Monitoreo de la humedad del suelo: herramientas y métodos de bajo costo

Por Mike Morris, Katherine Favor y Omar Rodríguez, especialistas en agricultura del NCAT

Resumen

El monitoreo de los niveles de humedad del suelo en el campo es una habilidad fundamental que ayuda a los productores a optimizar el rendimiento de los cultivos, conservar el agua y la energía, y evitar la erosión del suelo y la contaminación del agua. Esta publicación presenta una reseña de las herramientas y métodos de monitoreo de la humedad del suelo de costo bajo a moderado, incluida una nueva generación de dispositivos electrónicos sofisticados y fáciles de usar.

Introducción

Saber cómo medir el nivel de humedad del suelo es una habilidad básica para todos los productores y esencial para quienes practican el riego, más aún en épocas de escasez de agua o sequía. Existen muchas formas sencillas de hacerlo; sin embargo, esta habilidad básica suele describirse de maneras que solo un matemático o un ingeniero eléctrico podría apreciar. Hemos dirigido esta publicación a los regantes, no a los investigadores científicos. Nos enfocamos en formas sencillas, prácticas y directas de medir la humedad del suelo en el campo, a un costo bajo o moderado y sin cálculos matemáticos complicados. También abordamos brevemente opciones más costosas, complejas y de alta tecnología. La exactitud de las estimaciones y rangos de precios de las herramientas aquí descritas se verificó en 2022.

Por supuesto, una buena gestión del riego implica mucho más que solo monitorear la humedad del suelo. También deberías:

• Conoce y sigue las pautas generales de riego para los cultivos que estás cultivando
• Mantén tu equipo de riego en buen estado de funcionamiento
• Averigua cuánta agua de riego estás aplicando
• Llevar un registro del consumo de agua de los cultivos (evapotranspiración) a lo largo de la temporada

Estos temas quedan fuera del alcance de esta publicación, pero se tratan en las publicaciones de ATTRA La Guía de bolsillo para regantes, la Guía de bolsillo sobre microirrigación en California y Medición y conservación del agua de riegoy Mantenimiento de bombas, motores y motores de riego.

El exceso de riego puede:

• Inundar los sistemas radiculares de los cultivos, lo que agota el aire y favorece la aparición de enfermedades
• Lavar los nutrientes —especialmente el nitrógeno— por debajo de la zona radicular
• Envían nutrientes a las aguas subterráneas, contaminando las fuentes de agua río abajo
• Reduce el crecimiento de las raíces enfriando el suelo
• Provocan encharcamiento y, en algunos casos, acumulación de sal en la zona radicular
• Disminuir la calidad y el rendimiento de los cultivos
• Desperdicio de energía y dinero

Cómo retienen el agua los suelos

El suelo retiene el agua en pequeñas cavidades o poros, igual que una esponja. En un suelo vivo y sano, muchos de estos poros son creados por pequeños organismos del suelo: al excavar, cavar túneles, digerir, excretar, morir y secretar diversas sustancias adhesivas (como la glomalina) que hacen que las partículas del suelo se unan formando pequeños grumos llamados agregados.

Figura 1. Saturación, capacidad de campo y punto de marchitamiento permanente

Durante una lluvia intensa o un riego, los espacios porosos se llenan de agua. Una vez que los poros se saturan, el agua sigue moviéndose hacia abajo por la gravedad; esto puede tardar tan solo unas horas en drenarse de los suelos arenosos, o hasta días o semanas en los suelos arcillosos. Mientras tanto, la evaporación en la superficie del suelo empuja el agua hacia arriba mediante fuerzas capilares, de la misma manera que el agua sube por una toalla de papel. Las fuerzas capilares también retienen el agua en forma de películas alrededor de las partículas del suelo. Cuando se alcanza un equilibrio entre las fuerzas gravitacionales y las capilares, el agua deja de moverse y el suelo alcanza un estado de equilibrio conocido como capacidad de campo. En este punto, la «esponja del suelo» está llena y ya no gotea ni drena.

Figura 2. Zona radicular efectiva

Las plantas obtienen la mayor parte del agua de la parte superior de la zona radicular. El término«zona radicular efectiva»se refiere aproximadamente a la mitad superior de la profundidad de la zona radicular, donde la planta absorbe el 70 % del agua.

El agua retenida en el suelo a su capacidad de campo es la que más importa para el crecimiento de los cultivos, pero solo una fracción de esta agua —a menudo menos de la mitad— está disponible para las plantas (Armstrong et al., 2001). Cuando las capas de agua que rodean las partículas del suelo se vuelven lo suficientemente delgadas, estas se unen con tanta fuerza que las plantas ya no pueden superar estas fuerzas de unión, y comienzan a marchitarse. La capacidad de retención de agua del suelo, conocida como tensión hídrica del suelo o potencial hídrico del suelo, se ve fuertemente afectada por la textura del suelo. Por ejemplo, los suelos arcillosos tienen poros pequeños y retienen el agua con mucha más fuerza que los suelos limosos, que tienen poros más grandes.

La tasa de infiltración y la capacidad de retención de agua de un suelo dependen de su tipo, del contenido de materia orgánica y de las prácticas de manejo anteriores, entre otros factores. Todos los regantes deben conocer la clase de textura, el tipo y la serie de su suelo. Puede consultar esta información en un estudio de suelos, disponible en su oficina local del Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) o de Extensión, o a través del Estudio de Suelos en Línea del USDA-NRCS.

La salud del suelo es importante

Aunque no puedes cambiar la clase de textura de tu suelo (su proporción de arena, limo y arcilla), es muy posible que puedas aumentar su tasa de infiltración y su capacidad de retención de agua mejorando la salud del suelo, mediante el uso de cultivos de cobertura, la labranza reducida y otros métodos relacionados. A medida que los suelos se vuelven más saludables, organismos cada vez más numerosos y diversos crean canales de retención de agua, poros y agregados. En algunos casos, los cambios pueden ser espectaculares. Por ejemplo, en un período de 15 años, el agricultor de Dakota del Norte Gabe Brown aumentó sus tasas de infiltración de alrededor de media pulgada por hora a unas ocho pulgadas por hora (Brown, 2018).

