First rotation biomass production and nutrient cycling within short-rotation coppice willow plantations in Saskatchewan, Canada

Although numerous studies have quantified different social, economic, energetic, and environmental benefits associated with short-rotation coppice (SRC) willow plantations, comprehensive assessments of nutrient cycling are rare. The objective of this study was to examine the biomass production and attendant biogeochemical cycling of nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), sulphur (S), calcium (Ca), and magnesium (Mg) during the initial four-year rotation of six willow varieties grown at four locations along a 500 km north-south pedoclimatic gradient within Saskatchewan, Canada. Nutrient budgets consisted of quantifying various nutrient inputs (e.g., atmospheric deposition and soil mineral weathering), outputs (e.g., fine and coarse root biomass, leaf biomass, harvested biomass, leaching, and denitrification), and transfers (e.g., soil organic matter mineralization, canopy exchange, leaf litter decomposition, and fine root turnover) associated with the plant available soil nutrient pool. Total above- and below-ground production during the rotation was approximately 40 Mg ha-1, with calculated soil nutrient budget deficits (i.e., nutrient outputs > inputs + transfers) of 17, 39, 112, 271, and 74 kg ha-1 for N, P, K, Ca, and Mg, respectively, averaged across the varieties and sites, but a soil S surplus of 60 kg ha-1. While soil nutrient budget deficits varied among sites, there were no significant differences (P >0.05) among willow varieties. Despite the relatively low nutrient-demanding nature of willow and negligible leaching or denitrification losses, nutrient export in harvested biomass over multiple rotations will require soil nutrient amendments to maintain SRC willow productivity, particularly N and P, albeit a fraction of the amount required for annual agronomic crops

Bioconcentration des éléments traces dans les horizons de surface d'un sol forestier non-contaminé

Les patrons d’accumulation d’éléments traces dans les horizons de surface sont bien documentés et généralement associés à la présence de sources proximales. À fine échelle et en l’absence de sources locales, ces patrons d’accumulation se développent selon la végétation locale et les propriétés chimiques du sol. L’objectif de la recherche était de comprendre quel est le rôle de la végétation dans le développement des patrons de distribution de éléments traces à fine-échelle dans une forêt non-contaminée. Les sols ont été échantillonnés dans une parcelle de 1500 m2 qui avait un gradient important dans la distribution de bouleaux jaunes (Betula alleghaniensis Britt.). La composition de la litière à chaque point d’échantillonnage et les concentrations de Ca, Cd, Mg, Mn, Pb et Zn ont été analysés pour les horizons F et B. Les feuilles vivantes des cinq espèces dominantes au site d’étude ont aussi été récoltées à la fin de la saison de croissance. Les feuilles de bouleaux jaunes avaient jusqu’à 13 fois la concentration de Cd et Zn des autres espèces principales sur le site. Les analyses spatiales ont mis en évidence des patrons similaires dans la distribution de la litière de bouleau jaune et les concentrations de Cd et Zn dans l’horizon F. Pour ces deux éléments traces, des différences significatives ont été trouvées entre les aires de haute et de basse densité de bouleaux jaunes dans les horizons F et B. Dans l’horizon F, l’aire de haute densité de bouleaux avait des plus fortes concentrations de Cd et de Zn. Dans l’horizon B, une tendance inverse a été trouvée pour les deux éléments traces. L’absorption annuelle de ces deux éléments par chaque espèce a été estimée. Il a été possible de déterminer qu’au courant de quelques décennies, il serait possible pour les bouleaux jaunes de créer les différences observées dans l’horizon B. Ces résultats soulignent l’importance des cycles biologiques sur l’accumulation d’éléments traces dans les sols forestiers non-contaminés.Large-scale trace element accumulation patterns in topsoil are well documented and often associated with nearby input sources. On a fine scale, and in the absence of a distinct source, these accumulation patterns develop according to local vegetation and the chemical properties of the soil. This project aimed to understand the role of vegetation in defining fine-scale trace element distribution patterns in the surface horizons of an uncontaminated forest. Fresh leaf samples were collected from dominant tree species at the end of the growing season. Soil samples were collected from a 1500 m2 plot that had a strong gradient in the distribution of yellow birches (Betula alleghaniensis Britt.). The composition of leaf litter at each sampling point and the pH, organic matter content and the Ca, Cd, Mg, Mn, Pb, and Zn concentrations of the organic F and mineral B horizons were analysed. Yellow birch leaves had up to 13 times the Cd and Zn concentrations of the other species on site. Spatial analyses found common distribution patterns between birch leaf litter and Cd and Zn concentrations in the F horizon. Significant differences exist between areas with a high and a low birch density for both elements in both horizons. In the F horizon, the high density area had higher concentrations of Cd and Zn. In the B horizon, an opposite trend was found for Cd and Zn. The yearly uptake of both elements for each species was estimated. Over a few decades, uptake by yellow birches could account for the observed differences in the B horizon. These results emphasize the role of biological cycling on trace element accumulation in the surface horizons of uncontaminated forest soils

