Petra Straková

Carbon dynamics in peatlands under changing hydrology: Effects of water level drawdown on litter quality, microbial enzyme activities and litter decomposition rates

Straková P. (2010). Carbon dynamics in peatlands under changing hydrology: Effects of water level drawdown on litter quality, microbial enzyme activities and litter decomposition rates. https://doi.org/10.14214/df.112

Tiivistelmä

Vedenpinnan alenemisen vaikutukset karikkeen laatuun, mikrobiaktiivisuuteen ja hajoamisnopeuteen boreaalisilla soilla Luonnontilaiset suot ovat hiiltä sitovia ekosysteemejä. Niissä maaperän märkyydestä johtuva hapen niukkuus hidastaa orgaanisen aineen hajotusta. Ilmaston tai maankäytön muutos voi aiheuttaa suon pitkäkestoisen kuivumisen. Se vaikuttaa sekä suorasti että epäsuorasti hajotukseen ja sitä kautta hiilen kiertoon ja hiilitaseeseen. Merkittävin suora vaikutus on maaperän hapekkuuden lisääntyminen, mikä nopeuttaa hajotusta. Epäsuorasti kuivuminen vaikuttaa muuttamalla suon kasviyhteisöä: tyypillisten suokasvien, kuten rahkasammalten ja sarojen, biomassa, tuotos ja karikesyöte vähenevät, kun taas varpujen ja puiden lisääntyvät. Kasviyhteisössä ja sen karikesyötteessä tapahtuvilla muutoksilla voi olla suurempi vaikutus hiilen kiertoon kuin vedenpinnan alenemisella sinänsä. Näiden muutosten suuntaa ja merkitystä koko ekosysteemin hiilitaseelle ei kuitenkaan vielä tunneta riittävästi. Tässä työssä tarkasteltiin vedenpinnan tason vaikutusta suohon tulevan karikkeen määrään, kemiallisiin ominaisuuksiin, mikrobiaktiivisuuteen ja hajoamisnopeuteen, ja näiden lopputulemana tapahtuvaan uuden orgaanisen aineen kertymään. Kuivumisen suorien ja epäsuorien vaikutusten merkitystä arvioitiin vertailemalla ympäristötekijöiden (vedenpinnan taso sekä maan lämpötila ja kemialliset ominaisuudet) ja kasvillisuuden koostumuksen selitysvoimaa. Tätä tietoa tarvitaan, kun mallinnetaan soiden hiilen kiertoa muuttuvissa olosuhteissa. Lyhyt- (muutamia vuosia) ja pitkäkestoisen (muutamia vuosikymmeniä) kuivumisen vaikutuksia tutkittiin kolmella eri ravinteisuustasolla. Ilmaston vaikutusta arvioitiin lisäksi vertailemalla Pohjois- ja Etelä-Suomessa sekä Virossa sijaitsevia koealoja. Karikkeen kemiallisen koostumuksen ja hajotettavuuden arviointiin kokeiltiin perinteisten uuttomenetelmien ja regressiomallien lisäksi nopeaa ja edullista infrapunaspektroskopiaa ja monimuuttuja-analyysiä. Vedenpinnan aleneminen vaikutti kasvilajitasolla karikkeen laatuun, kariketta hajottavaan mikrobiyhteisöön ja karikkeen hajoamisnopeuteen. Nämä kuivumisen suorat vaikutukset olivat kuitenkin vähäisiä verrattuina karikkeen määrän ja koostumuksen muutosten epäsuoriin vaikutuksiin. Lyhytkestoisen kuivumisen vaikutukset tutkittuihin tunnuksiin olivat kaikkinensa melko vähäisiä. Pitkäkestoisen kuivumisen aikana karikesyöte kasvoi merkittävästi. Se johti orgaanisen aineen kertymän lisääntymiseen, vaikka hajotus samalla nopeutui. Kertyvän aineen laatu myös poikkesi selvästi luonnontilaisten soiden kertymän laadusta. Vaste vedenpinnan alenemiseen sekä nopeutui että voimistui suon ravinteisuustason noustessa. Tulokset osoittavat, että metsäojituksesta ja ilmaston kuivumisesta aiheutuvat muutokset soiden kasviyhteisöissä vaikuttavat oleellisesti hiilen kiertoon. Siksi kasvillisuusmuutokset on sisällytettävä malleihin, joilla arvioidaan hiilivirtojen vasteita muuttuviin olosuhteisiin. Muutokset on myös huomioitava riittävän pitkällä aikajänteellä. Työssä esitetään karikkeen kemiallisiin ominaisuuksiin ja hajoamisnopeuteen perustuvat soille tyypillisten kasvien toiminnalliset ryhmät, joita malleissa voidaan hyödyntää. Lisäksi työ osoittaa kuivumisen alentavan maan lämpötilaa huomattavasti, mitä malleissa ei ole otettu huomioon.

Avainsanat
boreaaliset suot; hiilen kierto; karikkeen laatu; hajotus; karikesyöte; entsyymiaktiivisuus; NIRS; vedenpinnan aleneminen

Julkaistu 3.12.2010

Katselukerrat 5003

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.112 | Lataa PDF

Osajulkaisut

Straková, P., Anttila, J., Spetz, P., Kitunen, V., Tapanila, T. & Laiho, R. 2010. Litter quality and its response to water level drawdown in boreal peatlands at plant species and community level. Plant and Soil 335: 501-520.

https://doi.org/10.1007/s11104-010-0447-6

Straková, P., Niemi, R. M., Freeman, C., Peltoniemi, K., Toberman, H., Heiskanen, I., Fritze, H. & Laiho, R. 2011. Litter type affects the activity of aerobic decomposers in a boreal peatland more than site nutrient and water table regimes. Biogeosciences 8: 2741-2755.

https://doi.org/10.5194/bg-8-2741-2011

Straková, P., Penttilä, T., Laine, J. & Laiho, R. 2012. Disentangling direct and indirect effects of water table drawdown on above and belowground plant litter decomposition: Consequences for accumulation of organic matter in boreal peatlands. Global Change Biology 18: 1354-1013.

https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02503.x

Vávřová, P., Penttilä, T. & Laiho, R. 2009. Decomposition of Scots pine fine woody debris in boreal conditions: Implications for estimating carbon pools and fluxes. Forest Ecology and Management 257: 401-412.

https://doi.org/10.1016/j.foreco.2008.09.017

Vávřová, P., Stenberg, B., Karsisto, M., Kitunen, V., Tapanila, T. & Laiho, R. 2008. Near Infrared Spectroscopy for characterization of plant litter quality: Towards a simpler way of predicting C turnover in peatlands? In: Vymazal, J. (ed.), Wastewater treatment, plant dynamics and management in constructed and natural wetlands. Springer Science + Business Media, Dordrecht. pp. 65-87. ISBN 978-1-4020-8234-4

https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8235-1_7

---