Effect of animal trampling on the properties of a soil. Part II: infiltration and saturated hydraulic conductivity

Fil: Martínez, Daniel A. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Física; Argentina.Fil: Landini, Ana M. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Física; Argentina.Fil: Soza, Eudardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Maquinaria Agrícola; Argentina.Fil: Sainato, Claudia M. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Física; Argentina.Fil: Heredia, Olga S. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Edafología; Argentina.It is important to predict the infiltration process of a soil in order to develop future management strategies for animal production that take into account contamination risks. There are few studies in which basic infiltration rate (TIB) and saturated hydraulic conductivities measured in laboratory (Ks) are compared. The objectives of this study were: 1) To measure the infiltration process for four trampling intensities: zero (control), medium, high and very high; 2) To measure and compare the TIB and Ks; 3) To evaluate the efficiency of the Green and Ampt model (GA) and several pedotransfer functions (FPT) in predicting the infiltration process. The study was carried out in an animal production facility located in Buenos Aires, Argentina, with Argiudolls soils in a plain with planted grasslands. The infiltration process was measured with rings of Muntz and Ks in the laboratory using a constant head permeameter. It was found that the TIB decreased to half its value in areas with very high trampling with respect to the control soil. Ks were lower in areas with higher trampling. It was concluded that Ks values were between 5 and 10 times higher than those of TIB. The GA model predicted the approximate infiltration process when its parameters were obtained by FPT from European soils, but not with FPT with parameters from American soils. This is attributed to the fact that Ks values predicted by the European FPT are lower than those obtained using American FPTs.Es importante predecir el proceso de infiltración en el suelo para elaborar estrategias de manejo de la producción animal, que tengan en cuenta riesgos de contaminación. Por otra parte, existen pocos trabajos en donde se comparan las tasas de infiltración básicas (TIB) medidas a campo con las conductividades hidráulicas saturadas (Ks) obtenidas en laboratorio. Los objetivos del experimento fueron: 1) Medir el proceso de infiltración para cuatro intensidades de pisoteo: nula (testigo), media, alta y muy alta; 2) Medir y comparar las TIB de campo y las Ks en laboratorio; 3) Evaluar la eficiencia del modelo Green y Ampt (GA) junto con el de varias funciones de pedotransferencia (FPT) para predecir el proceso de infiltración. El estudio se realizó en un establecimiento de producción animal ubicado en Buenos Aires, Argentina, con suelos Argiudoles, en una llanura con pastura implantada. El proceso de infiltración se midió con anillos de Muntz y la Ks en laboratorio con un permeámetro de carga constante. Se encontró que la TIB disminuyó a la mitad de su valor en los sectores con muy alta carga animal respecto del suelo testigo. La Ks resultó menor en sitios con mayor carga animal. Conclusiones: Los valores de Ks resultaron entre 5 y 10 veces mayores que los de TIB. El modelo de GA predijo en forma aproximada el fenómeno de infiltración cuando sus parámetros fueron obtenidos por una FPT proveniente de suelos europeos, no así con parámetros de suelos norteamericanos. Esto se atribuye a que los valores de Ks predichos por la FPT europea son menores a los obtenidos con las FPTs de suelos norteamericanos

Effect of animal trampling on the properties of a soil. Part I: bulk density, moisture, penetration resistance, and associated models

