METSÄMAAN HIILEN VIRRAT VEDEN MUKANA John Derome ja Antti-Jussi Lindroos Latvusto Karike Metsikkösadanta Hiilidioksidi Humuskerros Maavesi
MAAVEDEN HIILI KOKONAIS-HIILI (TC) <.45 µm PARTIKKELIT (PC) LIUENNUT HIILI (DC) HAIHTUMATON EPÄORGAANINEN ORGAANINEN - HIILI (DIC), esim. HCO 3 HIILI (DOC) (NPOC) HAIHTUVA ORGAANINEN HIILI (POC)
Mikrobiologien käyttämä DOC-tunnus K 2 SO 4 -UUTOS EOC, eikä DOC EXTRACTABLE ORGANIC CARBON!!
Maaveden kuljettamat hiilivirrat saadaan doc-pitoisuuksista ja vesivirroista DOC-PITOISUUDET MAAVEDESSÄ Maaveden (-nesteen) näytteenotto. Kolme eri menetelmää: 1. Vajovesilysimetrit 2. Alipainelysimetrit 3. Sentrifugointi Eri menetelmillä voidaan kerätä eri maavesifraktioita (KUVA) VAJOVESILYSIMETRIT Kerää vain alaspäin valuvaa vettä sen kemiallinen koostumus kuvaa hiili- ja ravinnevirtoja ALIPAINELYSIMETRIT Maaveden alkuperää on vaikea arvioida (KUVA) Alipainelysimetrien ja vajovesilysimetrien DOC-pitoisuudet poikkeavat huomattavasti toisistaan (eri maavesifraktiot) Ennen v. 1998 kerättyjen maavesinäytteiden DOC-, DON- ja S kok -pitoisuudet eivät ole aina oikeita kontaminaatio (nylon-putkien sisältämän aineen takia bentseenisulfonamidi)
VESIVIRRAT MAAPERÄSSÄ 1. Mittaukset lysimetreillä 2. Arviot, sadanta/pohjavesivarannot 3. Cl-budjettimenetelmä (tai SO 4 ) 4. Hydrologiset mallit (esim. WATBAL)
1. Mittaukset lysimetreillä VAJOVESILYSIMETRIT Vajovesilysimetrit keräävät alaspäin valuvaa vettä (vajovesi) silloin, kun ylläolevien maakerrosten vesipitoisuus ylittää kenttäkapasiteetin. Aliarvioi sulamisveden määrän keväällä Lysimetrit eivät kerää vettä, joka liikkuu ns. kapillaarivoimien avulla Maaperän rakenne häiriintyy ja juuret joudutaan katkaisemaan (voi aiheuttaa tilapäisiä DOC-piikkejä) - kuitenkin lyhytaikainen ongelma (max. pari vuotta) Eivät kerää kaikkea alaspäin valuvaa vettä (paine-ero lysimetrin sisällä) Liian vähän toistoja ALIPAINELYSIMETRIT Helppoja asentaa (näytteenotto varsin kallista) Liian vähän toistoja Vesivirrat mallinnettava joka tapauksessa
2. Cl-budjettimenetelmä (tai SO 4 ) Perusolettamuksena on, että kasvit eivät ota Cl- tai SO 4 -ioneja maasta ja maaperän Cl:n tai SO 4 :n pidätyskyky on erittäin alhainen. Vesivirrat eri syvyyksissä maaperässä voidaan laskea seuraavan yhtälön avulla: VV 5cm = (Anioni) MS x VV MS ------------------------------- (Anioni) 5cm Missä VV 5cm = vesivirta 5 cm:n syvyydessä, L/m 2 VV MS = vesivirta metsikkösadannassa, L/m 2 (Anioni) MS = metsikkösadannan anionipitoisuus, mg/l (Anioni) 5cm = 5 cm:n syvyydessä olevan maaveden anionipitoisuus, mg/l Cl-pitoisuuden syvyysjakauma tässä aineistossa on epäsäännöllinen (KUVA) Sen sijaan, SO4-pitoisuuden syvyysjakauma on hyvin säännöllinen ja pitoisuus kasvaa syvyyden mukaan (KUVA)
SO 4 -budjetti - jos SO 4 pidäytyy, vesimäärän arvio suurenee (konsentraatio nousee vähemmän kuin pitäisi) - jos SO 4 vapautuu maaperästä, vesimäärän arvio pienenee (konsentraatio nousee enemmän kuin pitäisi)
METSÄMAAN HIILEN VIRRAT VEDEN MUKANA Mittaukseen perustuvat hiilen virrat SO 4 -budjettiin perustuvat hiilen virrat
4 3 Männiköt Miehikkälä Tammela Punkaharju Juupajoki Ylikiiminki Kivalo Sevettijärvi Cl, mg/l 2 1 5 4 5 cm 2 cm 4 cm Depth Kuusikot Tammela Punkaharju Juupajoki Uusikaarlepyy Kivalo Pallasjärvi Cl, mg/l 3 2 1 5 cm 2 cm 4 cm Depth Keskimääräiset Cl-pitoisuudet eri syvyyksissä v. 1998-2.
