Variations saisonnieres de la tension et du, mouvernent de l'eau dans des sols forestiers du plateau suisse
Le regime d'eau des sols est fortement influence par la. vegetation. Le but de Ce travail etait de donner une expression quantitative de l'influence qu'exerce la vegeta•
tion forestiere sur des Stations choisies. L'interet portait surtout sur la disponibilite de l'eau, pour les plantes, sur le mouvement de l'eau en dessous de la zone enracinee ainsi que sur les variations auxquelles le regime d'eau des sols est soiunis dans le temps, par suite des con.dition.s atmospheriques.
Dans deux placettes d'essai les niemes releves furen.t faits dans une clairiere et dans un peuplement forestier. Les installations comprenaient des pluviometres, des tensio-metres, des elements sensibks
a
l'humidite du sol sur base electroconductometrigue, des tuyaux indiquant la ha.uteur de la nappe phreatique et de appareils permettant de mesurer l'eau. s'ecoulant le long des troncs. Les date sur l'etat physique des wls, utili-sees comme parametres dans les calculs, furent obtenuesa
la suite d'analyses au labo-ratoire,a
savoir: la densite reelle et apparente, les courbes de desorption, les coe// i-cients de permeabilite d'apres Darcya
l'etat sature et non sature. En outre, certaines proprietes physiques et chimiques des sols, telles que la granulometrie de la terre /ine et la capacite d'echange des cations, furent determineesa
titre d'information supple-mentaire sur les sols en question.Les deux placettes d'essai «Buchberg» et« Winzlerboden» se tro1ivent dans la partie nord-est du plateau suisse. Le sol de la placette «Buchberg» pres de Marthalen est une terre brune legerement acide
a
acide, riche en limon et pauvre en squelette, provenant d'une moraine de fond du glacier du Rhin et datant de la glaciation du Würm. La per•meabilite est legerement redziite
a
normak. Ce sol etait occupe par un peuplement f euillu melange, principalement de chene rouvre et de hetre, au stade d'une jeune futaie. Le sol du « Winzlerboden» est une terre brune acide, sablonneuse et tres per-meable, provenant d'un banc de sable fluviatile, pauvre en argile, sur une basse-terrasse d' erosion du Rhin; il est occupe par une vieille futaie clairieree cle pins sylvestres. Les observations sur le terrain ont dure pour la placette <cBuchberg» clu moi · de maia
la mi-novembre 1965 et de la mi-avrila
la mi-novembre 1966. Durant l' hiver 1965/66 seul l,e niveau de l'eau phreatique fut releve. Au «Winzlerboden» la periode d'observa•tion commeru;a
a
la /in avril pour se terminer vers la mi-novembre 1966. Les deux annees furent caracterisees par des precipitations exceptionnellement elevees.Les precipit,ations furent mesurees et sur les surfaces sans vegetation et SOUS le peuplement forestier. Dans la foret feuillue mixte agee de 35 ans de la placette «Buch•
berg», on a mesure 23,6
%
de precipitation de moins que clans la clairiere voisine durant la periode du 17 mai au 11 novembre 1965. Durant ce meme laps de temps /es precipitations dans la clairiere s' ekverenta
755 mm. Dans la meme epoque, 13,.S%,
ozi 102 mm, des precipitations s'ecoulaient le lang des troncs dans le peuplement. 76 mm on 10,l
%
restaient sur les arbres sans atteindre le sol (interception).Au cozu-s des essais de 1966, l'interception Jut plus elevee par rapport
a
la precipi-tation totale, c'est-a-dire 13,2%
pour la periode du 14 avril au 31 octobre. Dans la placette «Winzlerboden» on notait, pour la periode du 5 mai au 31 octobre 1966, dans /a vieille futaie de pins, une interception de 125 mm ou 25,2%