Fil: Martínez, Daniel Alfredo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Física; ArgentinaFil: Landini, Ana María. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Física; ArgentinaFil: Sosa, Eduardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Maquinaria Agrícola; ArgentinaFil: Heredia, Olga Susana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Maquinaria Agrícola; ArgentinaFil: Sainato, Claudia Mabel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Física; ArgentinaThe intensification of animal production leads to increased soil trampling, which is an effect that has not been studied extensively. The objectives of this study were: 1) To compare the bulk density (DA) at two different depths for four levels of trampling intensity (Ip); 2) To compare the mechanical strength (Rp) of the soil, in the same range of soil moisture and at two different depths for four levels of Ip; 3) To study the dependence of Rp with DA, and the gravimetric moisture (H) for four levels of Ip using the models proposed by Busscher and by Ayers. The study was carried out in an animal production facility located in the province of Buenos Aires, Argentina, on a plain with planted legume and grass pastures. Certain sectors were used for grazing and other sectors for mechanical cutting without trampling. DA, H and Rp were measured for four Ip levels: zero (A), medium (B), high (C) and very high (D). Texture and total carbon (CT) of the soil were determined. It was found the lowest value of DA (0.98 g cm-3) in group D between 0 and 10 cm, attributed to its high content of CT (682 g kg-1). Group A had the lowest Rp value between 0 and 10 cm (4.41 MPa). It was concluded that, unlike DA, Rp was a good indicator of the Ip in the depths from 0-10 cm. Models that relate Rp with H and DA would not apply to soils where the content of CT is high and there is loss of structure by poaching.La intensificación de la producción ganadera conduce a incrementar el pisoteo del suelo, efecto que no ha sido estudiado exhaustivamente. Los objetivos de este estudio fueron: 1) Comparar la densidad aparente (DA) a dos profundidades para cuatro niveles de intensidad de pisoteo (Ip); 2) Comparar, dentro del mismo rango de humedad y a dos profundidades, la resistencia mecánica (Rp) del suelo para cuatro niveles de Ip; 3) Estudiar la dependencia Rp con la DA y la humedad gravimétrica (H) para cuatro niveles de Ip con los modelos de Busscher y de Ayers. El estudio se realizó en un establecimiento de producción animal ubicado en la provincia de Buenos Aires, Argentina, en una llanura con pradera implantada de leguminosas y gramíneas. Ciertos sectores se destinaban a pastoreo directo y otros a corte mecánico sin pisoteo animal. Se midieron DA, H y Rp para cuatro niveles de Ip: nula (A), media (B), alta (C), y muy alta (D). Se determinó la textura y el carbono total (CT) del suelo. Se encontró el menor valor de DA (0,98 g cm-3) en el grupo D entre 0 y 10 cm, atribuido al gran contenido de CT (682 g kg-1). El grupo A presentó el valor de Rp más bajo, entre 0 y 10 cm (4,41 MPa). Se concluyó que la Rp resultó ser un buen indicador de la Ip en la profundidad de 0 a 10 cm, no así la DA. Los modelos que relacionan Rp con H y DA no serían aplicables a suelos en donde los contenidos de CT son altos y existe pérdida de estructura por amasado

Potential impact of irrigation with groundwater on soils of Pergamino stream basin, Buenos Aires Province, Argentina

El análisis del impacto potencial que el agua subterránea puede tener sobre la salinización y sodificación de suelos está basado en el conocimiento en forma conjunta de las características del agua y de los suelos. El objetivo de este trabajo es conocer la influencia del acuífero freático sobre la conductividad eléctrica del suelo, así como la distribución espacial de las propiedades del suelo y del agua subterránea relacionadas con la salinización y sodificación, a fin de determinar las situaciones actuales de riesgo por aplicación de riego complementario. Se realizó un muestreo de suelos y aguas analizando las propiedades mediante métodos geoestadísticos a fin de contemplar la variabilidad espacial de las mismas. Se realizó un mapa de la distribución de la conductividad eléctrica del suelo (CES) por interpolación con el método de “kriging”, determinándose que los valores máximos están en zonas topográficamente bajas y que, sobre la margen izquierda del arroyo Pergamino, algunos máximos en la CES coinciden con las áreas de alta conductividad del acuífero libre. La profundidad y conductividad eléctrica del acuífero freático presentaron una correlación moderada con la CES solamente en la margen izquierda. Del análisis de la conductividad eléctrica y el porcentaje de sodio intercambiable de los suelos, en conjunto con la conductividad y la relación de adsorción de sodio del agua de los pozos en explotación, respectivamente, se determinó que el 40% de los sitios muestreados evidenciaron alto riesgo de sodificación. La influencia del acuífero libre sobre los suelos no estuvo estrictamente asociada con la topografía. El impacto potencial del riego complementario sobre los suelos resultó fuertemente dependiente de la localización geográfica; los sitios con una pendiente topográfica suave tuvieron mayor riesgo de salinización y sodificación.The analysis of the potential impact that complementary irrigation may have on salinization and sodification of soils is based on the knowledge of groundwater and soil background features. The objective of this work was to study the influence that electrical conductivity and depth of free groundwater may have on soil conductivity, and to perform a joint analysis of soil and water potentially used for irrigation to obtain the current situation in order to prevent soil degradation. Taking into account the spatial variability of aquifer properties shown in previous results, geostatistical methods were used to analyse the data resulting from soil and water sampling. A mapping of soil electrical conductivity was made using the kriging interpolation. Maximum values were found at the low topographic zones and some of them are in agreement with areas of high conductivity of free groundwater, at the left margin of Pergamino stream. Depth of the water table had a moderate negative geostatistical correlation with soil electrical conductivity only at the left margin, where a moderate correlation of soil and water electrical conductivity was also found. Electrical conductivity and exchangeable sodium percentage of soils were plotted against the conductivity and sodium adsorption relation of water from developing wells, respectively. A group of sites with moderate risk of salinization was determined, and 40% of the sites showed high risk of sodification. The influence of free groundwater on soils was not strictly associated with topography. The potential impact of complementary irrigation on soils was strongly dependent on the geographic location, and sites with a gentle topographical slope had higher risk of salinization and sodification

