Dissertationes Forestales

Johanna Joensuu. (2020). O₃ and NO_x interactions with foliage: processes and compounds at the needle-air interface. https://doi.org/10.14214/df.310

Avainsanat: NOx-vuo; dynaaminen kammio; tyhjän kammion vuo; nitraattilannoitus; terpeeni; neulasvaha

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Otsoni (O₃) ja typen oksidit (NO_x: typpimonoksidi NO ja typpidioksidi NO₂) ovat reaktiivisia hivenkaasuja, joilla on merkittävä rooli ilmakemiassa. Terpeenit puolestaan ovat kasvien tuottamia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (BVOC, biogenic volatile organic compounds). Neulasten tai lehtien pinnat ovat ensimmäinen piste, jossa ilmakehä ja kasvi kohtaavat. Boreaaliset metsät edustavat huomattavaa osaa siitä globaalista maa-alasta, jolla ilmakehän ja biosfäärin vuorovaikutukset tapahtuvat.

Työn tavoitteena oli kehittää menetelmiä typen oksidien vaihdon seurantamittauksiin kenttäolosuhteissa ja selvittää neulaspinnoillta löytyvien terpeenien ja nitraattilannoituksen vaikutuksia otsonin ja typenoksidien liikkeisiin neulasten, maaperän ja ilmakehän rajapinnoilla. Menetelmiin kuului metsikkötason mittauksia, versotason kammiomittauksia, neulasnäytteitä ja laboratorioanalyysejä, hyödyntäen sekä jatkuvia seurantamittauksia että kokeellisia mittauksia.

Tutkimusalueella ilman NO_x-pitoisuudet ovat matalia, ja versotason NO_x-vuot olivat liian pieniä mitattaviksi tarkasti automatisoidulla dynaamisella kammiolla kenttäolosuhteissa. Muiden yhdisteiden aiheuttamien häiriöiden lisäksi signaali-kohinasuhde oli matala, ja merkittävä osa havaituista voista oli kammion pinnoille/pinnoilta. Selkeitä neulasten NO_x-päästöjä ei havaittu, eikä typpilannoitus vaikuttanut mittaustuloksiin. Näin ollen on epätodennäköistä, että lannoituskäsittely voisi aiheuttaa merkittäviä neulasten NO_x-päästöjä boreaalisesta mäntymetsästä. Ryhmän aiemmin raportoimissa päästöissä on mukana typen oksidien lisäksi muita yhdisteitä.

Sekä verson terpeeniemissiot että neulasvahauutteet sisälsivät enimmäkseen monoterpeenejä. Sekä emissioiden että vahauutteiden terpeenispektreissä havaittiin vaihtelua. Seskviterpeenien osuus oli neulasvahoissa suurempi kuin emissioissa, ja emissioissa ja vahauutteissa havaittiin enimmäkseen eri seskviterpeeniyhdisteitä. Kutikulan läpi tapahtuva terpeenien suora kuljetus synteesipaikasta pintakerrokseen saattaa olla merkittävämpi reitti kuin tähän asti on oletettu.

Joensuu, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: johanna.joensuu@helsinki.fi

Mari Mäki. (2019). Volatile organic compound fluxes from northern forest soils. https://doi.org/10.14214/df.275

Avainsanat: karike; lämpötila; Kasvillisuus; metsänpohja; haihtuva orgaaninen yhdiste; vuo

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Biogeenisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt kykenevät hidastamaan ilmaston lämpenemistä lisäämällä pilvien tiivistymisytiminä toimivien ilmakehän pienhiukkasten muodostumista. Ilmaston lämpeneminen todennäköisesti lisää kasvillisuuden ja maaperän vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöjä, koska kasvien ja mikrobieliöstön kyky tuottaa ja vapauttaa näitä yhdisteitä on riippuvainen lämpötilasta. Metsänpohjalla erilaiset biologiset ja fysikaalis-kemialliset prosessit osallistuvat haihtuvien orgaanisten yhdisteiden tuottoon ja vapautumiseen erilaisten ympäristötekijöiden sääteleminä. Maaperän vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöistä ja tuottoprosesseista on toistaiseksi vähän tutkittua tietoa.

