3ºMaría Amparo Vicente1 T y R y gallardo - digital

COD:
COMPARACIÓN ENTRE LA SONDA DE NEUTRONES Y EL TDR (Time
Domain Reflectometry) PARA LA MEDIDA DE HUMEDAD EDÁFICA
María Amparo Vicente(1), Juan F. Gallardo(1) y María Isabel González(2)
(1) Consejo Superior de Investigaciones Científicas (I.R.N.A.)
Apt. 257, Salamanca 37071 (España)
<[email protected]>, <[email protected]>
(2) Universidad de Salamanca
Área de Edafología, Salamanca 37080 (España)
<[email protected]>
Existen numerosos métodos para la medida de humedad edáfica. La mayoría de los
estudios comparativos entre varias técnicas de medida de humedad edáfica comparan un
método indirecto con uno directo, tradicionalmente la gravimetría. Existen en
bibliografía muy pocos trabajos que comparen varios métodos indirectos a nivel de
campo y menos aún en suelos forestales. Por ello, en este trabajo se pretendió comparar
dos técnicas indirectas como son la técnica de la sonda de neutrones y la reflectometría
(TDR). Se eligió una parcela experimental en la Sierra de Gata (Centro Oeste español),
efectuándose
las
medidas
de
humedad
edáfica
a
distintas
profundidades.
Simultáneamente se estudió la evolución temporal y espacial de la humedad edáfica.
El suelo forestal estudiado fue un Umbrisol háplico. Con la sonda de neutrones se
realizaron medidas en 12 puntos distintos de la parcela experimental, a 5 profundidades
distintas, mientras que con el TDR se efectuaron medidas en 4 puntos distintos, a 4
profundidades distintas. El período de experimentación fue de 3 años (desde Septiembre
de 1996 a Agosto de 1999). Los resultados muestran que no existen diferencias
significativas (p < 0.01) entre la técnica de la sonda de neutrones y el TDR para la
medida de la humedad edáfica, pudiéndose sustituir la primera por la segunda y evitar así
los problemas potenciales de radiactividad. La variabilidad de resultados disminuyó con
la profundidad en ambas técnicas, debido a la mayor densidad (que conlleva una mayor
homogeneidad) de los horizonte inferiores.
PALABRAS CLAVES:
"Humedad edáfica", "sonda de neutrones", "TDR"
COD:
COMPARACIÓN ENTRE LA SONDA DE NEUTRONES Y EL TDR (Time
Domain Reflectometry) PARA LA MEDIDA DE HUMEDAD EDÁFICA
María Amparo Vicente(1), Juan F. Gallardo(1) y María Isabel González(2)
(1) Consejo Superior de Investigaciones Científicas (I.R.N.A.)
Apt. 257, Salamanca 37071 (España)
<[email protected]>, <[email protected]>
(2) Universidad de Salamanca
Área de Edafología, Salamanca 37080 (España)
<[email protected]>
INTRODUCCIÓN
Se han empleado diversos métodos para medir el contenido de agua en el suelo,
pudiéndose clasificar en destructivos y no destructivos. El método destructivo más
extendido es el termogravimétrico. Los métodos no destructivos o indirectos se basan en
la medida de alguna propiedad física del suelo que dependa de su contenido hídrico, pero
que no destruya el suelo a lo largo del tiempo y permita las medidas en el mismo punto (a
diferencia de los destructivos); estos métodos requieren calibraciones previas, a menudo
laboriosas. Los métodos indirectos más utilizados son el neutrónico, los métodos
capacitivos (como la reflectometría, TDR), sensores de resistencia eléctrica,
conductividad térmica y bloques de yeso (Yoder y col., 1998). El método neutrónico ha
sido ampliamente aceptado y utilizado; sin embargo, su carácter radiactivo y su coste han
impedido que se generalice como técnica de registro continuo (Yoder y col., 1998),
favoreciendo el desarrollo de nuevos métodos. Existen en bibliografía muy pocos
trabajos que comparen entre sí varios métodos indirectos en el campo. Por esta razón el
objetivo de este Estudio es comparar los resultados de humedad edáfica obtenidos
mediente sonda de neutrones y TDR; paralelamente se realiza la evaluación espacial de la
humedad edáfica a distintas profundidades en la zona de estudio.