La capacidad de retención de agua y la tasa de infiltración de un suelo son indicadores de su salud general. Hay muchos otros indicadores que puedes revisar, como la estabilidad de los agregados del suelo, la densidad aparente, el nivel de materia orgánica y la tasa de respiración (que indica la actividad de los organismos del suelo). Consulta la publicación de ATTRA Indicadores y pruebas de salud del suelo para obtener más información.

En el centro de la agricultura sostenible se encuentra la idea de considerar el aspecto biológico del suelo, y no solo sus aspectos físicos y químicos. Esta perspectiva biológica no se incluye en la mayoría de los manuales y guías de riego, pero debería ser una prioridad para todos los regantes. Para obtener consejos sobre cómo mejorar la salud y la capacidad de retención de agua de su suelo, consulte la publicación de ATTRA Manejo de suelos para el agua.

Métodos para medir el contenido de agua en el suelo

Existen tres formas de medir el agua en el suelo, basadas en el volumen, la masa o la tensión hídrica del suelo.

El contenido volumétrico de agua del suelo se define como el volumen de agua por unidad de volumen de suelo. Esto se puede expresar de la siguiente manera:

• Una relación como metros cúbicos de agua por metros cúbicos de suelo (^m³/m³)
• Una cifra como pulgadas de agua por pulgada o pie de profundidad del suelo
• Un porcentaje: [volumen de agua / volumen de tierra] × 100

La masa de agua por unidad de masa de suelo se conoce como el contenido gravimétrico de agua del suelo.

La tensión hídrica del suelo es la cantidad de energía que retiene el agua en el suelo o, dicho de otra manera, la cantidad de energía necesaria para extraer el agua del suelo. La tensión hídrica del suelo también se conoce como potencial hídrico del suelo , potencial matricial y otros nombres. Es una medida de cuán fuertemente está ligada el agua a las superficies del suelo o del esfuerzo que deben realizar las raíces de las plantas para extraer el agua.

La tensión hídrica del suelo se mide normalmente en centibares (cb), donde un centibar equivale^{a 1/100} de un bar y un bar equivale aproximadamente a una atmósfera de presión. Sin embargo, también es posible encontrarla expresada en kilopascales (kPa). Además, los valores de la tensión hídrica del suelo suelen mostrarse como números negativos, aunque a veces se expresan como números positivos. Así que asegúrate de saber cómo funciona la escala y si un valor alto o bajo indica que el suelo está seco.

Las tres formas de medir el agua en el suelo (volumen, masa y tensión hídrica del suelo) tienen sus ventajas.

Conocer el volumen de agua en el suelo permite tomar decisiones sencillas de manejo. Por ejemplo, si tu suelo retiene media pulgada por cada pie de profundidad y su capacidad de campo es de una pulgada por pie, puedes llevarlo a su capacidad de campo agregando otra media pulgada.

Medir el agua por su masa es un método muy preciso y se utiliza con frecuencia para calibrar otras herramientas, aunque resulta demasiado lento para la toma de decisiones cotidianas. El método (que se puede encontrar fácilmente en Internet) consiste en pesar muestras de suelo, secarlas en un horno, volver a pesarlas y utilizar la diferencia de peso para calcular la cantidad de agua que se ha evaporado del suelo.

Por último, muchos regantes prefieren medir la tensión hídrica del suelo (en lugar del volumen de agua) porque se relaciona directamente con el bienestar, la «comodidad» y el estrés de las plantas. Cuando mides la tensión hídrica del suelo, estás midiendo las diversas fuerzas que actúan en el suelo y que dificultan o facilitan que las raíces de las plantas extraigan agua. A modo de analogía, piensa en el esfuerzo que requiere beber un batido espeso con una pajita. El agua siempre se desplaza de una tensión (o potencial) hídrica más alta a una más baja, por lo que las mediciones de la tensión hídrica del suelo permiten predecir el movimiento del agua.

Todas las herramientas que suelen tener a su disposición los regadores proporcionan lecturas volumétricas o miden la tensión hídrica del suelo. Desafortunadamente, no existe una fórmula sencilla para convertir una medida en la otra. Algunos suelos retienen grandes volúmenes de agua a los que las plantas no pueden acceder, mientras que otros retienen volúmenes más pequeños de agua a los que las plantas pueden acceder fácilmente. Dependiendo de la textura del suelo, la capacidad de campo puede oscilar entre aproximadamente 10 y 33 cb. Muchos suelos arcillosos y limosos aún retienen más del 50 % del agua disponible a 80 cb, mientras que los suelos de textura gruesa (como las arenas y los suelos franco-arcillosos arenosos) suelen liberar el 50 % de su agua disponible cuando los suelos se han secado hasta alcanzar entre 40 y 50 cb.

Cómo encontrar el método adecuado para ti

A continuación te ofrecemos algunas sugerencias generales:

1. Toma en cuenta las limitaciones de tu sistema de riego. Por regla general, cuanto mayor sea tu control, más precisa será la información que puedas utilizar. Si utilizas un sistema de riego por goteo, tal vez valga la pena invertir en un método sofisticado de medición de la humedad del suelo, ya que te permitirá ajustar con precisión las aplicaciones de agua. Por otro lado, si riegas por inundación los prados de heno cinco o seis veces cada verano, un método sencillo te proporcionará toda la información que necesitas.
2. Toma en cuenta tu suelo y tus cultivos. Algunos dispositivos funcionan mejor en suelos de textura gruesa que en suelos de textura fina; otros funcionan mejor con cultivos anuales que con cultivos perennes; y otros apenas funcionan en suelos salinos. Los cultivos de alto valor pueden justificar un sistema de monitoreo más costoso. Los cultivos de raíces profundas son más «tolerantes» que los de raíces superficiales, ya que tardan más en alcanzar el punto de marchitamiento permanente y requieren un monitoreo menos preciso e intensivo.
3. A menos que seas un investigador científico o cultives un cultivo con requisitos extremadamente específicos, no te obsesiones demasiado con la precisión. Los métodos y dispositivos darán lecturas ligeramente diferentes, y todos ofrecerán lecturas distorsionadas bajo ciertas condiciones; sin embargo, la mayoría de los dispositivos de empresas reconocidas registrarán las tendencias de humedad de manera similar y proporcionarán información perfectamente adecuada para fines agrícolas prácticos. Elige el método que mejor te funcione, toma las lecturas exactas con un poco de cautela y presta más atención a las tendencias y los cambios que observas con el tiempo, así como a cómo afectan a tu cultivo. Ningún dispositivo de medición de humedad del suelo puede sustituir el criterio, la observación y el conocimiento local que los buenos agricultores adquieren con el tiempo.
4. Piensa en lo que te resulte más conveniente. ¿Quieres un dispositivo portátil que puedas llevar contigo y clavar en el suelo donde quieras? ¿Una instalación permanente con bloques enterrados y conectados directamente al sistema? ¿Un sistema que tome lecturas periódicas de forma automática? ¿Un sistema inalámbrico que envíe datos a tu celular? ¿Necesitas evitar enterrar cables que puedan interferir con el laboreo del suelo?
5. Sé realista en tus expectativas. La medición de la humedad del suelo, incluso con la llegada de dispositivos cada vez más precisos, sigue siendo tanto un arte como una ciencia. Incluso el sensor más caro y sofisticado solo te da información sobre un pequeño punto (o un volumen muy pequeño de suelo) en tu campo. Esto es sin duda útil como punto de referencia, pero puede ser muy diferente de las áreas cercanas con suelos o pendientes distintos. Otros errores potenciales pueden surgir durante la instalación, cuando tu sensor podría terminar cerca de una pequeña bolsa de aire o de una piedrita. Siempre habrá un margen de error, sin importar qué tipo de sensor uses ni cuánto dinero gastes. Tu sensor puede ser un Ferrari, pero lo estás conduciendo por un camino extremadamente accidentado.

Los métodos que se presentan a continuación están ordenados, a grandes rasgos, por costo. Todos funcionan perfectamente si se utilizan de manera adecuada y con esmero.

Inspección directa del suelo

Los métodos más económicos consisten en extraer muestras de suelo en el campo y, a continuación, inspeccionarlas, palparlas o pesarlas y secarlas.

 Método de tacto y apariencia

Toma muestras de suelo del tamaño de una nuez de diversos lugares y profundidades del campo, según corresponda a la zona radicular de tu cultivo. Luego, usa la Tabla 2 que aparece a continuación para estimar el contenido de agua del suelo de tus muestras. Con práctica y esmero, el método del tacto y la apariencia puede ser lo suficientemente preciso para la mayoría de las decisiones de manejo del riego, y muchas personas dicen que pueden estimar con fiabilidad los niveles de humedad reales con un margen de error de menos del 10 %. Una sonda de suelo, un taladro o un muestreador de núcleos son mejores que una pala, especialmente para obtener muestras de suelo a gran profundidad.

Sonda de empuje manual

Una sonda manual es una de las mejores inversiones de entre 30 y 70 dólares que jamás harás, ya que te ofrece una forma rápida y sencilla de medir la humedad en cualquier lugar de tus campos. Muchos regantes consideran que una sonda manual es todo lo que necesitan.

Para determinar la profundidad del suelo húmedo, empuja la sonda con fuerza hacia el suelo apoyando tu peso sobre el mango sin girarlo. La sonda se detendrá de repente cuando llegue al suelo seco. (Las rocas y la grava también detendrán la sonda, pero estas se detectan fácilmente por un chasquido metálico.) Revisa la marca en el vástago de la sonda para determinar la profundidad del suelo humedecido. La mayoría de las sondas manuales cuentan con algún tipo de barrena, lo que te permite extraer una muestra de suelo girando la sonda y sacándola del suelo.

Cálculos del balance hídrico

Aunque no se aborda en esta publicación, recomendamos encarecidamente aprender a realizar cálculos del balance hídrico utilizando las tasas de evapotranspiración de referencia (ETo). Estas tasas son publicadas por diversas organizaciones que se basan en estaciones meteorológicas de acceso público, como las del sistema AgriMet o el sistema CIMIS, con sede en California. El sitio web OpenET ofrece estimaciones de la ET basadas en satélites para el oeste de Estados Unidos, incluso para áreas tan pequeñas como un cuarto de acre. También puedes instalar tu propia estación meteorológica por tan solo 1,000 dólares.

Si conoces los valores de ET de referencia, los coeficientes de cultivo (Kc) de los cultivos que estás cultivando y algunas otras variables, como el tamaño del campo, el tipo de sistema de riego, la eficiencia del riego, la profundidad de las raíces del cultivo y el espaciamiento entre plantas, puedes llevar un balance hídrico: dar seguimiento a cuánta agua queda en tu suelo y pronosticar cuándo necesitarás regar. (A veces, a esto también se le llama el «método de la chequera» debido a su similitud con los retiros y depósitos en una cuenta corriente.)

Se pueden consultar explicaciones detalladas en ATTRA Guía de bolsillo del regador y en numerosas fuentes de Internet y libros. También puede encontrar herramientas útiles para facilitar estos cálculos, como la herramienta de cálculo en línea Wateright de la Universidad Estatal de Fresno, que se basa en datos de CIMIS.

Tensiómetros

Figura 4. Tensiómetro

 Un paso más allá en sofisticación que una sonda manual, un tensiómetro es un tubo hermético lleno de agua con una punta de cerámica porosa y un vacuómetro cerca de la parte superior. Como su nombre lo indica, un tensiómetro mide la tensión hídrica del suelo. Al introducir el dispositivo en el suelo, el agua entra o sale del tubo a través de la punta de cerámica, lo que aumenta o disminuye la presión de vacío dentro del tubo. Cuando el agua deja de moverse y alcanza el equilibrio con el suelo circundante, la presión de vacío es igual a la tensión del suelo y puede leerse en el manómetro.

Los tensiómetros son fáciles de usar, duran años si se les da un buen cuidado, no se ven afectados por la temperatura ni la salinidad del suelo, y no necesitan baterías a menos que los conectes a registradores de datos u otros dispositivos de monitoreo remoto. Aunque no son tan precisos como algunos dispositivos electrónicos, son económicos y ofrecen suficiente precisión para muchas situaciones agrícolas prácticas. Es necesario mantenerlos regularmente llenándolos de agua, y la principal queja que se les atribuye es que, si el suelo se seca demasiado, los tensiómetros pueden perder contacto con el suelo, lo que requiere volver a instalarlos. Cuestan entre 80 y 150 dólares cada uno, aunque en Internet hay instrucciones para fabricarlos tú mismo por menos de 55 dólares. (Ver Cahn y Chambers, 2019.)

Una vez instalados, los tensiómetros suelen dejarse en el campo durante semanas seguidas o durante toda la temporada de cultivo. Debido a que son fáciles de instalar y retirar, los tensiómetros son muy adecuados para campos cultivados, cultivos anuales y otras situaciones en las que resultaría complicado utilizar bloques enterrados o cables. Se utilizan con frecuencia en huertos. Funcionan mejor en el rango de 0 a 80 cb, lo que los hace más adecuados para suelos de textura gruesa. (Como se señaló anteriormente, un suelo de textura fina, como la arcilla, podría seguir conteniendo más de la mitad de su capacidad de agua disponible a 80 cb.)

Medidores y sensores electrónicos

Existe una variedad enorme y un poco abrumadora de medidores y sensores electrónicos en el mercado. Algunos son herramientas portátiles que se llevan al campo y se introducen directamente en el suelo. Otros funcionan con sensores enterrados que, o bien están conectados directamente a un medidor fijo, o bien tienen cables (electrodos) que se dejan sobre la superficie y se conectan a un medidor portátil o a un registrador de datos.

Todas estas herramientas constan de uno o más sensores insertados o enterrados en el suelo y un medidor que hace circular una corriente eléctrica a través del sensor. Las herramientas más comunes y accesibles para los regadores miden una de estas dos cosas: la resistencia eléctrica (la oposición al flujo de una corriente eléctrica) o la capacitancia (la capacidad del suelo para almacenar carga eléctrica).

Sensores de resistencia eléctrica

Sensor de matriz granular. Foto: Mike Morris, NCAT

Bloques de yeso. Foto: Mike Morris, NCAT

Los sensores de resistencia eléctrica se basan en el principio bien conocido de que el suelo húmedo conduce mejor la electricidad que el suelo seco y presenta una menor resistencia eléctrica. Estos sensores suelen ser bloques fabricados con algún tipo de material poroso que absorbe el agua del suelo circundante. Un medidor hace pasar una corriente eléctrica a través de dos electrodos implantados en el bloque, midiendo así la resistencia eléctrica. Una vez que el bloque deja de absorber agua y alcanza el equilibrio con el suelo circundante, estas mediciones de resistencia ofrecen una buena indicación de la tensión de humedad del suelo.

Los dos tipos más comunes de sensores de resistencia eléctrica son los bloques de yeso (con una vida útil corta de tan solo un año, pero a un bajo costo de entre 12 y 25 dólares cada uno) y los sensores de matriz granular (que duran de tres a siete años o más y cuestan entre 45 y 60 dólares cada uno). Hemos probado ambos tipos y creemos que a casi todos los agricultores les valdrá la pena invertir un poco más en los sensores de matriz granular. Los sensores de matriz granular no solo duran mucho más que los bloques de yeso, sino que, por lo general, las heladas no los dañan, mientras que en los bloques de yeso pueden provocar grietas y un envejecimiento prematuro.

Uno de los principales inconvenientes de los bloques de resistencia eléctrica es que se ven muy afectados por la salinidad, más que los tensiómetros. Para proporcionar lecturas precisas, los bloques de resistencia eléctrica también deben enterrarse con cuidado, con un contacto firme con el suelo y sin bolsas de aire, algo que puede ser difícil de lograr en suelos gruesos o pedregosos. A lo largo de los años, el personal del NCAT ha instalado cientos de sensores de matriz granular y hemos descubierto que el principal problema es el contacto deficiente entre el suelo y el sensor, por lo general en suelos gruesos o pedregosos.

Sensores dieléctricos

A medida que el suelo se humedece, no solo conduce mejor la electricidad, sino que también almacena mejor la carga eléctrica. Los sensores dieléctricos miden la capacidad de almacenamiento de carga del suelo: su tendencia a polarizarse eléctricamente cuando se expone a un campo eléctrico, actuando como un condensador. Los sensores dieléctricos pueden ser extremadamente precisos y, por lo general, los investigadores científicos los prefieren a los sensores de resistencia eléctrica. La capacidad de almacenamiento de carga del suelo está estrechamente relacionada, de manera confiable, con su contenido de agua. Por lo tanto, a diferencia de los tensiómetros o los bloques de resistencia eléctrica, los sensores dieléctricos permiten realizar mediciones volumétricas : el volumen de agua por volumen de suelo.

Sensor de capacitancia. Foto: Meter Group

Existen dos tipos principales de sensores dieléctricos: los sensores de capacitancia—también conocidos como sensores de reflectometría en el dominio de la frecuencia ( FDR)— y los sensores de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR).

