La mejora de la aplicación del riego requiere de un conocimiento detallado de la dinámica delagua en el suelo, lo que puede conseguirse con el empleo de senspres .automatizados de humedad.No obstante, pese a la aplicabilidad de éstos es necesario efab9rer prálocolone instalacióri encampo que determinen entre otros su localización. En esteleabajo se dan los primeros resultadosde la monitorización de un lomo de cultivo de fresa con el fin de establecer pautas de uso e

• •• instalación de sensores de humedad de bajo coste de la familia ECHA111~

CULTIVOS FRESA

El objetivo de este trabajo es conocer el lugar idóneo para la colocación del sensor en el lomo

Empleo de sensores de humedadpara caracterizar la dinámica defluio de agua de riego en fresa

A. J. Espejo', K. Vanderlinden l , J. M. Infante'

y J. L. Muriel'

IFAPA, Centro Las Torres-Tomejil. Alcalá del Río(Sevilla).

Techno Marketing Consulting. Parque EmpresarialNuevo Torneo. Sevilla.

L

a agricultura de regadío es una fuentede riqueza importante para Andalucíatanto social como económicamente alrepresentar el 26% de la superficie

agraria andaluza, el 62% de la tasa de empleoagrícola y suponer el 56% del valor de la pro-ducción agraria. El cultivo de fresa es la terce-

ra hortaliza en importancia económica en laregión andaluza, y Andalucía es el mayor pro-ductor de la Unión Europea ya nivel mundial.El enclave del cultivo en torno al Parque Nacio-nal de Doñana y la situación actual de tenden-cias de precios de la fresa a la baja hacen ne-cesario realizar una buena gestión del riego

111 VidaRURAL (15/Septiembre/2009)

C U LTIVOS FRESA

Foto 1.Vista del túnel de fresa. Trabajadores levantando plasticos manualmente para favorecer la ventilación.

•nnnn•

Los resultados han puesto de manifiestoque dicha instrumentación permite evaluar eficazmentelas fluctuaciones de la humedad y se indica lalocalización más apropiada

Foto 2. Sistema de plantación de la fresa con dos hileras por lomo.

para evitar la contaminación y sobreexplota-ción de los acuíferos así como reducir los gas-tos asociados a aportes de agua más allá delos necesarios, medidas que se contemplanen la futura pero cercana aplicación de las Di-rectivas Marco de Suelo y Aguas.

El empleo de sensores que miden la hu-medad el suelo es una técnica emergente connumerosas aplicaciones agroambientalescomo el apoyo a la programación del riego. Deéstos, los sensores electromagnéticos comolos de la familia ECH 20 se caracterizan por subajo coste, funcionan bien en diferentes am-bientes y son relativamente fáciles de usar. Noobstante es necesario elaborar protocolos deinstalación en campo que potencien su usode manera eficiente y práctica para el agricul-tor, y se responda a cuestiones como cuántossensores emplear, o dónde se deben instalaren la parcela.

El objetivo principal de este trabajo hasido evaluar las fuentes de variabilidad espa-cio temporal de la humedad del suelo comobase para elaborar protocolos de instalaciónde sensores de humedad en campo poten-ciando su desarrollo en este sector.

Material y métodos

Características de la parcelay diseño experimental

El estudio se realizó durante 2008 en unaparcela comercial de fresa situada en Palosde la Frontera (Huelva), con coordenadas 37 0

1114" N, 6° 52'41"W. La foto 1 representalas condiciones del cultivo en las cuales se re-alizó el ensayo, entre las que son más relevan-tes las siguientes:• El sistema de cultivo es alomado-acolchadobajo plástico tipo túnel con seis lomos encada túnel.• Las dimensiones del lomo son de 65 cm deanchura en su base y 50 cm en la cresta, y laaltura de 30 cm.• La separación entre plántulas es 24 cm, dis-poniéndose dos filas sobre el mismo lomo y ladensidad es de 60.000 plantas/ha (foto 2).• El sistema de riego, empleado también parala fertirrigación, es por goteo con sistema decinta perforada con una línea portagoteros encada lomo inserta bajo el acolchado, y sepa-rados los emisores longitudinalmente cada20 cm.