MATERIALES Y MÉTODOS
La zona de estudio se localiza en la Comarca de El Rebollar (Sierra de Gata, Centro
Oeste español). Las coordenadas de la parcela experimental de Navasfrías son 40º 2’
40’’N, 3º 0’ 50’’W, se encuentra a una altitud de 960 m s.n.m. Predominan los
Umbrisoles háplicos (FAO, 1998). La vegetación dominante está constituída por rebollo
(Quercus pyrenaica). Información adicional sobre esta parcela puede obtenerse en
Turrión y col. (1999).
Se utilizó una sonda de neutrones Troxler 3321 A; 10 mCurios. Las medidas se
realizaron en 12 tubos de acceso de PVC, que se introdujeron hasta la profundidad de
aparición de la roca dura. Las lecturas se realizaron cada 20 cm, desde -20 hasta -100 cm
como máximo, dependiendo de la profundidad de cada tubo y teniendo en cuenta la
esfera de influencia (aprox. 20 cm). Las lecturas de la humedad edáfica se realizaron
cada 15 días, desde el 5/9/96 al 19/10/98 y, a partir de entonces, cada mes hasta el
16/8/99. Las curvas de calibración se determinaron a partir de muestras gravimétricas en
función de la densidad aparente según Moreno y col. (1996). La humedad superficie se
midió gravimétricamente, ya que la sonda de neutrones da problemas para medidas en
superficie (< 5 cm), puesto que hay que evitar que los neutrones se escapen a la
atmósfera (Moreno y col., 1996).
El TDR (time domain reflectometry) utilizado fue Tektronix modelo 1502 C (para suelos
no salinos). Se construyeron 16 sensores; cada sensor estaba constituido por tres varillas
paralelas de acero inoxidable (Zegelin y col. 1989), de 20 cm de longitud. Las sondas se
colocaron verticalmente en el suelo: de 0 a -20, de -20 a -40, de -40 a -60 y de -60 a -80
cm, es decir, 4 sondas para cada profundidad. Se considerará como profundidad de
medida la situada en el punto intermedio de cada varilla (es decir: -10, -30, -50 y -70 cm).
Para calcular la humedad edáfica se utilizó el modelo de mezcla propuesto por Dobson y
col. (1985), modificado posteriormente por Roth y col. (1990). La conductividad
eléctrica del agua se determinó en función de la temperatura del suelo (C.R.C. 1986).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la tabla 1 se exponen los valores máximos, mínimos, las medias, expresados en porcentajes de
volumen (% cm3 agua cm-3 suelo), y los coeficientes de variación de la humedad obtenidos
gravimétricamente, con la sonda de neutrones y con el TDR. Los valores medios y máximos de
humedad obtenidos mediante las dos técnicas son bastante parecidos, teniendo en cuenta que las
profundidades de medida son algo distintas. Los valores mínimos tienden a ser algo más bajos con el
TDR para todas las profundidades. La humedad edáfica media y máxima aumenta de forma gradual
con la profundidad con ambas técnicas; la mínima es más baja en superficie como es evidente (por
mayor desecación en la superficie del suelo). Los coeficientes de variación disminuyen con la
profundidad, indicando una menor variación de la cantidad de agua en profundidad; es decir, su
contenido aumenta y disminuye menos drásticamente.
Esto es frecuente y citado por numerosos autores (Rabadà y Gallart, 1993; Ladekarl, 1998). La
mayoría de los valores de CV se situaron por debajo del 30 %, lo que indica un grado aceptable de
fiabilidad en la media obtenida; sólo en algunos casos las medidas en superficie y a -10 cm (con el
TDR) sobrepasaron este valor. Si no se considera la medida a estas profundidades los valores de CV
se sitúan, en general, por debajo del 25 %. Se detectaron diferencias significativas entre estaciones,
observándose una mayor variabilidad en verano, con algunas excepciones. En todo caso hay que tener
en cuenta la definición intrínseca del coeficiente de variación [CV = (SD/Media) x 100], ya que, al ser
los valores medios de humedad más bajos en verano, el CV aumenta (Laderkarl, 1998).
Tabla 1. Valores medios, máximos (Máx.), mínimos (mín.), error estandar y coeficientes
de variación (CV) de los valores de humedad edáfica medidos gravimétricamente
(n=52), con sonda de neutrones (n=52) y con TDR (n=55), a lo largo de tres años.
En resumen, comparando la variabilidad que presentan ambas técnicas se observa que,
exceptuando las medidas a -10 cm con el TDR, para el resto de las profundidades los CV
son muy próximos, a pesar de que el número de réplicas en ambas técnicas es distinto.
Estos valores de CV son comparables a los hallados por otros autores (Ladekarl 1998).
