Artikkelit jotka sisältää sanan 'respiration'
Kategoria : Articles
Boreaaliset metsämaat ovat yksi suurimmista hiilen varastoista maailmanlaajuisesti, kun taas maahengitys (hiilidioksidipäästöt) muodostaa suurimman hiilivirran ekosysteemistä ilmakehään. Ilmastonmuutoksella voi olla arvaamattomia vaikutuksia maanalaisiin hiiliprosesseihin ja sitä kautta boreaalisten metsien hiilitaseeseen.
Maaperän erilaisten prosessien ymmärtämiseksi ja mahdollisten hiilenkierron muutosten arvioimiseksi muuttuvassa ilmastossa metsänpohjan kokonaismaahengitys jaettiin viiteen eri komponenttiin ja puun juurten hengitys arvioitiin neljällä eri menetelmällä keski-ikäisessä boreaalisessa mäntymetsikössä (Pinus sylvestris L.) Etelä-Suomessa. Varastosokerien ja tärkkelyksen pitoisuudet puiden juurissa määritettiin ja juurien varastosokereiden syötteen määrä maaperään ja symbionttisille mikrobeille (sienijuurille eli mykorritsoille) arvioitiin koko puun hiilitasemallilla ’CASSIA’. Lisäksi puun juurten hengitys ja maan heterotrofisten mikrobien maahengitys erotettiin toisistaan seitsemässä eri havumetsässä mittaamalla hengitystä tavanomaisissa ympäristöissä sekä maaperässä, jossa ei ollut eläviä juuria.
Puiden juurten hengitys muodosti lähes puolet kokonaismaahengityksestä, heterotrofinen maahengitys lähes kolmanneksen, ja pintakasvillisuuden sekä sienijuurten hengitys loput viidenneksen boreaalisessa mäntymetsikössä. Vuotuinen puiden juurten hengitys laski kolmen ensimmäisen tutkimusvuoden ajan, kun taas heterotrofinen maahengitys nousi niin kutsutun ’Gadgil’-ilmiön vuoksi, kun sienijuuret eristettiin pois maasta. Puiden juurten hengitys ja suurin osa varastohiilihydraattien pitoisuuksista olivat korkeampia lämpiminä vuosina ja alhaisempia kylmempinä. Juuret ovat alati vuorovaikutuksessa maaperän kanssa ja niiden erottaminen toisistaan on menetelmällisesti haastavaa. Kolme eri menetelmää arvioi juurten hengityksen olevan melko saman tasoista, kun taas juurihengitys yksittäisistä kaivetuista ja leikatuista juurista oli merkittävästi alhaisempaa. Leikatut juuret kaivettiin melko läheltä maan pintaa, kun taas muilla menetelmillä arvioitu juurten hengitys oli peräisin myös syvemmistä maan kerroksista, jossa kosteutta oli todennäköisesti enemmän. Juurten hengitys oli yli 50 % vuotuisesta yhteytyksestä pohjoisimmassa metsikössä, kun taas eteläisimmässä metsikössä se oli vain 15 %. Koko puun hiilitasemallilla mallinnettu hiilisyöte maahan oli keskimäärin kolmannes vuotuisesta yhteytyksestä ja lähes 5 % symbioottisille sienijuurille.
-
Ryhti,
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Sähköposti:
kira.ryhti@helsinki.fi
Pohjoisen pallonpuoliskon ikiroudan alueet varastoivat noin 50 % maapallon maaperän hiilivaroista. Noin neljänneksen ikiroudasta on ennustettu sulavan vuosisadan loppuun mennessä ja sulaminen altistaa jäätyneet hiilivarat hajoamiselle, jolloin nämä varastot muuttuvat hiilen nieluista kasvihuonekaasulähteiksi. Suuri osa ikiroudan alueesta sijaitsee boreaalisella metsävyöhykkeellä, joka tällä hetkellä toimii merkittävänä hiilinieluna. Ilmastonmuutoksen myötä metsäpalot voivat kuitenkin yleistyä. Metsäpalot edesauttavat ikiroudan sulamista, jolloin nämä metsämaat muuttuvat hiilinieluista lähteiksi.
Tässä väitöskirjassa tutkitaan, kuinka metsäpalot vaikuttavat maan orgaanisen aineksen laatuun ja kasvihuonekaasupäästöihin ikiroudan alueella. Tutkimustapoina on käytetty orgaanisen aineksen kemiallista fraktiointia, maainkubointeja ja kasvihuonekaasujen manuaalisia kammiomittauksia.
