Xarxa d’estacions de Mesura de paràmetres físics dels Sòls de Catalunya (XMS-Cat)

Visor ICGC XMS-Cat

En el visor es poden consultar actualment les dades dels paràmetres físics dels sòls de les estacions actives que formen la xarxa, la seva localització geogràfica i la informació edafològica del sòl on s’ha instal·lat cadascuna.

Es poden carregar les capes del Geoíndex-Sòls referents a les seves classificacions a escala 1:250.000 i dels règims climàtics.

La cerca dels paràmetres físics dels sòls es realitza segons la data ( dia / mes / any i hora ) i es poden visualitzar gràficament i/o descarregar en format csv . Les dades consultables són:

• Humitat del sòl (m^³/ m^³) i humitat relativa de l’aire (%H₂O).
• Humitat del sòl (m^³ / m^³) i pluviometria total (l/m²).
• Temperatura del sòl (ºC) i temperatura de l’aire (ºC).

 

Visor a finestra sencera

 

L’ús de les dades recollides

La humitat del sòl és l’aigua emmagatzemada en la capa més superficial del nostre planeta, essent una variable indispensable en un gran numero de processos i aplicacions com:

• la previsió d’inundacions.
• disponibilitat i retenció de l’aigua.
• l’avaluació de la sequera agrícola.
• prevenció d’incendis.
• la gestió dels recursos hídrics.

La temperatura del sòl és important per conèixer:

• el tipus, la productivitat i marciment de les plantes.
• regular la velocitat del cicle dels nutrients.
• les activitats de microfauna del sòl.

Ambdós paràmetres ens serveixen també per:

• classificar els sòls (taxonomia) a través dels règims climàtics
• per analitzar la viabilitat i requeriments de sensors en desenvolupament de petits satèl·lits d’observació de la terra.
• la geotècnia (mecànica de sòls) són paràmetres fonamentals per el control d’esllavissades  i  estabilitat de talussos.

 

Funcionament de les estacions i les tecnologies utilitzades

Les estacions que componen la xarxa estan formades per 4 sensors de sòl multi-paramètrics a 5, 20, 50 i 100 cm de profunditat que mesuren la temperatura i la humitat del sòl. També es disposa d’una sèrie de sensors ambientals: pluviòmetre, piranòmetre i una sonda de temperatura i humitat relativa de l’aire, que estan instal·lats en una torreta d’acer de 3 m d’alçada. Dins de l’armari s’ubiquen un sistema d’adquisició de dades, un sistema d’alimentació i un sistema de comunicació de dades. El perímetre de l’estació es senyalitza amb una tanca que serveix també com a protecció (Figura 1).

Figura 1. Esquema d’una estació de mesura de paràmetres físics del sòl.

Els enregistraments de les dades són cada 30 minuts. Els sistemes d’adquisició estan equipats amb un sistema de telemetria (mòdem) amb una targeta SIM alimentat amb un panell fotovoltaic de 30 W que permet enviar les dades automàticament al servidor de l’ICGC.

Les dades es bolquen i s’organitzen al sistema gestor de base de dades espacials NetMon© (Sistema de monitoratge d'estacions de mesura i control de l’ICGC) des del qual i mitjançant un servei web es poden consultar, analitzar i descarregar.

Aquestes dades són públiques i accessibles mitjançant el Visor ICGC - Xarxa d’estacions de paràmetres físics Mesura del Sòl (XMS-Cat), en el qual es pot accedir també a la informació edafològica de cada estació.

Figura 2. Esquema conceptual de la XMS-Cat.

Instal·lació de les estacions

La instal·lació de l’estació es realitza en dos fases. En una primera fase es fan les excavacions dels fonaments de la torre i per la instal·lació dels sensors enterrats. També es realitza una descripció del sòl en la que s’identifiquen i s’analitzen al laboratori els diferents horitzons, ja que aquest coneixement edàfic serà bàsic per entendre les dades obtingudes pels sensors a les diferents profunditats. En la segona fase s’instal·la la torre amb els sensors ambientals, el panell solar i l’armari amb el sistema d’alimentació, de captació i enviament de les dades, on es realitza la connexió de tots els sensors. Aquestes estacions s’instal·len en un marge de la parcel·la, fora de la zona de cultiu.

Procés d'instla·lació de l'estació de Llívia (Cerdanya)

Procés d’instal·lació dels sensors a  5, 20, 50 i 100 cm, on s’observa com s’insereixen a les diferents profunditats, com s’enterren i finalment com es connecten al sistema de captació de dades (datalogger).

Estat d’implementació (Novembre 2023)

El projecte es va iniciar a la Conca de Tremp al 2013 amb la instal·lació d’una sèrie de sensors en camps de vinya que formaven part d’una iniciativa sobre vins d’alçada. Aquests sensors tenien diversos inconvenients, com la descàrrega manual de les dades, problemes d’alimentació elèctrica, accidents pels treballs agrícoles; fet que no garantia el registre continu de les dades. Per aquest motiu al 2016 es van començar a substituir per estacions automàtiques que permeten l’enviament de les dades a través d’un mòdem a una base de dades.

Actualment la xarxa està formada per 17 estacions repartides entre varies comarques del Pirineu com són La Noguera, Pallars Jussà, Pallars Sobirà, Alt Urgell, Alt Empordà i Cerdanya.

S’ha arribat un acord amb l’entitat International Soil Moisture Network i les dades de la XMS-Cat ja són també disponibles en el visor internacional ISMN (https://ismn.earth/en/dataviewer/) on es poden consultar les dades d’humitat del sòl de tot el mon.

  

Taula d'estacions

Referències

• Bradford, J.; Schlaepfer, D.; Lauenroth, W.; Palmquist, K.; Chambers, J.; Maestas, J.; Campbell, S. (2019) Climate-DrivenShifts in Soil Temperature and Moisture Regimes Suggest Opportunities to Enhance Assessments of Dryland Resilience and Resistance. Front. Ecol. Evol. 7: 358. https://doi.org/10.3389/fevo.2019.00358
• Himmelbauer, I.; Dorigo, W.; Aberer, D.; Schremmer, L.; Petrakovic, I.; Xaver, A.; Zappa, L.; Preimesberger, W.; Scanlon, T. (2020). The International Soil Moisture Network (ISMN) for validation of satellite-based products. The International Soil Moisture Network (ISMN), QA4EO/IDEAS Cal/Val Workshop #1, Rome, Italy.
• Paolina B. Cerlini, P.; Meniconi, S.; Brunone, B. (2017). Groundwater Supply and Climate Change Management by Means of Global Atmospheric Datasets. Preliminary Results, Procedia Engineering, Volume 186: 420-427. ISSN 1877-7058, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.03.245.
• Soil Survey Quality Assurance Staff (1994). Soil Climate Regimes of the United States. Lincoln, Nebraska: Soil Consevation Service. National Soil Survey Center. United States Department of Agriculture.
• Topp, G.; Davis, J.; Annan, A. (1980). Electromagnetic determination of soil water content: measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research, Volume 16: 574-582. https://doi.org/10.1029/WR016i003p00574.
• Topp, G.; Yanuka, M.; Zebchuk, W.; Zegelin, S. (1988). Determination of electrical conductivity using time domain reflectometry: soil water experiments in coaxial lines. Water Resources Research, Volume 24 (7): 945-952. https://doi.org/10.1029/WR024i007p00945.
• Tyronese Jackson, Katrina Mansfield, Mohamed Saafi, Tommy Colman, Peter Romine, (2008). Measuring soil temperature and moisture using wireless MEMS sensors, Measurement, Volume 41 (4): 381-390. ISSN 0263-2241, https://doi.org/10.1016/j.measurement.2007.02.009.