Para la comparación entre sonda de neutrones y TDR, debido a que las medidas de
humedad edáfica realizadas con ambas técnicas se efectuaron con cierta diferencia de
profundidades, por razones técnicas, los resultados no se pueden comparar estrictamente.
Por ello se ha optado por hacer la media de los valores obtenidos mediante el TDR cada
dos profundidades consecutivas. Las rectas de regresión y coeficientes de correlación
entre los valores de humedad obtenidos al representar sonda de neutrones vs TDR fueron:
y = 0.80x + 4.35 (R2=0.97); y = 0.92x + 2.15 (R2=0.97); y = 1.06x - 1.38 (R2= 0.99) para 20, -40 y -60 cm de profundidad respectivamente. En todos los casos se obtienen
correlaciones significativas (p < 0.01). El mejor ajuste se obtiene a -60 cm. La prueba-t
para datos apareados confirma este hecho; la media de las diferencias fue siempre
negativa, indicando que los valores obtenidos con el TDR son, en general, inferiores a los
obtenidos con la sonda. Yoder y col. (1998) realizaron un estudio en columnas de suelo y
no encontraron diferencias significativas entre las sondas de neutrones y de TDR de 4
varillas; sin embargo, encontraron diferencias significativas entre ambos métodos y
sondas de TDR de 2 varillas, con las cuales obtuvieron resultados muy malos. Topp y
Davis (1985) reportaron que las variaciones en las medidas entre TDR y otras técnicas
proceden de la variabilidad espacial (no se mide con ambas técnicas el mismo lugar del
suelo) y la precisión del instrumento y, en general, éstas dos fuentes de errores no pueden
separarse. Algunos autores establecen comparaciones entre la técnica del TDR y la
gravimetría obteniendo buenas correlaciones (Rabadá y Gallart 1993; Noborio y col.
1996), pero otros observaron que la correlación varía según se trate de un período seco o
húmedo (Jacobsen y Schjonning 1993). Topp y col. (1984) concluyeron que ambos
métodos son iguales cuando se utilizan varillas de TDR de más de 10 cm de longitud. Se
han hallado escasas comparaciones en bibliografía entre TDR y sonda de neutrones para
suelos forestales; no obstante Gaskin y Miller (1996) utilizaron un sistema parecido al
TDR (un analizador de impedancia) y encontraron buenas correlaciones (r = 0.986).
CONCLUSIONES
No existen diferencias significativas entre la técnica de la sonda de neutrones y el TDR
para la medida de la humedad edáfica, aunque los valores de humedad obtenidos con la
primera son ligeramente superiores a los obtenidos con la segunda. En cuanto a la
variabilidad de resultados obtenidos, ésta disminuye con la profundidad en ambas
técnicas, debido a la mayor densidad de los horizontes inferiores; los CV son parecidos a
pesar de que el número de puntos de medida es menor para el TDR.
LITERATURA CITADA
Dobson, M.C.; F.T. Ulaby; M.T. Hallikainen; M.A. El-Rayes (1985). IEEE Trans.
Geosci. Remote Sens. GE-23: 35-46.
Gaskin, G.J.; J.D. Miller (1996). J. Agric. Engineer. Res. 63: 153-160.
Jacobsen, O.H.; P. Schjonning (1993). J. Hydrol. 151: 159-172.
Ladekarl U.L. (1998). For. Ecol. Manage. 104: 227-238.
Moreno, G.; J.F. Gallardo; F. Ingelmo; S. Cuadrado; J. Hernández (1996). Arid Soil Res.
Rehabil. 10: 65-84.
Noborio, K.; K.J. McInnes; J.L. Heilman (1996). Soil Sci. 161: 22-28.
Rabadà, D.; F. Gallart (1993). Acta Geol. Hispan. 28: 85-93.
Roth, K.; R. Schulin; H. Flühler; W. Attinger (1990). Water Resour. Res. 26: 2267-2273.
Topp, G.C.; J.L. Davis (1985). 3: 107-127. En: D. Hillel (ed.) Advances in Irrigation,
Academic Press, Nueva York.
Turrión, M.B.; Gallardo J.F.; M.I. González (1999). Soil. Sci. Plant Anal. 30: 1137-1152.
Yoder, R.E.; D.L. Johnson; J.B. Wilkerson; D.C. Yoder (1998). Appli. Engineer. Agric.
12: 121-133.
Zegelin, S.J.; I. White; D.R. Jenkins (1989). Water Resour. Res. 25: 2367-2376.