Modelos de Infiltración y Funciones de Pedotransferencia aplicados a Suelos de distinta Textura

Fil: Landiini, Ana M. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía Cátedra de Física; Argentina.Fil: Martínez, Daniel A. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Física; Argentina.Fil: Días, Hugo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Riego y Drenaje; Argentina.Fil: Soza, Eduardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Maquinaria Agrícola; Argentina.Fil: Agnes, Diego. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Maquinaria Agrícola; Argentina.Fil: Sainato, Claudia M. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Física; Argentina.The knowledge of the process of water infiltration in soil is important in the design of irrigation systems and in the prediction of the vulnerability to the contamination of soil and groundwater. Moreover, it is important to evaluate the efficiency of the hydrological models that predict the movement of water in soil. The objective of this study was to evaluate and to compare the goodness of fitting of Kostiakov-Lewis (K-L) and Philip (Ph) infiltration models to experimental data obtained from three soils: two of them at the Province of Buenos Aires, and the third one at the School of Agronomy’s campus of the Buenos Aires University, (Argentina). Efficiency of Saxton and Rawls (SyR) pedotransfer functions (FPT) on the determination of the Green and Ampt (GA) model input hydraulic parameters and the prediction of the soil-moisture release curve were analyzed too. K-L and Ph models fitted data with R2 coefficient greater than 0.6. Then it was concluded that these models accurately describe the infiltration process of the studied soils. The highest basic infiltration rate (fo) was 0.42 cm min-1 and corresponded to a silty clay soil with organic amendment, and for the other two soils (silt loam and clay loam) were 0.03 and 0.07 cm min-1 respectively. For two of the studied soils, GA model obtained from input parameters determined with the FPT, predicted the infiltration process with an efficiency coefficient (CE) greater than 0.8. However, at some cases, the fitting was not so good for dephts greater than 20 cm. For the silt loam soil, the FPT predicted the soil-moisture release curve with an CE close to 0.9. It might be suggested to carry out a preliminary few number of infiltration tests on any soil under study, and analyze the FPT and the GA model goodness of fit. In this way, the convenience of using these models could be evaluated.El conocimiento del proceso de infiltración del agua en el suelo es de importancia en el diseño de sistemas de riego y en la predicción de la vulnerabilidad a la contaminación del suelo y de las aguas subterráneas. Por otra parte, es importante evaluar la eficiencia de los modelos hidrológicos que predicen el movimiento del agua en el suelo. El objetivo de este trabajo fue evaluar y comparar la bondad de ajuste de los modelos de infiltración de Kostiakov-Lewis (K-L) y Philip (Ph) a los datos experimentales, obtenidos en tres suelos: dos en la Pcia. de Buenos Aires y uno en el predio experimental de la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires, Argentina. También se analizó la eficiencia de las funciones de pedotransferencia (FPT) de Saxton y Rawls (SyR) en la determinación de los parámetros hidráulicos de entrada del modelo de infiltración de Green y Ampt (GA) y en la predicción de la curva de liberación de agua. Los modelos de K-L y Ph ajustaron con R2 mayores a 0,6 de lo cual se concluye que son altamente eficientes para describir el comportamiento de la infiltración de agua en los suelos estudiados. La mayor tasa de infiltración básica (fo) fue de 0,42 cm min-1 y correspondió a un suelo arcillo-limoso con enmienda orgánica. Los otros dos suelos, franco-limoso y francoarcilloso, exhibieron valores máximos de 0,03 y 0,07 cm min-1 respectivamente. El modelo de GA, a partir de las FPT, predijo los valores de infiltración con coeficientes de eficiencia (CE) mayores a 0,8 para dos de los suelos estudiados, aunque se obtuvieron algunas discrepancias por debajo de los 20 cm de profundidad. Para el suelo franco limoso las FPT predijeron la curva característica de humedad con un CE cercano a 0,9. Se aconseja realizar un número pequeño de ensayos preliminares en cualquier suelo bajo estudio, y analizar la bondad de predicción de estas funciones en esos sitios, descartando de este modo, situaciones que se apartan de las hipótesis del modelo

