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Detector del frente de mojamiento: Una forma económica y fácil para monitorear riego, nitratos y sal |
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martes, 02 de octubre de 2007 |
El Dr. Richard Stirzaker es un científico de renombre en Australia. Trabaja en el prestigioso instituto CSIRO y tiene el cargo de Principal Research Scientist.
Podría dedicarse a temas muy complejos y rebuscados -de hecho también lo hace- pero sus aspiraciones pasan más por los temas sociales de las ciencias: cómo adecuar la oferta tecnológica a los problemas de gestión de los agricultores. Es así como al detectar que el 85% de los regantes en Australia no utilizaba ningún sistema de monitoreo de riego y descubrir que muchos de los productos existentes aportaban información muy compleja, que excedía lo que los agricultores podían comprender, se decide a inventar su propio sistema de monitoreo. De esta forma y en el patio de su casa nace el " FullStop" Wetting Front Detector (Detector de frente de mojamiento, marca "FullStop"). En esta edición de Chileriego presentamos las principales características de este aparato y en el próximo número entregaremos una entrevista exclusiva al Dr. Stirzaker dónde habla de sus ensayos, de la complementación de este sistema con otros instrumentos de control y del uso que le están dando grandes productores en Australia y Sudáfrica. Además nos hablará de los logros que ha obtenido con pequeños productores africanos quienes han utilizado este aparato como un sistema de aprendizaje sobre riego y nutrición.
El Detector Full Stop Wetting Front ( Frente de mojamiento) es un concepto diferente que fue diseñado para mejorar la precisión del riego.
Este aparato señala qué tan profundo ha penetrado el agua en el suelo después del riego. Además, guarda una muestra de agua del suelo para monitorear los niveles de fertilizantes y sales.
El FullStop puede ser usado para:
Saber si se está regando en exceso o muy poco.
Apoyarse en el manejo de fertilizantes y sales.
Detectar si hay asfixia a nivel de raíces.
¿Qué es un frente de mojamiento?
Cuando llueve sobre un suelo mojado, la superficie del suelo se moja. Lo mismo sucede cuando se usan aspersores. Ningún frente de mojamiento es visible en la superficie. Si uno remueve la capa de suelo mojada, abajo encuentra suelo seco. Si la lluvia o el riego fueron breves, es muy probable que la capa mojada no tenga más de un centímetro de profundidad. Lluvias más fuertes o riego más intenso se moverán más en profundidad.
Muchos suelos son oscuros cuando están mojados, por lo tanto es fácil ver la separación entre el suelo mojado de la superficie y el suelo más claro, seco, en profundidad. La línea de separación marca el frente de mojamiento.
Con riego por goteo es más fácil ver el frente de mojamiento en la superficie. Debajo del gotero de forma un "parche" mojado circular. Al remover el suelo entre dos goteros es más fácil ver cómo se formaron los frentes de mojamiento.
En este caso, el frente de mojamiento no es una línea horizontal. Los frentes de mojamiento generan dos columnas de suelo mojado debajo de los goteros. Más en profundidad estas columnas se unen.
Si el suelo queda húmedo o inundado después del riego, el frente de mojamiento seguirá moviéndose en profundidad, pero no es fácil de observar porque no hay color de contraste. Si la lluvia fue intensa, el frente puede descender 20, 40 hasta 80 cm. En esos casos, no es tan fácil hacer un hoyo y observar.
Construimos el Wetting Front Detector para observar qué tan profundo se ha movido el frente de mojamiento. Este aparato se entierra en el suelo y cuando el frente de mojamiento llega al embudo, que se instala a la altura de las raíces, un sistema hace que "salte" un indicador en la superficie. De esta manera el agricultor entiende cuando llegó el agua a una determinada profundidad.
CÓMO USAR ESTE APARATO
Se utilizan normalmente en pares. El primero se entierra en una profundidad de un tercio de la zona activa de las raíces. El segundo se entierra en una profundidad de dos tercios de la zona activa de raíces. Por zona activa de raíces entendemos la profundidad de suelo dónde se ubican la mayoría de las raíces o en la máxima profundidad de suelo que queremos regar.
Muy poca agua: Si el indicador del detector más superficial nunca "salta", entonces el agua no se está moviendo lo suficiente en profundidad. Se debe aplicar más agua.
Casi bien: El indicador del detector más superficial debe "saltar" normalmente después de cada riego. Y el detector más profundo debe "saltar" en los momentos de mayor demanda de agua.
Demasiada agua: Si ambos indicadores "saltan" regularmente después de cada riego es probable que estemos perdiendo mucha agua. Hay que aplicar menos agua o aumentar los intervalos entre riegos.
El indicador es la parte del Wetting Front Detector que se ubica en la superficie. Si el flotador "salta" quiere decir que un frente de mojamiento pasó por el embudo del sistema que está enterrado a la profundidad deseada.
¿Por qué no poner un solo detector en la zona más profunda de las raíces?
Lo que pasa es que un frente de mojamiento siempre se mueve más profundo después de que el indicador salta.
Si el indicador ha saltado, hay que volver a hundirlo antes del próximo riego. El suelo alrededor del Wetting Front Detector actuará como un fieltro para extraer el agua desde el embudo, una vez que el riego ha terminado. Hay que empujar el indicador hacia abajo para que vuelva a su posición original. Si el indicador vuelve a saltar inmediatamente quiere decir que todavía hay mucha humedad en el suelo.
Una muestra de agua se puede extraer con la jeringa a través del tubo de 4 mm y se utiliza para medir fertilizantes y sales.
MEJORANDO EL RIEGO CON ESTE SISTEMA
Saber qué tan profundo se mueve el frente de mojamiento es un tema crítico para el manejo del riego. Si a un cultivo se le dan riegos frecuentes pero suaves, el frente de mojamiento no se moverá muy profundo y el detector más superficial no se activará. Se evaporará mucha agua desde la superficie.
Por el contrario, si se aplica mucha agua una sola vez, el frente de mojamiento se moverá muy profundo en el suelo, quizás más abajo de la zona de raíces. Además de ser una pérdida de agua, el riego excesivo lava nutrientes desde el suelo y contribuye a la salinización.
El suelo seco puede absorber mucha agua, y puede suceder que el frente de mojamiento quizás no llegue muy abajo aunque se haya regado en abundancia. Pero, si el suelo ya está húmedo, un riego ligero puede penetrar en profundidad. Esto se debe a que el suelo mojado no puede retener mucha agua, por lo tanto el agua aplicada se moverá en profundidad. Lo importante es que con estos equipos uno se puede hacer una idea de qué tan profundo está penetrando el frente de mojamiento al observar los detectores superficial y profundo.
Este aparato además, captura una pequeña muestra de agua cada vez que pasa un frente de mojamiento. Si uno mide la conductividad eléctrica de esta agua y la concentración de nitratos, se puede mejorar considerablemente el manejo de la nutrición vegetal y de la salinidad.
Lograr conocer qué tan profundo se mueve el agua en profundidad y los nutrientes y las sales que esta agua lleva, a un bajo costo, puede revolucionar el manejo del riego.
CÓMO OPERA FULL STOP
Entre un 50 y un 65% del suelo está conformado por partículas sólidas (arena, limo y arcilla) más un adicional de entre un 1 y un 5% de materia orgánica. El resto está formado por espacios llamados poros del suelo. Estos poros contienen agua y aire y son dónde crecen las raíces. Cuando se riega el suelo, el aire es desplazado por el agua. Si todo el aire es desplazado, entonces tenemos un suelo saturado, inundado.
El agua en el suelo es adsorbida por las partículas del suelo y retenida en los poros. Las gotas de agua que caen sobre el suelo durante la lluvia o el riego, se mueven hacia en profundidad por el suelo como láminas de agua a través de los poros. Si uno excava un hoyo en el suelo, no van a aparecer gotas de agua en el borde del hoyo, a menos que uno esté bajo la capa freática. Esto se debe a que el suelo retiene o atrae el agua. En otras palabras, el agua en el suelo está bajo succión.
En nuestro aparato, el suelo en el embudo se humedece cada vez más en la medida en que el embudo se va enangostando. En la base del embudo el suelo está completamente saturado y se comienzan a formar gotas de agua. Estas gotas fluyen sobre un pequeño filtro en la base y caen al reservorio donde se ubica un flotador. El indicador ( que se ve en la superficie) está conectado con el flotador, entonces cuando el reservorio se llena de agua, sube el flotador, "salta" el indicador y queda fijo mediante un sistema de imanes.
Si uno esta parado sobre agua poco profunda y tiene puestos unos pantalones de algodón, se puede observar cómo el agua sube, contra la fuerza de gravedad, por los pantalones. De la misma forma, el agua subirá y saldrá desde el embudo si el suelo alrededor del equipo está más seco que el suelo dentro del embudo. El reservorio comienza a vaciarse de agua, lo que hace que el indicador en la superficie pueda bajar y así el aparato queda listo para evaluar el próximo riego.
MONITOREO DE NUTRIENTES Y SALES
La composición del agua en el suelo es muy distinta a la composición del agua de riego. Esto se debe a que el agua en el suelo contiene nutrientes disueltos de materia orgánica y fertilizantes. El agua en el suelo también contiene sales que fueron disueltas en el agua de riego. Estas sales se pueden acumular en el suelo con el tiempo y pueden afectar el crecimiento de las plantas.
Para el regante, existen sales "buenas" y "malas". Las sales "buenas" son los nutrientes como el nitrato, potasio y calcio porque las plantas necesitan extraer grandes cantidades de estos para crecer. Las sales "malas" incluyen el sodio y el cloruro; no son necesarios para el crecimiento de las plantas y en algunas circunstancias se pueden acumular a niveles que son dañinos para las plantas.
El FullStop Water Front Detector nos permite monitorear a las sales buenas y malas, de manera de mejorar el manejo de la nutrición y para saber cuándo es necesario lavar sales.
No podemos enfatizar la importancia del monitoreo de la solución del suelo por sobre el control del riego. El riego y el manejo de sales y nutrientes están completamente interrelacionados.
Algunas veces el monitoreo de la conductividad eléctrica o de los niveles de nitrato puede entregarnos más información sobre cómo estamos regando que la medición de la cantidad de agua en la zona de las raíces. Por ejemplo, los niveles de nitrato descenderán abruptamente si regamos en exceso. Dependiendo de la calidad del agua de riego, los niveles de Conductividad Eléctrica aumentarán gradualmente en períodos de riegos deficientes.
Tomando una muestra
Este aparato permite monitorear la solución del suelo en forma fácil. Cada vez que un frente de mojamiento pasa por el embudo, el equipo automáticamente guarda y colecta una muestra de agua.
Si el indicador está "arriba", significa que 20 ml de agua fueron colectados por el aparato. Después del riego, mucha agua será "chupada" desde el embudo hacia el suelo. Pero habrá 5ml que nunca podrán ser "chupados" porque están más abajo que el nivel del filtro. Estos 5 ml son suficientes para las mediciones de nitratos y sales.
Esta muestra puede ser sacada con una jeringa desde la superficie, conectándola al microtubo de 4mm que va desde el fondo del aparato hasta la superficie. La Composición del agua capturada puede cambiar a través del tiempo por lo que es aconsejable tomar la muestra inmediatamente después del riego. Para obtener una muestra no contaminada con agua de riegos anteriores es necesario vaciar toda el agua de la base, usando la jeringa.
Las concentraciones de sales y nutrientes tienden a ser bastante variables, incluso en lugares cercanos. Una forma de reducir el tiempo y costo del monitoreo, es mezclar varias muestras tomadas en distintos aparatos.
Monitoreo de Conductividad Eléctrica
La Conductividad Eléctrica (CE) es la medición más simple y útil que se puede realizar a una muestra de agua en el suelo. La CE es una medida de cuánta corriente eléctrica pasa a través de una muestra de agua. El agua fresca tiene una CE baja porque no contiene muchas sales; mientras más sal tenga el agua, mayor será la CE.
CE es la forma más fácil de saber cuantas sales hay en el agua, tanto las sales buenas para el regante como son el nitrato y el potasio y las sales malas como el sodio y el cloruro.
Mucha gente piensa que la medición de sales o de CE es muy difícil debido a que hay muchas formas de medición. Una forma común de medirla es en unidades de concentración o mg/L (masa de sal por un litro de agua) o también partes por millón (ppm), (gramos de sal por un millon de gramos de agua).
Nosotros siempre vamos a usar unidades de conductividad (medidos en la unidad deciSiemens por metro o dS/m). La razón es que la conductividad es la cosa más fácil y rápida de medir. Las lecturas de conductividad (dS/m) pueden ser convertidas a unidades de concentración mg/L).
El agua de riego debe tener una CE de menos de 0.8 dS/m ( 500 mg/L). El agua con una CE de entre 0.8 y 2.3 dS/m ( 500-1500 ppm) es considerada agua marginal para riego. El agua no tendrá un sabor salado pero servirá para acumular sales en el suelo y hay que manejarla con mucho cuidado. El agua con una CE mayor de 2.3 dS/m ( 1500 mg/L) no es aconsejable para ser usada en riego.
El agua en el suelo tiene una mayor CE que el agua de riego debido a los nutrientes disueltos. Adicionalmente, las sales que vienen con el agua de riego tienden a acumularse en el suelo. Las sales se concentran en el suelo si no hay lixiviación, debido a que las plantas transpiran agua fresca y dejan el sodio y cloruro en la zona radicular.
Los cultivos que son sensibles a la salinidad, como frijoles, trébol o ciruelos pueden reducir sus rendimientos cuando la CE del agua del suelo aumenta por sobre 1 a 1,5 dS/m. Cultivos más tolerantes a la salinidad como las calabazas o el centeno, pueden tolerar niveles de CE entre 3 y 6 dS/m sin tener grandes daños. Los cultivos tolerantes a la salinidad, como el algodón o la cebada pueden soportar niveles de CE superiores a 7 dS/m. Como comparación, el agua de mar tiene una CE de 54 dS/m.
Los límites de CE mostrados previamente son solo una guía, porque el tipo de sal también es muy importante. Hemos observado lecturas de CE muy por encima de lo aconsejado pero estas altas lecturas se debían principalmente a los nutrientes del suelo que se habían disuelto en el agua.