des precipitations totales enregistrees durant cette meme periode. L' ecoulement le lang des troncs a pu etre neglige dans ce type de peuplement.L' allure de la tension de l' eau dans le sol re f lete les in/ luences des precipitations et de la vegetation. Cette demiere influence se fit remarquer tout specialement au prin-temps 1966: dans les deux placettes on pouvait alors voir la tension s'accroitre plus /ortement dans le peuplement que dans les sols nus, cdors que cette tension s' etait main-tenue a peu pres au meme niveau jusqu'a la /in du mois d'avril. Ce n'est qu'en hiver que ces dif ferences entre peuplement et clairiere disparurent de nouveau. L'influence de la repartition des precipitations sur la tension de l' eau dans les sols apparait claire-ment clans les tableaux N° 1
a
3.En regle generale la dispersion de la tension
a
une profondeur donnee etait plus grande sous le peuplement que dans le sol nu de la clairiere. Le 16 aout 1965 la varia-tion Sx de la tension entre les dif ferents endroits de mensuration de la placette «Buch-berg» f ut de 180 cm de colanne d' eaua
10 cm de profondeur en foret, et seulement de 20 cm de colanne d'eau dans le sol nua
meme profondeur. Le point de fletrissement permanent ne fut jamais atteint. La tension ma,'timum observee ne depassa pas 774 cm de colonne d'eau au «Buchberg». Elle /ut mesuree le 17 juin 1966a
10 cm de pro-/ondeur dans le peuplement. Cela signifie qzi'il y avaita
tout momenl de l'eazi dispo-nible dans ce sol. A «Winzlerboden» on constata des tensions plus elevees qu'a «Buch-berg». Le 17 juin 1966, dans le peuplement, la tension atteignit 12 at, maisa
35 cm de profondeur.Mais egalement
a
cette date on evaluait encorea
38 mm la reserve d'eau disponible dans la zone enracinee.A l' aide de la loi de Darcy on a pu calculer quantitativement le mozwement ascen-dant de l'eau («Tiefensickerzmg») en dessous de la zone enracinee. A l'exception d'avril 1966, il jut
a
«Buchberg» plus grand dans le ol nu que dan le peuplements.D1i 13 aout azi 1 0 septembre 1965
a
Buchberg, dans le peuplement, il ne pas a que 4,7 mm d'eau dans des zone inferieuresa
160 cm, contre 27,8 mm dans le ol nu. En 1966 egalement le proportion restaient semblables. Dans le peziplement on con tatait rnemea
certains moments un mouvement ascendant de l'eau, qui se chif frait au total par 19 mm. Une constatation analogue, rnais seulement qualitative, pul etre /aitea
«Winzlerboden»: z'.ci egalement le mouvement de l'eau en profondenr /ut plus grand dans les urfaces nues que dans le peuplement.
En inserant les dif ferents montants du bilan hydrique dans une Jormule, on obtint l'evapotranspiration et l'evaporation sur la su.rface nue comme difference des autres membres de l' equation.
En regle generale [es pertes d'eau furent plus importantes dan les peuplements
(pa.r evapotran piration) que sur les s11,rfaces _nues (par evapor'.ition) d apres ce ca[.
cul. Entre le 3 juin et [e l" jitillet 1966 (28 7011,rs), on calculait une perte d eau pflr euapotranspiration de 74 mm (2,6 mmljour) dans le peuplement de ({Buchberg» et dans la clairiere ans vegetation se1uement de 7 4 mm ( 1,6 mm,/ Jour). Les periodes pre-cedant et suivant la periode de vegetation j aisaient exception, l' evaporation sur les so/s nu-s etant egale ou legerement uperieure
a
l'evapotran piration des peuplements.Ainsi entre le 28 octobre et le 22 novembre 1966 (25 jours) dan la clairiere de
«Buchberg» l'evaporation s'eleva
' a
38 mm (1,5 mmljour) contre une evapotran pira-tion de 24 mm (1,0 mmljour) dan le peuplement voisin.Trad.: A.Jendly
Variazioni stagionali della tensione idrica e del rnovimento dell' acqua in suoli forestali dell' Altipiano svizzero
ll regime idrico di un suolo risulta fortemente influenzato dalla vegetazione. Scopo del presente lavoro
e
di determinare tale in/ lusso in modo quantitativo per la vegeta-zione forestale di determinati ecotopi. Vennero esaminati piu particolarmente la dispo•nibilita dell' acqua per le piante il movimento dell' acqua al disotto della zona di radi-cazione e le variazioni del regime idrico nel tempo in relazione al clima.
