Determination of sample size for estimating ion throughfall deposition under a mixed hardwood forest at the Lake Clair Watershed (Duchesnay, Quebec)


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Abstract

Variability of throughfall volume and ion deposition were measured under a mixed hardwood forest using 36 or 72 collectors from 1988 to 1994 during the growing period (May to October) for 163 events. The ions showing the highest variability in results were (in decreasing order) NH4+, H+, Mg2+, K+, Ca2+, Cl, Na+, NO3, and SO42-, based on the median coefficient of variation of deposition. The variability observed was related to the reactivity of the ion in the canopy, with the more reactive ions showing higher spatial variability. The number of collectors required to obtain estimates of throughfall ion depositions within a 10% error and a confidence interval of 95% varied from 21 (SO42-) to 165 (NH4+) on a weekly basis based on events of median variability. The error associated with deposition measurements was decreased considerably from weekly, to monthly, to seasonal deposition (3 months). The number of collectors necessary to measure throughfall deposition depends on the data quality objectives of the study (i.e., error and confidence interval chosen as acceptable), the variability specific to a given ion, and the time period needed to study a given process with adequate temporal resolution. A figure is proposed that may be used as a guideline to determine the number of collectors needed in mixed hardwood forests based on the latter information.RésuméLa variabilité spatiale du volume des pluviolessivats et des dépôts ioniques a été mesurée sous une forêt mixte de feuillus à l'aide de 36 à 72 collecteurs de 1988 à 1994 pendant la période de croissance (mai à octobre). Les ions qui montraient la plus grande variabilité étaient, en ordre décroissant: NH4+, H+, Mg2+, K+, Ca2+, Cl, Na+, NO3 et SO42-, en se basant sur le coefficient de variation médian des dépositions. Les variabilités observées étaient en relation avec l'intensité des réactions subies par les ions au sein de la canopée: plus les ions réagissaient fortement avec la canopée, plus leur variabilité spatiale était élevée. Le nombre de collecteurs de pluviolessivats nécessaire pour obtenir des estimations des dépositions ioniques avec une erreur inférieure à 10% avec un intervalle de confiance de 95% variait de 21 (SO42-) à 165 (NH4+) en se basant sur les évènements médians. L'erreur associée avec la mesure des dépositions en sous-bois diminuait considérablement selon qu'on utilise des dépositions hebdomadaires, mensuelles ou saisonnières (3 mois). Ainsi, le nombre de collecteurs nécessaires pour la mesure des dépositions en sous-bois dépend de l'erreur et de l'intervalle de confiance que l'on juge acceptable, de la variabilité de l'ion considéré et du pas de temps requis pour étudier avec la résolution temporelle nécessaire, un processus donné. Une figure est proposée comme guide afin de déterminer le nombre de collecteurs requis pour les forêts décidues à partir de ces informations.

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