Terhi Rasilo

Connecting silvan and lacustrine ecosystems: transport of carbon from forests to adjacent water bodies

Rasilo T. (2013). Connecting silvan and lacustrine ecosystems: transport of carbon from forests to adjacent water bodies. https://doi.org/10.14214/df.155

Tiivistelmä

Metsä- ja vesiekosysteemien yhteys: puuston sitoman hiilen kulkeutuminen vesistöihin Metsät, suot ja järvet ovat tyypillisiä havumetsävyöhykkeen ympäristöjä. Veden liikkuminen eli hydrologinen kierto ja hiilen kierto yhdistävät ne toisiinsa. Ekosysteemien välisiä hiilivirtoja tunnetaan kuitenkin verraten huonosti, koska ekosysteemejä on perinteisesti tutkittu erikseen. Ilmastonmuutoksen edetessä tulee kuitenkin yhä tärkeämmäksi tarkastella yksittäisten kohteiden sijaan kokonaisuuksia. Väitöskirjatutkimukseni tarkasteleekin maa- ja vesiekosysteemien kytkeytymistä toisiinsa. Tutkin valuma-aluetason hiilivirtoja maastomittauksin ja mallintamalla. Lisäksi tutkin laboratoriossa yksittäisten taimien yhteyttämän hiilen allokaatiota eli jakautumista juuri- ja versobiomassan kasvuun sekä hengitykseen. Tavassa, jolla eri puulajit allokoivat sidottua hiiltä maanalaisiin ja -päällisin osiin, oli lajikohtaisia eroja, jotka heijastavat sopeutumista erilaisiin olosuhteisiin. Symbionttiset mykoritsasienet ovat tärkeitä puiden kasvun kannalta ja tutkimustulosteni osoittavat tiettyjen sienilajien voivan muuttaa allokaatiosuhteita. Havaitsin myös sekä yhteytyksen että hengityksen kasvavan maan lämpötilan kohotessa, mutta muutokset kompensoivat toisensa eikä sidotun hiilen määrä muuttunut. Hiilen kiertoa säätelevät prosessit ovat erilaisia maa- ja vesiympäristöissä. Metsäekosysteemin ja ilmakehän välisiä hiilivirtoja säätelevät ennen kaikkea biologiset prosessit kuten yhteyttäminen ja hajotus, kun taas järven ja ilmakehän väliseen hiilenvaihtoon vaikuttavat voimakkaasti fysikaaliset tekijät kuten vesipatsaan kerrostuneisuutta säätelevä konvektio ja tuulen aiheuttama turbulenssi. Maaperä on vakaa ympäristö, jossa kaasut liikkuvat lähinnä molekyläärisen diffuusion avulla, kun taas vesistöissä ne kulkeutuvat liikkuvan vesimassan mukana eli turbulenttinen diffuusio on tärkeämpi. Horisontaalisesti maalta veteen liikkuvan veden mukana maaperän kaasuja ja liuenneita orgaanisia yhdisteitä päätyy vesistöihin. Metsän hiilitaseeksi kutsutaan yhteyttämällä sidotun ja hengityksessä ja hajotuksessa vapautuvan hiilimäärän erotusta. Taseen avulla voidaan arvioida metsän roolia hiilinieluna tai lähteenä. Maa- ja vesiekosysteemejä on tarkasteltava yhdessä, sillä vesistöjen kautta palautuu ilmakehään lopulta merkittäviä määriä metsissä sidottua hiiltä. Tutkimukseni osoittaa, että hiiltä poistuu metsistä veden mukana vesistöihin ja kulkeutumista säätelee erityisesti kuljettavan veden määrä. Ilmastonmuutoksen edetessäkin yleistyvien rankkasateiden jälkeen maalta vesistöihin kulkeutuvan hiilen vaikutus oli tutkimusalueellani selkein purossa. Väitöskirjatutkimukseni osoittaa, että metsistä vesistöihin kulkeutuva hiili voi pienentää metsän hiilitasetta jopa puoleen. Sen vuoksi on tärkeää tarkastella hiilitaseita maisematasolla eri ympäristöjen väliset hiilivuot huomioiden.

Avainsanat
hiilitase; valuma-alue; boreaalinen; lateraalinen hiilen kulkeutuminen; rantavyöhyke

Julkaistu 15.1.2013

Katselukerrat 4021

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.155 | Lataa PDF

Osajulkaisut

Pumpanen, J., Heinonsalo, J., Rasilo, T., Villemot, J. & Ilvesniemi, H. 2012. The effects of soil and air temperature on CO2 exchange and net biomass accumulation in Norway spruce, Scots pine and silver birch seedlings. Tree Physiology 32: 724–36.

https://doi.org/10.1093/treephys/tps007

Heinonsalo, J., Pumpanen, J., Rasilo, T., Hurme, K.-R. & Ilvesniemi, H. 2010. Carbon partitioning in ectomycorrhizal Scots pine seedlings. Soil Biology & Biochemistry 42: 1614–1623.

https://doi.org/10.1016/j.bbr.2011.03.031

Pumpanen, J., Heinonsalo, J., Rasilo, T., Hurme, K.-R. & Ilvesniemi, H. 2009. Carbon balance and allocation of assimilated CO2 in Scots pine, Norway spruce and Silver birch seedlings determined with gas exchange measurements and 14C pulse labelling. Trees-Structure and Function 23: 611–621.

https://doi.org/10.1007/s00468-008-0306-8

Susiluoto, S., Rasilo, T., Pumpanen, J. & Berninger, F. 2008. Effects of grazing on the vegetation structure and carbon dioxide exchange of a Fennoscandian fell ecosystem. Arctic, Antarctic and Alpine Research 40: 422–431.

https://doi.org/10.1657/1523-0430(07-035)[SUSILUOTO]2.0.CO;2

Rasilo, T., Ojala, A., Huotari, J & Pumpanen, J. 2012. Rain induced changes in CO2 concentrations in the soil – lake – brook continuum of a boreal forested catchment. Vadoze Zone Journal 11.

https://doi.org/10.2136/vzj2011.0039

Rasilo, T., Ojala, A., Starr, M. & Pumpanen, J. Forest impact on stream DOC concentration in a headwater boreal catchment. Manuscript.

Huotari, J., Ojala, A., Peltomaa, E., Nordbo, A. Launiainen, S., Pumpanen, J., Rasilo, T., Hari, P. & Vesala T. 2011. Long-term direct CO2 flux measurements over a boreal lake: Five years of eddy covariance data. Geophysical Research Letter 38: L18401.

https://doi.org/10.1029/2011GL048753

---