L’altération des minéraux dans les sols forestiers du Bouclier Canadien : quels facteurs environnementaux affectent la variabilité spatiale et temporelle de la mise en solution des cations basiques?

Les processus d’altération des minéraux constituent un important pourvoyeur de nutriments pour les plantes et jouent parallèlement un rôle déterminant dans la neutralisation des dépositions acides dans les écosystèmes terrestres et aquatiques. Plus spécifiquement, l’altération des silicates et son couplage avec la végétation constituent également un puits de carbone et contrôle l’évolution à long terme du climat. Malgré la place centrale de ces processus dans le cycle biogéochimique global des éléments, il n’existe pas de méthode standard pour quantifier les taux d’altération des minéraux. De plus, l’impact des changements environnementaux sur ces processus demeure difficile à anticiper en milieu naturel. En effet, l’altération des minéraux résulte de l’interaction complexe de facteurs hydro-climatiques (précipitations, température, humidité des sols), bio-chimiques (pH, matière organique, activité biologique) et physiques avec les sols ou le matériel parental. Or, ce caractère multidimensionnel de l’altération des minéraux a rarement été considéré dans des études visant à analyser les impacts de variables environnementales sur ces processus en milieu naturel. De même, les méthodes permettant d’analyser les effets intégrés de plusieurs facteurs agissant simultanément ont été peu explorées. À travers cette thèse, nous avons : 1) quantifié les taux d’altération historiques et contemporains de cations basiques (Ca, Mg, Na et K) dans une vaste aire géographique au Québec; 2) évalué la concordance entre trois méthodes d’estimation des taux d’altération des minéraux; 3) développé une nouvelle approche pour obtenir des taux d’altération fiables sur des échelles de temps de l’ordre de l’année afin d’analyser la variabilité temporelle des taux d’altération des minéraux; et 4) examiné l’impact de certaines caractéritiques des bassins versants et de facteurs environnementaux sur la variabilité des taux d’altération. Les résultats montrent que des variables reliées au climat expliquent jusqu’à 51.6% de la variation spatiale des taux d’altération contemporains des cations basiques. Des variables liées à la lithologie, aux dépôts acides et aux propriétés des sols captaient également une proportion significative de la variance. Quant aux taux d’altération historiques, certaines propriétés des sols, tels que la surface spécifique et la composition minéralogique, constituaient les principaux déterminants de leur variabilité spatiale dans l’aire d’étude. En ce qui concerne la variabilité temporelle des taux d’altération des cations basiques, les résultats de cette recherche montrent qu’ils dépendent essentiellement de l’évolution des conditions hydrocilimatiques. Dans l'ensemble, les taux d’altération des cations basiques sont positivement affectés par la température, la proportion de feuillus dans la canopée, les précipitations sous forme de pluie, les dépôts de sulfate et la surface spécifique des sols, alors qu’ils sont négativement affectés par les précipitations sous forme de neige et le nombre de jours de gel. Ces résultats représentent une contribution originale à la compréhension des processus d’altération des minéraux en milieu naturel et à l’amélioration des connaissances sur l’impact potentiel des changements climatiques sur l’altération des minéraux et, de là, sur la capacité des sols à soutenir l’apport en nutriments essentiels à la croissance forestière à long terme.Mineral weathering is an important nutrient provider for plants, and these processes play a key role in the neutralization of acid inputs in terrestrial and aquatic ecosystems. Silicate weathering and its coupling with the vegetation also constitutes a carbon sink and controls the long-term evolution of the climate. Despite the central role of mineral weathering processes in the overall biogeochemical cycle of elements, there is no standard method for quantifying the rates at which minerals weather. Moreover, the impact of environmental changes on these processes remains difficult to anticipate in natural envi-ronments. Mineral weathering results from the complex interaction of hydro-climatic (precipitation, temperature, soil moisture), biochemical (pH, organic matter, biological activities) and physical factors with soils or parental material. However, the multidimensional nature of mineral weathering has rarely been considered in studies aiming at analyzing the impacts of environmental variables on these processes in the natural environments. Furthermore, approaches that allow to analyze the integrated effects of several simultaneously acting factors have been little explored. Through this thesis, we have: 1) analyzed the spatial variability of historical and contemporary weathering rates of base cations (Ca, Mg, Na and K) in a wide geographical area in Quebec; 2) evaluated the agreement between three methods for estimating mineral weathering rates; 3) developed a new approach for estimating base cation weathering rates on an annual time scale in order to analyze temporal variability in mineral weathering rates; and 4) examined the impact of the watershed characteristics and environmental factors on the variability of weathering rates. The results show that climate-related variables accounted for up to 51.6% of the spatial variation in contemporary weathering rates of base cations. Variables related to ion sources (lithology, sulphate deposition and soil properties) also explained a significant proportion of the variation. As for historical base cation weathering rates, soil properties, such as surface area and mineralogical composition, were the main determinants of their spatial variability in the study area. Regarding the temporal variability of base cation weathering rates, the results of this research show that they depend essentially on the evolution of hydro-climatic conditions. Overall, base cation weathering rates are positively affected by temperature, percent deciduous canopy cover, precipitation as rain, sulphate deposition, and soil surface area, while they are negatively affected by precipitation as snow and the number of frost days. These findings provide an original contribution to the understanding of mineral weathering processes in natural environments, and they are likely to improve knowledge about the potential impact of climate change on mineral weathering and hence on the ability of soils to supply essential plant nutrients to sustain long-term forest growth

