Published November 25, 2008 | Version v1
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The carbon cycle in wet tropical domain: example of the forested Nyong river basin in the south Cameroon

Description

Spatio-temporal follow ups of carbon contents and its isotopic signature δ13C in the Nyong river basin allow on one hand, at a local scale (small experimental catchment of Mengong), to identify the carbon sources, and on the other hand, at a regional scale (Nyong river basin), to understand the biogeochemical processes which control the carbon transformations and exchanges between the different reservoirs during the transfer from upstream to downstream. In these wet tropical ecosystems, the swampy soils of bottom valley low marshes present in surface a thick organic carbon rich horizon (12 to 16 %), with isotopic signatures δ13C of -29 o/oo in equilibrium with C3 plants (-32 o/oo to -28 o/oo). During the rainy season, the mineralization of organic matter and the leaching of swampy areas are responsible of high DOC contents (until 38 mg / L) in stream waters, strong pCO2 and impoverished δ13CDIC isotopic signatures (-20 o/oo on average). During the dry season, the shrinkage of the swampy zones facilitates the supply of streams by low DOC content (< 1 mg / L) and enriched δ13CDIC13CDIC until 7 o/oo) groundwaters. The carbon flux into the ocean is estimated to 1.2*106 t C / year, i.e. 6.24 t C/km2.year, of which 80 % of DOC, 8 % of POC and 12 % of DIC. During the transfer from upstream to downstream, a DOC decrease of 33 % is observed in relation with oxidation processes. The resulting strong pCO2 facilitate the CO2 degassing towards the atmosphere, estimated for the Nyong river system at 2.3* 105 t C / year. This CO2 degassing is accompanied by an isotopic enrichment of about 4 o/oo. The weathering of silicate minerals by organic acids leads to a surplus of Ca+Mg (0.5 < Ca+Mg / HCO3- < 2.2) with regard to a natural weathering pathway by the carbonic acid (Ca+Mg / HCO3- = 0.5). This Ca+Mg surplus is correlated positively with DOC content and negatively with δ13CDIC in surface waters. On the contrary, in poor DOC content groundwaters, Ca+Mg / HCO3- is < 0.5 and there is no correlation with DOC and δ13CDIC, showing that the weathering is mainly controlled by carbonic acid. The specific charge of organic acids, estimated to 6.7 μeq / mgC on average in the Nyong river basin, is responsible of the observed anionic deficit in surface waters. Its decreasing from upstream (7.5 μeq / mgC on average to Awout) to downstream (5.4 μeq / mgC on average to Olama) leads to a reduction of the DOC complexing capacity. (author)

Abstract (French)

Les suivis spatio-temporels des teneurs en carbone et de sa signature isotopique δ13C dans le bassin versant du Nyong permettent d'une part, a une echelle locale (petit bassin versant du Mengong), d'identifier les sources de carbone et d'autre part, a une echelle regionale (bassin du Nyong), de comprendre les processus biogeochimiques qui controlent les transformations et les echanges de carbone entre les differents reservoirs au cours du transfert de l'amont vers l'aval. Dans ces ecosystemes tropicaux humides, les sols marecageux de bas-fonds presentent en surface un epais horizon humifere riche en carbone organique (12 a 16%), avec des signatures isotopiques δ13C de -29 o/oo en equilibre avec celle des plantes en C3 (-32 o/oo a -28 o/oo). La mineralisation de la MO et le lessivage des zones marecageuses sont responsables en saison des pluies des fortes teneurs en COD (jusqu'a 38 mg/l), des fortes pCO2 et des signatures isotopiques δ13CCID appauvries (-20 o/oo en moyenne) des cours d'eau. En saison seche, la reduction des zones marecageuses favorise l'alimentation des cours d'eau par les eaux de nappe pauvre en COD (< 1mg/l) et enrichies en 13C (δ13CCID jusqu'a -7 o/oo). Les flux de carbone vers l'ocean pour le bassin du Nyong, estimes a 1,2.106 t C/an (soit 6,24 t C/km2/an) sont constitues a 80% de COD, 8% de COP et 12% de CID. Au cours du transfert d'amont en aval, une diminution de COD de 33% est observee en relation avec des processus d'oxydation. Les fortes pCO2 qui en resultent, favorisent un degazage du CO2 vers l'atmosphere, estime pour le reseau hydrographique du Nyong a 2,3. 105 t C/an; ce degazage s'accompagne d'un enrichissement isotopique d'amont en aval de l'ordre de 4 o/oo. L'alteration des mineraux silicates par les acides organiques entraine un excedent de Ca+Mg (0,5< Ca+Mg/HCO3- <2,2) par rapport a une alteration par l'acide carbonique (Ca+Mg/HCO3- = 0,5). Cet excedent est correle positivement aux teneurs en COD et negativement au δ13CCID dans les eaux de surface. Par contre, dans les eaux de nappe pauvres en COD, Ca+Mg/HCO3- est < 0,5 et il n'y a pas de correlation avec COD et δ13CCID, montrant que l'alteration est ici principalement controlee par l'acide carbonique. La charge specifique des acides organiques, estimee en moyenne a 6,7 μeq/mgC dans le bassin versant du Nyong, est responsable du deficit anionique observe dans les eaux de surface. Sa decroissance d'amont (7,5 μeq/mgC en moyenne a Awout) en aval (5,4 μeq/mgC en moyenne a Olama) entraine une diminution de la capacite complexante du COD. (auteur)

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Original title (French)
Le cycle du carbone en domaine tropical humide: exemple du bassin versant forestier du Nyong au Sud Cameroun

Publishing Information

Imprint Pagination
279 p.
Report number
FRNC-TH--11036

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Notes
[370 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses