Water and carbon transfers between peatlands, atmosphere and aquifers : Hydrological, geochemical and greenhouse gas flux models of the active peatland of Frasne (Jura Massif, France)

Les tourbières sont des zones humides à l’origine de nombreux services écosystémiques (stockage decarbone, stockage/filtration d’eau, biodiversité spécifique, archives climatiques). Alors que ces services ont un rôle clé pour faire face aux enjeux du XXIème siècle, - climat, biodiversité, et ressource en eau-, ils sont directement menacés par les activités anthropiques (drainage) et le changement climatique. La compréhension des mécanismes hydrologiques, biogéochimiques et écologiques associés au fonctionnement des tourbières à différentes échelles spatio-temporelles est donc fondamentale pour atténuer ces impacts (gestion, restauration) et évaluer les dynamiques d’eau et du carbone des tourbières d’ici les prochaines décennies. C’est dans ce contexte que ce travail s’intéresse au fonctionnement de la tourbière active du Forbonnet (commune de Frasne, Doubs 25). Cette tourbière dominée par des sphaignes est caractéristique des milieux tempérés de moyenne montagne et est localisée dans un synclinal d’une région plissée et karstifiée : le massif du Jura. Trois axes sont développés :(1) Caractériser le fonctionnement hydrogéologique de la tourbière du Forbonnet avec l’usage detraceurs géochimiques (δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, ions majeurs);(2) Evaluer les liens entre les fonctions hydrologiques et biogéochimiques et leur impact sur laspéciation du carbone inorganique (δ13CDIC) ;(3) Intégrer la dynamique des flux de gaz à effets de serre (GES ; CO2, CH4) à l’échelle de l’écosystème et des placettes selon des gradients écohydrologiques inhérents à ces écosystèmes.Ce travail a montré que la tourbière active est un système alimenté en eau par plusieurs composantes: les précipitations directes; des flux latéraux provenant des tourbières boisées alentours ; et des flux d’eaux carbonatées alimentant les niveaux plus profonds de tourbe. Ces eaux carbonatées ont transité dans le synclinal, impliquant des transferts d’eau et/ou de pressions depuis une aire de recharge localisée sur l’anticlinal adjacent. Cet apport d’eau carbonatée semble favoriser la production de CH4 au sein de la tourbière active alors que la partie avale du système (bas marais et exutoire) n’est pas affectée par ce processus. L’échange net de CH4 entre la tourbière active et l’atmosphère (mesuré par eddy-covariance) est contrôlé par la combinaison de facteurs hydrologiques (niveau d’eau contrôlant la taille des réservoirs aérobie et anaérobie), physiques (température contrôlant l’ampleur de la méthanogenèse et de la méthanotrophie) et physiologiques via l’activité photosynthétique qui peut favoriser l’oxydation du CH4 en journée. Les flux de GES mesurés selon le gradient écohydrologique typique des tourbières sont cohérents avec le cycle saisonnier observé avec la méthode eddy-covariance. Cependant, la réponse de ce gradient écohydrologique à différentes conditions hydrométéorologiques est contrastée en fonction des flux. Les flux de CH4 sont plus importants dans la zone humide dominée par les sphaignes pour toutes les conditions. La réponse de la photosynthèse aux conditions hydrologiques dans cette zone montre que les événements extrêmes (périodes de sécheresse sèches ou d’inondations plus marquées) réduisent fortement l’activité photosynthétique. Par ailleurs, la respiration de l’écosystème est la plus faible dans la zone humide, hormis lors de la période estivale sèche où il n’y a plus de différence le long du gradient.Sur la base de ces résultats, cette thèse permet donc de proposer un ensemble de schémas conceptuels du fonctionnement hydrogéologique, hydrogéochimique et biogéochimique potentiellement transférables et adaptables à de nombreuses tourbières de moyenne latitude/altitude. Ces modèles participent à la compréhension des processus contrôlant les échanges de GES carbonés à l’interface tourbière atmosphère et peuvent contribuer à clarifier le rôle local et global des tourbières face aux enjeux environnementaux actuels.Peatlands are wetlands furnishing many ecosystem services (carbon storage; water storage/filtration,specific biodiversity, climate archives). While these services have a key role to address the challenges of the 21st century - climate, biodiversity, and water resources - they are directly threatened by human activities (drainage) and climate change. Understanding the hydrological, biogeochemical, and ecological mechanisms of peatlands functioning at different spatio-temporal scales is therefore fundamental to mitigate these impacts (management, restoration) and assess the water and carbon dynamics of peatlands over the next decades. It is in this context that this work focuses on the functioning of the “active peatland” of the Forbonnet (municipality of Frasne, Doubs). This sphagnum-dominated peatland is characteristic of mid-mountain temperate environments and is located in a syncline of a folded and karstic area: the Jura Mountains. Three axes are developed:(1) Characterize the hydrogeological functioning of the Forbonnet peatland using geochemical tracers(δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, major ions);(2) Assess the links between hydrological and biogeochemical dynamics and their impact on inorganic carbon speciation (δ13CDIC);(3) Integrate the dynamics of greenhouse gas (GHG; CO2, CH4) fluxes at the scale of the ecosystem and at a finer scale (plot) according to the ecohydrological gradients inherent in these ecosystems.This work showed that the active peatland is a system fed in water by several components: directrainfall; lateral inflows from the surrounding wooded peatlands; and carbonated water fluxes supplying the deeper levels of peat. These carbonated waters flowed in the syncline, implying water and/or pressure transfers from the upstream anticline. This supply of carbonated water seems to favor the production of CH4 within the active peatland, while the downstream part of the system (rich fen and outlet) is not affected by this process. The net exchange of CH4 between the active peatland and the atmosphere (measured by eddy-covariance) is controlled by the combination of hydrological factors (water level controlling the size of aerobic and anaerobic reservoirs), physical (temperature controlling the extent of methanogenesis and methanotrophy) and physiological via photosynthetic activity promoting CH4 oxidation during the day. The GHG fluxes measured according to the typical peatland ecohydrological gradient are consistent with the seasonal cycle observed with the eddy-covariance method. However, the response of this ecohydrological gradient to different hydrometeorological conditions is contrasted and depends on the type of flux. CH4 fluxes are most important in the wettest and sphagnum-dominated area for all conditions. The response of photosynthesis to hydrological conditions in this area shows that extreme events (drought and inundation periods) strongly reduce photosynthetic activity. Moreover, ecosystem respiration is lowest in the wettest area except during the dry summer period when there is no difference along the gradient.Based on these results, this thesis allows to propose a set of conceptual schemes of hydrogeological,hydrogeochemical, and biogeochemical functioning potentially transferable and adaptable to many midlatitude/altitude peatlands. These models contribute to the understanding of the processes controlling carbon GHG exchanges at the peatland-atmosphere interface and can help to clarify the local and global role of peatlands in the face of current environmental issues

Transferts d'eau et de carbone entre les tourbières, l'atmosphère et les aquifères : Modèles hydrologiques, géochimiques et de flux de gaz à effet de serre de la tourbière active de Frasne (Massif du Jura, France)

Peatlands are wetlands furnishing many ecosystem services (carbon storage; water storage/filtration,specific biodiversity, climate archives). While these services have a key role to address the challenges of the 21st century - climate, biodiversity, and water resources - they are directly threatened by human activities (drainage) and climate change. Understanding the hydrological, biogeochemical, and ecological mechanisms of peatlands functioning at different spatio-temporal scales is therefore fundamental to mitigate these impacts (management, restoration) and assess the water and carbon dynamics of peatlands over the next decades. It is in this context that this work focuses on the functioning of the “active peatland” of the Forbonnet (municipality of Frasne, Doubs). This sphagnum-dominated peatland is characteristic of mid-mountain temperate environments and is located in a syncline of a folded and karstic area: the Jura Mountains. Three axes are developed:(1) Characterize the hydrogeological functioning of the Forbonnet peatland using geochemical tracers(δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, major ions);(2) Assess the links between hydrological and biogeochemical dynamics and their impact on inorganic carbon speciation (δ13CDIC);(3) Integrate the dynamics of greenhouse gas (GHG; CO2, CH4) fluxes at the scale of the ecosystem and at a finer scale (plot) according to the ecohydrological gradients inherent in these ecosystems.This work showed that the active peatland is a system fed in water by several components: directrainfall; lateral inflows from the surrounding wooded peatlands; and carbonated water fluxes supplying the deeper levels of peat. These carbonated waters flowed in the syncline, implying water and/or pressure transfers from the upstream anticline. This supply of carbonated water seems to favor the production of CH4 within the active peatland, while the downstream part of the system (rich fen and outlet) is not affected by this process. The net exchange of CH4 between the active peatland and the atmosphere (measured by eddy-covariance) is controlled by the combination of hydrological factors (water level controlling the size of aerobic and anaerobic reservoirs), physical (temperature controlling the extent of methanogenesis and methanotrophy) and physiological via photosynthetic activity promoting CH4 oxidation during the day. The GHG fluxes measured according to the typical peatland ecohydrological gradient are consistent with the seasonal cycle observed with the eddy-covariance method. However, the response of this ecohydrological gradient to different hydrometeorological conditions is contrasted and depends on the type of flux. CH4 fluxes are most important in the wettest and sphagnum-dominated area for all conditions. The response of photosynthesis to hydrological conditions in this area shows that extreme events (drought and inundation periods) strongly reduce photosynthetic activity. Moreover, ecosystem respiration is lowest in the wettest area except during the dry summer period when there is no difference along the gradient.Based on these results, this thesis allows to propose a set of conceptual schemes of hydrogeological,hydrogeochemical, and biogeochemical functioning potentially transferable and adaptable to many midlatitude/altitude peatlands. These models contribute to the understanding of the processes controlling carbon GHG exchanges at the peatland-atmosphere interface and can help to clarify the local and global role of peatlands in the face of current environmental issues.Les tourbières sont des zones humides à l’origine de nombreux services écosystémiques (stockage