Yliopiston etusivulle Suomeksi På svenska In English Helsingin yliopisto

Exchange of volatile organic compounds in the boreal forest floor

Show full item record

Files in this item

Files Description Size Format View/Open
aaltonen_dissertation.pdf 1.667Mb PDF View/Open
Use this URL to link or cite this item: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-397-6
Vie RefWorksiin
Title: Exchange of volatile organic compounds in the boreal forest floor
Author: Aaltonen, Hermanni
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest SciencesDepartment of Physics, Division of Atmospheric SciencesFinnish Meteorological Institute
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Terrestrial ecosystems, mainly plants, emit large amounts of volatile organic compounds (VOCs) into the atmosphere. In addition to plants, VOCs also have less-known sources, such as soil. VOCs are a very diverse group of reactive compounds, including terpenoids, alcohols, aldehydes and ketones. Due to their high reactivity, VOCs take part in chemical reactions in the atmosphere and thus also affect Earth s radiation balance.

In this study, chamber and snow gradient techniques for measuring boreal soil and forest floor VOC fluxes were developed. Spatial and temporal variability in fluxes was studied with year-round measurements in the field and the sources of boreal soil VOCs in the laboratory with fungal isolates. Determination of the compounds was performed mass spectrometrically.

This study reveals that VOCs from soil are emitted by living roots, above- and belowground litter and microbes. The strongest source appears to be litter, in which both plant residuals and decomposers play a role in the emissions. Temperature and moisture are the most critical physical factors driving VOC fluxes. Since the environment in boreal forests undergoes strong seasonal changes, the VOC flux strength of the forest floor varies markedly during the year, being highest in spring and autumn. The high spatial heterogeneity of the forest floor was also clearly visible in VOC fluxes. The fluxes of trace gases (CO2, CH4 and N2O) from soil, which are also related to the soil biological activity and physical conditions, did not correlate with the VOC fluxes.

Our results show that emissions of VOCs from the boreal forest floor accounts for as much as several tens of percent, depending on the season, of the total forest ecosystem VOC emissions. This can be utilized in air chemistry models, which are almost entirely lacking the below-canopy compartment.Maaekosysteemit tuottavat ilmakehään suuria määriä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka nimensä mukaisesti sisältävät pääasiassa hiiltä ja vetyä, mutta monet myös esimerkiksi happea ja typpeä. Haihtuvia orgaanisia yhdisteitä kutsutaan usein lyhenteellä VOCs englanninkielisen nimensä mukaisesti (Volatile Organic Compounds). Kasvien lisäksi myös maaperä ja vesistöt ovat VOC-lähteitä, mutta niiden suhteellinen osuus ekosysteemien kokonaistuotosta on huonosti tunnettu. Haihtuviin orgaanisiin yhdisteisiin kuuluu laaja joukko reaktiivisia yhdisteitä, muun muassa terpeenejä, alkoholeja ja aldehydejä. Voimakkaasta reaktiivisuudestaan johtuen nämä yhdisteet osallistuvat ilmakehän kemiallisiin reaktioihin; alailmakehän otsonin- ja hiukkasmuodostuksen kautta niillä on vaikutuksia aina ilmanlaatuun ja maapallon säteilytasapainoon saakka.

Tässä tutkimuksessa oli tavoitteena kehittää menetelmiä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden mittaamiseen ja tutkia niiden vuodenaikaista vaihtelua boreaalisen havumetsän pohjakerroksessa. VOC-tuottoa mitattiin ympärivuotisesti useamman vuoden ajan maasto-olosuhteissa sekä laboratoriossa päästöjen lähteiden sekä ajallisen ja paikallisen vaihtelun selvittämiseksi. Mittaukset suoritettiin kammio- ja gradienttimenetelmillä ja yhdisteet analysoitiin massaspektrometreillä.

Mittaukset osoittivat, että boreaalinen metsänpohja tuottaa runsaasti erilaisia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka ovat peräisin sekä karikkeesta että maaperän aktiivisista komponenteista, kuten juuret ja mikrobit. Merkittävimmäksi lähteeksi osoittautui karike, jossa sekä maatuvilla kasvinosilla että hajottajilla on roolinsa kokonaispäästöissä. Boreaalisella vyöhykkeellä vuodenajoilla on suuri vaikutus ekosysteemien toimintaan, ja tämä havaittiin myös haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöissä, jotka olivat selvästi suurempia keväisin ja syksyisin. Yksittäisistä ympäristötekijöistä lämpötila ja kosteus vaikuttivat eniten VOC-päästöjen suuruuteen. Suuret paikalliset erot metsänpohjan sekä maaperän rakenteessa ja olosuhteissa näkyivät päästöjen voimakkaana vaihteluna mittauspisteiden välillä. Tutkimuksessa mitattiin myös merkittävimpien kasvihuonekaasujen (CO2, CH4 ja N2O) voita maaperästä, mutta vaikka nekin ovat riippuvaisia maaperän biologisesta aktiivisuudesta ja ympäristöoloista, ei yhteyttä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöihin havaittu.

Tämän tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että boreaalisen metsänpohjan osuus ekosysteemin VOC-kokonaispäästöistä vaihtelee muutamien prosenttien ja useiden kymmenien prosenttien välillä vuodenajasta riippuen. Tuloksia voidaan käyttää esimerkiksi ilmakemian malleissa, josta reaktiivisten orgaanisten yhdisteiden tuotto latvuston alla on aiemmin käytännössä kokonaan puuttunut.
URI: URN:ISBN:978-951-651-397-6
http://hdl.handle.net/10138/37593
Date: 2012-12-10
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
This item appears in the following Collection(s)

Show full item record

Search Helda


Advanced Search

Browse

My Account