La Red de Estaciones de Medida de Parámetros Físicos de los Suelos de Cataluña (XMS-Cat) es un proyecto iniciado en 2015 por el ICGC. Comenzó en la Conca de Tremp, sustituyendo estaciones manuales por estaciones automáticas con registro continuo de la humedad y la temperatura del suelo. Inicialmente ubicadas en suelos dedicados al cultivo de viñedo, la red se ha ido expandiendo hacia otros campos de viñedo del Pirineo. Desde 2023, también se han empezado a instalar en otras zonas del territorio, manteniendo el foco en suelos dedicados al mismo tipo de cultivo, concretamente el viñedo de secano, ya que su manejo permite caracterizar el medio natural con una mínima interferencia antrópica. Los datos generados se alinean con los estándares internacionales de monitorización promovidos por el International Soil Moisture Network (Dorigo et al., 2021; ISMN, 2023).

El visor XMS-Cat tiene como finalidad generar y proporcionar datos en continuo de temperatura y humedad del suelo a diferentes profundidades y en distintos ámbitos del territorio catalán, con un enfoque especial en zonas vitivinícolas. Estos datos, combinados con la medida de parámetros ambientales, permiten llevar a cabo diversos estudios como:

• la determinación de las dietas climáticas del suelo según la Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 1999). 
• estudios medioambientales sobre cambio climático, utilizando estos parámetros como indicadores de la resiliencia y resistencia de los ecosistemas (Bradford et al., 2019). 
• estudios hidrológicos, como el cálculo del balance hídrico para la recarga de acuíferos, entre otros (Robinson et al., 2003; SSSA, 2017).

Los principales usuarios de este visor son:

• Agricultores y gestores de cultivos: para optimizar el riego y las prácticas agrícolas en base a datos precisos de la humedad y temperatura del suelo (predicción de plagas, optimización del riego, etc.). 
• Investigadores y científicos: para estudiar las características y comportamientos de los suelos en distintas condiciones ambientales. 
• Administraciones públicas: para planificar e implementar políticas relacionadas con la agricultura y gestión del territorio.

Visor ICGC XMS-Cat

En el visor se pueden consultar los datos de los parámetros físicos de los suelos de las estaciones activas, su localización geográfica y la información edafológica del suelo en el que están instaladas. Desde la pestaña de Mapas base de Suelos del visor también se pueden activar las capas de Geoíndex-Suelos relativas al Mapa de suelos de Cataluña a escala 1:250.000 (ICGC y DARP, 2019) y de la Estimación de los regímenes climáticos de Cataluña según la clasificación Soil Taxonomy (ICGC, 2014).

La búsqueda de datos se puede realizar por fecha (día/mes/año y hora), con opción de visualización gráfica y descarga en formato CSV. Los datos disponibles son:

• Humedad del suelo (m³/m³) y humedad relativa del aire (%H₂O). 
• Humedad del suelo (m³/m³) y pluviometría total (l/m²). 
• Temperatura del suelo (ºC) y temperatura del aire (ºC).

Visor a ventana completa 

El uso de los datos recogidos

La humedad del suelo es el agua almacenada en la capa más superficial de nuestro planeta, siendo una variable indispensable en un gran numero de procesos y aplicaciones como:

• la predicción de inundaciones.
• disponibilidad y retención del agua.
• la evaluación de la sequía agrícola.
• prevención de incendios.
• la gestión de los recursos hídricos.

La temperatura del suelo es importante para conocer:

• el tipo, la productividad y el punto de marchitez de las plantas.
• regular la velocidad del ciclo de los nutrientes.
• las actividades de microfauna del suelo.

Ambos parámetros son útiles también para:

• clasificar los suelos (taxonomía) a través de los regímenes climáticos.
• analizar la viabilidad y requerimientos de los sensores en desarrollo de pequeños satélites de observación de la tierra.
• en geotecnia (mecánica de suelos) son parámetros fundamentales para el control de deslizamientos y estabilidad de los taludes.

Funcionamiento de las estaciones de la XMS-Cat y las tecnologías utilizadas
 

Imatge

Figura 1. Esquema de una estación de medida de parámetros físicos del suelo.

Las estaciones que componen la red están formadas por 4 sensores de suelo multiparamétricos a 5, 20, 50 y 100 cm de profundidad, sensores capacitivos como los descritos por Bogena et al. (2007) y Rosenbaum et al. (2010), que miden la temperatura y la humedad del suelo.

La instalación de los sensores multiparamétricos y la interpretación de los datos se adaptan progresivamente a los criterios metodológicos establecidos por la Soil Science Society of America para el análisis físico de los suelos (SSSA, 2017), garantizando la calidad y comparabilidad de los resultados obtenidos.

También dispone de una serie de sensores ambientales: pluviómetro, piranómetro y una sonda de temperatura y humedad relativa del aire, que están instalados en una torreta de acero de 3 m de altura.