El suelo es de textura arenosa (90% dearena, 7% de limo y 3% de arcilla), y la densi-dad aparente del lomo es de 1,60 g cm 3 au-

(15/Septiembre/2009) Vid8RURAL

Sensor.:— e EC_20 1

— ev EC_20 2

— 0, observada

- - - (corregida)

Calibración suelo arenoso

8„„, = 0.06 + 1.17 -

R 2= 0.98

04 —

ä 02 —

mE

01 —

sensor

o

03 —

—30

— 25

—20

— 15

CULTIVOS FRESA

FIGURA 1.

Curva de desecación del experimentocon suelo arenoso.

La humedad registrada por los sensores es la queproporciona el sensor con la calibración del fabricantey la humedad de la estufa es la real observada con lapesada de las básculas. 8v841 es la medición del

sensor corregida con la ecuación propuesta.

mentando en la base del mismo. La curva deretención de agua característica del suelomuestra que el valor de capacidad de campo

es 0,13 m3 m-3 para un valor detensión de 33 kPa.

En estas condiciones en ellomo central del túnel se ha ins-talado una malla de 38 sensoresde la familia ECH 20 modelo EC-20 (Decagon Devices, Inc.2006) para medir la humedaddel lomo (fotos 3 y 4), dos plu-viómetros automatizados mode-los ECRN para monitorizar el riego(foto 5), y una estación climato-lógica que mide la humedad rela-tiva del aire, velocidad y direccióndel viento (foto 6). Los sensoresEC-20 se han conectado a un re-gistrador de datos modeloCampbell CR1000 y los sensoresEC-20 y los pluviómetros se hanconectado a un datalogger mo-

10 delo Decagon EM50, registrandodatos cada 5 minutos en amboscasos, y en el caso de la estaciónalmacenando datos horarios.

Los sensores se han instalado en dos seccio-nes transversales al lomo. En una de ellas lossensores justo debajo del gotero (secciónI), yen la otra entre dos goteros (sección II).

Ensayo de calibración de los sensoresLos sensores usados han sido calibrados

en laboratorio con una muestra de suelo to-mada previamente en campo con la finalidadde comparar la medida que éstos proporcio-nan con la humedad real del suelo. El ensayode calibración consta de un cilindro de PVC

con suelo donde verticalmente se insertandos sensores y de un sistema de pesada auto-matizado (foto 7). El cilindro se satura deagua y se deja secar libremente en un estufa a30°C, almacenándose por un lado los datosmedidos por el sensor y la humedad real ob-tenida por pesada, la que es convertida a vo-lumetría puesto que se conoce la geometriadel cilindro.

Los datos observados y medidos son con-trastados corrigiendo así la medida del sen-sor. Se recuerda que las mediciones de lossensores en campo que se presentan en elapartado de resultados son tras ser calibra-dos previamente.

Análisis de los datosEl objetivo principal ha sido conocer la

zona idónea para la colocación del sensor. Seha analizado la estabilidad temporal de la hu-medad en los puntos monitorizados siguiendola metodología descrita por Vachaud et al.(1985) que pone de manifiesto que obser-vando de manera rutinaria la humedad en dis-tintas situaciones en el tiempo (Pachepsky et

al., 2005; Guber et al., 2008), las series tem-porales de la humedad son muy similares a laserie media de la zona de estudio, lo que per-mite conocer los puntos más secos y más hú-medos de la red monitorizada.

I ' I ' I8/6/08 13/008 18/008

23/6/08

Periodo de secado

Con este sistema es posible disminuir el aportede agua atendiendo a la capacidad de retención del suelo

Foto 3. Inserción del sensor EC-20 en el suelo. Foto 4. Red de medida para evaluar la humedad del lomo.