decarbone, stockage/filtration d’eau, biodiversité spécifique, archives climatiques). Alors que ces services ont un rôle clé pour faire face aux enjeux du XXIème siècle, - climat, biodiversité, et ressource en eau-, ils sont directement menacés par les activités anthropiques (drainage) et le changement climatique. La compréhension des mécanismes hydrologiques, biogéochimiques et écologiques associés au fonctionnement des tourbières à différentes échelles spatio-temporelles est donc fondamentale pour atténuer ces impacts (gestion, restauration) et évaluer les dynamiques d’eau et du carbone des tourbières d’ici les prochaines décennies. C’est dans ce contexte que ce travail s’intéresse au fonctionnement de la tourbière active du Forbonnet (commune de Frasne, Doubs 25). Cette tourbière dominée par des sphaignes est caractéristique des milieux tempérés de moyenne montagne et est localisée dans un synclinal d’une région plissée et karstifiée : le massif du Jura. Trois axes sont développés :(1) Caractériser le fonctionnement hydrogéologique de la tourbière du Forbonnet avec l’usage detraceurs géochimiques (δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, ions majeurs);(2) Evaluer les liens entre les fonctions hydrologiques et biogéochimiques et leur impact sur laspéciation du carbone inorganique (δ13CDIC) ;(3) Intégrer la dynamique des flux de gaz à effets de serre (GES ; CO2, CH4) à l’échelle de l’écosystème et des placettes selon des gradients écohydrologiques inhérents à ces écosystèmes.Ce travail a montré que la tourbière active est un système alimenté en eau par plusieurs composantes: les précipitations directes; des flux latéraux provenant des tourbières boisées alentours ; et des flux d’eaux carbonatées alimentant les niveaux plus profonds de tourbe. Ces eaux carbonatées ont transité dans le synclinal, impliquant des transferts d’eau et/ou de pressions depuis une aire de recharge localisée sur l’anticlinal adjacent. Cet apport d’eau carbonatée semble favoriser la production de CH4 au sein de la tourbière active alors que la partie avale du système (bas marais et exutoire) n’est pas affectée par ce processus. L’échange net de CH4 entre la tourbière active et l’atmosphère (mesuré par eddy-covariance) est contrôlé par la combinaison de facteurs hydrologiques (niveau d’eau contrôlant la taille des réservoirs aérobie et anaérobie), physiques (température contrôlant l’ampleur de la méthanogenèse et de la méthanotrophie) et physiologiques via l’activité photosynthétique qui peut favoriser l’oxydation du CH4 en journée. Les flux de GES mesurés selon le gradient écohydrologique typique des tourbières sont cohérents avec le cycle saisonnier observé avec la méthode eddy-covariance. Cependant, la réponse de ce gradient écohydrologique à différentes conditions hydrométéorologiques est contrastée en fonction des flux. Les flux de CH4 sont plus importants dans la zone humide dominée par les sphaignes pour toutes les conditions. La réponse de la photosynthèse aux conditions hydrologiques dans cette zone montre que les événements extrêmes (périodes de sécheresse sèches ou d’inondations plus marquées) réduisent fortement l’activité photosynthétique. Par ailleurs, la respiration de l’écosystème est la plus faible dans la zone humide, hormis lors de la période estivale sèche où il n’y a plus de différence le long du gradient.Sur la base de ces résultats, cette thèse permet donc de proposer un ensemble de schémas conceptuels du fonctionnement hydrogéologique, hydrogéochimique et biogéochimique potentiellement transférables et adaptables à de nombreuses tourbières de moyenne latitude/altitude. Ces modèles participent à la compréhension des processus contrôlant les échanges de GES carbonés à l’interface tourbière atmosphère et peuvent contribuer à clarifier le rôle local et global des tourbières face aux enjeux environnementaux actuels