A Study of Novel Magnesium Isotope Tracers in Geological, Paleoceanographic and Biogeochemical Systems

This thesis explores Mg isotopes as tracers in geological and biological systems. Chapters 2 and 3 investigate Mg isotopes as tracers of fluid flow during dolomitization. The studied carbonate is the variably dolomitized Late Ordovician Red River Formation in the Williston Basin. Three types of dolomite are described (burrow, matrix, saddle) with all three yielding identical d26Mg values at the hand-sample scale, indicating that the dolomite formed from the same fluid, or was overprinted by successive dolomitizing events. A broader study was undertaken to determine whether large dolomite bodies might preserve gradients in d26Mg values at the basin-scale. Because dolomite preferentially sequesters light isotopes of Mg during its formation, the dolomitizing fluid (and product dolomite) should become progressively enriched in heavy isotopes in the direction of fluid flow. The studied dolomite body is the interconnected network of Thalassinoides burrows in the ‘C’ member carbonate of the Red River, where it is found that d26Mg values increase radially away from the center of the Williston Basin. As such, dolomitizing fluids must have originated in the deep center of the basin, using the burrows to flow up toward the basin margins. This interpretation is strengthened by decreasingly radiogenic 87Sr/86Sr ratios in the direction of fluid flow. While the timing of dolomitization is unknown, the formation of overpressurized fluids in the deep center of the basin could have been triggered by a late Paleozoic thermal event, and/or the far-field tectonic effects of the Antler Orogeny, which caused crustal fluids to ascend upwards into the bottom of the Williston Basin through a system of down-to-the-basement vertical faults, which still exist in the basin center today. Chapter 4 presents a technique for determining original limestone d26Mg values in marine carbonates with trace dolomite. The study section is a carbonate platform in Nevada recording the Late Ordovician (Hirnantian) glaciation event. The d26Mg value for limestone deposited during the sea-level lowstand, and bracketing highstands, is calculated from a graphical mixing technique using chemostratigraphic data. Carbonate deposited during the lowstand has the highest d26Mg value, consistent with precipitation of primary aragonite during the Hirnantian glaciation in a tropical-shelf setting, while limestone deposited before and after the glaciation yields lower d26Mg values, consistent with precipitation of calcite. While diagenetic effects on d26Mg values in carbonate sediment are difficult to predict, a negative shift in d44/40Ca, a positive shift in d13C, and the highest Sr/Ca ratios in the study section, strengthen the case for aragonite deposition during the sea-level lowstand. This result is significant in that the studied carbonates formed in the midst of a ‘calcite sea’, which identifies a period of seawater composition favoring abiotic precipitation of calcite, rather than aragonite, in shallow marine settings. This study emphasizes the problem of misinterpreting stratigraphic trends in Mg, Ca, and C isotope profiles as genuine reflections of global-scale changes in the geochemical cycling of these elements. Chapter 5 examines Mg-cycling in the ‘critical zone’ with the aim of deciphering whether or not first-order streams exhibit plant-fractionated Mg isotope signatures. This has implications for the d26Mg value of the weathering flux to the oceans, which is a component of the ocean Mg-cycle. There is no evidence in a studied sugar maple stand for Mg isotope fractionation associated with uptake