64 VIdaRURAL (15/Septiembre/2009)

Empresa

Nombre •

Dirección

C.P -

Localidad •

Tino

Móvil :

azIMI ISAGRI/%6 ook., voo,ovuo ./ o, te, 7,r4

CULTIVOS FRESA

Foto 8. Detalle de instalación de minipluvidinetros modelo ECRN para la monitorización automatizada del riego. Foto 6. Conjunto de Instrumentación usada y ubicación en la parcela.

Resultados y discusión

Resultados de la calibración del sensorpara suelo arenoso

La figura 1 muestra los resultados del de-secado del cilindro. Se representa la evolución

de la humedad volumétrica observada me-diante pesada con la báscula y la registradapor los sensores empleando la ecuación delfabricante. Se observa que los sensores con lacalibración de fábrica subestimaron la hume-dad real observada por gravimetría, no obs-

tante la curva de desecado de los sensores yde las pesadas tienen evoluciones similares.

La curva de desecado registrada con lapesada de la báscula (observada por gravi-metría, que es la humedad real) se inicia enun porcentaje de humedad de 0,36 m3 m-3

rogramas informáticos para la fruticultura

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Z7ISAGRIelrmlüta y JYrorrIAP tedra eet aprozeetaut,

Evolución de la humedad medida con los sensores instalados en la cota más profunda ymás superficial del lomo (sección I). Fecha: 12/2/08 — 6/5/08.

IdÉfll

042 —-

038

04

e Peguen meres•Poseen enea 4,1.40434

,

ProfundidadEC20-14EC20-15EC20-18EC20-17EC20-18

SuperficieEC20-1EC20-2EC20-3EC20-4

028

%

O 213

12 Feir 2.2 FebY, 3Mer-' 28 Mer-H. Abr

O 98 —

O 38 —

•

•0 34

•

Registro de los sensores6 Muy'

fl O 32 R1440 Secc 1. punto 3

,13»O 3 —

0 28 —

Desec ¿clon

0281 1 1 1 11 1 1 11

te /5 1635 0055 0915 17 35 01 55 10 15 '535 0755 11 15 1835

Dia

Detalle de la evolución de la humedad durante los riegosaplicados en las fechas 10/2/08 a 15/2/08 en el punto 3- sección 1.

12 Febr 13 Febr 15 Feb,14 F ebr

FIGURA 2.

CULTIVOS FRESA

momento en el que el suelo está completa-mente saturado, y desciende hasta que éstese seca completamente (0,01 m3 m-3 ). Ini-cialmente con la ecuación de calibración pro-puesta por el fabricante los dos sensores EC-20 muestran un comportamiento similar, conun rango de valores medios máximos y míni-mos que oscila entre 0,23 y -0,02 m 3 m-3 . Enla evolución del desecado tanto en el caso delos sensores como en la pesada de la báscu-la se distinguen dos tramos diferenciadosdonde inicialmente la humedad desciendemuy rápidamente y otro segundo en que el

proceso es muy lento, estando el suelo prácti-camente seco y la curva es asintótica al eje deordenadas. Este límite se sitúa en 0,05 m 3 m-3 para el caso de la humedad observada conla pesada (humedad real) y -0,01 m 3 m-3 parael caso de la humedad medida por los senso-res. A raíz de los resultados encontrados sepone de manifiesto que es necesario realizaruna calibración específica para nuestro suelosi queremos conocer con exactitud el valor dela humedad. El ajuste realizado(A, -v-real corregi-da) para corregir la ecuación del fabricantetiene un valor de R 2 = 0,98.

