósfera, sistema de riego y el manejo del cultivo hacen imposible definir los límites críticos de las lecturas del tensiómetro en forma universal para su aplicación en la calendarización del riego. Sin conocimiento y experiencia considerable sobre un cultivo dado, es mejor consultar a un asesor para utilizar las lecturas del tensiómetro en forma correcta. Por ejemplo: si en el tensiómetro, colocado a 45 cm, se incrementa gradualmente la lectura en la zona de humedecimiento de un árbol irrigado por goteo, indica que se debe aplicar más agua. Si el tensiómetro, colocado a 90 cm en un huerto con perfil del suelo profundo y regado por surcos da las lecturas de 10 cb al inicio del ciclo y nunca excede a 20 ó 25 cb en todo el ciclo, probablemente es porque se está aplicando mucha agua.
Bloques de Yeso
Los bloques de yeso o de resistencia eléctrica (Figura 35) son una herramienta simple, confiable y económica para conocer la tensión del agua del suelo (Haise and Hagan, 1967; Thorne and Ransy, 1956). Se puede utilizar para estimar cuando aplicar los riegos, pero este método no señala cuanta agua se debe aplicar.
Los bloques de yeso evalúan indirectamente la humedad del suelo midiendo la resistencia eléctrica entre dos electrodos unidos a un pequeño bloque de yeso enterrado en el suelo. Algunos aparatos de resistencia eléctrica tienen conectados los electrodos en una fibra de vidrio u otros materiales; pero los bloques de yeso son los más populares. La resistencia eléctrica se lee con un medidor portátil de resistencia.
Métodos Para Determinar La Humedad Del Suelo, Su Precisión y Su Uso
Los bloques de yeso operan con mayor efectividad en un rango de tensiones de humedad del suelo de 1 a 15 atmósferas; por consiguiente, se utilizan más en suelos de textura media a pesada (arcillosos), los cuales tienden a retener más agua aprovechable a medida que se incrementa la tensión del agua del suelo. Los suelos de textura ligera (arenosos) tienden a liberar mucha de su agua a bajas tensiones, donde la exactitud de los bloques es dudosa. Los bloques se consideran muy inexactos en suelos altamente salino-sódicos, porque las sales pueden afectar la resistencia eléctrica.
La guía utilizada para determinar donde colocar los tensiómetros en la zona radical de la planta también se aplica a los bloques de yeso.
Sonda de Neutrones
Este instrumento está cobrando mayor uso entre los especialistas, agricultores y Centros de Investigación Agrícola. La sonda de neutrones (Figura 36) contiene una fuente radioactiva, a base de americio (Am) y berilio (Be), un tubo detector y una unidad electrónica indicadora (Kramer, 1974a y Kramer 1974b). La fuente y el tubo detector forman una sola unidad que se puede bajar dentro del suelo a través de un tubo de acceso. Los neutrones rápidos emitidos por la fuente se vuelven neutrones lentos porque pierden energía cuando chocan con los átomos de hidrógeno de la molécula del agua en el suelo. Los neutrones lentos son contados por el detector sobre un intervalo de tiempo de un minuto. Debido a que cada molécula de agua tiene dos átomos del hidrógeno, los suelos húmedos causan que más neutrones rápidos se transformen a neutrones lentos. De esta forma, los suelos húmedos tienen más neutrones lentos, mostrados como conteo bruto en la pantalla del instrumento.
Figura 36. Sonda de neutrones mostrando la fuente radioactiva.
C.A. T
Forma de calibrar la sonda de neutrones
Los resultados confiables dependen de la calibración de la sonda de neutrones para un suelo en particular. Una curva de calibración relaciona el número de conteos y una lectura estándar, la cual se le conoce como radio de conteo (RC), y el contenido del agua del suelo en base volumen. Para calibrar una sonda de neutrones se deben tomar datos sobre un amplio rango de contenidos de agua del suelo.
Esta relación entre la humedad del suelo y el RC generalmente es una línea recta descrita por la siguiente ecuación:
qv = a + b (RC) donde:
qv = Contenido de agua en base volumen (%) a = Intersección en el eje de las Y
b = Pendiente de la línea 0v vs. RC RC = Radio de conteo
La Figura 37 muestra una curva de calibración desarrollada para un suelo de textura arcillosa y muy uniforme en su textura hasta una profundidad de 120 cm.