from soil solutions into mature trees and seedlings. There is, however, large within-tree fractionation between tissues. While sugar maple in the field exhibit no uptake related fractionation effects, seedlings grown in the laboratory yield contrasting results, exhibiting higher d26Mg values than the nutrient source. The difference is attributed to the absence of arbuscular mycorrhizal fungi in the artificial soils in which the seedlings were grown in the laboratory. It is speculated that these fungi are important vectors in the uptake of Mg into tree fine roots in natural settings, and that the fungi do not fractionate Mg isotopes. It is also found that d26Mg values and Mg/Ca ratios of soil solutions and stream water, and acid leaches of the C horizon mineral soil are identical to each other, and to the aboveground vegetation as well, indicating that plant-recycled fluxes of Mg and Ca, filtering down through the soil profile from the surface, appear to completely overwhelm the much smaller annualized input fluxes of these elements from atmospheric deposition and soil mineral weathering

Biomass production and nutrient cycling in short-rotation coppice willow (Salix spp.) bioenergy plantations in Saskatchewan, Canada

Biomass energy is currently the largest renewable contributor to global energy supply and there is increasing demand for bioenergy feedstock. Consequently, the production of purpose-grown woody bioenergy crops, such as short rotation coppice (SRC) willow, is expected to proliferate. Although the economic and environmental benefits associated with SRC willow production are well documented, systematic assessments of nutrient cycling within these plantations are rare. The objective of this study was to examine biomass production and biogeochemical cycling of nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), sulphur (S), calcium (Ca), and magnesium (Mg) during an initial four-year rotation of six willow varieties grown at four plantations along a 500 km north-south pedoclimatic gradient within Saskatchewan, Canada. Nutrient budgets were also calculated after quantifying various nutrient inputs (e.g., atmospheric deposition, soil mineral weathering, and organic matter mineralization), outputs (e.g., above- and below-ground biomass, leaching, and denitrification), and transfers (e.g., canopy exchange, leaf litter decomposition, and fine root turnover) affecting the plant available soil nutrient pool. Total stem, leaf litter, and below-ground (primarily fine roots) biomass production after four years averaged 19.0, 7.1, and 12.5 Mg ha-1, respectively, with corresponding soil nutrient budget deficits of 17, 39, 112, 271, and 74 kg ha-1 of N, P, K, Ca, and Mg, respectively, but a soil S surplus of 60 kg ha-1. Despite willow’s relatively low nutrient-demanding nature, negligible leaching and denitrification losses, and substantial nutrient cycling from leaf litter, the nutrient export in harvested biomass over multiple rotations will require soil nutrient amendments, particularly N and P, to maintain plantation productivity. Given the apparent eventual need for supplemental fertility to support adequate willow growth over the 22-yr plantation life span, the fate of broadcast 15N-labelled fertilizer was also examined. Though the willow accumulated less than ⅓ of the applied fertilizer N after one year, the majority of the residual fertilizer N (51%) remained available for willow uptake in subsequent years. Further research is needed to track the fate of applied fertilizers over multiple rotations to better understand fertilizer dynamics for optimizing SRC willow agronomy; thus helping to promote its viability as a biomass energy feedstock option

