Abstract :
[en] Rivers and streams contribute substantially to global emissions of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4). Most riverine GHG emissions are from the tropics, ~60-80% for CO2, ~70% for CH4, and ~79% for nitrous oxide (N2O). Nevertheless, the total stream surface area (SSA) in the tropics (24°N-24°S) corresponds to ~44% of the total SSA globally, implying that riverine areal emissions of GHGs (per m2) are higher than in other climatic zones. Ecuador localizes on the tropics, and it is the smallest of the 17 megadiverse countries in the world harboring an astounding number of ecosystems, which offers the conditions to study in a relatively short space the GHG evasions of both, an important river tributary to the Amazon, as well as a diverse lacustrine system. The present thesis is divided into two sections. Firstly, we report for the first time the dissolved concentrations CO2, CH4, and N2O in Andean headwater and piedmont streams in the Napo River basin in Ecuador, part of the Amazon River catchment. We found that concentrations increased exponentially with elevation decrease, i.e., between 3,990 and 175 m above sea level. Conversely, Andean mountainous headwater and piedmont streams are hotspots of CO2 and CH4 emissions; the respective areal fluxes are 1.7 and 4.5 higher in headwater streams and 1.2 and 6.6 higher in piedmont streams than in lowland streams.
Secondly, report the dissolved GHGs of 15 lakes along an elevational gradient ranging from 2,213 to 4,361 m. Lakes were grouped into three clusters as a function of their characteristics and obtained outcomes. Most lakes showed lower values of the partial pressure of CO2 (pCO2) (644-2,152 ppm) than usually attributed to tropical lakes (~1,900 ppm). Three lakes, influenced by volcanic inputs, denoted higher pCO2 values (3,269-10,069 ppm), while two lakes bordered by large cities showed the lowest pCO2 values (208-254 ppm), the remaining ten lakes had moderated pCO2 and the highest dissolved organic carbon concentrations (8.3 to 12.8 mg L-1) that is characteristic of páramo lakes (644-2,152 ppm). Dissolved CH4 concentrations ranged between 170 and 24,908 nmol L-1 and were negatively correlated to lake area and depth. N2O saturation levels ranged between 64 % and 101 %. The surface waters were under-saturated in N2O regarding atmospheric equilibrium, probably due to soil-water inputs with low N2O levels due to soil denitrification. By upscaling to lakes in the whole Amazon basin, we found that the average areal FCH4 (per m2) was 1.3 times higher in highland lakes (0.75 gC m-2 yr-1) than in lowland lakes (0.58 gC m-2 yr-1) owing to the combination of higher dissolved CH4 concentration (265 nmol L-1 versus 179 nmol L-1) and higher gas transport velocity (k) values (3.5 cm h-1 versus 2.5 cm h-1). Meanwhile, the average areal FCO2 was 11 times lower in the highlands (23 gC m-2 yr-1) than in the lowlands (255 gC m-2 yr-1) owing to the lower pCO2 values (530 ppm versus 2,909 ppm)
[fr] Les rivières et fleuves contribuent de manière substantielle aux émissions globales de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4). La plupart des émissions de GES par les rivières proviennent des tropiques, ~60-80% pour le CO2, ~70% pour le CH4, et ~79% pour l'oxyde nitreux (N2O). Néanmoins, la surface totale des cours d'eau situés dans les tropiques (24°N-24°S) correspond à ~44% de la surface totale des cours d'eau dans le monde, ce qui implique que les émissions fluviales de GES par unité de surface (m2) sont plus élevées que dans d'autres zones climatiques. L'Équateur se situe sous les tropiques et est le plus petit des 17 pays megadivers du monde, abritant un nombre élevé d'écosystèmes différents, ce qui permet d’étudier dans un espace relativement petit, les rejets vers l’atmosphère de GES d'un important affluent de l'Amazone, ainsi que d'un système lacustre diversifié. La recherche s’est réalisée en deux étapes. Dans un premier temps, nous avons documenté pour la première fois les concentrations de CO2, CH4 et N2O dissous dans les cours d'eau andins en amont et en aval du bassin de la rivière Napo en Équateur, qui fait partie du bassin versant de l'Amazone. Nous avons observé que les concentrations augmentaient de manière exponentielle avec la diminution de l'altitude, c'est-à-dire entre 3 990 et 175 m au-dessus du niveau de la mer. Inversement, les cours d'eau en amont et en aval des montagnes andines sont des hotspots d’émission de CO2 et de CH4 ; les flux respectifs sont 1,7 et 4,5 fois plus élevés dans les cours d'eau en amont et 1,2 et 6,6 fois plus élevés dans les cours d'eau en aval que dans les cours d'eau en plaine.
Le second volet de notre étude a consisté à échantillonner les concentrations de GES dissous de 15 lacs le long d'un gradient d'altitude allant de 2 213 à 4 361 m. Les lacs ont été regroupés en trois groupes en fonction de leurs caractéristiques et de nos observations. La plupart des lacs présentaient des valeurs de pression partielle en CO2(pCO2) (644-2152 ppm) inférieures à celles généralement attribuées aux lacs tropicaux (~1900 ppm). Trois lacs, influencés par des apports volcaniques, présentaient des valeurs de pCO2 plus élevées (3 269 -10 069 ppm), tandis que deux lacs bordés par de grandes villes présentaient les valeurs de pCO2 les plus basses (208-254 ppm). Les dix lacs restants présentaient des valeurs de pCO2 modérées et les concentrations de carbone organique dissous les plus élevées (8.3 à 12.8 mg L-1), caractéristiques des lacs de páramo (644-2152 ppm). Les concentrations de CH4 dissous variaient entre 170 et 24 908 nmol L-1 et étaient négativement corrélées à la superficie et à la profondeur des lacs. Les niveaux de saturation en N2O étaient compris entre 64 % et 101 %. Les eaux de surface étaient sous-saturées en N2O par rapport à la concentration atmosphérique, probablement en raison des apports d'eau provenant des sols avec de faibles niveaux de N2O dus à la dénitrification des sols. En comparant les résultats avec ceux du bassin de l'Amazone, nous avons constaté que le flux moyen FCH4 (par m2) était 1,3 fois plus élevé dans les lacs d'altitude (0,75 gC m-2 an-1) que dans les lacs de plaine (0,58 gC m-2 an-1) en raison de la combinaison d'une concentration plus élevée de CH4 dissous (265 nmol L-1 contre 179 nmol L-1) et de valeurs de coefficient d’échange (k) plus élevées (3.5 cm h-1 contre 2.5 cm h-1). Parallèlement, le flux de CO2 moyen était 11 fois plus faible dans les hautes terres (23 gC m-2 an-1) que dans les basses terres (255 gC m-2 an-1) en raison des valeurs plus faibles de pCO2 (530 ppm contre 2 909 ppm
