In de vorige blog hebben we betoogd dat betrouwbare bodemvochtgegevens worden opgebouwd, en niet alleen gemeten.

Een VWC-waarde in het veld is geen directe waarneming van water. Het is een schatting, gegenereerd door een sensorsignaal, omgezet via kalibratie en gecorrigeerd voor de omstandigheden rondom de meting.

Dat roept de volgende vraag op:

Wat moet er precies worden gecorrigeerd?

Hier worden EC en temperatuur meer dan alleen extra gegevenspunten. Ze helpen verklaren of een verandering in het sensorsignaal daadwerkelijk wordt veroorzaakt door water — of deels door de bodemomstandigheden rondom dat water.

Om te begrijpen waarom, moeten we een stapje dieper ingaan op de meting zelf.

De sensor meet geen water. Hij meet elektrisch gedrag.

De meeste realtime bodemvochtigheidssensoren werken volgens hetzelfde basisprincipe: water gedraagt zich heel anders dan lucht en bodemdeeltjes wanneer het wordt blootgesteld aan een elektrisch of elektromagnetisch signaal.

Water heeft een veel hogere diëlektrische respons dan lucht of droge minerale bodem. Dat verschil maakt diëlektrische bodemvochtmeting mogelijk. Wanneer er meer water in de poriën zit, verandert het elektrische gedrag van de bodem. De sensor registreert die verandering en vertaalt deze naar het volumetrische watergehalte.

Dit is het uitgangspunt achter veel TDR-, FDR- en op capaciteit gebaseerde sensoren. Het is ook de logica achter een van de belangrijkste referenties op het gebied van bodemvochtmeting: de Topp-vergelijking. Topp en zijn collega’s toonden aan dat er voor veel minerale bodems een sterk verband bestaat tussen de schijnbare diëlektrische permittiviteit en het volumetrische watergehalte.

Dat was een doorbraak.

Maar daar hield het verhaal niet op. Het bodemsignaal wordt namelijk niet alleen door water bepaald.

De bodemtextuur, de bulkdichtheid, het kleigehalte, het organisch materiaal, de zoutconcentratie en de temperatuur kunnen allemaal van invloed zijn op de relatie tussen het elektrische signaal en de uiteindelijke schatting van het volumetrisch watergehalte. Met andere woorden: de kalibratiecurve is krachtig, maar het is geen toverformule. Er is een bereik waarin deze goed presteert, en er zijn omstandigheden waarin deze ondersteuning nodig heeft.

Die ondersteuning komt voort uit het meten van wat er verder nog in de bodem gebeurt.

Waarom zout een vochtigheidsschatting kan verstoren

Zouten zijn van belang omdat ze de geleidbaarheid van de bodemoplossing beïnvloeden.

Wanneer de hoeveelheid opgeloste zouten of ionen toeneemt, geleidt de bodemoplossing gemakkelijker elektriciteit. Voor een sensor die vocht afleidt uit een elektrisch signaal, kan dit de meting beïnvloeden. Simpel gezegd: een deel van het signaal kan eruitzien als „meer water“, terwijl een ander deel in feite „meer geleidbaarheid“ is.

Dit is met name relevant in door zout aangetaste bodems, gebieden met druppelirrigatie, kustgebieden, akkers waar brak irrigatiewater wordt gebruikt, of situaties waarin meststoffen en zouten door het bodemprofiel worden getransporteerd.

Het gaat er niet om dat bodemvochtigheidssensoren in deze situaties falen. Het punt is dat het meetprobleem complexer wordt.

Een systeem van hoge kwaliteit moet twee zaken van elkaar kunnen onderscheiden die tegelijkertijd kunnen plaatsvinden:

De bodem kan natter of droger worden.

De bodemoplossing kan meer of minder geleidend worden.

Als het systeem alleen het vochtigheidssignaal meet, beschikt het over beperkte informatie om die effecten van elkaar te onderscheiden. Als het ook de EC meet, krijgt het een tweede beeld van de bodemtoestand. Dat maakt correctie mogelijk. Daarom is EC niet alleen van agronomisch belang. Het maakt deel uit van de meetlogica.

De EC van de bodem als geheel is niet hetzelfde als het zoutgehalte in de wortelzone

Er is nog een ander subtiel punt dat van belang is.

Wanneer een sensor de EC in de bodem meet, meet deze meestal de bulk-EC: de elektrische geleidbaarheid van de bodem als geheel. Die waarde wordt beïnvloed door de zoutconcentratie in het bodemwater, maar ook door hoeveel water er aanwezig is, hoe goed de poriën met elkaar verbonden zijn en hoe de bodemstructuur eruitziet.

Dit leidt vaak tot een interpretatieprobleem.

