Artikkelit jotka sisältää sanan 'metaani'

Kasvien, myös puiden, tiedetään päästävän ilmakehään metaania (CH₄), mutta kasvien välittämiä metaanipäästöjä on tutkittu lähinnä ruohovartisilla kasveilla. Puiden latvustojen metaanipäästöt ovat todennäköisesti suurelta osin peräisin aerobisesta, ei-biologista alkuperää olevasta prosessista. Aerobista metaanin syntymistä kasveissa ei ole tutkittu läpikotaisin, minkä takia arviot tämän lähteen maailmanlaajuisista kokonaispäästöistä ovat epävarmoja ja vaihtelevat suuresti, välillä 0–240 Tg vuodessa.

Tässä tutkimuksessa tutkittiin fysiologisten ja ympäristön muuttujien vaikutuksia lehvästön metaanivoihin mittaamalla boreaalisten havupuiden versojen metaaninvaihtoa ulkona ja kasvihuoneessa. Suurin osa mittauksista tehtiin metsämännyn (Pinus sylvestris L.) taimilla, joka on yksi tärkeimmistä boreaalisen havumetsävyöhykkeen puulajeista. Mittaukset tehtiin kammiomittausmenetelmällä käyttäen reaaliaikaisia, absorptiospektroskopiaan perustuvia kasvihuonekaasujen mittalaitteita. Mittaukset tehtiin joko käsin, tai automaattisella mittausjärjestelmällä, joka kehitettiin helpottamaan manuaalisiin mittauksiin liittyviä ongelmia.

Metsämännyt versoista tuli kaikissa koeasetelmissa pieniä mutta merkittäviä metaanipäästöjä. Päästöt olivat riippuvaisia valosta, lisääntyivät ilman lämpötilan kohotessa, ja eivät olleet riippuvaisia fotosynteesistä tai kuivuudesta. Päästöt olivat suurempia auringonvalossa kuin keinovalon alla silloinkin, kun keinovalo sisälsi UVA-säteilyä. Tulokset kertovat, että metsämännyn latvustossa syntyy metaania samankaltaisessa prosessissa, kuin mikä on aiemmin kuvattu ruohovartisilla kasveilla, mutta nämä päästöt ovat pienempiä kuin alkuperäiset arviot aerobisesta metaanipäästöstä. Boreaalisten metsien latvustot ovat metaanin lähde, joka voi pienentää kivennäispohjaisen metsämaan ylläpitämää metaanin nielua noin 5 %:lla.

• Tenhovirta, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Agricultural Sciences https://orcid.org/0000-0001-5600-6274 Sähköposti: salla.tenhovirta@helsinki.fi

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.

• Ťupek, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: boris.tupek@luke.fi

Pohjoiset suot ovat tärkeitä hiilen nieluja sitoessaan sitä hitaasti kertyviin turvekerroksiin. Samalla ne vapauttavat kasvihuonekaasu metaania (CH₄), jota syntyy kasvimateriaalin hajotessa hapettomissa oloissa. Näiden soiden yleisin kasvi, rahkasammal (Sphagnum), on oleellinen paitsi turpeen kertymiselle, myös metaanipäästöjen torjunnalle: Se tarjoaa asuinympäristön metaania hapettaville bakteereille, metanotrofeille, jotka suodattavat osan metaanista rajoittaen sen vapautumista ilmakehään. Samalla metaanin hapetuksessa syntyvä hiilidioksidi (CO₂) siirtyy rahkasammalen käyttöön. Rahkasammalien ja metanotrofien muodostama ”metaanisuodin” on havaittu useammassa tutkimuksessa, mutta muun muassa sen herkkyys ympäristön muutoksille tunnetaan huonosti.

