Maaperän hiili ja ilmastonmuutos: Lämpenemisen vaikutus maaperän hiilivarastoon. Jari Liski Luontoympäristökeskus Suomen ympäristökeskus

Transkriptio

1 Maaperän hiili ja ilmastonmuutos: Lämpenemisen vaikutus maaperän hiilivarastoon Jari Liski Luontoympäristökeskus Suomen ympäristökeskus

2 Työryhmä Suomen ympäristökeskus Mikko Tuomi, Pekka Vanhala, Kristiina Karhu, Katariina Björklöf Metsäntutkimuslaitos Hannu Fritze, Peter Spetz, Veikko Kitunen Helsingin yliopisto, Luonnontieteellinen keskusmuseo, Ajoituslaboratorio Markku Oinonen, Högne Jungner, Eloni Sonninen, Kai Hämäläinen

3 Sisältö 1. Tausta: Maaperä maapallon hiilikierrossa 2. Maaperän hiilidioksidituotto 3. Maaperän hiiliositteet 4. Tietotarpeita

4

5 Maaperän hiilidioksidituoton riippuvuus lämpötilasta Tuomi ym Ecol. Modelling.

6 CO2-tuoton lämpötilariippuvuutta kuvaavat mallit ja käytetyt mittaukset 1. Exponential 1. Agricultural soil R(T) = R1 e a1t Maize and grain 2. Arrhenius 2. Forest soil organic layer R(T) = R2 e a2t 1 North and south 3. Lloyd and Taylor 3. Forest soil organic and R(T) = R3 e a3(b3+t) 1 mineral soil layers 4. Gaussian Incubation experiment R(T) = R4 e a4t+b4t2 4. Forest soil Scotland 5. Exponential w/ a Fang et al. parameter R(T) = R5 e a5t + R5,L. 6. Del Grosso et al. R(T) = R6 arctan(a6 + b6t) + R6,L. Tuomi ym Ecol. Modelling.

7 Mallien vertailu 1/2: virheneliösummat ja Bayesilaiset todennäköisyydet Tuomi ym Ecol. Modelling.

8 Mallien vertailu 2/2: parametrien arvojen todennäköisyysjakaumat Tuomi ym Ecol. Modelling.

9 CO2-tuoton lämpötilariippuvuutta kuvaavat mallit ja käytetyt mittaukset 1. Exponential 1. Agricultural soil R(T) = R1 e a1t Maize and grain 2. Arrhenius 2. Forest soil organic layer R(T) = R2 e a2t 1 North and south 3. Lloyd and Taylor 3. Forest soil organic and R(T) = R3 e a3(b3+t) 1 mineral soil layers 4. Gaussian Incubation experiment R(T) = R4 e a4t+b4t2 4. Forest soil Scotland 5. Exponential w/ a Fang et al. parameter R(T) = R5 e a5t + R5,L. 6. Del Grosso et al. R(T) = R6 arctan(a6 + b6t) + R6,L. Tuomi ym Ecol. Modelling.

10 CO2-tuoton lämpötilariippuvuuden parametriarvot Gaussin yhtälössä pelto- ja metsämaassa Tuomi ym Ecol. Modelling.

11 Tutkimus CO2-tuoton lämpötilariippuvuudesta Suomessa Vanhala ym Soil Biology & Biochemistry, Vanhala ym Global Change Biology.

12 Mikrobiyhteisön rakenne PLFAanalyysin mukaan: a) männiköt, b) kuusikot Vanhala ym Global Change Biology.

13 CO2-tuoton lämpötilariippuvuus: a ja c) männiköt, b ja d) kuusikot Vanhala ym Global Change Biology.

14 Maaperän hiilidioksidituoton riippuvuus lämpötilasta Tuotto kasvaa lämpötilan noustessa Gaussin yhtälö kuvaa nousua paremmin kuin muut käytetyt yhtälöt Lämpötilariippuvuus samanlaista metsä- ja maatalousmaissa Mikrobiyhteisössä eroja Etelä- ja Pohjois-Suomen välillä, erot ilmaston mukaan muuttuvia Lämpötilariippuvuus samanlaista Etelä- ja Pohjois- Suomessa Hiilidioksidituotto herkempää lämpötilan muutoksille Pohjois-Suomessa kuin Etelä-Suomessa, koska lämpötilat alempia ja lämpötilariippuvuus Gaussin yhtälön muotoista