Transferts d'eau et de carbone entre les tourbières, l'atmosphère et les aquifères : Modèles hydrologiques, géochimiques et de flux de gaz à effet de serre de la tourbière active de Frasne (Massif du Jura, France)

Peatlands are wetlands furnishing many ecosystem services (carbon storage; water storage/filtration,specific biodiversity, climate archives). While these services have a key role to address the challenges of the 21st century - climate, biodiversity, and water resources - they are directly threatened by human activities (drainage) and climate change. Understanding the hydrological, biogeochemical, and ecological mechanisms of peatlands functioning at different spatio-temporal scales is therefore fundamental to mitigate these impacts (management, restoration) and assess the water and carbon dynamics of peatlands over the next decades. It is in this context that this work focuses on the functioning of the “active peatland” of the Forbonnet (municipality of Frasne, Doubs). This sphagnum-dominated peatland is characteristic of mid-mountain temperate environments and is located in a syncline of a folded and karstic area: the Jura Mountains. Three axes are developed:(1) Characterize the hydrogeological functioning of the Forbonnet peatland using geochemical tracers(δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, major ions);(2) Assess the links between hydrological and biogeochemical dynamics and their impact on inorganic carbon speciation (δ13CDIC);(3) Integrate the dynamics of greenhouse gas (GHG; CO2, CH4) fluxes at the scale of the ecosystem and at a finer scale (plot) according to the ecohydrological gradients inherent in these ecosystems.This work showed that the active peatland is a system fed in water by several components: directrainfall; lateral inflows from the surrounding wooded peatlands; and carbonated water fluxes supplying the deeper levels of peat. These carbonated waters flowed in the syncline, implying water and/or pressure transfers from the upstream anticline. This supply of carbonated water seems to favor the production of CH4 within the active peatland, while the downstream part of the system (rich fen and outlet) is not affected by this process. The net exchange of CH4 between the active peatland and the atmosphere (measured by eddy-covariance) is controlled by the combination of hydrological factors (water level controlling the size of aerobic and anaerobic reservoirs), physical (temperature controlling the extent of methanogenesis and methanotrophy) and physiological via photosynthetic activity promoting CH4 oxidation during the day. The GHG fluxes measured according to the typical peatland ecohydrological gradient are consistent with the seasonal cycle observed with the eddy-covariance method. However, the response of this ecohydrological gradient to different hydrometeorological conditions is contrasted and depends on the type of flux. CH4 fluxes are most important in the wettest and sphagnum-dominated area for all conditions. The response of photosynthesis to hydrological conditions in this area shows that extreme events (drought and inundation periods) strongly reduce photosynthetic activity. Moreover, ecosystem respiration is lowest in the wettest area except during the dry summer period when there is no difference along the gradient.Based on these results, this thesis allows to propose a set of conceptual schemes of hydrogeological,hydrogeochemical, and biogeochemical functioning potentially transferable and adaptable to many midlatitude/altitude peatlands. These models contribute to the understanding of the processes controlling carbon GHG exchanges at the peatland-atmosphere interface and can help to clarify the local and global role of peatlands in the face of current environmental issues.Les tourbières sont des zones humides à l’origine de nombreux services écosystémiques (stockage