2026-09-18T20:18:56Zhttps://helda.helsinki.fi/server/oai/request

oai:helda.helsinki.fi:10138/6258632026-04-23T07:23:03Zcom_10138_18060com_10138_17738col_10138_18069

Triches, Nathalie Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry Max Planck Institute for Biogeochemistry Christof, Ammann Vesala, Timo Göckede, Mathias 2026-01-09T12:47:10Z 2026-01-09T12:47:10Z 2026-01-29 978-951-651-856-8 http://hdl.handle.net/10138/625863 URN:ISBN:978-951-651-856-8 Nitrous oxide (N₂O) is the third most important anthropogenic greenhouse gas, with atmospheric concentrations increasing from 273 to 336 ppb since 1800, primarily due to the use of agricultural fertilisers. While N₂O fluxes from managed agricultural soils are well studied, recent research has increasingly focused on nutrient-rich Arctic soils. However, most Arctic soils are nutrient-poor, and the mechanisms controlling their typically low N₂O fluxes remain poorly understood. This thesis advances understanding of low N₂O fluxes in a nutrient-poor, highly heterogeneous Arctic peatland based on three years of repeated manual chamber measurements conducted throughout the snow-free season. A major challenge in quantifying low N₂O fluxes is methodological sensitivity. The performance of a novel portable gas analyser (Aeris MIRA Ultra N₂O/CO₂) was evaluated under both laboratory and field conditions, confirming its suitability for manual chamber measurements in Arctic environments. Practical guidelines were developed for instrument configuration, chamber closure duration, and the critical importance of measuring N₂O fluxes under both light conditions using transparent chambers and dark conditions using opaque chambers. The results show that the nutrient-poor peatland functions as a continuous, non-negligible but small sink for N₂O during the snow-free season, providing the first in situ evidence of sustained N₂O uptake in Arctic peatlands. In addition, a localised N₂O hot spot was identified, demonstrating that a single site can shift the ecosystem from a net sink to a net source of N₂O. Random forest modelling identified photosynthetically active radiation (PAR) and net ecosystem exchange as the dominant drivers of low N₂O fluxes, with consistent differences between light and dark conditions (Wilcoxon rank-sum test statistic = 0.37, p < 0.001). This work provides robust methodological guidance, reveals a persistent N₂O sink alongside unexpected emission hot spots, and identifies key environmental drivers of low N₂O fluxes. The findings highlight the necessity of repeated paired light–dark measurements and sufficient spatial replication to detect hot spots in heterogeneous Arctic ecosystems. These results are relevant to Arctic and other nutrient-poor ecosystems worldwide. Typpioksiduuli (N₂O) on kolmanneksi merkittävin ihmisperäinen kasvihuonekaasu ja sen pitoisuus ilmakehässä on kasvanut arvosta 273 ppb arvoon 336 ppb vuodesta 1800 lähtien pääasiassa maataloudessa käytettyjen lannoitteiden seurauksena. Viljeltyjen maatalousmaiden N₂O-päästöt on laajasti tutkitut ja siten viimeaikainen tutkimus on kohdistunut yhä enemmän ravinnerikkaisiin arktisiin maaperiin. Valtaosa arktisista maaperistä on kuitenkin ravinneköyhiä ja niiden tyypillisesti alhaisia N₂O-voita säätelevät mekanismit tunnetaan edelleen puutteellisesti. Tämä väitöskirja syventää ymmärrystä pienistä N₂O-voista ravinneköyhässä ja erittäin heterogeenisessä arktisessa turvemaassa perustuen kolmen vuoden ajan tehtyihin toistettuihin manuaalisiin kammomittauksiin sulan maan aikana. Alhaisten N₂O-voiden määrittämistä rajoittaa erityisesti mittausmenetelmien herkkyys. Tutkimuksessa arvioitiin uuden kannettavan kaasuanalysaattorin (Aeris MIRA Ultra N₂O/CO₂) suorituskykyä laboratorio- ja kenttäolosuhteissa ja sen todettiin soveltuvan manuaalisiin kammomittauksiin arktisissa olosuhteissa. Lisäksi luotiin käytännön ohjeistus laitteen asetuksille ja kammiosulkeumien kestolle huomioiden tärkeyden mitata sekä valossa läpinäkyvillä että pimeässä läpinäkymättömillä kammioilla. Tulokset osoittavat, että ravinneköyhä turvemaa toimii sulan maan aikana jatkuvana ja merkittävänä vaikkakin määrältään pienenä N₂O-nieluna. Tämä on ensimmäinen in situ -havainto pysyvästä N₂O-sidonnasta arktisissa turvemaissa. Lisäksi tunnistettiin paikallinen suuripäästöinen kohta, mikä osoittaa, että yksittäinen mittauspaikka voi muuttaa koko ekosysteemin N₂O-taseen nielusta lähteeksi. Koneoppimismallit (random forest) osoittivat fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn (PAR) ja ekosysteemin hiilidioksidin nettovaihdon keskeisiksi pieniä N₂O-voita sääteleviksi tekijöiksi. N2O-vaihdossa havaittiin systemaattisia eroja valoisan ja pimeän tilanteen välillä (Wilcoxonin testisuure = 0,37, p < 0,001). Tutkimus tarjoaa vankan metodologisen perustan, jonka avulla pystytään löytämään N₂O-nielun perustaso ja odottamattomia suuripäästöisiä kohtia sekä tunnistamaan keskeiset pieniä N₂O-voita säätelevät ympäristötekijät. Tulokset korostavat sekä toistettujen, parittain tehtyjen valo– ja pimeämittausten että riittävän alueellisen toiston merkitystä suuripäästöisten kohtien havaitsemiseksi vaihtelevissa arktisissa ekosysteemeissä. Havainnot ovat merkittäviä arktisten alueiden lisäksi myös muille ravinneköyhille ekosysteemeille maailmanlaajuisesti. unknown accessibility ei tietoa saavutettavuudesta okänd tillgänglighet application/pdf fulltext eng Helsingin yliopisto Helsingfors universitet University of Helsinki Dissertationes Forestales 978-951-651-857-5 383 Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. arctic Biogeochemistry Doctoral Programme in Atmospheric Sciences Ilmakehätieteiden tohtoriohjelma Doktorandprogrammet i atmosfärvetenskap 1172 Ympäristötiede 1172 Miljövetenskap 1172 Environmental sciences Revealing drivers of nitrous oxide (N2O) fluxes in a thawing sub-Arctic permafrost peatland Artikkeliväitöskirja Doctoral dissertation (article-based) Artikelavhandling G5 Artikkeliväitöskirja doctoralThesis open.access