Determinación y evaluación de las propiedades hidráulicas del suelo y su aplicación al estudio del balance de agua en cultivos de regadío

Abstract

[ES] El conocimiento de las propiedades hidráulicas del suelo en la agricultura es necesario para la optimización del manejo del riego y la fertilización y para la estimación de la lixiviación de solutos, como el nitrato y otros compuestos contaminantes. La literatura describe numerosas técnicas y metodologías para la determinación de las propiedades hidráulicas, con resultados muy diferente. No existe un acuerdo sobre el método más apropiado para cada determinación. En el presente trabajo se comparan diferentes metodologías para estimar la humedad a saturación (𝜃sat), la humedad a capacidad de campo(𝜃cc) y la humedad en el punto de marchitez (𝜃pmp) en suelos de tres parcelas de la Huerta de Valencia. 𝜃sat se determinó por capilaridad en laboratorio y con las funciones de pedotransferencia de Saxton et al. (1986) y Wösten et al. (1999) y a partir de la densidad aparente del suelo, obteniéndose buenos resultados con la FPT de Wösten. Para las determinaciones 𝜃cc se utilizaron varios métodos: 1) muestreos sucesivos de suelo después de un riego, 2) medidas con tensiómetros y, 3) las funciones de pedotransferencia (FPT) descritas por Saxton et al. (1986) y Wösten et al (1999). Los valores de 𝜃cc estimados con el método de los muestreos, las medidas de los tensiómetros (y estimando 𝜃v a 20 kPa) y con la FPT de Wösten a 20 kPa fueron similares a las determinaciones en laboratorio a la misma tensión. En cambio, la FPT de Saxton a 20 kPa, sobreestimó los valores de 𝜃cc frente a las medidas obtenidas en laboratorio. 𝜃pmp se determinó sólo a partir de las funciones de pedotransferencia de Saxton et al. (1986) y Wösten et al. (1999), los valores obtenidos con la función de Wösten fueron superiores. Los valores de los parámetros hidráulicos obtenidos con las diferentes metodologías se utilizaron en el modelo de simulación EU-Rotate_N, y se comparó la humedad volumétrica del suelo simulada frente a los valores de humedad medidos. La calibración del coeficiente de drenaje del modelo EU-Rotate_N, mejoró de forma importante las predicciones. En general las simulaciones sobrestimaron la humedad del suelo, sugiriendo que los parámetros hidráulicos utilizados en estas simulaciones (𝜃cc y 𝜃sat) fueron altos. La 𝜃pmp fue el parámetro hidráulico menos crítico, debido a que la humedad en el suelo siempre se mantuvo muy por encima de este valor en gran parte del periodo de simulación. Las simulaciones que utilizaron los parámetros hidráulicos estimados mediante muestreos de suelo obtuvieron las mejores predicciones de la humedad del suelo, los peores resultados se obtuvieron con las simulaciones que utilizaron los parámetros obtenidos con las FPT de Saxton. En el balance de agua las principales diferencias se observaron en el drenaje de agua. Las simulaciones que utilizaron los parámetros obtenidos mediante muestreos fueron las que más drenaje generaron, al contrario de lo que sucedió con las simulaciones que utilizaron los parámetros de la función de Saxton. Estos resultados son consistentes con su menor sobrestimación de la humedad del suelo. El método de muestreos de suelos después del riego proporcionó estimaciones aceptables de la capacidad de campo, con un menor consumo de recursos y tiempo. Buenos resultados también se obtuvieron con la función de pedotransferencia de Wösten et al. (1999) y, por tanto; puede ser una buena alternativa cuando no se dispone de medidas de campo.

