Investigating the role of connectivity and scale in assessing the sources of sediment in an agricultural watershed in the Canadian prairies using sediment source fingerprinting.

Koiter, A.J., Lobb, D.A., Owens, P.N., Petticrew, E.L., Tiessen, K.H.D., Tiessen, K.H.D., et Li, S. (2013). « Investigating the role of connectivity and scale in assessing the sources of sediment in an agricultural watershed in the Canadian prairies using sediment source fingerprinting. », Journal of Soils and Sediments, 13(10), p. 1676-1691. doi : 10.1007/s11368-013-0762-7  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Objectif : Les sédiments ont des effets négatifs sur la qualité des eaux de surface et constituent une source importante de contaminants, notamment de nutriments et de pesticides, dans les bassins versants agricoles. La mise au point de pratiques de gestion bénéfiques (PGB) visant la réduction de ces effets nécessite une bonne connaissance des sources de sédiments. Les objectifs visés par notre étude étaient les suivants : 1) déterminer les sources de sédiments dans un bassin versant agricole des Prairies canadiennes à l’aide de la caractérisation des sédiments et 2) évaluer les résultats de l’étude de caractérisation des sédiments en fonction de l’échelle d’observation et de la connectivité hydrogéomorphologique du bassin. Matériel et méthodes : Nous avons utilisé les empreintes géochimiques et les empreintes de radionucléides pour établir une distinction entre trois sources de sédiments potentielles : la couche arable, les berges de cours d’eau et le substratum schisteux. Les sédiments en suspension et les sédiments du lit ont été échantillonnés sur une période de trois ans à six endroits situés le long du cours principal du ruisseau, dans des sous-bassins variant du troisième ordre (48 ha) au septième ordre (7 441 ha). Nous avons utilisé quatre propriétés des sédiments satisfaisant à des critères de sélection fondés sur les statistiques et les processus ainsi que le modèle SIAR (Stable Isotope Analysis in R) pour estimer la proportion de sédiments issus de chaque source à chaque site d’échantillonnage du bassin versant. Résultats et discussion : Les sédiments en suspension dans le tronçon supérieur provenaient principalement de la couche arable (64 %–85 %), tandis que les sédiments en suspension se trouvant dans le tronçon inférieur et exportés du bassin provenaient dans une plus grande proportion des berges de cours d’eau (32 %–51 %) et du substratum schisteux (29 %–40 %). La différence de provenance des sédiments entre les eaux d’amont et la sortie du bassin est due : 1) à des changements touchant l’accumulation des sédiments et la connectivité; 2) à la transition concernant les processus d’érosion dominants, l’érosion de la couche arable faisant place à l’érosion des berges et 3) à l’encaissement du cours d’eau dans le substratum schisteux de l’escarpement du Manitoba. Conclusions : Les résultats de cette étude de caractérisation des sédiments montrent que les sources de sédiments changent entre les eaux d’amont et la sortie du bassin. Notre étude met en lumière l’importance de l’emplacement du site d’échantillonnage par rapport à l’échelle et à la connectivité géomorphologique du bassin versant, aux fins de l’interprétation des résultats dérivés de la technique de caractérisation des sédiments, plus particulièrement en vue de l’établissement de PGB appropriées visant à assurer la protection des eaux de surface des bassins versants.

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