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Conheça os sensores de solo e como funcionam

Para acompanhar as condições do desenvolvimento vegetal, é de extrema importância conseguir determinar as variáveis ambientais. Com isso em mente, os sensores de solo possuem destaque na área de agricultura digital e de precisão.

São muitas vezes chamados apenas de sensores de solo, mas são na verdade sensores de umidade no solo. Estes são bastante utilizados para realizar leituras automáticas, muitas vezes conectados à internet. Com o acesso facilitado às informações de umidade, além de coletas constantes, a segurança dessas informações é muito maior.

Portanto, para se conhecer a umidade do solo de forma rápida, o uso de sensores de solo são uma maneira relativamente barata de se obter essa informação. Apesar de não serem tão comuns quanto poderiam, os sensores de solo já têm sido empregados no campo por agricultores que estão preocupados em produzir com muito mais controle.

Água no solo

Capacidade de água do solo

O solo é composto por uma grande quantidade de partículas, de tamanhos e origens variadas. Dentro dessa mistura temos minerais, que são pedaços de rocha que foram degradadas ao longo do tempo, matéria orgânica e ar que preenche os espaços vazios.

A capacidade de água de um solo é a medida da quantidade de água que ele é capaz de armazenar em uma dada quantidade de solo. Essa medida pode ser tomada em volume de água por volume de solo ou em massa de água por massa de solo.

Gráfico com capacidade de retenção de água no solo
Comparação simplificada de capacidade de retenção de água para solos argilosos e arenosos

Na figura acima a água gravitacional é a água retida apenas pela gravidade. Isso quer dizer que não está “presa” às partículas do solo, mas apenas naquele lugar pois não escorreu. Portanto, essa parcela é maior em solos arenosos, naturalmente. Apesar disso essa água é facilmente perdida pois está fracamente ligada ao solo.

Água disponível

É a parcela da água que, uma vez retida pelo solo, é possível de ser utilizada pelas plantas. Em um solo muito seco, a tensão necessária para que a planta remova a água do solo pode ser muito grande, impedindo o funcionamento desse mecanismo, essa água que não pode ser removida é uma água que não está disponível no solo (para as plantas).

Essa é, portanto, uma informação essencial que se pode conseguir através de sensores de solo.

Saturação do solo

Um solo saturado é aquele que tem todos os espaços vazios preenchidos com água. O ponto exato em que todos os espaços são preenchidos é o ponto de saturação. A partir desse ponto, qualquer quantidade de água que seja aplicada (chuva ou irrigação) não pode ser retida pelo solo, uma vez que ultrapassa a sua capacidade de armazenamento.

Os sensores de solo são vitais para a obtenção desse dado. Portanto, agricultores que têm dificuldades com solos saturados muitas vezes recorrem aos sensores.

Textura do solo e sua influência

O material de origem do solo tem grande influência sobre a capacidade de retenção de água. Além da diferença que a granulometria das partículas causa na capilaridade do solo, a proporção de matéria orgânica presente tem um efeito muito relevante para a quantidade de água armazenada. Isso se deve à grande capacidade de retenção de água por parte da matéria orgânica.

Assim, mesmo em regiões bastante arenosas, quando há grande quantidade de matéria orgânica no solo, a retenção de água pode ser boa.

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Movimento de água no solo

A água se movimenta bastante depois de chegar ao solo. Não trataremos nesse material do escoamento superficial, isto é, a movimentação da parcela de água que não penetra no solo e se movimenta pela superfície do solo.

Tendo penetrado no solo, a água se move através de pequena aberturas entre as partículas. Escoa por buracos escavados pelo homem ou por animais, vazios que estão abaixo da superfície, lençóis freáticos, rios subterrâneos e rochas porosas.

Esses espaços permitem que a água se desloque. É por isso, então, importante conhecer a textura do solo, já que esse é um parâmetro essencial, de grande influência no o volume de água que o solo é capaz de reter.

Capilaridade

A água utiliza a capilaridade para se mover. Esse fenômeno ocorre devido às pontes de hidrogênio nas moléculas da água. São bastante comuns as demonstrações da ocorrência dessa característica, sendo a mais simples o uso de canudos para beber algum líquido.