Tässä väitöstutkimuksessa selvitettiin rahkasammalien ja niissä elävien metanotrofien vuorovaikutuksen tarkempaa luonnetta. Metanotrofien yhteisörakennetta ja aktiivisuutta tarkasteltiin suhteessa suoekosysteemissä tapahtuviin muutoksiin. Vertailun vuoksi tutkittiin myös sammalten alapuolisten turvekerrosten metaaninhapetusta. Metanotrofien molekyylibiologisessa analysoinnissa hyödynnettiin erityisesti metaaninhapetuksen mahdollistavaa pmoA-geeniä sekä siihen perustuvaa koetinsirutekniikkaa.

Ensimmäisessä osatyössä metanotrofien ja niiden hapetusaktiivisuuden osoitettiin leviävän rahkasammalesta toiseen veden välityksellä. Työn perusteella nämä metanotrofit kykenevät elämään myös sammalien ulkopuolella eli niiden välillä näyttäisi olevan ns. fakultatiivinen symbioosi. Kahdessa muussa osatyössä rahkasammalten metanotrofien dynamiikan havaittiin olevan hyvin samankaltaista kahdella erilaisella suon kehitysgradientilla: sekä luonnontilaisilla soistuvilla aloilla, että eri-ikäisillä, uudelleen kasvittuneilla turvetuotantoaloilla. Metanotrofien yhteisöt olivat monimuotoisia kaikissa kehitysvaiheissa, mutta niiden valtaryhmät erosivat nuorten, vedenpinnaltaan epävakaiden alojen ja vanhojen, täysin sammalpeitteisten alojen välillä. Huolimatta yhteisöjen eroista metaaninhapetusaktiivisuus ei eronnut merkitsevästi eri kehitysvaiheissa, lukuun ottamatta aivan vanhimpien alojen heikompaa aktiivisuutta. Tämä viittaa ns. toiminnalliseen päällekkäisyyteen, jossa tietystä toiminnosta vastaa useampi, eri olosuhteisiin erikoistunut eliöryhmä. Toisin kuin elävässä sammalkerroksessa, sen alapuolisessa turpeessa hapetuspotentiaali kasvoi turpeentuotantoalojen kasvipeitteen kehityksen mukana.

Kyky levitä veden välityksellä sekä toiminnallinen päällekkäisyys viittaavat rahkasammalten metanotrofien pystyvän sekä sopeutumaan erilaisiin olosuhteisiin, että palautumaan suoekosysteemiä kohtaavista häiriöistä, kuten ilmastonmuutoksen mukana mahdollisesti lisääntyvistä kuivista jaksoista. Rahkasammalkerroksessa jo nuorimmalla turvetuotantoalalla havaittu metaaninhapetuspotentiaali tulisi huomioida näitä aloja ennallistettaessa: rahkasammal-istutusten avulla näyttäisi olevan mahdollista paitsi käynnistää hiilensidonta turpeeksi, myös torjua samanaikaisesti lisääntyviä metaanipäästöjä.

• Putkinen, University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences Sähköposti: anuliina.putkinen@helsinki.fi

Tutkimuksessa selvitettiin metsäojitettujen soiden ennallistamisen vaikutuksia ravinteiden ja orgaanisen hiilen huuhtoutumiseen ja metaanidynamiikkaan. Työ koostuu neljästä alitutkimuksesta. Kahdessa alitutkimuksessa selvitettiin vaikutuksia veden laatuun ja aineiden huuhtoutumiseen, ja ne toteutettiin valuma-aluetasolla. Yksi alitutkimus oli laboratoriokoe, jossa selvitettiin aineiden liukenemista turpeesta anaerobisessa muhituksessa, jolla jäljiteltiin hakkuuta tai ennallistamista seuraavaa nousevaa vedenpintaa. Neljäs tutkimus oli jälleen maastotutkimus, ja siinä selvitettiin luonnontilaisten, ojitettujen ja ennallistettujen korpien metaanipäästöjen eroavaisuuksia. Kaikkiaan tutkimuksessa käsiteltiin 24:ää eri suota, joista yksi oli mukana kahdessa eri alitutkimuksessa.

