Browsing by Subject "metaani"

Methane is an important greenhouse gas in the global atmosphere and its concentration has more than doubled compared to preindustrial times. Fresh water lakes and streams are substantial sources of methane. However, the estimations of their role in the global methane budget vary significantly and not until the 21st century has the understanding of their role as substantial methane sources increased. In the boreal zone, lakes produce as much as 30 % of the methane emissions. In this study, we examine spatial and temporal changes in methane fluxes from northern boreal lake Pallasjärvi and from a small stream located in its catchment area between June and November of 2020. We also examine the factors that explain the spatial and temporal changes in the methane fluxes, both lake and stream. Lake and stream methane fluxes were measured every other week between June and August, once a week in September, and once in the beginning of November using the chamber method. During the chamber measurements we also measured water surface temperature. Furthermore, at the stream sites we measured the water flow rate. At the lake measurement points we measured the water depth in November, which we calibrated to apply to the entire measurement period using water pressure logger. In March 2021, we measured the depth of the sediment layer at the lake sites. We also used CORINE-landcover data to model stream methane fluxes and for the lake, we used Finnish Meteorological Institute’s wind speed and direction dataset. We used these variables in order to explain the spatial and temporal variation of the lake and the stream methane fluxes using correlation analysis and linear mixed models. In this study, we find that water surface temperature, water depth, and wind were significant variables in explaining the lake methane fluxes. Respectively, landcover and surface water temperature explained the stream methane flux. From a temporal perspective, the strongest fluxes were measured between June and July at the lake sites and August and the beginning of September at the stream sites. Methane fluxes were divided spatially in two different groups at both lake and stream sites. At the lake sites, the strongest fluxes were measured in the shallow Pallaslompolo area and the weakest at the larger and deeper main basin of the lake. At the stream sites, the fluxes were also divided in two groups, the upstream’s weak fluxes and the downstream’s strong fluxes. According to the results, the temporal change of flux in the lake area is controlled by the changes in the factors underlying the methane production, and the differences in the lake basin depth control the spatial change of flux. The temporal change of stream methane flux depends on the changes in the methane production in the stream and its catchment area, while the spatial change depends on the changes in the landcover along the stream. However, more research and data are needed about the lake sediment layer temperature and oxygen levels, the water methane concentration, and stream catchments with different landcovers, which all impact the methane fluxes.

Metaani (CH4) on voimakas kasvihuonekaasu. Luonnontilaiset suot ovat yksi suurimmista metaanin lähteistä. Metaania syntyy suon hapettomassa kerroksessa metonogeenisten arkkien hajottaessa orgaanista ainesta. Metaani vapautuu ilmakehään diffuntoitumalla, kuplimalla tai kulkeutumalla kasvien aerenkymaattisten solukoiden kautta. Kasveista erityisesti sarojen läpi voi kulkeutua runsaasti metaania ilmakehään. Minerotrofisten saravaltaisten soiden metaanipäästöjen on havaittu, muista soista poiketen, kasvavan siirryttäessä pohjoisemmille leveysasteille. Tähän on esitetty yhdeksi syyksi maankäyttöä, jossa poronhoidolla on suuri merkitys. Pohjois-Suomessa poroja elää noin 200 000 yksilöä. Suot ovat poroille tärkeä elinympäristö erityisesti kesäaikaan, sillä rehevillä