In due aree sperimentali le stesse misurazioni vennero eseguite in una radura e nel bosco. Le apparecchiature relati1:e comprendevano pluviometri, tensiometri, misura-tori dell'umidita basati sulla resistenza elettrica, tubi di sondaggio della f alda freatica e misuratori dell acqua scorrente lungo i tronchi. 1 seguenti valori dello stato f i ico del suolo, impiegati come parametri nei diver i calcoli, vennero ottenuti con analisi di laboratorio: densita reale e apparente, curve di desorpzione, coef ficienti di permeabi-lita secondo Darcy in suoli saturi ed insaluri. V ennero determinate inoltre alcune caratteristiche / isiche e chimiche dei suoli come la granulometria della terra fine e la capacita di scambio di cationi.
Le due aree sperimentali «Buchberg» e «Winzlerboden» sono situate nella parte nord-orientale dell'Altipiano svizzero. A «Buchberg» presso Marthalen si riscontra una terra bruna debolmente acida fino ad acida, ricca di limo e povera di cheletro, prove-niente da una morena di f ondo del glziacciaio del Reno durante la glaciazione de/
Würm. La sua permeabilita e leggermente impedita fino a normale. La vegetazione forestale era costituita da un aggregato misto di latif oglie con prevalenza di rovere e faggio, allo stadio di una giovane fustaia. A ,<Winzlerboden» si ha pure itna terra bruna acida, ma sabbiosa ed eccessivamente permeabile, proveniente da un banco di sabbia f luviale povera di argilla su una terrazza d' erosione appartenente al «Nieder·
terrassensclzotter» del Reno; essa porla una vecclzia fustaia rada di pino süvestre. Le osservazioni in campagna durarono per l'area «Buchberg» da maggio fino a meta novembre 1965 e da meta aprüe fino a meta novembre 1966. Durante l'inverno 1965/
J 966 venne rilevato solo il livello delta /alda /reatica. A « W inzlerboden» il periodo di misurazione ando da /ine aprile a meta novembre 1966. Entrambi gli anni Jurono caratterizzati da precipitazioni eccezionalmente elevate.
Le precipitazioni /urono misurate sia neUe radure, sia sotto il coperto del bosco.
Nell'aggregato misto di lati/oglie del «Buchberg», dell'eta di 35 anni, le precipitazioni registrate ditrante il periodo 17 maggio - 11 novernbre 1965 risultarono appena il 76,4
%
di quelle nella radura vicina e assommanti a 755 mm. Nello stesso periodo J 02 mm - pari al 13 ,5%
deUe precipitazioni - scorrevano lungo i tronchi delle piante.76 mm o il 10,1 % rimasero invece sugli alberi senza raggiungere il suolo (intercet-tazione). N el periodo 14 uprile - 31 ottobre 1966 l'intercettazione risulto leggermente superiore, con il 13,2
%
delle precipitazioni. Nella vecchia pineta a «Winzlerboden»si registro un'intercettazione di 125 mm, pari al 25,2
%
delle precipitazioni cadute nel periodo 5 maggio - 31 ottobre 1966. Lo scorrimento lungo i tronchi pote esservi invece trascurato.L' andamento della tensione idrica nel suolo rispecchia gli in/ lussi delle precipita-zioni e della vegetazione. L'in/lusso di quest'ultima risulto in modo chiaro ad esempio nella primavera 1966: in entrambe le aree sperimentali si pote osservare un aumento della tensione idrica nel bo eo maggiore ehe nella radura, mentre /ino ad aprile La stessa tensione si era mantenuta quasi uguale. Solo nell'inverno seguente queste di/-/erenze tra bosco e radura scomparvero di nuovo. L'e//etto della distribuzione delle precipitazioni sull' andamento della tensione idrica risulta chiaramente dalle tavole 1-3.
La dispersione sx della tensione idrica per uno stesso orizzonte era quasi sempre mag-giore sotto il bosco: cosi ü 16 agosto 1965 nell'area «Buchberg» a 10 cm di pro/on-dita Sx comporto 180 cm di colonna d' acqua nel bosco e appena 20 cm nella radura.
Durante tutto il periodo di misurazione il coe//iciente di appassimento non venne mai raggiunto nella zona di radicazione. La massima tensione idrica a «Buchberg» /u regi-strata il 17 giugno 1966, alla pro/ondita di 10 cm sotto il bosco, con un valore di 774 cm (di colonna d'acqua). Cio significa ehe anche nel periodo di maggior siccita v'erano riserve d'acqua nel terreno disponibili per la vegetazione. A «Winzlerboden»
vennero misurate tensioni idriche piu elevate ehe non al «Buchberg»: cosi il 17 giu,-gno 1966 si ebbe un valore di 12 atmos/ere a 35 cm di pro/ondita sotto il bosco. Ma anche qui la riserva d'acqua disponibile poteva essere valutata a 38 mm per l'iritera zona di radicazione.
