Transformation longitudinale de l'azote et du carbone dans la zone hyporhéique d'un ruisseau riche en azote : modélisation combinée et champ d'étude

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]BELCAInternational audienceA combined modelling and field study approach was used to examine biogeochemical functioning of the hyporheic zone in two gravel bars in an N-rich fourth-order stream (River Hers, south-west France). Surfacewater and interstitial water were sampledmonthly (August 1994–January 1995), the latter in a network of 29 piezometers in the first gravel bar and 17 in the second. In both gravel bars, the hyporheic zone was created only by advected channelwater without any connectionwith groundwater. Longitudinal chemical profiles of Dissolved Organic Carbon (DOC), nitrate (NO3–N), ammonium (NH4–N) and Dissolved Oxygen (DO) were established for both gravel bars. Ambient and potential denitrification weremeasured in the laboratory during the same period using the acetylene inhibition technique. Factors limiting denitrification were also examined by testing the separate effects of nitrate or nitrate + carbon additions. A 1D reactive-transport model was used to simulate longitudinal transformation of nitrogen in the hyporheic zone, and to estimate the role of organic matter (DOC and POC) in the biogeochemical functioning of the hyporheic zone. Denitrification measurements with nitrate and nitrate + carbon additions both showed increased denitrification, suggesting that denitrification might not be C-limited at this site. Observations and model results showed the hyporheic zone to be a sink of DOC and nitrate, but DOC consumption appeared insufficient to explain nitrate depletion measured in the two gravel bars. Field data were better modelled when an additional DOC source from the POC fraction degraded by anaerobic respiration was included in the model.Une l'approche combinant modélisation et étude de terrain a été utilisé pour examiner le fonctionnement biogéochimique de la zone hyporhéique dans deux bancs de gravier dans une rivière de quatrième ordre, riche en azote (Hers, sud-ouest de la France). L'eau de surface et l'eau interstitielle ont été échantillonnés mensuellement (août 1994 - janvier 1995), dans 29 piézomètres implantés dans le premier banc de gravier et 17 dans le second. Dans les deux bancs, la zone hyporhéique est uniquement alimentée par l'eau de canal sans aucun lien avec les eaux souterraines. Profils chimiques longitudinaux en carbone organique dissous (DOC), nitrate (NO3-N), ammonium (NH4-N) et oxygène dissous (DO) ont été établis pour les deux bancs de gravier. Dénitrification ambiante et le potentiel ont été mesurées au laboratoire pendant en utilisant la technique d'inhibition de l'acétylène. Les facteurs limitant la dénitrification ont également été examinés en testant les effets séparés des nitrates et des nitrates + ajouts de carbone. Un modèle 1D a été utilisé pour simuler la transformation longitudinale de l'azote dans la zone hyporhéique, et estimer le rôle de la matière organique (DOC et POC) dans le fonctionnement biogéochimique de la zone hyporhéique. Mesures de dénitrification par ajouts nitrates et nitrates + carbone ont montré une dénitrification accrue, ce qui suggère que la dénitrification pourrait ne pas être C-limité sur ce site. Observations et résultats du modèle montrent la zone hyporhéique est un puits de COD et de nitrates, mais la consommation DOC est insuffisante pour expliquer l'épuisement des nitrates mesuré dans les deux bancs de gravier. Les données de terrain sont mieux modélisés quand une source additionnelle de DOC issue de la fraction PDC dégradé lors de la respiration anaérobie est inclus dans le modèle