En la entrada anterior del blog, sostuvimos que la humedad del suelo fiable se obtiene, no solo se mide.
Un valor de VWC (contenido de agua en volumen) en el campo no es una observación directa del agua. Se trata de una estimación, generada a partir de la señal de un sensor, traducida mediante calibración y corregida en función de las condiciones del entorno en el que se realiza la medición.
Esto plantea la siguiente pregunta:
¿Qué es exactamente lo que hay que corregir?
Aquí es donde la conductividad eléctrica (EC) y la temperatura pasan a ser algo más que simples datos adicionales. Ayudan a determinar si un cambio en la señal del sensor se debe realmente al agua —o, en parte, a las condiciones del suelo que rodean a esa agua—.
Para entender por qué, tenemos que profundizar un poco más en la propia medición.
El sensor no mide el agua. Mide el comportamiento eléctrico.
La mayoría de los sensores de humedad del suelo en tiempo real se basan en el mismo principio básico: el agua se comporta de forma muy diferente al aire y a las partículas del suelo cuando se expone a una señal eléctrica o electromagnética.
El agua tiene una respuesta dieléctrica mucho mayor que el aire o el suelo mineral seco. Esa diferencia es lo que hace posible la detección dieléctrica de la humedad del suelo. Cuando los poros se llenan de más agua, el comportamiento eléctrico del suelo cambia. El sensor detecta ese cambio y lo traduce en contenido volumétrico de agua.
Este es el fundamento en el que se basan muchos sensores TDR, FDR y de capacitancia. También es la lógica que subyace a una de las referencias más importantes en la medición de la humedad del suelo: la ecuación de Topp. Topp y sus colegas demostraron que, en muchos suelos minerales, existe una fuerte relación entre la permitividad dieléctrica aparente y el contenido volumétrico de agua.
Fue un gran avance.
Pero la historia no terminó ahí. Y es que la señal del suelo no viene determinada únicamente por el agua.
La textura del suelo, la densidad aparente, el contenido de arcilla, la materia orgánica, la concentración de sal y la temperatura pueden influir en la relación entre la señal eléctrica y la estimación final del contenido volumétrico de agua (VWC). En otras palabras: la curva de calibración es potente, pero no es mágica. Tiene un rango en el que funciona bien y condiciones en las que necesita apoyo.
Ese apoyo proviene de medir qué más está ocurriendo en el suelo.
Por qué la sal puede alterar una estimación de la humedad
Las sales son importantes porque alteran la conductividad de la solución del suelo.
Cuando aumentan las sales o los iones disueltos, la solución del suelo conduce la electricidad con mayor facilidad. Para un sensor que deduce la humedad a partir de una señal eléctrica, esto puede influir en la lectura. En términos sencillos: parte de la señal puede parecer «más agua», cuando en realidad parte de ella es «más conductividad».
Esto es especialmente relevante en suelos afectados por la sal, zonas de riego por goteo, áreas costeras, campos que utilizan agua de riego salobre o situaciones en las que los fertilizantes y las sales se desplazan a lo largo del perfil.
Lo importante no es que los sensores de humedad del suelo fallen en estas situaciones. La cuestión es que el problema de la medición se vuelve más complejo.
Un sistema de alta calidad debe distinguir entre dos fenómenos que pueden ocurrir al mismo tiempo:
- El suelo puede volverse más húmedo o más seco.
- La solución del suelo puede volverse más o menos conductiva.
Si el sistema solo mide la señal de humedad, dispone de información limitada para diferenciar esos efectos. Si además mide la CE, obtiene una segunda perspectiva del estado del suelo. Eso hace posible la corrección. Por eso la CE no es solo un factor agronómico. Forma parte de la lógica de medición.
La CE global no es lo mismo que la salinidad de la zona radicular
Hay otro matiz importante que hay que tener en cuenta.
Cuando un sensor mide la CE en el suelo, suele medir la CE global: la conductividad eléctrica del suelo en su conjunto. Ese valor se ve influido por la concentración de sal en el agua del suelo, pero también por la cantidad de agua presente, el grado de conexión entre los poros y la estructura del suelo.
Esto da lugar a un problema de interpretación habitual.