[CA] El coneixement de les propietats hidràuliques del sòl en l'agricultura és necessari per a l'optimització del maneig del reg i la fertilització i per a l'estimació de la lixiviació de soluts, com el nitrat i altres compostos contaminants. La literatura descriu nombroses tècniques i metodologies per a la determinació de les propietats hidràuliques, amb resultats molt diferent. No existeix un acord sobre el mètode més apropiat per a cada determinació. En el present treball es comparen diferents metodologies per a estimar la humitat a saturació (𝜃sat), la humitat a capacitat de camp(𝜃cc) i la humitat en el punt de marchitez (𝜃pmp) en sòls de tres parcel·les de l'Horta de València. 𝜃sat es va determinar per capil·laritat en laboratori i amb les funcions de pedotransferència de Saxton et al. (1986) i Wösten et al. (1999) i a partir de la densitat aparent del sòl, obtenint-se bons resultats amb la FPT de Wösten. Per a les determinacions 𝜃cc es van utilitzar diversos mètodes: 1) mostrejos successius de sòl després d'un reg, 2) mesures amb tensiòmetres i, 3) les funcions de pedotransferencia (FPT) descrites per Saxton et al. (1986) i Wösten et al (1999). Els valors de 𝜃cc obtinguts amb el mètode dels mostrejos, les mesures dels tensiòmetres (i estimant 𝜃v a 20 kPa) i amb la FPT de Wösten a 20 kPa van ser similars a les determinacions en laboratori a la mateixa tensió. En canvi, la FPT de Saxton a 20 kPa, sobreestimá els valors de 𝜃cc enfront de les mesures obtingudes en laboratori. 𝜃pmp es va determinar només a partir de les funcions de pedotransferencia de Saxton et al. (1986) i Wösten et al. (1999), els valors obtinguts amb la funció de Wösten van ser superiors. Els valors dels paràmetres hidràulics obtinguts amb les diferents metodologies es van utilitzar en el model de simulació EU-Rotate_N, i es va comparar la humitat volumètrica del sòl simulada enfront dels valors d'humitat mesurats. El calibratge del coeficient de drenatge del model EU-Rotate_N, va millorar de forma important les prediccions. En general les simulacions van sobreestimar la humitat del sòl, suggerint que els paràmetres hidràulics utilitzats en aquestes simulacions (𝜃cc i 𝜃sat) van ser alts. La 𝜃pmp va ser el paràmetre hidràulic menys crític, a causa que la humitat en el sòl sempre es va mantenir molt per sobre d'aquest valor en gran part del període de simulació. Les simulacions que van utilitzar els paràmetres hidràulics benvolguts mitjançant mostrejos de sòl van obtenir les millors prediccions de la humitat del sòl, els pitjors resultats es van obtenir amb les simulacions que van utilitzar els paràmetres obtinguts amb les FPT de Saxton. En el balanç d'aigua les principals diferències es van observar en el drenatge d'aigua. Les simulacions que van utilitzar els paràmetres obtinguts mitjançant mostrejos van ser les que més drenatge van generar, al contrari del que va succeir amb les simulacions que van utilitzar els paràmetres de la funció de Saxton. Aquests resultats són consistents amb el seu menor sobrestimació de la humitat del sòl. El mètode de mostrejos de sòls després del reg va proporcionar estimacions acceptables de la capacitat de camp, amb un menor consum de recursos i temps. Bons resultats també es van obtenir amb la funció de pedotransferència de Wösten

[EN] Knowing soil hydraulic properties is important in agriculture for the optimization of irrigation and fertilization management as well as for the estimation of solute leaching, such as nitrate and other pollutants. Numerous techniques and methodologies have been described for the determination of hydraulic properties and their results are very variable. So far, there is no agreement on the most appropriate method for each determination. In this work different methodologies to estimate moisture at saturation (θsat), moisture at field capacity (𝜃cc) and wilting point moisture (𝜃pmp) are compared using the soil of three plots located in La Huerta de Valencia. 𝜃sat was determined by capillarity in the laboratory as well as by the pedotransfer functions (PTF) described by Saxton et al. (1986) and Wösten et al. (1999) and from the bulk density of soil, obtaining good results with the Wösten PTF. The methods for determining 𝜃cc were: 1) successive soil sampling, after one irrigation, 2) measurements with tensiometers and, 3) pedotransfer functions (PTF) given by Saxton et al. (1986) and Wösten et al (1999). 𝜃cc values estimated with the soil sampling method, measurements with tensiometers (and estimating 𝜃v at 20 kPa) and the Wösten PTF at 20 kPa were similar to those obtained with the laboratory determinations at the same wáter tension. In contrast, Saxton FPT at 20 kPa overestimated 𝜃cc compared against the laboratory measurements values. 𝜃pmp was calculated only using pedotransfer functions of Saxton et al. (1986) and Wösten et al. (1999); the values derived from Wösten function were higher. All the hydraulic parameter values obtained by the different methods were used in the simulations with the EU-Rotate_N model; simulated and measured soil water contents were compared. Calibration of drainage coefficient in the EU-Rotate_N model significantly improved the predictions. Overall, the simulations overestimated soil moisture, suggesting that the hydraulic parameters used in these simulations (𝜃cc and 𝜃sat) were higher tan the true values. 𝜃pmp was the less critical hydraulic parameter, this was due to the fact that soil moisture always was far above this value over most of the simulation period. The simulations that used the values of the hydraulic parameters estimated by soil sampling achieved the best predictions of soil moisture, whereas the worst results were obtained with the simulations that used the parameters obtained with the Saxton FPT. Regarding the soil water balance, the main differences detected were in drainage. The simulations that used the parameters of the sampling method were the ones that gave the highest drainage, in contrast to the simulations using the parameters of Saxton’s PTF. These results are consistent with their respective lower overestimation of soil moisture. The method of soil sampling after irrigation provided acceptable estimates of field capacity, with lower consumption of resources and time. Good results were also obtained with the pedotransfer function developed Wösten et al. (1999) and, therefore