Con l'ausilio della legge di Darcy venne calcolata la quantita d'acqzta ascendente e discendente al di otto della zona di radicazione {percolazione in pro/ondita). Durante tntti i periodi tra loro con/rontabili essa risulto nel bosco piii. piccola ehe nella radura ad eccezione deU'aprile 1966 nell'area «Buchberg». Dal 13 ago to al 10 settembre
1965 la percolazione in profondita comporto al «Buchberg» 4,7 mm sotto il bosco e 27,8 mm nella radura. Nel 1966 si ebbe zin rapporto analogo durante tutto il periodo vegetat,ivo. otto il bosco venne osservato in certi periodi addirittura un movimento a cendente, calcolato in totale a 19 mm. Anche a «Winzlerboden» si pole dimostrare -sia pu,re solo qualitativamente - una percolazione in pro/ondila nella radura notevol-mente maggiore ehe nel bosco.
Con gli clementi ,nisurati e calcolati del regime idrico venne allestito un bilancio, da cui ri ultarono qnal.e differenza l'evapo-traspirazione e l evaporazione nella radura.
1Vel bo -eo vennero calcolate di regola perdite per evapo-traspirazione pii1 elevate ehe non neUa. radura vicina. Cosi ad esempio dal 3 giugno al 1° lu,glio 1966 (28 giorni) si ebbero a «Buchberg» 74 mm (2,6 mm/giomo) di evapo-traspirazione nel bosco e appena 44 mm. (1 6 mmlgiorno) di euaporazione nella radura. Durante la Stagione morta invece, l evaporazione nella radura ri ulto uguale o superiore all' evapo-traspi-razione nel bosco: cosi dal 28 ouobre al 22 novembre 1966 (25 giomi) si ebbero nella raaura del «Buchberg» 38 mm ( 1,5 mm/ giorno) di evaporazione contro i 24 mm (1,0 mm/giorno} nel bosco.
Trad.: A. 1fotonietti
Seasonal changes of water retention and water movement , in f orest soils of the swiss lowl.and
The water regime in a soil very much depends on the injluence of vegetation. lt was the purpose of this publication to investigate on a quantitative basis the influence of a defined forest stand on the water regime of given sites. lt was our concern to deter-mine the f ollowing soil f actors: available water to plants, water movement ( f lux) below the rooting zone and the change in the water regime of the soil by time.
On two experimental sites the same measurements were carried out on a wooded and a non-wooded site resp. There were installed rain-gages, tensiometers, fibre-glass soil, moisture units, watertable-stand-pipes and instruments for measuring stem-flow.
In the laboratory we determined the following parameters: apparent and real density, desorption curve, k8 , -v•value of Darcy ( saturated and unsaturated soil), particle size distribution and exchange capacity.
The two experimental sites are called «Buchberg» and «Winzlerboden» resp. They are located in the N-E of the Swiss lowland. The soil of «Buchberg» near Marthalen is a moderately acid brown-earth with silt-sloam. The soil contained only few stones.
1'he parent material consists of ground morainic deposits of the Rhein-glacier (Würm). The soil is normal.ly drained at the surface and slightly imperfectly drained in
>
70 cm of depth. The forest stand consists of mixed hardwoods, predominantlyquercus sessiliflora and f agus silvatica.
The soil of the second experimental site «Winzlerboden» is a sandy, excessively drained, acid brown-earth on an alluvial terrace of the Rhein-river. The forest stand consists predominantly ob big trees of pinus silvestris.
On the «Buchberg»-site the field measurements of tension went f rom May until November, and /rom April until middle of November 1965 and 1966 resp. During winter-time of 1965/66 we only measured the depths of the water tables. On the site of «Winzlerboden» the time of field observation only lasted from end of April to
rniddle of November 1966. During both years of field measurements we had relatively high rainfalls as compared to the long-term means of that region.
