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¿Cuántos sensores de humedad de suelo necesito?

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¿Cuántos sensores de humedad necesito? Esta es una pregunta muy frecuente. Afortunadamente, esta es una pregunta que ha sido estudiada por los científicos en los últimos años. Hemos decidido consultar la literatura disponible para dar una respuesta a esta pregunta. Esto es la que hemos aprendido:


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Una de las formas de conocer cuántos sensores de humedad son necesarios para monitorizar una parcela de cultivo, es tomando muestras de suelo y caracterizándolas. Según Loescher et al., 2014 el muestreo de una parcela de cultivo se puede hacer tomando de 4 a 250 muestras de suelo. Por lo tanto, en función de cada parcela de cultivo, va a ser necesario tomar más o menos muestras para determinar cuántos sensores de humedad son necesarios.

A parte de determinar el número de muestras a tomar, hay que tener en cuenta que la variabilidad de la humedad tiene un carácter temporal y espacial.

Variabilidad espacial:

En el dominio del espacio, la variabilidad especial viene determinada por la textura del suelo (Baroni et al., 2013; Vereecken et al. 2014),cantidad y tipo de vegetación (Baroni et al., 2013; Loescher et al., 2014; Tueling & Troch, 2005), topografia (Brocca et al., 2010; Jacobs et al., 2004; Tueling & Troch, 2005), precipitación y otros factores meterológicos (Vereecken et al., 2014), prácticas de manejo del (Bogena et al., 2010; Korres et al., 2015; Vereecken et al., 2014), y propiedades hidráulicas del suelo (García et al., 2014). Cuando se plantea el estudio, hay que tener en cuenta todos estos factores, ya que nos van a determinar la heterogeneidad de la parcela e cultivo.

Variabilidad temporal:

El contenido en agua puede ser muy variable con el tiempo. Este hecho no sorprende mucho ya que se espera que la humedad de suelo varíe con la precipitación, riego, evapotranspiración, dinámica de la vegetación (Wilson et al., 2004). Mientras esto es un concepto fácil de comprender en cualquier parcela, esto puede llegar a ser muy complejo cuando se contempla la interacción de la variabilidad temporal y espacial.

Aunque algunos estudios han encontrado resultados contradictorios (debido principalmente a las diferencias en las escalas espaciales y temporales de muestreo), existe un creciente consenso de que la variabilidad espacio-temporal en el contenido de humedad del suelo se comporta de las siguientes maneras predecibles:

    – La desviación estándar de la humedad del suelo es más bajo en condiciones húmedas y secas extremas y la más alta en condiciones de humedad del suelo intermedios (Famiglietti et al., 2008).
    – Al mismo tiempo, el coeficiente de variación (CV) se relaciona negativamente con la humedad del suelo (Bogena et al, 2010;.. Brocca et al, 2007;. Famiglietti et al, 2008;. Korres et al, 2015). En otras palabras, CV humedad del suelo es más alta en condiciones secas y la más baja en condiciones de humedad.
    – Por último, la distribución de probabilidad de los valores de contenido de humedad del suelo está sesgada negativamente bajo condiciones húmedas y sesgada positivamente bajo condiciones secas (Bogena et al, 2010;.. Famiglietti et al, 2008).
    – Todas las características anteriores parece ser independiente de la escala (véase la Fig. 10 en Famiglietti et al., 2008).


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Ejemplos:

Los siguientes ejemplos utilizan datos simulados para ayudar a ilustrar los efectos de la heterogeneidad espacial y temporal sobre el contenido de humedad del suelo. En el primer ejemplo, hemos simulado contenido de humedad del suelo para el mismo sitio de estudio en condiciones húmedas y secas y se calcularon las funciones de densidad de probabilidad (PDF). En condiciones húmedas (línea azul en la Fig. 1) la desviación estándar era baja y el PDF fue sesgada negativamente. Por el contrario, las condiciones secas como resultado una desviación estándar más grande y un PDF positivamente sesgada. Este ejemplo demuestra que los parámetros que describen los archivos PDF de humedad del suelo no son estáticas, sino que cambian con el tiempo dependiendo de las condiciones de humedad del suelo.


figura-1

En el segundo ejemplo, simulamos el contenido de agua del suelo para un solo punto en el tiempo cuando las condiciones no eran ni húmedas o secas. El PDF resultante es bimodal, que indica que hay más de una “población” de contenido de humedad del suelo en el sitio de estudio (Fig. 2). Hay varias razones por las que el contenido de humedad del suelo puede presentar este tipo de distribución multimodal. Puede ser que hay zonas con diferentes texturas del suelo (por ejemplo, más seca de arena y zonas húmedas franco limoso), que el área de estudio incluye la topografía y las laderas adyacentes de baja altitud, o de que el área de estudio tiene cobertura vegetal heterogénea.


figura-2

Los dos ejemplos sencillos anteriormente demuestran la naturaleza compleja de la humedad del suelo a través del tiempo y el espacio. Ambos ejemplos sugieren que las estadísticas paramétricas y una hipótesis de normalidad no siempre pueden ser válidos cuando se trabaja con contenido de agua del suelo en condiciones de campo (Brocca et al, 2007;.. Vereecken et al, 2014).

¿Cuántos sensores de humedad son necesarios?

Si su objetivo es determinar el contenido de agua del suelo “verdadero” significa para su área de estudio, a continuación, su método de muestreo se necesita para tener en cuenta las fuentes de variabilidad descritos anteriormente. Si su área de estudio tiene un alivio sustancial topográfico, cubierta de copas heterogénea, y fuerte estacionalidad de las precipitaciones, entonces es probable que va a necesitar sensores ubicados en áreas que representan las principales fuentes de heterogeneidad. Si por el contrario, su sitio de estudio es bastante homogéneo o que simplemente están interesados en el patrón temporal de la humedad del suelo (por ejemplo, para la programación del riego), entonces es probable que pueda salirse con un menor número de sensores de humedad del suelo debido a la autocorrelación temporal de los datos (Brocca et al. 2010; Löscher et al, 2014).

Está claro que el contenido de agua del suelo es altamente dinámico en el tiempo y en el espacio. Es un trabajo intensivo y difícil de capturar todas estas dinámicas utilizando el muestreo in situ, aunque algunas personas optan por seguir este camino. Al igual que muchas otras áreas de la ciencia del medio ambiente, algunos de los más profundo conocimiento en el comportamiento de la humedad del suelo están saliendo de los estudios que utilizan redes de sensores in situ (Bogena et al, 2010;.. Brocca et al, 2010). Creemos que para la mayoría de las aplicaciones, el uso de in-situ, mediciones continuas le proporcionará una comprensión superior del contenido de agua del suelo.

Para un tratamiento más a fondo de este tema, lea los artículos que figuran a continuación. Recomendamos la revisión por Vereecken et al. (2014) como un buen punto de partida.

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