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The importance of catchment slope to soil water N and C concentrations in riparian zones: implications for riparian buffer width

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Abstract:

Buffer zones are an important component of forest-management strategies and are thought to reduce the impact of nutrients released after harvesting on water quality. Conceptually, steep slopes have shorter water residence times than shallow slopes, have a reduced capacity to moderate water quality, and therefore, require wider buffers. Carbon and N concentrations in riparian zone shallow soil water at 30cm depth and lake water were measured on shallow and steep slopes at the Esker Lakes Research Area in northeastern Ontario to determine if nutrient concentrations were correlated to catchment terrain attributes. Field measured slope, slope class obtained from a triangular irregular network model, and upslope contributing area and topographic index calculated from a digital elevation model were calculated for each sampling location. Modeled terrain properties, including those currently used during forest-management planning, were not significantly correlated with soil water N and C concentrations, whereas only dissolved organic carbon levels were significantly greater on field measured steep slopes. Forest species composition and soil N levels were positively correlated with soil water N concentrations. These results from the undisturbed boreal ecosystem highlight the potential limitation of using only catchment slope as a tool for prescribing riparian buffers during harvesting when considering terrestrial nutrient export.

Les zones tampons constituent une composante importante des stratégies d’aménagement forestier et pourraient réduire l’impact de la libération des nutriments sur la qualité de l’eau après la coupe. De façon conceptuelle, les pentes fortes sont caractérisées par des temps de résidence de l’eau plus courts que ceux des pentes douces et une moins grande capacité à atténuer les effets sur la qualité de l’eau et, par conséquent, exigent des zones tampons plus larges. La concentration en C et N de l’eau située à une profondeur de 30 cm dans le sol de zones riveraines et de l’eau de lac a été mesurée le long de pentes fortes et douces de l’aire de recherche des lacs Esker dans le nord-est de l’Ontario dans le but de déterminer si la concentration en nutriments était corrélée aux attributs de terrain des bassins versants. Pour chaque point d’échantillonnage, nous avons mesuré la pente sur le terrain, obtenu la classe de pente à l’aide d’un modèle de terrain basé sur un réseau triangulé irrégulier et calculé l’aire contributoire de haut de pente ainsi qu’un indice topographique avec un modèle altimétrique numérique. Les propriétés du terrain modélisées, incluant celles couramment utilisées au cours de la planification de l’aménagement forestier, n’étaient pas significativement corrélées aux concentrations de N et de C dans l’eau du sol alors que seuls les niveaux de carbone organique dissous étaient significativement plus élevés sur les pentes fortes mesurées sur le terrain. La composition en espèces forestières et les niveaux de N dans le sol étaient positivement corrélés à la concentration de N de l’eau du sol. Ces résultats issus d’un écosystème boréal non perturbé mettent en évidence les limites potentiellement associées à l’utilisation seule de la pente des bassins versants comme outil pour déterminer les zones riveraines tampons lors de la coupe lorsque l’exportation des nutriments terrestres est considérée.

Document Type: Research Article

Publication date: 2008-01-01

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