Partitioning abiotic and biotic controls of soil moisture spatio-temporal variability

The aim of this study is to characterize the spatio-temporal variability of soil water content. To achieve this purpose, a mechanistic eco-hydrological model, the Tethys-Chloris (T-C), is applied at the hillslope scale. In particular, it is used to quantify the biotic and abiotic contribution in the generation and dissipation of soil moisture variability. In order to assess the robustness of our results, a sensitive analysis was also conducted. This is done by changing the initial conditions related to the characteristics of the hillslope, the climatic forcing and the soil properties. The model is applied to six different experimental watersheds: two evergreen forests one in Italy and one in Switzerland, a deciduous forest in Michigan, a desert in Arizona and two grasslands, one in Switzerland and one in California. This work intends to achieve a better understanding on the eco-hydrological processes and their spatiotemporal evolution by analyzing the spatiotemporal variability of soil moisture across different environments, in a well defined hillslope domain, and using state-of-the-art eco-hydrological tools. The conclusions of the present study are twofold. The former is that a no-unique relationship between the mean soil moisture value and its spatial variability is obtained. Secondly, the biotic components, related to the vegetation dynamics, never prevail on the abiotic one in the generation and dissipation of such variability.

Tramite una simulazione della risposta idrologica di un versante, ci si pone l’obiettivo di caratterizzare la variabilità spazio-temporale del contenuto idrico del suolo. Per raggiungere tale scopo ci si serve di un modello ecoidrologico, nello specifico il modello Tethys-Chloris (T-C). Si vuole, in particolare, quantificare il contributo biotico e abiotico nella generazione e dissipazione di tale variabilità al fine di ottenere una chiara quantificazione del ruolo della vegetazione. Il lavoro viene infine completato con un’analisi di sensitività. Questa viene effettuata modificando le condizioni iniziali relative alle caratteristiche del versante, alle forzanti climatiche, alle proprietà del suolo e ad altre condizioni al contorno. Il modello in esame viene applicato a sei diversi bacini sperimentali. Due foreste sempreverdi una in Italia e una in Svizzera, una foresta decidua in Michigan, un deserto in Arizona e due versanti riservati a prato, uno in Svizzera e uno in California, sono i casi di studio presi in considerazione. Attraverso tale lavoro si intende quindi migliorare la comprensione dei processi idrologici a scala di versante, ponendo particolare attenzione al ruolo della vegetazione nel modificare la distribuzione spazio-temporale del contenuto idrico del suolo. L’impossibilità di trovare una relazione analitica unica, capace di correlare il valore medio dell’umidità del suolo alla sua variabilità spaziale, è la principale conclusione al quale questo lavoro conduce. Ad analisi ultimata, si osserva inoltre che, nella generazione e dissipazione di tale variabilità, le componenti biotiche, legate alle dinamiche della vegetazione, non prevalgono mai sulle componenti abiotiche.