Elaborating the sampling scheme of the second campaing of the french soil Monitoring network (RMQS) by using multicriteria : Ability to detect temporal evolutions, evaluation of Available Water Content, and logistic constraints
Méthodologie d’élaboration du plan d’échantillonnage de la deuxième campagne du Réseau de Mesures de la Qualité des Sols de France par intégration multi-critères : capacité à détecter une évolution temporelle, évaluation du réservoir en eau utilisable et contraintes logistiques
Résumé
The first campaign of the French Soil Monitoring Network (RMQS for « Réseau de Mesures de la Qualité des Sols »), from 2001 to 2009, has enabled to record soil chemical characteristics over the whole French territory, on a 2170 points network. The main objective of the second campaign (2016-2027) intends to evidence potential time evolutions of soil characteristics, by using an ad-hoc sampling scheme. An alternative objective is to record some physical soil characteristics, including especially the Available Water Content (AWC). The cost of measuring being high, we propose here to develop an alternative methodology based on the knowledge of some soil characteristics at the horizon scale. It consists in classifying all the RMQS horizons according to a specific typology dedicated to evaluate AWC, and then to propose a measured AWC value for each horizon type by using a matching principle. This value will be either measured on an undisturbed soil core of the RMQS network, sampled during the second campaign, or extracted from the SOLHYDRO database, which stores soil hydric properties of French soil horizons. The methodology developed here consists in 3 steps : 1 - to elaborate a typology of soil horizons dedicated to the evaluation of soil hydric properties. It is based on 3 soil characteristics, say i) the name of the horizon (69 classes), ii) the texture of the soil horizon (3 classes), and iii) the rock content of the horizon (3 classes). On the RMQS, this typology enables to describe 335 horizon types. 2 - to inventory all the horizons type both in the RMQS and in the SOLHYDRO databases. 48 horizon types from the RMQS are present in the SOLHYDRO database, with a measured AWC value ; 287 horizon types from the RMQS are not represented in the SOLHYDRO database and need an evaluation of the AWC. 3 - to realise the sampling scheme of RMQS enabling i) to analyse time evolutions of soil chemical properties already measured during the first RMQS campaign, and ii) to priority sample in these 287 horizon types on which AWC has to be measured.
The methodology is based on the optimization, using simulated annealing, of the determination of annual serial panels and, and obeys to scientific, financial and logistic constraints. Finally, it gives a general sampling scheme for the second RMQS campaign, and an associated sampling scheme dedicated to the evaluation of the AWC on the RMQS network.
Key-words :
Soil, sampling strategy, AWC, simulated annealing.
Metodologia de elaboracion de un plan de muestreo de la segunda campana de la red de medidas de la calidad de los suelos de francia por integracion multicriterios : Capacidad para detectar una evolución temporal, evaluación del reservorio en agua disponible y limitaciones logísticas
La primera campaña de medidas (2001-2009) de la Red de Medidas de la Calidad de los Suelos (RMQS) permitió adquirir referencias sobre propiedades químicas de los suelos en 2 170 puntos en Francia metropolitana. La segunda campaña (2016 - 2027) tiene como primer objetivo destacar, con un protocolo de muestreo adaptado, eventuales evoluciones de las propiedades del suelo. Constituye igualmente una oportunidad para adquirir datos de referencia sobre propiedades físicas de los suelos, entre las cuales el RU (Reservorio Utilizable para las plantas). Siendo que el costo de la medida del RU es elevado, proponemos para evaluarlo una metodología que se apoya sobre el conocimiento de las características de los suelos a escala del horizonte. Se trata de clasificar el conjunto de los horizontes del RMQS según una tipología pertinente en cuanto a la evaluación del RU, luego proponer un valor medido del RU para cada tipo de horizonte según un principio de contratación. Este valor medido procederá sea de una medición realizada en laboratorio sobre una muestra recogida durante la segunda campaña, sea de una medición realizada anteriormente y almacenada en la base de datos de las propiedades hídricas de los suelos SOLHYDRO. La metodología aplicada se organiza en 3 etapas. 