Spatial variability of one-parameter model of soil water characteristic curve at field scale in black soil region of northeast China

Abstract

Abstract The soil water characteristic curve (SWCC) is an important parameter for simulating soil water movement and solute transport, and has obvious spatial variability. The models fitting the SWCC generally contain two or more parameters, which makes the spatial variability of the soil water characteristic curve difficult to express. This paper established a one-parameter model of the soil water characteristic curve based on the Gardner model and analyzed its spatial variability with multifractal and joint multifractal methods. Parameter B in the one-parameter model had moderate variation. The local information leading to spatial variability of parameter B in the top soil layer (0–15 cm) and deep soil layer (15–20 cm) was its low values and high values, respectively. At the single scale, spatial variability of parameter B was mainly caused by the bulk density and clay content in the 0–5 cm soil layer, and by the bulk density and sand content in the 5–10, 10–15, and 15–20 cm soil layers. At the multiscale, the most obvious two factors that led to spatial variability of parameter B were the bulk density and silt content in the 0–5 cm soil layer, bulk density and sand content in the 5–10 cm soil layer, and bulk density and clay content in the 10–15 and 15–20 cm soil layers, respectively. The relationships between parameter B and soil properties had scale dependence. Résumé La courbe des caractéristiques de l’eau du sol joue un rôle important dans la simulation des déplacements de l’eau dans le sol et du transport des solutés. Or, de toute évidence, ce paramètre varie dans l’espace. En général, les modèles qui ajustent cette courbe intègrent deux ou plusieurs paramètres, de sorte qu’il est plus compliqué d’en exprimer la variabilité spatiale. Les auteurs ont créé un modèle à un paramètre de la courbe des caractéristiques de l’eau du sol en s’inspirant du modèle de Gardner, puis ils en ont analysé la variabilité dans l’espace par des méthodes multifractales simples ou combinées. Le paramètre B du modèle à un paramètre varie de façon moyenne. Les données locales à l’origine de la variabilité spatiale de ce paramètre ont des valeurs faibles dans la couche de sol superficielle (0–15 cm) et des valeurs élevées dans la couche profonde (15–20 cm). Sur une échelle unique, cette variabilité résulte surtout de la masse volumique apparente et de la teneur en argile dans la couche de 0 à 5 cm ou de la masse volumique apparente et de la teneur en sable dans les couches de 5 à 10 cm, de 10 à 15 cm et de 15 à 20 cm. Sur une échelle multiple, les deux facteurs les plus évidents à l’origine de la variabilité du paramètre B dans l’espace sont la masse volumique apparente et la teneur en limon dans la couche de 0 à 5 cm, la masse volumique apparente et la teneur en sable dans celle de 5 à 10 cm ou la masse volumique apparente et la teneur en argile dans les couches de 10 à 15 cm et de 15 à 20 cm. Les liens entre le paramètre B et les propriétés du sol présentent donc une dépendance avec l’échelle. [Traduit par la Rédaction]