Los dispositivos FDR miden la capacidad de almacenamiento de carga de los suelos mediante la emisión de ondas electromagnéticas al suelo y la medición de la diferencia de frecuencia entre las ondas de salida y las de retorno. Por el contrario, los dispositivos TDR miden el tiempo de recorrido de una onda reflejada de energía eléctrica enviada a lo largo de dos varillas paralelas o alambres rígidos. A efectos prácticos, los regadores no necesitan comprender la ingeniería eléctrica que hace que estos dispositivos funcionen. Sin embargo, si tienes una mentalidad científica o simplemente sientes curiosidad, puedes leer sobre la teoría de la permitividad dieléctrica en fuentes de Internet.

Los dispositivos FDR son los sensores dieléctricos más utilizados en la agricultura. Son fáciles de conseguir y su precio oscila entre unos pocos dólares y cientos de dólares por unidad. Entre otras opciones, existen sensores de múltiples profundidades, de 18 a 35 pulgadas de largo, que permiten medir la humedad a varias profundidades con un solo dispositivo enterrado.

Los dispositivos TDR requieren componentes electrónicos complejos que realizan análisis de formas de onda. Hasta hace poco, los sistemas TDR costaban mucho más que los sistemas FDR y eran mucho más difíciles de instalar. Sin embargo, en los últimos años han aparecido dispositivos TDR que aprovechan componentes electrónicos más sencillos y producidos en masa, y cuyo precio se acerca al de los dispositivos FDR de alta calidad. El TDR es ahora una opción que vale la pena considerar para los regantes que necesitan un alto grado de precisión. Aunque no son necesariamente más precisos que los mejores dispositivos FDR en la mayoría de las situaciones, los sensores TDR se ven menos afectados por niveles moderados de salinidad. (Cabe señalar, sin embargo, que los dispositivos TDR dejarán de funcionar por completo en suelos con alta salinidad.)

Aunque en Internet se pueden encontrar sensores dieléctricos baratos, a menudo su descripción es deficiente y ofrecen lecturas muy inexactas o incluso pueden no funcionar en absoluto. Los sensores dieléctricos de alta calidad tienen una vida útil de 10 años o más. Recomendamos invertir en sensores de alta calidad fabricados por una empresa de prestigio.

El siguiente diagrama muestra algunos de los principales métodos para medir la humedad del suelo, indicando los cuatro que son más comunes, prácticos y accesibles para los productores agrícolas.

Figura 5. Opciones de sensores

Registradores de datos, controladores basados en las condiciones climáticas y aplicaciones para teléfonos

Un registrador de datos es un dispositivo electrónico, que por lo general funciona con baterías o un panel solar, que registra datos a intervalos regulares. A los registradores de datos se les pueden conectar bloques de resistencia eléctrica, tensiómetros y sensores dieléctricos.

Los registradores de datos de humedad del suelo suelen instalarse de manera permanente en un poste y conectarse mediante un cable a uno o más sensores enterrados en las cercanías —o, en algunos casos, a cientos de yardas de distancia—. A intervalos regulares (que van desde cada pocos minutos hasta cada pocas horas), el registrador de datos envía una corriente eléctrica débil a los sensores y recupera las mediciones, las cuales se convierten en estimaciones de humedad del suelo y se almacenan en la memoria. En muchos casos, los registradores de datos también funcionan como controladores basados en las condiciones climáticas que modifican automáticamente su programa de riego según la humedad del suelo y las condiciones climáticas.

Los registradores de datos son una bendición para los agricultores. No importa qué tan ocupado estés, el registrador de datos verifica y registra automáticamente la humedad del suelo, almacenando meses o años de datos que puedes descargar cuando te convenga o enviar directamente a tu celular o computadora portátil. Algunos registradores de datos también permiten controlar el riego a distancia y envían alertas si la humedad del suelo supera o queda por debajo de los niveles deseados.

Los medidores portátiles sin duda tienen sus ventajas, ya que te permiten medir la humedad en un número ilimitado de puntos. Sin embargo, según nuestra experiencia, creemos que la mayoría de los regadores encontrarán más útil un registrador de datos que un medidor portátil. Lo único que no nos gusta de los registradores de datos es: (1) que hay que instalarlos de manera semipermanente, con un poste de montaje y un cable que pueden estorbar las labores de cultivo y otras operaciones agrícolas; y (2) que el proceso de calibrar los sensores con el registrador de datos puede llevar mucho tiempo.

En un proyecto reciente, el personal del NCAT instaló aproximadamente 60 registradores de humedad del suelo en granjas y ranchos de Montana. Estas instalaciones no fueron particularmente difíciles, y los problemas se debieron principalmente al cable. Vimos docenas de empalmes defectuosos, cables roídos por el ganado y la fauna silvestre, cables dañados por la maquinaria durante el laboreo y la cosecha de heno, cables derretidos cuando el propietario quemaba maleza, cables derretidos por un rayo y (en una ocasión memorable) un cable enredado en un auto que pasaba. Al final, terminamos usando cable de enterramiento directo para todas nuestras instalaciones, a pesar de su alto costo. Su diseño resistente e impermeable, junto con el blindaje de cobre, se impuso a los roedores que lo roían y puso fin a la mayoría de nuestros problemas con los cables.

Hoy en día, muchos registradores de datos funcionan con sistemas de transmisión inalámbrica que te permiten ver los niveles de humedad en tiempo real en tu celular o computadora. Algunas aplicaciones te permiten controlar el riego desde tu celular, mientras que otras regulan tu programa de riego automáticamente, según el clima. Otras, a su vez, recomiendan programas de riego que luego puedes programar en tu sistema. Por ejemplo, una aplicación gratuita disponible para productores de maní, maíz y algodón es Irrigator Pro, del Servicio de Investigación Agrícola, que recopila datos de los sensores de humedad del suelo en el campo, los transmite al servidor en la nube de Irrigator Pro y genera recomendaciones de riego personalizadas.