decarbone, stockage/filtration d’eau, biodiversité spécifique, archives climatiques). Alors que ces services ont un rôle clé pour faire face aux enjeux du XXIème siècle, - climat, biodiversité, et ressource en eau-, ils sont directement menacés par les activités anthropiques (drainage) et le changement climatique. La compréhension des mécanismes hydrologiques, biogéochimiques et écologiques associés au fonctionnement des tourbières à différentes échelles spatio-temporelles est donc fondamentale pour atténuer ces impacts (gestion, restauration) et évaluer les dynamiques d’eau et du carbone des tourbières d’ici les prochaines décennies. C’est dans ce contexte que ce travail s’intéresse au fonctionnement de la tourbière active du Forbonnet (commune de Frasne, Doubs 25). Cette tourbière dominée par des sphaignes est caractéristique des milieux tempérés de moyenne montagne et est localisée dans un synclinal d’une région plissée et karstifiée : le massif du Jura. Trois axes sont développés :(1) Caractériser le fonctionnement hydrogéologique de la tourbière du Forbonnet avec l’usage detraceurs géochimiques (δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, ions majeurs);(2) Evaluer les liens entre les fonctions hydrologiques et biogéochimiques et leur impact sur laspéciation du carbone inorganique (δ13CDIC) ;(3) Intégrer la dynamique des flux de gaz à effets de serre (GES ; CO2, CH4) à l’échelle de l’écosystème et des placettes selon des gradients écohydrologiques inhérents à ces écosystèmes.Ce travail a montré que la tourbière active est un système alimenté en eau par plusieurs composantes: les précipitations directes; des flux latéraux provenant des tourbières boisées alentours ; et des flux d’eaux carbonatées alimentant les niveaux plus profonds de tourbe. Ces eaux carbonatées ont transité dans le synclinal, impliquant des transferts d’eau et/ou de pressions depuis une aire de recharge localisée sur l’anticlinal adjacent. Cet apport d’eau carbonatée semble favoriser la production de CH4 au sein de la tourbière active alors que la partie avale du système (bas marais et exutoire) n’est pas affectée par ce processus. L’échange net de CH4 entre la tourbière active et l’atmosphère (mesuré par eddy-covariance) est contrôlé par la combinaison de facteurs hydrologiques (niveau d’eau contrôlant la taille des réservoirs aérobie et anaérobie), physiques (température contrôlant l’ampleur de la méthanogenèse et de la méthanotrophie) et physiologiques via l’activité photosynthétique qui peut favoriser l’oxydation du CH4 en journée. Les flux de GES mesurés selon le gradient écohydrologique typique des tourbières sont cohérents avec le cycle saisonnier observé avec la méthode eddy-covariance. Cependant, la réponse de ce gradient écohydrologique à différentes conditions hydrométéorologiques est contrastée en fonction des flux. Les flux de CH4 sont plus importants dans la zone humide dominée par les sphaignes pour toutes les conditions. La réponse de la photosynthèse aux conditions hydrologiques dans cette zone montre que les événements extrêmes (périodes de sécheresse sèches ou d’inondations plus marquées) réduisent fortement l’activité photosynthétique. Par ailleurs, la respiration de l’écosystème est la plus faible dans la zone humide, hormis lors de la période estivale sèche où il n’y a plus de différence le long du gradient.Sur la base de ces résultats, cette thèse permet donc de proposer un ensemble de schémas conceptuels du fonctionnement hydrogéologique, hydrogéochimique et biogéochimique potentiellement transférables et adaptables à de nombreuses tourbières de moyenne latitude/altitude. Ces modèles participent à la compréhension des processus contrôlant les échanges de GES carbonés à l’interface tourbière atmosphère et peuvent contribuer à clarifier le rôle local et global des tourbières face aux enjeux environnementaux actuels

17 years of high-altitude rock wall monitoring by terrestrial laser scanning (Mont-Blanc massif)

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Ecological role of karstic groundwater in peatlands in the context of climate change. The case study of the Frasne peatland (Jura Mountains, France)

International audienceGroundwater (GW) inputs potentially modify the hydrological cycle of peatlands and associated downstream ecosystems in karstic regions. However, the interplay between ground and surface water is complex and depends on climatic conditions and land-use.Suspected in the Jura Mountains since decades, we present here a study on the ecological role of karst-peatland interactions realized in the Forbonnet bog (Frasne peatland complex, 46.826 N, 6.1754E, 852 m a.s.l). The bog has been restored in 2015-16 by backfilling of artificial drains.The site is located in a wide karstifed syncline covered by moraine deposits. We hypothesize the presence of complex interactions between peat, moraine and karst reservoirs dependent on hydraulic conditions and modified by climate change and mitigation programs. Five years of the peatland outlet monitoring highlights a multiscale range of water supply mechanisms. Mean summer Electrical Conductivities (EC, June-October) are positively correlated with total rainfall of the preceding winters (P, November-May), suggesting that karst GW inputs in winter mainly drive the summer baseflow. In spring and autumn, the non-linear relationships between P, T and discharge imply interactions between saturated and non-saturated peat layers. Finally, winter outflow is characterized by fast responses to P events, suggesting overflow of the saturated media. To better explain these interactions, both EC profiles variability and contrasted hydraulic head response to restoration allowed to identify various exchange processes. A range of advective-diffusive GW upflows from the karst could sustain the ecosystem functions.This multi-proxy approach argues in favor of a nested hydrological system involving various water origins: (i) regional karstic GW, (ii) lateral seepage from the neighboring elevated wooded peatlands and (iii) local rainfall. Ongoing work aims to quantify these water fluxes in more detail in order to improve peatland management

Restoration and meteorological variability highlight nestedwater supplies in middle altitude/latitude peatlands: Towards ahydrological conceptual model of the Frasne peatland, JuraMountains, France

