Vegetation, nutrients, and CO2 flux dynamics in northern boreal forest

Visa fullständig post



Permalänk

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-700-4
Titel: Vegetation, nutrients, and CO2 flux dynamics in northern boreal forest
Författare: Matkala, Laura
Medarbetare: Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten
Doktorandprogrammet i atmosfärvetenskap
Utgivare: Helsingin yliopisto
Datum: 2020-12-16
Språk: en
Permanenta länken (URI): http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-700-4
http://hdl.handle.net/10138/321192
Nivå: Doktorsavhandling (sammanläggning)
Abstrakt: The growing conditions in northern boreal forests have remained similar for millennia. However, amplified climate change may cause higher mean annual temperatures and precipitation sums, longer growing seasons, along with increased occurrence of extreme weather events (drought, heavy rain, or summertime frost) in the region. The relationship that forest vegetation has with soil nutrients and the exchange of carbon dioxide (CO2) between the forest and atmosphere may change. This dissertation focuses on quantifying the baseline status of northern boreal forests from these aspects, to be able to predict theupcoming changes more precisely. Soil total phosphorus (P) and nitrogen (N) contents were important factors in explaining the community composition of understory vegetation in the study site. The site was located in a region near a phosphate ore, where soil nutrient contents are highly variable. The number of herb, grass, and sedge species increased with N and P contents in the humus, especially with P. The increasing P content, on the other hand, positively correlated with downy birch (Betula pubescens Ehrh.), which was the dominant tree species of the research plot. The understory vegetation had an important role in the CO2 exchange rates of a northern boreal Scots pine (Pinus sylvestris L.) forest site. The annual CO2 dynamics varied between the canopy and understory, so that when the canopy began photosynthesizing in the spring, the understory was still under snow cover. The cumulative temperature sum had a higher positive correlation with photosynthesis than the total ecosystem respiration (TER) rate of the pine site. Overall, the pine site was a weak carbon sink during the growing season, although it temporarily turned into a carbon source during a cold and rainy summer. Extreme weather events, and their effects on the CO2 dynamics of forests, were studied on a Scots pine site and a Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) site. Both sites had experienced extreme summers during the studied times, but the CO2 flux rates in the Norway spruce site responded more clearly to them. The TER rates of the Norway spruce forest declined when it was warm and dry. This likely happened because of decreased decomposition of organic matter. The decline was, however, only temporary, and TER returned to normal when the temperature and precipitation returned to their average levels. Thus, the studied forest sites seemed to, so far, be rather resilient towards extreme weather events. Several studies have found that N availability will increase because of warmer temperatures, which speeds up decomposition and nutrient mineralization. However, decomposition may potentially slow down in some spruce forests due to heat. Local variation may thus be high when it comes to the availability of nutrients or to the CO2 dynamics of forests. While modeling studies are important for predicting the responses of northern forests to climate change on the large scale, our research reminds that local-scale studies are also inevitable for gaining a more precise picture.Arktinen alue lämpenee muuta maapalloa nopeammin ilmastonmuutoksen seurauksena, ja tämän vaikutus ulottuu boreaalisella vyöhykkeellä erityisesti pohjoisosiin. Vyöhykkeen kasvuolosuhteet ovat pysyneet vuosituhansia samankaltaisina ennen käynnissä olevaa murrosta, mutta vuoden keskilämpötilan odotetaan yhä nousevan, sadannan lisääntyvän ja kasvukauden pidentyvän. Lisäksi sään ääri-ilmiöiden, kuten kuivuuden, rankkasateiden ja kasvukauden aikaisten pakkasjaksojen odotetaan yleistyvän. Pohjoisboreaalinen vyöhyke sijaitsee Suomessa pääasiassa Lapissa, johon kohdistuu alueena myös erilaista maankäytön muutoksen painetta muun muassa kaivostoiminnan kautta. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan pohjoisboreaalisten metsien kasvillisuuden suhdetta sekä sen alla olevan maaperän ravinteisiin, että yllä olevaan ilmakehään kasvillisuuden ja ilmakehän välisen hiilidioksidivaihdon kautta. Tutkin kasvillisuuden ja maaperän välisiä yhteyksiä Itä-Lapissa Soklin koekaivosalueen fosfaattimalmion lähellä, missä maaperän fosforipitoisuus vaihtelee runsaasti myös malmion ulkopuolella. Kasvillisuuden ja ilmakehän välistä hiilidioksidin vaihtoa puolestaan tutkin sekä erittelemällä männikön eri ositteiden (puusto, aluskasvillisuus) hiilivuota, että analysoimalla erilaisten metsiköiden (kuusikko ja männikkö) vastustuskykyä sään ääri-ilmiöille. Fosfaattimalmion läheisissä metsissä ruohovartisten kukkakasvien, heinien ja sarojen lajimäärät nousivat maaperän humuskerroksen typpi- ja erityisesti fosforipitoisuuden kohoamisen kanssa. Humuksen fosforipitoisuus puolestaan oli muita koealoja (männiköt ja kuusikot) korkeampi niillä tutkimuskoealoilla, joiden valtapuu oli hieskoivu. Aluskasvillisuudella oli tärkeä osa myös männikön hiilidioksidivaihdossa. Pohjoisboreaalisissa metsiköissä latvusto on usein avoin, jolloin valoa on verraten paljon saatavilla myös aluskasvillisuudelle. Latvuston ja aluskasvillisuuden hiilenvaihdon vuosisykli vaihteli, sillä aluskasvillisuus oli yleensä vielä lumen alla silloin, kun puusto alkoi keväällä yhteyttää. Verratessa pohjoisboreaalista kuusikkoa ja männikköä, huomattiin männikön sietävän sään ääri-ilmiöitä kuusikkoa paremmin. Kuusikon hengitys väheni äärimmäisen kuumana ja kuivana kesänä vaikka sen yhteyttäminen jopa kiihtyi. Tämä saattaa johtua hidastuneesta eloperäisen aineen hajonnasta, mutta lopullisen syyn selvittäminen vaatisi lisätutkimusta.
Subject: metsien ekologia
Licens: Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.


Filer under denna titel

Totalt antal nerladdningar: Laddar...

Filer Storlek Format Granska
matkala_laura_dissertation_2020.pdf 1.392Mb PDF Granska/Öppna

Detta dokument registreras i samling:

Visa fullständig post