Cómo medirlo, los factores climáticos, edáficos y de cultivo que lo afectan, y su importancia para optimizar el riego y aumentar la productividad agrícola de manera sostenible.
Riego
1. Introducción
2. ¿Qué es el Contenido Volumétrico de Agua en el Suelo?
3. Factores que influyen en VWC
3.1 Climáticos
3.1.1 Temperatura
3.1.2 Radiación solar
3.1.3 Viento
3.1.4 Humedad relativa
3.1.5 Precipitación
3.1.6 Fenómenos de condensación
3.2 Edáficos
3.2.1 Textura
3.2.2 Estructura
3.2.3 Contenido de materia orgánica.
3.2.4 Densidad aparente.
3.2.5 Profundidad
3.2.6 Salinidad
3.2.7 Temperatura
3.3 Cultivo
3.3.1 Etapa fenológica
3.3.2 Profundidad y densidad radicular
3.3.3 Índice de área foliar y cobertura
3.3.4 Coeficiente de cultivo (Kc)
4. La importancia VWC en la agricultura
5. Bibliografía
1. Introducción
En el estudio del sistema suelo-planta-atmósfera, la cuantificación de la humedad del suelo es una variable fundamental para comprender los procesos hidrológicos y biológicos.
Sensor de humedad del suelo. Foto. BeeSensors
Sugerencia Infoagro
La importancia del VWC radica en su capacidad para describir la disponibilidad real de agua para los cultivos, y así poder optimizar los recursos hídricos y maximizar la productividad agrícola en un contexto de cambio climático y escasez de agua. Monitorear este dato evita tanto el estrés por sequía como la asfixia radicular, garantizando un crecimiento óptimo y constante de los cultivos.
En este artículo definiremos el VWC, cómo se calcula, los factores que le influyen y la importancia que tiene en la agricultura.
2. ¿Qué es el Contenido Volumétrico de Agua en el Suelo?
La humedad del suelo es un término general que se refiere a la cantidad de agua total presente en un suelo.
El contenido volumétrico de agua (VWC o Ɵv) es la forma más común de expresar la humedad del suelo, como la relación entre el volumen de agua y el volumen total de suelo (sólido, agua y aire).
Donde,
Ɵv: Contenido volumétrico (cm3/cm3 o m3/m3) o (%)
Va: Volumen de agua (cm3 o m3)
Vt: Volumen total del suelo (cm3 o m3)
El VWC en un suelo nos indica la proporción del volumen total de suelo que está ocupado por agua. Se suele expresar como un decimal o como un porcentaje y depende de la capacidad de campo (CC) y del punto de marchitez permanente (PMP).
La capacidad de campo (CC) es la cantidad máxima de agua que un suelo es capaz de retener, después de que el exceso de agua haya drenado por completo por gravedad.
De forma práctica, la capacidad de campo es el contenido de agua total de un suelo tras 24 a 48 horas después de una lluvia intensa o riego abundante. Es el límite superior del agua útil.
Por otro lado, el punto de marchitez permanente (PMP) es el contenido de agua de un suelo en el cual las plantas ya no pueden extraer más agua, porque está firmemente adherida a las partículas del suelo, lo que provoca la marchitez irreversible. Es el límite inferior del agua útil.
La capacidad de campo y el punto de marchitez permanente están relacionados con la textura y estructura del suelo, la cantidad de materia orgánica y el tipo de minerales presentes.
Fig.1: Condiciones de humedad para suelos de diferentes texturas. Infoagro.
Los suelos arenosos son suelos con poca retención de agua y un drenaje rápido, debido a la cantidad de macroporos presentes. En cambio, los suelos arcillosos son todo lo contrario. Al tener gran cantidad de microporos, el agua queda fuertemente retenida y el drenaje hacia capas más profundas en el suelo es mínima.
Los suelos francos, podemos decir que, son suelos intermedios entre los anteriores, pues tienen un buen equilibrio de macro y microporos, lo que hace que haya un equilibrio entre el drenaje y el agua retenida.
La cantidad de arcilla, limo y arena, así como la compactación del suelo determinará la mayor o menor CC de un suelo (Thompson & Troeh, 2002).
