Environmental controls of boreal forest soil CO2 and CH4 emissions and soil organic carbon accumulation
Ťupek B. (2020). Environmental controls of boreal forest soil CO2 and CH4 emissions and soil organic carbon accumulation. https://doi.org/10.14214/df.303
Tiivistelmä
Prosessipohjaiset maaperän hiilimallit voivat simuloida pieniä, lyhytaikaisia muutoksia maaperän orgaanisen hiilen (SOC) varastoissa rekonstruoimalla maaperän CO2- ja CH4-päästöjen vasteen samanaikaisesti muuttuviin ympäristötekijöihin. Malleista puuttuu kuitenkin edelleen yhtenäinen teoria maaperän lämpötilan, kosteuden ja ravinnetilan vaikutuksista boreaalisissa ympäristöissä. Näin ollen jopa pieni systemaattinen virhe mallinnetuissa hetkellisissä maaperän CO2- ja CH4-päästöissä voi lisätä pitkän aikavälin SOC-varastojen ennusteiden vinoutuneisuutta.
Tutkimme ympäristötekijöitä, jotka säätelevät CO2- ja CH4-päästöjä ekosysteemien vaihettumisvyöhykkeellä Suomessa (metsä-suo-ekotonilla) kosteuden ja maaperän hiilen lisääntyessä (I ja II); maaperän CO2-päästöjä ja SOC-varastoja neljällä metsäalueella Suomessa (III); ja maaperän hiilen sitomista kansallisessa mittakaavassa käyttämällä vuoden 2020 metsäkoealoja Ruotsin kansallisesta metsämaaperäluettelosta (IV). CO2- ja CH4-päästöjä sekä SOC-varastoja säätelevät ympäristötekijät arvioitiin soveltamalla epälineaarista regressio- ja korrelaatioanalyysiä empiirisiin aineistoihin ja maaperän hiilimalleilla (Yasso07, Q ja CENTURY).
Metsä-suo-ekotonilla maaperän hiilidioksidipäästöjen hetkellistä vaihtelua selitti lähinnä maaperän lämpötila (eikä niinkään maaperän kosteus), mutta SOC-varastot korreloivat pitkäaikaisen kosteuden kanssa. Äärimmäisten sääilmiöiden aikana, kuten pitkittyneessä kesän kuivuudessa, maaperän CO2-päästöt mineraalimailla ja CH4-päästöt suoalueilla vähenivät merkittävästi. Siirtymässä metsästä suolle ei havaittu CO2- ja CH4-päästöjen erityistä aktiivisuutta. Hiilidioksidipäästöt olivat vertailukelpoisia metsä- ja suotyyppien välillä, mutta CH4-päästöt muuttuivat metsien pienistä nieluista suhteellisen suuriksi päästöiksi soilla. Soiden CH4-päästöt eivät kuitenkaan kompensoineet niiden CO2-nieluja. Ruotsalaisessa aineistossa metsien SOC-varastot kasvoivat selvästi kosteuden ja ravinnetilan ollessa korkeampia. Maaperän hiilimallit rekonstruoivat SOC-varastot hyvin mesotrofisille maaperille, mutta epäonnistuivat korkeamman hedelmällisyyden maaperille sekä kosteille maaperille, joissa oli turpeista humusta. Mitattujen ja mallinnettujen SOC-varastojen ja maaperän kausiluonteisten CO2-päästöjen vertailu osoitti, että arvioiden tarkkuus vaihteli suuresti riippuen siitä, millaiset hajoamiseen vaikuttavien ympäristötekijöiden matemaattiset muotoilut mallissa oli ja miten ne oli kalibroitu.
Mallinnustulosten epätarkkuudet osoittivat, että maaperän kosteuden ja ravinteikkuuden roolit boreaalisen metsämaaperän pitkäaikaisessa hiilen sitomisessa ovat matemaattisesti puutteellisesti edustettuina prosessipohjaisissa malleissa. Tämä johtaa sekä SOC-varastojen että kausiluonteisten CO2-päästöjen epäsuhtaan. Näiden vaikutusten uudelleenmuotoilu malleissa niin, että mikrobien ja entsyymien dynamiikka hajoamisen katalysaattoreina otettaisiin paremmin huomioon, parantaisi maaperän hiilimallien luotettavuutta ennustettaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia maaperään hiileen.
Avainsanat
ilmastonmuutos;
Hiilidioksidi;
metaani;
hydrologia;
ekotoni;
turvemaat;
prosessimallinnus;
maaperän hiilimallit
-
Ťupek,
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Sähköposti
boris.tupek@luke.fi
Julkaistu 12.9.2020
Katselukerrat 3288
Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.303 | Lataa PDF
Osajulkaisut
Ťupek B., Minkkinen K., Starr M., Kolari P., Chan T., Vesala T., Alm J., Laine J., Nikinmaa E. (2008). Forest floor versus ecosystem CO2 exchange along boreal ecotone between upland forest and lowland mire. Tellus B 60(2): 153–166.
https://doi.org/10.1111/j.1600-0889.2007.00328.x
Ťupek B., Minkkinen K., Pumpanen J., Vesala T., Nikinmaa E. (2015). CH4 and N2O dynamics in the boreal forest–mire ecotone. Biogeosciences 12(2): 281–297.
https://doi.org/10.5194/bg-12-281-2015
Ťupek B., Launiainen S., Peltoniemi M., Sievänen R., Perttunen J., Kulmala L., Penttilä T., Lindroos A.J., Hashimoto S., Lehtonen A. (2019). Evaluating CENTURY and Yasso soil carbon models for CO2 emissions and organic carbon stocks of boreal forest soil with Bayesian multi‐model inference. European Journal of Soil Science 70(4): 847–858.
https://doi.org/10.1111/ejss.12805
Ťupek B., Ortiz C. A., Hashimoto S., Stendahl J., Dahlgren J., Karltun E., Lehtonen A. (2016). Underestimation of boreal soil carbon stocks by mathematical soil carbon models linked to soil nutrient status. Biogeosciences 13(15): 4439–4459.