Si se usa agua relativamente salina para riego o se aplican prácticas de riego deficitario, entonces es esencial monitorear la acumulación de sales en la zona radicular y aplicar fracciones de lavado cuando sea necesario.
Monitoreo de nutrientes
Cualquier nutriente puede ser medido desde la solución del suelo recolectado por FullStop. Pero, hasta el momento, gran parte de nuestro trabajo ha estado dedicado al nitrato del suelo.
El nitrógeno es requerido en grandes cantidades por las plantas. Para plantas que no son leguminosas, el nitrógeno debe ser extraído por las raíces como nitrato o amonio disuelto. La mayoría del nitrógeno disponible está en la forma de nitrato.
El nitrato es un nutriente difícil de manejar. A diferencia de muchos nutrientes vegetales, no es atraído hacia las partículas del suelo, sino que tiende a moverse con el agua de riego. Un riego excesivo, inmediatamente lixiviará nitratos por debajo de la zona radicular.
Es fácil medir nitratos utilizando un test de papeles de color (colour test strips). Una gota de agua se deja caer sobre el papel y el color cambia desde blanco, rosado claro hasta violeta, dependiendo de la concentración. Esta medición es barata y puede tomar un minuto.
No es fácil decir cuáles deben ser los niveles de nitratos. Lo mejor es ver las tendencias en los niveles de nitrato en el suelo y evaluar esos resultados en comparación con las prácticas de fertilización habituales y la condición del cultivo. En muchos casos, esta práctica permitirá reducir las aplicaciones de nitratos o saber con precisión cuando aplicar abonados adicionales.
Nuestra experiencia nos demuestra que los niveles de nitratos tienden a ser más altos al inicio de temporada cuando la demanda por nutrientes de los cultivos jóvenes es baja. Y además a los cultivos jóvenes como tienen raíces muy superficiales, el agua que se les aplica es normalmente excesiva. Y este exceso de agua puede remover muchos nitratos hacia debajo de la zona radicular.
El costo de perder nitratos es normalmente mucho más caro que usar mucha agua. Nosotros, en los cultivos jóvenes, lo que hacemos es regar de manera de no activar o el indicador superficial o el profundo. Nuestra estrategia es mantener la mayor cantidad de nutrientes en las capas superficiales del suelo, de manera que las plantas los tengan disponibles cuando comience la fase de crecimiento rápido.
Cuando las plantas entran en la etapa de crecimiento rápido, los niveles de nitrato en el suelo tienden a disminuir. Es ahí cuando el monitoreo de nitratos nos puede ayudar para determinar cuando aplicar los abonados adicionales.
Si el agua de riego es relativamente fresca, es posible obtener una indicación del estado nutricional del suelo observando las tendencias de la CE. Pero el monitoreo conjunto de nitratos y EC ayudaran a determinar qué sales están aportando a los niveles de EC. Ocasionalmente las mediciones de otros nutrientes pueden ayudar a completar el cuadro.
¿CÓMO SE INSTALA?
Paso 1. Excavando el hoyo
Esto se puede hacer con una pala o barrenos. Si encuentra diferentes texturas de suelo en profundidad, sepárelas ( para volver a colocarlas). La instalación es más fácil con el suelo húmedo. Utilice el barreno para cavar la zona inferior dónde se ubica el embudo.
Paso 2. Arena de filtraje
Añada la arena de filtraje al detector. Debe llenar el anillo de cierre y excederlo en al menos 1cm.
Paso 3. Instale el detector en el hoyo
Paso 4. Posición del detector
Mida la distancia al borde del embudo para asegurarse que quedará en la posición deseada.
Paso 5. Tubos de extensión
Ponga un número suficiente de tubos de extensión para que el indicador se ubique bien arriba del nivel del suelo.
Paso 6 Llenado del embudo
Mantenga los tubos de extensión verticales y llene el embudo con el suelo removido de esa misma ubicación.
Paso 7. Compacte el suelo
Lleve el microtubo desde abajo del embudo hacia la superficie. Compacte el suelo sobre y debajo del embudo.
Paso 8. Pique los bordes del hoyo
Hay que picar las paredes del hoyo. Los lados demasiado suaves pueden evitar el crecimiento de las raíces y el movimiento del agua.
Paso 9. Tape el hoyo
El hoyo debe ser rellenado con el suelo que corresponde a cada estrata de suelo. Hay que apretarlo a mano pero no compactarlo. Hay que dejar un pequeño camellón, el que retornará al nivel original del suelo después de la primera lluvia. Revise posteriormente que el suelo se comporte en forma normal y que no haya agua que fluya hacia o desde el aparato.
Artículo publicado en Chileriego Edición Nº 21, Mayo, 2005.
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