Durante el secado, la concentración de sal en el agua intersticial restante puede aumentar, ya que hay menos agua que diluya las sales. Pero, al mismo tiempo, es posible que la CE global no aumente sin más, ya que también hay menos agua interporosa disponible para conducir la electricidad a través del suelo. Por lo tanto, la CE global por sí sola no indica automáticamente el grado de salinidad del agua que rodea las raíces. Por eso es tan importante la combinación de la VWC y la CE.
Cuando se conocen tanto el contenido de agua como la conductividad eléctrica global, se puede empezar a traducir la señal bruta de la CE en algo más significativo desde el punto de vista agronómico: la salinidad de la solución del suelo, o un valor de CE basado en la saturación que se correlacione mejor con la respuesta del cultivo.
Esta es la lógica que subyace a modelos como el de Hilhorst. La cuestión no es solo mostrar la CE en un gráfico independiente. Se trata de utilizar conjuntamente la humedad y la conductividad para que el sistema pueda comprender la solución del suelo con mayor precisión. Ahí es donde un sensor deja de ser un simple medidor para convertirse en un traductor.
La frecuencia importa
No todas las señales eléctricas se comportan de la misma manera en el suelo.
A frecuencias más bajas, las mediciones suelen ser más sensibles a los efectos de la conductividad. Las sales y los iones influyen más en la señal, lo que puede dificultar la identificación de la humedad. A frecuencias más altas, la medición puede volverse menos sensible a los efectos de la conductividad, lo que constituye una de las razones por las que los métodos dieléctricos de alta frecuencia resultan útiles para la VWC.
Pero «menos sensible» no significa «nada sensible». Esta es la disyuntiva de la ingeniería.
Una señal FDR de alta frecuencia puede ser muy eficaz para medir el VWC, ya que se centra más en la respuesta dieléctrica asociada al agua. Pero si la salinidad es lo suficientemente alta, o si las condiciones del suelo varían considerablemente, la conductividad puede seguir influyendo en la interpretación. Por lo tanto, la solución no consiste simplemente en elegir una frecuencia e ignorar el resto.
El mejor enfoque consiste en diseñar un sistema que distinga qué señal está destinada a responder a cada pregunta.
Una señal de alta frecuencia puede respaldar la estimación del VWC.
Una medición de conductividad a baja frecuencia o independiente puede respaldar la interpretación de la CE.
La medición de la temperatura ayuda a estabilizar ambas.
En conjunto, esas señales permiten al sistema separar los efectos del agua, la sal y la temperatura de forma más inteligente que una lectura basada únicamente en la humedad.
Aquí es donde el diseño del sensor se convierte en un factor de calidad del producto.
El reto no consiste simplemente en añadir un sensor de CE junto a un sensor de VWC. El reto radica en la separación de señales, el apantallamiento, el filtrado, la calibración y la interpretación, de modo que cada medición refuerce a las demás en lugar de añadir ruido.
La temperatura no es una simple corrección
La temperatura parece más sencilla que la CE. Se mide la temperatura. Se corrige la lectura. Listo.
En la práctica, es más complicado.
La temperatura afecta al comportamiento dieléctrico del agua, pero el suelo no es solo agua libre. Contiene agua ligada, superficies arcillosas, bolsas de aire, iones disueltos y materia orgánica. Todos estos elementos pueden responder de forma diferente a los cambios de temperatura.
Esto significa que el efecto de la temperatura no siempre sigue una línea recta sencilla.
En algunos suelos y rangos de humedad, el calentamiento puede hacer que la permitividad aparente se desplace en una sola dirección. En otras condiciones, la respuesta puede ser más débil o incluso diferente. Las investigaciones sobre la capacitancia del suelo y los sensores dieléctricos han demostrado que los efectos de la temperatura dependen de la composición y la estructura del suelo, no solo de la temperatura en sí misma.
Para los agricultores, esto es importante porque la temperatura genera patrones.
La curva de un sensor puede mostrar un pequeño ritmo diario: subidas y bajadas entre la mañana y la tarde. Si el sistema no tiene en cuenta la temperatura, parte de ese ritmo puede confundirse con una tendencia real de la humedad.
En un análisis publicado sobre un sensor de humedad del suelo por capacitancia de bajo coste, un cambio de temperatura de 10 °C afectó al contenido de agua medido en aproximadamente 0,02 cm³/cm³. Puede parecer poco, pero cerca de un umbral de riego puede ser suficiente para influir en la confianza con la que un agricultor interpreta la tendencia.
