Water and salt transport characteristics in a soil column in the presence of a low-permeable body

Abstract

Abstract Soil water infiltration is an important factor affecting surface runoff, soil erosion, and soil solute transmission. Increasing soil infiltration reduces runoff and erosion. The presence of low-permeable body in soil can enhance soil infiltration capacity. However, different depths of low-permeable body have unknown effects on water infiltration and salt transfer. In this work, we evaluated the effects of low-permeable body with varied depths (control (CK), 0, 0.5, 1, and 1.5 cm) on silty loam soil water and salt movement using 15 soil columns (23 cm internal diameter, 50 cm length). Experimental results showed that low-permeable body increased infiltration rate and wetting front migration rate. Infiltration rate and wetting front propulsion rate decreased with the increase of the burial depth. Compared with the CK, when the depth of wetting front reached 20 cm, the infiltration time of 0, 0.5, 1, and 1.5 cm burial depth treatment was shortened by 72.24%, 56.29%, 44.61%, and 31.01%, respectively. Simultaneously, the existence of low-permeable body led to the increase of soil water content and salt content in the same soil layer, which indicated that the low-permeable body enhanced the soil holding capacity and reduced the salt leakage to the deep soil. Furthermore, the Philip’s model and the algebraic model were used to describe the infiltration process. Fitting results showed that the sorptivity in the Philip’s model increased with burial depth, while the comprehensive shape coefficient in the algebraic model decreased. Therefore, this study provides a reference for the application of low-permeable body in the improving soil infiltration capacity and controlling salt transport. Résumé L’infiltration de l’eau dans le sol est un facteur important qui affecte le ruissellement en surface, l’érosion du sol et le transport des solutés. Quand l’infiltration augmente, le ruissellement et l’érosion s’amenuisent. La présence d’un corps peu perméable dans le sol peut accroître l’infiltration d’eau. Cependant, on ignore quels effets il pourrait avoir sur l’infiltration et le transport des sels selon la profondeur d’enfouissement. Les auteurs ont évalué les effets d’un corps peu perméable situé à diverses profondeurs (témoin (CK), 0, 0,5, 1, 1,5 cm) sur la concentration d’eau dans un loam limoneux et sur le déplacement des sels en recourant à 15 colonnes de sol (23 cm de diamètre interne, 50 cm de longueur). Les résultats de l’expérience montrent que le corps peu perméable augmente le taux d’infiltration et la vitesse de déplacement du front d’humectation. Ces deux paramètres diminuent à mesure que s’accroît la profondeur de l’enfouissement. Comparativement au traitement CK, où le front d’humectation a atteint 20 cm de profondeur, le temps d’infiltration s’est respectivement raccourci de 72,24 %, 56,29 %, 44,61 % et 31,01 % avec une profondeur d’enfouissement de 0, 0,5, 1 et 1,5 cm. Parallèlement, l’existence d’un corps peu perméable a entraîné une hausse de la teneur en eau dans la même couche de sol, signe que ce corps améliore la capacité de rétention du sol et freine la lixiviation des sels vers de plus grandes profondeurs. Les auteurs ont utilisé le modèle de Philip et le modèle algébrique pour décrire le processus d’infiltration. Quand on ajuste les résultats, on constate que, dans le modèle de Philip, la sorptivité augmente avec la profondeur de l’enfouissement alors que dans le modèle algébrique, c’est le coefficient de la forme générale qui diminue. Cette étude servira de point de référence à l’usage d’un corps peu perméable pour améliorer la capacité d’infiltration et contrôler le déplacement des sels. [Traduit par la Rédaction]