Radiocarbon dates of peatland initiation across the northern high latitudes

A compilation of basal dates of peatland initiation across the northern high latitudes, associated metadata including location, age, raw and calibrated radiocarbon ages, and associated references. Includes previously published datasets from sources below as well as 365 new data points.

Circumpolar dataset of Soil Organic Carbon north of treeline derived from ENVISAT ASAR GM, link to GeoTIFF

A new approach for the estimation of soil organic carbon (SOC) pools north of the tree line has been developed based on synthetic aperture radar (SAR; ENVISAT Advanced SAR Global Monitoring mode) data. SOC values are directly determined from backscatter values instead of upscaling using land cover or soil classes. The multi-mode capability of SAR allows application across scales. It can be shown that measurements in C band under frozen conditions represent vegetation and surface structure properties which relate to soil properties, specifically SOC. It is estimated that at least 29 Pg C is stored in the upper 30 cm of soils north of the tree line. This is approximately 25 % less than stocks derived from the soil-map-based Northern Circumpolar Soil Carbon Database (NCSCD). The total stored carbon is underestimated since the established empirical relationship is not valid for peatlands or strongly cryoturbated soils. The approach does, however, provide the first spatially consistent account of soil organic carbon across the Arctic. Furthermore, it could be shown that values obtained from 1 km resolution SAR correspond to accounts based on a high spatial resolution (2 m) land cover map over a study area of about 7 × 7 km in NE Siberia. The approach can be also potentially transferred to medium-resolution C-band SAR data such as ENVISAT ASAR Wide Swath with ~120 m resolution but it is in general limited to regions without woody vegetation. Global Monitoring-mode-derived SOC increases with unfrozen period length. This indicates the importance of this parameter for modelling of the spatial distribution of soil organic carbon storage.

Continuous Dissolved Oxygen Measurements and Modelling Metabolism in Peatland Streams

Funding: This work was supported by the following sources of funding: European Research Council ERC (project GA 335910 VEWA) for funding through the VeWa project (DT); Leverhulme Trust for funding through PLATO (RPG-2014-016) (DT). The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.

Radiocarbon dating, carbon storage and soil properties of samples from Tulemalu Lake, central Canadian Arctic

We investigated total storage and landscape partitioning of soil organic carbon (SOC) in continuous permafrost terrain, central Canadian Arctic. The study is based on soil chemical analyses of pedons sampled to 1 m depth at 35 individual sites along three transects. Radiocarbon dating of cryoturbated soil pockets, basal peat and fossil wood shows that cryoturbation processes have been occurring since the Middle Holocene and that peat deposits started to accumulate in a forest-tundra environment where spruce was present (~6000 cal yrs BP). Detailed partitioning of SOC into surface organic horizons, cryoturbated soil pockets and non-cryoturbated mineral soil horizons is calculated (with storage in active layer and permafrost calculated separately) and explored using principal component analysis. The detailed partitioning and mean storage of SOC in the landscape are estimated from transect vegetation inventories and a land cover classification based on a Landsat satellite image. Mean SOC storage in the 0-100 cm depth interval is 33.8 kg C/m**2, of which 11.8 kg C/m**2 is in permafrost. Fifty-six per cent of the total SOC mass is stored in peatlands (mainly bogs), but cryoturbated soil pockets in Turbic Cryosols also contribute significantly (17%). Elemental C/N ratios indicate that this cryoturbated soil organic matter (SOM) decomposes more slowly than SOM in surface O-horizons.

Wetlands in central Siberia from ASAR WS 2003, link to shapefiles

An area in central Siberia (partial coverage of Turukhansky und Yeniseysky districts) was investigated using satellite data. It covers freshwater ecosystems of non-forested peatlands in boreal forests. The satellite data represent the growing seasons of 2003/2004. Microwave data were acquired by the Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) instrument onboard ENVISAT. The multi-temporal capabilities and resolution (150mx150m in WS mode) of the ASAR wide swath mode enabled the detection of dynamic features >2ha over this vast area. Scatterometer (QuikScat) data could be employed to distinguish hydro-periods. Wetland types have been identified on the basis of seasonal changes in backscatter. Results for peatlands have been compared with Russian forest inventory data which contain information on wetland distribution.

Peat Bog Ecosystems: Atmospheric pollution

Peatlands can be damaged by deposition of pollutants from the atmosphere – often termed ‘ acid rain ’ . This results from the release of sulphur and nitrogen pollutants into the atmosphere . Originally associated with the Industrial Revolution, ‘acid rain’ was first described by Robert Angus Smith, a Manchester chemist of the 1800s , whose obser vations were made in close proximity to the peatlands of the South Pennines. Sulphur dioxide (SO 2 ) pollution, which is mainly emitted from coal burning power stations, peaked in the 1970s and has since decreased by over 90% due to emission controls and ch anges in energy supply. N itrogen ous air pollutants have decreased less . N itrogen oxide (NO x ) emissions , which are mainly from vehicle s , have decreased by two thirds since their peak in 1990 , but the decrease in ammonia ( NH 3 ) emissions , which are mainly from intensive livestock farming, is much less certain and may be only about 20%.