Análisis exploratorio de los datosEl objetivo en este punto es el de conocer

cómo evoluciona la humedad en el lomo.Los datos registrados indican que la parte

baja del lomo se encuentra saturada duranteel periodo monitorizado, y en esta zona hay uncambio importante en las propiedades físicasdel suelo, como es el caso de la densidad ytextura, que influyen directamente en la veloci-dad de infiltración del agua en el mismo dis-minuyendo en profundidad.Véase en la figura2.a la evolución de la humedad medida porlos sensores instalados en la base del lomo yen la cota más superficial, así como el valormedio espacial de todo el lomo en las fechas12/2/08 a 6/5/08. Se observa que en pro-fundidad apenas hay variaciones en el conte-nido de humedad, permaneciendo constanteen torno a valores de 0,40 m3 m-3 , y siemprese está muy por encima de los valores mediosespaciales registrados por los sensores en ellomo. Sin embargo en superficie la humedadgeneralmente es inferior a la media exceptoen determinados puntos como el 1, y se apre-cia como hay una gran variación. Los sensoresdeterminaron con precisión los riegos, sí bienel sensor que hay debajo del gotero en su casoo debajo de la línea de goteros fue el que másoscilaciones tuvo (ej. posición 3, figura 2.b).Estos resultados son de la sección 1, en la queel conjunto de sensores se dispusieron deba-jo del gotero, encontrándose resultados coin-cidentes en la sección 11 (sensores instaladosen la vertical entre dos goteros), aunque losvalores humedad son cuantitativamente ma-yores.

En este periodo el riego acumulado hasido de 80I/gotero, y recordamos que la se-paración entre goteros es de 20 cm, por lo quela cantidad aplicada por metro lineal de gote-ros ha sido de 390 l/m.

Persistencia de patronesespaciales con variacionesestables de humedad en el tiempo

La figura 3 representa un mapa de distri-bución espacial de la humedad media dellomo en el periodo 11/2/08 a 6/5/08 en lasdos secciones. Los patrones encontrados tu-vieron una humedad media de 0,35 y 0,38m3 m-3 para las secciones I y II, y los valoresmínimos y máximos han sido de 0,29 - 0,41 y0,30 - 0,45 m3 m-3 para ambas seccionesrespectivamente, de lo que se deduce que lahumedad depende de la situación bajo el go-tero o entre dos goteros, y es mayor en el se-

O Vida RURAL (15/Septiembre/2009)

Sección 1 Sección II

FIGURA 3.

Mapa de distribución espacial de la humedad media del lomo en el periodo 11/2/08 a6/5/08. Sección I (izquierda) y Sección II (derecha).

Se resaltan los puntos que representan la humedad media representativa del lomo.

EC-20 11/2/08 6/5/08

029 0 33 0.37

S: 0.04EC.20 11/2/08 - 6/5/013mínimo: 0.29media: 0.35máximo:0.41

0. ,, 0,(0132:43)

CULTIVOS FRESA

gundo caso. La variación media respecto al va-lor medio de humedad en las dos secciones encada medida ha sido de 0,04 y 0,05 m 3 m-3(valor de s, desviación típica). Existe un patrónespacial estable temporalmente, de lo que sededuce que se puede determinar la humedaden cualquier posición del lomo a partir decualquiera de los puntos monitorizados.

En base a la estrategia de riego a emplear,los dos aspectos más importantes para deci-dir la colocación del sensor serán la localiza-ción que representa la humedad media dellomo y/o aquél que represente además mayorvariación, que representará la situación másseca antes de regar.

Para determinar los valores que represen-taron la humedad media del lomo así comolos de mayor variación se ha analizado la esta-bilidad temporal de la humedad empleandolos datos registrados por la instrumentaciónen el periodo 11/2/08 a 6/5/08, y nos indi-ca que los puntos 10 y 13 representan la me-dia de la humedad del lomo para el caso de lasección I y los puntos 12 y 13 la media de lahumedad del lomo para el caso de la secciónII. En la figura 3 se señala la posición de estospuntos en ambas secciones.

Por otro lado, se observa que en la sección1 los puntos 10 y 13 son los que presentanmás variación de humedad, y además comoindicamos anteriormente representan la hu-medad media del lomo. Por otro lado, en lasección II hay una mayor variabilidad, y lospuntos 12 y 17 son los que presentaron ma-yores valores.

