Lisímetros y Evapotranspiración: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones

1. Introducción
2. Evapotranspiración y su importancia en los cultivos
3. ¿Qué es un lisímetro?
4. Tipos y funcionamiento de los lisímetros
4.1 Lisímetros de succión o tensión
4.2 Lisímetro de gravedad o drenaje
4.3 Lisímetro de pesada o pesaje
4.4 Micro-lisímetro
4.5 Lisímetro de energía
5. Aplicaciones de los lisímetros
6. Ventajas y desventajas del uso de lisímetros
7. Bibliografía

1. Introducción

Para realizar un plan de riego correcto y eficiente en nuestro cultivo, debemos conocer los requerimientos hídricos de nuestras plantas de la manera más precisa posible, para poder cubrir sus necesidades y obtener unas buenas cosechas.

Uno de los instrumentos capaces de determinar las necesidades hídricas de los cultivos, en función de la captación y pérdida de agua, son los lisímetros.

En este artículo hablaremos de la importancia de la evapotranspiración para un buen diseño de riego, así como los tipos y funcionamiento de los distintos lisímetros que se emplean en la actualidad. También, hablaremos de sus aplicaciones, así como de las ventajas y desventajas.

2. Evapotranspiración y su importancia en los cultivos

La evapotranspiración (ET) se define como un fenómeno de pérdida de agua del suelo hacia la atmósfera, en la que parte de esa agua proviene de la evaporación directa del agua del suelo y otra parte por la transpiración de las plantas, que ocurren simultáneamente.

Los cultivos tienen pérdidas de agua por transpiración, que es el proceso mediante el cual el agua se mueve desde las raíces hacia las hojas y se evapora por los estomas, siendo la fuerza motora para el transporte de nutrientes y minerales desde el suelo hasta las diferentes partes de la planta. Además, es la forma que tienen las plantas de regular su temperatura interna para evitar un colapso por altas temperaturas. Por tanto, la transpiración es un fenómeno que juega un papel determinante en el ciclo del agua y en el mantenimiento de la humedad del suelo.

Por otro lado, tenemos la evaporación de agua desde el suelo y desde la superficie cubierta por las plantas, que sería la transición del estado líquido a gaseoso del agua procedente del suelo.

Fig. 1: Mapa de evapotranspiración (mm) de España en el año 2020.

La evapotranspiración está influenciada por múltiples factores como:

1. Climatológicos: Tª, HR, Radiación solar, velocidad del viento, etc.
2. Suelo: Textura, estructura, composición química, densidad, etc.
3. Vegetales: tipo de planta, densidad foliar, altura, profundidad de las raíces, edad de la planta, estado fenológico, etc.

La determinación de la evapotranspiración se emplea, por tanto, para conocer el agua que necesitan las plantas para su correcto desarrollo y es necesario conocer su valor para diseñar la dosis y programación de riego y, así, elegir el mejor sistema de riego.

El término lisímetro procede del griego y latín (lysis: “disolución” o “separación”; metrón: “medida” o “instrumento de medida”).

Los lisímetros se han empleado para varios tipos de estudios como la percolación, lixiviación de sales, la relación agua-suelo-planta y la fertilización de los cultivos (Meland et al., 1977; Soileau & Hauck, 1987). Pero, desde el siglo pasado, los lisímetros se emplean principalmente para estudios de la evapotranspiración y el agua de riego (Aboukhalad et al, 1982).

Un lisímetro es un instrumento de medida directa de la cantidad de agua que los cultivos consumen, así como de la cantidad de agua que pierden por evapotranspiración, evaporación del suelo y traspiración de la planta.

Los lisímetros son dispositivos de gran valor y precisión para la medición del agua aplicada y drenada, y con ellos podemos estudiar la dinámica del agua de un suelo y conocer la eficacia del uso de esta en diferentes cultivos, y así poder optimizar los recursos hídricos.

