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Escrito por Dr. Juan Vera, España
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miércoles, 20 de agosto de 2008 |
El «riego inteligente» es la aplicación de agua para cubrir las necesidades de las plantas maximizando la eficiencia hídrica y haciendo a la agricultura sustentable.
El crecimiento, desarrollo y producción de cultivos está siempre condicionado por la disponibilidad de agua al alcance de las raíces en el momento adecuado. Por eso, la cantidad, el tiempo y el lugar de aplicación del agua son criterios claves para cubrir de manera efectiva las necesidades hídricas de las plantas, especialmente en las zonas áridas y semiáridas. Además, en estas zonas, hay que considerar la escasez y calidad del agua.
Una revisión sucinta del avance en los métodos e instrumentos para controlar el riego comprendería el tacto manual del suelo, el método gravimétrico, los tensiómetros, las sondas de neutrones, etc., hasta llegar a las sondas que determinan la humedad por «reflectometría en el dominio del tiempo», TDR, en la década de los 80, y, más recientemente, por métodos capacitivos o de «reflectometría en el dominio de la frecuencia» (frequency domain reflectometry), FDR.
 Sonda Capacitiva
Nuestro objetivo es describir y evaluar estas sondas capacitivas en cuanto a instalación, funcionamiento, adquisición de datos e interpretación, con el fin de dar respuesta a cuándo, cuánto y dónde regar.
Fundamentos de la Sonda Capacitiva
Cada sensor capacitivo consiste en dos anillos de bronce, de 50,5 mm de diámetro exterior y 25 mm de altura, anclados en una barra de plástico y con una separación entre ellos de 12 mm. Los dos anillos forman las placas de un condensador conectado a un oscilador LC. El circuito emite un pulso de 0,5 segundos y contabiliza los pulsos del tensor para esa misma duración. Las empresas fabricantes proporcionan un software con las ecuaciones según las texturas de suelo, para ser usadas en caso de no disponer de una calibración local.
 Figura 1. Evolución de los instrumentos para controlar el riego.
Descripción del Sistema
El riego inteligente consta de cuatro partes: una sonda con varios sensores, un caudalímetro, una unidad de radio transmisión y un software (figura 2).
La sonda capacitiva está compuesta por una barra guía sobre la cual está impreso un circuito eléctrico que conecta todos los sensores, que se pueden montar cada 10 cm, hasta una profundidad de 1,5 m. Éstos registran las variaciones de humedad a lo largo del perfil del suelo causadas por las entradas (lluvias y riego) o por las salidas (absorción de las raíces, evaporación, pérdidas por drenaje, etc.).
• El caudalímetro es un dispositivo, conectado a la unidad de radio transmisión, que mide la cantidad de agua aplicada al suelo por riego y registra el tiempo correspondiente.
• La transmisión/recepción de datos está formada por dos partes, la primera se sitúa en el campo y consta de: datalogger, antena, batería y panel solar. La segunda, ubicada en la oficina del controlador, se compone de un receptor de señales y una antena.
• El software permite ver la información en forma gráfico-numérica, con lo cual se facilita su interpretación para activar o suspender el riego.
Instalación del Sistema
Es importante seleccionar un sitio representativo de la parcela. El tubo de acceso se debe instalar a 10 cm del emisor, por ser la ubicación representativa de humedad más favorable. Éste es un tubo de PVC de 2" de diámetro dentro del cual se coloca la sonda.
 Figura 2. Componentes de telemonitorización de la humedad del suelo: (a) sensor capacitivo, (b) barra guía, (c) tubo de acceso, (d) caudalímetro, (e) unidad de radio transmisión, (f) antena, (g) panel solar y (h) software.
Una vez que se ha decidido la distribución de los sensores, se montan en la barra guía y se introduce la sonda en el tubo de acceso, cerrándolo herméticamente en la parte superior con tapón aislante para impedir que la humedad del medio ambiente afecte la constante dieléctrica.
El caudalímetro se ubicará bajo el emisor, que deberá estar a una distancia menor de 10 cm del tubo de la sonda.
La unidad de radio transmisión, URT, consta de dos partes: una ubicada en el campo, generalmente cerca de la sonda y del caudalímetro. La otra estará conectada al computador del controlador.
 El tapón blanco a la izquierda, cubre herméticamente la sonda capacitiva para impedir que la humedad del medio ambiente afecte las mediciones. A la derecha, un extractómetro para evaluar la llegada de nutrientes.
El sistema se caracteriza por un funcionamiento continuo, en tiempo real, que muestra el estado de la humedad en el suelo. Por ejemplo, cuando se inicia el riego en el campo, se envían por radio las señales que corresponden al entorno de cada sensor. El receptor pasa estas señales al computador, que muestra los datos de forma gráfica y los guarda en memoria, registrando la evolución del perfil de humedad.
Según la información, el controlador decidirá iniciar o detener el riego. A continuación se presentan varios ejemplos de visualización de los datos y cómo se interpretan.
 Figura 3. Evolución del contenido volumétrico de agua en distintas probabilidades del suelo y eventos de riego.
La figura 3 muestra la evolución del contenido volumétrico de un perfil de suelo y los aportes de riego. Se puede observar cómo el sensor ubicado a 10 cm responde inmediatamente a la aplicación de riego. Al avanzar el frente de humectación, los sensores siguientes empiezan a registrar el incremento del contenido de agua en el suelo a medida que aumenta el tiempo de riego, de tal manera que podemos ver hasta qué profundidad llega el bulbo de humectación. En este ejemplo se aprecia que el día 20 de junio la humedad alcanza 80 cm de profundidad, mientras el día 22 el frente de humectación llega únicamente hasta 30 cm.
También se observa que cuando termina el tiempo de riego, el suelo empieza a perder agua debido a la extracción de las raíces, la evaporación del suelo y/o por drenaje.