Tutkimuksen tavoite oli määrittää metsänpohjan vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt, biologiset prosessit, jotka tuottavat näitä yhdisteitä aluskasvillisuudessa ja maaperässä sekä metsänpohjan merkitys koko ekosysteemin vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden tuotossa. Metsänpohjan haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt määritettiin tasapainotilassa olevalla läpivirtauskammiomittaustekniikalla ja massaspektrometrisillä analyysimenetelmillä pohjoisella ja eteläisellä havumetsävyöhykkeellä.

Tutkimuksen tulokset osoittavat, että metsänpohjan rooli koko metsäekosysteemin vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöissä on merkittävä ja vuodenajasta riippuvainen. Metsänpohjan monoterpeenipäästöjen merkitys koko ekosysteemin monoterpeenituotossa oli kesällä muutamia prosenttiyksikköjä, mutta kasvoi keväällä ja syksyllä merkittäväksi saavuttaen maksimissaan 90%-osuuden koko ekosysteemin päästöistä. Metsänpohjan vapauttamien päästöjen vuodenaikasivaihtelu oli merkittävää, mutta samaan aikaan vuosittainen vaihtelu oli pientä. Monoterpeenien ja hapettuneiden haihtuvien orgaanisten yhdisteiden pääasiallisia lähteitä olivat tuore karike, mikrobieliöstön aktiivisuus, sekä metsänpohjan aluskasvillisuus. Metsämaan huokosten sisältämät haihtuvien orgaanisten yhdisteiden pitoisuudet olivat myös merkittävät. Metsänpohjan vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt vaihtelivat riippuen ilmastosta ja vallitsevasta puulajista.

Maaperällä on merkittävä rooli ilmakemiassa keväällä ja syksyllä, kun kasvillisuuden vapauttamien biogeenisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt ovat matalat. Metsänpohjan rooli koko ekosysteemin vapauttamiin haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöihin pitäisi määrittää jatkuvien mittausten avulla erilaisissa ekosysteemeissä ja ilmastovyöhykkeissä. Olemassa olevien tutkimuksen avulla olisi myös tärkeää arvioida maaperän vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt globaalissa mittakaavassa.

Mäki, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: mari.maki@helsinki.fi

Ben Wang. (2017). Responses of temporal and spatial variation in soil respiration to biotic and abiotic factors in a desert shrubland in northwest China. https://doi.org/10.14214/df.236

Avainsanat: maahengitys; fenologia; viive; mikrotopografinen vaihtelu; Artemisia ordosica

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Tutkimuksessa analysoitiin maahengityksen temporaalista ja spatiaalista vastetta bioottisiin ja abioottisiin tekijöihin eri aikajänteillä (vuorokausi, vuodenaika) aavikkoisella pensasarolla Luoteis-Kiinassa vuosina 2012-2014. Maan lämpötila selitti hyvin eri vuorokauden aikoina ja vuoden aikoina maahengityksen vaihtelua, kun maan vesipitoisuus oli korkea tai kohtalainen. Alhaisella vesipitoisuudella maahengitys reagoi suuremmalla viiveellä lämpötilaan. Maahengitys lisääntyi lämpötilan lisääntyessä, kun pohjakerroksessa ei ollut lainkaan kasvillisuutta tai siellä oli jäkälää. Vastaavasti se väheni kun pohjakerroksessa oli sammalta. Kasvillisuuden juuristobiomassa ja kariketuotanto sekä maan typpipitoisuus vaikuttivat myös maahengityksen ajalliseen ja spatiaaliseen vaihteluun hiekkadyynillä. Maahengityksen vaihtelu riippui myös pensaskerroksen fenologisesta kehitysvaiheesta. Tämän tutkimuksen perusteella tulisi maan lämpötilavaikutusten lisäksi ottaa huomioon maan vesipitoisuuden ja pohja- ja pensaskerroksen kasvillisuuden vaikutukset maahengityksen temporaaliseen ja spatiaaliseen lämpötilavasteeseen, arvioitaessa aavikkoekosysteemien hiilitasetta ja mallinnettaessa globaalia hiilenkiertoa.

Wang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: benwang918@gmail.com

Sini Niinistö. (2015). Soil CO₂ efflux in boreal pine forests in the current climate and under CO₂ enrichment and air warming. https://doi.org/10.14214/df.194

Avainsanat: ilmastonmuutos; maahengitys; hiilivuo; lämpötilavaste; paikallinen vaihtelu

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Hiilidioksidivuo maaperästä pohjoisen havumetsävyöhykkeen männiköissä nykyisessä ilmastossa ja kohotetussa ilman hiilidioksidipitoisuudessa ja lämpötilassa Tutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa metsämaan hiilidioksidivuon ajalliseen ja paikalliseen vaihteluun vaikuttavia tekijöitä, vertailla mittauskammioita ja testata ilmastonmuutoskokeen vaikutuksia metsämaan hiilidioksidivuohon. Tutkimus perustui neljän vuoden mittauksiin mäntykangasmetsiköissä.

Maaperän hiilidioksidivuon hetkelliset koealakeskiarvot vaihtelivat välillä 0,04–1,12 gCO₂m⁻² h⁻¹ ja metsäalueen vuosisummat välillä 1750–2050 gCO₂m⁻² h⁻¹. Maan lämpötila oli maaperän hiilidioksidivuon ajallisen vaihtelun merkittävin selittäjä (R²=76–82 %). Malli, jossa lämpötila ja lämpösumma olivat selittäjinä, ennusti erillisen aineiston maaperän hiilidioksidivuon keskimäärin 15 prosentin sisälle mitatusta. Malli kuitenkin aliarvioi huippuvuon aikaan heinä-elokuussa, mahdollisesti juurien ja sienijuurien kasvun vuodenaikaisvaihtelun takia. Osatutkimuksen mukaan maaperän hiilidioksidivuon mittausten luotettavuus ei riippunut mittauskammioiden toimintaperiaatteesta.

Maaperän hiilidioksidivuon spatiaalinen vaihtelu oli suurta 400 m²:n suuruisten koealojen sisällä; variaatiokertoimet vaihtelivat välillä 0,10–0,80 ja niiden lumettoman kauden keskiarvot välillä 0,22–0,36. Positiivista autokorrelaatiota ilmeni lyhyillä etäisyyksillä (3-8 m). Humuskerroksen paksuus selitti 28 prosenttia maaperän hiilidioksidivuon vaihtelusta yhdistetyssä usean metsikön aineistossa, ja lähimpien puiden keskimääräisen etäisyyden kanssa se selitti 40 prosenttia. Maaperän hiilidioksidivuo korreloi myös humuskerroksen juurimassan kanssa. Koealojen väliset erot maaperän hiilidioksidivuossa olivat pieniä.

Kohotetut ilman hiilidioksidipitoisuus ja lämpötila lisäsivät metsämaaperän hiilidioksidivuota ilmastonmuutoskenttäkokeessa johdonmukaisesti, mutta ei aina tilastollisesti merkitsevästi. Niiden yhteisvaikutus oli additiivinen, ilman interaktiota; +23–37 % (kohotettu CO₂), +27–43 % (kohotettu lämpötila) ja +35–59 % (yhdistetty käsittely), riippuen vuodesta. Kohotettu lämpötila oli tilastollisesti merkittävä tekijä neljän vuoden aineistoon perustuvassa varianssianalyysissä. Maaperän hiilidioksidivuon lämpötilavaste laski kuitenkin lämmityskäsittelyissä toisena koevuotena.

