Fen ecosystem carbon gas dynamics in changing hydrological conditions

Northern peatlands are thought to store one third of all soil carbon (C). Besides the C sink function, peatlands are one of the largest natural sources of methane (CH4) to the atmosphere. Climate change may affect the C gas dynamics as well as the labile C pool. Because the peatland C sequestration and CH4 emissions are governed by high water levels, changes in hydrology are seen as the driving factor in peatland ecosystem change. This study aimed to quantify the carbon dioxide (CO2) and CH4 dynamics of a fen ecosystem at different spatial scales: plant community components scale, plant community scale and ecosystem scale, under hydrologically normal and water level drawdown conditions. C gas exchange was measured in two fens in southern Finland applying static chamber and eddy covariance techniques. During hydrologically normal conditions, the ecosystem was a CO2 sink and CH4 source to the atmosphere. Sphagnum mosses and sedges were the most important contributors to the community photosynthesis. The presence of sedges had a major positive impact on CH4 emissions while dwarf shrubs had a slightly attenuating impact. C fluxes varied considerably between the plant communities. Therefore, their proportions determined the ecosystem scale fluxes. An experimental water level drawdown markedly reduced the photosynthesis and respiration of sedges and Sphagnum mosses and benefited shrubs. Consequently, changes were smaller at the ecosystem scale than at the plant group scale. The decrease in photosynthesis and the increase in respiration, mostly peat respiration, made the fen a smaller CO2 sink. CH4 fluxes were significantly lowered, close to zero. The impact of natural droughts was similar to, although more modest than, the impact of the experimental water level drawdown. The results are applicable to the short term impacts of the water level drawdown and to climatic conditions in which droughts become more frequent.

Pohjoisten soiden arvioidaan sisältävän kolmannes kaikesta maaperän hiilestä. Suot ovat paitsi hiilen nieluja myös maapallon suurimpia luonnollisia metaanin lähteitä. Ilmastonmuutos saattaa vaikuttaa sekä soiden hiilenkiertoon että hiilivarastoihin. Korkea vedenpinnan taso vaikuttaa merkittävästi sekä hiilen kertymiseen soihin että metaanipäästöihin soista. Siksi hydrologiset muutokset ovat erityisen tärkeitä arvioitaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia suoekosysteemiin. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli määrittää sarasuoekosysteemin hiilidioksidi- ja metaanidynamiikka eri spatiaalisilla tasoilla: kasvilajiryhmätasolla, kasviyhdyskuntatasolla sekä ekosysteemitasolla, sekä normaaleissa kosteusolosuhteissa että alhaisen vedenpinnan vallitessa. Hiilivirtoja mitattiin kahdella sarasuolla Etelä-Suomessa käyttäen suljetun kammion menetelmää sekä eddy kovarianssi tekniikkaa. Normaaleissa kosteusolosuhteissa suoekosysteemi oli hiilidioksidin nielu ja metaanin lähde. Rahkasammalet (Sphagnum) sekä saramaiset kasvit olivat ekosysteemin tärkeimmät yhteyttäjät. Saramaisten kasvien läsnäolo lisäsi selvästi metaanipäästöjä kun taas varpujen läsnäolo pienensi niitä. Hiilivirrat vaihtelivat huomattavasti kasviyhdyskuntien välillä, joten ekosysteemitason hiilivirrat määräytyivät kasviyhdyskuntien osuuksien mukaan. Vedenpinnanlaskukäsittely pienensi huomattavasti saramaisten kasvien ja rahkasammalten fotosynteesiä ja respiraatiota ja toisaalta hyödytti varpuja. Siksi muutokset ekosysteemitasolla olivat pienempiä kuin kasvilajiryhmätasolla. Pienentyneen fotosynteesin ja suurentuneen respiraation (lähinnä suurentuneen turpeen respiraation) vuoksi sarasuosta tuli aikaisempaa pienempi hiilidioksidin nielu. Metaanipäästöt pienenivät merkitsevästi, lähelle nollaa. Luonnollisten kuivuusjaksojen vaikutus oli samankaltainen mutta vähäisempi kuin vedenpinnanlaskukäsittelyn. Tulokset soveltuvat lyhytaikaisen vedenpinnan laskun vaikutusten tarkasteluun ja ilmasto-olosuhteisiin joissa kuivuusjaksot yleistyvät.