Taux d'altération des sols de la bordure sud du Bouclier canadien, Québec, Canada : description physique des sols et modélisation de l'altération avec le modèle profile

L'altération des sols est essentielle pour l'évaluation des réservoirs de cations basiques dans la solution du sol et sa capacité de neutralisation des dépôts acides. Des taux d'altération des sols du Bouclier canadien ont été déterminés pour 22 bassins versants du réseau TADPA-Québec à l'aide du modèle de simulation biogéochimique PROFILE à partir de 62 échantillons. La recherche a surtout été concentrée sur la description physique des sols (granulométrie, minéralogie et surface spécifique) et la modélisation des variables hydroclimatiques dans le but d'effectuer une simulation des taux d'altération avec PROFILE. Le rééquilibre chimique dans la qualité des eaux de surface du Bouclier canadien exige avant tout une recharge des réservoirs de cations basiques échangeables dans les sols qui est supportée par l'altération chimique des sols. Une minéralogie semi-quantitative des sols a été établie selon différente analyses physiques et \ud chimiques: la diffraction aux rayons X pour les fractions argileuses et limoneuses, le comptage minéralogique au binoculaire pour les fractions sableuses et l'utilisation du modèle stoechiométrique UPPSALA basé sur la chimie totale des horizons B. La surface spécifique a été établie selon deux méthodes: l'équation BET et l'algorithme textural de Sverdrup (1990). La texture des horizons B a été évaluée à partir d'un tamisage sec (>63 µm) et d'un sédimentomètre (<63 µm). La modélisation des variables hydroclimatiques a été faite à partir des modèles BioSIM, ForHYM et forSTEM. Les simulations d'altération des sols par PROFILE ont été faites deux fois pour chaque pédon en fonction des différentes valeurs de surface spécifique. Les taux d'altération simulés avec une surface spécifique établie selon la méthode BET sont entre 0,47 et 12,8 kmolc ha¯¹ an¯¹, tandis que les taux d'altération simulés avec une surface spécifique établie selon l'algorithme textural sont entre 0,87 et 5,5 kmolc ha¯¹ an¯¹. Des simulations PROFILE ont également été faites sur huit échantillons pour lesquels nous avons extraits les oxyhydroxides dans l'évaluation de la surface spécifique avec la méthode BET. Les résultats d'altération PROFILE suite aux extractions sont entre 0,88 et 4,39 kmolc ha¯¹ an¯¹. Les taux d'altération simulés démontrent l'importance de la surface spécifique dans ces évaluations. De même, une minéralogie diversifiée permet de cerner la contribution de certains minéraux au taux d'altération, en particulier les amphiboles. Les comparaisons effectuées avec les bilans élémentaires suggèrent que les taux d'altération actuels sont supérieurs aux taux historiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Taux d'altération des sols, Modélisation (PROFILE, UPPSALA, BioSIM, ForHYM, ForsTEM), Diffraction aux rayons X (DRX), Surface spécifique, Minéralogie, Bouclier canadien

Variabilité spatiale et temporelle des flux de carbone organique et des formes d'azote dissous dans le bassin versant de l'Hermine

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Simulation of soil chemistry and nutrient availability in a forested ecosystem of southern Quebec - I. Reconstruction of the time-series files of nutrient cycling using the MAKEDEP model