Tutkimuksissa havaittiin, että metsäpalot kasvattivat aktiivisen kerroksen (kausittaisesti sulava ja jäätyvä kerros) paksuutta ikiroudan päällä, muuttivat kasvillisuussuhteita, maan orgaanisen aineksen paksuutta ja hiilivarastoja. Palot huononsivat maan orgaanisen aineksen laatua, joka ilmeni helppoliukoisen orgaanisen aineksen suhteellisena vähentymisenä, ja nostivat orgaanisen aineksen lämpötilaherkkyyttä. Myös raskaampien isotooppien (13C ja 15N) suhteellinen osuus oli suurempi palon jälkeen. Kammiomittaukset osoittivat, että palo aluksi pienensi hiilidioksidipäästöjä ja nämä päästöt palasivat alkuperäiselle tasolleen noin 50 vuotta palon jälkeen. Sen sijaan metsäpaloilla ei ollut merkittävää vaikutusta metaani- ja dityppimonoksidivoihin.
Metsäpalot vaikuttavat kasvihuonekaasujen vapautumiseen ikiroudan maista. Tulevaisuudessa ikiroudan varastoiman orgaanisen aineksen kohtalo on riippuvainen sen hajoamisherkkyydestä, metsäpalojen esiintyvyydestä ja metsien uudistumiskyvystä, joka mahdollistaa ikiroudan uusiutumisen muuttuvassa ilmastossa. Kokonaisvaltaisen käsityksen muodostaminen ikiroudan ekosysteemien tulevista päästöistä vaatii lisätutkimuksia, jotka ottavat huomioon kunkin ekosysteemin erityispiirteet.
-
Aaltonen,
University of Helsinki, Department of Forest Sciences
Sähköposti:
heidi.m.aaltonen@helsinki.fi
Täysikasvuisen puun runko koostuu vuosirenkaisiin jakautuneesta puuaineesta ja sitä suojaavasta kuoresta. Kuoren dynaamiset variaatiot ovat sen rakenteesta ja funktiosta johtuen monimutkaisia: paksu ulkokuori toimii suojana ulkopuolista bioottista ja abioottista ympäristöä vastaan. Puun sokerinkuljetus tapahtuu puun sisäkuoressa, nilassa. Suuri osa kuoren läpimitanmuutoksesta johtuu sokerinkuljetuksesta ja siihen liittyvistä prosesseista. Ksylemi, joka kuljettaa vettä päinvastaiseen suuntaan on yhteydessä nilaan puun koko rungon matkalta. Nilan ja ksylemin läheinen yhteys indikoi toiminnallista yhteyttä.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tutkia dynaamisia prosesseja jotka tapahtuvat puun kuoressa ja kuoren interaktioita puun muiden prosessien ja ulkoympäristön kanssa. Näitä interaktioita ei ole tähän mennessä kvantifoitu yhtä tarkasti kuin nyt, etenkään päivittäisellä aika-askeleella.
Tämä väitöskirja koostuu neljästä artikkelista joista yksi on mallinnustutkimus ja kolme on kokeellisia tutkimuksia. Puun rungon kasvua arvioidaan mallilla joka erottaa puiden kuoren mitatuista läpimitanmuutoksista puiden vesitilanteesta johtuvat ja paksuuskasvusta johtuvat muutokset. Tästä saatuja tuloksia verrataan ulkoisiin ympäristöolosuhteisiin yhdessä artikkelissa, ja kasvuhengitykseen toisessa artikkelissa. Kahdessa muussa artikkelissa tutkitaan yhteyttämisen ja hengityksen vuodenaikaisvaihteluita, sekä puun kuoren dynamiikka kevään aikana.
Väitöskirjan johtopäätöksenä todetaan miten tiiviisti puiden eri fysiologiset prosessit ja ympäristöolosuhteet ovat yhteydessä kuoren läpimitanmuutoksiin. Väitöskirjan tulokset avaavat uusia mahdollisuuksia kuoren hydrauliikan dynamiikan ja ekofysiologisten prosessien ymmärtämiseen implementoimalla kenttämittauksia ja mallinnusta.
-
Chan,
University of Helsinki, Department of Forest Sciences
Sähköposti:
tommy.chan@helsinki.fi
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
-
Karhu,
Helsingin yliopisto, Metsätieteiden laitos
Sähköposti:
kristiina.karhu@helsinki.fi
-
Kolari,
University of Helsinki, Department of Biological and Environmental Sciences
Sähköposti:
pasi.kolari@helsinki.fi
