Advances in Canadian Peatland Hydrology, 2003-2007

Abstract

Peatlands represent over 90% of Canadian wetlands and are the focus of considerable hydrological and biogeochemical research. Research on evapotranspiration (ET) has shown that it can exceed annual precipitation (P) where there are replenishing flood events. Evaporation from open water ponds in boreal peatlands exceeds ET from vegetated riparian zones by about two times, but surrounding forests can shelter small ponds by reducing turbulence. In an open bog, evaporation was modelled by separating the surface into vascular vegetation, hummock moss and hollow moss surfaces, and showed that vascular plants contribute 60-80% of ET, mosses making up the remainder with hummock mosses dominant over hollows. Runoff from peatlands is enhanced by features ranging from headwater swamps, ice-cored peat plateaus, patchy arctic wetlands and even sections of riverine peatlands. Groundwater fluxes can be quite erratic, and depend on transient properties of the peat that depend on moisture content (e.g., unsaturated hydraulic conductivity) to unsteady saturated hydraulic properties (e.g., hydraulic conductivity, specific yield) caused by peat compression and dilation associated with water storage changes. Surface elevation adjustments can result in a more stable depth to water table, increase evaporation losses, increase methane emission, and attenuate pore-water concentration of contaminants. Research on Canadian peatlands has also made significant methodological advances, including measurement of hydraulic properties of living mosses and peat pore-water and pore dimension characteristics. A considerable multi-annual effort has also been made in evaluating carbon dynamics from Canadian peatlands. Summer moisture availability is important to determining carbon fluxes with some peatlands experiencing enhanced productivity following drought (water table drawdown). Sudden changes in water table elevation promote DOC production and export. Methane bubbles confound hydraulic gradients and flows by creating local pockets of pressure, which are then released episodically when the entrapped gas reaches a threshold content. Canadian peatland hydrology continues to be actively researched in lab, field and modelling studies.

Les tourbières représentent au-delà de 90 % des milieux humides au Canada et font l’objet d’un nombre considérable de recherches hydrologiques et biogéochimiques. Les recherches sur l’évapotranspiration (ET) ont révélé qu’elle peut dépasser les précipitations annuelles (P) là où se produisent des inondations qui entraînent une réalimentation des cours d’eau. L’évaporation des étangs à ciel ouvert dans les tourbières boréales dépasse d’environ deux fois l’ET des zones riveraines enherbées. Cependant, les forêts environnantes peuvent servir d’abri aux petits étangs en réduisant la turbulence. Dans une tourbière ouverte, l’évaporation a été modélisée grâce à la répartition de la surface en végétation vasculaire, en mousses de buttes et en surfaces de mousses creuses, et le tout a révélé que les plantes vasculaires contribuent de 60 à 80 % de l’ET. Les mousses représentent le reste, les mousses de buttes étant dominantes par rapport aux dépressions. L’écoulement des tourbières se trouve à être accru du fait de diverses caractéristiques, notamment les marécages d’amont, les plateaux palsiques à noyau de glace, les marécages arctiques épars et les sections homogènes des tourbières riveraines. Les flux d’eau souterraine peuvent être très irréguliers et reposent sur les propriétés transitoires de la tourbe qui dépendent de la teneur en humidité (p. ex. conductivité hydraulique en régime insaturé) et des propriétés hydrauliques saturées instables (p. ex. conductivité hydraulique, débit spécifique) causées par la compression et la dilation de la tourbe associées aux changements au niveau de l’emmagasinement des eaux. Les ajustements à l’élévation de surface peuvent résulter en une profondeur plus stable de la surface de la nappe, accroître les pertes par évaporation, augmenter les émissions de méthane et atténuer la concentration des contaminants dans les eaux interstitielles. Les études menées sur les tourbières du Canada ont également permis de réaliser d’importantes percées méthodologiques, notamment la mesure des propriétés hydrauliques des mousses vivantes et de l’eau interstitielle de la tourbe et des caractéristiques dimensionnelles de l’eau interstitielle. Des efforts considérables s’échelonnant sur de nombreuses années ont été déployés pour évaluer la dynamique du carbone des tourbières canadiennes. L’humidité disponible en été est importante pour la détermination des flux de carbone, certaines tourbières connaissant une productivité accrue à la suite d’une sécheresse (rabattement de la nappe phréatique). Des changements soudains dans l’élévation de la surface de la nappe favorisent la production et les exportations de carbone organique dissous. Les bulles de méthane confondent les gradients et les écoulements hydrauliques en créant des poches locales de pression, qui sont par la suite libérées de manière épisodique lorsque les gaz piégés atteignent un certain seuil. L’hydrologie des tourbières au Canada continue de faire l’objet de recherches actives en laboratoire et sur le terrain, sans oublier les études de modélisation.