University of Oulu

Successional changes in vegetation and carbon dynamics during boreal mire development

Saved in:
Author: Leppälä, Mirva
Organizations: University of Oulu, Faculty of Science, Department of Biology
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 0.5 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514294655
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2011
Publish Date: 2011-06-05
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Science of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (Auditorium YB210), Linnanmaa, on 15 June 2011, at 12 noon
Tutor: Professor Jari Oksanen
Docent Eeva-Stiina Tuittila
Reviewer: Professor Line Rochefort
Doctor Edgar Karofeld
Description:

Abstract

Succession is a compositional change of species and other ecosystem characteristics over time. Mire development, i.e., long-term mire succession is basically driven by an increase in peat layer height, promoting changes in hydrology, vegetation and nutrient status of a particular mire. Due to this, ecosystem processes, such as production and loss of carbon due to decomposition (i.e. carbon gas functions), change with increasing successional mire stage. An adequate method for studying the changes in ecosystem C functions is to measure CO2 and CH4 fluxes between the ecosystem and atmosphere.

Succession and carbon dynamics of boreal pristine mires have been much studied. However the link between these phenomena is largely unknown. Further, if and how the C gas functions of mires change during mire succession it is rather poorly understood. The main objective of this thesis was to study how ecosystem functions, measured as CO2 and CH4 exchange, change during mire development. The study also aims to explore the drivers of succession in mire development, i.e., mire succession. Successional mire C dynamics were studied along an eight-kilometer-long successional sequence of primary paludified mires located in the land uplift coast of the Bothnian Bay. Due to the short distance between sites, they all have been under the same climatic control for most of their development.

The gradual replacement of plant species with different photosynthetic potential, phenology and assimilating green area resulted in lower-level and temporal variation of CO2 exchange patterns at the later successional stages. Similar to this, CH4 also had the lowest interannual variation in the later stages. In general, CH4 emissions increased with mire age even though this trend did not emerge during the rainy season. Further, this study showed that the wintertime C function pattern was related to the C pattern during the previous summer confirming the important effect of growing season patterns on wintertime C dynamics.

In addition to the fundamental effect of vegetation as a driver of succession which was also confirmed in this study, the role of hydrological conditions appeared to be equally important. More constant hydrological conditions at later successional stages resulted in lower temporal variation in CH4 and CO2 fluxes. The present results suggest that the stability of ecosystem C gas functions increases during mire development due to increasing autogenic control.


Tiivistelmä

Sukkessio on ekosysteemin lajistossa ja sen muissa ominaisuuksissa ajan kuluessa tapahtuva muutos. Suon kehitystä eli pitkäaikaista suosukkessiota vie eteenpäin turpeen paksuuskasvu, joka saa aikaan muutoksia suoekosysteemin hydrologiassa, kasvillisuudessa ja ravinnetilassa. Tästä johtuen myös suoekosysteemin erilaiset prosessit, kuten tuotanto sekä hajoamisen kautta tapahtuva hiilen vapautuminen eli hiilikaasutoiminta muuttuu suon ikääntyessä. Ekosysteemin hiilikaasutoiminnassa tapahtuvia muutoksia voidaan tutkia muun muassa mittaamalla ekosysteemin ja ilmakehän välisiä hiilidioksidi- ja metaanivirtoja.

Boreaalisten luonnontilaisten soiden sukkessiota ja hiilidynamiikkaa on tutkittu runsaasti, mutta niiden välistä yhteyttä ei sen sijaan juuri tunneta. Tämän vuoksi ei tiedetä kuinka soiden hiilikaasutoiminta mahdollisesti muuttuu suon kehityksen aikana eli suosukkession edetessä. Tämän tutkimuksen päätavoitteena oli tutkia kuinka hiilidioksidin ja metaanin vaihdolla mitattu ekosysteemitoiminta muuttuu suon kehityksen aikana. Tutkimus pyrki myös selvittämään suosukkessiota kontrolloivat tekijät. Eri-ikäisten soiden hiilikaasudynamiikkaa tutkittiin mittaamalla hiilikaasuja Perämeren maankohoamisrannikolla kahdeksan kilometrin pituisella sukkessiogradientilla, joka koostuu primaarisoistumisen kautta syntyneistä soista. Soiden lyhyestä keskinäisestä etäisyydestä johtuen ne ovat olleet saman ilmastollisen kontrollin alaisena suurimman osan kehityksestään.

Vaiheittainen kasvilajien muutos sukkessiogradientilla yhdessä kasvilajien erilaisen yhteyttämispotentiaalin, fenologian ja yhteyttävän lehtipinta-alan kanssa johti hiilidioksidivaihdon alhaisempaan tasoon sekä pienempään ajalliseen vaihteluun vanhemmilla sukkessiovaiheilla. Myös metaanin vaihdolla oli alhaisimmat vuosien väliset vaihtelut vanhemmilla vaiheilla. Yleisesti ottaen metaanipäästöt kasvoivat suon iän myötä, vaikkakaan tätä trendiä ei havaittu sateisena kasvukautena. Lisäksi tutkimus osoitti, että talviaikaiset hiilivirrat (CO2, CH4) seurasivat kesäaikaisen hiilidynamiikan vaihtelua.

Kasvillisuuden keskeinen rooli ekosysteemin sukkessiossa havaittiin myös tässä tutkimuksessa. Kasvillisuuden ohella merkittäväksi suosukkessiota sääteleväksi tekijäksi osoittautui hydrologisten olojen vaikutus. Tasaisemmat hydrologiset olot vanhemmilla sukkessiovaiheilla johtivat vähäisempään ajalliseen vaihteluun metaani- ja hiilidioksidivirroissa. Tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että ekosysteemin hiilidynamiikka stabilisoituu suon kehityksen aikana lisääntyvän autogeenisen kontrollin kautta.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-951-42-9465-5
ISBN Print: 978-951-42-9464-8
Issue: 575
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.