Tijdens het drogen kan de zoutconcentratie in het resterende poriënwater toenemen, omdat er minder water is om de zouten te verdunnen. Maar tegelijkertijd zal de totale EC niet zomaar stijgen, omdat er ook minder verbonden water beschikbaar is om elektriciteit door de bodem te geleiden. De totale EC alleen geeft dus niet automatisch aan hoe zout het water rond de wortels is. Daarom is de combinatie van VWC en EC zo belangrijk.

Als je zowel het watergehalte als de elektrische geleidbaarheid van de bodem kent, kun je het ruwe EC-signaal gaan vertalen naar iets dat agronomisch gezien zinvoller is: het zoutgehalte van de bodemoplossing, of een op verzadiging gebaseerde EC-waarde die beter aansluit bij de reactie van het gewas.

Dit is de logica achter modellen zoals dat van Hilhorst. Het gaat er niet alleen om de EC als een afzonderlijke grafiek weer te geven. Het gaat erom vocht en geleidbaarheid samen te gebruiken, zodat het systeem de bodemoplossing nauwkeuriger kan begrijpen. Dat is waar een sensor meer wordt dan alleen een meter. Het wordt een vertaler.

Frequentie is van belang

Niet alle elektrische signalen gedragen zich op dezelfde manier in de bodem.

Bij lagere frequenties zijn metingen over het algemeen gevoeliger voor geleidbaarheidseffecten. Zouten en ionen hebben meer invloed op het signaal, waardoor het moeilijker kan zijn om vocht te isoleren. Bij hogere frequenties kan de meting minder gevoelig worden voor geleidbaarheidseffecten, wat een van de redenen is waarom hoogfrequente diëlektrische methoden nuttig zijn voor VWC.

Maar ‘minder gevoelig’ betekent niet ‘helemaal niet gevoelig’.

Dit is de technische afweging.

Een hoogfrequent FDR-signaal kan zeer effectief zijn voor het meten van VWC, omdat het zich sterker richt op de diëlektrische respons die verband houdt met water. Maar als het zoutgehalte hoog genoeg wordt, of als de bodemomstandigheden sterk variëren, kan de geleidbaarheid nog steeds de interpretatie beïnvloeden. Het antwoord is dus niet simpelweg om één frequentie te kiezen en de rest te negeren.

De betere aanpak is het ontwerpen van een systeem dat begrijpt welk signaal bedoeld is om welke vraag te beantwoorden.

Een hoogfrequent signaal kan de schatting van de VWC ondersteunen.
Een laagfrequente of afzonderlijke geleidbaarheidsmeting kan de interpretatie van de EC ondersteunen.
Temperatuurmeting helpt beide te stabiliseren.

Samen stellen deze signalen het systeem in staat om de effecten van water, zout en temperatuur op een intelligentere manier van elkaar te onderscheiden dan een meting die uitsluitend op vocht is gebaseerd.

Hier wordt het ontwerp van de sensor bepalend voor de productkwaliteit.

De uitdaging bestaat niet alleen uit het toevoegen van een EC-sensor naast een VWC-sensor. De uitdaging ligt in signaalscheiding, afscherming, filtering, kalibratie en interpretatie, zodat elke meting de andere versterkt in plaats van ruis toe te voegen.

Temperatuur is geen eenvoudige correctie

Temperatuur klinkt eenvoudiger dan EC. Meet de temperatuur. Corrigeer de uitlezing. Klaar.

In de praktijk ligt het ingewikkelder.

Temperatuur beïnvloedt het diëlektrische gedrag van water, maar grond bestaat niet alleen uit vrij water. Het bevat gebonden water, kleioppervlakken, luchtbellen, opgeloste ionen en organisch materiaal. Deze kunnen verschillend reageren bij temperatuurschommelingen.

Dat betekent dat het temperatuureffect niet altijd een eenvoudige rechte lijn is.

In sommige bodems en vochtigheidsbereiken kan opwarming ervoor zorgen dat de schijnbare permittiviteit in één richting verandert. Onder andere omstandigheden kan de reactie zwakker of zelfs anders zijn. Onderzoek naar bodemcapaciteit en diëlektrische sensoren heeft aangetoond dat temperatuureffecten afhangen van de samenstelling en structuur van de bodem, en niet alleen van de temperatuur zelf.

Voor telers is dit van belang omdat temperatuur patronen creëert.

Een sensorcurve kan een klein dagelijks ritme vertonen: schommelingen tussen de ochtend en de middag. Als het systeem geen rekening houdt met de temperatuur, kan een deel van dat ritme ten onrechte worden aangezien voor een echte vochtigheidstrend.

In een gepubliceerde analyse van een goedkope capaciteitssensor voor bodemvochtigheid bleek dat een temperatuurverandering van 10 °C het gemeten watergehalte met ongeveer 0,02 cm³/cm³ beïnvloedde. Dat klinkt misschien klein, maar in de buurt van een irrigatiedrempel kan het voldoende zijn om te beïnvloeden hoe zeker een teler de trend interpreteert.