SO4-S, mg/l 1 8 6 4 Männiköt Miehikkälä Tammela Punkaharju Juupajoki Ylikiiminki Kivalo Sevettijärvi 2 1 8 5 cm 2 cm 4 cm Depth Kuusikot Tammela Punkaharju Juupajoki Uusikaarlepyy Kivalo Pallasjärvi SO4-S, mg/l 6 4 2 5 cm 2 cm 4 cm Depth Keskimääräiset SO 4 -pitoisuudet eri syvyyksissä v. 1998-2.
Vesimäärä, l/m2 25 2 15 1 5 1988 1989 199 1991 1992 Kont-15 Kont-25 Kont-5 Sek-15 Sek-25 Sek-5 Pintakasvillisuuden poiston ja pintamaan sekoituksen (1 cm:n syvyyteen) vaikutukset vesivirtoihin eri syvyydessä (15, 25 ja 5 cm) kuivahkolla kankaalla v. 1988-1992. Mittaukset aloitettiin heinäkuussa 1988. Kont = kontrolli; Sek = pintakasvillisuuden (läh. jäkälän) poisto ja pintamaan sekoitus
VEDEN VIRRAT 8 6 Männiköt, "mitatut" vesivirrat AP MS 5 cm 2 cm 4 cm mm 4 2 Kivalo Juupa- joki Tammela Sevettijärvi Ylikiiminki Punkaharju Miehikkälä 8 6 Männiköt, SO 4 -budjetin vesivirrat AP MS 5 cm 2 cm 4 cm mm 4 2 Kivalo Juupa- joki Tammela Sevettijärvi Ylikiiminki Punkaharju Miehikkälä
VEDEN VIRRAT 8 6 Kuusikot, "mitatut" vesivirrat AP MS 5 cm 2 cm 4 cm mm 4 2 Pallas- järvi Kivalo Uusikaarlepyy Juupa- joki Punka- harju Tammela 8 6 Kuusikot, SO4-budjetin vesivirrat AP MS 5 cm 2 cm 4 cm mm 4 2 Pallas-järvi Kivalo Uusikaarlepyy Juupa- joki Punka-harju Tammela
HIILEN VIRRAT VEDESSÄ C, g/m 2 /yr 25 2 15 1 5 Männiköt, "mitatut" arvot AP MS 5 cm 2 cm 4 cm Kivalo Tammela Sevettijärvi Ylikiiminki Juupajoki Punkaharju Miehikkälä C, g/m 2 /yr 25 2 15 1 5 Männiköt, SO 4 -budjetin mukaan AP MS 5 cm 2 cm 4 cm Sevettijärvi Tammela Kivalo Yli- kiiminki Juupa- joki Punkaharju Miehikkälä
HIILEN VIRRAT VEDESSÄ C, g/m 2 /yr 25 2 15 1 5 Kuusikot, "mitatut" arvot AP MS 5 cm 2 cm 4 cm Kivalo Juupa- joki Pallasjärvi Uusikaarlepyy Punkaharju Tammela C, g/m 2 /yr 25 2 15 1 5 Kuusikot, SO 4 -budjetin mukaan AP MS 5 cm 2 cm 4 cm Pallas- järvi Kivalo Uusikaarlepyy Juupa- joki Punka- harju Tammela
C, g/m2/yr 18 15 12 9 6 Hiilen virrat AP MS 5 cm 2 cm 4 cm 3 Männiköt, "mitatut" Männiköt, SO4-budj. Kuusikot, "mitatut" Kuusikot, SO4-budj.
ALIPAINELYSIMETRIN TOIMINTA ERILAISISSA MAAPERÄN KOSTEUSOLOSUHTEISSA Kuivat olosuhteet Huuhtoutumiskerros Rikastumiskerros Pohjamaa Kosteat olosuhteet
Maaveden laji tai sijainti KUIVA % Sitoutunut Maaperän vesipitoisuus KOSTEA Mikrohuokoset (kapillaarit) Kapillaarivoimat pidättävät tai siirtävät vettä 1% Vapaasti vajoava vesi Makrohuokoset Vesi vajoaa pohjavedeksi MÄRKÄ Soistuminen Pohjavesi tai orsivesi Vajovesilysimetri Alipainelysimetri Sentrifugointi Kenttäkapasiteetti