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Octubre 2017 | Riego

Raúl Ferreyra y los fundamentos para el uso de sensores de humedad de suelo

Cómo sacarle el mayor provecho a las sondas de monitoreo

Determinar los requerimientos de agua de los cultivos, particularmente de los frutales, es un asunto tan complejo como importante. Si solo se consideran los parámetros climáticos y no los del suelo, se puede incurrir en niveles de error que afecten la productividad y dañen a las plantas. Para ajustar los programas de riego una herramienta muy útil, según el asesor en riego Raúl Ferreyra, son los sensores de humedad de suelo o sondas de capacitancia. En este artículo el experto nos explica en base a casos para qué y cómo utilizarlas.

Según el experto en riego de INIA, Raúl Ferreyra, si solo se utilizan parámetros climáticos para programar el riego se puede llegar a un 70-80% de precisión en la aplicación de agua. Esto, puesto que determinar factores clave como son la evapotranspiración o Eto y el coeficiente de cultivo o kc, está sujeto a incertidumbres, en particular en el caso de huertos frutales. En general, en cultivos en que la calidad de lo cosechado es una condición importante, ese nivel de precisión -70-80%- por lo general no es suficiente; más aun cuando hay que considerar la variabilidad del suelo y sus limitantes.

“Los frutales presentan, primero, variables tales como años de mayor carga y años de menor carga y coeficientes de cultivo también variables ya que incluso hay diferencia entre variedades de una misma especie, por ejemplo, distintas fechas de cosecha. Por ejemplo, en un huerto de palto de 2,5 x 2,5 m y en otro de 6 x 4 m, ¿se tendrá el mismo coeficiente de cultivo? O si en un mismo huerto hay zonas con plantas más débiles porque el suelo es más limitante que en otras zonas con mejor suelo, ¿tendrán ambas el mismo coeficiente de cultivo?”, se pregunta Ferreyra.

Cuando se produce uva de mesa, palto, nogal, cerezo u otro, la realidad –particularmente en Chile-, es que los suelos en que se cultiva, por lo general, presentan variabilidad y diferentes limitantes. Sin embargo, “es importante poder trabajarlos de la mejor manera de modo de sacarles el mayor provecho. Para eso necesitamos de herramientas que nos permitan entender mejor lo que está ocurriendo bajo el suelo”, plantea el experto.

Una de estas herramientas son las sondas de capacitancia o sondas FDR (Frequency Domaine Reflectometry), las que, según el especialista, permiten ir ajustando el programa de riego. Pero, advierte, “las sondas no deben ser utilizadas directamente para decidir regar, sino para lograr la mejor estrategia de riego posible”. Por otro lado, para esto no es necesario llenarse de sensores, sino que lo importante es instalarlos en lugares críticos o representativos.

PROGRAMACIÓN DEL RIEGO Y COMPLEJIDAD DEL SUELO

En la programación del riego, la cantidad total de agua a aplicar durante una temporada dependerá de la especie cultivada, densidad de plantación, edad del huerto, etc., y de parámetros atmosféricos tales como radiación, temperatura, humedad relativa y viento. Pero, por otro lado, para determinar la frecuencia de riego y la duración de cada evento se deberá considerar principalmente las características del suelo.

En su composición los suelos presentan una parte o componente mineral: limos, arcillas, arenas, más la materia orgánica; pero, además, otro componente importante son los poros. “Uno de los problemas que presentan el suelo es que, aunque contengan un 50% de espacio poroso, con frecuencia gran parte de esos poros son pequeños. Estos son denominados microporos y dificultan el intercambio gaseoso en el suelo”, explica Ferreyra.

En el suelo, las partículas de limo, arena o arcilla se adhieren gracias a la materia orgánica, formando agregados de mayor tamaño. Entre ellos quedan espacios más grandes, cuales son los macroporos, los que drenan por gravedad y a los que entra el aire, por lo que permiten un intercambio de gases, a diferencia de los microporos, en donde queda almacenada el agua. La proporción entre macroporos y microporos cambia dependiendo del tipo de suelo y puede llegar a ser limitante para el desarrollo de las plantas.

