Impacts of warming and grazing on decomposition: Are changes modulated by plant community traits and soil characteristics?

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202109013606
Title: Impacts of warming and grazing on decomposition: Are changes modulated by plant community traits and soil characteristics?
Author: Fagerholm, Freja
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202109013606
http://hdl.handle.net/10138/333887
Thesis level: master's thesis
Degree program: Ekologian ja evoluutiobiologian maisteriohjelma
Master's Programme in Ecology and Evolutionary Biology
Magisterprogrammet i ekologi och evolutionsbiologi
Specialisation: ei opintosuuntaa
no specialization
ingen studieinriktning
Abstract: In the process of decomposition soil carbon is transformed into CO2 by microbial respiration, which makes decomposition a key process for understanding carbon cycling an releases of CO2. Since the northern permafrost regions contain half of all belowground carbon and the tundra regions are expected to be markedly affected by climate warming, it is of particular interest to understand how warming will affect decomposition in the tundra. Decomposition is however influenced by many factors, from climatic factors such as temperature and precipitation to the belowground organisms inhabiting the soils and the aboveground system dictating the litter that falls to the ground and is decomposed. Further, grazing has been shown to oppose some of the effects of warming on tundra. In this thesis I analyzed data collected from two long-term field experiments, one in Kilpisjärvi (NW Finland) and the other close to Kangerlussuaq Fjord (SW Greenland), both using fencing for manipulation of grazing regime and open-top chambers for artificial warming. My aim was to not only investigate how warming and grazing affect decomposition, but also to understand whether the magnitude of changes in decomposition can be explained by changes in plant community traits and soil characteristics. I found that in contrast to my hypothesis, warming decreased decomposition in Kangerlussuaq, where the soil was drier and contained less carbon than in Kilpisjärvi. I found no effects of grazing on decomposition, plant community traits nor soil characteristics in neither of the study locations. Neither did I find any consistent associations between changes in decomposition and changes in plant community traits, indicating that the effect of litter quality on decomposition is minor in these areas likely rather limited by climate. I found an association for increased decomposition when plant community C:N ratio and C:P ratio increased as a response to warming, but only in Kilpisjärvi, and since increased plant community C:N and C:P ratios are linked to resistant litter this positive effect is unlikely driven by enhanced litter quality. However, I did find a positive relationship between increased root biomass and increased decomposition as a response to warming that was consistent across areas and grazing regimes, indicating that warming can boost decomposition in different tundra habitats by promoting root growth.I slutsteget av nedbrytningsprocessen bryter mikrober i jordmånen ner kolföreningar och bildar CO2, vilket vidare avges till atmosfären. Detta gör nedbrytning till en nyckelprocess som har en central betydelse för att förstå kolets kretslopp och förutspå koldioxidutsläpp. Eftersom de nordliga permafrostregionerna innehåller hälften av allt jordbundet kol i världen och tundraregionerna förutspås drabbas speciellt hårt av uppvärmning till följd av klimatförändringen, är det av särskilt intresse att förstå hur nedbrytningsprocessen i tundraområden påverkas av uppvärmning. Nedbrytning påverkas dock av flera faktorer: från klimatfaktorer så som temperatur och nederbörd till uppbyggnaden av organismsamhället i jordmånen, samt växt- och djursamhället ovanjord, som vidare bestämmer kvaliteten på det substrat som faller till marken och nedbryts. Dessutom har avbetning visat sig motverka en del förändringar i tundran som orsakats av uppvärmning. I den här avhandlingen analyserade jag data som insamlats inom två långsiktiga fältexperiment, ett beläget i Kilpisjärvi (nordvästra Finland) och ett nära Kangerlussuaq fjord (sydvästra Grönland). Båda studierna använde stängsel för att manipulera graden av avbetning och öppna kammare för att åstadkomma en artificiell uppvärmning. Utöver att studera effekten av uppvärmning och avbetning på nedbrytning hade jag som syfte att undersöka om omfattningen av en förändring i nedbrytning kan förklaras av förändringar i växtsamhällets och jordmånens egenskaper. I motsats till min hypotes fann jag att uppvärmning minskade nedbrytningen i Kangerlussuaq, där jorden är torr och kolfattig jämfört med Kilpisjärvi. Däremot hade förändringen i avbetning ingen effekt på vare sig nedbrytning eller växtsamhällets och jordmånens egenskaper. Jag hittade inte heller något konsekvent samband mellan en förändring i nedbrytning och förändringar i växtsamhällets egenskaper, vilket tyder på att effekten av substratkvaliteten på nedbrytning är ringa i dessa tundraområden, som sannolikt istället är begränsade av klimatfaktorer. I Kilpisjärvi fanns dock ett samband mellan förhöjd C:N och C:P kvot i växtsamhället och ökad nedbrytning som respons till uppvärmning, men då förhöjd C:N och C:P kvot är förknippat med försämrad substratkvalitet är detta positiva samband sannolikt inte relaterat till substratkvalitet. Jag fann även ett samband mellan ökad rotbiomassa i jordmånen och ökad nedbrytning, där sambandet dessutom var konsekvent för bägge studieområden och oberoende av graden av avbetning, vilket tyder på att uppvärmning kan stimulera nedbrytning via ökad rotbildning i olika tundrahabitat.
Subject: climate change
tundra
reindeer
muskoxen
temperature
carbon cycling
nutrient cycling
microbes
tundra
open top chambers
litter quality
community weighted means


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Fagerholm_Freja_tutkielma_2021.pdf 1.667Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record