Ao fazermos uso de um canudo, a água em contato com as paredes, tende a se mover ao longo do tubo de forma natural. Simplesmente pela força de ligação das suas moléculas. Quanto mais estreito for o tubo, maior a força que ligação entre as moléculas é capaz de exercer, criando movimentação do líquido simplesmente pela característica da substância.

Foto de copo de água com canudo

O nome do fenômeno é capilaridade pois tubos muito estreitos são chamados capilares.

Isso acontece também no solo. Como as partículas possuem tamanhos (ou granulometrias) diversos, o espaço entre as mesmas também é variável.

O que ocorre, a grosso modo, é que partículas maiores como areia, tendem a apresentar maior granulometria. Portanto maiores espaços entre as partículas, dessa forma as forças capazes de reter água no solo são menores e, por isso, solos arenosos conseguem reter menos água.

Já os solos argilosos, por sua vez, possuem partículas muito pequenas, com menor espaço entre elas. Essa característica permite que as moléculas de água se agarrem fortemente entre as partículas de solo e por isso, tipicamente, solos argilosos são mais capazes de armazenar água.

Drenagem

Drenagem é a capacidade do solo de permitir o movimento de água. Podemos, por exemplo, esperar que em solos mais arenosos e com pouca matéria orgânica, a drenagem seja alta. Assim, a retenção de água deve ser baixa. Isso quer dizer que esse tipo de solo, tipicamente, tem a característica de permitir mais facilmente que a água escoe pelos seus espaços vazios, movimentando-se e não ficando disponível para as plantas.

Solos arenosos e com pouca retenção geralmente são utilizados para o cultivo de plantas menos exigentes com recursos hídricos justamente por causa desse ponto. No entanto, é possível encontrar áreas com pouca retenção de água pelo solo mas que recebem irrigação abundante por rios, por exemplo.

Foto de ralo para drenagem

Irrigação

É a atividade de fornecer água para uma área, geralmente com a intenção de favorecer o desenvolvimento de uma cultura. A oferta de água é determinante para garantir a produção do campo. Algumas culturas são mais sensíveis que as outras aos períodos de seca e mesmo algumas respondem bem ao estresse hídrico em determinados períodos, como é o caso do citros.

Foto de sistema de irrigação por aspersão

No norte do estado de São Paulo, por exemplo, o estresse hídrico no período adequado favorece o florescimento, auxiliando na uniformidade e qualidade da produção. Nesse contexto, o controle da irrigação no momento exato é tão importante quanto sua pausa no período programado.

Capacidade de campo

Capacidade de campo é a condição ideal do solo para que sejam realizadas operações sobre ele. Tendo assim pouca ou nenhuma degradação do mesmo.

Essa condição depende do tipo de solo, portanto é possível que parte da propriedade esteja dentro da faixa de Capacidade de Campo, enquanto outra apresenta uma situação adversa ao trabalho.

Foto de solo compactado

Em resumo, o solo se encontra em Capacidade de Campo quando está dentro de uma faixa plástica de trabalhabilidade. Isso garante mínima compactação do solo e patinagem das máquinas, proporcionando a melhor situação de trabalho possível.

É importante destacar que solos arenosos terão mais compactação em situações de baixa umidade e solos argilosos apresentam maior compactação quando a umidade for muito alta.

Ponto de murcha permanente

É o ponto onde, decorrido certo período de tempo sob estresse hídrico, a planta já não é mais capaz de voltar às suas características originais, resultando em sua morte.

Foto de lavoura seca

O que isso quer dizer?

Que toda planta possui certa resistência aos períodos de seca. Porém, se esta seca for muito forte ou muito longa, pode levar a planta à enfraquecer tanto, de forma que não seja mais capaz de sobreviver ao fim desse período.

Umidade volumétrica do solo

A umidade volumétrica é a medição de quantidade de água no solo em função do volume. Essa variável é uma porcentagem, obtida através da simples relação:

volume de água/volume de solo

Essa relação é obtida através de um método bastante simples. Costuma-se utilizar a unidade de cm3/cm3.

