Medidas de propiedades térmicas en suelos

Sensor adecuado:

Para las muestras de suelo se recomienda utilizar el sensor TR-1  para hacer mediciones de resistividad térmica y conductividad térmica. Si un suelo es particularmente duro, un agujero piloto debe ser pre-perforados en la muestra antes de insertar la aguja del sensor. Si se desea una medición de la difusividad, el sensor de doble aguja SH-1  se puede utilizar.

 

Toma de muestras: Los dos factores que pueden variar durante la recogida de muestras que afectan a las propiedades térmicas de una muestra son el contenido de humedad y la compactación de una muestra. Se debe tener cuidado de no compactar o un paquete de muestra a cuando se toma. Si al tomar la muestra la densidad aparente de la misma, es alterada y por ejemplo, disminuye, la capacidad térmica y la conductividad térmica también disminuirán. Asimismo, la resistividad de la muestra se incrementará. Lo mismo ocurre con la humedad, si se permite que la muestra  se seque. Es por esta razón que se recomienda tomar una muestra de suelo intacto y sellado inmediatamente después de tomarla. Muestras de suelo intactas deben recogerse en un tubo Shelby, o un tubo de pared delgada equivalente. Las dimensiones mínimas de la muestra para una prueba de la norma ASTM D5334 de resistividad térmica son de 11 cm de longitud y 3,8 cm de diámetro.  El contenido de agua en los suelos es muy dinámico, y puede cambiar con frecuencia en condiciones normales de campo. Para preservar el contenido de humedad de la muestra, los extremos del tubo deben ser tapados y sellados. Incluso si se utiliza una muestra para crear una curva de desecación térmica, sigue siendo recomendable para coronar los extremos para suelos sueltos no se caigan en el transporte.

 

Medidas en laboratorio Aunque hay muchas medidas que se pueden hacer una vez que se recupera una muestra, en la mayoría de los casos, se recomienda crear una curva de desecación térmica mediante la medición de múltiples puntos y modelar una curva. Esto requerirá una medición de una saturado, y horno de muestra seca. Mediciones in-situ Las mediciones in situ de suelo se pueden hacer con el equipo KD2Pro , sin embargo hay que señalar que una sola medición del punto no es necesariamente representativa de las propiedades térmicas del suelo en todo momento. El contenido de humedad, que cambia con frecuencia en la mayoría de condiciones de campo, se puede aumentar la resistividad térmica por un factor de cinco o más. Esto es especialmente importante tener en cuenta al instalar los cables eléctricos enterrados, o bomba de calor geotérmica.

 

Un saludo,

logo_soilrho_r

¿Cuántos sensores de humedad de suelo necesito?

¿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:


figura-4

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).


figura-3

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.

Invitación al Seminario “ENVIRONMENTAL SENSORS & MEASUREMENTS IN THE SOIL-PLANT-ATMOSPHERE CONTINUUM”

soil-plant-atmosphere-continuum labFerrerEl próximo lunes 26 de septiembre de 2016 organizamos junto con el Prof. Dr. Fernando Valladares del Museo Nacional de Ciencias Naturales – CSIC, Apogee Instruments y Decagon Devices Inc. el seminario “Environmental Sensors & Measurements in the Soil-Plant-Atmosphere Continuum”

All environmental conditions are fluctuating in the field, with timescales ranging from minutes to days affecting plant characters such as photosynthesis, water potential … and generating a mixed or a confusion of effects. The scaling up to canopy level will be also affected as well, disturbing the spatiotemporal variations in ecosystem-atmosphere fluxes of mass and energy.

To ensure that our canopy and plant measures, indicators and calculated indexes are correct, improved approaches to environment characteristics are needed and these will likely involve direct or indirect measurements of plant and canopy and their interpretation. In addition, when trying to quantify plant response to different cultivars and environmental & management conditions, it is necessary to measure soil moisture status. That is why is important to know how soil moisture and water potential sensors work and the how to get meaningful measurements in the field

In this seminar, Mr. Leo Rivera MSc from Decagon Devices and Mr. Mark Blonquist MSc from Apogee Instruments will discuss how to measure and calculate environmental parameters to be used to study energy & water balances and plant response in the soil-plant-atmosphere continuum.

Nuestras keywords: Energy & water balance – ecology – forestry- agronomy – hydrology – plant breeding – pollution – remote sensing

El seminario es gratuito y en inglés. Aunque solo disponemos de 60 plazas!!!

