La Xarxa d’Estacions de Mesura de Paràmetres Físics dels Sòls de Catalunya (XMS-Cat) és un projecte iniciat l’any 2015 per l’ICGC. Va començar a la conca de Tremp, substituint estacions manuals per estacions automàtiques amb registre continu de la humitat i la temperatura del sòl. Des del 2023, també s’han començat a instal·lar en altres zones del territori, tot mantenint el focus en sòls dedicats al mateix tipus de cultiu, concretament la vinya de secà. Les dades generades s’alineen amb els estàndards internacionals de monitoratge promoguts per la International Soil Moisture Network (Dorigo et al., 2021; ISMN, 2023).

El visor XMS-Cat té com a finalitat generar i proporcionar dades en continu de temperatura i humitat del sòl a diferents profunditats i en diferents indrets del territori català, amb un enfocament especial en zones vitivinícoles. Aquestes dades, combinades amb la mesura de paràmetres ambientals, permeten dur a terme diversos estudis, com ara:

• determinació dels règims climàtics del sòl segons la Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 1999).
• estudis mediambientals sobre canvi climàtic, utilitzant aquests paràmetres com a indicadors de la resiliència i resistència dels ecosistemes (Bradford et al., 2019).
• estudis hidrològics, com el càlcul del balanç hídric per a la recàrrega d’aqüífers, entre d’altres (Robinson et al., 2003; SSSA, 2017).

Els principals usuaris d'aquest visor són els següents: 

• Agricultors i gestors de cultius: per optimitzar el reg i les pràctiques agrícoles mitjançant dades precises de la humitat i temperatura del sòl (predicció de plagues, optimització del reg, etc.). 
• Investigadors i científics: per estudiar les característiques i comportaments dels sòls en diferents condicions ambientals. Administracions públiques: per planificar i implementar polítiques relacionades amb l'agricultura i la gestió del territori.

Visor ICGC XMS-Cat

Al visor es poden consultar les dades dels paràmetres físics dels sòls de les estacions actives, la seva localització geogràfica i la informació edafològica del sòl on estan instal·lades. Des de la pestanya de Mapes base de Sòls del visor també s’hi poden activar les capes de Geoíndex-Sòls relatives al Mapa de sòls de Catalunya a escala 1:250.000 (ICGC i DARP, 2019) i de l’Estimació dels règims climàtics de Catalunya segons la classificació Soil Taxonomy (ICGC, 2014).

La cerca de dades es pot fer per data (dia/mes/any i hora), amb opció de visualització gràfica i descàrrega en format CSV. Les dades disponibles són:

• Humitat del sòl (m³/m³) i humitat relativa de l’aire (%H₂O).
• Humitat del sòl (m³/m³) 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:

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

La temperatura del sòl és important per:

• la productivitat i desenvolupament de les plantes.
• la velocitat del cicle dels nutrients.
• les activitats de microfauna del sòl.

Tots dos paràmetres també són útils per:

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

Funcionament de les estacions i les tecnologies utilitzades
 

Imatge

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

Les estacions que componen la xarxa estan formades per 4 sensors de sòl multi-paramètrics a 5, 20, 50 i 100 cm de profunditat, sensors capacitius com els descrits per Bogena et al. (2007) i Rosenbaum et al. (2010), que mesuren la temperatura i la humitat del sòl (Topp et al., 1980; Ledieu et al., 1986). 

La instal·lació dels sensors multiparamètrics i la interpretació de les dades s’adapten progressivament als criteris metodològics establerts per la Soil Science Society of America per a l’anàlisi física dels sòls (SSSA, 2017), garantint la qualitat i comparabilitat dels resultats obtinguts.

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, resguardats de la pluja, 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).

Imatge

Figura 2. Esquema conceptual de la XMS-Cat.

L'enregistrament de les dades es fa 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).

Instal·lació de les estacions

Les estacions s’instal·len en un marge de la parcel·la, fora de la zona de cultiu, en dues fases:

• En una primera fase es fan les excavacions pels fonaments de la torre i per la instal·lació dels sensors enterrats. També es realitza una descripció del sòl en la que s’identifiquen els diferents horitzons edàfics i s’obtenen mostres del sòl que són analitzades posteriorment al laboratori. Aquest coneixement edàfic és 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.

Imatge

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

Imatge

Procés d’instal·lació dels sensors a 5, 20, 50 i 100 cm

Estat d’implementació (Maig 2025)

El projecte es va iniciar l’any 2013 a la conca de Tremp amb sensors manuals en camps de vinya associats a una iniciativa sobre vins d’alçada. Aquests sensors presentaven limitacions (descàrrega manual, problemes d’alimentació), fet que no garantia la continuïtat de les dades. Per aquest motiu, el 2016 es van començar a substituir per estacions automàtiques amb transmissió remota.

Actualment, la xarxa compta amb 19 estacions repartides entre diverses comarques de Catalunya: Alt Empordà, Alt Urgell, Cerdanya, Noguera, Osona, Pallars Jussà, Pallars Sobirà, Solsonès i Bages.

Finalment, la integració de les dades de la XMS-Cat al portal International Soil Moisture Network (ISMN) (https://ismn.earth/en/dataviewer/) amplia l’abast d’aquestes dades per a la recerca internacional, oferint punts de comparació i validació creuada amb altres xarxes de sòls a escala global (Dorigo et al., 2021).

Referències

• Bradford, J. B., Schlaepfer, D. R., Lauenroth, W. K., Palmquist, K. A., Chambers, J. C., Maestas, J. D., Campbell, S. B. (2019). Climate-Driven Shifts in Soil Temperature and Moisture Regimes Suggest Opportunities to Enhance Assessments of Dryland Resilience and Resistance. Frontiers in Ecology and Evolution, 7, 358 p. https://doi.org/10.3389/fevo.2019.00358.
• Bogena, H. R., Huisman, J. A., Oberdörster, C., Vereecken, H. (2007). Evaluation of a low-cost soil water content sensor for wireless network applications. Journal of Hydrology, 344 (1–2): 32–42. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.06.032.
• 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 i Pesca, Barcelona. Generalitat de Catalunya. ISBN: 978-84-393-9821-9 (imprès), 978-84-393-9836-3 (GeoPDF).
• ISMN (2023). International Soil Moisture Network Data viewer. https://ismn.earth/en/dataviewer/.
• Ledieu, J. P. De Ridder, De Clerck, P., Dautrebande S. (1986). A method of measuring soil moisture by time-domain reflectometry. Journal of Hydrology, 88 (3–4): 319-328.
• 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.
• SSSA (2017). Methods of soil analysis: Physical methods (SSSA Book Series No. 5). Madison, WI: Soil Science Society of America.
• 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.
• Topp, G. C., Davis, J. L.,  A. P. Annan (1980). Electromagnetic determination of soil water content: measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research,  16 (3): 574-582.  https://doi.org/10.1029/WR016i003p00574.