Dentro del armario se ubican un sistema de adquisición de datos, un sistema de alimentación y un sistema de comunicación de datos.

El perímetro de la estación se señaliza con una valla que sirve también como protección (Figura 1).

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Figura 2. Esquema conceptual de la XMS-Cat.

Los registros de los datos son cada 30 minutos. Los sistemas de adquisición están equipados con un sistema de telemetría (módem con una tarjeta SIM) alimentado con un panel fotovoltaico de 30 W, que permite enviar los datos automáticamente al servidor del ICGC.

Los datos se vuelcan y organizan en el sistema gestor de base de datos espaciales NetMon© (Sistema de monitorización de estaciones de medida y control del ICGC) desde el que y mediante un servicio web se pueden consultar, analizar y descargar.

Estos datos son públicos y accesibles mediante el Visor ICGC-Red de estaciones de parámetros físicos Medida del Suelo (XMS-Cat), en el que se puede acceder también a la información edafológica de cada estación (Figura 2).

Instalación de las estaciones

La instalación de la estación se realiza en dos fases:

• En una primera fase se realizan las excavaciones de los cimientos de la torre y por la instalación de los sensores enterrados. También se realiza una descripción del suelo en la que se identifican y analizan en el laboratorio los diferentes horizontes, ya que este conocimiento edáfico será básico para entender los datos obtenidos por los sensores en las diferentes profundidades. 
• En la segunda fase se instala la torre con los sensores ambientales, el panel solar y el armario con el sistema de alimentación, captación y envío de los datos, donde se realiza la conexión de todos los sensores. Estas estaciones se instalan en un margen de la parcela, fuera de la zona de cultivo.

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Proceso de instalación de la estación de Llívia (Cerdanya)

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Proceso de instalación de los sensores a 5, 20, 50 y 100 cm

Estado de implementación (Noviembre 2023)

El proyecto se inició en 2013 en la Conca de Tremp con sensores manuales en campos de vid asociados a una iniciativa sobre vinos de altura. Estos sensores presentaban limitaciones (descarga manual, problemas de alimentación, daños por trabajos agrícolas), lo que no garantizaba la continuidad de los datos. Por este motivo, en 2016 empezaron a sustituirse por estaciones automáticas con transmisión remota.

Actualmente, la red cuenta con 17 estaciones repartidas entre varias comarcas del Pirineo: Alt Empordà, Alt Urgell, Cerdanya, Noguera, Osona, Pallars Jussà, Pallars Sobirà y Solsonès.

Por último, la integración de los datos de la XMS-Cat en el portal International Soil Moisture Network (ISMN) (https://ismn.earth/en/dataviewer/) amplía el alcance de estos datos para la investigación internacional, ofreciendo puntos de comparación y validación cruzada con otras redes de suelos a escala global (Dorigo et al., 2021).

Tabla de estaciones

Referencias

• Dorigo, W. A., Gruber, A., Scanlon, T., Ford, T. W., Hahn, S., & Van der Schalie, R. (2021). The International Soil Moisture Network: Serving Earth system science for over a decade. Earth System Science Data, 13(4), 2345–2364. https://doi.org/10.5194/essd-13-2345-2021
• ICGC (2014). Estimació dels règims climàtics de Catalunya segons la classificació de la Soil taxonomy (SSS, 1999). Informes tècnics de l’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya, ED-0005/14, 40 p., Generalitat de Catalunya. 
• ICGC i DARP (2019). Mapa de sòls de Catalunya 1:250.000 (MSC250M). Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya i Departament  d'Agricultura, Ramaderia, Pesca i Alimentació. Barcelona. ISBN: 978-84-393-9821-9 (imprés), 978-84-393-9836-3 (GeoPDF).
• International Soil Moisture Network (ISMN). (2023). Data viewer. https://ismn.earth/en/dataviewer/
• Robinson, D. A., Jones, S. B., Wraith, J. M., Or, D., & Friedman, S. P. (2003). A review of advances in dielectric and electrical conductivity measurement in soils using time domain reflectometry. Vadose Zone Journal, 2(4), 444–475. https://doi.org/10.2113/2.4.444
• Rosenbaum, U., Huisman, J. A., Weuthen, A., Vereecken, H., & Bogena, H. R. (2010). Sensor-to-sensor variability of the ECH2O EC-5, TE, and 5TE sensors in dielectric liquids. Vadose Zone Journal, 9(1), 181–186. https://doi.org/10.2136/vzj2009.0036
• Soil Science Society of America (SSSA). (2017). Methods of soil analysis: Physical methods (SSSA Book Series No. 5). Madison, WI: SSSA.
• Soil Survey Staff. (1999). Soil taxonomy: A basic system of soil classification for making and interpreting soil surveys (2nd ed.). USDA Agriculture Handbook No. 436.