Utilisation des relations bimodales entre les propriétés hydrauliques du sol pour en caractériser la qualité physique
Citation
Reynolds, W.D. 2017. Use of bimodal hydraulic property relationships to characterize soil physical quality. Geoderma 294, 38-49.
Résumé en langage clair
La qualité physique du sol est largement déterminée par sa capacité d’emmagasiner et de transmettre l’eau et l’air – un sol de bonne qualité peut emmagasiner les grandes quantités d’eau et d’air qui sont nécessaires à la croissance des cultures, rapidement drainer l’eau excédentaire des racines des cultures, et réduire les pertes de nutriments par lixiviation et les émissions de gaz à effet de serre du sol. L’emmagasinement et la transmission de l’eau et de l’air disponibles pour les cultures sont régis par les propriétés hydrauliques du sol, notamment sa courbe de rétention d’eau (CRE) et sa fonction de conductivité hydraulique (FCH). Par conséquent, la qualité physique d’un sol est déterminée en grande partie par ses propriétés hydrauliques. La plupart des sols agricoles présentent un « domaine structurel » de pores grossiers (p. ex. canaux radiculaires abandonnés, trous de ver, fissures, etc.) et un « domaine matriciel » de pores fins (p. ex. vides entre chaque grain et granule du sol). Les deux domaines ont des relations distinctes et très différentes sur le plan de la CRE et de la FCH, ce qui donne au sol une signature « bimodale » ou « à deux pics » quant à ses propriétés hydrauliques – un pic résultant du domaine structurel, et l’autre, du domaine matriciel.Cette étude visait à élaborer et à mettre à l’essai un cadre théorique pour l’utilisation des relations bimodales entre la CRE et la FCH en vue de caractériser la qualité physique des sols agricoles. On a conclu, par l’analyse de plusieurs matériaux de sol, que les domaines structurels et matriciels peuvent différer quant à leur capacité d’emmagasiner et de transmettre l’eau et l’air, et ont donc des qualités physiques différentes. Le domaine structurel peut être propice à la lixiviation des nutriments et limité quant à sa capacité d’emmagasiner l’eau disponible pour les cultures, tandis que le domaine matriciel peut être propice au rejet de gaz à effet de serre et limité quant à sa capacité d’emmagasiner l’air disponible pour les cultures. Par conséquent, l’amélioration de la qualité physique d’un sol donné (et donc de son rendement économique et environnemental) pourrait exiger des améliorations sélectives ou ciblées des relations entre la CRE et la FCH des domaines structurels et matriciels du sol.
Résumé
Les propriétés hydrauliques du sol ont un impact prédominant sur la qualité physique du sol (QPS), parce qu’elles régissent directement ou indirectement l’emmagasinage de l’air et de l’eau, l’infiltration et le drainage, la lixiviation des nutriments, l’activité microbienne, le rejet de gaz à effet de serre et la séquestration du carbone. Les propriétés hydrauliques d’un grand nombre de types de sols sont souvent mieux décrites au moyen de fonctions « bimodales » de la teneur en eau et de la conductivité hydraulique (?-K-h), où la ?-K-h d’un « domaine structurel » à pores grossiers est combinée à la ?-K-h d’un « domaine matriciel » à pores fins. Cette étude utilise les fonctions bimodales ?-K-h en forme fermée de van Genuchten pour caractériser la QPS du point de vue de l’emmagasinage et de la transmission de l’eau et de l’air dans des sols contenant des domaines structurels et matriciels distincts. De bons ajustements ont été continuellement obtenus entre la fonction de la teneur en eau du sol, ?(h), et les données sur la teneur en eau provenant de sol intact, de granules de diatomite restructurées et d’agrégats de sol restructurés (R2 ? 0,9854, RMSE ? 0,0223 m3 m-3), mais des ajustements variables ont été obtenus entre la fonction de la conductivité hydraulique, K(h), et les données sur la conductivité hydraulique. Il a été constaté que, bien que la QPS du sol en général puisse être optimale ou quasi optimale, la QPS des domaines structurels et matriciels correspondants pourrait être limitée ou faible dans une ou plusieurs catégories. Le domaine structurel tend à être limité sur le plan de l’eau et potentiellement propice à la lixiviation, tandis que le domaine matriciel tend à être limité sur le plan de l’aération et potentiellement propice au rejet de gaz à effet de serre. On a conclu que la maximisation du rendement économique et environnemental de la production de grandes cultures exigerait vraisemblablement l’amélioration de la QPS du domaine structurel ou matriciel, plutôt que la QPS du sol en général.