Browsing by Subject "maahengitys"

Soil respiration is a process in which soil organic carbon is released in the atmosphere as carbon dioxide. In boreal forests, soil carbon storage is particularly high relative to the carbon storage of aboveground biomass. Due to the large size of the forest areas of the biome, boreal forests’ soil organic carbon storage is globally is significant. The cool climate drives the formation of soil carbon storage in boreal regions. With climate change, the growing conditions can become drier and warmer than they have been in the past, which can accelerate the carbon release from soil to the atmosphere, thereby further warming the climate. Soil respiration is divided into two distinct processes: heterotrophic respiration where carbon dioxide is released from decomposi-tion of dead organic matter, and autotrophic cellular respiration of plant roots and root associated fungi. Increase in heterotrophic respiration in relation to litter formation rate implies a decrease in the carbon stock of the soil, whereas increase in autotrophic respiration implies an acceleration in the activity of the photosynthesizing biomass and, at the same time, an increase in the amount of carbon stored in the root system. The effect of drought on the activity of both components has been studied extensive-ly, and it appears that autotrophic terrestrial respiration responds to drought more slowly and less strongly in the boreal forest ecosystem. Atmospheric carbon dioxide contains two stable carbon isotopes, carbon-12 and carbon-13, of which C3 plants prefer lighter carbon-12 in photosynthesis. The relationship between these carbon isotopes is expressed with δ13C-value, and the discrimina-tion of carbon-13 in photosynthesis reflected in the cellular respiration of the autotrophic organisms. As a result, the δ13C-value of autotrophic respiration has been found to be lower than the δ13C value of heterotrophic respiration, as carbon-13 is discriminated less in the heterotrophic respiration. However, it has been found that during a drought period there is less discrimination of car-bon-13 in plants’ carbon assimilation, as the photosynthesizing plant may not be as selective for the carbon as when it is not exposed to drought. Thus, there is a difference in the δ13C-value of the soil respiration components, but it becomes smaller as the components experience drought. The purpose of this study was to determine whether the respiration rate of the components vary in different ways as they experi-ence drought by examining whether autotrophic respiration decreases more slowly than heterotrophic. In addition, it was sought to determine whether the components could be distinguished by their δ13C-value, so the study examined the development of the components’ δ13C-valu during drought. The measurements were done in two different experiment sites. The first one was an artificial drought experiment with pine saplings (Pinus sylvestris) in a greenhouse, where carbon dioxide flux and its δ13C-flux was measured from pine roots and their soil by incubation method. Second one was in a Pirkanmaa pine forest where carbon dioxide flux and its δ13C-flux were measured with incubation method and chamber measuring method. After the sampling, the development of the phenomenon was examined together with moisture- and temperature conditions at the time of the measure-ment. In this study, soil respiration’s autotrophic component changed more slowly in relation to drought than the heterotrophic compo-nent. In addition, in the pine forest, the δ13C-value of autotrophic respiration was below the heterotrophic δ13C-value, as the theory suggests. However, there was no clear development in relation to drought with the components’ δ13C-value. In the green-house experiment, no clearly distinguishable development was observed between the development of the components, and the δ13C-value of soil respiration was rather similar between the components. In both experiment sites, there appeared to be sources of error as environmental conditions improved unexpectedly in both the greenhouse and in the forest. Furthermore, it can be stated that the less destructive chamber measuring protocol seems to produce more reliable data.

Katupuiden kasvualustan tiivistyminen, eli makrohuokosten tilavuuden pieneneminen, rajoittaa juurten kasvua, ja hidastaa kaasujen ja veden diffuusiota. Kasvualustojen lämpötilat saattavat nousta lämpösaareke-ilmiön seurauksena, kun kestopäällysteiset pinnat varastoivat lämpöä. Lämpötila sekä hapen ja veden saatavuus vaikuttavat maahengitykseen, jossa mikrobit vapauttavat hiilidioksidia ja mineraaliravinteita hajottamalla orgaanisia yhdisteitä. Rajoitettu kasvualustan tilavuus heikentää veden saatavuutta, jolloin seurauksena voi olla puun kuivuusstressi. Mineraaliravinteiden saatavuus ja kasvualustan vesipitoisuus vaikuttavat puun bruttoprimäärituotokseen ja versonkasvuun. Kantavia kasvualustoja on kehitetty ehkäisemään kasvualustan tiivistymistä. Kasvualustan kivimatriisi toimii kantavana rakenteena ja hienoaines pidättää vettä, mineraaliravinteita ja orgaanista ainesta sekä toimii hienojuurten kasvualustana. Tutkimuksessa verrattiin pilaritervalepän ja puistolehmuksen versonkasvua Helsingin Viikissä vuosina 2003–2011. Pilaritervaleppä kasvoi Norkkokujalla ja puistolehmus Pasteurinkadulla. Molemmille kaduille rakennettiin kolme erilaista kantaa kasvualustaa, jotka erosivat toisistaan hienoaineksen tilavuuden, kuiva-irtotiheyden ja koostumuksen suhteen. Hienoaineksen vesipitoisuus oli korkeampi Pasteurinkadulla kuin Norkkokujalla. Tutkimuksessa tarkasteltiin ravinteiden vapautumista maaperän ravinneanalyysillä ja mitattiin orgaanisen aineksen määrän muutoksia ja hajotusnopeutta sekä hajotusnopeuden riippuvuutta lämpötilasta, hienoaineksen vesipitoisuudesta ja orgaanisen aineksen määrästä laboratorioinkuboinnilla. Lisäksi tutkittiin, kuinka paljon kasvualustoista vapautui vuosittain hiiltä ilmakehään orgaanisten yhdisteiden hajoamisprosessissa. Suurempi orgaanisen aineksen saatavuus lisäsi ravinteiden vapautumista. Orgaanisen aineen määrällä ja hajotusnopeudella oli selkeä positiivinen riippuvuus. Lämpötila selitti 81–100 % ja hienoaineksen vesipitoisuus 15–45 % hajotusnopeuden vaihtelusta inkubaatiokokeessa, eli korkeampi lämpötila ja vesipitoisuus lisäsivät hajotusnopeutta. Kasvualustan hienoaineksesta vapautui hiiltä maahengityksessä 1,8–6,4 kg v-1 Norkkokujalla ja 13,9–87,6 kg v-1 Pasteurinkadulla. Vapautuneen hiilen osuus oli 0,8–2,6 % v-1 maan hiilivarastosta Norkkokujalla ja 2,9–6,7 % v-1 Pasteurinkadulla. Vapautunut hiilivuo oli kasvualustan tilavuuteen (15 m3 ja 45 m3) ja hiilivarastoon nähden suurempi Pasteurinkadulla kuin Norkkokujalla, joten kasvualustan suurempi hienoaineksen vesipitoisuus lisäsi maahengitysaktiivisuutta. Maahengityksessä vapautunut hiilidioksidivuo oli 1,2–225,3 ?g g-1 vrk-1, ja vuo oli suurin kasvualustassa kaksi. Kasvualustan hienoaines sisälsi jätevesilietekompostia, männyn kuorta ja saraturvetta, ja siinä oli eniten hajoavaa orgaanista ainesta. Hienoaineksen monipuolinen koostumus ja orgaanisen aineksen hajoamisaktiivisuus ylläpitivät ravinteiden saatavuutta sekä pilaritervalepän ja puistolehmuksen versonkasvua korkeimmalla tasolla kasvualustassa kaksi. Kasvualustojen väliset erot tulivat esiin pidemmällä aikavälillä. Kasvualustan lämpösummalla tai hienoaineksen vesipitoisuudella ei ollut merkitsevää vaikutusta versonkasvuun.