PROBLEMAS EN SUELOS ARCILLOSOS, PERO INCLUSO EN SUELOS ARENOSOS

¿Tenemos suficientes macroporos en el suelo con el suficiente aire para que los sistemas radiculares y las plantas funcionen bien? Generalmente se asocian los problemas de aireación a los suelos arcillosos, pero en los suelos arenosos se encuentra un amplio rango de granulometría y cuando hay arenas finas, los granos pueden estar situados muy cerca unos de otros. Por esto, la cantidad de microporos puede ser muy alta. “Al tener muy poca materia orgánica el suelo presenta poca estructura por lo que la mayoría de los poros serán pequeños y contendrán agua, la que podrá ser extraída por las plantas, pero las raíces dispondrán de muy poco aire, lo que frenará el desarrollo”, dice Ferreyra. Esto puede limitar seriamente el nivel productivo bajando el potencial.

Cuando se compacta el suelo el problema tiende a agudizarse ya que disminuye la cantidad de macroporos en tanto que aumenta la de microporos. Entonces, en la medida en que un suelo se compacta se van teniendo más problemas de aireación. Los suelos arenosos, que no contienen materia orgánica, tienden a compactarse más fácilmente que suelos que contienen mayor cantidad de materia orgánica. Aunque no son los únicos que se compactan.

En términos generales, la compactación nos llevará a tener una menor transpiración y bajos niveles productivos. Esto debido a la alteración de una serie de procesos: cierre estomático, fotosíntesis, alteración del metabolismo por alta temperatura, mayor producción de ácido abscísico y desfoliación temprana, disminución de la citoquininas, incremento del manganeso y muerte de raíces.

No todas las especies frutales presentan las mismas necesidades de porosidad y aireación. “Los arándanos son los que tienen mayores requerimientos de macroporos y son los que se dañan con mayor facilidad por falta de aireación. El siguiente frutal más sensible a la falta de macroporos es el palto, pero todas las especies cultivadas requieren de niveles mínimo de macroporosidad.

EL RIEGO ES UNA PUGNA ENTRE DOS EXTREMOS

Es importante tener un programa de riego lo más afinado posible, para lo que será necesario disponer de alguna herramienta que permitan ir mejorando el programa en el tiempo, para minimizar la incidencia de las limitantes. El uso de sondas de humedad, entonces, puede ser muy útil para disminuir los daños.

Efecto del riego en la aireación.

GRÁFICO 1. Efecto del riego en la aireación.

El gráfico 1 muestra los niveles de humedad y de aireación en un suelo con 45% de poros totales. Se aprecia que la humedad es del 30% a capacidad de campo por lo que solo un 15% corresponderá al contenido de aire. Si por error en el régimen de riego el suelo se mantiene permanentemente por sobre capacidad de campo, se va a mantener una alta humedad, pero se puede llevar al contenido de aire a valores en los que se daña al cultivo. Por otro lado, si se riega dejando secar el suelo y se va reponiendo solo hasta cierto nivel, se puede tener cierre estomático y menor transpiración por falta de agua.

“El riego es una pugna entre dos extremos cuyo objetivo es lograr un buen contenido de agua y un buen contenido de aire. Si hay mucha agua no habrá aire y si hay mucho aire no habrá agua. ¿Cómo se logra ese equilibrio? Para lograr el equilibrio los sesores pueden ser de gran ayuda, ya que es posible regar con una frecuencia tal que se logre una mejor relación entre aire y humedad”, afirma Ferreyra.       

“LOS SENSORES NO SON PARA REGAR, SON PARA MEJORAR NUESTRA ESTRATEGIA DE RIEGO”

Según el especialista, resulta muy difícil decidir regar directamente en base a sensores porque se requeriría de muchas sondas. Entonces, “los sensores de humedad nos van a ayudar a tomar decisiones para ir mejorando los programas con que estamos trabajando. Estas herramientas no deberían utilizarse para decidir cuándo regar, sino que deben usarse para determinar la frecuencia y los tiempos de riego e ir afinando lo que se ha definido”, explica.

GRÁFICO 2. Mediciones de humedad con sonda FDR.

GRÁFICO 2. Mediciones de humedad con sonda FDR.

GRÁFICO 3. Ajuste de frecuencia y tiempo de riego en suelo de baja aireación.

GRÁFICO 3. Ajuste de frecuencia y tiempo de riego en suelo de baja aireación.

GRÁFICO 4. Ajuste de frecuencia de riego en palto hass, utilizando sonda continua de humedad de suelo.

GRÁFICO 5. Determinación de frecuencia de riego y lamina de riego en Thomson sdls, utilizando sonda continua de humedad de suelo.

GRÁFICO 5. Determinación de frecuencia de riego y lamina de riego en Thomson sdls, utilizando sonda continua de humedad de suelo.

