Photosynthesis of ground vegetation in boreal Scots pine forests

Research on carbon uptake in boreal forests has mainly focused on mature trees, even though ground vegetation species are effective assimilators and can substantially contribute to the CO2 uptake of forests. Here, I examine the photosynthesis of the most common species of ground vegetation in a series of differently aged Scots pine stands, and at two clear-cut sites with substantial differences in fertility. In general, the biomass of evergreen species was highest at poor sites and below canopies, whereas grasses and herbs predominated at fertile sites and open areas. Unlike mosses, the measured vascular species showed clear annual cycles in their photosynthetic activity, which increased earlier and decreased later in evergreen vascular species than in deciduous species. However, intraspecific variation and self-shading create differences in the overall level of photosynthesis. Light, temperature history, soil moisture and recent possible frosts could explain the changes in photosynthesis of low shrubs and partially also some changes in deciduous species. Light and the occurrence of rain events explained most of the variation in the photosynthesis of mosses. The photosynthetic production of ground vegetation was first upscaled, using species-specific and mass-based photosynthetic activities and average biomass of the site, and then integrated over the growing season, using changes in environmental factors. Leaf mass-based photosynthesis was highest in deciduous species, resulting in notably higher photosynthetic production at fertile sites than at poor clear-cut sites. The photosynthetic production decreased with stand age, because flora changed towards evergreen species, and light levels diminished below the canopy. In addition, the leaf mass-based photosynthetic activity of some low shrubs declined with the age of the surrounding trees. Different measuring methods led to different momentary rate of photosynthesis. Therefore, the choice of measuring method needs special attention.

Boreaalisten metsien hiilensidontatutkimus on keskittynyt pääasiassa puihin, vaikka monet pintakasvilajit yhteyttävät tehokkaasti ja voivat siten vaikuttaa merkittävästi metsikön hiilensidontaan. Tässä työssä tarkastelen yleisimpien pintakasvilajien yhteytystä viidessä eri-ikäisessä metsässä sekä kahdella ravinteeltaan toisistaan hyvin poikkeavalla hakkuuaukolla. Ainavihantojen kasvien biomassa oli runsain karulla hakkuuaukolla ja metsikön alla, kun taas heinät ja ruohot vallitsivat ravinteikkailla ja avoimilla alueilla. Putkilokasvien yhteytysnopeudella oli selkeä vuosirytmi, joka aikavihannilla varvuilla alkoi aiemmin ja päättyi myöhemmin kuin kesävihannilla kasveilla. Lajinsisäinen vaihtelu ja itsevarjostus aiheuttivat kuitenkin tasovaihtelua yhteytysnopeuteen. Valo, lämpötilahistoria, maan kosteus ja viimeaikaiset hallat selittivät varpujen kuten myös osin muiden kasvilajien yhteytysnopeuden muutoksia. Sammaleilla ei sen sijaan ollut havaittavissa selkeää vuosirytmiä, vaan valo sekä sateisuus selittivät suurimman osan sammalten yhteytysnopeuden muutoksista. Saavutetut laji- ja lehtimassakohtaiset yhteytysnopeudet muutettiin maapinta-alakohtaiseksi hiilensidonnaksi käyttäen inventoitua lajien keskimääräistä lehtimassaa. Koko kasvukauden hiilensidonta integroitiin ympäristötekijöiden muutosten avulla. Lehtimassaan perustuva yhteyttäminen oli nopeinta kesävihannilla lajeilla, mikä johti huomattavasti korkeampaa yhteytystuotokseen viljavalla hakkuuaukolla kuin karulla. Yhteytystuotos laski metsikön iän kasvaessa, sillä lajikoostumus muuttui kohti ainavihantia lajeja ja valon intensiteetti laski latvuksen kasvaessa. Lisäksi varpujen lehtimassakohtainen yhteytysnopeus hidastui ympäröivien puiden iän myötä. Eri mittausmenetelmät johtivat erilaisiin tuloksiin, joten mittausmenetelmän valintaan on pantava erityistä huomiota.