The MAKEDEP model is used to reconstruct the time-series input files of deposition, forest growth, uptake and litterfall needed to run the dynamic biogeochemical model SAFE. The amounts and timing of N made available for tree growth is what determines most of the model output. In this paper, the sensitivity Of MAKEDEP to various amounts and timing of N availability, including increased supplies of N prior to air pollution assuming increased biological N-2 fixation, was assessed in a small hardwood stand of southern Quebec. The scenarios of N cycling were validated for burned and unburned conditions based on the simulated tree growth and N leaching rates as well as the model's ability to recreate the trends in atmospheric deposition of major ions in northeastern North America. The N leaching rates were calculated as the residual component of all simulated processes acting as sources and sinks of N. The N availability scenarios that subtracted/added 5 mmol m(-2) yr(-1) of NH4 in the unburned and burned conditions, respectively, recreated N leaching rates and tree biomass with the most precision. Modifying the amounts of N made available prior to air pollution was also necessary for the trees to grow to reasonable values before 1900. Historical trends of deposition were linked to the changes in the continental emissions in northeastern North America. Observational data for 30 years at the Hubbard Brook Experimental Forest, New Hampshire, showed convergent trends for most ions with the deposition trends simulated with MAKEDEP

Mesure de la concentration en métaux traces dans la solution de sol par microlysimétrie

La présente étude porte sur l’évaluation d’une méthode d’acquisition de la solution de sol présente à l’interface sol-racine, dans la rhizosphère. Cette interface constitue le lieu privilégié de prise en charge par les plantes des contaminants, tels que les métaux traces. Comme les plantes acquièrent ces éléments à partir de la phase liquide, la solution de sol de la rhizosphère est une composante clé pour déterminer la fraction de métaux traces biodisponibles. La microlysimétrie est la méthode in situ la plus appropriée pour aborder les difficultés liées à l’échelle microscopique de la rhizosphère. Ainsi, dans les études sur la biodisponibilité des métaux traces au niveau de la rhizosphère, les microlysimètres (Rhizon©) gagnent en popularité sans, toutefois, avoir fait l’objet d’études exhaustives. L’objectif de cette étude est donc d’évaluer la capacité de ces microlysimètres à préserver l’intégrité chimique de la solution, tout en optimisant leur utilisation. Pour ce faire, les microlysimètres ont été soumis à une série d’expériences en présence de solutions et de sols, où la quantité de solution prélevée et le comportement des métaux traces (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) ont été étudiés. Les résultats montrent que les microlysimètres fonctionnent de façon optimale lorsque le contenu en eau du sol est au-dessus de la capacité au champ et lorsqu’il y a peu de matière organique et d’argile. Les sols sableux ayant un faible contenu en C organique reproduisent mieux le volume prélevé et la solution sous la capacité au champ peut être récoltée. L’utilisation des microlysimètres dans ces sols est donc optimale. Dans les essais en solution, les microlysimètres ont atteint un équilibre avec la solution après 10 h de prélèvement. En respectant ce délai et les conditions optimales préalablement établies (pH acide et COD élevé), les microlysimètres préservent la composition chimique de la solution. Dans les essais en sol, cet équilibre n’a pas été atteint après dix jours et huit prélèvements. Le contenu en matière organique et l’activité microbienne semblent responsables de la modification des concentrations en métaux au cours de ces prélèvements, notamment, dans l’horizon FH où les microlysimètres performent très mal. En revanche, dans l’horizon B, les concentrations tendent à se stabiliser vers la fin de la série de prélèvements en se rapprochant des valeurs de référence. Bien que des valeurs plus élevées s’observent pour les microlysimètres, leurs concentrations en métaux sont comparables à celles des méthodes de référence (extrait à l’eau, lysimètres de terrain avec et sans tension). En somme, les microlysimètres se comportent généralement mieux dans l’horizon B. Même si leur utilisation est plus optimale dans un sol sableux, cet horizon est privilégié pour de futures études sur le terrain avec les microlysimètres.This study focuses on evaluating a method of acquiring soil solution in the soil-root interface of the rhizosphere. The liquid phase of the rhizosphere constitutes the main area where plants absorb contaminants like trace metals. Thus the rhizosphere soil solution is key to determine the amount of bioavailable trace metals. Microlysimetry has been described as the most appropriate in situ method to tackle difficulties inherent to the microscopic scale of the rhizosphere. Despite the lack of an exhaustive evaluation of their performance, microlysimeters have gained popularity for in situ studies on the bioavailability of trace metals. The objective of this study was to evaluate the capacity of microlysimeter to preserve the chemical integrity of the soil solution and also to determine their optimum use conditions. To do this, microlysimeter have been submitted to a series of laboratory experiments with solutions and soils. The volume of solution extracted and trace metals (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) behaviour were studied. Results show that microlysimeters work optimally when soil water content is above field capacity and when the amount of clay and organic matter is low. Sandy soils with low organic carbon content have a better reproducibility for extracted volume and soil solution extraction is possible even when soil water content is below field capacity. Using microlysimeters in this soil type is thus optimal. In solution experiments, microlysimeters reached equilibrium with the control solution after ten hours of extraction. In optimal conditions (acidic pH and high DOC) and after this ten hours period, microlysimeters preserve the chemical composition of the solution. In soil experiments, this equilibrium has not been reached after eight samplings throughout ten days. Organic matter content and microbial activity could be responsible for the modification of concentrations of trace metals during sampling. This is especially true for FH horizon where microlysimeters perform poorly. In contrast, the concentrations reach the reference values toward the end of sampling serie in the B horizon and microlysimeters have a better overall performance in this horizon. Although higher values are observed for microlysimeters, trace metals concentrations are comparable to other extraction methods, specifically for the B horizon. Even if their uses are optimized in sandy soil, the B horizon should be privileged for future field studies involving microlysimeters

Connectivité hydrologique et signature géochimique à l'échelle événementielle dans un bassin versant forestier

Dans un bassin versant, la connectivité hydrologique constitue un état hydrologique qui lie le versant à la zone riveraine. Ses impacts sur la production du débit et le transfert des éléments dissous vers le cours d’eau sont présumés substantiels. L’étude vise à 1) détecter les hydrotopes et les connexions hydrologiques à l’aide d’un réseau de puits qui permet la mesure des fluctuations de la nappe phréatique (NP); 2) identifier la variabilité spatio-temporelle et la signature géochimique des sources potentielles en eau à l’aide des éléments majeurs et traces et 3) examiner la contribution spatio-temporelle respective des sources en eau du bassin lors d’un événement de précipitation. L’étude s’effectue dans un bassin versant forestier du Bouclier canadien (l’Hermine). Nous démontrons l’existence de quatre hydrotopes représentant un gradient de convergence de l’eau, soulignant la diversité de comportement de NP. Les connexions hydrologiques se caractérisent par des coefficients de Spearman élevés des relations entre la profondeur de la NP et le débit, dans leur partie en aval, et s’enclenchent par le fill and spill. Le comportement de NP est influencé par la distance aux limites du bassin, l’horizonation du sol et la topographie souterraine. En somme, trois sources en eau se connectent à partir du versant vers la zone riveraine durant l’événement pluvial de manière chronologique: 1) les horizons B et la NP de l’ensemble du bassin (Sr); 2) les horizons LFH des zones de convergence (Ba et Zn) et 3) une dépression de sol humide sur le versant nord (Co et Mn).In watersheds, hydrologic connectivity consists of a hydrologic state that links the upper part of a hillslope to the riparian zone. Its impacts on streamflow generation and transfer of dissolved elements towards the stream are considered substantial. This study aims to 1) detect hydrotops and hydrologic connections with a network of wells that allow measurements of water table (WT) fluctuations; 2) identify spatial and temporal variability and the geochemical signature of potential sources of water with major and trace elements and 3) examine the spatial and temporal contribution of sources of water within the watershed during a storm event. The study takes place in a small forested watershed of the Canadian Shield (the Hermine). We demonstrate the existence of four hydrotops representing a water convergence gradient, highlighting diversity of behavior of the WT. Hydrological connections are characterized by high Spearman coefficients of the relationship between WT depth and streamflow in their downstream portion. Some hydrological connections are engaged by the fill and spill mechanism. WT behavior is influenced by the distance limits of the basin, soil horizonation and subsurface topography. In sum, three water sources connect the hillslope to the riparian zone during the storm event in chronological order: 1) WT and B horizons of the entire basin (Sr), 2) LFH horizons of convergence zones (Ba and Zn) and 3) a depression of wet soil on north hillslope (Co and Mn)