Volatile organic compound fluxes from northern forest soils

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-641-0
Title: Volatile organic compound fluxes from northern forest soils
Author: Mäki, Mari
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Institute for Atmospheric and Earth System Research / Forest Sciences
Doctoral Programme in Atmospheric Sciences
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Emissions of biogenic volatile organic compounds (BVOCs) cool down the global climate via their impacts on aerosol and cloud formation. Climate change will likely have a major impact on BVOC fluxes from the biosphere, including soils, due to temperature-driven plant biosynthesis of volatile organic compounds (VOCs), compound volatility and microbial activity. Soils are a poorly quantified source of VOCs, where the diversity of driving factors creates high spatial and temporal variability in soil VOC fluxes. The aim of this study was to analyse the magnitude and variability of forest floor VOC fluxes, to determine the role of the boreal forest floor in the forest stand BVOC exchange and to estimate plant ecophysiological and microbiological processes, which drive forest floor VOC exchange. Forest floor VOC exchange was determined using a steady-state flow-through chamber technique coupled with mass spectrometry in the boreal and hemiboreal climates. We revealed that the boreal forest floor contributes significantly to forest stand fluxes, but its importance varies between seasons. The forest floor accounted only a few per cent of the total forest stand fluxes of monoterpenes in summer, while in spring and autumn it could be up to 90%. The forest floor VOC exchange was stable between years, while fluxes had clear seasonal dynamic. Monoterpenes and oxygenated VOCs originated from fresh litter, microbial activity, and ground vegetation VOC biosynthesis. Air inside soil layers was found to contain diverse compounds. Forest floor VOC fluxes varied strongly depending on climate and tree species. Atmospheric chemistry may be strongly affected by soils during periods when plant-related BVOC biosynthesis and fluxes are low. In the future, we need continuous and simultaneous VOC exchange measurements from forest floors and forest stands in various ecosystems and climate zones. The global budget for soil VOC emissions should also be defined based on existing studies.Biogeenisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt kykenevät hidastamaan ilmaston lämpenemistä lisäämällä pilvien tiivistymisytiminä toimivien ilmakehän pienhiukkasten muodostumista. Ilmaston lämpeneminen todennäköisesti lisää kasvillisuuden ja maaperän vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöjä, koska kasvien ja mikrobieliöstön kyky tuottaa ja vapauttaa näitä yhdisteitä on riippuvainen lämpötilasta. Metsänpohjalla erilaiset biologiset ja fysikaalis-kemialliset prosessit osallistuvat haihtuvien orgaanisten yhdisteiden tuottoon ja vapautumiseen erilaisten ympäristötekijöiden sääteleminä. Maaperän vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöistä ja tuottoprosesseista on toistaiseksi vähän tutkittua tietoa. Tutkimuksen tavoite oli määrittää metsänpohjan vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt, biologiset prosessit, jotka tuottavat näitä yhdisteitä aluskasvillisuudessa ja maaperässä sekä metsänpohjan merkitys koko ekosysteemin vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden tuotossa. Metsänpohjan haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt määritettiin tasapainotilassa olevalla läpivirtauskammiomittaustekniikalla ja massaspektrometrisillä analyysimenetelmillä pohjoisella ja eteläisellä havumetsävyöhykkeellä. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että metsänpohjan rooli koko metsäekosysteemin vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöissä on merkittävä ja vuodenajasta riippuvainen. Metsänpohjan monoterpeenipäästöjen merkitys koko ekosysteemin monoterpeenituotossa oli kesällä muutamia prosenttiyksikköjä, mutta kasvoi keväällä ja syksyllä merkittäväksi saavuttaen maksimissaan 90%-osuuden koko ekosysteemin päästöistä. Metsänpohjan vapauttamien päästöjen vuodenaikasivaihtelu oli merkittävää, mutta samaan aikaan vuosittainen vaihtelu oli pientä. Monoterpeenien ja hapettuneiden haihtuvien orgaanisten yhdisteiden pääasiallisia lähteitä olivat tuore karike, mikrobieliöstön aktiivisuus, sekä metsänpohjan aluskasvillisuus. Metsämaan huokosten sisältämät haihtuvien orgaanisten yhdisteiden pitoisuudet olivat myös merkittävät. Metsänpohjan vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt vaihtelivat riippuen ilmastosta ja vallitsevasta puulajista. Maaperällä on merkittävä rooli ilmakemiassa keväällä ja syksyllä, kun kasvillisuuden vapauttamien biogeenisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt ovat matalat. Metsänpohjan rooli koko ekosysteemin vapauttamiin haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöihin pitäisi määrittää jatkuvien mittausten avulla erilaisissa ekosysteemeissä ja ilmastovyöhykkeissä. Olemassa olevien tutkimuksen avulla olisi myös tärkeää arvioida maaperän vapauttamien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt globaalissa mittakaavassa.
URI: URN:ISBN:978-951-651-641-0
http://hdl.handle.net/10138/301317
Date: 2019-05-24
Subject: Metsätieteet
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
Volatile.pdf 4.495Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record