sarasoilla on niille riittävästi ravintoa ja avosuot tuovat puolestaan suojaa verta imeviltä hyönteisiltä. Porojen laidunnuksen vaikutusta soiden kasvihuonekaasutaseisiin on kuitenkin tutkittu varsin vähän. Vaikutuksen voidaan nähdä tulevan ainakin kahta kautta: toisaalta porot syövät suokasveja ja vaikuttavat tätä kautta hiilenkiertoon sekä toisaalta ulostavat papanoita ja tallovat niitä suohon muuttaen mahdollisesti näin turpeen mikrobikoostumusta. Tämän pro gradu -työn tavoitteena oli selvittää, miten porolaidunnus vaikuttaa soiden metaanipäästöihin ja lisäävätkö poron papanat suon metaanivuota joko jäädessään suon pinnalle tai tallautuessaan pinnan alapuolisiin kerroksiin. Työn aineisto kerättiin touko-elokuussa Halssiaavalta ja Lompolojänkkältä. Laidunnuksen vaikutuksia tutkittiin laidunnetuilla ja laiduntamattomilla koealoilla. Koealojen alakäsittelyinä toimivat metaaninmittauspisteiden erilaiset papanakäsittelyt. Halssiaavalla osalla alakäsittelyistä käytettiin eri tasoina suon pinnanmuotojen (välipinta / jänne) vaihtelua. Mittauspisteitä perustettiin yhteensä 45 kappaletta kolmen toiston sarjoina. Mittauspisteiltä mitattiin metaanin lisäksi myös vedenpinnan taso, turpeen lämpötila sekä määritettiin putkilokasvien lehtiala. Laidunnuksella ei havaittu olevan tilastollisesti merkitsevää vaikutusta metaanivoihin kummallakaan koealueella. Myöskään pinnalle laitettujen papanoiden ei havaittu vaikuttavan metaanivuohon. Tallonta pienensi metaanivuota Halssiaavan laiduntamattomalla koealalla. Tallonta nosti metaanivuon lyhyeksi hetkeksi erittäin suureksi, mutta kokonaisuudessaan tallonnan jälkeen vuot hieman pienenivät pidemmällä tarkastelujaksolla. Tässä tutkimuksessa laidunnus ei näyttänyt lisäävän soiden metaanipäästöjä. Tutkituilla soilla laidunnus ei näkynyt lehtialoissa ja koska papanalisäykselläkään ei havaittu olevan vaikutusta metaanintuotantoon, on loogista, että metaanipäästöt eivät eronneet laiduntamattomien ja laidunnettujen koealojen välillä. Suon pinnalle jäävät papanat eivät myöskään lisänneet metaanivuota. Mahdollinen papanoiden lannoitusvaikutus voi jäädä lyhyessä ajassa näkymättä. Toisaalta pinnalle jäävät papanat voivat muodostaa kasveille fyysisen esteen. Tällöin kasvien pienentynyt hiiliyhdisteiden syöte maaperään voi vähentää metaanipäästöjä, vaikka papanoilla olisikin lannoittava vaikutus. Tallontakäsittelyssä metaanivoiden puolestaan havaittiin pienenevän lehtialan pienentyessä. Tallonta turmelee kasveja, jolloin pienentynyt hiiliyhdisteiden syöte maaperään voi selittää metaanipäästöjen pienentymistä. Papanoiden mukana suolle voi tulla myös lisää mikrobeja. On kuitenkin mahdollista, että pötsin mikrobit eivät selviydy toimintakykyisinä, minkä vuoksi päästöt eivät lisääntyneet. Tutkimuksessa havaittiin, että porojen laidunnuksella ei näyttäisi olevan merkittävää vaikutusta pohjoisten soiden metaanipäästöihin. Myöskään poron papanat eivät sellaisenaan merkitsevästi lisänneet päästöjä, ainakaan lyhyellä aikavälillä. Tallontakäsittelyssä havaittiin, että päästöt voivat jopa pienentyä. On mahdollista, että vaikka papanoita tulee soille jatkuvasti lisää, eivät soiden metaanipäästöt kuitenkaan kasva.

Suot ovat maapallolla sekä merkittäviä hiilivarastoja että suurimpia luontaisia metaanin lähteitä. Metaani on toiseksi merkittävin kasvihuonekaasu hiilidioksidin jälkeen ja voimakkuudeltaan moninkertainen hiilidioksidiin nähden. Koska suot tuottavat paljon metaania, on tärkeä selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat soiden metaanintuotantoon ja sen suuruuteen. Subarktisen ilmastovyöhyk-keen minerotrofisten sarasoiden on todettu tuottavan suhteessa enemmän metaanipäästöjä verrattuna muiden ilmastovyöhykkei-den vastaaviin soihin, vaikka yleensä korkeampien leveyspiirien suot tuottavat vähemmän metaania matalampien leveyspiirien soihin nähden. Porojen laidunnuksen on pohdittu vaikuttavan subarktisten minerotrofisten sarasoiden