Reduction of nitrogen and phosphorus loads to European rivers by riparian buffer zones

Réduction des charges d’azote et de phosphore dans les rivières européennes par les zones tampons riveraines

Institute for Environment and Sustainability (IES), Joint Research Centre (JRC), European Commission, Via Enrico Fermi, 2749, 21027 Ispra ( VA), Italy

^⋆ Corresponding author: christof.weissteiner@ext.jrc.ec.europa.eu

Received: 10 October 2012
Revised: 22 February 2013
Accepted: 26 February 2013

Abstract

Riparian buffer zones play an important role as nutrient pollution controls for rivers. We provide a harmonized, explorative quantitative and spatially explicit continental assessment of nitrogen and phosphorus potential retention in riparian buffer zones along the European river network CCM2 (Catchment Characterization and Modellling). Diffuse emissions of nutrients from fertilized cropland and pasture, based on a statistical model (GREEN (Geospatial Regression Equation for European Nutrient Losses)), are partitioned into surface and subsurface flow pathways based on the innovative SUGAR (Surface water/Groundwatercontribution index) index. Surface flow N and P emissions are assumed to undergo attenuation as a function of riparian buffer width. In contrast, the attenuation of subsurface flow emissions and emissions from wetlands is assumed to be independent of buffer width. Buffer attenuation follows a nutrient-specific negative exponential decay function. For the study area, we estimate retention in surface runoff emissions of 33% for nitrogen and 65% for phosphorus. The results represent a valuable data source for water basin management with respect to water quality improvement, in particular buffer zone restoration.

Résumé

Les zones tampons riveraines jouent un rôle important dans la régulation de la pollution en éléments nutritifs pour les cours d’eau. Nous proposons une évaluation harmonisée, exploratoire quantitativement et spatialement explicite de la rétention potentielle d’azote et de phosphore dans les zones tampons riveraines le long du réseau fluvial européen CCM2. Les émissions diffuses de nutriments provenant des terres cultivées fertilisées et des pâturages, basées sur un modèle statistique (GREEN), sont réparties en écoulements de surface et souterrain, voies basées sur l’indice novateur SUGAR. Les émissions de surface de N et de P sont supposées subir une atténuation en fonction de la largeur de la bande riveraine. En revanche, l’atténuation des émissions de flux de subsurface et les émissions des zones humides est supposée être indépendante de la largeur du tampon. L’atténuation dans la zone tampon suit une fonction négative de décroissance exponentielle spécifique du nutriment. Pour la zone d’étude, nous estimons la rétention des émissions de ruissellement à 33 % pour l’azote et 65 % pour le phosphore. Les résultats représentent une source précieuse de données pour la gestion des bassins hydrographiques en ce qui concerne l’amélioration de la qualité de l’eau, en particulier la restauration des zones tampon.