Modelos de infiltración y funciones de pedotransferencia aplicados a suelos de distinta textura Infiltration models and pedotransfer functions applied to soils with different texture

El conocimiento del proceso de infiltración del agua en el suelo es de importancia en el diseño de sistemas de riego y en la predicción de la vulnerabilidad a la contaminación del suelo y de las aguas subterráneas. Por otra parte, es importante evaluar la eficiencia de los modelos hidrológicos que predicen el movimiento del agua en el suelo. El objetivo de este trabajo fue evaluar y comparar la bondad de ajuste de los modelos de infiltración de Kostiakov-Lewis (K-L) y Philip (Ph) a los datos experimentales, obtenidos en tres suelos: dos en la Pcia. de Buenos Aires y uno en el predio experimental de la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires, Argentina. También se analizó la eficiencia de las funciones de pedotransferencia (FPT) de Saxton y Rawls (SyR) en la determinación de los parámetros hidráulicos de entrada del modelo de infiltración de Green y Ampt (GA) y en la predicción de la curva de liberación de agua. Los modelos de K-L y Ph ajustaron con R² mayores a 0,6 de lo cual se concluye que son altamente eficientes para describir el comportamiento de la infiltración de agua en los suelos estudiados. La mayor tasa de infiltración básica (fo) fue de 0,42 cm min-1 y correspondió a un suelo arcillo-limoso con enmienda orgánica. Los otros dos suelos, franco-limoso y franco- arcilloso, exhibieron valores máximos de 0,03 y 0,07 cm min-1 respectivamente. El modelo de GA, a partir de las FPT, predijo los valores de infiltración con coeficientes de eficiencia (CE) mayores a 0,8 para dos de los suelos estudiados, aunque se obtuvieron algunas discrepancias por debajo de los 20 cm de profundidad. Para el suelo franco limoso las FPT predijeron la curva característica de humedad con un CE cercano a 0,9. Se aconseja realizar un número pequeño de ensayos preliminares en cualquier suelo bajo estudio, y analizar la bondad de predicción de estas funciones en esos sitios, descartando de este modo, situaciones que se apartan de las hipótesis del modelo.<br>The knowledge of the process of water infiltration in soil is important in the design of irrigation systems and in the prediction of the vulnerability to the contamination of soil and groundwater. Moreover, it is important to evaluate the efficiency of the hydrological models that predict the movement of water in soil. The objective of this study was to evaluate and to compare the goodness of fitting of Kostiakov-Lewis (K-L) and Philip (Ph) infiltration models to experimental data obtained from three soils: two of them at the Province of Buenos Aires, and the third one at the School of Agronomy's campus of the Buenos Aires University, (Argentina). Efficiency of Saxton and Rawls (SyR) pedotransfer functions (FPT) on the determination of the Green and Ampt (GA) model input hydraulic parameters and the prediction of the soil-moisture release curve were analyzed too. K-L and Ph models fitted data with R² coefficient greater than 0.6. Then it was concluded that these models accurately describe the infiltration process of the studied soils. The highest basic infiltration rate (fo) was 0.42 cm min-1 and corresponded to a silty clay soil with organic amendment, and for the other two soils (silt loam and clay loam) were 0.03 and 0.07 cm min-1 respectively. For two of the studied soils, GA model obtained from input parameters determined with the FPT, predicted the infiltration process with an efficiency coefficient (CE) greater than 0.8. However, at some cases, the fitting was not so good for dephts greater than 20 cm. For the silt loam soil, the FPT predicted the soil-moisture release curve with an CE close to 0.9. It might be suggested to carry out a preliminary few number of infiltration tests on any soil under study, and analyze the FPT and the GA model goodness of fit. In this way, the convenience of using these models could be evaluated