University of Oulu

Herbivory control over tundra carbon storage under climate change

Saved in:
Author: Ylänne, Henni1,2,3
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Science
3University of Lapland, Arctic Center
Format: ebook
Version: published version
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789625215105
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2017
Publish Date: 2017-03-14
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (YB210), Linnanmaa, on 24 March 2017, at 12 noon
Tutor: Doctor Sari Stark
Professor Anne Tolvanen
Reviewer: Professor Paul Grogan
Professor Jukka Pumpanen
Opponent: Professor Richard Bardgett
Description:

Abstract

Air temperatures in high-latitude regions are anticipated to rise by several degrees by the end of the century and result in substantial northward shifts of species. These changes will likely affect the source and sink dynamics of greenhouse gases and possibly lead to a net carbon release from high-latitude soils to the atmosphere. However, regional differences in carbon cycling depend highly on the vegetation community composition, which may be controlled by the abundance of herbivores. I investigated whether mammalian herbivores, mainly reindeer and rodents, alter ecosystem carbon storage through their impacts on vegetation and on dominant plant functional traits. I combined observations of recent changes in ecosystem carbon with experimental field manipulations of both herbivory and climate change and measured carbon storage in vegetation and soil, the uptake and release of carbon dioxide, microbial activity and compared these to plant community composition.

Results of my PhD thesis show that under ambient conditions, the impacts of herbivory on both above- and belowground carbon storage ranged from positive to negative. Herbivory altered dominant plant functional traits and these were fairly good predictors of the changes in soil carbon. When combined with experimental warming, herbivory continued to exert control on the dominant plant functional traits but the strong effects of warming on ecosystem carbon storage mostly concealed the impact of herbivory. Interestingly, herbivory–nutrient interactions that were not linked to dominant functional traits determined the consequences of warming on soil carbon. Taken together, I show clear and site-specific impacts of herbivores on vegetation and ecosystem carbon storage and the processes that govern them. Therefore, I suggest that an improved understanding of the role of herbivory in the global carbon cycle could improve estimations of global carbon–climate feedbacks.

see all

Tiivistelmä

Vuosisadan loppuun mennessä arktisten alueiden lämpötilan odotetaan nousevan usealla asteella ja johtavan lajien siirtymiseen yhä pohjoisemmaksi. Nämä muutokset todennäköisesti muuttavat pohjoisten ekosysteemien kykyä vapauttaa ja sitoa ilmakehän hiiltä ja saattavat johtaa siihen, että yhä enemmän hiiltä vapautuu tundramailta ilmakehään. Kuitenkin paikallisesti hiilenkierto on riippuvainen kasviyhteisöstä ja erityisesti kasvien funktionaalisista ominaisuuksista. Väitöskirjassani tutkin, voivatko herbivorit, pääasiassa porot sekä jyrsijät, muokata hiilenkiertoa muuttamalla kasvillisuutta. Tutkimuksissani seurasin kuinka alueen laidunnushistoria on muokannut hiilivarastoja ja hiilenkiertoa tällä hetkellä ja pyrin arvioimaan herbivorien vaikutusta lämpenevässä ilmastossa kokeiden avulla, joissa manipuloidaan sekä herbivoriaa että lämpötilaa tai ravinteiden saatavuutta. Tulokseni perustuvat arvioihin hiilen varastoista, hiilidioksidin vapautumisesta ja sitoutumisesta sekä mikrobien aktiivisuudesta, joita vertaan kasviyhteisöön.

Tulokseni osoittavat, että herbivoria voi joko lisätä tai vähentää ekosysteemin hiilivarastoja sekä maan päällä että maan alla. Muutokset hiilivarastoissa selittyivät varsin hyvin herbivorien tuottamilla kasvillisuusmuutoksilla ja valtalajien funktionaalisilla ominaisuuksilla. Herbivoria muokkasi kasviyhteisöä myös kokeellisen lämmityksen yhteydessä, mutta lämmityksen välittömät vaikutukset hiilivarastoihin peittivät suureksi osaksi alleen herbivorian vaikutukset. Kuitenkin herbivorian ja lannoituksen kasvillisuusmuutoksista riippumattomat yhdysvaikutukset määrittivät lämpenemisen seuraukset maan hiileen. Kaiken kaikkiaan, tutkimukseni osoittaa, että herbivorit voivat paikkakohtaisesti muokata kasvillisuutta, ekosysteemin hiilivarastoja sekä hiilenkierron prosesseja. Näiden tulosten myötä ehdotan, että parempi ymmärrys herbivorian vaikutuksista maailmanlaajuisesti voisi parantaa nykyisiä ennusteita siitä, kuinka ilmaston lämpeneminen muuttaa hiilenkiertoa.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-962-52-1510-5
ISBN Print: 978-962-52-1509-9
Issue: 687
Subjects: