Ciencia y
Biodiversidad
TIERRA
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USO DE TÉCNICAS GEOFÍSICAS PARA LA
OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL SUELO EN
ACTIVIDADES AGRÍCOLAS
USE OF GEOPHYSICAL TECHNIQUES FOR THE
OPTIMIZATION OF LAND USE IN AGRICULTURAL
ACTIVITIES
Recibido: 10/07/2020 – Aceptado: 31/08/2020
Richard Anselmi Pérez Roa
Docente – Escuela de Geología, Minas y Geofísica
Caracas – Venezuela
Magister Scientiarum en Geofísica
richard.perez@ucv.ve
https://orcid.org/0000-0002-1049-6834
Joseline Luisa Ruíz Deplablos
Docente en la Universidad Técnica de Cotopaxi
Latacunga – Ecuador
Magister Scientiarum Mención Química
joseline.ruiz9062@utc.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-9936-5215
Como citar este artículo:
Pérez, R., Ruiz, J. (Enero – Diciembre 2020). Uso de técnicas geofísicas para la
optimización del uso del suelo en actividades agrícolas. Tierra Infinita (6),
48-54. https://doi.org/10.32645/26028131.1031
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Pérez, R., Ruiz, J. (Enero – Diciembre 2020). Uso de técnicas geofísicas para la optimización del uso del suelo en actividades agrícolas. Tierra Infinita (6), 48-54.
https://doi.org/10.32645/26028131.1031 49
USO DE TÉCNICAS GEOFÍSICAS PARA
LA OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL
SUELO EN ACTIVIDADES AGRÍCOLAS
Resumen
En los últimos años las técnicas geofísicas han ganado un papel preponderante en la agricultura
por lo cual este trabajo busca ser una ayuda para introducir al uso de técnicas geofísicas en el
estudio de suelos agrícolas por lo cual se menciona los tres métodos más utilizados los cuales son
el resistivo, la resistividad, la inducción electromagnética (EMI) y el radar de penetración de tierra
(GPR), luego se muestra un ejemplo de la aplicación de un estudio de inducción electromagnética
donde se observa que existe una alta correlación de susceptibilidad magnética (SMH) obtenida
del estudio de inducción electromagnética y el contenido de contenido orgánico del suelo (SOM).
El uso de técnicas geofísicas en la agricultura es una herramienta más para optimizar la actividad
agrícola.
Palabras Clave: Técnicas geofísicas, resistividad, EMI, GPR, SOM
Abstract
In recent years geophysical techniques have gained a predominant role in agriculture, which is
why this work seeks to be an aid to introduce the use of geophysical techniques in the study of
agricultural soils, which is why the three most used methods are mentioned. the resistive, the
resistivity, the electromagnetic induction (EMI) and the ground penetration radar (GPR), then
shows an example of the application of an electromagnetic induction study where it is observed
that there is a high correlation of magnetic susceptibility (SMH) ) obtained from the study of
electromagnetic induction and the content of organic soil content (SOM). The use of geophysical
techniques in agriculture is one more tool to optimize agricultural activity..
Keywords: Geophysical methods, resistivity, EMI, GPR, SOM.
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Pérez, R., Ruiz, J. (Enero – Diciembre 2020). Uso de técnicas geofísicas para la optimización del uso del suelo en actividades agrícolas. Tierra Infinita (6), 48-54.
https://doi.org/10.32645/26028131.1031 50
USO DE TÉCNICAS GEOFÍSICAS PARA
LA OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL
SUELO EN ACTIVIDADES AGRÍCOLAS
Introducción
La geofísica se puede definir de varias maneras. En el sentido más amplio, la geofísica es
la aplicación de principios físicos a los estudios de la Tierra (Telford, Geldart, & Sheriff, 1990).
Esta definición general de geofísica abarca una amplia gama de disciplinas, como hidrología,
meteorología, oceanografía física, sismología, tectonofísica, etc. La geofísica, tal como se utiliza
en este documento, tiene una definición mucho más específica. Específicamente, la geofísica es la
aplicación de técnicas de medición de cantidades físicas para proporcionar información sobre
condiciones o características debajo de la superficie de la Tierra. Con la excepción de los métodos
geofísicos de pozo y las sondas de suelo, estas técnicas son generalmente no invasivas, con
cantidades físicas determinadas a partir de mediciones realizadas principalmente en o cerca de la
superficie del suelo. Los métodos geofísicos empleados para obtener información del suelo y
subsuelo a partir de mediciones basadas en la superficie incluyen resistividad, inducción
electromagnética, radar de penetración del suelo, magnetometría, potencial espontaneo, sísmica,
gravedad, resonancia magnética nuclear, polarización inducida, etc (Toushmalani, 2010).
Los estudios geofísicos realizados para aplicaciones petroleras, mineras, hidrológicas,
ambientales, de ingeniería geotécnica, arqueológicas y agrícolas varían dramáticamente en escala
con respecto a la profundidad de interés de la investigación. La mayoría de los estudios geofísicos
realizados en la industria minera tienen una profundidad de investigación de interés inferior a 1
km. Un levantamiento geofísico realizado como parte de una investigación hidrológica para
determinar los recursos de agua subterránea generalmente tiene una profundidad de investigación
no mayor a 300 m. Las profundidades de investigación geofísica para ingeniería ambiental,
geotécnica y arqueológica generalmente no exceden los 30 m. La geofísica agrícola tiende a estar
muy concentrada en una zona de 2 m directamente debajo de la superficie del suelo, que incluye la
zona de la raíz del cultivo y todo, o al menos la mayoría, del perfil del suelo. Con respecto a la
aplicación de la geofísica a la agricultura, esta es extremadamente superficial. La profundidad del
interés es ciertamente una ventaja, en un sentido, porque la mayoría de los métodos geofísicos
tienen capacidades de profundidad de investigación que exceden en mucho los 2 m. Sin embargo,
existen complejidades asociadas con la geofísica de la agricultura que no suelen encontrarse con la
aplicación de métodos geofísicos a otras industrias o disciplinas. Una de tales complejidades
implica la temperatura transitoria del suelo y las condiciones de humedad que pueden alterar
apreciablemente los valores de las cantidades geofísicas medidas durante un período de días o
incluso horas. Además, las cantidades físicas medidas en el entorno del suelo con métodos
geofísicos a menudo muestran una variabilidad sustancial en distancias horizontales y verticales
muy cortas (Toushmalani, 2010).
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Pérez, R., Ruiz, J. (Enero – Diciembre 2020). Uso de técnicas geofísicas para la optimización del uso del suelo en actividades agrícolas. Tierra Infinita (6), 48-54.
https://doi.org/10.32645/26028131.1031 51
USO DE TÉCNICAS GEOFÍSICAS PARA
LA OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL
SUELO EN ACTIVIDADES AGRÍCOLAS
Materiales y Métodos
Los tres métodos geofísicos empleados predominantemente para fines agrícolas son la
resistividad, la inducción electromagnética (EMI) y el radar de penetración a tierra (GPR). Los
sistemas de resistividad de contacto galvánico de medición continúan integrados con receptores de
sistema de posicionamiento global (GPS) se han desarrollado específicamente para la agricultura.
Los cuchillos de acero (discos) que cortan la superficie del suelo se utilizan como electrodos
actuales o potenciales. Estos sistemas de resistividad pueden tener más de una matriz de cuatro
electrodos que proporciona profundidades de investigación poco profundas de 0,3 a 2 m, con cortos
periodos de tiempo (~ 1 por segundo) o intervalos de distancia entre las mediciones de
conductividad eléctrica del suelo (ECa) recogidas de forma continua. La ubicación para cada
medición de ECa se determina con precisión mediante GPS. En consecuencia, estos sistemas de
resistividad, con sus rápidos índices de medición de ECa y receptores de GPS integrados, son
capaces de estudiar grandes campos de granjas en un período de tiempo relativamente corto. La
Figura 1 muestra un ejemplo de un sistema de resistividad de contacto galvánico de medición
continúa empleado para aplicaciones agrícolas (Allred & Freeland, 2010).
Figura 1. Ejemplo de un sistema de resistividad de contacto galvánico de medición
continua. (a) Sistema de cartografía Veris 3100 Soil EC y (b) acercamiento de los enrejadores de
acero utilizados para electrodos actuales y potenciales por el Veris 3100 Soil EC Mapping System
(Tomado de Allred & Freeland, 2010).
Se han desarrollado algunos medidores de conductividad de tierra EMI, que son
particularmente adecuados para aplicaciones agrícolas. Los medidores de conductividad del suelo
típicamente empleados para obtener mediciones de ECa agrícolas tienen separaciones entre
bobinas de alrededor de 1 m; y, como consecuencia, profundidades de investigación efectivas de
1,5 m o menos cuando se colocan cerca de la superficie del suelo. La mayoría de estos medidores
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Pérez, R., Ruiz, J. (Enero – Diciembre 2020). Uso de técnicas geofísicas para la optimización del uso del suelo en actividades agrícolas. Tierra Infinita (6), 48-54.
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USO DE TÉCNICAS GEOFÍSICAS PARA
LA OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL
SUELO EN ACTIVIDADES AGRÍCOLAS
de conductividad de tierra EMI se pueden integrar fácilmente con receptores GPS para
proporcionar ubicaciones precisas de mediciones discretas de ECa recolectadas de manera
continua. Al igual que con los sistemas de resistividad descritos anteriormente, el medidor de
conductividad de tierra EMI integrado con un receptor GPS es capaz de realizar mapas de ECa
relativamente rápidos en campos de granjas grandes. En la Figura 2 se muestran dos ejemplos de
medidores de conductividad del suelo comúnmente utilizados para aplicaciones agrícolas (Allred
& Freeland, 2010).
Los sistemas GPR utilizados en la configuración de agroecosistemas suelen emplear
antenas con frecuencias centrales en el rango de 100 MHz a 1.5 GHz. Este rango de frecuencia de
antena cubre muchos escenarios agrícolas en los que el objetivo es obtener imágenes de objetos /
características enterradas a poca profundidad a 2 m de la superficie. La profundidad y el tamaño
anticipados de la característica / objeto de interés del subsuelo proporcionarán una guía sobre la
frecuencia de la antena a utilizar. Por ejemplo, las antenas de 250 MHz son apropiadas para ubicar
una tubería principal del sistema de drenaje subsuperficial de 20 cm de diámetro a 1,5 m de
profundidad en un suelo franco limoso, mientras que las antenas de 1,5 GHz podrían ser una buena
opción para obtener imágenes de raíces de árboles de 0,5 cm a profundidades de hasta 0,5 m En un
suelo arenoso y bien drenado. Nuevamente, al igual que con los sistemas de resistividad y EMI, la
mayoría de los sistemas GPR pueden integrarse con receptores GPS para proporcionar ubicaciones
precisas para las mediciones GPR; y debido a las rápidas tasas de medición de GPR, los sistemas
GPR integrados con receptores GPS son capaces de estudiar grandes campos de granjas en un
tiempo relativamente corto (Allred & Freeland, 2010).
Figura 2. Ejemplos de medidores de conductividad del suelo utilizados en entornos de
agroecosistemas; (a) DUALEM-1S, y (b) EM38-MK2 (Tomado de Allred & Freeland, 2010).
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Pérez, R., Ruiz, J. (Enero – Diciembre 2020). Uso de técnicas geofísicas para la optimización del uso del suelo en actividades agrícolas. Tierra Infinita (6), 48-54.
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USO DE TÉCNICAS GEOFÍSICAS PARA
LA OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL
SUELO EN ACTIVIDADES AGRÍCOLAS
Ejemplo de la aplicación de la inducción electromagnética para el estudio de las propiedades
del suelo medidas en un suelo morainico
El uso de la inducción electromagnética no invasiva (EMI) para medir la conductividad
eléctrica aparente del suelo (ECa) proporciona una herramienta rentable y rapida para mapear la
variación dentro de los campos en las propiedades del suelo. La conductividad eléctrica aparente
(ECa) muestra el efecto resumido ponderado en profundidad de todos los factores que influyen en
la EC en el suelo las cuales son una variedad de propiedades físicas y químicas que se pueden
determinar indirectamente mediante el método EM-ECa, como la salinidad del suelo, el contenido
de agua del suelo, el grueso de capas de arcilla densas, el contenido de N inorgánico del suelo
superficial y los niveles de nutrientes (Allred & Freeland, 2010).
En este trabajo que mostramos como ejemplo se utilizó la medida de EMH y se encontró
que correlaciona significativamente con dieciséis de las veintidós propiedades del suelo medidas.
Las propiedades con un coeficiente de correlación (r) mayor que 0,8 se clasificaron en orden
descendente: CEC> contenido de agua en el suelo> pérdida por ignición> Ca> SOM
intercambiable. Todas las correlaciones significativas fueron positivas, excepto aquellas entre
EMH y las fracciones de arena y K-HNO3 (Allred, Daniels, & Reza Ehsani, 2008). Las propiedades
del suelo seleccionadas para correlacionar con los datos de EMH fueron el contenido de agua del
suelo, la pérdida por ignición, la materia orgánica del suelo, el contenido de arcilla y todas las
fracciones de arena, excepto la arena mediana, la pérdida por ignición y la materia organica del
suelo (SOM) En la Figura 3 se muestra dos mapas, en el superior se muestra el mapa de SMH y en
la imagen inferior se muestra el mapa de SOM, como se puede ver existe una alta correlación entre
ambas propiedades (Allred, Daniels, & Reza Ehsani, 2008).
Figura 3. En la parte superior se puede observar un mapa de susceptibilidad magnética (SMH) y
en la parte inferior se muestra un mapa de contenido de materia de orgánica del suelo (SOM),
obsérvese la alta similitud entre ambos mapas (Tomado de Allred, Daniels, & Reza Ehsani, 2008).
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USO DE TÉCNICAS GEOFÍSICAS PARA
LA OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL
SUELO EN ACTIVIDADES AGRÍCOLAS
Conclusiones
El objetivo de este trabajo es dar una introducción en el uso de técnicas geofísicas en el
estudio de suelos usados en la agricultura por lo cual se hace una descripción de métodos como los
resistivos, la inducción electromagnética (EMI) y el radar de penetración a tierra (GPR) y se
muestra un ejemplo de la aplicación de un estudio de inducción electromagnética donde el SMH
tiene una alta correlación con el contenido de materia orgánica del suelo.
Referencias Bibliográficas
Allred, B. J., & Freeland, R. S. (2010). Application of Geophysical Methods to Agriculture: An
Overview. FastTIMES, 13-25.
Allred, B. J., Daniels, J. J., & Reza Ehsani, M. (2008). Handbook of Agricultural Geophysics.
Boca Raton: CRC Press.
Telford, W., Geldart, L., & Sheriff, R. (1990). Applied Geophysics Second Edition. Cambridge:
Cambridge University Press.
Toushmalani, R. (2010). Application of Geophysical Methods in Agriculture. Australian Journal
of Basic and Applied Sciences, 6433-6439.
