Comparing transient and steady-state analysis of single-ring infiltrometer data for an abandoned field affected by fire in Eastern Spain

Abstract

Este estudio tenía por objeto determinar la conductividad hidráulica del suelo saturado de campo, Kfs, de un campo no controlado afectado por el fuego mediante recorridos con infiltrómetro de anillo único y el uso de procedimientos de análisis de datos en estado transitorio y estacionario. El muestreo y las mediciones se llevaron a cabo en 2012 y 2017 en un campo afectado por el fuego (sitio quemado) y en un sitio vecino no afectado (sitio de control). Se investigó el potencial de predicción de los diferentes procedimientos de análisis de datos (es decir, de estado transitorio y de estado estacionario) para obtener estimaciones adecuadas del Kfs. En particular, se compararon el método WU1 transitorio y los métodos BB, WU2 y OPD. Se utilizó el método de linealización acumulativa (CL) para aplicar el método WU1. Se obtuvieron valores de Kfs que oscilaban entre 0,87 y 4,21 mm.h-1, dependiendo del método de análisis de datos considerado. El método WU1 no arrojó estimaciones de Kfs significativamente diferentes entre los sitios muestreados a lo largo del período de cinco años, debido al desempeño generalmente deficiente del método CL, que echó a perder la caracterización hidráulica del suelo. En particular, sólo se obtuvieron buenos ajustes en el 23% de los casos. Los métodos BB, WU2 y OPD, con una caracterización basada exclusivamente en un proceso de infiltración estabilizado, produjeron una variabilidad apreciablemente menor de los datos de Kfs en comparación con el método WU1. Se llegó a la conclusión de que los métodos de estado estacionario eran más apropiados para detectar cambios leves de Kfs en las caracterizaciones hidráulicas del suelo después del incendio. Nuestros resultados mostraron un cierto grado de degradación del suelo en el lugar quemado con una reducción inmediata de la materia orgánica del suelo y un aumento progresivo de la densidad aparente del suelo durante los cinco años siguientes al incendio. Este empobrecimiento general dio lugar a una ligera pero significativa disminución de la conductividad hidráulica del suelo saturado por el campo.

This study aimed at determining the field-saturated soil hydraulic conductivity, Kfs, of an unmanaged field affected by fire by means of single-ring infiltrometer runs and the use of transient and steady-state data analysis procedures. Sampling and measurements were carried out in 2012 and 2017 in a fire-affected field (burnt site) and in a neighboring non-affected site (control site). The predictive potential of different data analysis procedures (i.e., transient and steady-state) to yield proper Kfs estimates was investigated. In particular, the transient WU1 method and the BB, WU2 and OPD methods were compared. The cumulative linearization (CL) method was used to apply the WU1 method. Values of Kfs ranging from 0.87 to 4.21 mm.h-1 were obtained, depending on the considered data analysis method. The WU1 method did not yield significantly different Kfs estimates between the sampled sites throughout the five-year period, due to the generally poor performance of the CL method, which spoiled the soil hydraulic characterization. In particular, good fits were only obtained in 23% of the cases. The BB, WU2 and the OPD methods, with a characterization based exclusively on a stabilized infiltration process, yielded an appreciably lower variability of the Kfs data as compared with the WU1 method. It was concluded that steady-state methods were more appropriate for detecting slight changes of Kfs in post-fire soil hydraulic characterizations. Our results showed a certain degree of soil degradation at the burnt site with an immediate reduction of the soil organic matter and a progressive increase of the soil bulk density during the five years following the fire. This general impoverishment resulted in a slight but significant decrease in the field-saturated soil hydraulic conductivity.