Arktisen vuoristotundran pensastumisen vaikutus ympäröivään kasvillisuuteen ja maaperän kosteus -ja lämpötilaoloihin

Abstract

Arktiselle alueelle kohdistuu ilmaston lämmetessä huomattava sopeutumispaine ja viileissä ilmastoissa keskeinen kasvillisuuden vaste on ikivihreiden pensasmaisten lajien levinneisyysalueen kasvu. Pensaiden määrän ennustetaan lisääntyvän 50 % vuoteen 2050 mennessä ja vaikuttavan siten huomattavasti abioottiseen ympäristöön, kuten maaperän lämpötilaan, kosteuteen sekä bioottiseen ympäristöön kasvillisuuden vuorovaikutusten kautta. Maaperän kosteus ja lämpötila ovat keskeisiä ekosysteemin biologisia prosesseja sääteleviä tekijöitä, jotka vaikuttavat esimerkiksi kasvillisuuteen, hiilen kiertoon ja ikiroudan paksuuteen. Pensastumisen aiheuttamien laajojen vuorovaikutussuhteiden muutosten vuoksi ilmiön tarkempi tunteminen on keskeisessä roolissa ilmastonmuutoksen vaikutusten ennustamisessa. Vaikutuksia maaperän lämpötilaan on tutkittu kohtuullisen paljon suurten pensaiden osalta, mutta topografialtaan ja kosteusolosuhteiltaan voimakkaasti vaihtelevassa maisemassa matalien pensaiden eli varpujen vaikutus tunnetaan huonosti. Lisäksi maaperän kosteutta ei ole pensastumisen yhteydessä tutkittu kattavasti ja tulokset vaihtelevat merkittävästi eri tutkimusten välillä.

The Arctic ecosystems are facing pressure to adapt to a changing climate. In these low-energy systems, the abundance of shrubs has increased in response to the climatic changes. Shrubification is predicted to increase the amount of shrubs c. 50 % by 2050. This will affect both the abiotic and biotic environment through changes in soil moisture and temperature as well ashorizontal interactions in vegetation. Soil moisture and temperature are important drivers in various ecosystem processes, as they affect e.g. plant species distribution, cardon cycling and permafrost thaw. Due to the complex and vast environmental impacts, shrubification should be taken into consideration in climate change predictions of the Arctic nature. The link between shrubs and soil temperature has been studied on areas with tall shrubs. The impact of low and prostrate shrubs on soil temperature is not fully understood yet, as most studies have been carried out on tall shrubs.

In this study, I investigated how shrubification of an Arctic-alpine ecosystem affect vegetation, soil temperature and moisture. This research was based on a paired study design, in which I compared plots with shrubs to shrubless ones, using in situ measurements of soil and vegetation variables. The study area covers large environmental gradients (e.g. soil moisture and topography) as well as prostate to tall shrubs. Landscape level variation was studied using topographic variables derived from high-resolution LiDAR-data. Mean soil temperature was lower (0.8 ºC) under shrub canopies and the effect might be considerable during vegetational stress periods. In addition, there was a positive linear relationship between soil temperature and shrub canopy cover. Mean soil moisture was 6 % lower underneath the shrub canopies, but as vegetation, it is mediated by topography as well. Further research on the shrubification of the Arctic is needed, and remote sensing provides a cost-effective way to collect data on large areas. Arctic shrubification may have cascading effects on a global scale through changes in the tundra carbon cycle, which makes it a timely and important research topic