Dat betekent niet dat telers de hele dag naar temperatuurgrafieken moeten staren.

Het betekent wel dat het systeem de temperatuur moet gebruiken om de VWC-schatting te stabiliseren voordat deze als advies wordt gegeven.

Wat EC en temperatuur mogelijk maken

Zodra VWC, EC en temperatuur samen worden gemeten, kan het systeem veel meer doen dan alleen drie afzonderlijke lijnen weergeven.

Het kan betere vragen stellen.

Is de bodem echt natter geworden, of is de geleidbaarheid veranderd?
Heeft de irrigatie de wortelzone bereikt, of heeft deze alleen de bovenste laag veranderd?
Gebruikt het gewas water, of beweegt de curve deels mee met de temperatuur?
Verandert de EC omdat zouten zich concentreren, of omdat het watergehalte is veranderd?
Is een stijging van de EC op diepte na regenval een mogelijk teken van uitspoeling?

Dit zijn geen theoretische vragen. Ze beïnvloeden concrete beslissingen.

Na bemesting en irrigatie kunnen bijvoorbeeld de VWC en de EC samen stijgen. Een systeem dat alleen op vocht is afgestemd, registreert voornamelijk de reactie van het water. Een gecombineerd systeem kan ook waarnemen dat opgeloste ionen zich door de bodem verplaatsen.

Na hevige regenval kan de EC in de bovenste laag dalen, terwijl de EC dieper in het profiel toeneemt. Samen met VWC- en weergegevens kan dat patroon wijzen op verticale verplaatsing van zouten of voedingsstoffen.

In een door zout aangetast veld kunnen twee zones vergelijkbare vochtniveaus vertonen, maar een heel ander geleidingsgedrag. Voor het gewas is dat van belang. Dezelfde hoeveelheid water is mogelijk niet even gemakkelijk op te nemen als de bodemoplossing zouter is.

Dit is de stap van „hoeveel water is er?“ naar „in wat voor soort wortelzone-omgeving bevindt het gewas zich?“

De teler hoeft deze complexiteit niet te zien

De teler hoeft dit niet allemaal handmatig te beheren.

Een teler hoeft niet na te denken over de Topp-vergelijking, diëlektrisch verlies, EC van poriënwater, bulk-EC, frequentierespons of temperatuurcoëfficiënten voordat hij beslist waar hij moet irrigeren.

Dat werk hoort binnen het systeem te gebeuren.

De teler heeft een duidelijk antwoord nodig:

Valt het veld nog binnen het bereik? Is de trend betrouwbaar? Kan de irrigatie wachten? Neemt de stress toe? Heeft de vorige ronde gewerkt? Gebeurt er iets ongewoons in de wortelzone?

De diepere fysica is alleen van belang omdat het die antwoorden beter maakt.

Dat is de rol van EC en temperatuur. Niet om het dashboard ingewikkelder te maken, maar om de kwaliteit van de vochtinformatie die de teler ontvangt te verbeteren.

Van vochtgegevens naar informatie over de wortelzone

Bij Agurotech is dit hoe wij denken over de volgende generatie bodemsensoren.

VWC blijft de basis van irrigatieadvies. Maar de VWC-schatting wordt betrouwbaarder wanneer het systeem ook de factoren meet die hierop van invloed zijn.

Dat betekent het combineren van hoogfrequente FDR voor vocht met onafhankelijke EC- en temperatuurmetingen.

Het betekent dat de sensor onder verschillende vocht-, zoutgehalte- en temperatuuromstandigheden wordt getest.

Het betekent het kalibreren van de VWC over verschillende EC-niveaus, in plaats van ervan uit te gaan dat één curve overal geldt.

Het betekent dat de metingen in echte velden worden gevalideerd, ook onder brak- en zoute omstandigheden.

En het betekent dat die gecorrigeerde metingen worden vertaald naar informatie die telers daadwerkelijk kunnen gebruiken.

De output mag geen natuurkundeles zijn. Het moet betrouwbaar inzicht in de wortelzone bieden.

Een teler moet de app kunnen openen en direct kunnen zien of de grond uitdroogt, of de irrigatie de juiste diepte heeft bereikt, of er zouten ophopen, of er mogelijk uitspoeling plaatsvindt en of de beslissing over de volgende irrigatie kan wachten.

Dat is waar EC en temperatuur hun nut bewijzen. Niet als extra functies.

Als onderdeel van het betrouwbaar maken van VWC.

De toekomst van slimme irrigatie draait niet alleen om vocht.

Het gaat om gecorrigeerde, in de context geplaatste informatie over de wortelzone.