suuriin metaanipäästöihin. Minerotrofiset sarasuot ovat tärkeitä laidunnusalueita poroille pohjoisessa Fennoskandiassa erityisesti kesäaikaan. Laiduntavat herbovorit muokkaavat ekosysteemiään monilla tavoilla sekä suoraan että epäsuorasti. Laidunnuksen on todettu eri arktisilla ja subarktisilla ekosysteemeillä suosivan muun muassa sarakasvien kasvua ja lisäävän maaperän mikrobistoa ja sen aktiivisuutta ulosteiden ravinnelisäyksen ansiosta. Lisäksi porot märehtijöinä voivat muokata metaanintuotantoa suoekosysteemissä, jos pöt-sin metanogeenisiä mikrobeja kulkeutuu papanoiden mukana suohon. Tässä pro gradu -tutkielmassa selvitetään, miten poron papanoiden lisääminen suolle vaikuttaa suon metaanipäästöihin ja kasvilli-suuteen. Työssä halutaan selvittää, millaisia vaikutuksia papanalisäyksellä on suon kasvien kasvuun, kasvilajisuhteisiin ja niiden kautta metaanipäästöihin. Uskotaan, että poron papanat lisäävät suolla sarakasvien runsautta, jotka kuljettavat solukoissaan metaania ja näin lisäävät suon metaanipäästöjä. Papanoiden aiheuttaman ravinnelisäyksen epäillään muuttavan kasvilajisuhteita siten, että enemmän ravinteita vaativat lajit lisääntyvät. Papanalisäyksen uskotaan lisäävän suon metaanipäästöjä myös aktivoi-malla suon metanogeenisten mikrobien toimintaa. Papanalisäyksen vaikutus kasvillisuuteen ja metaanipäästöihin oli hyvin vähäi-nen ensimmäisen kasvukauden aikana (Salovaara 2020). Tässä pro gradu -työssä seurataan papanalisäyksen vaikutusta pidem-mällä aikavälillä, sillä muutokset kasvillisuudessa voivat olla hitaita ja vaikutukset metaanipäästöihin kehittyä vasta myöhemmässä vaiheessa. Lisäksi tutkimuksessa selvitetään, miten pelkkä turve ilman kasvillisuuden vaikutusta reagoi papanalisäykseen maasto-olosuhteissa. Aineiston keruu tähän tutkielmaan tapahtui 1.6.-31.8.2020 Pohjois-Suomessa. Tutkimuskohteina oli kaksi minerotrofista sarasuota Lapissa. Ensimmäinen suo oli Lomponlonjänkkä Pallasjärvellä Muoniossa ja toinen Halssiaapa Sodankylässä. Lompolonjänkällä oli 27 mittauspistettä ja Halssiaavalla 18. Mittauspisteiltä mitattiin 1-2 viikon välein metaanipäästöt, lehtiala, pohjavedenpinta ja turpeen lämpötila. Lompolonjänkän mittauspisteistä kuusi oli sellaista, joista kaikki pintakasvillisuus poistettiin, jotta papanali-säyksen vaikutusta turpeessa voisi seurata. Lisäksi suolla tehtiin inkubointikoe, jonka tarkoituksena oli selvittää, miten poron papanat hajoavat turpeessa. Tulosten perusteella poron papanat lisäsivät metaanivuota Halssiaavan jänteillä ja välipinnoilla, kun ne lisäämisen jälkeen survottiin suohon. Lompolonjänkällä metaanivuo oli pienempi mittauspisteillä, joille oli lisätty papanoita. Uusilla kasvittomilla ja kasvillisilla mittauspisteillä ei havaittu muutoksia metaanivuossa. Kasvillisuuden lehtialassa ei huomattu vaihtelua laidunnuksen tai papanali-säyksen takia Lompolonjänkällä. Halssiaavan jänteillä laidunnus ja papanalisäykset näyttivät pienentävän lehtialaa. Myös välipin-noilla laidunnus pienensi lehtialaa. Uppolisäyspisteillä lehtiala pieneni, mutta biomassa antoi tästä päinvastaisen tuloksen. Papa-noiden hajoaminen turpeessa oli nopeampaa lähempänä pintaa. Kolmen kuukauden aikana pintapapanoiden kuivamassa pieneni puoleen ja pohjapapanoiden kahteen kolmannekseen. Papanoiden vaikutus metaanivuohon näyttäisi ilmenevän vasta seuraavana kasvukautena. Lompolonjänkällä papanoiden ravinneli-säys paransi ruohojen kasvuolosuhteita, mikä runsastutti niiden määrää suhteessa saroihin. Tämä vaikutti metaanivuohon laske-vasti. Halssiaavan välipinnalla ruohoja ei esiintynyt mittauspisteillä lainkaan, minkä takia papanalisäys näytti vaikuttavan positiivi-sesti saramaisten kasvien kasvuun uppolisäysaloilla ja näin ollen kohotti metaanivuota. Jänteillä pintalisäyspisteiden lehtiala oli kontrollia pienempi, mutta metaanivuo selkeästi suurempi. Jännepinnoilla lehtiala ei näyttäisi korreloivan samalla tavalla metaa-nivuon kanssa kuin välipinnoilla.

Kaakkois-Aasiassa sijaitsee yli puolet maailman trooppisista soista, joiden kokonaispinta-ala on 0,44 milj. km-2. Viime vuosikymmeninä luonnontilaisten trooppisten suosademetsien muuttaminen muuhun käyttöön on kasvanut huomattavasti: Kaakkois-Aasian trooppisten soiden alkuperäisestä pinta-alasta noin 60 % on kuivatettu ja vain noin 10 % on enää luonnontilassa. Maankäyttömuutos Kaakkois-Aasian trooppisilla soilla on merkittävä kasvihuonekaasupäästöjen lähde ja on arvioitu että vuosittain kuivatetuilta soilta vapautuu 600 – 700 Mt hiilidioksidia turpeen hajoamisesta. Huolimatta maankäyttömuutosten laajuudesta trooppisia soita ja niillä tapahtuvia prosesseja on tutkittu varsin vähän verrattuna muiden ilmastovyöhykkeiden soihin. Kasvihuonekaasupäästöjen tutkimus on tähän asti pääasiallisesti ollut selvittää pistemäisillä mittauksilla maankäyttömuodon ja päästöjen välistä yhteyttä. Lukuun ottamatta vedenpinnan syvyyden ja kasvihuonekaasujen yhteyden tarkastelua, tutkimuksissa ei ole juuri paneuduttu muiden ympäristötekijöiden tai turpeen ominaisuuksien vaikutuksiin turpeen hajotusnopeuteen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää maankäyttömuutoksen aiheuttaman turpeen lämpötilan nousun vaikutusta turpeen hajotuksesta johtuviin hiilidioksidi-, metaani- ja typpioksiduulivoihin kuivatetuilla turvemailla. Maankäyttömuutosta simuloitiin kahdella eri maankäyttöhistorian omaavalla turvemaalla, maatalousmaalla sekä useasti palaneella avoturvemaalla, keinotekoisella varjostuksella, jonka avulla turpeeseen muodostui lämpötilaeroja. Lisäksi tutkittiin onko lannoituksella vaikutusta turpeen hajotuksen ja hajotuksen lämpötilavasteeseen, sillä ravinnelöyhät turvemaat vaativat lannoitusta satojen tuottamiseksi. Hiilidioksidivuo määritettiin kahdella menetelmällä: infrapunaspektrometrisellä sekä kaasukromatografisella menetelmällä. Metaani ja typpioksiduulivuot määritettiin kaasukromatografisesti. Turpeen lämpötilaa mitattiin useilta syvyyksiltä automaattisilla lämpötila-antureilla tunnin välein ja käsikäyttöisillä lämpömittareilla kaasumittausten yhteydestä. Lisäksi kaasumittausten yhteydessä mitattiin vedenpinnan taso sekä otettiin turvenäytteet josta määritettiin turpeen vesipitoisuus, pH ja tiheys. Lämpötilalla havaittiin olevan merkittävä vaikutus hiilidioksidivoihin maatalousmaalla, jossa turpeen pintalämpötilan 10 °C nousun havaittiin pitkän aikavälin hiilidioksidivoiden keskiarvoilla kaksinkertaistavan hajotuksen. Lannoitus lisäsi keskimääräisiä hiilidioksidipäästöjä maatalousmaalla noin 40 %:lla, mutta vähensi niitä palaneella avoturvemaalla. Lannoituksen havaittiin lisäävän lämpötilan vaikutusta hajotukseen huomattavasti maatalousmaalla; hiilidioksidivuot hajotuksesta kymmenkertaistuivat koealan lannoitetussa lohkossa turpeen lämpötilan kasvaessa 10 °C:lla. Palaneella turvemaalla hiilidioksidivuon lämpötilavastetta ei havaittu. Metaanilla ja typpioksiduulilla lämpötilavastetta ei havaittu, vaan vedenpinnan taso vaikutti olevan lämpötilaa huomattavasti merkittävämpi kaasuvoiden suuruutta säätelevä tekijä. Lannoitus lisäsi typpioksiduulipäästöjä merkittävästi maatalousmaalla, mutta ei palaneella avoturvemaalla. Lannoituksella ei ollut vaikutusta metaanipäästöjen suuruuteen. Erojen hajotuksesta johtuvien hiilidioksidipäästöjen lämpötilavasteessa koealojen välillä oletetaan johtuvan erilaisesta maankäyttöhistoriasta. Maatalousmaalla turvetta on lannoitettu pitkä aika kun palanutta avoturvemaata ei ole lannoitettu koskaan. Lannoitus on saattanut muuttaa maatalousmaan maaperän mikrobistoa niin, että se pystyy hajottamaan pitkälle hajonnutta, hyvin ligniinipitoista, turvetta tehokkaammin sekä hyödyntämään lisätyt mineraaliravinteet hajotustoiminnassa. Turpeesta mitatut ympäristötekijät (pH, tiheys, vesi- ja ravinnepitoisuus) eikä turpeen aiemmin mitattu kemiallinen koostumus selittänyt eroa lämpötilavasteessa koealojen välillä. Jos hiilidioksidin lämpötilavaste pitkällä aikavälillä on havaittua suuruusluokkaa, lämpötila saattaa olla merkittävä turpeen hajotukseen vaikuttava tekijä ainakin pitkään lannoitetuilla turvemailla. Lisätutkimusta hajottajaeliöstön mahdollisista eroista ja pidempi aikaisia mittauksia lämpötilan vaikutuksesta hajotukseen kuitenkin tarvitaan erilaisilta maankäyttömuodoilta ja kuivatussyvyyksiltä lämpötilavasteen selvittämiseksi tarkemmin.