Cómo se evalua la Salinidad...

En el agua de riego...

• SALINIDAD.

  La capacidad del agua para conducir la electricidad aumenta con la concentración de sales. De esta forma, midiendo la conductividad eléctrica (CE) del agua mediante un par de electrodos, se puede estimar su salinidad de forma rápida y fiable. La conductividad eléctrica se mide generalmente en unidades de dS/m (deciSiemens por metro). Dicha conductividad eléctrica del agua depende de la temperatura por lo que, para realizar comparaciones válidas la conductividad eléctrica debe expresarse en relación a una temperatura de referencia. Habitualmente esta temperatura es de 25ºC. En consecuencia, cuanto mayor es la conductividad a 25 ºC (CE₂₅), mayor es la concentración de sales del agua. Los aparatos que se usan para medir la conductividad eléctrica se llaman conductímetros. Existen modelos portátiles, de muy fácil manejo que proporcionan medidas fiables de la concentración de sales en el agua. Estos aparatos deben se calibrados periódicamente con patrones de salinidad conocida para asegurar la fiabilidad de las mediciones.

  

  Figura 1. Conductímetro portátil midiendo la conductividad eléctrica de una solución acuosa.

  Para tener una idea de los valroes de conductividad eléctrica del agua de riego con respecto a diferentes aguas, en la siguiente tabla 1 se muestran valores medios de conductividad eléctrica de aguas de diferente procedencia.

  Procedencia	Conductividad Eléctrica (dS/m)
  Agua de lluvia	0.15
  Agua consumo humano	0.5
  Agua de riego	0.8 - 2.5
  Agua de mar	60

  Tabla 1. Valores de conductividad eléctrica de diferentes aguas según su procedencia.

• SODICIDAD.

  La evaluación de la sodicidad del agua de riego es un poco más complicada que la evaluación de la salinidad, ya que no existen aparatos que la midan directamente. Para conocerla hay que analizar una muestra de agua en el laboratorio. La sodicidad de un agua se evalúa mediante la determinación de la Relación de Adsorción de Sodio (RAS). Esta relación expresa la concentración relativa de sodio respecto a las concentraciones de calcio y magnesio. Se mide analizando la concentración de estos tres iones (Na⁺, Ca²⁺ y Mg²⁺) en el agua de riego y utilizando la siguiente ecuación

  

  En esta ecuación, las concentraciones de Na⁺, Ca²⁺ y Mg²⁺ tienen que expresarse en meq/L. Cuanto más sodio tenga un agua respecto a la suma de calcio y magnesio el efecto de la sodicidad en el suelo será mayor. Los carbonatos de calcio y, en menor medida, de calcio y magnesio, constituyen minerales ampliamente extendidos en los suelos de regiones con clima árido y semiárido, incluyendo las áreas mediterráneas. La disolución de estos minerales incrementa la concentración de calcio en la solución del suelo, y en consecuencia, disminuye el riesgo de sodificación. Para tener en cuenta el efecto protector de los minerales carbonatados sobre la estructura del suelo se calcula el llamado RAS ajustado. En el cálculo del RAS ajustado la concentración de calcio determinada mediante análisis se sustituye en la ecuación anterior por la concentración de calcio que puede existir en la solución de suelos calcáreos como función del dióxido de carbono y la conductividad eléctrica, el bicarbonato y el calcio del agua de riego. La siguiente ecuación constituye un método para el cálculo de la mencionada concentración de calcio.

  

  donde el EC_ar es la conductividad eléctrica del agua de riego expresada en dS/m, Ca²⁺ es la concentración de calcio en el agua de riego medida en meq/L, y Alk es la concentración de bicarbonato del agua de riego medida también en meq/L y pCO2 es la presión parcial de CO2 en el extracto de saturación expresada en atmósferas, que puede tomarse igual a 0.01 como valor adecuado en la mayoría de los suelos.

• EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA DE RIEGO.

  Para evaluar la calidad del agua de riego en función de la salinidad y sodicidad se representan las medidas de conductividad eléctrica y de relación de adsorción de sodio (RAS o RAS ajustado) en el gráfico de la figura 2.