15 Maaperän hiilivaraston ositteet ja niiden hiilidioksidituotto Hiilivarasto Hiilidioksidituotto kg hiiltä / m Sokerit 2 v. Selluloosa 3 v. Ligniini 5 v. Humus1 80 v. Humus2 800 v. kg hiiltä / m2 vuodessa Sokerit 2 v. Selluloosa 3 v. Ligniini 5 v. Humus1 80 v. Humus2 800 v Liski ym Ecological Modelling.

16 Hypoteesi maaperän hiiliositteiden hajoamisen lämpötilaherkkyydestä Davidson & Janssens Nature.

17 Eri-ikäisten hiiliositteiden hajoamisen lämpötilaherkkyys peltomaassa (13C) 1. mittauskerta Maissipelto <5 v. >5 v. Vertailupelto 2. Mittauskerta 2 kk. kuluttua Vanhala ym Soil Biology & Biochemistry.

18 Erilaisten maahiiliositteiden lämpötilaherkkyys metsämaassa (14C) Karhu ym Ecology. Hämäläinen ym Nucl. Instr. And Meth. in Phys. Res. B.

19 Maahiiliositteiden hajoamisen lämpötilaherkkyys metsämaissa Karhu ym Ecology.

20 Metsämaamittaukset ja hypoteesi MRT 1-2 yr MRT 9-16 yr MRT yr Davidson & Janssens Nature. Karhu ym Ecology.

21 Ilmaston lämpenemisen vaikutus maaperän hiilimäärään +5 C, ol. hiilisyöte ei muutu Männikkö, SMEAR-mäki Orgaaninen kerros: MRT 2 ja 9 v. Q10 1,2 ja 6,2 Q10 3,2 Kivennäismaa 0-15 cm: MRT 7 ja 270 v. Q10 5,9 ja 2,2 Q10 3,2 Kivennäismaa cm: MRT 9 ja 490 v. Q10 3,8 ja 2,8 Q10 3, Hiilimäärä (kg/m2) Karhu ym Ecology.

22 Ilmaston lämpenemisen vaikutus maaperän hiilimäärään +5 C, ol. hiilisyöte ei muutu Kuusikko, Mämmilampi Orgaaninen kerros: MRT 1 ja 16 v. Q10 1,5 ja 6,8 Q10 2,8 Kivennäismaa 0-15 cm: MRT 9 ja 140 v. Q10 4,2 ja 2,4 Q10 2,8 Kivennäismaa cm: MRT 15 ja 320 v. Q10 3,2 ja 2,5 Q10 2, Hiilimäärä (kg/m2) Karhu ym Ecology.

23 Maaperän hiiliositteiden merkitys ilmaston lämpenemisen vaikutusten arvioinnissa Kokeissa mitattu hiilidioksidi peräisin pääasiassa nopeimmin hajoavista maaperän hiiliositteista, nämä ositteet edustavat pientä osaa kaikesta maahiilestä Hajoamisen lämpötilaherkkyydessä merkittäviä eroja maahiiliositteiden välillä Kokonaishiilidioksidituottomittausten perusteella ei voi arvioida maaperän hiilivarojen muutoksia ilmaston lämpenemisen seurauksena

24 Tietotarpeita: maaperän hiilivaraston lämpötilaherkkyys Vapaiden maahiiliyhdisteiden lämpötilaherkkyys Hajoamiselta suojaavien rakenteiden syntyminen ja purkautuminen Kosteuden vaikutus maahiilen hajoamiseen Kasvien kasvun vaikutus maahiilen hajoamiseen (priming effect)