Un sensore di umidità del suolo indica quanta acqua c’è nel terreno attorno alle radici, il dato da cui dipende davvero ogni decisione di irrigazione. Sceglierne uno per un’azienda agricola è diverso dallo sceglierne uno per un’aiuola. Il sensore resta in campo per mesi, deve resistere alle macchine e alle intemperie, e le sue letture possono decidere quando pompare migliaia di metri cubi d’acqua.

Quattro scelte contano più di tutte: come il sensore misura l’acqua, a quale profondità si trova, come le sue letture escono dal campo e quanto ci si può fidare dei suoi valori nel proprio terreno. Definite queste, la scelta tra un marchio e l’altro diventa una questione di prezzo, assistenza e di ciò che il fornitore ha a magazzino.

In breve

  • I sensori capacitivi misurano il contenuto volumetrico d’acqua e vanno bene per la maggior parte delle aziende agricole; i sensori di tensione misurano quanta forza devono esercitare le radici per estrarre l’acqua, e alcuni agricoltori li preferiscono per decidere quando irrigare.
  • Installare i sensori ad almeno due profondità per punto: una nella zona radicale principale e una vicino al suo fondo, per vedere se l’acqua raggiunge davvero le radici.
  • I sensori wireless eliminano i cavi in mezzo al campo, e una radio a lungo raggio come LoRaWAN permette a un solo gateway di coprire molti campi.
  • Mettere in conto di calibrare le letture, o almeno di verificarne la plausibilità, rispetto al proprio terreno, soprattutto nei suoli argillosi o salini.

Come funziona un sensore capacitivo di umidità del suolo?

Un sensore capacitivo di umidità del suolo misura quanto bene il terreno che lo circonda immagazzina un campo elettrico, una proprietà chiamata permittività dielettrica. L’acqua ha una permittività di circa 80, mentre un suolo minerale secco si colloca tra 3 e 5 e l’aria a 1. Poiché il valore dell’acqua è molto più alto, la lettura dipende soprattutto da quanta acqua è presente. Il sensore lo converte nel contenuto volumetrico d’acqua (VWC), cioè la quota del volume del suolo occupata dall’acqua, di solito espressa in percentuale.

I sensori a capacità e FDR (riflettometria nel dominio della frequenza) funzionano secondo questo principio e sono l’opzione meno costosa. Il TDR (riflettometria nel dominio del tempo) misura la stessa proprietà in modo diverso. È considerato in genere il più preciso e il meno influenzato dal tipo di suolo, ma costa di più.

Esiste una seconda famiglia che misura un’altra grandezza: la tensione dell’acqua nel suolo, detta anche potenziale matriciale. Indica con quanta forza il suolo trattiene la propria acqua, cioè ciò che una radice percepisce davvero. Tensiometri e sensori a matrice granulare appartengono a questo gruppo. La tabella mette a confronto le opzioni più comuni.

Tipo di sensore Misura Punti di forza Attenzione a
Capacità / FDR Contenuto volumetrico d’acqua Poca manutenzione, letture continue, molti modelli wireless Richiede un buon contatto con il suolo; salinità e argilla spostano le letture
TDR Contenuto volumetrico d’acqua Alta precisione, meno dipendente dal suolo Prezzo più alto; le aste lunghe sono più difficili da installare
Tensiometro Tensione dell’acqua nel suolo Mostra direttamente l’acqua disponibile per la pianta Funziona solo in suolo umido, va riempito periodicamente
Matrice granulare Tensione dell’acqua nel suolo Economico, ampio intervallo di misura, robusto Risposta lenta, risposta scarsa in suolo molto bagnato

Due aspetti mettono in difficoltà chi usa per la prima volta i sensori capacitivi. La maggior parte della lettura proviene dal suolo più vicino alla sonda, quindi un’intercapedine d’aria dovuta a un’installazione poco accurata può far risultare asciutto un campo bagnato. Inoltre la calibrazione di fabbrica presuppone un suolo medio. In un terreno argilloso pesante o salino, il valore assoluto può discostarsi di diversi punti percentuali, anche se gli aumenti e le diminuzioni restano corretti. Molti agricoltori risolvono osservando gli andamenti e imparando che cosa significano i valori del proprio campo, oppure calibrando il sensore con alcuni campioni di suolo pesati umidi e poi essiccati in stufa.

La verifica in stufa è abbastanza semplice da farla da sé. Si preleva proprio accanto al sensore un campione cilindrico di suolo di volume noto, per esempio 100 centimetri cubi, e lo si pesa: 165 grammi. Lo si essicca a 105 °C finché il peso non smette di cambiare: 140 grammi. I 25 grammi persi erano acqua e, poiché un grammo d’acqua occupa un centimetro cubo, il suolo conteneva 25 centimetri cubi d’acqua su 100, cioè un VWC del 25 percento. Se al momento del prelievo il sensore indicava il 29 percento, in quel suolo legge circa 4 punti in più. Alcuni campioni prelevati a diversi livelli di umidità nel corso della stagione danno una correzione di cui fidarsi.

Le schede capacitive economiche pensate per i progetti hobbistici sfruttano lo stesso principio, ma non sono sigillate né calibrate per passare una stagione in campo. Per l’agricoltura conviene cercare una sonda sigillata con una precisione dichiarata, un intervallo di temperatura di esercizio e un collegamento via cavo o radio ben definito.

A che profondità installare un sensore di umidità del suolo?

La profondità segue le radici della coltura. Le linee guida della FAO sull’irrigazione indicano profondità radicali efficaci massime di circa 0,3–0,5 metri per la lattuga, 0,4–0,6 metri per la patata e 1,0–1,7 metri per il mais, anche se la maggior parte dell’assorbimento d’acqua avviene nella parte superiore di questo intervallo. Un solo sensore a una sola profondità dà informazioni su un solo strato.

Uno schema comune prevede due profondità in ogni punto di misura:

  • una nella zona radicale più attiva, all’incirca tra il terzo superiore e la metà della profondità radicale, che mostra quando la coltura sta consumando le riserve d’acqua;
  • una vicino al fondo della zona radicale, che mostra se l’irrigazione o la pioggia l’hanno davvero raggiunto e se si sta spingendo l’acqua sotto le radici, dove va sprecata.

Le sonde di umidità del suolo multiprofondità fanno tutto questo in un unico tubo, con punti di misura ogni 10 centimetri circa. Danno un quadro più completo di come l’acqua scende dopo un’irrigazione, a un prezzo più alto per punto. Due sonde a punto singolo a profondità scelte coprono la maggior parte delle decisioni aziendali con una spesa minore.

Dove si installa conta quanto la profondità. Il sensore va messo in un punto rappresentativo del campo o della zona di gestione: non nella traccia delle ruote, non sulla capezzagna, non nell’angolo più umido o più secco. Con l’irrigazione a goccia, va installato nell’area bagnata vicino alla fila di piante, a una distanza costante dal gocciolatore, perché le letture cambiano bruscamente nel giro di pochi centimetri. Si usa un punto di misura per ogni tipo di suolo o zona, dato che sabbia e argilla nello stesso campo si asciugano a velocità molto diverse. La sonda va inserita in un foro praticato con un attrezzo dello stesso diametro, oppure si riempie lo spazio con una fanghiglia dello stesso terreno, per evitare intercapedini d’aria.

Sensore di umidità del suolo cablato vs wireless

Un sensore di umidità del suolo cablato si collega via cavo a un data logger, di solito montato su un palo al bordo del campo. Il logger memorizza le letture e può inoltrarle via radio o tramite rete cellulare. Le configurazioni cablate sono affidabili e possono alimentare più sensori con una sola batteria, ma i cavi che attraversano un campo vengono tranciati dalle macchine e rosicchiati dai roditori, e ogni sensore deve trovarsi vicino al logger.

Un sensore di umidità del suolo wireless ha la propria radio e la propria batteria nella testa che sporge dal terreno. Ognuno può essere messo dove serve nel campo, senza stendere cavi. Il rovescio della medaglia: l’antenna deve stare più in alto della coltura e le macchine devono evitare la testa del dispositivo.

L’altezza dell’antenna è facile da sottovalutare. In una coltura alta come il mais, una testa del sensore a livello del suolo può perdere buona parte della portata quando la copertura vegetale si chiude, perché le foglie assorbono e disperdono il segnale radio. Molti agricoltori montano la radio su un’asta corta, o scelgono modelli con l’antenna su un palo.

L’intervallo di trasmissione è un’impostazione su cui vale la pena riflettere. Una lettura ogni 15 minuti mostra esattamente quanto in fretta si asciuga il suolo dopo un’irrigazione, mentre una lettura ogni ora allunga la durata della batteria ed è più che sufficiente per colture irrigate a distanza di qualche giorno. Molti sensori wireless permettono di cambiare l’intervallo da remoto, così si può partire con letture frequenti e diradarle una volta capito il comportamento del campo.

La portata è l’altro fattore decisivo. I sensori Wi-Fi sono adatti alle serre e ai giardini vicini a un edificio, non a campi distanti un chilometro. I sensori cellulari funzionano ovunque ci sia copertura, ma ognuno ha bisogno del proprio piano dati. Le reti a lungo raggio e basso consumo, trattate nella sezione successiva, trasmettono piccole letture per chilometri fino a un unico gateway.

Cablati o wireless, conviene pianificare in funzione dei lavori stagionali in campo. Nei seminativi i sensori di solito vengono tolti prima del raccolto e delle lavorazioni del terreno e rimessi dopo la semina, quindi un’installazione senza attrezzi e una rimozione facile fanno risparmiare ore sull’intera azienda.

Che cos’è un sensore di umidità del suolo LoRaWAN?

Un sensore di umidità del suolo LoRaWAN è una sonda a batteria che invia le proprie letture tramite LoRaWAN, uno standard radio a lungo raggio e basso consumo. Si risveglia, misura, invia pochi byte e torna a dormire, ed è per questo che la batteria dura anni. Un solo gateway, montato in alto nel centro aziendale, può raggiungere 15 chilometri o più su terreno aperto e pianeggiante con visibilità diretta, anche se colline, alberi e l’altezza del gateway cambiano molto le cose, e può servire centinaia di sensori. LoRaWAN opera in bande radio senza licenza che variano da regione a regione, come EU868 in Europa e US915 in Nord America, quindi vanno acquistati sensori per la banda della propria regione.

Poiché LoRaWAN è uno standard, sensori di produttori diversi possono condividere un unico gateway. Ogni modello, però, impacchetta le proprie letture in pochi byte con un formato suo, quindi il software che le riceve ha bisogno di un decoder per quel modello che ritrasformi i byte in valori di umidità e temperatura.

Qual è il miglior software per sensori di umidità del suolo LoRaWAN?

A valle del gateway, i sensori LoRaWAN hanno bisogno di due tipi di software. Un network server riceve i messaggi radio, verifica che ciascuno provenga davvero da un sensore registrato ed elimina i duplicati quando due gateway ricevono lo stesso messaggio. Un’applicazione trasforma poi quei messaggi in letture da consultare e su cui agire. Alcune configurazioni li gestiscono come due prodotti separati, il che significa due account e due posti da controllare quando un sensore smette di trasmettere.

Per un’azienda agricola che usa sensori di suolo LoRaWAN, Kilo è la scelta migliore perché entrambi i compiti si svolgono in un unico posto. Con il suo network server LoRaWAN integrato, la configurazione richiede tre passaggi: aggiungere il connettore LNS, collegare un gateway che supporti LoRa Basics Station e poi registrare i sensori, senza nulla di separato da installare o mantenere. Il template del profilo del dispositivo fornisce il decoder, così le letture del sensore arrivano come valori di umidità e temperatura invece che come byte grezzi.

