No blogue anterior, defendemos que a humidade do solo fiável é obtida, não apenas medida.

Um valor de VWC no terreno não é uma observação direta da água. Trata-se de uma estimativa, produzida a partir de um sinal de sensor, convertida através de calibração e corrigida de acordo com as condições em que a medição é efetuada.

Isso levanta a seguinte questão:

O que é que precisa, exatamente, de ser corrigido?

É aqui que a condutividade elétrica (EC) e a temperatura se tornam mais do que meros pontos de dados adicionais. Ajudam a explicar se uma alteração no sinal do sensor é realmente causada pela água — ou, em parte, pelas condições do solo em torno dessa água.

Para compreender porquê, precisamos de aprofundar um pouco mais a própria medição.

O sensor não mede a água. Mede o comportamento elétrico.

A maioria dos sensores de humidade do solo em tempo real baseia-se no mesmo princípio básico: a água comporta-se de forma muito diferente do ar e das partículas do solo quando exposta a um sinal elétrico ou eletromagnético.

A água tem uma resposta dielétrica muito mais elevada do que o ar ou o solo mineral seco. É essa diferença que torna possível a deteção dielétrica da humidade do solo. Quando mais água preenche os poros, o comportamento elétrico do solo altera-se. O sensor deteta essa alteração e traduz-a em teor volumétrico de água.

Esta é a base subjacente a muitos sensores TDR, FDR e baseados na capacitância. É também a lógica subjacente a uma das referências mais importantes na medição da humidade do solo: a equação de Topp. Topp e os seus colegas demonstraram que, para muitos solos minerais, existe uma forte relação entre a permissividade dielétrica aparente e o teor volumétrico de água.

Foi um avanço revolucionário.

Mas nunca foi o fim da história. Porque o sinal do solo não é controlado apenas pela água.

A textura do solo, a densidade aparente, o teor de argila, a matéria orgânica, a concentração de sal e a temperatura podem todos influenciar a relação entre o sinal elétrico e a estimativa final do VWC. Por outras palavras: a curva de calibração é poderosa, mas não é mágica. Tem um intervalo em que funciona bem e condições em que necessita de apoio.

Esse apoio advém da medição do que mais se passa no solo.

Por que razão o sal pode interferir numa estimativa de humidade

Os sais são importantes porque alteram a condutividade da solução do solo.

Quando os sais ou iões dissolvidos aumentam, a solução do solo conduz eletricidade mais facilmente. Para um sensor que infere a humidade a partir de um sinal elétrico, isto pode influenciar a leitura. Em termos simples: parte do sinal pode parecer «mais água», quando, na verdade, parte dele é «mais condutividade».

Isto é especialmente relevante em solos afetados pelo sal, zonas com rega gota a gota, áreas costeiras, campos que utilizam água salobra para rega ou situações em que fertilizantes e sais se deslocam ao longo do perfil do solo.

O ponto importante não é que os sensores de humidade do solo falhem nestas situações. O ponto é que o problema da medição se torna mais complexo.

Um sistema de alta qualidade deve distinguir duas coisas que podem ocorrer simultaneamente:

1. O solo pode tornar-se mais húmido ou mais seco.
2. A solução do solo pode tornar-se mais ou menos condutora.

Se o sistema medir apenas o sinal de humidade, dispõe de informação limitada para separar esses efeitos. Se também medir a CE, obtém uma segunda perspetiva sobre o estado do solo. Isso torna a correção possível. É por isso que a CE não se insere apenas no contexto agronómico. Faz parte da lógica de medição.

A CE global não é o mesmo que a salinidade da zona radicular

Há outro ponto subtil que é importante.

Quando um sensor mede a CE no solo, mede normalmente a CE global: a condutividade elétrica do solo como um todo. Esse valor é influenciado pela concentração de sal na água do solo, mas também pela quantidade de água presente, pelo grau de interligação dos poros e pela estrutura do solo.

Isto cria um problema de interpretação comum.