  

  Figura 2. Gráfico para la evaluación de la calidad del agua de riego en función de su salinidad y sodicidad.

  Las aguas con mejor calidad para ser utilizadas en el riego se sitúan en el triángulo verde mostrado en la parte inferior izquierda del gráfico de la figura 2. Estas aguas son de baja salinidad (menos de 1.3 dS/m) y valores bajos de RAS (menos de 3 (mmolL^-1)^1/2).

  En la figura 3 se muestran algunos ejemplos de aguas de riego utilizadas en la Comunidad Valenciana. Las aguas de mejor calidad son aquellas que provienen de ríos como el Júcar, Turia, Mijares, Palancia, Ebro y del Trasvase Tajo-Segura. Las aguas provenientes de acuíferos suelen mostrar salinidades más elevadas al igual que las depuradas que se sitúan en el límite con las moderadamente salinas. También es importante resaltar que las aguas desaladas suelen tener una salinidad baja pero con alto RAS por lo que podrían ocasionar algún problema de sodificación si no se corrige su composición iónica previamente a su uso.

  

  Figura 3. Evaluación de varias aguas de riego utilizadas en la Comunidad Valenciana.

• OTROS PARÁMETROS DEL AGUA DE RIEGO.

  La calidad del agua de riego para uso en regadío puede evaluarse en función de otros parámetros. En la siguiente tabla 2 se muestran algunos de ellos y cómo se clasifican de forma general las aguas en virtud de los mismos.

  Parámetro	Bajo	Moderado	Alto
  pH	< 6.5	6.5 - 8.5	> 8.5
  Na - SAR	< 3	3 - 9	> 9
  Cl-	< 4	4 - 10	> 10
  NO3	< 0.35	0.35 - 1.42	> 1.42
  SO4	< 0.0625	0.0625 - 4.687	> 4.687
  Ca	< 0.7	0.7 - 3.75	> 3.75
  Mg	< 0.0082	0.0082 - 0.123	> 0.123
  HCO3	< 1.5	1.5 - 7.5	> 7.5
  RSC (Carbonato sódico residual)	< 1.25	1.25 - 2.5	> 2.5

  * Todos los valores están expresados en meq/l excepto el Na-SAR.

  Tabla 2. Clasificación de las aguas de riego en función de varios de sus parámetros.

En el suelo...

• SALINIDAD.

  Cuando la sal es visible en la superficie del suelo su nivel de salinidad puede ser muy elevada y el cultivo estará afectado casi con seguridad. Para adelantarse a la aparición de estos problemas, se deben utilizar herramientas capaces de evaluar el nivel de sales del suelo antes de que se aprecien los síntomas de salinidad.

  Para ello se pueden seguir varias estrategias:

  1. Análisis laboratorio.

     Muy costoso en tiempo y dinero debido a que se deben tomar muestras de suelo en varios sitios de la parcela, a diferentes profundidades y luego enviarlas a un laboratorio especializado en suelos para que realicen las determinaciones.

     El procedimiento estándar para la determinación en laboratorio de la salinidad de los suelos requiere la realización de lo que comunmente se denomina "pasta saturada del suelo", para posteriormente obtener el extracto de saturación que es donde se medirá la conductividad eléctrica. El procedimiento se lleva a cabo añadiendo agua destilada a una muestra de suelo, mezclándolos hasta hacer una pasta que esté saturada de agua. Se obtiene entonces el extracto de saturación por filtración de la pasta mediante una bomba de succión, y se realiza la medida de conductividad eléctrica del mismo. Con este valor de conductividad eléctrica en extracto de saturación (CE_es) se puede clasificar el grado de afectación por salinidad del suelo.

     Hay métodos simplificados que se basan en la obtención del extracto de una suspensión suelo-agua formada por cinco partes de agua y una de suelo. En este extracto se mide la conductividad eléctrica, la cual puede relacionarse de modo aproximado con la medida de referencia en el extracto de saturación.