4. Tipos y funcionamiento de lisímetros

En la actualidad, existen diferentes tipos de lisímetros (succión o tensión, gravedad o drenaje, pesada, micro-lisímetro y de balance de energía), que según el propósito que persigamos o las condiciones de estudio que requiramos emplearemos uno u otro.

4.1 Lisímetro de succión o tensión

Un lisímetro de succión es aquel que utiliza una combinación de succión y drenaje para medir la cantidad de agua que las plantas extraen del suelo y la cantidad de agua que estas drenan.

Este lisímetro consiste en un cilindro o columna de suelo, con la punta cerámica, en el que se inserta suelo con la planta de interés. En el fondo del cilindro, se coloca un sistema de drenaje para recoger el agua que pasa a través del suelo que nos permite analizar la cantidad de agua que se pierde por drenaje. En la parte de arriba del cilindro, se aplica una succión controlada mediante una bomba de vacío manual con manómetro, o una bomba programable, que equivale a la succión que realizarían las raíces de la planta de interés para extraer el agua del suelo. A medida que se aplica la succión, el agua se extrae y se mide con un equipo de extracción que puede ser una jeringuilla Luer o botellas, llave de corte, tubo de servicio y tapón de caucho perforado de línea única.

Este método no es destructivo de la muestra.

Fig. 2: Lisímetro de succión para la extracción de agua y nutrientes del suelo. Fuente: Infoagro.

Vídeo:

https://www.infoagro.com/instrumentos_medida/video/lisimetro_irrometer_como_utlizar_guia_instalacion

4.2 Lisímetro de gravedad o drenaje

El lisímetro de gravedad o drenaje nos mide la cantidad de agua que se drena a través del perfil de un suelo después de aplicar un riego o de caer lluvia. Es un dispositivo que consiste en un contenedor o tanque que se entierra en el perfil del suelo y se rellena con suelo, para después plantar la especie vegetal de estudio.

El contenedor tiene un sistema de drenaje en la base (depósito o sensores de medición) para recoger el agua que percola a través del suelo. Después, se rellena el contenedor con agua y se mide el agua infiltrada a intervalos regulares, lo que nos permite cuantificar la cantidad de agua que no toman las plantas y que se pierde por drenaje. Este método es semi destructivo de la muestra.

Fig. 3: Lisímetros de gravedad o drenaje. Fuente: MAPA.

4.3 Lisímetro de pesada o pesaje

El lisímetro de pesada o pesaje nos mide los cambios en el peso del suelo y las plantas de forma continua, debido a la evapotranspiración y a la entrada o salida de agua. Este lisímetro nos permite calcular el balance hídrico y de solutos de la zona no saturada del suelo. La unidad básica de este lisímetro es un cilindro de metal, plástico u otro material donde se coloca un volumen de suelo con plantas, que se asienta sobre un sistema de pesaje de alta precisión, que mide el peso de forma continua y en intervalos regulares, de manera que cualquier cambio en el peso se debe a la ganancia de agua, riego o precipitación, o por pérdida, evapotranspiración. El cilindro debe estar diseñado de tal manera que este suficientemente aislado para evitar pérdidas.

También cuenta con una bomba bidireccional que introduce agua dentro de la columna de suelo para el caso de que el suelo del exterior este más húmedo, o succiona agua para el caso de que el suelo del exterior este más seco. En el fondo del cilindro suele haber un sistema de recogida del drenaje para almacenar lo que lixivia el cilindro.

Hay lisímetros de grandes dimensiones que, en algunos casos, requieren obra civil. Pero también hay otros de menores dimensiones que son fáciles de instalar. Un ejemplo de ello es el lisímetro de pesada de SMART de Labferrer.

Fig.4: Lisímetro de pesada o pesaje.

Fig. 5: Lisímetro de pesada o pesaje que requiere obra civil. Fuente: MAPA.

4.4 Micro-lisímetro

Los micros-lisímetros son una versión pequeña de un lisímetro convencional de succión o de pesaje, que suelen emplearse para estudios piloto o trabajos específicos de laboratorio a pequeña escala y en condiciones controladas.