Durante a secagem, a concentração de sal na água intersticial remanescente pode aumentar, porque há menos água a diluir os sais. Mas, ao mesmo tempo, a CE global pode não aumentar simplesmente, porque também há menos água interligada disponível para conduzir a eletricidade através do solo. Assim, a CE global, por si só, não indica automaticamente o grau de salinidade da água em torno das raízes. É por isso que a combinação do VWC e da CE é tão importante.

Quando se conhecem tanto o teor de água como a condutividade elétrica global, é possível começar a traduzir o sinal bruto de CE em algo mais significativo do ponto de vista agronómico: a salinidade da solução do solo, ou um valor de CE baseado na saturação que se relaciona melhor com a resposta da cultura.

Esta é a lógica subjacente a modelos como o de Hilhorst. O objetivo não é apenas apresentar a CE num gráfico separado. O objetivo é utilizar a humidade e a condutividade em conjunto, para que o sistema possa compreender a solução do solo com maior precisão. É aí que um sensor se torna mais do que um medidor. Torna-se um tradutor.

A frequência é importante

Nem todos os sinais elétricos se comportam da mesma forma no solo.

A frequências mais baixas, as medições são geralmente mais sensíveis aos efeitos da condutividade. Os sais e os iões têm maior influência no sinal, o que pode tornar mais difícil isolar a humidade. A frequências mais elevadas, a medição pode tornar-se menos sensível aos efeitos da condutividade, o que é uma das razões pelas quais os métodos dielétricos de alta frequência são úteis para a VWC.

Mas «menos sensível» não significa «de todo insensível». Este é o compromisso da engenharia.

Um sinal FDR de alta frequência pode ser muito eficaz para medir o VWC, porque se concentra mais fortemente na resposta dielétrica associada à água. Mas se a salinidade se tornar suficientemente elevada, ou se as condições do solo variarem significativamente, a condutividade pode ainda influenciar a interpretação. Por isso, a resposta não é simplesmente escolher uma frequência e ignorar as restantes.

A melhor abordagem consiste em conceber um sistema que compreenda qual o sinal destinado a responder a cada questão.

Um sinal de alta frequência pode apoiar a estimativa do VWC.
Uma medição de condutividade a uma frequência mais baixa ou separada pode apoiar a interpretação da CE.
A medição da temperatura ajuda a estabilizar ambas.

Em conjunto, esses sinais permitem que o sistema separe os efeitos da água, do sal e da temperatura de forma mais inteligente do que uma leitura baseada apenas na humidade.

É aqui que o design do sensor se traduz na qualidade do produto.

O desafio não consiste apenas em adicionar um sensor de CE ao lado de um sensor de VWC. O desafio reside na separação de sinais, blindagem, filtragem, calibração e interpretação, de modo a que cada medição reforce as outras, em vez de adicionar ruído.

A temperatura não é uma correção simples

A temperatura parece mais fácil do que a CE. Medir a temperatura. Corrigir a leitura. Pronto.

Na prática, é mais complicado.

A temperatura afeta o comportamento dielétrico da água, mas o solo não é apenas água livre. Contém água ligada, superfícies argilosas, bolsas de ar, iões dissolvidos e matéria orgânica. Estes podem reagir de forma diferente à medida que a temperatura muda.

Isso significa que o efeito da temperatura nem sempre segue uma linha reta simples.

Em alguns solos e intervalos de humidade, o aquecimento pode fazer com que a permissividade aparente se desloque numa única direção. Noutras condições, a resposta pode ser mais fraca ou mesmo diferente. A investigação sobre a capacitância do solo e os sensores dielétricos demonstrou que os efeitos da temperatura dependem da composição e da estrutura do solo, e não apenas da temperatura em si.

Para os agricultores, isto é importante porque a temperatura cria padrões.

A curva de um sensor pode apresentar um pequeno ritmo diário: subidas e descidas entre a manhã e a tarde. Se o sistema não tiver em conta a temperatura, parte desse ritmo pode ser confundida com uma tendência real de humidade.

Numa análise publicada sobre um sensor de humidade do solo por capacitância de baixo custo, uma variação de temperatura de 10 °C afetou o teor de água medido em cerca de 0,02 cm³/cm³. Isso pode parecer pouco, mas perto de um limiar de irrigação pode ser suficiente para influenciar a confiança com que um agricultor interpreta a tendência.