Niinistö, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: sini.niinisto@stat.fi

Meeri Pearson. (2013). Maximizing peatland forest regeneration success at lowest cost to the atmosphere: Effects of soil preparation on Scots pine seedling vitality and GHG emissions. https://doi.org/10.14214/df.159

Avainsanat: laikutus; CO2; metsäojitettu suo; avohakkuu; mätästys; CH4; ja N2O vuot; kuivuus- ja märkyysstress

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Metsätaloudellisten ja ilmastollisten näkökulmien yhteensovittaminen ojitettujen soiden metsänuudistamisessa: maanmuokkauksen vaikutukset männyntaimien elinvoimaisuuteen ja kasvualustan kasvihuonekaasupäästöihin Tutkimuksessa selvitettiin avohakkuun jälkeen tapahtuvan maanmuokkauksen vaikutuksia sekä männyn uudistamisen onnistumiseen että kasvualustan kasvihuonekaasupäästöihin paksuturpeisilla, mäntyvaltaisilla turvekankailla. Kolmen istutusta seuranneen kasvukauden havaintojen perusteella mätästys johti parhaaseen taimien eloonjääntiin, kasvuun ja elinvoimaisuuteen pääosin turvemaan parantuneen ilmavuuden vuoksi. Sitä vastoin mättäissä ei voitu havaita korkeampia maanlämpötiloja eikä nopeampaa hajotusta laikutukseen ja muokkaamattomaan käsittelyyn verrattuna, mikä on vastoin yleistä käsitystä mätästyksen hyödyistä. Uudistaminen laikuissa epäonnistui täysin viljelykohdan liiallisen märkyyden takia. Laikutettaessa on erityisen tärkeää kuoria humuskerros pois ilman että turvemaanpintaan syntyy kuoppia. Tavoitteena on aikaansaada mahdollisimman tasainen, paljastunut turvepinta. Kontrolloiduissa oloissa turvekasvualustassa yhden kasvukauden ajan kasvaneet männyntaimet osoittivat erinomaista sekä veden niukkuuden että liiallisen märkyyden sietokykyä, sillä kuolleisuus jäi alhaiseksi. Kuivuusstressin vaikutus voitiin kuitenkin havaita taimissa juurten ja versojen heikentyneenä kasvuna, mykorritsallisten juurenkärkien määrän vähenemisenä ja juurten hydraulisen johtavuuden huononemisena. Ankarasta kuivuudesta huolimatta varsinkin uusien neulasten fotokemiallinen tehokkuus (Fv/Fm) pysyi korkealla tasolla. Tämän voidaan katsoa edistävän toipumista, jos veden saatavuus kasvualustasta myöhemmin paranee. Polyamiinianalyysin perusteella uudet neulaset osoittautuivat myös suojautuneemmiksi juuriin ja versoihin verrattuina kuivuusstressiä vastaan. Kasvualustan liialliselle märkyydelle altistetut taimet taas eivät juurikaan osoittaneet merkkejä stressistä. Voitiin myös havaita, että koeympäristö- ja olosuhteet – kasvihuone tai maasto – vaikuttivat männyntaimien stressinsietokykyyn. Toisin kuin kontrolloiduissa oloissa maastossa taimien Fv/Fm oli sitä alhaisempi, mitä märempi kasvualusta oli, ja alhaisinta se oli laikuissa. Samantyyppisissä muokkauspinnoissa, eli kuiva laikku verrattuna märkään laikkuun ja naveromätäs verrattuna kääntömättääseen, maankosteuden ei kuitenkaan voitu havaita vaikuttaneen taimien kasvuun tai elinvoimaisuuteen. Kummankaan tutkitun maanmuokkausmenetelmän kokonaisilmastovaikutukset eivät kolmen seurantavuoden jaksolla poikenneet muokkaamatta jätetystä. Siten pelko siitä, että maanmuokkaus lisäisi kasvihuonekaasujen päästöjä on aiheeton ainakin suhteellisen niukkaravinteisilla, mäntyvaltaisilla ojitusalueilla.

