Kristiina Karhu

Temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in boreal soils

Karhu K. (2010). Temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in boreal soils. https://doi.org/10.14214/df.107

Tiivistelmä

Tässä väitöskirjassa erilaisten maaperän orgaanisen aineen fraktioiden hajotuksen lämpötilaherkkyyttä tutkittiin laboratorioinkuboinneilla, joissa eri-ikäisen orgaanisen aineen hajotuksesta peräisin oleva hiilidioksidi (CO2) eroteltiin käyttäen 13C ja 14C isotooppeja. Eri ilmasto-olosuhteissa syntyneen orgaanisen aineen laatua, sen hajotuksen lämpötilaherkkyyttä ja hajotuksesta vastaavan mikrobiyhteisön rakennetta ja toimintaa tutkittiin vertaamalla toisiinsa maanäytteitä Etelä- ja Pohjois-Suomesta. Metsämaan orgaanista kerrosta siirrettiin pohjoisesta etelään, tarkoituksena mallintaa sitä, miten lämpenevä ilmasto muuttaa pinta-kasvillisuutta, maaperän mikrobistoa ja orgaanisen aineen hajotuksen lämpötilaherkkyyttä. Kaikkein nuorin, ja helpoimmin hajoava hiili ei ollut juurikaan lämpötilaherkkää, mikä kertoo siitä, että mikrobit pystyivät hyödyntämään sitä lämpötilasta riippumatta. Keskipitkällä aikavälillä, muutamien vuosien – vuosikymmenten aikaskaalassa kiertävän hiilen hajotus kasvoi voimakkaasti lämpötilaa nostettaessa. Satoja vuosia vanhan hiilen hajoaminen oli taas vähemmän herkkää lämpötilalle, mikä indikoi, että jokin stabiloitumismekanismi rajoitti sen hajotusta myös korkeammissa lämpötiloissa. Merkittävä osa boreaalisten metsien pintakerrosten hiilestä on keskipitkällä aikavälillä hajoavaa, hyvin lämpötilaherkkää ainesta, mistä johtuen näistä maista voi ilmaston lämpenemisen seurauksena seuraavien vuosien ja vuosikymmenten aikana vapautua ilmakehään enemmän hiiltä, kuin on aikaisemmin arvioitu. Tulokset eivät myöskään tue hypoteesia, jonka mukaan orgaanisen aineksen hajotuksen kiihtyminen lämpötilan seurauksena olisi nopeasti ohimenevää, koska mikrobit tottuisivat korkeampaan lämpötilaan. Hajotuksen lämpötilaherkkyys oli samanlaista orgaanisen kerroksen näytteille, jotka olivat peräisin Etelä- ja Pohjois-Suomesta, eikä pohjoisten maiden siirto etelään muuttanut CO2 -tuoton lämpötilaherkkyyttä. Boreaalisten metsämaiden hiilivarasto on enemmän uhattuna ilmastonmuutoksen vuoksi lämpimämpien ilmastojen maaperään verrattuna myös siksi, että hajotuksen lämpötilaherkkyyttä kuvaava Q10 arvo (kuinka moninkertaiseksi hajotus kasvaa, kun lämpötilaa nostetaan 10 astetta) pienenee lämpötilan kasvaessa. Eli hajotuksen lämpötilaherkkyys itsessäänkin riippuu lämpötilavälistä, jolla sitä mitataan. Koska pohjoisissa maissa lämpeneminen tapahtuu alhaisella lämpötilavälillä, jossa Q10 on suurempi, sama lämpötilan nousu asteissa kiihdyttää orgaanisen aineksen hajotusta suhteellisesti enemmän. Eroja lämpötilaherkkyyden muodossa (lämpötilasta riippuvan Q10 käyrän jyrkkyydessä) oli myös metsämaan eri kerrosten välillä. Alhaisissa lämpötiloissa Q10 kasvoi orgaanisen aineksen laadun huonotessa ja korkeammissa lämpötiloissa helposti hajotettavan substraatin saatavuus alkoi enenevässä määrin rajoittaa CO2-tuottoa.

Avainsanat
Hiilidioksidi; maahengitys; Q10; 13C; 14C; maaperän orgaanisen aineen fraktiot

Julkaistu 23.6.2010

Katselukerrat 4274

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.107 | Lataa PDF

Osajulkaisut

(I) Vanhala, P., Karhu, K., Tuomi, M., Sonninen, E., Jungner, H., Fritze, H & Liski, J. 2007. Old soil carbon is more temperature sensitive than young in an agricultural field. Soil Biology and Biochemistry 39: 2967-2970.

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2007.05.022

(II) Conen, F., Karhu, K., Leifeld, J., Seth, B., Vanhala, P., Liski, J. & Alewell, C. 2008. Temperature sensitivity of young and old soil carbon – Same soil, slight differences in 13C natural abundance method, inconsistent results. Soil Biology and Biochemistry 40: 2703-2705.

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2008.07.004

(III) Vanhala, P., Karhu, K., Tuomi, M., Björklöf, K., Fritze, H & Liski, J. 2008. Temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in southern and northern areas of the boreal forest zone. Soil Biology and Biochemistry 40: 1758-1764.

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2008.02.021

(IV) Karhu, K., Fritze, H., Hämäläinen, K., Vanhala, P., Jungner, H., Oinonen, M., Sonninen, E., Tuomi, M., Spetz, P., Kitunen, V. & Liski, J. 2010. Temperature sensitivity of soil carbon fractions in boreal forest soil. Ecology 91: 370-376.

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2007.05.022

(V) Karhu, K., Fritze, H., Tuomi, M., Vanhala, P., Spetz, P., Kitunen, V. & Liski, J. 2010. Temperature sensitivity of organic matter decomposition in two boreal forest soil profiles. Soil Biology & Biochemistry 42: 72-82.

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2009.10.002

(VI) Vanhala, P., Karhu, K., Tuomi, M., Björklöf, K., Fritze, H., Hyvärinen, H. & Liski, J. 2010. Transplantation of organic surface horizons of boreal soils into warmer regions alters microbiology but not the temperature sensitivity of decomposition. Global Change Biology (In press).

https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2009.02154.x

---