The rainfalls were measured at the soil surface of the forest stand and on the clear cut area resp. At the soil surface of the 35-year old mixed hardwood stand of the
«Buchberg»-site the rainfall was only 76,4
%
of that at the soil surface of the clear cut area. In the open area with no vegetation we measured at the soil surface 755 mm of rainf all ( period of measurement M ay 17 - November 11, 1965). During the same period o / time we had a stem f low corresponding to 10 2 mm ( = 13 ,5% )
o f therain-f
all. As interception we measured 7 6 mm or 10 ,1%
of the rainf all. In 1966 the inter-ception was slightly higher (13,2 %) (period of measurement April 14 until Octo-ber 31).In the experimental plot o / « W inzlerboden» ( pine stand), during the period o f May 5 until October 31, 1966, the interception was 125 mm (= 25,2 % ) of the total rainfall of the same period. The stem flow was negligible.
The change of soil moisture suction shows the influence of rainf all and the water nptake by vegetation resp. A remarquable in/ luence on soil moisture change was obser-ved in spring 1966: U p to the end of April, the tensions remained in the wooded and non-wooded areas almost the same. But after the outbreak of leaves (in May) the soil moisture tension increased very rapidly in the soil of the wooded site as compared with the clear cut areas. Only in winter 1966/67 we found almost no dijferences in tensions between wooded and clear cut sites. The influence of rainfalls on· soil mois-tnre-tension change is very clearly shown in Tafeln 1-3.
The variation of suction in the horizons of the same depths was constantly greater in the soil of the wooded than on the unwooded site. On August 16, 1965 the tension variation sx in 10 cm of soil depth of the wooded soil at «Buchberg» was 180 cm whereas in the clear cut area in the same depth we only f ound Sx of 20 cm of water column. During the period of mea urement, the soil never dried out to the permanent wilting percentage. The highest suction measured was 774 cm of water colu,mn. This value was observed in the soil of the stand on ]une 17, 1966 in 10 cm of depth.
Even at the end of the langest drying cycle, there still was available werter in the rooting zone of the forest soil.
In the experimental site of the loamy sand of «Winzlerboden» much higher soil moistwe tensions were observed. On ]une 17, 1966 the suction was at 12 at in a depth of 35 cm. But even under these relatively dry conditions we still calculated 38 mm of «available» water within the rooting zone.
U sing Darcy' s equation, we determined the f lux ( cm3 • cm-2 · sec-1) of water, which leaves the lower boundary of the rooting zone vertically ftirther down to deeper zones of the soil. This kind of water movement is called later on «deep seepage». This amount of water is that fraction of the rainfall which is not used by vegetation and evaporation resp., assuming no lateral flow. During all periods of obseruation, the Jlu.."' of water vertically down to greater soil depth, i. e. the «deep eepage», was much smaller in the wooded soil than i:n the clear cut soil. There was one exception in April 1966.
Dnring August 13 to September 10 1965 (i. e. 28 days) the total «deep seepage»
wa in the wooded «Buchberg»-soil 4,7 mm and in the wiwooded 27 8 mm. of water.
Approximately the same relation was observed in 1966. In the wooded soil we tem-porarily had an upward oil water movement of 19 mm, as a total /or the whole vege-t,ati,on period. An analoguous tendency we observed at the second experimental site of
«Winzlerboden».
Finally we tried to evaluate a water balance since we had all information of water movements in the oil (with fore t and without f orest cover). Evapotranspiration and evaporation could be calculated by dif ference.
Within the tand, we generally had higher eva.potranspiration rates than on the clear cut area, From ]une 3 until ]uly 1, 1966 (= 28 days) we calculated an evapo-transpiration of 74 mm (= 2,6 mmlday). The evaporation for the same period on the clear cut area ( no ground vegetation either) only was 44 mm ( = 1,6 mm/ day). During the cycles before and after the vegetation period the condition of evaporation and evapotranspirati.on were different: On the clear cut area the eva,poration was equal or
Within the tand, we generally had higher eva.potranspiration rates than on the clear cut area, From ]une 3 until ]uly 1, 1966 (= 28 days) we calculated an evapo-transpiration of 74 mm (= 2,6 mmlday). The evaporation for the same period on the clear cut area ( no ground vegetation either) only was 44 mm ( = 1,6 mm/ day). During the cycles before and after the vegetation period the condition of evaporation and evapotranspirati.on were different: On the clear cut area the eva,poration was equal or