Importance of vegetation properties and redox potential to CH4 flux at a boreal fen

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202007033587
Title: Importance of vegetation properties and redox potential to CH4 flux at a boreal fen
Author: Finne, Hanna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202007033587
http://hdl.handle.net/10138/317443
Thesis level: master's thesis
Abstract: Boreal mires are natural sources of methane and contribute considerably to the global methane budget. Therefore, in order to comprehend the overall impact that these ecosystems have on climate change, it is essential to understand the factors that influence processes involved in methane production and consumption. Factors affecting methane flux vary between different mires, but there is also great spatial and temporal variation in flux within mires. In previous studies, temperature and water table position have been shown to influence methane flux, but vegetation could aid in explaining the small-scale variation. Vegetation can indicate spatial variation in water table position, but also affect methane flux directly by the transportation of methane through plant tissues, and by providing substrate for microorganisms through primary production. Furthermore, redox potential is a poorly studied factor that can reflect if chemical conditions in peat are suitable for methane production or consumption, making it a useful tool in predicting methane flux. In this thesis, I seek to identify if small-scale spatial variation in the methane flux occurs within the studied mire area. In addition, I strive to identify important controllers of the observed spatiotemporal variation in methane flux, with a specific focus on the effect of vegetation properties and redox potential. Methane and carbon dioxide fluxes were measured with the closed chamber technique at a boreal fen in Sodankylä (67°22'06.6"N 26°39'16.0"E) during the growing season in 2019. Flux measurements were carried out at nine measurement plots belonging to three different vegetation types: flark, lawn and string. Coverage and height of plant functional groups were followed during the summer and continuous redox potential was measured for each plot. CH4 fluxes of different plots and vegetation types were compared to study the spatial variation in methane flux. Generalized additive models (GAM) were used to determine which variables are best to explain spatiotemporal variation in methane flux over the growing season. Mean methane flux during the summer was 0.94 ug CH4 m-2 s-1 which is in the same magnitude as observed in a previous study at the fen. Some small-scale spatial variation in the methane fluxes was observed at the study site, with strings having lower flux than flaks and lawns. However, overall the spatial variation was small, while temporal variation in methane flux over the growing season was considerable. The best model, that was a combination of vegetation, redox potential and environmental variables, and it explained 72 % of the observed variation in methane flux. Vascular plant variables were the most important variables in the model, whereas moss functional groups were of lesser importance. Redox potential in deeper peat layers was also important in the model, but redox potential closer to the surface was not found to be significant. Vegetation is an important controller of methane flux, and this information could potentially be used when predicting methane flux over larger areas by using remote sensing to map vegetation characteristics. Redox potential, on the other hand, is relatively easy to measure, and the result suggests that it could provide a useful tool for improving the predictions of methane flux.Metan bildas naturlig vid boreala myrmarker och dessa ekosystem bidrar avsevärt till den globala metanbudgeten. För att uppskatta boreala myrmarkers inverkan på klimatförändring är det viktigt att förstå vilka faktorer som kan påverkar de processer som bidrar till metanproduktion och -konsumtion. Faktorer som påverkar metanflöde varierar mellan olika myrmarker, men de kan också förekomma stor spatial och temporal variation i metanflöde inom en och samma myrmark. Temperatur och vattennivå har i tidigare studier visats påverka metanflödet, men vegetationens egenskaper skulle kunna förklara småskalig variation i metanflöde. Vegetation kan nämligen reflektera spatial variation i vattennivå, och kan dessutom påverka metanflödet direkt genom att transportera metan till atmosfären via växtvävnader och med att genom primärproduktion producera substrat för mikroorganismer. Därtill är redoxpotential en dåligt studerad faktor som kan beskriver de kemiska förhållandena i torv och därmed reflektera om förhållandena är tillfördelaktiga för metanproduktion eller -konsumtion. Därmed kan redoxpotential möjligen vara en användbar indikator av metanflöde. I denna avhandling utforskar jag om småskalig spatial variation i metanflödet förekommer inom den studerade myrmarken. Dessutom strävar jag efter att identifiera faktorer som kan användas för att förklara spatiotemporal variation i metanflödet under tillväxtperioden, med fokus på betydelse av vegetationens egenskaper och redoxpotential. Under tillväxtperioden av 2019 mättes metan- och koldioxidflöde med den slutna kammartekniken vid en boreal myrmark i Sodankylä (67°22'06.6"N 26°39'16.0"E). Flödesmätningar genomfördes vid nio mätningsplatser som tillhörde tre olika vegetationstyper: flarkar, mellanytor och strängar. Täckning och höjd av växternas funktionella grupper följdes under sommaren och redoxpotential mättes kontinuerligt vid varje mätningsplats. Metanflöde mellan mätningsplatser och vegetationstyper jämfördes för att studera spatial variation och GAM (generalized additive models) modeller användes för att bestämma vilka variabler som kan förklara spatiotemporal variation i metanflödet. Under tillväxtperioden var metanflödet i medeltal 0.94 ug CH4 m-2 s-1, vilket är i samma storlek som observerats i en tidigare studie vid myrmarken. Metanflöde från strängar var i medeltal lägre än för flarkar och mellanytor, och därmed förekom småskalig spatial variation i metanflödet vid studieplatsen. Överlag var den spatiala variationen trots allt liten, medan temporal variation i metanflöde under tillväxtperioden var betydlig. Den bästa modellen var en kombination av vegetations-, redoxpotential- och miljövariabler och den förklarade 72% av den observerade variationen i metanflödet. De viktigaste variablerna i modellen var kärlväxternas funktionella grupper. Däremot var mossornas betydelse i modellen mindre. Dessutom var redoxpotential i djupare torvlager också viktig, medan redoxpotential närmare ytan inte visade sig vara signifikant. Vegetationens egenskaper kan avsevärt påverka metanflödet, och denna information kan användas för att förutspå metanflöde över större områden genom att kartlägga vegetationens egenskaper med hjälp av fjärranalyser. Redoxpotentialen är, i sin tur, relativt lätt att mäta, och resultaten tyder på att det kan vara ett användbart verktyg för att förbättra uppskattningar av metanflöde.
Subject: Methane
boreal mires
vegetation
redox potential
climate change


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Finne_Hanna_ Master’s thesis_2020.pdf 17.72Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record