Ekosysteemiprosessien vuodenaikaisvaihtelu mutkistaa metsämaan hiilidioksidivuon ennustamista lämpötilan ja kosteuden avulla

torstai, 27.12.2012

Metsäntutkimuslaitoksessa ja Itä-Suomen yliopistossa toteutetussa hankkeessa tutkittiin maan hajotustoiminnasta ja juurten hengityksestä peräisin olevan maahengityksen eli maasta tulevan hiilidioksidivuon ajallista vaihtelua itäsuomalaisissa eri kehitysvaiheen männiköissä.

Metsäekosysteemissä maahengitys ja kasvillisuuden maanpäällisten osien hengitys muodostavat metsikön kokonaishengityksen. Jotta metsäekosysteemi olisi hiilen nielu esimerkiksi vuositasolla, sen kasvillisuuden on sidottava yhteyttämisessä enemmän hiiltä kuin kokonaishengityksessä vapautuu ilmakehään. Näin ollen maahengitykseen vaikuttavien tekijöiden tutkiminen on hyödyllistä arvioitaessa metsiin sitoutuvan hiilen määrää.

Maailmanlaajuisesti maahengityksen on arvioitu vastaavan neljännestä hiilen vuosittaisesta globaalista kokonaisvirrasta ilmakehän ja maa- sekä meriekosysteemien välillä. Ilmaston lämpenemisen oletetaan lisäävän maasta vapautuvan hiilidioksidin määrää, mikä voimistaisi ilmakehän kasvihuoneilmiötä edelleen ja ilmasto lämpenisi vielä enemmän. Kuitenkin tähän merkittävään hiilen virtaan vaikuttavat mekanismit tunnetaan huonommin kuin esimerkiksi kasvien yhteyttämistä säätelevät mekanismit.

Metsämiesten Säätiön rahoittamassa hankkeessa keskityttiin boreaalisten männiköiden maahengityksen ajalliseen vaihteluun ja sen selittämiseen eri tekijöillä. Tutkimus perustui kolmivuotiseen maastoaineistoon, joka oli mitattu kolmelta eri koealalta Ilomantsissa. Koealat edustivat männiköiden eri kehitysvaiheita. Neljännen vuoden aineistoa käytettiin tutkimuksessa rakennetun mallin testaukseen. Koealojen väliset erot olivat pienet, ja niiden ajallinen vaihtelu oli samankaltaista.

Tutkimuksen tulosten mukaan maan lämpötila oli hyvä maan hiilidioksidivuon ajallisen vaihtelun selittäjä: Sen vaihtelu selitti 76–82 % hiilidioksidivuon vaihtelusta lumettomana kautena. Maan kosteuden merkitys oli vähäisempi; tosin hyvin kuivana kesänä veden puute vähensi maasta vapautuvan hiilidioksidivuon määrää selvästi. Lämpösumman sisällyttäminen vuodenaikaisvaihtelun indeksinä lämpötilaan perustuvaan malliin paransi maan hiilidioksidivuoennusteita. Kuitenkin kaikki kokeillut mallit aliarvioivat maan hiilidioksidivuota sen huippukautena heinäkuun puolesta välistä elokuun loppupuolelle. Tämä näkyi myös testausaineistossa, joka oli kerätty neljäntenä vuonna ja jota ei ollut käytetty mallien rakentamiseen. Aliarvio johtui mahdollisesti juuri- ja mykorritsahengityksen painottumisesta loppukesään ja syksyyn.

Useiden ekosysteemiprosessien, kuten juuri- ja mykorritsahengityksen, yhtä- ja eriaikainen vuodenaikaisvaihtelu mutkistaa metsämaasta tulevan hiilidioksidivuon ennustamista maan lämpötilan ja kosteuden avulla. Kaikkiaan metsämaasta voitiin maastomittauksiin perustuvien mallien avulla arvioida vapautuneen vuosittain 1800–2100 g hiilidioksidia per neliömetri. Talven eli kuusi kuukautta kestäneen lumisen kauden osuus koko vuoden maan hiilidioksidivuosta oli pieni, 14–24 %. Vuosien väliset erot olivat pienet lumettomana kautena, vaikka tarkastellut vuodet olivat sääoloiltaan hyvin erilaiset. Talvella mitatuilla vuoarvot poikkesivat eri vuosien välillä, vaikkakin talvimittauksia olisi tarvittu lisää ajallisen kattavuuden parantamiseksi.

Tuloksia voidaan käyttää käytännössä kansallisten hiilen varastojen arvioinnin kehittämisessä. Metsien on laskettu muodostavan Suomessa merkittävän hiilen varaston, jonka raportointi YK:n ilmastosopimusta varten vaatii tuekseen tutkimuksia esimerkiksi sääolojen vaikutuksesta hiilen virtaan maaperästä ilmakehään. Tuloksia voidaan hyödyntää myös kansainvälisesti yhtenä osatutkimuksena arvioitaessa pohjoisen havumetsävyöhykkeen mäntymetsien hiilen vaihtoa ilmakehän kanssa.

Tutkimuksesta julkaistu tieteellinen artikkeli on vapaasti luettavissa internetissä.

Niinistö, S.M., Kellomäki, S. &. Silvola, J. 2011. Seasonality in boreal forest ecosystem affects the use of soil temperature and moisture as predictors of soil CO2 efflux. Biogeosciences 8: 3169–3186.

Lisätietoja:

MMM Sini Niinistö, Metsäntutkimuslaitos, sini.niinisto(at)metla.fi, puh. 040 801 5149

Tilaa Metsämiesten Säätiön uutiskirje
Kerromme uutiskirjeessä 6 -10 kertaa vuodessa apuraha- ja stipendiasioista sekä työstämme metsäalan ja sen ammattilaisten hyväksi.
Voit tilata uutiskirjeen antamalla sähköpostiosoitteesi meille:

Ole hyvä, anna kaikki pyydetyt tiedot.