Fig. 2: Variación de la capacidad de campo (CC) y el punto de marchitez permanente (PMP) en función de la textura del suelo.
Tanto la CC como el PMP se determinan de forma práctica por Métodos de Presión en el laboratorio, donde se asocia la CC con el contenido de humedad que se equilibra a una tensión de -0,1 a -0,33 bares, y el PMP a una tensión -15 bares.
También se emplean diferentes fórmulas empíricas para determinar la capacidad de campo o el punto de marchitez permanente, como la fórmula de Bodman y Mahmud, la cual estima la capacidad de campo (CC) en función del porcentaje de arena, limo y arcilla del suelo en base peso seco.
Otros autores como Van Genuchten (1980), Rawls y Brakensiek (1983), o Wösten (1994) emplean modelos más complejos de regresión múltiple para desarrollar ecuaciones de Pedotransferencia (EPT) para estimar la CC y el PMP.
Las EPT son ecuaciones matemáticas que se emplean para la determinación de propiedades del suelo que son complicadas de medir, como las constantes hídricas o la curva de retención de agua, a partir de otras propiedades del suelo que son más fáciles y baratas de obtener como la textura del suelo, el contenido de materia orgánica, o la densidad aparente.
El empleo de modelos de regresión múltiple para la determinación de la CC y el PMP son más rápidos, sencillos y mucho más precisos que la medición directa en un laboratorio. Además, son los modelos que se suelen emplear para la simulación del crecimiento de los cultivos, programación de riego y estudios hidrológicos donde se necesita asignar valores de retención de agua a grandes áreas de suelo.
Por ejemplo, para horizontes arenosos, la CC se estima con la siguiente ecuación:
Y para la PMP se emplea:
Donde, los coeficientes a, b, c, d y e son valores calibrados que varían en función de la región y el tipo de suelo.
Una simplificación de estas ecuaciones y que se emplea en muchos modelos agrícolas es considerar el PMP como una función lineal de la capacidad de campo.
La diferencia entre la capacidad de campo y el punto de marchitez es la cantidad de agua disponible para las plantas o Agua útil (AD).
El agua disponible o agua útil (AD) es la cantidad de agua que realmente se emplea para planificar el riego, ya que nos relaciona la retención de agua del suelo con la demanda hídrica de la planta. Se suele expresar en lámina de agua (mm), representando la altura del agua disponible en una determinada profundidad del suelo, generalmente la zona radicular.
Para determinar dicha lámina neta de agua (Ln), debemos conocer la densidad aparente (Da) y la profundidad de esa lámina (Pr), que generalmente se considera que es hasta la zona de las raíces.
De modo que:
Esta lámina representa la cantidad mínima de agua que el suelo debe almacenar para restituir el agua consumida por el cultivo y evitar el estrés hídrico.
Por otro lado, la lámina bruta de riego (Lb) será la cantidad de agua real que debemos de aplicar al suelo para compensar las pérdidas que se producirán durante el proceso de aportación de dicha agua por evaporación, escorrentía o percolación.
Siendo:
Ln: lámina neta de riego (mm)
Ea: eficiencia de aplicación del sistema de riego (%)
El contenido volumétrico de agua de un suelo es un parámetro fundamental en la agricultura, siendo el principal factor de control de la disponibilidad de agua para las plantas, ya que tiene un impacto directo en la absorción de nutrientes, turgencia, regulación de la temperatura y en la fotosíntesis. También, en las propiedades del suelo como la aireación, temperatura del suelo y la actividad microbiana.
El conocimiento preciso del contenido volumétrico de un suelo nos permite programar el riego de forma eficiente para asegurar un buen desarrollo de los cultivos, ahorrar agua y energía y disminuir la lixiviación de nutrientes.
3. Factores que influyen en VWC
El contenido volumétrico de agua en el suelo depende de varios factores:
3.1 Climáticos
El contenido volumétrico de agua de un suelo se ve afectado constantemente por los factores climáticos, siendo los que principalmente afectan los que están relacionados con la evapotranspiración, como la temperatura, radiación solar, viento y humedad relativa, y los que están relacionados con la humedad de recarga del suelo, como la precipitación, o los fenómenos de condensación
– 3.1.1 Temperatura
Un aumento de la temperatura del aire y del suelo, incrementa la tasa de evaporación del agua del suelo y la tasa de transpiración de las plantas, lo que resulta en una mayor pérdida de humedad del suelo.