Umidade gravimétrica do solo

É a quantificação da quantidade de água no solo através de uma proporção de massa em função do volume. Para obter essa quantidade, basta utilizar um cilindro (costuma-se utilizar um cilindro de metal) de volume conhecido, preenchê-lo completamente com o solo a ser avaliado. Uma forma de fazer a avaliação é pesar esse cilindro, secá-lo (em estufa ou ao ar) e pesá-lo novamente. Com a diferença de peso entre a amostra úmida e seca, em função do volume do cilindro, obtém-se a umidade gravimétrica.

(massa com água – massa seca)/(volume do cilindro)

Costuma-se utilizar a unidade de g/cm3.

Sensores de solo

Abaixo descrevemos brevemente alguns dos sensores de solo que são utilizados no campo hoje. Os modelos apresentados são os encontrados com mais facilidade para compra. Quando se compra um sensor, no entanto, é preciso saber com clareza quais as unidades por ele medidas.

Decagon 10HS

Imagem do sensor Decagon 10HS

Produto muito comumente utilizado para análise de umidade do solo.

O sensor 10HS é o sensor mais básico da Decagon. Mede apenas a umidade do solo e é indicado para os usuários que apenas querem monitorar a umidade do solo.

Normalmente são instalados em múltiplos, para fornecerem leituras em diferentes profundidades do solo. Dessa forma, são capazes de indicar um perfil de água ao longo do perfil de solo.

Meter TEROS-12

Imagem do sensor Teros 12

Produto usado para leitura de condutividade elétrica, além da umidade do solo.

Sensor mais sofisticado da Decagon. Além da umidade de solo, também mede temperatura e condutividade elétrica. É indicado para pessoas que desejam realizar o monitoramento da condutividade elétrica do solo. Também é geralmente instalado em conjuntos para fornecer um perfil de movimentação de água. 

Sentek Drill & Drop

Imagem do sensor Sentek Drill & Drop

Atualmente alguns dos sensores (probes) mais sofisticados. Possuem diferentes combinações de sensores internos. Fazem leituras de umidade do solo, temperatura e salinidade (quantidade de íons no solo) a cada 10cm. Apenas 1 probe é instalada e é responsável por todas as leituras. São fornecidas leituras ao longo do perfil. No entanto, o custo de aquisição desses produtos é mais elevado que seus concorrentes mais simples.

Watermark 200SS

Imagem do sensor Watermark 200ss

Mede tensão do solo em kPa, sendo um sensor de baixo custo, se comparado com seus concorrentes apresentados até aqui. Entretanto também é necessário realizar a instalação de mais de uma unidade para se ter a leitura em diferentes profundidades

A tensão do solo é um referencial da dificuldade que a planta tem em remover a água do solo para uso em seu metabolismo. Em um solo saturado, essa tensão tende a 0 (nenhuma dificuldade em remover a água). Quando maior o valor, maior o esforço que a planta precisa para ter acesso à água.

Princípios de funcionamento dos sensores de solo

Os sensores de solo utilizam pulsos elétricos que, de acordo com a capacidade do solo de conduzir corrente elétrica, pode inferir a quantidade de água neste solo. Essa medição é possível pois a água é um excelente condutor, de forma que a quantidade de água no solo influencia diretamente na condução de corrente.

Dessa forma, o sensor de solo conta com uma ponta emissora de pulsos elétricos e outra que atua como receptora. Dessa forma a fonte emissora manda um sinal elétrico de intensidade conhecida. De acordo com a leitura no receptor, estabelece-se uma relação. Quando se realiza os testes em laboratório, as medições são feitas em perfis de solo com umidade conhecida. Através dessas medições, estabelece-se as referências que serão seguidas.

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Cuidados com sensores de solo

É preciso que a instalação dos sensores seja realizada de maneira adequada e cuidadosa. Danificar as partes sensíveis do equipamento pode prejudicar seu funcionamento antes mesmo de ativá-lo.

Para a leitura adequada, é preciso que os sensores tenham contato correto com o solo. Isso é essencial pois se houverem muitas bolsas de ar próximas aos leitores, torna-se impossível a quantificação correta do volume de água presente na amostra.

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