Tulokset viittaavat siihen, että ennallistamisella voi olla huomattavia vaikutuksia etenkin ravinnerikkaiden kuusivaltaisten soiden tapauksessa. Niissä havaittiin suurimmat liuenneen orgaanisen hiilen ja ravinteiden kuormitus ennallistamisen jälkeen valuma-aluetason tutkimuksissa. Niiltä havaittiin ennallistamisen jälkeen myös huomattavia metaanipäästöjä, suurempia kuin luonnontilaisilta tai ojitetuilta kohteilta. Tulosten perusteella tulisi edelleen tutkia ennallistamisen menetelmiä ja niitä prosesseja, jotka vaikuttavat havaittujen vaikutusten taustalla.

• Koskinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: markku.koskinen@helsinki.fi

Tässä työssä kehitettiin menetelmiä, joilla voidaan arvioida Suomen lähes viiden miljoonan metsäojitetun suohehtaarin maaperän kasvihuonekaasutaseita. Lisäksi tutkittiin eri kaasujen ja kasvavan puuston osuutta metsäojitetun suon taseessa.

Tase koostui maaperän hiilidioksidi(CO₂)-, metaani(CH₄)- ja typpioksiduuli(N₂O)lähteestä tai -nielusta ja kasvavan puuston CO₂-nielusta.

Työ koostui neljästä osasta: I) Maaperän CO₂-taseen laskentamenetelmää testattiin yhdellä koealalla. II) Maaperän CH₄- ja N₂O-tasetta sekä maasta kasvien ja hajottajien hengityksessä vapautuvaa CO₂:ta mitattiin 68 koealalla eri puolilla Suomea. III) Suomen metsäojitettujen soiden maaperän CO₂-tase arvioitiin osatutkimuksessa I testatulla menetelmällä. IV) Metsäojitetun suon kasvihuonekaasutase arvioitiin osatutkimuksen II koealoille.

Maaperän CO₂-tase määritettiin maahan karikkeena tulevan ja hajottajien hengityksessä vapautuvan hiilimäärän erotuksena. Rehevien koealojen (ruoho- ja mustikkaturvekankaat) maaperä oli keskimäärin CO₂-lähde (190±70 g/m² vuodessa). Karujen koealojen (puolukka- ja varputurvekankaat) maaperä oli CO₂-nielu (70±30g/m² vuodessa). N₂O-lähde oli sitä pienempi, mitä karumpi koeala oli (0,185–0,029 g/m² vuodessa). Hyvin kuivuneet koealat, joilta suokasvillisuus oli kadonnut, olivat pieniä CH₄-nieluja (0,28±0,04 g/m²/ vuodessa). Märkinä pysyneet alat, joilla suokasvillisuutta oli vielä jäljellä, olivat CH₄-lähteitä (1,16±0,48 g/m² vuodessa). Kun kasvavan puuston CO₂-nielu otettiin huomioon, lähes kaikki koealat olivat kasvihuonekaasunieluja.

Karut metsäojitusalueet eivät näytä olevan merkittäviä kasvihuonekaasulähteitä. Metsätalous voi niillä olla ilmastollisesti yhtä kestävää kuin kivennäismailla. Rehevillä alueilla turve hajoaa vähitellen, ja maaperä on CO₂-lähde todennäköisesti kunnes kaikki turve on hajonnut. Ilmastollisesti kestävä metsätalous edellyttää, että niillä tuotetulla puulla esimerkiksi korvataan saastuttavampia raaka-aineita.

Vaikka keskimääräiset maaperän CO₂-taseet olivat pieniä, kaikkien Suomen metsäojitettujen soiden maaperän CO₂-tase oli suuren maapinta-alan vuoksi merkittävä. Kun otetaan huomioon käytettyjen mallien epävarmuus ja Valtakunnan metsien inventoinnin otoskoko, voidaan vuotuisen taseen arvioida olevan 10 miljoonan tonnin nielun ja 10 miljoonan tonnin lähteen välillä. Tarkempia tuloksia saadaan, kun hiilen kulkeutuminen kasvien juurista maahan opitaan ymmärtämään paremmin.

• Ojanen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: paavo.ojanen@helsinki.fi

• Riutta, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: tr@nn.fi