Changes in structural stability with soil surface crusting: consequences for erodibility estimation

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SummarySoil erodibility is a key parameter in soil erosion prediction. Stability tests are used to assess erodibility. Because samples used in stability tests are usually taken in the plough layer, estimation of erodibility may not be valid for the soil surface material. Through soil surface degradation under rain impact, soil material at the surface undergoes numerous changes that lead to crust formation. Biological activity is another factor that may induce seasonal change in structural stability. From a loamy soil material, structural crusts and sedimentary crusts were prepared using a laboratory rainfall simulator. Nutrients were added to part of the samples to stimulate biological activity. The structural stability of crusts and seedbed were compared. Without adding nutrients, the initial soil, the seedbed and the structural crust had similar structural stabilities, with a mean weight diameter of 500 μm for the slow‐wetting test and 250 μm for the fast‐wetting test. By comparison, the sedimentary crust was significantly less stable, with a mean weight diameter of 100 μm for both tests. The addition of nutrients altered this ranking: the seedbed was more stable than the structural crust and the sedimentary crust remained the least stable. Considering that structural stability can vary by more than 50% depending on the crusting stage, erodibility changes are expected to be of the same order of magnitude. In consequence, estimation of soil erodibility can be significantly improved by applying stability tests on the exact soil material that undergoes erosion processes, i.e. the soil at the surface.RésuméL’érodibilité du sol est un paramètre clef pour la prédiction de l’érosion du sol. Les tests de stabilités sont utilisés pour estimer l’érodibilité. Parce que les échantillons utilisés dans les tests de stabilité sont habituellement échantillonnés à l’intérieur de l’horizon labouré, l’estimation de l’érodibilité pourrait ne pas être valide pour le matériau présent à la surface du sol. Par la dégradation de la surface du sol causé par l’impact des gouttes de pluie, le sol en surface subit de nombreux changements conduisant à la formation de croûtes. L’activité biologique est aussi capable d’induire un changement saisonnier de la stabilité structurale. À partir d’un sol limoneux, des croûtes structurales et des croûtes sédimentaires ont été fabriquées sous simulateur de pluie. Des nutriments ont été ajoutés à une partie des échantillons pour stimuler l’activité biologique. Les stabilités structurales des croûtes et du lit de semence ont été comparées. Sans ajout de nutriments, le sol initial, le lit de semence et la croûte structurale avaient des stabilités structurales similaires, avec un diamètre moyen pondéré de 500 μm pour le test d’humectation lente et de 250 μm pour le test d’humectation rapide. En comparaison, la croûte sédimentaire était significativement moins stable, avec un diamètre moyen pondéré de l’ordre de 100 μm pour ces deux tests. L’ajout de nutriments a modifié ce classement : le lit de semence était plus stable que la croûte structurale et la croûte sédimentaire restait la moins stable. Considérant que la stabilité structurale peut varier de plus de 50% selon le type de croûte, des changements d’érodibilité du même ordre de grandeur sont attendues. En conséquence, l’estimation de l’érodibilité des sols pourrait être significativement améliorée en effectuant les tests de stabilité sur la fraction précise du sol qui subit les processus d’érosion, c’est à dire sur le sol en surface.