  2. Medición de la salinidad del suelo con sondas directamente en campo.

     La salinidad del suelo también puede evaluarse mediante el uso de sondas. La propiedad medida con la sonda es la conductividad eléctrica aparente (CEa) del suelo. Esta conductividad eléctrica aparente es la conductividad eléctrica del suelo como un todo. Esta propiedad depende de otras propiedades del suelo, a parte de la propia salinidad, como son la humedad y la textura. La conductividad eléctrica aparente de un suelo es, en consecuencia, distinta de la conductividad eléctrica de la solución del suelo, y por supuesto distinta de la conductividad eléctrica en el extracto de saturación. Sin embargo, la utilización de sondas presenta la ventaja de la inmediatez de la medida y la desventaja de la compleja correspondencia que existe entre la medida de la sonda y la medida de referencia en el extracto de saturación. Existen diferentes tipos de sondas, las cuales difieren en el fundamento físico de la medida. Los principales principios físicos en uso para la construcción de sondas de salinidad son la inducción electromagnética, la resistividad y la reflectometría. Un característica común en todas las sondas es que presentan el inconveniente de responder tanto a la salinidad como a la humedad del suelo. La estandarización de las mediciones exige, en consecuencia, la compensación del efecto de la humedad, o bien la realización de mediciones a un contenido de humedad más o menos constante, siendo el de capacidad de campo el más idóneo. Para realizar mediciones próximos a este contenido de humedad se aconseja esperar 2 ó 3 días tras un riego o una lluvia intensa. Existen pues, varios tipos de sonda, algunas de las cuales se detallan a continuación:

     • De tipo electromagnético: Sonda Geonis EM38, Dualem 1S, etc.

       Se trata de una técnica de medición no invasiva que ha sido muy utilizada para cartografiar la salinidad de parcelas regadas por superficie ya que las medidas con estas sondas se corresponden, aproximadamente, con la salinidad del suelo hasta 1.5 m de profundidad. Para obtener medidas fiables de la salinidad del suelo, las sondas se deben calibrar frente a mediciones de conductividad eléctrica en el extracto de saturación. La facilidad y rapidez con la que estas sondas realizan las medidas las hacen muy útiles para conocer la distribución espacial de la salinidad en un campo de cultivo. Estas sondas han sido ampliamente utilizadas en la agricultura de precisión, ya que pueden conectarse fácilmente a un GPS y un ordenador portátil.

       

       Figura 4. Diferentes posiciones de medición de la Sonda EM38(vertical y horizontal)

       

       Figura 5. Sonda EM38 midiendo la salinidad en campo

       Funcionamiento de la Sonda EM38.
       Esta sonda empezó a utilizarse hace más de 30 años. Mide la conductividad eléctrica aparente del suelo (CEa) en función de la intensidad de un campo magnético inducido en el suelo por la propia sonda.

       El instrumento dispone de dos bobinas, una transmisora y otra receptora, localizadas cada una de ellas en cada extremo de la sonda. La separación de un metro entre ambas bobinas es lo que permite realizar mediciones hasta más de 1.5 m de profundidad. Para las mediciones la sonda utiliza una pila de 9V que le otorga una autonomía de varias horas.

       La bobina transmisora está conectada a un oscilador que opera a 13.2 kHz, la cual genera un campo magnético variable llamado campo magnético primario de intensidad Hp. Por el fenómeno de inducción, este campo magnético variable induce un campo eléctrico, también variable en el suelo. En respuesta a este campo eléctrico en el suelo, se genera una corriente eléctrica alternante. La intensidad de esta corriente eléctrica es proporcional a la conductividad eléctrica del suelo y a la intensidad del campo magnético primario (Hp), es decir a la proximidad de la sonda al suelo. La corriente alterna generada en el suelo induce, a su vez, por el mismo fenómeno de inducción, un campo magnético secundario de intensidad Hi. La suma de ambos campos magnéticos (Hp y Hi) inducen una corriente en la bobina receptora que, tras realizar los ajustes oportunos, es proporcional a la conductividad eléctrica del suelo (CEa). En la figura siguiente (fig.6) se muestra un esquema explicativo del funcionamiento de esta sonda.