A modo de estimación, vas a pagar entre 150 y 600 dólares por un medidor portátil o un registrador de datos. El costo total de un sistema dependerá del número de sensores que instales, del tipo de sensores que elijas y de si el sistema es inalámbrico. Como se mencionó anteriormente, los bloques de resistencia eléctrica cuestan solo entre $12 y $60 cada uno, mientras que los sensores de capacitancia de buena calidad suelen costar más de $200 cada uno. Un sistema inalámbrico con un solo sensor volumétrico (dieléctrico) puede instalarse por tan solo $1,200, incluyendo las cuotas anuales del plan de datos. Por otro lado, un sistema que incluya múltiples sensores, una estación meteorológica y monitoree múltiples ubicaciones y profundidades en un área extensa podría costar fácilmente decenas de miles de dólares.

Cómo funciona un sistema inalámbrico

Un sistema inalámbrico de monitoreo de la humedad del suelo consta de un registrador de datos montado en un poste y conectado por cable a uno o más sensores cercanos. El registrador de datos, que funciona con batería, envía una señal eléctrica débil a los sensores y mide la resistencia o la capacitancia. Los resultados se envían de manera inalámbrica a una ubicación central (como una estación meteorológica) o a una estación repetidora, y a la nube de Internet, donde los datos se procesan y se ponen a disposición en tu teléfono o computadora.

Cuando escuchamos hablar por primera vez de los sistemas inalámbricos, esperábamos o imaginábamos que eliminarían las molestias relacionadas con enterrar y empalmar cables. Desafortunadamente, los sistemas «inalámbricos» dependen de los cables tanto como cualquier otro sistema de registro de datos. La única forma en que un registrador de datos puede enviar corriente eléctrica a un sensor es a través de un cable. (Es cierto que hay sensores que cuentan con sus propias baterías y transmisores inalámbricos, lo que elimina la necesidad de cables, pero estos se usan principalmente en paisajismo y jardinería doméstica.)

Dónde colocarlos los sensores de humedad

Dado que dependes de sensores ubicados en uno o unos pocos lugares para obtener información sobre la humedad del suelo en todo un campo o una granja, la forma y el lugar donde coloques tus sensores son extremadamente importantes.

• Nunca está de más recalcar que la mayoría de los sensores necesitan un contacto firme entre el suelo y el sensor para funcionar correctamente, sin bolsas de aire. Si no vas a instalar los sensores con cuidado, mejor ni los instales.
• Al enterrar cualquier dispositivo de medición de la humedad del suelo, es sumamente importante minimizar la compactación del suelo y la alteración del suelo circundante y de la cubierta vegetal. El objetivo es instalar cada sensor en un entorno que sea representativo del campo.
• Rara vez resulta práctico monitorear cada parte del campo, así que instala los sensores en zonas con suelo y pendiente promedio. Evita los bordes del campo y las áreas inusualmente húmedas o secas.
• Evita instalar sensores en suelo recién labrado, ya que la labranza saca a la superficie capas más profundas del suelo que pueden comportarse de manera muy diferente al suelo de la zona radicular de tu cultivo.
• El suelo fino que se encuentra sobre un suelo grueso, o viceversa, debe humedecerse mucho antes de que el agua se filtre a través de él. En estas condiciones, el suelo superior puede retener tres veces más agua de la que retendría en suelos más uniformes. Si tienes capas de suelo bien diferenciadas, tal vez te convenga colocar un sensor en cada una de ellas.
• En el caso de los árboles maduros, coloca los sensores a una distancia considerable del tronco, pero dentro de la línea de goteo (diámetro de la copa).
• La cuestión de hasta qué profundidad se debe mantener la humedad del suelo es una decisión de manejo que depende del cultivo y la etapa de crecimiento, las condiciones del suelo y otros factores. Sin embargo, en general, el manejo debe centrarse en la zona radicular efectiva, es decir, la mitad superior, donde las plantas absorben la mayor parte del agua.
• Para cultivos de raíces profundas, coloca los sensores a varias profundidades o utiliza un sensor de múltiples profundidades. Al monitorear la alfalfa de raíces profundas, por ejemplo, nos ha resultado conveniente colocar los sensores a seis, 18 y 24 pulgadas de profundidad: el punto medio del tercio superior, del tercio medio y del tercio más profundo de la profundidad total de las raíces, que es de tres pies.
• Para los cultivos de raíces poco profundas (como los pastos y la mayoría de las hortalizas), coloca un sensor en la zona radicular y otro por debajo de ella, a fin de detectar la filtración profunda y el riego excesivo.
• En el caso de los sistemas de riego de pivote central, vigila un par de diámetros de aspersor desde el punto donde normalmente inicias el movimiento del pivote, en la dirección de dicho movimiento. También vigila un par de diámetros de aspersor antes del punto donde normalmente detienes el pivote. Evita la parte interna del círculo de riego (dentro de la primera torre), que suele estar más húmeda que el resto del círculo.

Medición de la infiltración

La tasa de infiltración de tu suelo es tan importante como su capacidad para retener agua, y es clave para prevenir la escorrentía y la erosión. Aunque no es necesario para la gestión diaria del riego, medir las tasas de infiltración puede brindarte mucha información sobre las diferencias entre los suelos y las distintas zonas de tus campos, y puede mostrarte cómo están cambiando tus suelos con el paso del tiempo. Las tasas de infiltración se ven afectadas por la salud del suelo y, a menudo, pueden mejorarse en unos pocos años o incluso menos.

En cualquier suelo, las tasas de infiltración varían según los niveles de humedad del suelo. Esto complica el proceso de obtener mediciones confiables y repetibles de las tasas de infiltración. Los investigadores científicos utilizan infiltrómetros costosos para medir la conductividad hidráulica saturada, pero la forma más sencilla de verificar tus tasas de infiltración es mediante una prueba simple con un anillo. Para ello, se clava en el suelo un anillo de metal, PVC u otro material rígido, se vierte una cantidad de agua cuidadosamente medida dentro del anillo y se registra el tiempo (en minutos o segundos) que tarda toda el agua en infiltrarse en el suelo. En Internet hay buenos videos que muestran el procedimiento.