O sea, las sondas permiten determinar si la estrategia de riego está funcionando o no y orientan sobre cómo mejorarla hasta lograr la mejor estrategia posible. En ese esquema los sensores juegan dos roles. “Uno es el control de gestión, ya que podemos saber si se regó o no se regó. El otro rol importante, cual es el que estamos analizando, es el control de los programas de riego en vistas a menejar condiciones de agua ideales en el suelo”, apunta Ferreyra.

Los sensores FDR (frequency domain reflectometry) o sondas de capacitancia, de las que hay varias marcas en el mercado, utilizan la constante dieléctrica del agua, la que luego el sistema transforma en humedad de suelo. Entonces, es una medición indirecta de la que se extrapola la humedad volumétrica de suelo.

Un gran avance que permite esta tecnología, aunque no es la única que lo permite, es la posibilidad del monitoreo continuo. “Estamos acostumbrados a medir fenómenos discretos, por ejemplo, a medir la humedad a las 09:00 de la mañana con un tensiómetro o con una calicata. Sin embargo, la información continua entrega datos que escapan a la información discreta, los que nos puede ayudar a mejorar enormemente nuestra estrategia de manejo de agua”, dice el experto.

En el gráfico 2 se determina un valor que es equivalente a capacidad de campo y un valor equivalente a marchitez permanente. Por lo tanto, allí se representa toda el agua que puede almacenar el suelo y se define una línea o marca que muestra el nivel de agua que se puede agotar antes de que se produzca cierre estomático y pérdida de rendimiento.

Al medir las sondas de forma continua y transmitir la información cada cierto período de tiempo, lo que se obtiene son muchos puntos en el gráfico. Se logra diferenciar la noche y el día, ya que en la noche la planta deja de transpirar y no absorbe agua, en tanto que en el día se puede observar la cantidad de agua que está extrayendo. Vemos cuándo esta extrayendo agua y cuándo deja de extraer, cuándo está transpirando y cuándo deja de transpirar. O sea que además de medir la humedad podemos estimar la transpiración. En el eje X (abscisas) se observa el tiempo expresado en días y en eje Y (ordenadas) el porcentaje de humedad total disponible. Puedo ver el promedio o ver la información por estratas. Depende de cómo se quiera analizar”.

FIGURA 1.

EJEMPLOS DE CAMPO DE USO DE SONDAS EN PALTO Y UVA DE MESA

Caso 1: Huerto de palto Hass zona de Naltahua, Zona Central de Chile (Gráfico 3). Este es un ejemplo de ajuste de un programa de riego a través del uso de sensores de humedad continuos (FDR). La línea verde representa el agua disponible para las planta a los 20 cm profundidad, la roja a los 40 cm profundidad y la azul a los 60 cm profundidad. Entre 100 y 60% es el agua útil, la que corresponde al 40% de agotamiento del agua disponible para las plantas.

Si bien es un caso en palto, es aplicable a cualquier cultivo. En el eje del agua disponible total (ADT), expresada en términos relativos, la línea superior de la franja azul -100- es capacidad de campo, 0 es punto de marchitez permanente y la línea inferior de la franja azul marca un 40% de agotamiento. El palto puede agotar hasta un 70% del agua disponible antes de que se produzca cierre estomático. Este es un suelo que presentaba algunos problemas de aireación pero que se regaba todos los días. “En base a estos datos decidimos cambiar, pero como los cambios provocan aprensiones de los productores, acordamos regar cuando se agotara 15 mm de agua del suelo. Esto basados en el cálculo de cuánta agua almacenaba el suelo. Como la evapotranspiración era 4 mm decidimos regar cada 4 días (4 x 4 = 16 mm)”, señala el experto.

¿CÓMO SABER CUÁNDO VOLVER A REGAR LUEGO DE UNA LLUVIA? 

Ante la ocurrencia de una lluvia, los programas de riego se desordenan por lo que los sensores juegan un papel mucho más preponderante, ya que permiten determinar cuándo volver a regar.

 

EXCESO DE RIEGO, RAÍCES ASFIXIADAS Y NULA ACTIVIDAD RADICULAR

Con grandes pérdidas de agua y energía en riego. En la parte baja del gráfico, color violeta, se lee tiempo o volumen de riego, ya que se puede incorporar sensores para saber cuánto tiempo se está regando. Se observa, curva azul, que se está perdiendo una gran cantidad de agua por lixiviación y se vuelve a regar cuando la humedad recién está a capacidad de campo en tanto que casi no hay extracción. Se está matando las raíces. Por más que se aplique agua las plantas no están transpirando.