1 - la elaboración de una tipología de horizontes permitiendo identificar horizontes con propiedades hídricas contrastadas ; esta tipología se apoya sobre el nombre del horizonte (69 posibilidades), sobre la textura dominante del horizonte (en 3 clases) y sobre el contenido en elementos gruesos del horizonte (3 clases). Definimos así 335 tipos de horizontes. 2 - el censo de los horizontes de cada tipo en el RMQS y en la base de datos SOLHYDRO que junta valores de propiedades hídricas de suelos. Se muestro que 48 tipos de horizontes identificados en el RMQS (sea 2 223 horizontes) son presentes en la base SOLHYDRO y tienen entonces un RU ya medido ; se muestro, de modo corolario, que 287 tipos de horizontes (sea 2 535 horizontes) tienen un RU actualmente no medido. 3 - la realización del plan de muestreo del RMQS permite i) analizar cada año evoluciones temporales de propiedades químicas de los suelos ya medidas durante la primera campaña del RMQS, y ii) recoger prioramente estos 287 tipos de horizontes en los cuales conviene realizar una medición de RU. La metodología aplicada se apoya sobre la generación de paneles anuales y sobre el método de recocido simulado, y satisface limitaciones científicas, financieras y logísticas. Al final, permite la constitución de dos planes de muestreos encajados : un plan de muestreo general de la segunda campaña del RMQS, y un plan de muestreo específico dedicado a la evaluación del RU en la rejilla RMQS.
Palabras clave :
Suelo, estrategia de muestreo, reservorio utilizable, recocido simulado.
La première campagne de mesures (2001 - 2009) du Réseau de Mesures de la Qualité des Sols (RMQS) a permis d’acquérir des références sur des propriétés chimiques des sols sur 2 170 points en France métropolitaine. La deuxième campagne (2016 - 2027) a pour objectif premier la mise en évidence, avec un protocole d’échantillonnage adapté, d’éventuelles évolutions dans les propriétés du sol. Elle constitue également une opportunité pour acquérir des données de référence sur des propriétés physiques des sols, parmi lesquelles le RU (Réservoir Utilisable par les plantes). Le coût de la mesure du RU étant élevé, nous proposons pour l’évaluer une méthodologie qui s’appuie sur la connaissance des caractéristiques des sols à l’échelle de l’horizon. Il s’agit de classer l’ensemble des horizons du RMQS selon une typologie pertinente au regard de l’évaluation du RU, puis de proposer une valeur mesurée du RU pour chaque type d’horizon selon un principe d’appariement. Cette valeur mesurée sera issue soit d’une mesure réalisée en laboratoire sur un échantillon prélevé lors de la deuxième campagne, soit d’une mesure réalisée antérieurement et stockée dans la base de données des propriétés hydriques des sols SOLHYDRO. La méthodologie mise en oeuvre s’organise en 3 étapes : 1 - l’élaboration d’une typologie d’horizons permettant d’identifier des horizons aux propriétés hydriques contrastées ; cette typologie s’appuie sur le nom de l’horizon (69 possibilités), sur la texture dominante de l’horizon (en 3 classes) et sur la teneur en éléments grossiers de l’horizon (en 3 classes). Nous définissons ainsi 335 types d’horizons.
2 - Le recensement des horizons de chaque type dans le RMQS et dans la base de données SOLHYDRO rassemblant des valeurs de propriétés hydriques des sols. On montre que 48 types d’horizons identifiés dans le RMQS (soit 2 223 horizons) sont présents dans la base SOLHYDRO et ont donc un RU déjà mesuré ; on montre, de façon corollaire, que 287 types d’horizons (soit 2 535 horizons) ont un RU actuellement non mesuré. 3 - La réalisation du plan d’échantillonnage du RMQS permettant i) d’analyser chaque année des évolutions temporelles de propriétés chimiques de sol déjà mesurées lors de la première campagne du RMQS, et ii) de prélever prioritairement ces 287 types d’horizons sur lesquels il convient de réaliser une mesure de RU. La méthodologie mise en oeuvre s’appuie sur la génération de panels annuels et sur la méthode du recuit simulé, et répond à des contraintes scientifiques, financières et logistiques. Au final, elle permet la constitution de deux plans d’échantillonnage emboités : un plan d’échantillonnage général de la deuxième campagne du RMQS, et un plan d’échantillonnage spécifique dédié à l’évaluation du RU sur la grille RMQS.
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