The Effects of Long-Term Nutrient Addition on Methane Fluxes and Vegetation in an Ombrotrophic Bog

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201606092339
Title: The Effects of Long-Term Nutrient Addition on Methane Fluxes and Vegetation in an Ombrotrophic Bog
Author: Arnkil, Sini
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2016
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201606092339
http://hdl.handle.net/10138/163672
Thesis level: master's thesis
Discipline: Skoglig ekologi och resurshushållning
Forest Ecology and Management
Metsien ekologia ja käyttö
Abstract: Ilmaperäisen typen (N) laskeuma on lisääntynyt teollistuneilla ja tiheään asutuilla alueilla, mikä aikaisempien tutkimusten mukaan voi aiheuttaa muutoksia soiden kasvillisuudessa, mikrotopografiassa ja hiilen kierrossa. Ravinnelaskeuman vaikutusten tunteminen tärkeää, koska boreaalisiin karuihin soihin on varastoitunut huomattava määrä hiiltä (C), ja ne ovat myös merkittävä luontainen metaanin (CH4) lähde. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten kasvanut typpilaskeuma vaikuttaa suon metaanivirtoihin ja kasvillisuuteen. Tutkimus toteutettiin pitkäaikaisella lannoituskokeella Mer Bleuella, joka on rahkasammal- (Sphagnum sp.) ja varpuvaltainen ombrotrofinen suo Ottawassa, eteläisessä Ontariossa. Lannoituskäsittelyjä oli yhdeksän, joista jokaisessa oli kolme 3 x 3 m toistoa. Kesällä 2015 koealoja oli lannoitettu 11–16 vuoden ajan käsittelyin 1,6, 3,2 ja 6,4 g N m-2. Osaan lannoituksista lisättiin fosforia (P) ja kaliumia (K), ja kontrollialoja kasteltiin tislatulla vedellä. Metaanimittaukset tehtiin viikoittain toukokuun alusta elokuun loppuun käyttäen suljetun kammion menetelmää. Myös turpeen lämpötila, vedenpinnan taso sekä maan kosteus mitattiin. Kasvillisuuden muutoksia seurattiin kuukausittain käyttäen point intercept -menetelmää. Tulokset osoittavat, että yksittäiset metaanivuot suolla ovat pääsääntöisesti pieniä (0–0,2 mmol m-2 h-1). Keskimääräiset metaanipäästöt käsittelyistä, joita on lannoitettu vain typellä, ovat yhtä suuret kuin kontrollista. Keskimääräiset metaanipäästöt ovat kuitenkin lisääntyneet 15–16 vuoden typpilannoituksen jälkeen suurimmista NPK lannoituskäsittelyistä verrattuna lannoittamattomaan kontrolliin johtuen typen aiheuttamista kasvillisuuden, suon mikrotopografian sekä turpeen ominaisuuksien muutoksista. Kasvillisuuden muutoksiin kuuluvat muun muassa rahkasammalten häviäminen ja uusien kesävihantien lajien ilmestyminen alueelle. Sammaleiden puuttuessa ja hajotuksen kasvaessa turvekerros on painunut ja siitä on tullut märempi, mikä selittänee kasvaneet metaanipäästöt. Yksi mahdollinen tekijä on myös lannoituksen suora vaikutus mikrobiyhdyskuntiin. Tutkimuksen tulosten perusteella voidaan sanoa, että lisääntynyt ravinnelaskeuma saattaa lisätä suon hiilipäästöjä metaanina ja että lisääntyneet metaanipäästöt johtuvat useista eri tekijöistä kasvillisuuden, mikroilmaston ja mikrobiyhteisöjen välillä.The atmospheric nitrogen (N) deposition has increased in industrialized and densely populated areas, which according to previous studies may cause changes in the vegetation, microtopography, and carbon (C) cycling of peatlands. Knowing the effects of nutrient deposition is important, because a significant amount of C is stored in boreal nutrient-limited ombrotrophic bogs, which are also a significant natural source of methane (CH4). The aim of this study was to investigate how elevated N deposition affects the CH4 fluxes and vegetation in an ombrotrophic bog. This study was conducted at a long-term fertilization experiment at Mer Bleue, a Sphagnum moss and evergreen shrub dominated ombrotrophic bog in Ottawa, Southern Ontario. The experiment consisted of nine nutrient treatments, each with three replicate 3 x 3 m plots. In the summer of 2015, the plots had been fertilized for 11–16 years with 1.6, 3.2, and 6.4 g N m-2 with or without phosphorus (P) and potassium (K) and control plots received distilled water. Methane fluxes were measured weekly from the beginning of May to the end of August using closed chamber method. Peat temperature, water table level, and volumetric soil water content were also measured. The changes in vegetation abundance and species composition were monitored monthly using point-intercept method. The results show that instantaneous CH4 fluxes at the bog are typically small (0–0.2 mmol m-2 h-1). The seasonal average CH4 emissions from N only treatments are equal to controls. However, the average CH4 emissions have increased after 15–16 years of fertilization from the highest NPK treatments compared to unfertilized control due to nutrient induced changes in vegetation, microtopography, and peat characteristics. The changes in vegetation include the loss of Sphagnum mosses and new deciduous species in the area. Due to the loss of moss cover, the peat has subsided and it has become wetter, which may explain the increased CH4 emissions. Direct effects of fertilization on the microbial communities may also be a factor. The results of this study indicate that elevated atmospheric deposition of nutrients may increase loss of C as CH4 in peatlands through a complex suite of feedbacks and interactions among vegetation, microclimate, and microbial communities.
Subject: carbon
methane
nitrogen
ombrotrophic bog


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record