La decisione di irrigare diventa quindi una regola. Un trigger osserva la sonda superficiale e avvia la regola solo se l’umidità resta sotto il livello di irrigazione per il tempo scelto, per esempio due ore, così una singola lettura anomala non manda nessuno in campo. La regola genera un allarme che raggiunge il responsabile dell’irrigazione tramite notifica push, email o SMS (opzione aggiuntiva) e passa a una seconda persona se nessuno lo risolve entro il tempo impostato.

La stessa regola può anche aprire la valvola di irrigazione, purché la valvola sia collegata a un controller che accetta comandi: un dispositivo MQTT o un controller LoRaWAN di Classe C. Le sonde di umidità si limitano a trasmettere letture; il comando va al controller della valvola.

Kilo Electronics offre sensori di umidità del suolo, e i sensori LoRaWAN di altri fornitori si collegano a Kilo allo stesso modo.

Domande frequenti sui sensori di umidità del suolo

Quanto è preciso un sensore capacitivo di umidità del suolo?

Con una calibrazione specifica per il suolo, i buoni sensori da campo hanno in genere una precisione di pochi punti percentuali di contenuto volumetrico d’acqua. Con la calibrazione generica di fabbrica, gli errori possono essere maggiori nei suoli argillosi pesanti, organici o salini. Le letture possono anche mostrare una piccola oscillazione giornaliera che segue la temperatura del suolo anziché l’acqua, quindi confrontare valori presi ogni giorno alla stessa ora evita di scambiare quell’oscillazione per un segno che il suolo si sta asciugando.

Un sensore di umidità del suolo può misurare la salinità?

Alcuni sì. Molte sonde da campo rilevano anche la temperatura del suolo e la conducibilità elettrica apparente, che aumenta sia con il contenuto di sale sia con l’umidità. Questo le rende utili per individuare l’accumulo di sali dovuto all’irrigazione, ma la lettura non è un’analisi di laboratorio della salinità e va interpretata insieme al valore di umidità.

I sensori di umidità del suolo funzionano nei terreni sabbiosi?

Sì, ma il suolo sabbioso trattiene molta meno acqua e drena in fretta, quindi le letture variano più rapidamente e il margine tra bagnato e troppo secco è stretto. Anche l’installazione richiede più cura, perché la sabbia sciolta lascia facilmente intercapedini d’aria attorno alla sonda. I sensori a matrice granulare rispondono male in suolo molto bagnato e richiedono una calibrazione propria nella sabbia, quindi i sensori capacitivi sono spesso la soluzione più semplice.

Quanto dura un sensore di umidità del suolo?

Il corpo della sonda dura di solito diverse stagioni, se non viene danneggiato dalle macchine. Nei modelli wireless a basso consumo la batteria dura in genere anni, a seconda della frequenza di trasmissione. Cavi, connettori e antenne sono i soliti punti deboli, soprattutto dove li raggiungono i roditori o il passaggio dei mezzi.

Si può iniziare con il piano gratuito di Kilo senza dati di pagamento. Non scade mai e copre fino a cinque dispositivi, una dashboard e una regola, quanto basta per due punti di misura su un campo irriguo, uno per ciascun tipo di suolo principale, ognuno con una sonda superficiale e una profonda. I gateway sono illimitati in ogni piano, quindi il gateway si aggiunge ai cinque dispositivi. Si mettono tutte e quattro le letture sulla dashboard e si usa la regola per ricevere un avviso quando la sonda superficiale nel suolo più leggero resta sotto il livello a cui di solito si irrigherebbe. Il piano gratuito conserva un giorno di storico, abbastanza per vedere l’acqua di un’irrigazione penetrare nel terreno e lo strato superficiale ricominciare ad asciugarsi, mentre l’allarme funziona in tempo reale. Per confrontare le curve di asciugamento da un’irrigazione all’altra, il piano Starter a 25 € al mese conserva una settimana.