Isso não significa que os produtores devam ficar a olhar para gráficos de temperatura o dia inteiro.

Significa que o sistema deve utilizar a temperatura para estabilizar a estimativa do VWC antes de esta se tornar um conselho.

O que a CE e a temperatura tornam possível

Assim que a VWC, a CE e a temperatura são medidas em conjunto, o sistema pode fazer muito mais do que apresentar três linhas separadas.

Pode fazer perguntas mais pertinentes.

• O solo ficou realmente mais húmido, ou foi a condutividade que se alterou?
• A irrigação chegou à zona radicular ou alterou apenas a camada superior?
• A cultura está a utilizar água, ou a curva está a variar parcialmente com a temperatura?
• A EC está a mudar devido à concentração de sais ou porque o teor de água se alterou?
• Será que um aumento da CE em profundidade após a chuva é um possível sinal de lixiviação?

Estas não são questões académicas. Elas afetam decisões reais.

Por exemplo, após a fertilização e a irrigação, a VWC e a CE podem aumentar em simultâneo. Um sistema que monitoriza apenas a humidade observa principalmente a resposta hídrica. Um sistema combinado também permite observar que os iões dissolvidos se estão a deslocar através do solo.

Após chuvas intensas, a CE na camada superior pode diminuir, enquanto a CE nas camadas mais profundas do perfil aumenta. Juntamente com a VWC e os dados meteorológicos, esse padrão pode indicar um movimento vertical de sais ou nutrientes.

Num campo afetado pela salinidade, duas zonas podem apresentar níveis de humidade semelhantes, mas um comportamento de condutividade muito diferente. Para a cultura, isso é importante. A mesma quantidade de água pode não ser igualmente fácil de absorver se a solução do solo for mais salina.

Este é o passo que nos leva de «quanta água existe?» para «que tipo de ambiente na zona radicular está a cultura a enfrentar?»

O agricultor não deve ter de lidar com essa complexidade

O agricultor não precisa de gerir tudo isto manualmente.

Um agricultor não deve ter de pensar na equação de Topp, na perda dielétrica, na condutividade elétrica (CE) da água intersticial, na CE global, na resposta em frequência ou nos coeficientes de temperatura antes de decidir onde irrigar.

Esse trabalho cabe ao sistema. O agricultor precisa de uma resposta clara:

O campo ainda está dentro dos limites? A tendência é fiável? A irrigação pode esperar? O stress está a aumentar? A ronda anterior funcionou? Está a acontecer algo invulgar na zona radicular?

A física mais aprofundada só importa porque melhora essas respostas.

Esse é o papel da CE e da temperatura. Não para criar mais complexidade no painel de controlo, mas para melhorar a qualidade da informação sobre a humidade que chega ao agricultor.

Dos dados de humidade à inteligência da zona radicular

Na Agurotech, é assim que encaramos a próxima geração de sensores de solo.

A VWC continua a ser a base das recomendações de irrigação. Mas a estimativa da VWC torna-se mais fiável quando o sistema também mede os fatores que a influenciam.

Isso significa combinar o FDR de alta frequência para a humidade com medições independentes de CE e temperatura. Significa:

• Testar o sensor em diferentes condições de humidade, salinidade e temperatura.
• Calibrar o VWC em diferentes níveis de EC, em vez de partir do princípio de que uma única curva se aplica em todos os casos.
• Validar as medições em campos reais, incluindo condições salobras e salinas.
• Traduzir essas medições corrigidas em algo que os produtores possam realmente utilizar.

O resultado não deve ser uma aula de física. Deve ser uma informação fiável sobre a zona radicular.

Um agricultor deve poder abrir a aplicação e perceber se o solo está a secar, se a irrigação atingiu a profundidade correta, se há acumulação de sais, se pode estar a ocorrer lixiviação e se a próxima decisão de irrigação pode esperar.

É aí que a condutividade elétrica (CE) e a temperatura ganham o seu lugar. Não como funcionalidades adicionais.

Como parte do processo de tornar a VWC fiável.

O futuro da irrigação inteligente não se resume apenas à humidade. Trata-se de informação corrigida e contextualizada sobre a zona radicular.