Agronomie 22 (2002) 489-501
DOI: 10.1051/agro:2002024

Topographic dependence of aggregate stability, overland flow and sediment transport

Yves Le Bissonnais^a, Sylvie Cros-Cayot^a and Chantal Gascuel-Odoux<sup>b

a</sup>  INRA, Science du sol, Centre de recherche d'Orléans, BP 20 619, Ardon, 45166 Olivet Cedex, France
^b  INRA, Unité de science du Sol et de Bioclimatologie, 65 route de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France

(Received 29 November 1999; revised 30 May 2001; accepted 13 March 2002)

Abstract
Overland flow and sediment transport vary on the field scale. These variations are related to change in the soil structure and moisture conditions depending on agricultural, topographic and climatic factors. We hypothesised that these time and space variations of overland flow and sediment transport on the field scale could be predicted by measurements of aggregate stability, themselves related to soil constituents. We measured overland flow and sediment concentration after each natural rainfall event for a few months, at five topographic positions for three fields on distric and aquic eutrochrepts soils where organic matter and clay content varied from 16 to 127 g kg ^-1 and from 112 to 295 g kg ^-1 respectively. We used three tests to evaluate aggregate stability: stirring after prewetting, slow wetting, and fast wetting, corresponding to varying field conditions. The mean weighted diameter of the aggregates after the tests varied from 0.31 mm to 3.13 mm. All stability results closely correlated with organic matter (r ² = 0.89 to 0.94) and clay content (r ² = 0.63 to 0.81). The variability of sediment transport between and within sites during the summer season was well predicted by the fast wetting test. During the heavy storms occuring on dry soils, the runoff and sediment transport were lower on downslope than upslope sites. These downslope sites were less crusted and corresponded to higher values of aggregate stability than upslope sites according to the fast wetting test.

Résumé
Relation entre la stabilité structurale, le ruissellement et le transport de sédiments sur une toposéquence . Le ruissellement et le transport de sédiments peuvent fortement varier au sein d'une parcelle agricole. Cette variabilité est liée aux conditions hydriques et structurales qui dépendent des pratiques agricoles, du climat et de la topographie de la parcelle. Nous avons examiné si le ruissellement et le transport pouvaient être en partie prédits par des mesures de stabilité structurale, elle-même liée aux caractéristiques des sols. Le ruissellement et la concentration en sédiments ont été mesurés durant plusieurs mois après chaque événement pluvieux à cinq positions topographiques, pour trois parcelles, sur des sols de type aquic et distric eutrochrepts comportant des teneurs en matière organique et en argile comprises entre 16 et 127 g kg ^-1 et 112 et 295 g kg ^-1 respectivement. Trois tests de stabilité structurale correspondant à différentes conditions climatiques : humectation rapide, humectation lente et agitation après réhumectation, ont été réalisés sur des échantillons de chacun des sites. Le diamètre moyen des fragments après désagrégation pour les différents tests est compris entre 0,31 mm et 3,13 mm. Les résultats de stabilité structurale sont corrélés à la teneur en matière organique (r ² = 0,89 à 0,94) et à la teneur en argile (r ² = 0,63 à 0,81). Le transport de particules au cours de la saison sèche est bien prédit par le test d'humectation rapide, avec une érosion plus élevée en haut qu'en bas de versant, corrélative à une battance et une désagrégation plus forte en haut qu'en bas de versant.

Key words: aggregate stability / topography / overland flow / sediment transport / spatial variability

Mots clés : stabilité structurale / topographie / ruissellement / transport de sédiments / variabilité spatiale

Correspondence and reprints: Yves Le Bissonnais lebisson@orleans.inra.fr

Communicated by Gérard Guyot (Avignon, France)

© INRA, EDP Sciences 2002