– 3.1.2 Radiación solar
Un aumento en la intensidad y duración de la radiación solar provoca un aumento en la tasa de evaporación del suelo y transpiración de las plantas, lo que provoca un aumento de la pérdida de humedad del suelo.
– 3.1.3 Viento
El viento mantiene una gradiente de humedad alto entre la superficie del suelo y las hojas, y la atmósfera circundante, lo que mantiene una alta tasa de evaporación y transpiración.
– 3.1.4 Humedad relativa
Si la humedad relativa es baja, el gradiente de presión de vapor entre el suelo y la atmósfera aumenta, por lo que la pérdida de agua aumenta¡
– 3.1.5 Precipitación
Es la fuente principal de entrada de agua. La intensidad, duración y frecuencia de las lluvias determinan la recarga directa del contenido hídrico.
– 3.1.6 Fenómenos de condensación
Los fenómenos de condensación pueden alterar significativamente el contenido volumétrico de agua en el suelo, especialmente en las capas superficiales. En climas húmedos o desiertos, el rocío es un pequeño aporte de agua que hace que el contenido volumétrico en el suelo suba ligeramente en los primeros milímetros del perfil.
También puede ocurrir el fenómeno denominado condensación interna o destilación térmica. Este fenómeno ocurre dentro de los poros del suelo que se rellenan de agua cuando el calor del subsuelo asciende en forma de vapor de agua y se condensa al llegar a las capas superficiales más frías.
3.2 Edáficos
– 3.2.1 Textura
La proporción de arena, limo y arcilla (textura) es el factor edáfico más influyente en la retención de agua de un suelo.
Los suelos arcillosos, que se componen principalmente de partículas finas y tienen una alta proporción de poros pequeños (microporos), retienen el agua con mucha fuerza y gran parte de ella puede no estar disponible para las plantas. Luego, estos suelos tienen una alta capacidad de campo (CC) y un punto de marchitez permanentemente (PMP) alto.
Los suelos arenosos, que tienen partículas principalmente gruesas y predominan los poros grandes (macroporos), retienen el agua con poca fuerza que se mueve rápidamente hacia abajo por gravedad a través de los macroporos. Por tanto, son suelos con una baja capacidad de campo (CC) y un punto de marchitez (PMP) bajo.
Los suelos francos tienen una mezcla de partículas finas y gruesas equilibrada, al igual que de microporos y macroporos. Luego, son los suelos con la mayor agua disponible para las plantas.
– 3.2.2 Estructura
Los suelos con una buena estructura tienen partículas que forman agregados estables, lo cual crea una red de poros interconectados que facilitan la buena infiltración, pero a la vez también facilitan una buena retención del agua. Por tanto, cuanto mayor nivel de agregación y porosidad tiene un suelo, mayor contenido volumétrico de agua total tendrá.
– 3.2.3 Contenido de materia orgánica.
El contenido de materia orgánica es determinante en el mayor o menor contenido volumétrico de agua total de un suelo.
La materia orgánica tiene una gran capacidad de absorber y retener agua, a menudo hasta cinco o seis veces su peso.
Un suelo con un gran aporte de materia orgánica tendrá una mayor retención de agua disponible para las plantas, especialmente en suelos arenosos.
– 3.2.4 Densidad aparente.
Una alta densidad aparente de un suelo indica que el suelo es compacto. Esto significa que el volumen total de poros es pequeño, especialmente los macroporos, y su infiltración y el contenido volumétrico de agua total son pequeños. Luego, cuanto menor es la densidad aparente de un suelo, mayor cantidad de agua penetrará en su interior.
– 3.2.5 Profundidad
Cuanta mayor profundidad, mayor contenido de agua.
– 3.2.6 Salinidad
Cuanto mayor es, menor cantidad de agua disponible para las plantas.
– 3.2.7 Temperatura
Cuanto mayor temperatura del suelo, menor contenido de agua.