Como ya indicaron Thompson et al.(2009) el empleo de sensores puede ser unabuena estrategia para mejorar la programa-ción del riego por ser de lectura sencilla, preci-sa y de fácil inserción en el suelo.

Foto 7. Cilindro de PVC disenado con suelo para calibrarlos sensores en laboratorio.

Conclusiones y recomendaciones

De los resultados obtenidos en este estu-dio se concluye que:

1.Es importante conocer el valor de hu-medad del suelo, si bien es más importanteconocer su fluctuación en el tiempo y la distri-bución dentro del lomo.

2. Los sensores de humedad empleadosson más sencillos de usar que otro tipo de ins-trumentación como por ejemplo el empleo detensiómetros, y permiten evaluar eficazmentela dinámica del agua en el suelo. Son robustosy miden de manera continua en el tiempo au-tomatizadamente. Por otro lado facilitan latoma de decisiones al regante y su empleo nole supone un trabajo extra. Si bien se necesi-tan calibraciones específicas que corrijan lahumedad que proporcionan inicialmente defábrica si se quiere conocer el valor exacto dela humedad.

3.La posición del sensor en el lomo depen-de tanto de la cota en el lomo como la situaciónrespecto al gotero. Considerando como cotacero la base del lomo, la humedad media dellomo se representa a cota de 12,4 cm, y la po-sición depende del lugar de inserción bajo elgotero o entre dos goteros. En el caso de inser-tarse bajo dos goteros de forma transversal allomo se recomienda insertarlo en la zona cen-tral del lomo y en el caso de insertarse bajo unsolo gotero insertarlo a 11 cm del borde dellomo considerando la cota de 12,4 cm respec-tivamente en ambos casos. En cuanto al núme-ro de puntos necesarios para conocer la hume-dad de lomo con representatividad se puedeestimar en dos en ambos casos.

4. Desde el punto de vista de la física delsuelo al considerar la retención de agua por elmismo es posible disminuir la dosis de riego,no obstante ha de compatibilizarse con otrasaplicaciones como el abonado del cultivo. •

Agradecimientos

Los autores de este trabajo agradecen al propietario dela parcela donde se han realizado los trabajos de campo(Manuel Domínguez "Finca Hortofresh"), así como a loscompañeros del IFAPA Centro Las Torres-Tomejil por eltrabajo realizado (Jorge García. Esther Rodríguez y Ma-nuel Morán), y a la Corporación Tecnológica de Andalucíacon la financiación del proyecto n° 06090P4A, tambiénsubvencionado por el IFAPA a través de F1C08-39.

BIBLIOGRAFÍA

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Guber, A.K., Gish, Ti.; Pachepsky, YA.; Van Genuchten,MT.; Daughtry, C.S.T.; Nicholson,TJ. y Cady. R.E. 2008.Temporal stability in soil water content patterns acrossagricultural fields. Catena 73, 125-133.

Pachepsky,Y.A.,Guber,A.K., y Jacques, D. 2005. Tempo-ral persistence in vertical distributions of soil moisturecontents. Soil Sci. Soc. Am. J. 69,347-352.

Vachaud, G.: Passerat de Silans, A.; Balabanis R y Vau-clin, M. 1985. Reduction of soil water spatial samplingdensity using scaled semi-Temporal persistence of spa-tially measured soil water probabilityvariograms and si-mulated annealing. Geoderma 110:265-289. densityfunction. Soil Sci. Soc. Am. J. 49:822-828.

Thompson, R.B.; Gallardo, M.: Valdez, L.C. y Fernández,M.D. 2006. Llsing plant water status to define thresholdvalues for irrigation management of vegetable cropsusing soil moisture sensors.Agr.Water. Management. 88:147-158.

(15/Septiembre/2009) VIMURAL