A carbon-based method for estimating the wetness of forest surface soil horizons

摘要

The degree of wetness in forest surface soils has an effect on chemical and biological processes but is not easily measured. The high spatial variability in carbon (C) concentration creates high variability in water-holding capacity, and gravimetric water content is not informative. Local hydrology can create patchiness in soil moisture, with saturated soils often found near well-drained ones. When sampling to measure such factors as nitrification potential, it would be advantageous to have a simple metric that reflects the relative wetness of the soil. The relationship between C concentration (range 51.5-520.8g·kg-1) and gravimetric water content was found to be linear for a set of 113 H- and A-horizon samples assumed to be at field capacity. The wetness ratio is defined as the actual water content of a sample divided by the water content predicted by the least squares regression equation based on C concentration (soil water content (kg·kg-1) = 0.080+ 0.0057 soil C concentration (g·kg-1)). Soil moisture retention curves were developed for a small number of samples in the range of 0 to about-10kPa and showed that the equation predicted that water would be held at relatively high potential. In samples taken from 10 watersheds in the northeastern USA, wetness ratios between 1.25 and 3.1 were associated with soils identified in the field as ranging from wet to boglike. A median ratio of 0.49 was found in a watershed sampled after an extended dry period. At the Sleepers River Research Watershed, high wetness ratios were associated with a high soil calcium concentration, presumably from enriched groundwater. The ratio should be a useful measurement in watershed studies.Le degré d'humidité des sols de surface en forêt a un effet sur les processus chimiques et biologiques mais il n'est pas facilement mesuré. La forte variabilité spatiale de la concentration de carbone (C) entraîne une grande variation de la capacité de rétention d'eau et le contenu en eau libre ne procure pas d'information. Les conditions hydrologiques locales peuvent entraîner des variations spatiales dans l'humidité du sol de telle sorte qu'on retrouve souvent des sols saturés près de sols bien drainés. Lorsqu'on échantillonne pour prendre des mesures telles que la capacité de nitrification, il serait avantageux d'avoir une mesure simple qui reflète l'humidité relative du sol. Nos observations ont montré que la relation entre C (étendue de 51,5 à 520,8 g·kg-1) et le contenu en eau libre était linéaire pour un ensemble de 113 échantillons des horizons H et A qu'on a présumé être à la capacité au champ. Le rapport d'humidité est défini comme le contenu réel en eau d'un échantillon divisé par le contenu en eau prédit par une équation de régression des moindres carrés basée sur C (eau du sol (kg·kg-1) = 0,080 + 0,0057 C du sol (g·kg-1)). Des courbes de rétention d'humidité du sol ont été développées pour un petit nombre d'échantillons dans la gamme de 0 à environ -10 kPa et ont montré que l'équation a prédit le contenu en eau retenue à un potentiel relativement élevé. Dans les échantillons prélevés dans 10 bassins du nord-est des États-Unis, des rapports d'humidité de 1,25 à 3,1 étaient associés à des sols qualifiés sur le terrain d'humide à quasi marécageux. Un rapport médian de 0,49 a été mesuré dans un bassin échantillonné après une longue période de sécheresse. Dans le bassin de recherche de la rivière Sleepers, des rapports d'humidité élevés étaient associés à un contenu élevé en calcium provenant vraisemblablement d'une eau du sol enrichie. Le rapport devrait être une mesure utile dans l'étude des bassins versants.