Se celebrará en el Museo Nacional de Ciencias Naturales – CSIC c/Serrano, 115-bis 28006 Madrid

El programa y toda la información en este pdf

Invitación al Seminario “ENVIRONMENTAL SENSORS & MEASUREMENTS IN THE SOIL-PLANT-ATMOSPHERE CONTINUUM”

enviromental-sensors-seminar-labferrer-decagon-apogeeEl próximo lunes 26 de septiembre de 2016 organizamos junto con el Prof. Dr. Fernando Valladares del Museo Nacional de Ciencias Naturales – CSIC, Apogee Instruments y Decagon Devices Inc. el seminario “Environmental Sensors & Measurements in the Soil-Plant-Atmosphere Continuum”

All environmental conditions are fluctuating in the field, with timescales ranging from minutes to days affecting plant characters such as photosynthesis, water potential … and generating a mixed or a confusion of effects. The scaling up to canopy level will be also affected as well, disturbing the spatiotemporal variations in ecosystem-atmosphere fluxes of mass and energy.

To ensure that our canopy and plant measures, indicators and calculated indexes are correct, improved approaches to environment characteristics are needed and these will likely involve direct or indirect measurements of plant and canopy and their interpretation. In addition, when trying to quantify plant response to different cultivars and environmental & management conditions, it is necessary to measure soil moisture status. That is why is important to know how soil moisture and water potential sensors work and the how to get meaningful measurements in the field

In this seminar, Mr. Leo Rivera MSc from Decagon Devices and Mr. Mark Blonquist MSc from Apogee Instruments will discuss how to measure and calculate environmental parameters to be used to study energy & water balances and plant response in the soil-plant-atmosphere continuum.

Nuestras keywords: Energy & water balance – ecology – forestry- agronomy – hydrology – plant breeding – pollution – remote sensing

El seminario es gratuito y en inglés. Aunque solo disponemos de 60 plazas!!!

Se celebrará en el Museo Nacional de Ciencias Naturales – CSIC c/Serrano, 115-bis 28006 Madrid

El programa y toda la información en este pdf

4th International Conference on Biohydrology – Almeria’16

Amig@s

Del 13 al 16 de septiembre estaremos en Almería, en el 4º Congreso Internacional sobre Biohidrología www.biohydrology2016.es

Además de asistir al congreso tendremos un stand en el que podreis ver todos los equipos de campo y laboratorio de Decagon Devices Inc y de UMS para determinar las Propiedades Hidráulicas

Os esperamos!!!
biohidrologia 2016

Proyecto REC (Parte III): Determinación de puntos de medición para medir la humedad del suelo

¡Hola todos!

Continuamos con un nuevo post sobre la evolución de datos de satélite a partir de datos experimentales tomados en campo.

Una de las líneas a seguir por tal de validar el método DISPATCH, es tomar medidas puntuales de la humedad del suelo a distintos puntos de la parcela. Los datos tomados, han sido tratados geoestadísticamente por tal de generar mapas de humedad usando un krigeado simple.

Disposición de los puntos y toma de medidas:

Se ha definido una malla de puntos irregular en toda la parcela de cultivo. Hay dos tipologías de puntos de medidas ya que tienen utilidades distintas:

    – Puntos para determinar la estructura y variabilidad del suelo (del 0 al 27 y del 41 al 67).
    – Puntos de soporte para realizar el krigeado (el resto de puntos).


foto 6

La medida de cada uno los puntos se ha realizado utilizando el sensor de Humedad, Conductividad Eléctrica y Temperatura GS3 (Decagon Devices Inc., Pullman, WA, USA) con el lector portátil ProCheck (Decagon devices Inc.).

gs3_prochek

Una vez se han tomado los datos en cada uno de los puntos de medición, se ha utilizado el software de geoestdística SGeMS (v2.5b) para aplicar el método de kriging y obtener un mapa de humedad continuo.

Resultados:

Se han proyectado los datos de Contenido Volumétrico en Agua con el programa SGeMS. En la figura siguiente se puede observar cada uno de los puntos medidos con su valor.


foto 7

A continuación, se ha aplicado un krigeado de la zona por tal de obtener un mapa continuo de humedad del suelo en superficie.

foto 8

Estos datos, van a ser comparados con los datos proporcionados por el satélite. Antes pero, se tendrá que utilizar un método de upscaling por tal de comparar las mismas escalas de actuación.