       

       Figura 6. Esquema explicativo del funcionamiento de la sonda EM38. (Tomado de: Robinson et al. 2004, Soil Sci.Soc.Am.J. 68:339-345)

       La sonda, en sus dos posiciones de medida, horizontal y vertical, es capaz de medir directamente en tres rangos de CEa: 0-100, 0-300, 0-1000 mS/m. En posición horizontal se obtienen mediciones de salinidad de la parte más superficial del suelo. En posición vertical la sonda proporciona mediciones que integran una mayor profundidad de suelo. Conocida la distribución de humedad con la profundidad de suelo, la diferencia entre la medida en posición horizontal y vertical puede indicarnos cuál es la distribución de sales con la profundidad. Valores de CEa mayores para la posición horizontal que para la posición vertical indica que la salinidad de la superficie del suelo es mayor que en la parte profunda. Al contrario, valores de CEa menores para la posición horizontal indica que la salinidad es mayor en profundidad que en superficie. La igualdad entre estos dos valores indica una distribución uniforme de la salinidad con la profundidad del suelo. Con respecto a la contribución de la profundidad del suelo a la señal, el 75% de la respuesta de la sonda es proporcionada por el suelo hasta una profundidad de 90 cm en posición horizontal y hasta 1.9 m en posición vertical.

        

     • De tipo resistivo: Sonda Martek SCT, Decagon ECH2O-TE.

       Las sondas resistivas fueron las primeras en desarrollarse y, en la actualidad, constituyen la tecnología más económica para medir la conductividad aparente del suelo. Como su nombre indica esta técnica se fundamenta en la medida de la resistencia que el suelo opone al paso de la corriente eléctrica. El circuito eléctrico se establece mediante un generador de potencia, el suelo y un par de electrodos que cierran el circuito entre el generador y el suelo. En la aplicación clásica, entre los dos electrodos que conectan el generador con el suelo se disponen otros dos electrodos (figura 7), los cuales se utilizan para medir la caída de potencial a través del suelo. Esta caída de potencial es directamente proporcional a la resistencia del suelo al paso de corriente, la cual puede determinarse así. Utilizando el valor de la resistencia y la geometría del montaje de los electrodos, se calcula la conductividad eléctrica aparente (CEa) del suelo. Para facilitar el manejo los cuatro electrodos pueden integrarse en una única pieza como se ha hecho en la sonda Martek SCT (figuras 7 y 8) y en la sonda Decagon ECH2O-TE. En ambas, la sonda está conectada a un instrumento que integra el generador de potencia y el voltímetro necesarios para realizar las medidas de conductividad. La sonda Martek-SCT está diseñada para medir la conductividad eléctrica aparente de un volumen de suelo de unos 2400 cm³. Con esta sonda la medida de CEa del suelo puede llevarse a cabo a intervalos de 15 cm de profundidad. Para ello se debe realizar un agujero en el suelo, mediante una barrena, de un diámetro igual al de la sonda. De este modo se asegura el buen contacto entre los electrodos y el suelo, imprescindible para la obtención de medidas fiables con sondas resistivas.

       

       Figura 7. Detalle del sensor Martek SCT.

       Al igual que la conductividad eléctrica del agua, la conductividad eléctrica aparente del suelo depende de la temperatura. De la misma forma que en el agua, la influencia de la temperatura debe corregirse refiriendo las medidas de conductividad eléctrica a una temperatura estándar de 25ºC. La mayoría de sondas incorporan para este fin un sensor que responde a la temperatura, como son un termopar o un termistor. Asimismo, esta medida de resistencia también varía con la humedad del suelo, por lo que se aconseja realizar mediciones a una humedad próxima a la capacidad de campo, o después de 2-3 días de un riego o lluvia intensa.

       

       Figura 8. Sonda MARTEK SCT realizando mediciones en campo de horizontes profundos.

