Monitoramento da umidade em solos e substratos orgânicos, empregando o método eletromagnético FDR

Abstract

Resumo: Sistemas de irrigação em campos agrícolas podem ser utilizados para suplementar água e garantir boas produtividades. No entanto, o manejo ineficiente da irrigação pode ocasionar o estresse hídrico na cultura. Para que os sistemas de irrigação sejam eficientes, é essencial o uso de ferramentas de monitoramento da umidade do solo, permitindo definir a quantidade de água e o momento ideal para irrigação. Dentre essas ferramentas, há os métodos eletromagnéticos, em especial a técnica Frequency Domain Reflectometry (FDR), destacando-se pela sua qualidade na estimativa da umidade e pelo baixo custo de aquisição. No entanto, inúmeros estudos comprovam a necessidade de calibração específica do equipamento para cada tipo de meio poroso. Este trabalho teve como objetivo avaliar a qualidade da estimativa da FDR ao ajustar modelos de calibração para amostras deformadas de solo, com diferentes granulometrias, e amostras indeformadas para solo de textura argilosa, além de substratos orgânicos com diferentes composições. O experimento foi realizado na Universidade Estadual de Maringá, utilizando sensores FDR em amostras de solo indeformadas e deformadas, coletadas em diferentes campus da universidade, enquanto os substratos foram adquiridos de fabricantes. O método FDR, desde que calibrado para o meio poroso em questão, estima de forma adequada a umidade de solos e substratos. No entanto, as diferentes composições dos substratos e a granulometria dos solos impossibilitam o ajuste de uma única curva para ambos. A inserção e remoção periódicas do sensor em diferentes pontos de amostras de substratos não diferem em qualidade de estimativa quando comparadas à instalação permanente na mesma posição para a calibração do material orgânico. Para a calibração em solos argilosos, o ajuste da curva deve ser realizado a partir de amostras indeformadas, devido à variabilidade da densidade no campo. Além disso, a densidade do substrato e a condutividade elétrica afetam significativamente a curva de calibração de um substrato, sendo, portanto, variáveis que devem ser consideradas ao estabelecer essa curva.

Abstract: Agricultural irrigation systems can be used to supplement water and ensure good productivity. However, inefficient irrigation management can lead to water stress in crops. For irrigation systems to be efficient, it is essential to use soil moisture monitoring tools, allowing for the determination of the optimal amount of water and the ideal timing for irrigation. Among these tools, electromagnetic methods, especially the Frequency Domain Reflectometry (FDR) technique, stand out for their quality in estimating moisture and low acquisition costs. However, numerous studies show the need for specific calibration of the equipment for each type of porous medium. This study aimed to evaluate the quality of the FDR estimation by adjusting calibration models for deformed soil samples with different granulometries, as well as undisturbed samples from clayey soil, and organic substrates with different compositions. The experiment was conducted at the State University of Maringá, using FDR sensors on undisturbed and deformed soil samples collected from different campuses of the university, while the substrates were obtained from manufacturers. The FDR method, when calibrated for the specific porous medium, estimates soil and substrate moisture accurately. However, the different compositions of the substrates and the granulometry of the soils prevent the adjustment of a single curve for both. The periodic insertion and removal of the sensor at different points in substrate samples do not differ in estimation quality when compared to permanent installation in the same position for the calibration of organic material. For calibration in clayey soils, the curve adjustment should be performed using undisturbed samples due to the variability of density in the field. Moreover, the density of the substrate and electrical conductivity significantly affect the calibration curve of a substrate, making them variables that must be considered when establishing this curve.