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Denitrification in the Upper Mississippi River: rates, controls, and contribution to nitrate flux

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Abstract:

We evaluated patterns of denitrification and factors effecting denitrification in the upper Mississippi River. Measurements were taken over 2 years, during which river discharge ranged from record flooding to base flow conditions. Over the period of study, average denitrification enzyme activity was highest in backwater lakes and lowest in the main channel. Throughout the study reach, highest denitrification enzyme activity occurred during fall and lowest occurred in winter. Rates during spring floods (2001) were only slightly higher than during the preceding winter. Mean unamended denitrification rates ranged from 0.02 (fall 2001 in backwaters) to 0.40 µg N·cm–2·h–1 (spring 2001 in backwaters). Laboratory experiments showed that denitrification rates increased significantly with addition of NO3 regardless of sediment C content, while rates increased little with addition of labile C (glucose). Denitrification in this reach of the upper Mississippi River appears to be NO3 limited throughout the growing season and the delivery of NO3 is strongly controlled by river discharge and hydrologic connectivity across the floodplain. We estimate that denitrification removes 6939 t N·year–1 or 6.9% of the total annual NO3 input to the reach. Hydrologic connectivity and resultant NO3 delivery to high-C sediments is a critical determinant of reach-scale processing of N in this floodplain system.

Nous avons évalué les patterns de dénitrification et les facteurs qui opèrent la dénitrification dans le Mississippi supérieur. Les mesures ont été réalisées sur 2 années, pendant lesquelles le débit de la rivière a varié d'inondations record à des conditions d'étiage. Durant la période d'étude, l'activité enzymatique moyenne de dénitrification était maximale dans les lacs de la plaine de débordement et minimale dans le chenal principal. Dans toute la zone d'étude, les valeurs maximales de l'activité enzymatique moyenne de dénitrification ont été mesurées à l'automne et les valeurs minimales en hiver. Les taux durant les inondations du printemps (2001) étaient tout juste un peu plus élevés que l'hiver précédent. Les taux moyens non corrigés de dénitrification variaient de 0,02 (automne 2001 dans des eaux de la plaine de débordement) à 0,40 µg N·cm–2·h–1 (printemps dans des eaux de la plaine de débordement). Des expériences en laboratoire montrent que les taux de dénitrification augmentent de façon significative après l'addition de NO3, quel que soit le contenu des sédiments en C; ces taux augmentent peu après l'addition de C labile (glucose). La dénitrification dans cette section du Mississippi semble être limitée par NO3 durant la saison de croissance et l'apport de NO3 est fortement contrôlé par le débit de la rivière et la connectivité hydrologique à travers la plaine de débordement. Nous estimons que la dénitrification retire 6 939 t N·an–1, soit 6,95 % de l'apport annuel de NO3 dans la section. La connectivité hydrologique et l'apport de NO3 aux sédiments riches en C qui en résulte sont des facteurs déterminants essentiels du traitement de l'azote à l'échelle de la section dans ce système de plaine de débordement.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2004

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nrc/cjfas/2004/00000061/00000007/art00007
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