3.3 Cultivo
– 3.3.1 Etapa fenológica
En la etapa inicial, que la planta es pequeña, la transpiración es mínima y el contenido volumétrico se pierde principalmente por evaporación directa del suelo.
Durante la fase de desarrollo y floración, el contenido volumétrico desciende rápidamente cada día debido a la alta demanda hídrica del cultivo.
Finalmente, en la fase de maduración, la actividad metabólica desciende y el consumo de agua de la planta se reduce, estabilizándose el contenido volumétrico en el suelo.
– 3.3.2 Profundidad y densidad radicular
Un cultivo con raíces profundas puede extraer agua de capas inferiores, disminuyendo el contenido volumétrico del suelo en zonas donde cultivos de raíces cortas no llegan. Por otro lado, cuanto más denso es el sistema radicular, más rápido cae el contenido volumétrico de agua en esa zona, lo que crea un perfil de humedad heterogéneo.
– 3.3.3 Índice de área foliar y cobertura
Si el follaje de las plantas es denso intercepta más agua de lluvia evitando que esa agua llegue al suelo, lo que aumentaría el contenido volumétrico.
Por otro lado, la mayor cobertura del suelo por parte de las plantas hace que se reduzca la radiación solar incidente en la superficie del suelo, lo que disminuye la pérdida de agua por evaporación y manteniendo el contenido volumétrico de agua en el suelo.
– 3.3.4 Coeficiente de cultivo (Kc)
Los cultivos con un alto coeficiente de cultivo agotan más rápidamente las reservas de agua del suelo, como por ejemplo cereales (arroz, maíz), aguacate, cítricos, tomate, pimiento, etc. Sin embargo, los cultivos con un bajo coeficiente de cultivo mantienen por más tiempo el contenido de agua del suelo al transpirar menos, como los cereales de invierno (trigo, cebada), olivo, legumbres (lentejas, garbanzos), vid, almendro, etc.
4. La importancia VWC en la agricultura
El contenido volumétrico de agua de un suelo es la base de la agricultura de precisión. Es una medida crítica en la agricultura moderna que nos permite una gestión precisa del riego, pero su interpretación depende de una compleja interacción entre fenómenos físicos, factores propios del cultivo y las características del suelo. Su importancia radica en la capacidad de definir lo denominado “ventana de confort”, que representa el rango de presión o tensión en el que la planta no tiene que gastar energía extra para obtener el agua y se sitúa entre la Capacidad de Campo y el Punto de Marchites Permanente.
El contenido volumétrico de agua (VWC) es una medida crítica en la agricultura moderna que cuantifica la fracción de agua líquida respecto al volumen total del suelo. A diferencia de las mediciones cualitativas, el VWC permite una gestión precisa del riego, pero su interpretación depende de una compleja interacción entre fenómenos físicos, factores propios del cultivo y las características del suelo.
La monitorización del contenido volumétrico nos permite:
- Optimizar el riego: Determinar con gran exactitud cuándo y cuánto regar para evitar la pérdida de agua innecesaria y los costes energéticos de su transporte por bombeo.
- Eficiencia nutricional: Evitar la pérdida de nutrientes por lixiviación, y más concretamente de los nitratos hacia los acuíferos, asegurando que permanezcan en la zona del sistema radicular.
- Prevención de enfermedades: Evitar un excesivo VWC que sature los poros del suelo evitará la anoxia en el suelo que favorecería la aparición de patógenos de suelo como Phytophthora.
- Mejora de la calidad: La aplicación del riego deficitario controlado concentra los azúcares o aceites de los cultivos industriales, lo que mejora la calidad final de los productos.
En conclusión, el VWC es el indicador definitivo de la salud del sistema suelo-planta-atmósfera. Su análisis correcto permite transformar el manejo agrícola en una actividad sostenible, eficiente y altamente rentable.
5. Bibliografía
Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. Roma: FAO.
Kin, A. G., Ledent, J. F., 2003. Efectos del viento sobre las plantas. En: Viento, suelo y plantas. Ediciones INTA. p. 45-72.
Takashi, N., Masayuki, O., Hidezaku, S., 1997. Effects of wind and vapor pressure deficit on transpiration of tomato scions. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science. 66, 105-112.
Autor: Dpto. Agronomía Infoagro
