Disposición para la medición de parámetros del suelo, y método para su uso.

Una disposición para la medición de parámetros del suelo incluye un sensor de la humedad y la salinidad del suelo,

de base capacitiva o de condensador, un medio transferencia de la humedad predeterminado, situado en un volumen adyacente a dicho sensor, de tal manera que el medio de transferencia ocupa substancialmente el campo de influencia de dicho sensor. El medio de transferencia se encuentra dispuesto de manera que puede transferirse la humedad con el suelo que se ha de medir, y dicho sensor está destinado a medir y producir datos representativos del contenido en volumen de agua de dicho medio de transferencia. Unos medios de procesamiento de los datos de sensor determinan tanto la humedad de suelo como la salinidad de suelo de dicho medio. Utilizando el contenido en volumen de la humedad del suelo medido y la curva de liberación de humedad del medio, es posible deducir el potencial de matriz del suelo. La salinidad del medio medida corresponde a la salinidad del suelo que está en disposición capaz de transferir la humedad con el medio de transferencia.

Disposición para la medición de parámetros del suelo, y método para su uso La invención se refiere a la medición del potencial de matriz de los suelos y de la salinidad de los suelos.

ANTECEDENTES

La retención y el movimiento del agua en los suelos, su absorción y su transporte en las plantas y su pérdida o eliminación en la atmósfera son todos ellos fenómenos relacionados con la energía. Todas las sustancias, incluyendo el agua, tienen una tendencia a transformarse o cambiar de un estado de energía más elevado a un estado de energía más bajo. Los movimientos del agua en los suelos se producirán generalmente desde una zona en la que el nivel de energía del agua es alto (suelo mojado) hacia una zona en la que el nivel de energía es bajo (suelo seco) . Si se conocen los niveles de energía pertinentes en diversos puntos del suelo, entonces es posible predecir la dirección del movimiento del agua.

Tres fuerzas importantes afectan al nivel de energía del agua del suelo.

En primer lugar, la adhesión, o atracción que ejercen los matriz del suelo sobre el agua, proporciona una fuerza de matriz o tensorial (responsable de los fenómenos de adsorción y de capilaridad) que reduce de forma acusada el estado de energía de las moléculas de agua adsorbidas. En menor medida, las fuerzas de cohesión, que describen la atracción de las moléculas de agua entre sí, hacen decrecer el estado de energía. En conjunto, estas fuerzas producen una fuerza de succión en el interior del suelo.

En segundo lugar, la atracción que ejercen los iones y otros solutos sobre el agua da lugar a fuerzas osmóticas, que tienden a reducir el nivel de energía en la solución del suelo. El movimiento osmótico del agua pura que se produce a través de una membrana semipermeable para introducirse en una solución de suelo constituye una evidencia del bajo estado energético de la solución del suelo.

La tercera fuerza principal que actúa sobre el agua del suelo es la fuerza de la gravedad, la cual tiende a atraer el agua hacia abajo. El nivel de energía del agua a una altura dada dentro del perfil del suelo es, de esta forma, mayor que el del agua a una altura inferior. Esta diferencia de niveles energéticos hace que el agua fluya hacia abajo.

Resulta útil comparar los niveles de energía del agua del suelo con el de una muestra de agua pura fuera del suelo, en un entorno que se mantiene a unos niveles de presión, temperatura y altura estándares. La diferencia entre los niveles de energía del agua pura y del agua del suelo recibe el nombre de potencial del agua del suelo.

El potencial de matriz del suelo sobre el agua es siempre negativo, debido a que se requiere una fuerza determinada para extraer el agua de la matriz del suelo, lo que implica que el agua se está desplazando desde un estado de energía inferior hasta el estado de energía más alto del agua pura.

Cada tipo de suelo tiene la capacidad de retener un volumen específico de agua debido a su textura y a su volumen de poros o porosidad del suelo (los espacios vacíos entre los coloides sólidos) . La fuerza de matriz o el potencial de matriz (\m) que se produce como consecuencia de los fenómenos de la adhesión (o adsorción) y de la capilaridad, influye en la retención de humedad en el suelo, o la cantidad total del agua almacenada en el suelo, así como en el movimiento del agua del suelo.

El volumen de agua contenida en el suelo cuando se ha irrigado y se ha drenado completamente (el instante de tiempo en el que es contenida la máxima cantidad de agua en contra de la gravedad) se denomina capacidad de campo de ese tipo de suelo.