Pearson, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: meeri.pearson@helsinki.fi

Mari Pihlatie. (2007). Nitrous oxide emissions from selected natural and managed northern ecosystems. https://doi.org/10.14214/df.36

Avainsanat: typpioksiduuli; lähde- ja nieluprosessit; maatalousmaat; kaatopaikat; metsäekosysteemit; kasvillisuuden ja maaperän N<sub>2</sub>O-päästöt; mittausmenetelmät

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Typpioksiduuli (N₂O) on voimakas kasvihuonekaasu alailmakehässä ja osallistuu otsonia tuhoaviin reaktioihin yläilmakehässä. Sen pitoisuus alailmakehässä on jatkuvasti kohonnut. Maan mikrobitoiminta on merkittävin typpioksiduulin lähde ilmakehään, mutta maaperän prosessit typpioksiduulin lähteinä ja nieluina ja typpioksiduulin kuljetusmekanismit maasta ilmakehään tunnetaan huonosti. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli määrittää N₂O-päästöjä erilaisissa pohjoisen ilmastovyöhykkeen maaekosysteemeissä ja tutkia typpioksiduulin tuotto- ja kuljetusprosesseja maasta ilmakehään. Typpioksiduulipäästöjä mitattiin maatalous- ja metsämailla sekä kaatopaikalla. Mittauspaikoiksi valittiin sellaisia ekosysteemejä, joiden arvioitiin olevan merkittäviä typpioksiduulin päästölähteitä, mutta joista oli olemassa vain vähän aikaisempaa mittaustietoa. Mittaukset tehtiin gradientti-, kammio- ja kovarianssimenetelmillä. Typpioksiduulin tuotto- ja kuljetusprosesseja tutkittiin laboratorio- ja kenttäkokein. Laboratoriokokeissa havaittiin, että maatalousmaiden typpioksiduulin tuotto lisääntyy radikaalisti maan kosteuden kasvaessa. Maan mikrobiologisten prosessien, nitrifikaation ja denitrifikaation, osuudet typpioksiduulin tuotossa olivat riippuvaisia maalajista. Laboratorio-oloissa tehdyissä kokeissa havaittiin myös, että puiden taimet pystyvät kuljettamaan maaperässä tuotettua typpioksiduulia ilmakehään. Mikäli merkittävä osa maassa tuotetusta typpioksiduulista kulkeutuu ilmakehään puiden kautta, nykyiset arviot metsämaiden N₂O-päästöistä voivat olla aliarvio todellisista ekosysteemitason päästöistä. Typpioksiduulipäästöt metsämailta ja kaatopaikalta olivat hyvin vaihtelevia ajan ja mittauspaikan suhteen. Pinta-alallisesti keskiarvoistava kovarianssimenetelmä osoittautui erittäin käyttökelpoiseksi mittausmenetelmäksi ekosysteemitason päästöjen arvioinnissa sekä metsämaalla että kaatopaikalla. Boreaalisen vyöhykkeen kangasmetsän päästöt olivat erittäin pieniä, ja ajoittain metsämaa toimi typpioksiduulin nieluna. Pienistä päästöistä huolimatta, gradienttimenetelmällä havaittiin selkeää vuodenaikaisvaihtelua typpioksiduulin tuotossa. Pääosa typpioksiduulin mikrobiologisesta tuotosta ja kulutuksesta tapahtui maan orgaanisessa pintakerroksessa. Kaatopaikkojen typpioksiduulipäästöt olivat yhdestä kahteen kertaluokkaa suuremmat kuin päästöt maatalousmailta. Kaatopaikkojen pienen pinta-alan vuoksi niiden merkitys Suomen kokonaispäästöihin on kuitenkin pieni. Tutkimus osoitti, että N₂O-päästöt erilaisista ekosysteemeistä vaihtelevat huomattavasti ajan ja paikan suhteen. Päästöjen suuren vaihtelun vuoksi lisää päästömittauksia sekä päästövertailuja eri menetelmillä tarvitaan jotta typpioksiduulin virrat maasta ilmakehään voidaan arvioida tarkemmin.

Pihlatie, University of Helsinki, Faculty of Biosciences Sähköposti: mari.pihlatie@helsinki.fi

Artikkelit jotka sisältää sanan 'flux'

Kategoria : Articles