 

RIEGO DE INICIO DE TEMPORADA O POSTERIOR A FALLA DE EQUIPO

Es importante partir con el “estanque lleno”. Línea verde agua disponible para las planta a los  20 cm profundidad, roja a los 40 cm profundidad y azul a los 60 cm profundidad. Entre 100 y 60% es el agua útil, la que corresponde al 40% de agotamiento del agua disponible para las plantas. Es importante aplicar una lámina de riego de que permita partir con el suelo a capacidad de campo en la zona de raíces. Es muy probable que el suelo llegue a estar muy seco y puede que se riegue pero no se llene. Si es necesario se deben dar varios riegos hasta llegar a capacidad de campo. Con los sensores podemos saber cuándo hemos sido capaces de llenar el suelo de agua para entonces partir con el programa. A comienzo de temporada los sensores pueden jugar un papel muy importante (Huerto de palto zona de Cabildo, Zona Central de Chile).

“Se puede observar, continua, que regábamos y la humedad se mantenía siempre por sobre capacidad de campo en tanto que las plantas solo tomaban cerca de un 10% de agua, se producía drenaje, y al cuarto día volvíamos a regar. Como consecuencia las plantas estaban transpirando muy poco porque teníamos problemas de falta de oxígeno. Decidimos distanciar el riego hasta agotar 18 mm y mejoró un poco, pero no suficiente. Pasamos a agotar 21 mm, lo que correspondía a regar cada algo más de 5 días, y las plantas comenzaron a tomar agua del suelo. Notoriamente las sondas de 20 y 40 cm, pero todavía la sonda de 60 cm mostraba que a esa profundidad la planta sacaba muy poca agua, esto porque no había muchas raíces ya que a esa profundidad el sistema radicular estaba dañado”, apunta Ferreyra.

En resumen, con solo pasar de regar cada 4 días a regar cada poco más de 5 días, las plantas comenzaron a funcionar. El valor FL representa la eficiencia por lo que FL = 10 mm representa una pérdida del 10%. “Pero, además, como teníamos problemas de sales, aumentamos la pérdida de agua a 15 mm para provocar lavado de las sales. Se puede ver cómo aumenta la gráfica de la sonda de 60 cm ya que buscamos profundizar con el agua más allá de ese sensor. Con el tiempo logramos que también comenzaran a mejorar las raíces en profundidad”, destaca el experto.

De esa forma fueron ajustando el programa de riego. El programa partió regando 15 mm cada 4 días, con una ineficiencia del 10%, pero al final regaban 21 mm cada 5 días, con una ineficiencia del 15%. “Así logramos tener una mejor relación agua/oxígeno”.

Caso 2: Huerto de palto Hass en zona central de Chile (gráfico 4). En este caso se observa que las plantas dejan de extraer agua del suelo cuando se ha agotado casi un 60% del PAW. La línea verde muestra variaciones de humedad y agua disponible total (PAW) a los 20 cm, la roja lo mismo a los 40 cWm y la azul a los 70 cm. PAW = 100% es Capacidad de campo y 0% es punto de marchitez permanente.

En este caso se puede apreciar el cierre estomático o cuánta agua se puede agotar antes de que la plata cierre sus estomas. La línea superior de la franja azul representa capacidad de campo, la de abajo 40% de agotamiento y la siguiente línea, hasta donde alcanzan las gráficas de las sondas, representa el 60% de agotamiento.

“Este es un suelo sin problemas de aireación por lo que se puede observar que a las tres profundidades las raíces extraen el agua a la misma velocidad. Pero se ve que al llegar al 60% de agotamiento de agua del suelo cambia la pendiente de las curvas y la extracción de agua pasa a ser muy pequeña, evidenciando el cierre estomático. En este caso la frecuencia de riego era muy alta.   

Caso 3: Uva de mesa Thompson seedless. La línea inferior de la franja azul representa el 40% de agotamiento del agua disponible en el suelo, en tanto que la vid cierra estomas cuando se ha agotado el 35% de agua del suelo. Se observa que al comienzo la frecuencia de riego era perfecta pero luego se esperó por un período más largo de tiempo y las plantas dejaron de extraer agua y, por lo tanto, de transpirar.

Las sondas de capacitancia o sondas FDR permiten ajustar los programas de riego ya permiten conocer lo que está pasando bajo la superficie del suelo. Cuando los programas de riego solo se basan en parámetros climáticos, en los que siempre hay algún nivel de incerteza, se puede incurrir en errores que afecten tanto al rendimiento productivo como a la salud y condición de las plantas.