       Otras sondas más modernas son la 5TE y GS3 (Decagon, figura 9). Estas sondas integran sensores de salinidad y temperatura, con sensores capaces de estimar la humedad del suelo en base a medidas de capacitancia. De esta forma, se consiguen sondas combinadas que permiten medir simultáneamente, la humedad, la salinidad y la temperatura del suelo. Algunos resultados acerca de la calibración de este tipo de sondas, así como de su utilidad práctica en la gestión en campo del suelo, agua, y cultivo pueden consultarse en Visconti et al. 2014 (ver apartado de artículos de investigación, en pestaña de inicio)

       Sonda 5TE (Decagon)	Sonda GS3 (Decagon)

       Figura 9. Sondas de tipo Capacitivo: 5TE y GS3.

     • Sondas reflectométricas (TDR, FDR): CS655, WET

       La reflectometría es una técnica que se basa en la reflexión que experimenta un pulso electromagnético cuando es transmitido al suelo mediante electrodos. Esta técnica ha sido utilizada en la medición de la humedad del suelo principalmente de dos formas. En la reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), se mide el tiempo que transcurre desde que el pulso es enviado a través de unos electrodos insertados en el suelo, hasta que vuelve tras ser reflejado. En la reflectometría en el dominio de la frecuencia (FDR) se mide la frecuencia de resonancia del circuito formado por los electrodos y el suelo tras la emisión del pulso. Ambos, el tiempo y la frecuencia de resonancia, son función de la permitividad dieléctrica del suelo y, en consecuencia, la reflectometría se ha utilizado ampliamente para la determinación de la humedad del suelo. No obstante, el pulso que es enviado a través del suelo no sólo es reflejado sino que experimenta una atenuación que es proporcional a la conductividad eléctrica del mismo. Este fenómeno se utiliza para la estimación de la conductividad eléctrica aparente del suelo mediante reflectometría. Debido a su naturaleza las sondas reflectométricas pueden estimar simultáneamente la humedad y la salinidad del suelo. Mediante electrónica o software, las medidas de humedad y salinidad pueden combinarse para la estimación de la salinidad en la solución del suelo. Estas sondas también llevan integrado un sensor de temperatura para poder obtener una medida referida a la temperatura estándar de 25 ºC. La reflectometría ha sido durante años una técnica cara que ha exigido, además, conocimientos especializados para la interpretación de las medidas. No obstante, recientemente han aparecido en el mercado sondas integradas, automatizadas y de menor coste para la estimación de la salinidad del suelo corregida por humedad y temperatura. Estas sondas son, por ejemplo, la CS650 y CS655 de Campbell basadas en TDR, y la WET de Delta-T Devices basada en FDR (figura 10).

       Sonda tipo FDR (WET, Delta-T)	Sonda tipo TDR (CS655, Campbell)

       Figura 10. Sondas reflectométricas: WET y CS655.

       La mayoría de sondas de resistividad y reflectometría que se desarrollan en la actualidad pueden conectarse fácilmente a unidades de almacenamiento de datos (dataloggers). De esta manera se puede realizar un seguimiento continuo de la salinidad del suelo, y así utilizarse en sistemas automatizados de control y gestión del agua de riego. La puesta en funcionamiento de sistemas de este tipo constituye, no obstante, un área de investigación y desarrollo actual.

       A modo de resumen sobre el uso de las sondas en la evaluación de la salinidad del suelo, a continuación se presenta la tabla 3 donde se muestran las características generales de varias sondas que existen en el mercado

Sonda / modelo	Fabricante	Tipo	Volumen explora suelo	Mide Hum.	Mide Tª	Estima CEss*	Coste (€)	Sitio web
EM38	Geonics Ltd.	Inductiva	≈ 1 m3	NO	NO	NO	> 10000	www.geonics.com/
Dualem 1S	Dualem Inc.	Inductiva	≈ 1 m3	NO	NO	NO	> 10000	www.dualem.com/
ECH2O-TE	Decagon Devices Inc.	Resistiva	≈ 100 cm3	SI	SI	NO	Retirada	www.decagon.com/
5TE	Decagon Devices Inc.	Resistiva	≈ 100 cm3	SI	SI	NO	< 1000	www.decagon.com/
GS3	Decagon Devices Inc.	Resistiva	≈ 100 cm3	SI	SI	NO	< 1000	www.decagon.com/
Martek-SCT	Martek Instruments Inc.	Resistiva	≈ 2 dm3	NO	SI	NO	Retirada	www.martekinstruments.com
WET	Delta-T Devices Ltd.	FDR	≈ 100 cm3	SI	SI	SI	> 1000	www.delta-t.co.uk/
CS650	Campbell Scientific	TDR	0.1 - 2 dm3	SI	SI	NO	< 1000	www.campbellsci.com/
CS655	Campbell Scientific	TDR	0.1 - 2 dm3	SI	SI	NO	< 1000	www.campbellsci.com/
Cuatro electrodos en geometría variable	Varios	Resistiva	1 - 1000 dm3	NO	NO	NO	< 1000

