Metaanin vaihtoon vaikuttavat ympäristötekijät eri kasvillisuustyypeissä pohjoisboreaalisella valuma-alueella
Title: | Metaanin vaihtoon vaikuttavat ympäristötekijät eri kasvillisuustyypeissä pohjoisboreaalisella valuma-alueella |
Author(s): | Lindholm, Viivi |
Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
Degree program: | Master 's Programme in Integrative Plant Sciences |
Specialisation: | no specialization |
Language: | Finnish |
Acceptance year: | 2022 |
Abstract: |
Kasvillisuuden ja kasvien toiminnallisten ryhmien tarkastelu on olennainen osa metaanivoiden mallinnusta ja siihen liittyvien prosessien arviointia, koska kasvillisuus ilmentää paikallisia metanogeneesiin ja metaanin hapetukseen vaikuttavia abioottisia ympäristöoloja, sekä itsessään vaikuttaa metaanivoihin joko suoraan tuottamalla metaania tai epäsuorasti kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksiensa kautta metanogeenien toimintaan.
Tutkimuksessani tarkastellaan erilaisten kasvillisuustyyppien metaanivoita kasvukauden aikana Muonion Pallaksella pohjoisboreaalisella valuma-alueella. Tutkimus keskittyy määrittelemään toiminnallisten kasviryhmien, biomassan ja yhteyttävän lehtipinta-alan sekä erilaisten abioottisten ympäristötekijöiden rooleja eri kasvillisuustyyppien metaanivoissa.
Metaanivoita mitattiin kammiomittausmenetelmällä 23 pisteestä kesäkuun alusta elokuun puoliväliin kahden viikon välein. Samoista pisteistä kerättiin kasvillisuuteen ja muihin ympäristötekijöihin liittyvää aineistoa. Aineisto jaoteltiin kasvillisuustyyppeihin ordinaatioanalyysin avulla, minkä jälkeen metaanivoiden ja ympäristötekijöiden suhdetta näissä tyypeissä mallinnettiin lineaarisen sekamuuttujamallin (LMER) ja yleistetyn additiivisen mallin (GAM) avulla.
Karkeassa jaotteluanalyysissä kasvillisuustyyppejä määritettiin neljä, jotka olivat kuivimmasta kosteimpaan kangas, korpi, räme ja neva. Märimmällä kasvillisuustyypillä havaittiin korkeimmat metaaniemissiot (ka 5959 µg/m²/h) ja suurin voiden vaihtelu (s 5285 µg/m²/h). Suomaiset kasvillisuustyypit toimivat metaanin lähteinä ja vaikutus voimistui kohti kasvukauden kliimaksia. Kuivin kasvillisuustyyppi toimi nettona metaanin nieluna, vaihtelu oli pientä (s 117 µg/m²/h) ja vuot hyvin vähäisiä (ka -107 µg/m²/h) edellisiin verrattuna.
Abioottisten tekijöiden rooli metaanivoiden määrittäjänä oli suurin kuivemmissa kasvillisuustyypeissä. Toiminnallisia ryhmiä korostuneempi metaanivoiden bioottinen säätelijä oli kasvillisuuden kokonaisbiomassa. Abioottisten tekijöiden suhteellinen rooli pieneni ja toiminnallisten kasviryhmien rooli kasvoi märemmissä kasvillisuustyypeissä. Toiminnallisista ryhmistä sara- ja heinäkasvit olivat etenkin märemmissä kasvillisuustyypeissä yhteydessä korkeampiin metaaniemissioihin. Metsäsammalet ja erilaiset varvut olivat yhteydessä mataliin päästöihin tai metaanin sidontaan. Muiden toiminnallisten ryhmien vaikutus metaanivoihin vaihteli enemmän eikä niistä voitu tehdä yhtenäisiä johtopäätöksiä.
Tutkimuksen perusteella mikään ympäristömuuttuja ei yksin selitä metaanivoita kovin hyvin, vaan metaanitase on usean tekijän yhteinen summa sekä koko aineistoa että sen osia tarkasteltaessa. Kunkin toiminnallisen ryhmän rooli metaanivoiden muodostumisessa oli hyvin riippuvainen ympäröivästä laajemmasta kasvillisuustyypistä ja lajistosta. Tutkimusta erilaisten ympäristötekijöiden ja kasvillisuustyyppien yhteisvaikutuksesta metaanivoihin on jatkettava ja tarkennettava, jotta voidaan tuottaa riittävän tarkkoja arvioita laajojen alueiden metaanitaseista ja saavuttaa riittävä ymmärrys ympäristön- ja ilmastonmuutoksen mekanismeista.
Environmental factors are important tools in constructing methane flux models and estimations. Among the abiotic factors, plants and their functional groups have been noted to have significant effect on methane fluxes for three reasons. First, the vegetation community compositions express their abiotic environmental factors that affect not only the plants, but also local methanogen and methanotroph communities. Second, the vegetation itself might produce methane emissions and have a direct effect on methane balance. Third, the plant functional groups and species have differences in their chemical and physical properties that support different methanogen communities and therefore have an indirect impact on methane fluxes.
In this study, methane fluxes of different plant communities were observed during one growing season in northern boreal catchment area in Muonio. Study focuses to determine the link between methane fluxes and abiotic and biotic environmental factors in different vegetation types.
Closed chamber technique was used to measure methane and carbon dioxide fluxes from 23 plots every two weeks in period of June-August. Environmental data, such as moisture, temperature species composition etc. were collected from the plots. Vegetation types for each plot were determined via ordination analysis. Linear mixed-effects regression model and generalized additive model were applied and compared to observe the relationships of methane and environmental factors in different vegetation types.
Dataset was divided into four vegetation types in clustering analysis: wet fen, pine bog, spruce swamp and forest. The greatest amount (average 5959 µg/m²/h) and biggest range (standard deviation 5285 µg/m²/h) of methane emissions were observed on wettest fen-like study sites. Peatland types in general acted as net methane sources. The driest, forest-like vegetation type acted as a net methane sink. The amount (average -107 µg/m²/h) and range (standard deviation 117 µg/m²/h) of methane fluxes were very moderate in comparison to peatland types. These effects intensified towards the climax of growing season.
The most significant environmental factors were mostly abiotic on driest study sites and the whole plant biomass was more significant biotic methane flux regulating factor than plant functional groups. On wetter study sites, the role of abiotic factors decreased, and plant functional group increased. Graminoids were linked to bigger methane emissions especially on wetter study sites. Forest mosses and different shrub types seemed to have a link with lower methane emissions or methane absorption. The effect of other plant functional groups on methane fluxes varied more, and their role remains unclear.
None of the environmental factors could estimate the methane flux alone, and the methane budget seems to be a sum of multiple variables in each vegetation type. The role of plant functional groups varied in different vegetation types and was dependent on surrounding vegetation. More research is needed to get better tools to estimate methane balance and to understand the underlying mechanisms in climate and environmental change.
|
Keyword(s): | toiminnalliset kasviryhmät metaani kasvihuonekaasut kasvillisuus plant functional group flux methane vegetation |
Files in this item
Files | Size | Format | View |
---|---|---|---|
Lindholm_Viivi_ProGradu_2022.pdf | 2.708Mb |