Soil water content and salinity determination using different dielectric methods in saline gypsiferous soil / Détermination de la teneur en eau et de la salinité de sols salins gypseux à l'aide de différentes méthodes diélectriques

Abstract

Measurements of dielectric permittivity and electrical conductivity were taken in a saline gypsiferous soil collected from southern Tunisia. Both time domain reflectometry (TDR) and the new WET sensor based on frequency domain reflectometry (FDR) were used. Seven different moistening solutions were used with electrical conductivities of 0.0053–14 dS m⁻¹. Different models for describing the observed relationships between dielectric permittivity (K _a ) and water content (θ), and bulk electrical conductivity (EC _a ) and pore water electrical conductivity (EC _p ) were tested and evaluated. The commonly used K _a –θ models by Topp et al. (1980) and Ledieu et al. (1986) cannot be recommended for the WET sensor. With these models, the RMSE and the mean relative error of the predicted θ were about 0.04 m³ m⁻³ and 19% for TDR and 0.08 m³ m⁻³ and 54% for WET sensor measurements, respectively. Using the Hilhorst (2000) model for EC _p predictions, the RMSE was 1.16 dS m⁻¹ and 4.15 dS m⁻¹ using TDR and the WET sensor, respectively. The WET sensor could give similar accuracy to TDR if calibrated values of the soil parameter were used instead of standard values.

Résumé

Des mesures de permittivité diélectrique et de conductivité électrique ont été réalisées sur des sols gypso-salins prélevés dans le sud tunisien. Les deux méthodes de réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) et de réflectométrie dans le domaine fréquentiel (FDR) ont été utilisées. Sept solutions d'humectation, de conductivité électrique variant de 0.00053 à 14 dS m⁻¹, ont été appliquées. Différents modèles pour décrire les relations observées entre la permittivité diélectrique (K _a ), la teneur en eau (θ), la conductivité électrique apparente (EC _a ) et la conductivité électrique de la solution des sols (EC _p ) ont été testés et évalués. Les modèles courants de type K _a –θ de Topp et al. (1980) et de Ledieu et al. (1986) sont déconseillés pour la sonde WET. Avec ces modèles, la racine de l'erreur quadratique moyenne (RMSE) et la moyenne des erreurs résiduelles (MRE) de θ sont respectivement d'environ 0.04 m³ m⁻³ et 19% pour la TDR et de 0.08 m³ m⁻³ et 54% pour les mesures avec la sonde WET. En utilisant le modèle de Hilhorst (2000), la RMSE de la EC _p estt de 1.16 dS m⁻¹ avec les mesures TDR et atteint 4.15 dS m⁻¹ avec les mesures de la sonde WET. La sonde WET peut donner une précision similaire à celle de la TDR dans le cas d'une utilisation de valeurs calées du paramètre sol à la place des valeurs standard.

Key words:

• soil salinity
• gypsiferous soils
• time domain reflectometry (TDR)
• frequency domain reflectometry (FDR)

Mots clefs:

• salinité des sols
• sol gypseux
• réflectométrie dans le domaine temporel (TDR)
• réflectométrie dans le domaine fréquentiel (FDR)