Rôle des nutriments dans l’enracinement et le rendement en fruits chez la chicouté (Rubus chamaemorus)

La chicouté (Rubus chamaemorus L.) pousse naturellement dans les tourbières ombrotrophes. La culture de la chicouté dans les tourbières en fin d’exploitation serait très intéressante afin de maintenir des activités économiques sur ces sites ainsi que d’améliorer la disponibilité de ce petit fruit pour une future commercialisation. L’implantation de cette culture fait toutefois face à certains problèmes tels la faible survie des boutures au cours de la première année et un rendement fruitier très variable. Des essais de fertilisation et d’application d’auxine ont été réalisés pour augmenter la production de racines sur les boutures de rhizome au moment de la plantation afin de réduire leur mortalité. La fertilisation a permis d’augmenter la longueur des racines, mais seulement à la fin de la saison. Les fertilisants ont également stimulé la croissance des plants. Par contre, les concentrations d’auxine utilisées ont entraîné une très forte mortalité des boutures de chicouté. Aucun de ces traitements n’a permis d’augmenter la survie des boutures lors de la plantation. Afin de mieux comprendre les limitations nutritives liées aux faibles rendements fruitiers, nous avons utilisé une analyse compositionnelle (CND) nous permettant d’identifier les débalancements nutritifs. Cette analyse a montré que les parcelles moins productives sont caractérisées par une concentration foliaire plus élevée en manganèse, fer, soufre et cuivre. Les résultats de ce projet de maîtrise vont permettre d’améliorer la régie de fertilisation lors de la plantation de la chicouté en tourbière résiduelle, mais d’autres recherches doivent être menées afin de réduire la mortalité des boutures lors de la plantation.

Roślinność wodna, błotna i bagienna północnej części Dolnych Łużyc

Wydział Biologii

Échanges d’énergie et d’eau des écosystèmes nordiques dans un contexte de changement climatique

Le réchauffement climatique affecte fortement les régions nordiques du Canada où le dégel du pergélisol discontinu à sa limite sud est accompagné du mouvement de la limite des arbres vers le nord en zone de pergélisol continu. Ces altérations faites aux paysages de la Taïga des Plaines sont le point de départ de plusieurs rétroactions puisque les changements apportés aux caractéristiques de la surface (au niveau de l’albédo, l’humidité du sol et la rugosité de la surface) vont à leur tour entraîner des modifications biophysiques et éventuellement influencer l’augmentation ou la diminution subséquente des températures et de l’humidité de l’air. Seulement, il y a un nombre important de facteurs d’influence qu’il est difficile de projeter toutes les boucles rétroactives qui surviendront avec les présents changements climatiques en régions nordiques. Dans le but de caractériser les échanges d’eau et d’énergie entre la surface et l’atmosphère de trois sites des Territoires du Nord-Ouest subissant les conséquences de l’augmentation des températures de l’air, la méthode micro-météorologique de covariance des turbulences fut utilisée en 2013 aux sites de Scotty Creek (forêt boréale et tourbière nordique en zone de pergélisol sporadique-discontinu), de Havikpak Creek (forêt boréale nordique en zone de pergélisol continu) et de Trail Valley Creek (toundra arctique en zone de pergélisol continu). En identifiant les procédés biotiques et abiotiques (ex. intensité lumineuse, disponibilité en eau, etc.) d’évapotranspiration aux trois sites, les contrôles par l’eau et l’énergie furent caractérisés et permirent ainsi de projeter une augmentation de la limitation en eau, mais surtout en énergie du site de Trail Valley Creek. La répartition de l’énergie projetée est semblable à celle de Havikpak Creek, avec une augmentation de la proportion du flux de chaleur sensible au détriment de celui latent suite aux modifications des caractéristiques de la surface (albédo, rugosité et humidité du sol). L’augmentation relative du flux d’énergie sensible laisse présager une boucle rétroactive positive de l’augmentation des températures de l’air à ce site. Ensuite, en comparant des données modelées de la hauteur de la couche limite planétaire et des données provenant de profils atmosphériques d’Environnement Canada entre les trois sites, les changements de hauteur de cette couche atmosphérique furent aussi projetés. Trail Valley Creek pourrait connaître une hausse de la hauteur de sa couche limite planétaire avec le temps alors que Scotty Creek connaîtrait une diminution de celle-ci. Ces changements au niveau des couches atmosphériques liés à la répartition des flux d’énergie dans les écosystèmes se répercuteraient alors sur le climat régional de façon difficile à déterminer pour l’instant. Les changements apportés désignent une boucle rétroactive positive des températures de l’air à Trail Valley Creek et l’inverse à Scotty Creek. Les deux axes d’analyse arrivent donc aux mêmes conclusions et soulignent aussi l’importance de l’influence mutuelle entre le climat et les caractéristiques spécifiques des écosystèmes à la surface.