Esto no significa que los agricultores deban estar todo el día mirando gráficos de temperatura.
Significa que el sistema debería utilizar la temperatura para estabilizar la estimación del VWC antes de que se convierta en una recomendación.
Lo que la CE y la temperatura hacen posible
Una vez que se miden conjuntamente el VWC, la CE y la temperatura, el sistema puede hacer mucho más que mostrar tres líneas separadas.
Puede plantear preguntas más pertinentes.
- ¿Se humedeció realmente el suelo o cambió la conductividad?
- ¿El riego ha llegado a la zona radicular o solo ha alterado la capa superior?
- ¿El cultivo está consumiendo agua o la curva se está desplazando en parte debido a la temperatura?
- ¿Está cambiando la CE porque se están concentrando las sales o porque ha variado el contenido de agua?
- ¿Es un posible indicio de lixiviación el aumento de la CE en profundidad tras las lluvias?
No se trata de cuestiones teóricas. Influyen en decisiones reales.
Por ejemplo, tras la fertilización y el riego, la VWC y la CE pueden aumentar simultáneamente. Un sistema que mide únicamente la humedad detecta principalmente la respuesta hídrica. Un sistema combinado también puede detectar que los iones disueltos se desplazan a través del suelo.
Tras lluvias intensas, la CE en la capa superior puede descender, mientras que la CE a mayor profundidad en el perfil aumenta. Junto con la VWC y los datos meteorológicos, ese patrón puede indicar un movimiento vertical de sales o nutrientes.
En un campo afectado por la salinidad, dos zonas pueden presentar niveles de humedad similares, pero un comportamiento de conductividad muy diferente. Para el cultivo, eso es importante. Es posible que no resulte igual de fácil absorber la misma cantidad de agua si la solución del suelo es más salina.
Este es el paso de «¿cuánta agua hay?» a «¿qué tipo de entorno en la zona radicular está experimentando el cultivo?».
El agricultor no debería tener que lidiar con esta complejidad
El agricultor no tiene por qué gestionar todo esto manualmente.
Un agricultor no debería tener que pensar en la ecuación de Topp, la pérdida dieléctrica, la conductividad eléctrica (CE) del agua intersticial, la CE global, la respuesta en frecuencia o los coeficientes de temperatura antes de decidir dónde regar.
Esa labor corresponde al sistema. El agricultor necesita una respuesta clara:
¿Sigue el campo dentro de los límites? ¿Es fiable la tendencia? ¿Se puede posponer el riego? ¿Se está acumulando estrés? ¿Funcionó la ronda anterior? ¿Está ocurriendo algo inusual en la zona radicular?
Los aspectos físicos más profundos solo importan porque mejoran esas respuestas.
Ese es el papel de la conductividad eléctrica (CE) y la temperatura. No para aumentar la complejidad del panel de control, sino para mejorar la calidad de la información sobre la humedad que llega al agricultor.
De los datos de humedad a la inteligencia de la zona radicular
En Agurotech, así es como concebimos la próxima generación de sensores de suelo.
La VWC sigue siendo la base de las recomendaciones de riego. Pero la estimación de la VWC gana en fiabilidad cuando el sistema también mide los factores que influyen en ella.
Esto implica combinar el FDR de alta frecuencia para la humedad con mediciones independientes de la conductividad eléctrica (CE) y la temperatura. Significa:
- Probar el sensor en diferentes condiciones de humedad, salinidad y temperatura.
- Calibrar la VWC en función de los distintos niveles de conductividad eléctrica (EC), en lugar de dar por sentado que una misma curva es válida en todas partes.
- Validar las mediciones en campos reales, incluidas condiciones salobres y salinas.
- Plantear esas mediciones corregidas de forma que los agricultores puedan utilizarlas realmente.
El resultado no debería ser una lección de física, sino información fiable sobre la zona radicular.
Un agricultor debería poder abrir la aplicación y saber si el suelo se está secando, si el riego ha llegado a la profundidad adecuada, si se están acumulando sales, si puede estar produciéndose lixiviación y si la próxima decisión de riego puede esperar.
Ahí es donde la conductividad eléctrica (CE) y la temperatura cobran importancia. No como funciones adicionales.
Sino como parte de lo que hace que la VWC sea fiable.
El futuro del riego inteligente no se limita únicamente a la humedad. Se trata de información corregida y contextualizada sobre la zona radicular.