Carbon dynamics in forest fire affected permafrost soils

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-666-3
Title: Carbon dynamics in forest fire affected permafrost soils
Author: Aaltonen, Heidi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry
Doctoral Programme in Sustainable Use of Renewable Natural Resources
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-03-20
Belongs to series: Dissertationes Forestales - URN:ISSN:1795-7389
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-666-3
http://hdl.handle.net/10138/312388
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Northern Hemisphere permafrost soils store approximately 50% of the global soil carbon (C), a quarter of which could thaw by the end of the century. Thawing exposes previously frozen soil organic matter (SOM) to decomposition, resulting in release of greenhouse gases (GHG) from the soils. Vast areas of permafrost soils are covered by boreal forests currently acting as sinks of C. As global warming is strongest at northern latitudes, the occurrence of boreal forest fires may increase. Forest fires further advance permafrost thaw and forest soils may turn from sinks to sources. This thesis examines how forest fires affect the quality of SOM and GHG emissions from permafrost soils in boreal forests by conducting chemical fractionation of SOM and soil incubations, as well as manual chamber measurements of GHGs. Forest fires increased the active layer depth on top of permafrost, altered species composition of vegetation and affected the organic layer depth and the SOM pools. Fires decreased the quality of SOM, observed as reduction in the proportional amount of labile SOM fraction and increased SOM temperature sensitivity, as well as enrichment with heavier isotopes of 13C and 15N. GHG measurements showed that fire initially decreased carbon dioxide flux from the soil and it returned to its pre-fire status approximately 50 years after the fire. The effects of fires on methane and nitrous oxide fluxes were not significant. Forest fires have significant effects on the release of GHGs from permafrost soils. In the future, the fate of permafrost stored SOM is dependent on its degradability, the frequency of fire events and the ability of forests to regenerate, allowing permafrost recovery, in the changing climate. There is a demand for further studies investigating the specifics of different permafrost ecosystems and building a complete picture to estimate total emissions from permafrost regions.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.
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
Carbondy.pdf 2.454Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record