En consecuencia, un tipo de suelo de textura fina, tal como la arcilla, contiene, en virtud de su naturaleza física, un gran número de poros pequeños y de canales capilares en los cuales puede retenerse el agua en contra de la atracción de la gravedad, debido al potencial de matriz ejercido por el suelo sobre el agua del suelo. En contraste, el suelo de materia gruesa, arenoso, tiene un menor número de poros, aunque mayores, y en los cuales un potencial de matriz inferior contribuye a un menor potencial de almacenamiento de agua en el suelo y a una menor capacidad de campo.

El tamaño y la cantidad de los poros en el tipo de suelo y un contenido dado de agua en el suelo en un instante de tiempo determinado determinan el potencial de matriz por la cual el agua se adhiere a las partículas del suelo en este tipo de suelo. Este potencial de matriz es equivalente a la tensión negativa (potencial de matriz de succión) que las raíces de las plantas tienen que superar para extraer el agua del suelo para su absorción.

El punto de marchitamiento permanente se define como el contenido de agua para el cual las plantas ya no son capaces de extraer el agua del suelo con un caudal o velocidad suficiente como para satisfacer sus necesidades fisiológicas. Las necesidades fisiológicas de las plantas vienen determinadas por la pérdida de agua en la atmósfera (evaporación) , y en el punto de marchitamiento las plantas se marchitan y mueren. El punto de marchitamiento permanente se alcanza por lo general a un potencial de matriz de –15 bares.

Una utilidad práctica fundamental de los conceptos de capacidad de campo y de punto de marchitamiento la constituye la determinación de un caudal de agua de suelo disponible para las plantas (PASW – “Plant Available Soil Water Range”) . El almacenamiento de agua en el suelo disponible para el uso de las plantas se calcula generalmente como comprendido entre la capacidad de campo y el punto de marchitamiento permanente.

Los distintos suelos pueden tener relaciones entre la impregnación o contenido de agua y el potencial de matriz (de tensión o succión) que difieren grandemente (por ejemplo, un suelo arenoso puede retener menos del 5% de contenido de agua a un potencial de matriz de -15 bar, mientras que un suelo arcilloso es capaz de retener tres veces esa cantidad) . Claramente, cuanto más compacta es una mezcla o compuesto de suelo, menor es la capacidad que se tiene de retener la humedad del suelo, como consecuencia del volumen de poros o porosidad reducida, siendo también cierto a la inversa. En consecuencia, en las distintas texturas de suelo se almacenan diferentes cantidades absolutas de agua.

El concepto del almacenamiento de agua disponible para las plantas en el suelo constituye un factor importante para la determinación de las cantidades de irrigación para un campo de cultivo u otro sistema de suelo-plantas. Por razones prácticas, las cantidades de irrigación en exceso con respecto a la capacidad de campo se pierden. Esto es así debido a que el agua del suelo en exceso se elimina por percolación, y ello debe evitarse en el interés de la conservación de los recursos de agua. Existe también el riesgo de la eliminación por arrastre o lixiviación de las sales y compuestos químicos solubles beneficiosos, de la zona dentro de la cual el cultivo extrae el agua de suelo que contiene estas sales y compuestos químicos.

La relación existente entre el contenido en volumen del agua en el suelo (%) (que es la cantidad, en tanto por ciento, del agua de suelo que está retenida por el suelo, basándose en cálculos volumétricos) y la tensión del agua del suelo (succión, potencial de matriz) recibe el nombre de característica de retención de agua, y esta relación puede ser descrita matemáticamente con el uso de una curva de liberación de agua del suelo.

Contenido gravimétrico de agua de suelo = (relación en % entre kg de agua / kg de suelo) x 100 = tanto por ciento Contenido volumétrico de agua de suelo = (la relación entre peso del agua / peso del suelo seco) x (densidad específica del suelo seco /densidad del agua) = cm3 de agua / cm3 de suelo Un tensómetro no es sino uno de un cierto número de dispositivos que se utilizan para medir la fuerza gracias a la cual el suelo retiene el agua, la cual, a su vez, se relaciona con el grado de dificultad que el sistema de raíces de una planta encuentra para extraer el agua del suelo. Si bien existen muchos otros aparatos, los tensómetros son utilizados típicamente por los agricultores y los investigadores de las plantas y del suelo para la medición de esta característica del suelo.

