Are conductivity sensors useless for irrigators? Exploring measurement consistency around soil moisture thresholds relevant to different applications

Abstract

The cheap conductivity-based sensors favoured by farmers for soil moisture monitoring remain largely ignored by researchers because of their low accuracy, which results in high uncertainty regarding their utility for irrigators. In this work, conductivity measurements were compared with dielectric permittivity measurements in moisture ranges relevant to different applications. The results showed that the permittivity measurements captured moisture variability well (R
2 > 0.8) throughout the full range tested (0%–35%), which is consistent with the literature. Conductivity measurements consistently distinguished dry from wet conditions (p < 0.0001) and reflected moisture variability in lower ranges (R
2 > 0.5) but not in higher ranges (>20%). This is problematic because important monitoring thresholds such as field capacity and saturation are in the upper moisture ranges. Conductivity measurements were found to lack any meaningful utility in most applications except those relevant to distinguishing dry from wet conditions and indicating lower-range moisture patterns, such as monitoring in arid environments. This gives some merit to conductivity sensors considering their very low cost if corrosion is minimised. The described evaluation approach is suggested as an example for developers, labs and extension services to better communicate potential sensor utilities and restrictions to practitioners to improve their accessibility to decision support technologies.

Résumé

Les capteurs bon marché basés sur la conductivité, préférés par les agriculteurs pour la surveillance de l’humidité du sol, restent largement ignorés par les chercheurs en raison de leur faible précision, ce qui entraîne une grande incertitude quant à leur utilité pour les irrigateurs. Dans ce travail, des mesures de conductivité ont été comparées à des mesures de permittivité diélectrique dans des variations d’humidité pertinentes pour différentes applications. Les résultats ont montré que les mesures de permittivité capturaient bien la variabilité de l’humidité (R
2 > 0.8) sur toute la gamme testée (0%–35%), ce qui est conforme à la littérature. Les mesures de conductivité distinguaient systématiquement les conditions sèches des conditions humides (p < 0.0001) et reflétaient la variabilité de l’humidité dans les gammes inférieures (R
2 > 0.5), mais pas dans les gammes supérieures (>20%). Cela pose problème parce que des seuils de surveillance importants, comme la capacité sur le terrain et la saturation, se situent dans la variation d’humidité supérieure. On a constaté que les mesures de conductivité n’ont aucune utilité significative dans la plupart des applications, à l’exception de celles qui permettent de distinguer les conditions sèches des conditions humides et de signaler des tendances d’humidité plus basses, comme la surveillance dans des environnements arides. Ceci donne un certain mérite aux capteurs de conductivité étant donné leur coût très faible si la corrosion est minimisée. L’approche d’évaluation décrite est proposée comme exemple pour les développeurs, les laboratoires et les services de vulgarisation afin de mieux communiquer aux praticiens les utilités potentielles des capteurs et les restrictions afin d’améliorer leur accessibilité aux technologies d’aide à la décision.

Irrigation and Drainage, EarlyView. Read More

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *