Influence of hydrological pathways on dissolved organic carbon fluxes in tropical streams

Abstract

Water flow pathways and water balance are fundamental components for understanding the dynamics of C in the soil/water interface of small basins. The objective of this study was to describe the seasonal variations and estimate the annual balance of dissolved organic carbon (DOC) by comparing two tropical microbasins (preserved forest—PF and cacao plantation—CP). Twenty‐one weekly collections were conducted from September to December 2012 and from April to June 2013. The calculation of the partial balance considered precipitation (P) as inflow and the stream as outflow. The samples were filtered and analyzed using a TOC analyzer. Overall, the DOC was higher CP compared with FP. The behavior of both venues showed that rainy season caused an increase in concentrations in the overland flow (OF) and in the stream, and a decrease in the precipitation (P) and in the throughfall (T). In the CP, the outflow and the soil were chiefly responsible for the high DOC concentrations in the stream, when compared to the PF, which is the result of constant OM decomposition. Soil composition contributes to the control of DOC consumption in each type of soil. The balances were negative in both microbasins, although losses were higher in the AFS (agroforestry systems) when compared to the PF, especially during rainy seasons (−8.98 and −3.05 kg ha−1 year−1, CP and FP, respectively). Thus, the high annual loss of DOC in the CP of the microbasins during the rainy season indicates changes in ecosystem metabolism due to the vegetation cover and to the interactions with the soil.

DOC Transport and Export in a Dynamic Tropical Catchment

“…Stream water commonly exhibited acidic (mean pH=5.96), low conductivity (mean EC=8.0 μS/cm), well oxygenated (mean DO=7.1 mg O 2 /L), and oxic (mean OR212 mV) conditions (Figures a‐c). In summary, stream water revealed natural conditions of a headwater tropical catchment with turbulent mixing, whereby water‐rock transit times are short, and soil and vegetation leachates mainly control the aquatic chemistry (da Costa et al, ).…”

Dinâmica de Carbono Orgânico Dissolvido em Ecossistemas Florestais: Uma Revisão Sobre a Lixiviação pela Chuva (Dissolved Organic Carbon Dynamics in Forest Ecosystems Through Rainfall Mediated Leaching: A Review )

“…Trabalhos que tenham amostrado um número de eventos de precipitação que possa ser considerado representativo do ano hidrológico, por vezes, utilizam as médias anuais de precipitação ou a vazão dos canais para estimar as taxas de fluxo em gC.ano -1 , onde ainda deve ser acrescentada uma unidade espacial, geralmente hectare (hageralmente combinada com Kg) ou metro quadrado (m 2 ), sendo, aparentemente, esta segunda, mais usual (gC.m -2 .ano -1 ) (Zhou et al, 2015;Costa et al, 2016;Leinemann et al, 2016;Godoy-Silva, 2017). Raros estudos tem a oportunidade de quantificar as concentrações de COD em todos os eventos pluviométricos ao longo de um ano inteiro.…”

“…Aparentemente, a tendência sazonal sobre o COD na chuva inicial perde força em ambientes tropicais, onde raramente se utiliza aquecimento doméstico e os ambientes naturais apresentam dinâmica ecológica sazonal menos pronunciada. Costa et al (2016) encontraram concentrações de COD um pouco maiores na precipitação no inverno do sudeste brasileiro, porém, com valores próximos entre as estações. Para estes autores, tal resultado reflete a maior incidência de queimadas no inverno (estação seca), emitindo para atmosfera grandes quantidades de fuligens orgânicas.…”

“…O conteúdo de MO na atmosfera também pode influenciar o enriquecimento de COD na precipitação após o atravessamento pelas copas vegetais, a partir do acúmulo de compostos orgânicos de origem atmosférica sobre estas. Ao atravessar as copas, a precipitação lava a biomassa a cada evento de chuva, resultando em aumento na concentração de COD (Costa et al, 2016;Chen et al, 2017;Howard et al, 2018). O conteúdo de COD de origem atmosférica depositado sobre a biomassa e lixiviado pela chuva representa a deposição seca.…”

“…Além da MO de origem atmosférica, a concentração observada nos fluxos de atravessamento também inclui exsudatos solúveis originados da biomassa viva, apresentando, assim, também uma fração autóctone de MO. Tal fração tende a ser mais relevante nos fluxos de tronco do que no atravessamento direto pelo dossel, fazendo que as concentrações de COD costumem ser mais altas nos fluxos de tronco (Costa et al, 2016;Lombardo, 2017). Liu e Sheu (2003), ao observar maiores concentrações de COD nos fluxos de tronco de uma floresta (plantada) de coníferas em comparação às florestas de folhosas, citam as singularidades morfológicas da casca das coníferas, apresentando caráter multicamadas.…”