Con estos perfiles de humedad se puede determinar dónde se encuentra la zona radicular de la planta. En efecto, las curvas entre los días 20 y 21 de junio muestran un descenso del contenido de agua durante el día en las primeras tres, mientras que en las dos últimas no hay variación del contenido de agua. Esto significa que el riego debe alcanzar una profundidad de 30 cm porque más allá no hay raíces.
 Figura 4. Stock de agua en el perfil de 0 a 50 cm.
La suma de las humedades parciales (o stock hídrico) muestra la cantidad total de agua existente en el perfil útil del suelo.
En la figura 4 se ve cómo el primer riego lleva el stock de agua hasta un determinado contenido de humedad. Al dejar de regar, el stock muestra un descenso rápido para estabilizarse 2 a 3 horas después de cortar el riego. Este cambio se debe a la redistribución y a la homogenización del agua en el bulbo húmedo. Al transcurrir el tiempo, el stock va disminuyendo de forma discontinua de un día a otro, de manera que los períodos nocturnos coinciden con los segmentos sin pendiente y los segmentos con pendiente negativa representan la evapotranspiración de la planta. El mismo proceso se repite hasta llegar a una pendiente de la curva casi similar en el día y en la noche, lo que indica que ya no hay suficiente agua disponible para la planta.
Cuando la curva del stock cruza la línea umbral inferior, significa que el contenido de humedad ya no es fácilmente aprovechable por la planta, y que se debe iniciar el riego. En el ejemplo de la figura 4, se debería aplicar un riego durante la noche del día 22 de junio y otro durante la noche del 24 de junio, línea discontinua, para evitar que el stock siga descendiendo.
Cuando la curva del stock durante un riego alcanza la línea de umbral superior indica que el perfil del suelo contiene el máximo de humedad o capacidad de campo, lo que permite derivar el tiempo de riego. El déficit de agua que produce un drenaje se detecta cuando la curva de humedad muestra una pendiente negativa después de cortar un riego de noche, señal de pérdidas de agua por percolación profunda.
 Figura 5. Programación del riego según el stock de agua en el suelo.
El registro continuo de datos junto con el establecimiento de los límites superior e inferior dan la oportunidad de programar el riego. La figura 5 representa un ejemplo de cómo construir un programa de automatización del riego según una banda de stock de agua en el suelo.
Así, una vez que la curva de humedad cruce uno de los límites, se enviará una señal al cabezal de riego para indicar activación o suspensión del riego.
Ensayo Comparado de Programación del Riego
A fin de evaluar las ventajas de este sistema se realizó un ensayo de campo con una sonda capacitiva instalada en una finca de albaricoqueros (damascos), de 12 años de edad y en plena producción.
La figura 6 presenta el irriograma del cultivo durante las tres fases de crecimiento del fruto, programando el riego según la bandeja Clase A. En él se reflejan, el stock en los primeros 50 cm –o zona de máxima actividad radicular–, riegos y lluvias totalizados por fase fenológica, y los niveles de stock máximo (fullpoint), capacidad de campo y agotamiento del 30 y 50% del agua útil.
 Figura 6. Irriograma obtenido con programación de riego por el método de bandeja Clase A.
Al final de la primera fase se ha perdido el equilibrio entre los aportes y demandas de agua debido a que la planta inició un rápido desarrollo de su sistema foliar. Este desequilibrio que se presentó durante 25 días causó un déficit hídrico de más del 38% del agua útil, generando estrés.
El mismo comportamiento se repite en las fases dos y tres, de endurecimiento del carozo y crecimiento del fruto respectivamente. Estos déficit son responsables de un retraso irreversible de algunos procesos fisiológicos y, por consecuencia, de los bajos rendimientos y calidad del fruto.
Las deficiencias indicadas para cubrir las necesidades hídricas del cultivo en el momento preciso, provienen del desajuste de los valores usados del coeficiente de cultivo con el estado fisiológico real de la planta. Por otro lado, después de una lluvia intensa se cortaba el riego, en tanto que la sonda capacitiva mostraba que en la mayoría de los casos el agua de lluvia se perdía por escorrentía sin participar en el balance hídrico de la zona radicular.
Durante el segundo año del proyecto, se ha cambiado la programación de riego sobre la base de los datos del contenido volumétrico de agua existente de la zona radicular, monitoreados continuamente por la sonda capacitiva. Con estos datos más los de textura de suelo y sus humedades características, se activa el sistema de riego como respuesta al agotamiento del 5% del agua útil y se cierra cuando el contenido volumétrico de agua es del 20% encima de la capacidad de campo, lo que permite homogeneizar la humedad en la zona radicular.
La figura 7 muestra las variaciones de stock del siguiente año durante las tres fases de crecimiento del fruto, programando los riegos según los límites superior e inferior de humedad marcados para ese cultivo. Nótese cómo en ninguna de las tres fases se produjeron agotamientos severos de agua en el suelo que podrían afectar la cosecha.
Ventajas Capacitivas
• Las sondas capacitivas permiten una telemoni-torización del estado hídrico del suelo así como una programación de riego eficiente.
• El estudio de las características hidrodinámicas de suelo y la interacción de éste con la raíz permite establecer las dosis y frecuencias, ambas variables a lo largo del ciclo de cultivo.
• La programación del riego según el método de coeficiente de cultivo y la evaporación de bandeja producen déficit y/o excesos en la programación de riegos debido a las diversas causas de variación de estos coeficientes. La programación del riego según sondas capacitivas permite un control de la humedad disponible para la planta comparativamente superior.
 Figura 7. Irriograma obtenido con programación de riego por el método de sonda capacitiva (C-probe).
Artículo publicado en revista Chileriego Nº 17. |
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