Experto en Medición de la Calidad del Agua y Proyecto de Tratamiento de Agua Desde 2007
Control de calidad del agua de riego agrícola: ¿Cómo detecta un analizador de calidad del agua la dureza y la conductividad para garantizar el crecimiento de los cultivos?
Introducción
¿Conoce la "sequía invisible" para los cultivos? El agua con alta salinidad, como lo indica su alta conductividad, es osmóticamente inaccesible para las plantas. Incluso con un suelo visiblemente húmedo, la planta no puede utilizar el agua para su crecimiento. De igual manera, el agua con altos niveles de dureza, lo que significa niveles de magnesio (Mg) superiores a los normales,2+ ) y calcio (Ca2+ ), puede causar depósitos calcáreos en el suelo durante el riego por goteo, lo que provoca un riego irregular. En el riego por aspersión, los depósitos en hojas y frutos pueden reducir su capacidad fotosintética, lo que resulta en menores rendimientos y menor crecimiento de los cultivos.
Monitorear la calidad del agua y controlar sus parámetros es fundamental para garantizar el crecimiento adecuado de los cultivos. Los sensores modernos permiten que las actividades agrícolas a pequeña escala mantengan la calidad del agua sin necesidad de sofisticadas pruebas de laboratorio. Este artículo trata sobre la dureza y la conductividad del agua y su efecto en el crecimiento de los cultivos. Además, explica cómo podemos controlar la calidad del agua para el riego agrícola mediante analizadores en línea .
Comprender la dureza del agua en el riego
Definición de dureza del agua
La dureza mide la concentración de cationes divalentes, principalmente magnesio (Mg₂) y calcio (Ca₂). Son macronutrientes esenciales para el crecimiento vegetal a través de la estructura de la pared celular y la producción de clorofila.
Fuentes que aumentan la dureza del agua
El terreno está repleto de rocas naturales. En particular, la caliza (carbonato de calcio) y la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) contribuyen al aumento de las concentraciones de cationes divalentes en las aguas subterráneas. El agua de lluvia tiene menor dureza, pero la concentración puede aumentar a medida que se evapora.
Rangos ideales para actividades de riego
En la práctica, las actividades de riego agrícola requieren un monitoreo riguroso de la calidad del agua y el mantenimiento de parámetros como la dureza y la conductividad. El agua con 0 a 150 ppm de CaCO₃ favorece el crecimiento óptimo de los cultivos. Aporta suficiente magnesio (Mg₃).2+ ) y calcio (Ca2+ ) sin riesgo de formación de incrustaciones ni de obstrucción del equipo.
El impacto de la dureza del agua en el crecimiento de los cultivos
Alta dureza y su impacto en el crecimiento de los cultivos
El principal problema es la degradación del sistema de riego. La formación de incrustaciones puede bloquear los emisores en los sistemas de riego por goteo. La pulverización de agua de alta dureza sobre los cultivos puede causar deposición foliar, lo que puede reducir la eficiencia fotosintética. Las altas concentraciones de Ca...2+ Puede interferir con la absorción de otros cationes esenciales, como el magnesio y el fósforo. Puede provocar retraso en el crecimiento y amarillamiento de las hojas debido a la falta de magnesio. El estrés osmótico puede reducir el rendimiento del cultivo entre un 20 % y un 30 %.
Baja dureza y sus riesgos
Si la concentración de micronutrientes es inferior a 50 ppm, puede provocar trastornos en las plantas, como la podredumbre apical en tomates, debido a la baja concentración de iones de calcio en el agua. Los cultivos sensibles a las concentraciones de micronutrientes pueden utilizar agua blanda con entre 0 y 60 ppm, pero requieren un manejo cuidadoso de los nutrientes mediante la fertilización.
Gestión e interacción del suelo
Para controlar la alta dureza temporal del agua, se puede utilizar una inyección controlada de ácido sulfúrico o fosfórico. Este reacciona con los bicarbonatos del agua para formar compuestos solubles. Sin embargo, debe administrarse con moderación para evitar los efectos adversos de la acidificación. Una alta dureza/salinidad (2250-3150 ppm) reduce el rendimiento del maíz en un 50 % debido al estrés radicular. Una alta dureza también se correlaciona con niveles elevados de manganeso, lo que causa toxicidad oculta en los vegetales.
Comprensión de la conductividad eléctrica en el riego
Definición de conductividad eléctrica (CE)
Es la capacidad del agua para conducir la electricidad. Normalmente, es proporcional a la concentración de iones presentes en el agua. Estos pueden ser Na + , Cl- ., NO3-, K+ , y Ca2+ Se miden en µS/cm (microsiemens por centímetro) para agua potable o dS/cm para riego. Normalmente, todas las lecturas se estandarizan a 25 °C para garantizar la relevancia de los resultados.
Fuentes y rango óptimo
Puede haber razones para que la conductividad eléctrica aumente por encima del valor normal o disminuya por debajo de él. Analicémoslas:
- Fuentes de alta CE: la escorrentía de fertilizantes, la evaporación en zonas áridas y el agua subterránea contaminada pueden aumentar la conductividad eléctrica al agregar iones.
- Fuente de baja CE: el agua purificada por ósmosis inversa (OI), el agua destilada y el agua de lluvia, sin contacto con depósitos minerales, pueden tener baja CE.
- Rango ideal para CE: Para garantizar que haya un alto rendimiento de los cultivos, controle la CE en función de lo siguiente:
○ Cultivos generales: Por debajo de 1,5 dS/m .
○ Plugs/plántulas sensibles: menos de 1,0 dS/m .
○ El Riesgo: Valores superiores a estos valores aumentan el riesgo de estrés osmótico.
La CE está relacionada con los sólidos disueltos totales (TDS). Como regla general para una conversión sencilla:
TDS (mg/L) ≅ 640 x CE (dS/m)
El impacto de la conductividad eléctrica en el crecimiento de los cultivos
Consecuencias de la alta conductividad eléctrica en el riego
La fisiología y el crecimiento de las plantas dependen directamente de la conductividad eléctrica. Generalmente, una conductividad eléctrica de 3 mS/cm o 3 dS/cm se considera demasiado alta y puede interrumpir el riego. Esto puede provocar estrés osmótico, lo que dificulta la absorción de agua por parte de las plantas. Una salinidad excesiva puede causar toxicidad y provocar marchitamiento, reducción de la transpiración y reducciones significativas del rendimiento en cultivos sensibles como la lechuga.
Impacto de la baja conductividad eléctrica
Encontrar el equilibrio es clave. Incluso con una CE baja, el crecimiento de la planta se ve afectado. Una CE inferior a 0,6 mS/cm puede ralentizar la fotosíntesis y reducir la biomasa, típicamente en hidroponía, donde el aporte de nutrientes depende únicamente del agua.
Gestión y cartografía
Para reducir la CE, utilice la técnica de dilución mezclando agua con CE baja con agua con CE alta para alcanzar el nivel óptimo. Algunos incluso pueden usar la técnica del exceso de agua para desplazar las sales superficiales por debajo de las raíces y garantizar un suelo adecuado para las plantas.
Técnicas modernas como la Imagen de Resistividad Eléctrica (ERI) ofrecen una forma única y no destructiva de monitorear la conductividad eléctrica en un campo. Permite a los agricultores utilizar estrategias de riego y lixiviación de precisión.
Cómo los analizadores de calidad del agua detectan la dureza
Algunos métodos se basan en aislar y cuantificar el calcio específico (Ca2+ ) y magnesio (Mg2+ ) iones en la muestra.
Electrodos selectivos de iones (ISE)
Hay una membrana que rodea el electrodo. Esta membrana permite que el ion se detecte selectivamente y llegue a los electrodos. Normalmente, la membrana está hecha de matrices poliméricas que contienen ionóforos específicos, especialmente para calcio (Ca2+ ) y magnesio (Mg2+ ) iones.
● El electrodo selectivo de iones (ISE) tiene una membrana selectiva y un electrodo de referencia interno, normalmente Ag/AgCl.
● Electrodo de referencia externo (RE): un electrodo estable (como Ag/AgCl) que proporciona una línea base de potencial eléctrico constante y conocido.
Al llegar el ion al ISE, se crea una diferencia de voltaje. La medición de esta diferencia de voltaje proporciona la concentración de iones presentes en el agua. Para ello, se utiliza la relación nerstiana:
Dónde:
E: El potencial medido (voltaje).
E 0 : El potencial estándar de la celda (una constante).
R: La constante universal de los gases.
T: La temperatura en Kelvin.
z: El número de carga del ion +2 para Ca2+ .
F: Constante de Faraday.
a: La actividad (concentración efectiva) del ion en la solución de muestra.
Nota: El voltaje cambia logarítmicamente con la concentración de iones.
