Norway spruce fine root dynamics and carbon input into soil in relation to environmental factors

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-456-0
Title: Norway spruce fine root dynamics and carbon input into soil in relation to environmental factors
Author: Leppälammi-Kujansuu, Jaana
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Publisher: Finnish Society of Forest Science Finnish Forest Research Institute Faculty of Agriculture and Forestry at the University of Helsinki School of Forest Sciences at the University of Eastern Finland
Date: 2014-12-12
Belongs to series: Dissertationes Forestales - URN:ISSN:2323-9220
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-456-0
http://hdl.handle.net/10138/144165
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Knowledge of the quantity of belowground litter carbon (C) input is scarce but highly valued in C budget calculations. Specifically, the turnover rate of fine roots is considered to be one of the most important parameters in the estimation of changes in soil C stock. In this thesis Norway spruce (Picea abies L. (Karst.)) fine root lifespan and litter production and their responses to nutrient availability and temperature were examined. Aboveground foliage and understory litter C inputs were also quantified. Furthermore, fine root isotopic C ages were compared to fine root lifespans. Increased nutrient availability and higher temperature shortened spruce fine root lifespan both in the long-term manipulation treatments and along a natural latitudinal gradient. Fertilization improved tree growth and the absolute amount of litter production, both below- and aboveground. Soil warming, by contrast, increased the belowground litter production in relation to aboveground foliage litterfall but did not lead to long-term increases in aboveground tree growth. In warmed soil, the changes in spruce fine root tip morphology pointed to nutrient deficiency. The results indicated that in nutrient limited forests climate warming is unlikely to increase the aboveground tree growth in the long-term. Fine root litter C input into the soil in relation to the aboveground litter C input was higher towards lower fertility, due particularly to the greater contribution of understory vegetation. The structural 14C age of fine roots was consistently 3 - 6 years older than the fine root lifespan determined with the minirhizotron method, indicating that root growth may use also use stored or recycled C. In almost all stands, fine root litter C input into the soil at least equalled the aboveground input, which confirms the significance of belowground litter production in the boreal forest C cycle. The importance of understory vegetation was also significant. In addition on understory vegetation, different stand age and tree species, more studies should also focus on the shift in the litter production pattern from above- to belowground along environmental change as this may have an impact on litter C quality and soil C storage in boreal forest soils.Ilmastosopimuksen mukaisesti Suomi raportoi vuosittain metsien kasvihuonekaasupäästöt ja -nielut. Metsien maaperän hiilivaraston muutoslaskelmiin liittyy kuitenkin suuri epävarmuus puiden hienojuurten eliniästä sekä vuotuisen juurikarikkeen myötä maahan kulkeutuvan hiilen määrästä. Tässä väitöskirjassa määritettiin kuusen (Picea abies L. (Karst.)) hienojuurten elinikä sekä maanalainen ja maanpäällinen kariketuotanto erilaisissa maaperän ravinteisuus- ja lämpötilaoloissa. Myös aluskasvillisuuden osuutta kariketuotannossa tarkasteltiin. Lisäksi väitöskirjassa verrattiin hienojuurten sisältämän isotooppisen hiilen (14C) ikää suhteessa hienojuurten elinikään. Ravinteisuuden lisääntyminen ja lämpötilan nousu lyhensivät kuusen hienojuurten elinikää sekä metsikkökokeessa että luonnollisella gradientilla. Lannoitus paransi puiden kasvua ja lisäsi sekä maanpäällistä että maanalaista kariketuotantoa. Maaperän lämpötilan kohottaminen sen sijaan lisäsi ainoastaan hienojuurten kariketuotosta, mutta puiden kasvu ei pitkällä aikavälillä lisääntynyt. Muutokset lämmitetyn maaperän hienojuurten juurenkärkien morfologiassa viittasivat puiden ravinnepuutokseen. Tulokset osoittavat, että ilmaston lämpeneminen ei välttämättä lisää puiden maanpäällistä kasvua pitkäaikaisesti mikäli metsämaan ravinteisuus sitä rajoittaa. Maaperän ravinteisuuden vähentyessä hienojuurikarikkeen määrä kasvoi suhteellisesti enemmän kuin maanpäällinen kariketuotanto, erityisesti aluskasvillisuuden suuremman osuuden vuoksi. Hienojuurten rakenteellinen hiili-14 oli isotooppimäärityksissä 3 - 6 vuotta vanhempaa kuin miniritsotronimenetelmällä määritetty hienojuurten elinikä, mikä osoittaa juurten käyttävän kasvuunsa äskettäin ilmakehästä yhteytetyn hiilen lisäksi myös varastoitua tai kierrätettyä hiiltä. Lähes kaikissa metsiköissä maanalaisen karikkeen määrä ulottui maanpäällisen kariketuotannon tasolle, mikä osoittaa juurikariketuotannon olevan merkittävä osa boreaalisten metsiemme hiilenkiertoa. Myös aluskasvillisuuden kariketuotanto oli merkittävä. Maanpäällisen ja maanalaisen kariketuotannon suhteiden muutos maaperän ympäristötekijöiden muuttuessa voi vaikuttaa maaperän hiilivarastoon ja sen pitkäaikaiseen pysyvyyteen. Tämä aihepiiri on tärkeä jatkotutkimuskohde.
Subject: metsämaatiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
norwaysp.pdf 1.439Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record