Boreal tree stem CO2 flux dynamics

Hiilidioksidilla (CO2) on tärkeä rooli puun toiminnassa, sillä sitä tarvitaan fotosynteesissä, käytetään biomassan kasvatukseen ja vapautetaan soluhengityksessä. Puunrungon CO2 vuo koostuu lähinnä soluhengityksestä, minkä vuoksi ilman lämpötilaa voidaan käyttää vuon ennustamiseen. Suurin osa hengityksessä vapautuneesta hiilidioksidista vapautuu ilmakehään, mutta osa uudelleen käytetään puun rungon fotosynteesissä ja osa liukenee ksyleemin veteen ja kulkeutuu veden mukana ylöspäin rungossa. Rungon CO2 ulosvirtaukseen vaikuttaa siten myös auringon säteily sekä höyrynpaineen vajaus. Ulosvirtauksen määrä vaihtelee rungossa pystysuuntaisesti, sillä soluhengitystä tapahtuu enemmän nuoremmissa rungon osissa, nuoremmissa osissa on ohuempi kaarna ja siten pienempi este diffuusiolle, ja sillä veden mukana ksyleemissä kulkeutuu jonkin verran hiilidioksidia ylöspäin, mikä kasvattaa ksyleemin kaasu-vesi-suhdetta ja kiihdyttää hiilidioksidin diffuusiota. Puunrungon hiilidioksidivuosta ei ole monia pitkäaikaisia mittauksia käyttäneitä tutkimuksia. Pitkäaikaisten mittausten avulla vuon kausiluonteisuutta, vuosittaista vaihtelua ja ympäristötekijöiden vaikutusta voidaan tutkia syvemmin kuin lyhyillä mittauksilla tai yksittäisillä mittauskerroilla. Kammiomittaukset antavat tietoa yksittäisen komponentin kaasunvaihdosta ja komponentin reaktioista muuttuviin ympäristötekijöihin. Pitkäaikaiset kammiomittaukset ovat siten tärkeitä metsän hiilitasapainon ymmärtämiseksi. Tämä tutkielma analysoi pitkäaikaista CO2 runkokammiodataa. Mittaukset on toteutettu SMEAR II -asemalla jatkuvina, vuoden ympäri tehtyinä mittauksina vuosina 2010–2020. Tutkielma keskittyy eroihin datan keräykseen käytettyjen runkokammiotyyppien välillä, kuinka rungon CO2 dynamiikka vaihtelee vuosittain, kausittain, päivittäin, yksilöittäin, kahden boreaalisen puulajin välillä (Pinus sylvestris & Betula pendula) ja pystysuunnassa rungon mukana, ja kuinka erilaiset ympäristötekijät vaikuttavat vuohon. Käytetty data on mitattu kahdella steady-state-kammiotyypillä (mittaukset vuosilta 2010–2012 ja 2012–2016) sekä yhdellä dynaamisella kammiotyypillä (mittaukset vuosilta 2016–2020), jotka oli kiinnitetty yhteen koivuun ja neljään mäntyyn. Ympäristötekijöiden vaikutusta vuohon tutkittiin respiraation lämpötilariippuvuuden avulla. Lämpötilariippuvuus mallinnettiin yöaikaisesta hiilidioksidivuosta, sillä yöllä fotosynteesiä ei tapahdu ja ksyleemin veden liike on olematonta, ja riippuvuutta hyödynnettiin koko päivän hengityksen ennustamisessa. Mallinnetut hengitysarvot vähennettiin mitatuista arvoista, jolloin jäljelle jäi se osa hiilidioksidivuosta, jonka fotosynteesi ja ksyleemin veden liike aiheuttaa. Erilaisia kammiotyyppejä analysoitiin kammion ja ulkolämpötilan korrelaatiolla. Kuukausittaiset ja vuosittaiset ulosvirtaukset arvioitiin ja vertailtiin, ja kuukausittaiset arviot normalisoitiin kausittaisuuden vertailua varten. Tutkielman tulokset osoittavat, että puunrungon hiilidioksidivuo vaihtelee vuosittain, kausittain, lajien välillä, yksilöiden välillä ja pystysuunnassa rungon sisällä. Kausittaiset vuon dynamiikat tapahtuvat koivulla mäntyä äkillisemmin, kun taas männyn dynamiikka kasvaa ja laskee koivua hellävaraisemmin keväisin ja syksyisin. Tämä saattaa johtua siitä, että koivu on lehtipuu ja mänty havupuu. Rungon hiilidioksidivuo vaihteli selkeästi rungon sisällä pystysuunnassa, mikä saattaa johtua kasvuhengityksen määrän eroista eri korkeuksissa. Vuon koon erot korkeampien ja matalampien mittauspisteiden välillä olivat suuremmat lämpiminä kuukausina, ja ulosvirtaus seurasi lämpötilaa tarkemmin korkeammassa mittauspisteessä. Fotosynteesi ja ksyleemin veden liike pienensivät hiilidioksidin ulosvirtausta varsinkin lämpiminä kuukausina, ja veden liikkeellä oli myös lievä positiivinen vaikutus vuohon transpiraation ollessa alhainen. Dynaaminen kammiotyyppi ylläpiti kammion sisäiset olosuhteet kammiotyypeistä lähimpänä ulkoilman olosuhteita riittävän ilmanvaihdon ansiosta, ja vaikuttaa siten mittaustuloksiin steady-state-kammiotyyppejä vähemmän. Tämä tutkielma korostaa rungon hiilidioksidivuon pitkäaikaisten mittausten tärkeyttä tulevaisuudessa. Vuosittainen, kausittainen, yksilötason ja pystysuuntainen vaihtelu rungon hiilidioksidivuossa yhdessä lajien välisten dynamiikkaerojen kanssa tulisi ottaa huomioon, kun käyttää rungon kammiomittauksia arvioidessaan hiilidioksidivuota suuremmassa mittakaavassa runko- tai metsikkötasolla.

Grantor dc:publisher

Helsingin yliopisto

Year dc:date.issued

2023

Author dc:creator

• Waldmann, Salla

Contributors dc:contributor

• Helsingin yliopisto, Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta
• University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry
• Helsingfors universitet, Agrikultur- och forstvetenskapliga fakulteten

• Carbon dioxide
• stem CO2 efflux
• stem respiration
• Pinus sylvestris
• Betula pendula

Language dc:language.iso

eng

Identifier URI

URN:NBN:fi:hulib-202306132566

OAI identifier oai:identifier

oai:helda.helsinki.fi:10138/358691