Maaperän hiili ja ilmastonmuutos: Lämpenemisen vaikutus maaperän hiilivarastoon Jari Liski Luontoympäristökeskus Suomen ympäristökeskus
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
Sisältö 1. Tausta: Maaperä maapallon hiilikierrossa 2. Maaperän hiilidioksidituotto 3. Maaperän hiiliositteet 4. Tietotarpeita
750 60 610 9 8.7 --- 13.12.2010 1580
Maaperän hiilidioksidituoton riippuvuus lämpötilasta Tuomi ym. 2008. Ecol. Modelling.
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. 2008. Ecol. Modelling.
Mallien vertailu 1/2: virheneliösummat ja Bayesilaiset todennäköisyydet Tuomi ym. 2008. Ecol. Modelling.
Mallien vertailu 2/2: parametrien arvojen todennäköisyysjakaumat Tuomi ym. 2008. Ecol. Modelling.
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. 2008. Ecol. Modelling.
CO2-tuoton lämpötilariippuvuuden parametriarvot Gaussin yhtälössä pelto- ja metsämaassa Tuomi ym. 2008. Ecol. Modelling.
Tutkimus CO2-tuoton lämpötilariippuvuudesta Suomessa Vanhala ym. 2008. Soil Biology & Biochemistry, Vanhala ym. 2010. Global Change Biology.
Mikrobiyhteisön rakenne PLFAanalyysin mukaan: a) männiköt, b) kuusikot Vanhala ym. 2010. Global Change Biology.
CO2-tuoton lämpötilariippuvuus: a ja c) männiköt, b ja d) kuusikot Vanhala ym. 2010. Global Change Biology.
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
Maaperän hiilivaraston ositteet ja niiden hiilidioksidituotto Hiilivarasto Hiilidioksidituotto 12.00 0.45 10.00 0.4 0.35 kg hiiltä / m2 8.00 6.00 4.00 Sokerit 2 v. Selluloosa 3 v. Ligniini 5 v. Humus1 80 v. Humus2 800 v. kg hiiltä / m2 vuodessa 0.3 0.25 0.2 0.15 Sokerit 2 v. Selluloosa 3 v. Ligniini 5 v. Humus1 80 v. Humus2 800 v. 2.00 0.1 0.05 0.00 0 Liski ym. 2005. Ecological Modelling.
Hypoteesi maaperän hiiliositteiden hajoamisen lämpötilaherkkyydestä Davidson & Janssens. 2006. Nature.
Eri-ikäisten hiiliositteiden hajoamisen lämpötilaherkkyys peltomaassa (13C) 1. mittauskerta Maissipelto <5 v. >5 v. Vertailupelto 2. Mittauskerta 2 kk. kuluttua Vanhala ym. 2007. Soil Biology & Biochemistry.
Erilaisten maahiiliositteiden lämpötilaherkkyys metsämaassa (14C) Karhu ym. 2010. Ecology. Hämäläinen ym. 2010. Nucl. Instr. And Meth. in Phys. Res. B.
Maahiiliositteiden hajoamisen lämpötilaherkkyys metsämaissa Karhu ym. 2010. Ecology.
Metsämaamittaukset ja hypoteesi MRT 1-2 yr MRT 9-16 yr MRT 140-490 yr 13.12.2010 Davidson & Janssens. 2006. Nature. Karhu ym. 2010. Ecology.
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 15-30 cm: MRT 9 ja 490 v. Q10 3,8 ja 2,8 Q10 3,2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Hiilimäärä (kg/m2) Karhu ym. 2010. Ecology.
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 15-30 cm: MRT 15 ja 320 v. Q10 3,2 ja 2,5 Q10 2,7 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Hiilimäärä (kg/m2) Karhu ym. 2010. Ecology.
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
Tietotarpeita: maaperän hiilivaraston lämpötilaherkkyys Vapaiden maahiiliyhdisteiden lämpötilaherkkyys Hajoamiselta suojaavien rakenteiden syntyminen ja purkautuminen Kosteuden vaikutus maahiilen hajoamiseen Kasvien kasvun vaikutus maahiilen hajoamiseen (priming effect)