Aunque son muy útiles, no esperes demasiada precisión de las pruebas de anillos. Ten especial cuidado al comparar pruebas realizadas en fechas diferentes, ya que todo tipo de factores que influyen en los resultados (como la humedad del suelo, la temperatura y la vegetación) pueden variar. A continuación te presentamos algunas mejoras a la prueba de anillos para que sea más precisa:

• Una vez que el agua se haya infiltrado por completo, repite la prueba. La segunda aplicación (en suelo húmedo) te dará una estimación más precisa de tu tasa de infiltración.
• Usa agua destilada.
• Forra el interior del aro con una hoja de plástico para alimentos antes de agregar el agua. Una vez que hayas agregado toda el agua, retira con cuidado el plástico para alimentos, de modo que la infiltración comience exactamente en el momento en que empieces a cronometrar.
• Agrega exactamente una pulgada de agua, para que puedas calcular tu tasa de infiltración en pulgadas por hora. (Si usas un anillo de 6 pulgadas de diámetro, esta cantidad será de 444 mL.)
• Utiliza un infiltrómetro de doble anillo (cuesta entre 200 y 700 dólares), cuyo diseño de «anillo dentro de otro anillo» obliga al agua del anillo interior a infiltrarse verticalmente y reduce el error causado por la dispersión lateral del agua.

Técnicas de alta precisión

Los métodos que se mencionan a continuación son más costosos y resultan más adecuados para cultivos de alto valor, granjas de gran tamaño e investigación científica. Sin embargo, en algunos casos, las tecnologías de punta están empezando a estar disponibles a precios accesibles.

Las cámaras de presión, también conocidas como bombas de presión, son cámaras herméticas que miden la tensión hídrica de las plantas y, por lo tanto, el estrés hídrico. Se coloca una hoja o un tallo de planta dentro de una cámara hermética, con parte del pecíolo sobresaliendo fuera de la cámara de presión a través de un sello. La presión de la cámara se aumenta hasta que el agua comienza a aparecer en la punta del pecíolo que está orientada hacia afuera. Si la lectura de la cámara de presión es alta, significa que se necesitó mucha presión para extraer agua de la planta, lo que indica que la planta está experimentando un mayor estrés hídrico. Si la lectura de la cámara de presión es baja, significa que se necesitó menos presión para extraer agua de la planta, lo que indica que la planta está experimentando un menor estrés hídrico.

Al igual que la tensión hídrica del suelo, la tensión hídrica del tallo se mide comúnmente en centibares. Aunque son costosas (de 1,500 a 7,000 dólares), las cámaras de presión proporcionan mediciones precisas del estrés hídrico, evitan algunos de los retos que implica medir el agua en el suelo y son adecuadas cuando la calidad de tu cultivo depende de recibir cantidades específicas de agua en momentos específicos del año. Un buen ejemplo son las uvas para vino, cuya alta calidad a menudo justifica el uso de costosas herramientas de precisión. Para obtener más información sobre cómo interpretar las lecturas de las cámaras de presión en diversos cultivos, consulte la Guía de bolsillo de microirrigación de Californiade ATTRA.

Los porómetros también miden el estrés hídrico de las plantas, al medir la conductancia estomática en las hojas (es decir, qué tan abiertos o cerrados están los estomas). Los estomas son pequeños poros en la superficie de las hojas que permiten que el aire entre a la hoja y que el agua salga de ella a través de la transpiración. Los estomas cerrados suelen indicar que las plantas están sufriendo estrés hídrico. Los porómetros son dispositivos portátiles, fáciles de usar y que simplemente se sujetan a las hojas para medir la tasa de vapor de agua que sale por los estomas. Aunque ofrecen una buena idea de cuánta agua necesita una planta, los porómetros son costosos (de 6,000 a 12,000 dólares). Se pueden utilizar en cualquier tipo de cultivo y (al igual que las cámaras de presión) son una buena opción para plantas como las vides, cuya calidad depende de recibir cantidades precisas de agua en determinados momentos del año.

Las imágenes satelitales infrarrojas se están convirtiendo en una herramienta importante para monitorear la evapotranspiración, la humedad del suelo y los niveles de flujo de carbono, y sin duda se volverán más comunes en el futuro. Las estimaciones se basan en datos satelitales de la NASA sobre la temperatura de las hojas, la radiación solar y el tamaño de las hojas de los cultivos. Empresas como IrriWatch ya están ofreciendo servicios de imágenes satelitales a granjas con fines de riego. Entre otras ventajas, las imágenes satelitales pueden mostrar las condiciones de humedad del suelo en todo un campo o una granja. Las granjas participantes especifican los límites digitales de sus campos, el tipo de cultivo, el tipo de suelo y el tipo de riego, dan su consentimiento para que la información de sus campos sea monitoreada por satélite y, a continuación, comienzan a recibir informes y recomendaciones de riego.

Las sondas de neutrones son dispositivos de altísima tecnología que contienen pastillas de material radiactivo que producen neutrones «rápidos» que chocan con los átomos de hidrógeno presentes en el agua del suelo, perdiendo así su energía y convirtiéndose en neutrones «lentos». Al medir el número de neutrones lentos dentro de un volumen de suelo, se puede estimar cuántos átomos de hidrógeno —y, por lo tanto, cuánta agua— hay en el suelo. Los investigadores científicos suelen considerar que las sondas de neutrones son la forma más precisa de medir la humedad del suelo (aparte de la medición gravimétrica directa mediante pesaje y secado), pero no se recomiendan para la mayoría de las granjas. Además de los evidentes riesgos de seguridad que implica trabajar con material radiactivo, requieren capacitación especial y una licencia, y son laboriosas y costosas (a menudo superan los 5,000 dólares).