* CEss: Conductividad eléctrica en la solución del suelo.

Tabla. 3. Características generales de varias sondas utilizadas en la medición de la salinidad y/o humedad del suelo.

Clasificación de la SALINIDAD del suelo.

Una vez determinada la salinidad del suelo, medida como la conductividad eléctrica en el extracto de saturación, es posible evaluar su salinidad según la clasificación realizada por el departamento de agricultura de los EEUU. Esta clasificación va desde los suelos no salinos (CE_es< 2dS/m) cuyo nivel de salinidad no afecta al cultivo, hasta el extremadamente salino (CE_es> 16 dS/m) cuyo nivel de salinidad afecta a todos los cultivos, excepto a los muy tolerantes.

Clasificación del suelo	Conduct. Eléctrica* en el extracto de saturación (dS/m)	Efecto en el cultivo
No salino	0 - 2	No afecta a los cultivos
Ligeramente salino	2 - 4	Puede disminuir los rendimientos de los cultivos sensibles
Moderadamente salino	4 - 8	Disminuye el rendimiento de la mayoría de los cultivos.
Salino	8 - 16	Rendimiento satisfactorio sólo de cultivos tolerantes
Extremadamente salino	> 16	Rendimiento satisfactorio sólo de cultivos muy tolerantes

*Conductividad eléctrica para 90% de rendimiento relativo de los cultivos excepto en la última categoría que es del 70%.

Clasificación de la SODICIDAD del suelo.

La sodicidad de un suelo normalmente se evalúa mediante la determinación del Porcentaje de Sodio de Intercambio (PSI) aplicando la siguiente ecuación:

Para el cálculo del PSI se necesita determinar el contenido de sodio intercambiable y la capacidad de intercambio catiónico (CIC) del suelo. Valores de PSI > 15% suelen anunciar que el suelo comienza a tener problemas de infiltración y flujo de agua. Para realizar estas determinaciones se necesita un laboratorio equipado ya que no son determinaciones sencillas. Por ello, esta determinación suele sustituirse por la medida de la relación de adsorción de sodio (RAS) de los cationes solubles medidos en el extracto de saturación, ya que las dos determinaciones son proporcionales.

La ecuación obtenida por el USSL que relaciona el PSI con otra medida más fácil de realizar como el RAS es:

Este cálculo se puede realizar de forma gráfica, utilizando el nomograma de la figura 11.

Figura 11. Gráfico para el cálculo del porcentaje de sodio de intercambio (PSI) en función de la relación de adsorción de sodio de la solución del suelo (SAR ó RAS).

Una vez determinado el PSI, se puede evaluar la sodicidad del suelo comparando este valor obtenido con los rangos propuestos por Massoud (1971) que se muestran en la siguiente tabla.

Porcentaje Sodio Intercambio (PSI, %)	Evaluación del Suelo
< 7	No sódico
7 - 15	Ligeramente sódico
15 - 20	Moderadamente sódico
20 - 30	Fuertemente sódico
> 30	Extremadamente sódico

En términos generales, los suelos de la Comunidad Valenciana no suelen mostrar síntomas de sodicidad porque no se observan altos valores de PSI. Esto, unido a que las arcillas de los suelos valencianos suelen ser illitas, que son arcillas poco dispersables, y a la función agregante que ejercen los carbonatos de calcio y magnesio frente al efecto dispersivo del sodio, hacen que los suelos valencianos no sean propensos a mostrar problemas de sodicidad.