The river as a chemostat: fresh perspectives on dissolved organic matter flowing down the river continuum

A better understanding is needed of how hydrological and biogeochemical processes control dissolved organic car- bon (DOC) concentrations and dissolved organic matter (DOM) composition from headwaters downstream to large rivers. We exam- ined a large DOM dataset from the National Water Information System of the US Geological Survey, which represents approximately 100 000 measurements of DOC concentration and DOM composition at many sites along rivers across the United States. Application of quantile regression revealed a tendency towards downstream spatial and temporal homogenization of DOC concentrations and a shift from dominance of aromatic DOM in headwaters to more aliphatic DOM downstream. The DOC concentration-discharge (C-Q) relationships at each site revealed a downstream tendency towards a slope of zero. We propose that despite complexities in river networks that have driven many revisions to the River Continuum Concept, rivers show a tendency towards chemostasis (C-Q slope of zero) because of a downstream shift from a dominance of hydrologic drivers that connect terrestrial DOM sources to streams in the headwaters towards a dominance of instream and near-stream biogeochemical processes that result in preferential losses of aromatic DOM and preferential gains of aliphatic DOM. Resume : Une meilleure comprehension de l'influence des processus hydrologiques et biogeochimiques sur les concentrations de carbone organique dissous (COD) et sur la composition des matieres organiques dissoutes (MOD) des cours d'eau d'amont jusqu'aux grands fleuves est necessaire. Nous avons examine un imposant ensemble de donnees sur la MOD du Systeme national d'information sur l'eau de la commission geologique des Etats-Unis (US Geological Survey), qui represente environ 100 000 mesures de concentration de COD et de composition de MOD en de nombreux endroits le long de rivieres ala grandeur des Etats-Unis. L'application de la regression quantile a revele une tendance al'homogeneisation spatiale et temporelle vers l'aval des concentrations de COD et le passage d'une predominance de MOD aromatiques dans les cours d'eau d'amont aplus de MOD aliphatiques en aval. Les relations concentrations de COD-debit (C-D) achaque site ont revele une tendance vers une pente nulle vers l'aval. Nous proposons que, malgre les complexites des reseaux hydrographiques qui ont mene ade nombreuses revisions du concept du continuum fluvial, les rivieres tendent vers la chimiostase (pente nulle de la relation C-D) en raison du passage vers l'aval d'une predominance de facteurs hy- drologiques qui relient les sources de MOD terrestres aux cours d'eau d'amont, aune predominance de processus biogeochimiques dans le cours d'eau ou aproximite qui se traduisent par des pertes preferentielles de MOD aromatiques et des gains preferentiels de MOD aliphatiques. (Traduit par la Redaction)