Lähivuosina turvetuotannosta vapautuu suuria määriä suonpohjia jälkikäyttöön. Suomessa metsittäminen on ollut yleisin suonpohjan jälkikäyttömuoto, mutta metsittämisen ilmastovaikutuksia tutkittu vain vähän. LULUCF-sektorilla pyritään lisää-mään hiilinieluja ja hiilen varastoja muun muassa metsittämällä joutoalueita, kuten suonpohjia, kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tutkia ja tuottaa tietoa metsittämisen vaikutuksesta suonpohjan maa-hengitykseen, eli hiilidioksidivuohon maasta ilmaan, sekä metaanivuohon. Metsittämisen vaikutusta tutkittiin viidellä eri suonpohjalla Pirkanmaan ja Etelä-Pohjanmaan alueella. Yhteensä 14 koealalla mitattiin CO2- ja CH4-voiden lisäksi pohjavedenpinnan tasoa (WT) sekä maan lämpötilaa 5 cm:n (T5) ja 30 cm:n (T30) syvyyk-siltä kesällä ja syksyllä 2021. Kasvihuonekaasumittaukset tehtiin kammiomittausmenetelmällä kasvillisilta (Rtot) ja kasvittomil-ta (Rhet) mittauspisteiltä. Kokonaismaahengitystä mitattiin kasvillisilta pisteiltä ja heterotrofista hengitystä mitattiin kasvittomilta pisteiltä, joista oli katkottu juuriyhteydet sekä poistettu maanpäällinen kasvillisuus. Lisäksi koealoilta selvitettiin puuston ikä sekä turvekerroksen paksuus. Puuston iän sekä turvekerroksen paksuuden vaihtelu oli melko hyvin edustettuna valituilla koealoilla (0-57 v. ja 10-100+ cm). Kokonaismaahengityksen hetkelliset vuot vaihtelivat -39–1662 mg m-2 h-1 välillä ja koealakohtaiset keskiarvot olivat 58–694 mg m-2 h-1. Heterotrofisen hengityksen hetkelliset vuot vaihtelivat -39–836 mg m-2 h-1 välillä ja koealakohtaiset keskiarvot olivat 58–366 mg m-2 h-1. Maahengityksen määrä oli samankaltainen kuin aiemmissa suonpohjilta tehdyissä tutkimuksissa. Metsä-ojitettuihin soihin verrattuna suonpohjien maahengitys oli hieman pienempää. Maan lämpötilat vaihtelivat mittausjakson aikana 0–25 ˚C:n välillä. Maan lämpötila vaikutti sekä kokonaismaahengitykseen että heterotrofiseen hengitykseen. Maan lämmetessä maahengityksen määrä kasvoi, mutta tietyn rajan jälkeen maahengitys väheni huomattavasti. Puuston ikä selitti parhaiten sekä kokonaismaahengitystä että heterotrofista hengitystä usean selittäjän regressiomallilla. Myös turpeen paksuus vaikutti maahengitykseen. Pohjavedenpinnan tasolla (WT) ei puolestaan ollut mallin mukaan vaiku-tusta suonpohjan maahengitykseen. Puuston ikä korreloi positiivisesti maahengityksen kanssa eli puuston ollessa iäkkääm-pää maahengitys oli suurempaa. Turpeen paksuus korreloi negatiivisesti eli paksuturpeisilla koealoilla maahengitys oli pie-nempää. Kasvillisilta (Rtot) pisteiltä mitatut metaanin hetkelliset vuot vaihtelivat -0,148–1,206 mg m-2 h-1 välillä ja koealakohtaiset kes-kiarvot olivat -0,056–0,111 mg m-2 h-1. Kasvittomilta (Rhet) pisteiltä mitatut metaanin hetkelliset vuot vaihtelivat -0,077–0,111 mg m-2 h-1 ja koealakohtaiset keskiarvot olivat -0,34–0,111 mg m-2 h-1. Metsittämättömällä suonpohjalla avonaiset ojat aiheutti-vat metaanipäästöjä. Ojien kasvihuonekaasupäästöjä mitattiin vain tällä yhdellä suonpohjalla. Puuston ikä ja turvekerroksen paksuus selittivät parhaiten myös suonpohjan metaanivuota usean selittäjän regressiomallilla. Pohjavedenpinnan tasolla (WT) ei ollut vaikutusta metaanivuohon. Metsittämättömät koealat toimivat metaanin lähteinä ja koealat, joilla oli varttunutta puustoa toimivat pääosin metaanin nieluina. Tämän tutkimuksen perusteella suonpohjan metsittäminen kasvattaa suonpohjan maahengitystä ja vähentää metaanipäästö-jä. Metsittämisen kannattavuutta jälkikäyttömuotona ilmaston kannalta ei kuitenkaan voi päätellä näiden tulosten pohjalta. Lisää ekosysteemitason tutkimusta tarvitaan ilmastovaikutusten tarkempaa arviointia varten.