Métodos químicos (titulación con EDTA)
El ácido etilendiaminotetraacético es el titulante. Se utiliza en el método clásico de detección de iones en agua. Se añade un agente complejante, como el EDTA, y se deja que forme complejos estables con el calcio (Ca2+ ) y magnesio (Mg2+ ) iones. Hacemos esto hasta que todos los iones estén unidos.
METRO2++EDTA4- → [M-EDTA]2-
Aquí M2+ representa Ca2+ o Mg2+
Se utiliza un colorante especial, llamado indicador metalocrómico, para indicar visualmente el punto de unión de todos los iones. Cuando todos los iones libres están unidos, la adición de EDTA desplaza el indicador, recuperando su color libre, lo que indica la finalización de la reacción. El color cambia de rojo vino a azul, un color muy intenso que realza la indicación.
Estimaciones indirectas y de campo
Otro método para detectar la dureza es hacerlo indirectamente mediante la CE para una aproximación rápida. Dado que los iones duros del agua contribuyen a la CE, podemos generar una correlación general.
CE de 1,4-2µS/cm ≅ 1ppm de CaCO 3
La mayoría de los medidores portátiles permiten la medición directa en campo, lo que lo convierte en el método más conveniente para detectar la dureza del agua.
Cómo los analizadores de calidad del agua detectan la conductividad
En la práctica, la sonda de CE se inserta en la muestra de agua para analizar su calidad. Cuando la sonda está en el agua, se aplica voltaje a través de estos electrodos. La corriente se conduce a través de los iones presentes en el agua. La medición del flujo de corriente es directamente proporcional a la concentración de iones disueltos.
El agua caliente conduce la electricidad con mayor facilidad que el agua fría, por lo que es necesaria una estandarización. Las sondas de CE cuentan con procesadores calibrados para diferentes condiciones de temperatura. La retroalimentación del módulo de compensación de temperatura proporciona las condiciones de temperatura en tiempo real y ajusta con precisión el valor de CE en tiempo real. Sin embargo, es importante mantener la sonda limpia y realizar calibraciones periódicas.
Aplicaciones prácticas en tierras agrícolas e invernaderos
- Ajuste de CE en tiempo real en tierras agrícolas: En tierras agrícolas, los analizadores sirven como un mecanismo clave para controlar la fuente de agua. Permiten diluir el agua subterránea con CE alta con agua de lluvia con CE baja para optimizar la calidad del agua. Esto hace que el agua sea adecuada para cultivos de gran extensión.
- Integración del sistema de goteo: Facilita la agricultura de precisión al integrarse con sistemas de goteo. El sistema detecta la CE y la dureza del agua, y ajusta la velocidad de la bomba o emite comandos de arranque/parada según los umbrales de CE.
- Gestión del drenaje: la CE confirma que la lixiviación de sal está haciendo su trabajo, empujando las concentraciones de sal dañinas debajo de las raíces para revivir la salud del cultivo.
- Ajuste específico del cultivo: el uso de umbrales de CE más bajos durante etapas sensibles, como plántulas o plantones, minimiza el estrés osmótico y mejora significativamente las tasas de supervivencia y crecimiento temprano.
- Investigación y adaptación: Los analizadores revelan picos estacionales de CE en las fuentes de agua, lo que informa los planes de riego adaptativo para gestionar los períodos de alta salinidad en los sistemas agrícolas alimentados por ríos.
Conclusión
El manejo de la CE y la dureza del agua para el crecimiento de los cultivos es fundamental. Se debe realizar un monitoreo exhaustivo de la calidad del agua para garantizar que los cultivos reciban los nutrientes adecuados y evitar el estrés osmótico y la toxicidad de los nutrientes. Por ejemplo, en condiciones salinas (CE 4,5-6,5 dS/m), el maíz sufre un grave deterioro del crecimiento, con reducciones del 50 al 75 % en la altura, el peso de la semilla y el rendimiento general.
Los analizadores de calidad del agua permiten monitorear y controlar los niveles de nutrientes del agua mediante un sistema de bombas, válvulas, compuertas, etc. Estos analizadores utilizan sensores precisos, como electrodos selectivos de iones (ISE) y sondas de conductividad, que envían datos en tiempo real a los controladores para un ajuste automático y preciso de los nutrientes. Si busca analizadores de calidad del agua de alta gama, precisos y orientados a la agricultura , considere Shanghai BOQU Instrument Co., Ltd. Sus productos incluyen el AH-800 para dureza, el ECG-2090Pro, el DDG-2080Pro, el SJG-2083CS y el DDG-2080X para conductividad. Visite https://www.boquinstrument.com/ .
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