Base cation reservoirs in soil control the buffering capacity of lakes in forested catchments

摘要

The acidification of forest soils and surface waters and their relatively poor recovery record following reductions in atmospheric sulphur emissions is a major ongoing environmental problem, particularly in northeastern North America. The slow recovery of surface water is widely hypothesized to result from depletion of reservoirs of base cations in soil. This is concordant with the theory that the acid-neutralizing capacity (ANC) of lakes is likely proportional to the size of the exchangeable base cation reservoirs present in surrounding watershed soils. However, data describing these linkages are still nonexistent in the literature. Here we show that lake ANC is highly predictable (r2 = 0.75) based on the size of the exchangeable Ca2+ reservoir in soil in 21 catchments representative of soil and lake conditions encountered in northeastern North America. This finding indirectly supports the hypothesis that the poor recovery of surface water from acidification is governed by the size of base cation reservoirs present in catchment soils. The size of the base cation reservoir in soil is thus a strong indicator of the acid–base status of both soils and surface waters.L'acidification des sols forestiers et des eaux de surface ainsi que leur récupération relativement mitigée malgré une diminution des dépôts atmosphériques de soufre représentent toujours un important problème environnemental, particulièrement dans le nord-est de l'Amérique du Nord. La faible récupération des eaux de surface a été principalement attribuée à la diminution des réservoirs de cations basiques dans les sols. Cela suppose que la capacité des eaux de surface à neutraliser les apports acides (CNA) est proportionnelle à la taille des réservoirs de cations basiques échangeables dans les sols des bassins versants. Bien que cette hypothèse paraisse plausible, elle n'a pas encore été démontrée. Dans cette étude, nous démontrons que la CNA des lacs peut être prédite avec succès (r2 = 0,75) à partir de la taille du réservoir échangeable de Ca2+ pour 21 bassins versants forestiers représentatifs des conditions lacustres et édaphiques rencontrées dans le nord-est de l'Amérique du Nord. Cette découverte supporte indirectement l'hypothèse selon laquelle la faible amélioration de la CNA des eaux de surface est contrôlée par la taille des réservoirs échangeables de cations basiques présents dans le sols. Ces derniers sont donc des indicateurs fiables du statut acido–basique non seulement des sols mais aussi des eaux de surface.