CHEMICAL CHARACTERISTICS OF DISTURBED AND UNDISTURBED SUBALPINE CATCHMENTS IN THE SOUTHERN INTERIOR OF BRITISH COLUMBIA

Abstract

The hydrological and chemical characteristics of four small subalpine watersheds in the southern interior of British Columbia were investigated. The watersheds have different forest cover types including mature spruce-fir, lodgepole pine stands 80–140 years of age, and regenerating clear-cut areas with about 15 years of mixed pine, spruce and fir regeneration. Water chemistry of the creeks was found to be typical of gneissic catchments reported in the literature. Concentrations of cations, bicarbonate and silica were controlled by processes occurring in the mineral soil, and were found to decrease with increasing streamflow according to well defined log-normal relationships. Concentrations of hydrogen ion and organic anions were controlled primarily by processes occurring in the forest floor (nitrification, organic matter breakdown), and were found to increase with increasing streamflow. Nitrate was produced within the forest floor. Its concentration was not related to stream discharge, but exhibited pulse behaviour consistent with the ’nitrogen flushing hypothesis.’ Sulphate was controlled by a combination of forest floor and mineral soil processes. Water chemistry in the study area is controlled primarily by mineral weathering and forest cover. Differences between the creek containing the regenerating clear-cut and the creeks containing mature timber were consistent with incomplete chemical recovery following forest harvesting, whereas differences in water chemistry between mature timber types could be attributable entirely to air temperature. Analysis of data from 28 watershed studies world-wide showed the effect of forest harvesting on cation budgets to be similar to the short term effect of acid precipitation, although more intense and short-lived.

Les caractéristiques hydrologiques et chimiques de quatre petits bassins subalpins dans l’Intérieur sud de la Colombie-Britannique furent étudiées. Les bassins hydrographiques possèdent différents types de manteaux forestiers, y compris les épinettes sapins arrivées à maturité, les pins de Murray vieux de 80 à 140 ans et les zones de coupe à blanc de régénération avec environ 15 ans de régénération d’un mélange de pins, d’épinettes et de sapins. L’hydrochimie des ruisseaux s’est révélée typique des bassins gneissiques dont fait état la documentation pertinente. Les concentrations de cations, de bicarbonate et de silice furent contrôlées par des processus dans le sol minéral et on a constaté qu’elles allaient en décroissant au fur et à mesure qu’augmentait l’écoulement fluvial selon des relations lognormales bien définies. Les concentrations d’ions d’hydrogène et d’anions organiques furent contrôlées principalement par des processus dans le tapis forestier (nitrification et décomposition de la matière organique) et on a constaté qu’elles augmentaient avec l’augmentation de l’écoulement. Il y avait production de nitrate dans le tapis forestier. Sa concentration n’avait aucun lien avec le débit des cours d’eau mais son comportement d’impulsion était conforme à l’hypothèse du barbotage d’azote. Le sulfate fut contrôlé par une combinaison de processus du tapis forestier et du sol minéral. L’hydrochimie dans la zone à l’étude est contrôlée principalement par la décomposition des minéraux et par le manteau forestier. Les différences entre le ruisseau renfermant la coupe de régénération et les ruisseaux contenant des arbres à maturité furent compatibles, une récupération chimique incomplète étant constatée après l’exploitation forestière, alors que les différences dans la composition chimique de l’eau entre les types d’arbres à maturité pouvaient être attribuées entièrement à la température de l’air. L’analyse de données provenant de 28 études de bassins partout dans le monde a fait ressortir que les effets de l’exploitation forestière sur le bilan des cations s’apparentaient aux effets à court terme des précipitations acides, bien que plus intenses et d’une courte durée.