0.3 0.25 0.2 0.15 0.05 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 C o n te n id o V o lu m é tr ic o d e a g u a (c m 3/c m 3) Radio de Conteo (RC) θv = -0.0414 + .2796(RC) r = 0.932
Métodos Para Determinar La Humedad Del Suelo, Su Precisión y Su Uso
La sonda de neutrones proporciona datos exactos del contenido de agua del suelo sobre la zona radical completa, y esto puede ser utilizado para evaluar el estado del almacenamiento del agua en el suelo. Cuando se usa con valores de capacidad de campo y punto de marchitez permanente, los datos de la sonda de neutrones permiten calendarizar el riego para aplicarlo cuando la humedad aprovechable en la zona radical del nogal ha alcanzado el valor del límite crítico inferior ya señalados en el Capitulo V. La Figura 38 ilustra este concepto. La sonda de neutrones también puede ser usada donde no son deseable grandes cambios en la humedad del suelo entre riegos, como en el riego por goteo. Las mediciones acumuladas del contenido de agua del suelo sobre la zona radical ayudan al programador del riego a mantener relativamente constante los niveles de agua en el suelo durante el ciclo.
Sensores de Disipación Termal
Los sensores de disipación termal son un instrumento nuevo que mide el potencial mátrico del suelo (Goldhamer and Snyder, 1989). Este aparato mide la disipación de calor en un bloque o disco de cerámica poroso cuando se pone en contacto con el suelo. El sensor de disipación termal es ampliamente recomendado para riegos de alta frecuencia (goteo, aspersión, microaspersión); puede ser utilizado para el control del riego automatizado y se basa en mediciones frecuentes del suelo.
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Tiempo (Días) Hu m e d a d ( % )
Un cuerpo poroso como la cerámica es un buen conductor del calor cuando está húmedo y es un mal conductor de calor cuando está seco. Si se asume que existe un buen contacto entre el suelo y la cerámica, el agua fluirá dentro y fuera de la cerámica para mantener un equilibrio con el suelo circundante. Se usa un circuito eléctrico para cuantificar la conducción de calor en la cerámica. El voltaje de salida del sensor se incrementa proporcionalmente a medida que se seca el suelo.
El instrumento puede proporcionar mediciones precisas del potencial mátrico del suelo con suficiente sensibilidad y velocidad para detectar pequeñas variaciones diurnas del potencial mátrico del suelo. No se requiere mantenimiento después de la calibración e instalación. El sensor puede operar durante muchos meses o quizás por unos cuantos años sin interrupción. En caso de falla, el sensor puede generar una señal de advertencia.
Control del Riego con Base en la Planta
La planta es el indicador más confiable de su buen funcionamiento con respecto al riego, de tal forma que se puede estimar la fecha de aplicación del agua de acuerdo a algunos índices basados en ésta (Akopyan, 1975; Smart, 1974).
El índice más obvio es el síntoma visible de la planta. Un segundo índice, es la cámara o bomba de presión, la cual mide el estado del agua en las hojas y frutos de la planta. El tercero es el termómetro infrarrojo, que mide la diferencia de temperatura entre el aire y el follaje e indica las tasas relativas de transpiración.
Síntomas Visibles
La observación de los síntomas visibles de la planta como una base para la programación del riego es rápida y no requiere equipo. La planta integra los efectos del contenido del agua del suelo y otros factores, tales como baja densidad radical, demanda evaporativa atmosférica y salinidad del suelo que afectan al estado hídrico de la planta (Green and Stanton, 1967, Hsiao, 1976; Zimmermann and Steudle, 1978).
Dada la gran diversidad de cultivos y su medio ambiente, es difícil generalizar acerca de cuales síntomas visibles pueden provocar la necesidad del riego. Sin embargo, la experiencia señala que este índice se puede aplicar si se toman en cuenta dos consideraciones básicas:
1. La mayoría de los síntomas visibles están asociados con el atraso del crecimiento foliar. Tales indicadores son útiles solamente si la planta tolera la reducción del crecimiento sin perder producción o calidad, o recupera la pérdida de crecimiento prolongando su ciclo de crecimiento.
Métodos Para Determinar La Humedad Del Suelo, Su Precisión y Su Uso
2. La tensión del agua en la planta no debe desarrollarse ni rápida ni lentamente. Si la tensión se desarrolla rápidamente, ocurre una pérdida del potencial de producción antes que el riego sea aplicado, aún cuando se presentan breves períodos de tensión, es poco probable que se reduzca la producción. Síntomas que se desarrollan lentamente dificultan y hacen casi imposible una detección visual temprana y la tensión acumulada puede disminuir la producción antes de que el cambio llegue a ser evidente.
La programación del riego basado en los síntomas visuales no debe utilizarse en cultivos donde el producto vendible es toda la parte aérea como la alfalfa, ballico y maíz