Abstract

Environmental impacts from intensive draining and land use in tropical peatlands urge the need for ecosystem protection and peatland restoration. However, our understanding of tropical peatlands is too poor to support the implementation of such mitigation initiatives. We carried out environmental monitoring on Padang Island, Indonesia, which suffers from peatland degradation and forest disturbances that is representative of peatlands across Southeast Asia. The main environmental parameters of hydrology (water-table depth (WTD), rainfall), micrometeorology (radiation, air temperature, and relative humidity), and tree physiologies (sap-flux velocity, radial growth) of several native and one non-native species were recorded by ground sensors, while forest disturbances were monitored using remote sensing. We found out that the spatial and temporal variability in WTD was high, which was mainly controlled by rainfall and the presence of drainage. The response of vegetations to the temporal change in WTD varied based on response parameters and species groups, native versus non-native species. Vapor pressure deficit and photosynthetic active radiation had a profound effect toward temporal variation in sap-flux velocity, while the effect of wind speed was only found in some species. Non-linear relationships between sap-flux velocity and WTD were observed, regardless of the species groups. Sap-flux velocity was slightly higher during transitional WTD, -1.0 to -1.4 m below the ground. The radial growth of non-native species tended to drop with a deeper WTD, while growth of native species did not show a similar trend. We also observed a weak-to-moderate inverse linear relationship between daily radial growth and daily sap-flux velocity. Peatland draining and land use were strongly intertwined with forest disturbances. Up to one third of the island had been deforested for non-native monoculture plantation which was associated with intensive drainages, and another one third were cultivated for small-scale farming with less intensive drainage. The spatial and temporal variability of forest degradation was also high. Prior to 2011, forest disturbances were mainly driven by industrial logging, but then shifted to low-intensive logging and deforestation for plantation and farm thereafter.

Tiivistelmä

Trooppisten turvemaiden ojitusten ympäristövaikutukset lisäävät tarvetta ekosysteemien suojelun ja soiden ennallistamisen lisäämistä. Ymmärrys trooppisten turvemaiden prosesseista on kuitenkin vielä liian vähäistä tätä toimintaa tukemaan. Tutkimuksessa suoritettiin ympäristön tilan seurantaa Indonesiassa Padang Islandin tutkimuskohteella, joka kärsii turpeen ja metsän häiriintymisestä, mikä on tyypillistä Kaakkois-Aasian turvemaille. Tutkimuksessa kerättiin maasensoreilla aineistoa keskeisimmistä ympäristön tilasta kertovista parametreista hydrologiassa (vesisyvyys (WTD), sadanta), mikrometeorologiassa (säteily, ilman lämpötila, suhteellinen kosteus) ja puuston fysiologiassa (mahlan virtausnopeus, säteen kasvu), kun taas metsän häiriintyneisyyttä seurattiin kaukokartoituksen avulla. Tutkimuksessa havaittiin korkeaa spatiaalista ja ajallista vaihtelua WTD:ssä riippuen pääasiassa sadannasta ja kuivatustilanteesta. Kasvillisuuden vaste WTD:n ajalliseen muutokseen vaihteli riippuen vasteparametristä ja lajiryhmästä (paikallinen/ei-paikallinen puulaji). Höyrynpaineen alijäämällä ja fotosynteettisesti aktiivisella säteilyllä oli merkittävä vaikutus mahlan virtausnopeuden ajalliseen vaihteluun, kun taas tuulennopeus vaikutti vain joihinkin lajeihin. Mahlan virtausnopeuden ja WTD:n välillä havaittiin epälineaarisia vuorovaikutuksia riippumatta puulajista. Mahlan virtausnopeus oli hiukan suurempi keskitason WTD:llä -1.0–1.4 m. Ei-paikallisten lajien säteen kasvu yleensä väheni suurilla WTD:llä, kun taas paikallisille lajeille ei löydetty samanlaista trendiä. Lisäksi ei-paikallisen puulajin päiväkohtaisen säteen kasvun ja mahlan virtausnopeuden välille löydettiin heikko–kohtalainen negatiivinen lineaarinen riippuvuus. Soiden ojitus ja maankäyttö kietoutuivat voimakkaasti yhteen metsän häiriintyneisyyden kanssa. Jopa kolmasosa saaren metsistä oli hävinnyt ei-paikallisten puulajien monokulttuurisen kasvatuksen myötä, mikä yhdistettiin voimakkaan kuivatukseen. Lisäksi toinen kolmasosa oli otettu viljelyskäyttöön vähemmän intensiivisellä kuivatuksella. Metsän tilan heikkenemisen spatiaalinen ja ajallinen vaihtelu oli merkittävää. Ennen vuotta 2011 metsiä heikensivät lähinnä metsäteollisuuden hakkuut, mutta sen jälkeen aiheuttajia olivat matalan intensiteetin hakkuut ja hakkuut plantaasi- ja maanviljelyä varten.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Ikkala, L., Ismail, J., Wolff, F., Marttila, H., Ronkanen, A., Alekseychik, P., Rana, P., Tolvanen, A., Haghighi, A. T., Kohv, A., Osborne, C., & Räsänen, A. (2022). Remote sensing methods for northern peatland restoration monitoring - a literature review. Manuscript submitted for publication.

2. Ismail, I., Haghighi, A. T., Marttila, H., Kurniawan, U., Karyanto, O., & Kløve, B. (2021). Water table variations on different land use units in a drained tropical peatland island of Indonesia. Hydrology Research, 52(6), 1372–1388. https://doi.org/10.2166/nh.2021.062

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

3. Ismail, Haghighi, A. T., Marttila, H., Karyanto, O., & Kløve, B. (2022). Recent results from an ecohydrological study of forest species in drained tropical. Manuscript submitted for publication.

4. Ismail, Solberg, S., Haghighi, A. T., Marttila, H., Karyanto, O., & Kløve, B. (2022). Understanding the dynamics of forest disturbance in tropical peat swamp forest using active remote sensing. Manuscript submitted for publication.