Este tipo de dispositivos son interesantes para obtener datos preliminares con pocos recursos y en menor tiempo, para investigaciones que requieren datos precisos y un control de las variables experimentales.

El micro lisímetro de pesaje cuenta con un cilindro o contenedor, que se rellena con el suelo y la planta, sobre una balanza de precisión que mide la variación del peso de una forma continua y precisa. Los datos del peso se registran en intervalos regulares, para después determinar la evapotranspiración y la cantidad de agua que el cultivo extrae.

En el micro lisímetro de succión se realiza la succión de una manera controlada a través de un sistema de drenaje en la base del cilindro, que simula la absorción del agua de las plantas. Al igual que el micro lisímetro de pesaje, los datos de la succión se recogen a intervalos regulares.

4.5 Lisímetro de balance de energía

El lisímetro de balance de energía es un dispositivo de última generación que, a diferencia de los lisímetros tradicionales de peso o de succión, emplea diferentes sensores ambientales y de suelo, como temperatura, humedad del suelo y aire, radiación solar, calor del suelo, viento, para determinar la evapotranspiración de los cultivos.

Los sensores de temperatura y humedad se instalan en el suelo y también al aire libre para determinar el intercambio de energía entre la superficie del suelo y la atmósfera.

Para la determinación de la radiación solar se emplean los pirómetros, que miden la radiación solar entrante y saliente, ya que la radiación solar es una fuente indispensable de energía que impulsa la evapotranspiración.

Para la determinación del flujo de calor en el suelo se emplean termopares o sensores de flujo de calor a diferentes profundidades en el suelo, para medir la cantidad de energía que transfiere el suelo a la atmósfera.

Para la determinación del viento se emplean anemómetros u otros dispositivos para medir la velocidad y la dirección del viento, que influye en la evapotranspiración al facilitar la dispersión del vapor de agua en la atmósfera.

Después, con todas las mediciones de los sensores y empleando la ecuación del balance de energía, se determina la cantidad de energía disponible para la evapotranspiración.

λE = Rn – G – H, siendo

- λE: Flujo de calor latente (energía empleada para la evapotranspiración).
- Rn: Radiación neta
- G: Flujo de calor en el suelo
- H: Flujo de calor sensible (Intercambio de calor entre la superficie del suelo y el aire).

5. Aplicaciones de los lisímetros

Los lisímetros de succión o tensión se pueden emplear para:

- Estudios de drenaje y percolación de suelos arenosos.
- Estudios de riego para optimizar el uso del agua y evitar su exceso en los cultivos.
- Monitoreo de humedad del suelo a lo largo del tiempo.

Los lisímetros de gravedad o drenaje se pueden emplear para:

- Monitoreo del lavado o lixiviación de nutrientes.
- Estudios de la dinámica del agua en el suelo.
- Estudios de eficiencia de riego.
- Estudios de balance hídrico.

Los micro lisímetros se pueden emplear para:

- Estudios de la dinámica del agua en el suelo a pequeña escala.
- Estudios de las necesidades hídricas de los cultivos que requieren gran precisión en las medidas.
- Estudios que requieren una gran precisión y control sobre variables experimentales.

Los lisímetros de balance de energía se suelen emplear para la modelización climática y de la humedad del suelo a gran escala, para optimizar los sistemas de riego y mejorar la gestión del agua de los cultivos.

6. Ventajas y desventajas del uso de los lisímetros

7. Bibliografía

• Manual RED CE de nivel II. Red de parcelas permanentes para el seguimiento intensivo y continuo de los ecosistemas forestales. Parte IX: Muestreo de solución del suelo. MITECO.
• Renz-González, O.J., Méndez-Hernández, C., López-Frías, R. & Ríos-Mesa, D., . Contraste empírico de la evapotranspiración de referencia mediante lisímetro de pesada en el norte de Tenerife.
• Aboukahaled, A., Alfaro, A. & Smith, M., 1982. Lysimeters. Irrigation and Drainage. Paper FAO 39. FAO, Roma. 68 p.

Autor: Dpto. Agronomía Infoagro