Próximamente: El monitoreo de la humedad del suelo está evolucionando hacia métodos (como las imágenes satelitales) que abarcan grandes áreas y son «no invasivos», lo que evita la necesidad de excavar, enterrar o tener contacto directo con el suelo. Hay muchos métodos nuevos disponibles en el mercado o en fase de desarrollo, entre ellos: fibra óptica con calentamiento activo, microondas, radar de penetración en el suelo, identificación por radiofrecuencia, hidrogeles, técnicas sismoeléctricas, sensores de rayos cósmicos e inducción electromagnética. (Véase Hardie, 2020.)

En resumen

La tabla siguiente resume las ventajas y desventajas de los distintos métodos analizados aquí, ordenados por costo.

Referencias

Armstrong, D., W.E. Cotching y C. Bastick. 2001. Evaluación de los recursos del suelo para el riego. Apuntes del curso «Wise Watering: Gestión del riego».

Brown, Gabe. 2018. De la tierra al suelo: el viaje de una familia hacia la agricultura regenerativa. Chelsea Green Publishing, White River Junction, VT.

Cahn, Michael y David Chambers. 23 de abril de 2019. Tensiómetro «hágalo usted mismo» (DIY). Agricultura del Valle de Salinas.

Hardie, Marcus. 4 de diciembre de 2020. Reseña sobre sensores de humedad del suelo proximales, nuevos y emergentes, para uso en la agricultura. Sensors 20, 6934.

Meter Group. Sin fecha. Sensores de humedad del suelo: cómo funcionan. (Además, hay muchos otros artículos sobre el monitoreo de la humedad del suelo y el riego.)

Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). 1997. Guía de riego del NRCS. Washington, D.C.

Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). Sin fecha. Estudio de suelos en línea. Washington, D.C.

Recursos adicionales

Proyecto «Soil for Water»
Red de aprendizaje entre pares y recopilación de historias gestionada por NCAT, dedicada a encontrar y compartir mejores formas de captar y almacenar agua en el suelo. Únete a la red «Soil for Water», participa en el foro o suscríbete a nuestra lista de correo.

La guía de bolsillo del regador. 2019. Por Mike Morris, Vicki Lynne, Nancy Matheson y Barbara Bellows. Centro Nacional de Tecnología Apropiada, Butte, Montana.
Una guía de referencia para llevar al campo que ayuda a los regadores a ahorrar energía, agua y dinero, e incluye pautas para la gestión del agua, el mantenimiento de los equipos, así como conversiones y fórmulas útiles.

Proveedores

Hay decenas de empresas que fabrican y venden equipos para monitorear la humedad del suelo. A continuación se enumeran algunas fuentes representativas de los equipos mencionados en esta publicación. El hecho de que una empresa figure en la lista no implica que cuente con el respaldo del NCAT ni del USDA.

Art’s Manufacturing & Supply, Inc.  800-635-7330
Proveedor de sondas para suelo, barrenas de cubeta y otros equipos de riego.

Campbell Scientific, Inc.  435-753-2342
Proveedor de sensores de humedad del suelo, registradores de datos y estaciones meteorológicas. 

Davis Instruments Corp.  510-732-9229
Proveedor de estaciones meteorológicas y sistemas inalámbricos de monitoreo de la humedad del suelo. 

Delmhorst Instrument Company  877-335-6467
Proveedor de bloques de yeso y medidores portátiles de humedad del suelo

Gempler’s  800-382-8473
Proveedor de sensores de humedad del suelo, sondas, tensiómetros y otros equipos de riego.

Graybar Electric  855-347-2839
Proveedor de cables para soterramiento directo.

GroPoint 833-476-7646
Proveedor de sondas de humedad del suelo, sensores y registradores de datos, incluidos sensores TDR a precios moderados.

Hydrosat
Proporciona datos satelitales sobre las tasas de evapotranspiración del suelo y calcula la humedad del suelo y el flujo de carbono para programar el riego con precisión.

Aplicación Irrigator Pro
Aplicación gratuita que ofrece recomendaciones de riego en tiempo real para productores de maní, algodón y maíz en los Estados Unidos.

Empresa Irrometer  909-689-3706
Proveedor de sensores de matriz granular Watermark, medidores portátiles de humedad del suelo, tensiómetros, registradores de datos y otros equipos de monitoreo de la humedad del suelo.

Li-Cor  800-447-3576
Proveedor reconocido de porómetros portátiles de alta calidad, precisos y fáciles de usar. 

Meter Group  509-332-2756
Proveedor de registradores de datos, sensores de humedad y temperatura del suelo, estaciones meteorológicas, infiltrómetros y otras herramientas y dispositivos de investigación.

Empresa M.K. Hansen 509-884-1396
Proveedor del registrador de datos de humedad del suelo AM400 con pantalla gráfica.

Netafim 559-453-6800
Fabricante de sistemas de riego de precisión, registradores de datos y programasde riego personalizados basados en modelos a partir de los datos de su sistema.

Onset 800-564-4377
Proveedor de los registradores de datos yestacionesmeteorológicas HOBO, sensores de humedad del suelo y sistemas de monitoreo remotomás utilizados.

Soil Moisture Equipment Corporation 805-964-3525
Proveedor de barrenas para suelo, sensores y medidores de humedad del suelo, tensiómetros, reflectómetros de dominio del tiempo y otros equipos de monitoreo de la humedad del suelo.

Monitoreo de la humedad del suelo: herramientas y métodos de bajo costo
Por Mike Morris, especialista en agricultura del NCAT
Publicado en agosto de 2006, actualizado en enero de 2022 por
Mike Morris, Katherine Favor y Omar Rodríguez
© NCAT
IP277
N.º 277

Esta publicación ha sido elaborada por el Centro Nacional de Tecnología Apropiada (NCAT) a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en el marco de un acuerdo de cooperación con el Departamento de Desarrollo Rural del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). ATTRA.NCAT.ORG