El parámetro medido por un tensómetro se proporciona en unidades de centibares (cb) y milibares (mb) , y se conoce como el “potencial de matriz del suelo” (\m) . En los últimos años, se ha adoptado también el equivalente en el sistema métrico decimal (unidades del Sistema Internacional) , los kilopascales (kPa) , como una unidad de medida del potencial de matriz del suelo. El potencial de matriz del suelo indica el grado en el que la planta...

1. Una disposición para la medición de parámetros del suelo, que comprende:

un recipiente permeable o transparente a la energía electromagnética un sensor de la humedad del suelo de base capacitiva situado dentro de un medio predeterminado de transferencia de la humedad,

el medio predeterminado de transferencia de la humedad, situado para que pueda transferirse la humedad del suelo que se ha de medir al medio predeterminado de transferencia, y dicho sensor mide a frecuencias por encima de 27 MHz la constante dieléctrica compleja del medio de transferencia deduciendo la humedad del suelo, el contenido en volumen del agua de suelo y el potencial del medio de transferencia utilizando una curva de liberación de agua del suelo función del medio de transferencia hidráulica,

el sensor mide a frecuencias por debajo de 27 MHz la constante dieléctrica compleja del medio de transferencia deduciendo la concentración de soluto de la solución del suelo.

2. Disposición para la medición de características del suelo de acuerdo con la reivindicación 1, donde el recipiente está rellenado con el medio predeterminado de transferencia de la humedad y el sensor de la humedad del suelo de base capacitiva está situado dentro del medio predeterminado de transferencia.

3. Disposición para la medición de parámetros del suelo de acuerdo con reivindicación 1, donde se forma un volumen vacío en el medio predeterminado de transferencia, y se rellena con el suelo que se ha de medir.

4. Disposición para la medición de parámetros del suelo de acuerdo con las reivindicaciones 2 y 3, donde un oscilador oscila dentro de dos bandas de frecuencia diferentes una por encima y otra por debajo de 27 MHz, y varía en estas bandas dependiendo de la constante dieléctrica del medio predeterminado de transferencia.

5, Disposición para la medición de parámetros del suelo, de acuerdo con la reivindicación 1, en la cual dicho medio predeterminado de transferencia contiene tierra diatomácea o una arena fina, o bien pequeñas bolitas de vidrio o un material artificial, o bien compuestos formados con los mismos.

6. Disposición para la medición de parámetros del suelo, de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, que comprende adicionalmente una barrera substancialmente impermeable a la humedad, situada por encima de dicho medio de transferencia de la humedad.

7. Disposición para la medición de parámetros del suelo, de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en la cual se han situado dos o más de dichos sensores en una disposición ordenada, separados entre sí en una distancia predeterminada, y dicha disposición ordenada se ha orientado verticalmente con dicho medio de transferencia, de modo que tanto dicha disposición ordenada como dicho medio de transferencia quedan situados en dicho suelo de manera que dichas mediciones proporcionan un perfil de suelo.

8. Un método para la medición de parámetros del suelo, que comprende las etapas de:

a) situar un sensor de humedad del suelo de base capacitiva dentro de un recipiente lleno con un medio predeterminado de transferencia de la humedad, que pueda transferirse la humedad del suelo que se ha de medir a dicho medio de transferencia; dicho sensor mide a frecuencias por encima de 27 MHz la constante dieléctrica compleja del medio de transferencia deduciendo la humedad del suelo, el contenido en volumen del agua de suelo y el potencial del medio de transferencia utilizando una curva de liberación de agua del suelo función del medio de transferencia hidráulica b) medir la constante dieléctrica compleja del medio de transferencia a frecuencias por debajo de 27 MHz deduciendo la concentración de soluto de la solución del suelo 9. Método para la medición de parámetros del suelo, de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende la etapa adicional de:

c) formar un volumen vacío en dicho suelo que se ha de medir, y rellenarlo con dicho medio predeterminado de transferencia y un sensor.

10. Método para la medición de parámetros del suelo, de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende la etapa adicional de:

11. Método para la medición de parámetros del suelo, de acuerdo con la reivindicación 8, en el cual dos o más de dichos sensores se sitúan en una disposición ordenada, separados una distancia predeterminada entre sí, y dicha disposición ordenada se orienta verticalmente con dicho medio de transferencia, de modo que tanto dicha disposición ordenada como dicho medio de transferencia se sitúan en dicho suelo de tal manera que dichas mediciones proporcionan un perfil del suelo.

d) formar una barrera substancialmente impermeable a la humedad por encima de dicho medio de transferencia de la humedad.