Dalla Calibrazione in Laboratorio alla Convalida sul Campo: Uno Studio sui Sensori di Umidità

In this thesis, the reliability of indirect soil moisture sensors (FDR and TDR) was assessed through laboratory calibration, field validation, and spatial analysis. The study was conducted at the “Luigi Toniolo” Experimental Farm of the University of Padova, on a silty clay loam soil. Laboratory calibrations revealed strong relationships (R² > 0.98) between gravimetric references and sensor readings, but their transfer to field conditions did not improve accuracy. Comparisons between the portable TDR 350 and static probes showed modest determination coefficients (R² ≈ 0.45–0.50), with slightly better results from non-calibrated datasets. Thus, the TDR 350 can be effectively used without prior calibration, provided that replicated measurements and statistical filtering are applied. Distributed measurements further demonstrated the instrument’s ability to detect soil compaction levels, with higher water contents recorded in denser soils. Spatial analysis confirmed consistent trends across three methods (Voronoi, IDW, and ordinary kriging), each with distinct strengths: Voronoi for immediate visualization, IDW for operational mapping, and kriging for smoother, model-driven representations. Overall, the findings support a hybrid monitoring strategy, where a few static probes provide continuous temporal data and the TDR 350 delivers rapid, spatially distributed surveys, combining temporal stability with spatial detail.

In questa tesi è stata analizzata l’affidabilità di sensori indiretti per la misura dell’umidità del suolo (FDR e TDR), attraverso calibrazione in laboratorio, validazione in campo e analisi spaziale dei dati. La ricerca si è svolta presso l’Azienda Agraria Sperimentale “Luigi Toniolo” dell’Università di Padova, su un suolo a tessitura franco limoso argillosa. Le calibrazioni di laboratorio hanno evidenziato relazioni molto solide (R² > 0,98) tra valori gravimetrici e misure strumentali, ma in campo non hanno migliorato la coerenza. I confronti tra il TDR 350 portatile e le sonde statiche hanno mostrato coefficienti di determinazione modesti (R² ≈ 0,45–0,50), con risultati migliori sui dati non calibrati. Ne emerge che il TDR 350 può essere impiegato efficacemente senza calibrazione preventiva, purché si effettuino misure replicate e si applichino filtri statistici. Le misure distribuite hanno inoltre dimostrato la capacità del TDR 350 di distinguere i livelli di compattamento del suolo, rilevando valori idrici crescenti con l’aumento della densità. L’analisi spaziale ha confermato la coerenza dei tre metodi adottati (Voronoi, IDW e kriging ordinario), ciascuno con specifici punti di forza: immediatezza per i Voronoi, praticità per l’IDW, modellizzazione più accurata per il kriging. Nel complesso, i risultati supportano un approccio ibrido, in cui poche sonde statiche forniscano serie temporali continue e il TDR 350 garantisca una copertura spaziale rapida e dettagliata.