Peatlands and associated ecosystem services are sensitive to climate changes and anthropogenic pressures such as drainage. This study illustrates these effects on the Forbonnet bog (7 ha), belonging to the Frasne peatland complex (~300 ha, French Jura Mountain) and shows how they can inform about the ecohydrological functioning of peatlands. The southern part of the Forbonnet bog was restored in 2015‐2016 by backfilling of artificial drains dating from the end of the 19th century. Piezometric data from 2014 to 2018 allow to evaluate the restoration effect on the Water Table Depth (WTD) and highlight the reactivation of lateral inflows from the surrounding raised peatland complex. Vertical EC profiles permit to identify 3 main peat compartments depending on different water supplies arguing for a nested hydrological functioning. This involves: (i) One‐off karst groundwater inputs at the substratum/peat interface supplying the deepest peat layer, (ii) lateral seepage inputs from the neighboring raised wooded peatlands sustaining the intermediate peat level, and (iii) direct rainfall infiltrating the most superficial peat layer. This nested multi‐reservoir model operates at various spatio‐temporal scales and is consistent with the complex seasonal hydrological and physico‐chemical response at the bog outlet, which will be increasingly affected by climate change in the coming decades

Peatlands as patchworks of water-rock and water-peat interactions: The case study of the Frasne peatland, Jura Mountains, France.

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Characterization of nested water supplies in a mid latitude/altitude peatland using long-term monitoring data before and after restoration. The case study of the Frasne peatland (Jura Mountains, France)

International audiencePeatland hydrology forms, together with vegetation cover and carbon dynamics, a sensitive interconnected three-pillar system, which furnishes essential ecosystem services from the local (specific biodiversity, interaction with the watershed) to the global scale (carbon and fresh water storage). The present study focuses on the hydrological function of the Frasne peatland, and especially investigates how restoration of water supplies can be used to mitigate climate change effects on peatland hydrology and sustainability.In this perspective, the Forbonnet bog, belonging to the Frasne peatland complex (300 ha; French Jura Mountains; 46.826 N, 6.1754 E; 850 m a.s.l) is monitored in the framework of the French observatory of peatland (SNO Tourbières) since 2008. The site, restored in 2015 (European program "Life Tourbières"), is located in a wide karstifed syncline overlain by moraine deposits. Between 2009 and 2019, mean annual precipitation and air temperature were respectively 1618 mm and 7 °C.In order to identify and model water supply and transfers at the ecosystem scale, this study combines a range of hydrological, geochemical and reservoir modeling approaches. This enabled us to propose a conceptual scheme of the hydrological functioning that implies a nested organization of 3 water origins: (1) The superficial reservoir (acrotelm) featuring a low mineralization, has a fast (daily) reactivity to precipitation, suggesting a strong dependence to direct atmospheric inputs. In addition, the outlet discharge shows a complex relation with the water level of this layer, highlighting a threshold effect where the saturation degree of the acrotelm seems to be involved.(2) Five years of outlet discharge and electrical conductivity (EC) monitoring highlight a seasonal pattern. During low flow periods (June-Oct.) EC is positively correlated with rainfall recharge of the previous winter (Nov.-May). Furthermore, the bog water budget is loss-making when only considering the topographical watershed. Considering the geological context, these elements argue for groundwater inflows from the surrounding karst aquifer likely occurring at the base of the bog, throughout the permeable or discontinuous moraine layers. Vertical EC profiles show that these inflows supply the mineralized water deep reservoir of the bog.(3) The monitoring of the restoration effects (by backfilling of drainage channels) through panpipe piezometers suggests that lateral seepage from the neighboring wooded, more elevated and mature peatlands supplies a transitional peat reservoir.Moreover, spatial (horizontal and vertical) and temporal EC variability suggest advective water transfers through the bog. This work supports the interest in monitoring over the long-term (several and contrasted hydrological years) for constraining hydrological processes. The three water supplies delineated could have contrasted responses to climate change and then impact both biological and carbon cycles. This work also highlights the importance to integrate hydrological processes beyond the ecosystem scale, to consider climate change and anthropogenic pressure effects on the regional hydrology that probably interact with peatlands in mountainous environments. In this perspective, the current hydrological monitoring is nowadays combined with isotopic (δ18O and δ2H) evaluation to refine this conceptual scheme and quantify the contribution of the 3 identified water flow paths

From water rock-interaction to methanogenesis: How climate induced raise of groundwater inputs might favor CH4 fluxes in the mid latitude/altitude Frasne peatland, Jura Mountains, France

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