Aapasuon kasvillisuus ja sen vaikutus hiilidioksidin vaihtoon

Northern aapa mires are important carbon sinks. Their CO2 exchange with the atmosphere is based on plant photosynthesis and respiration, and the decomposition of peat and other dead organic matter by microbial activity. The photosynthetic efficiency of plants depends on environmental factors and the amount and development of plant leaf area and biomass. There is not much research on the leaf area index and biomass of plants on aapa mires which makes them an interesting and important subject of research. This study investigated plant community composition, development and their effect on CO2 exchange at a northern aapa mire in Finland. The purpose of this study was to survey the biomass and leaf area index of plants within mire types and determine how they, together with water level and microbial activity, and explain the CO2 exchange between the mire and atmosphere. Another aim of this study was to construct regression models for predicting biomass and leaf area index using the plants height and coverage data. The study was conducted in summer 2014 at Halssiaapa, an aapa mire in Sodankylä. The mire was divided into oligotrophic, mesotrophic and eutrophic hummocks, lawns and hollows. The plant community species, their height and coverage were determined in early June, mid-July and mid-August. Moreover, the growth of plant groups was monitored weekly at 16 inventory squares between 6th June and 18th August. Biomass and leaf area samples were collected from different mire types in mid-July, and by the use of regression analysis, two equations were modelled for each plant group, one for predicting biomass and another for predicting leaf area index. The equations were used for predicting biomass and leaf area index for plant groups and mire types based on early June and mid-August data, and the weekly inventory squares. CO2 exchange, and factors controlling it, were measured via an eddy covariance method (measures exchange at ecosystem scale), and a closed chamber method (measures exchange from 1m2). Biomass, leaf area index, species composition, water level and soil factors (indicators of decomposer activity) were used to explain CO2 fluxes. The activity of decomposers in peat was measured via a decomposition test where litter bags containing tea or straw were placed at sampling sites on the mire. The regression models based on plant sample data explained well the biomass and leaf area indices of plant groups. The mire s overall and maximum biomass and leaf area indices were 147 g m-2 and 0,73 m2 m-2 respectively for vascular plants, and 351 g m-2 and 5,5 m2 m-2 respectively for mosses. Hollows displayed the lowest leaf area index and biomass values, whilst hummocks showed the highest values. Mesotrophic hummocks had the highest values for vascular plants and eutrophic lawns showed the highest values for mosses. Despite having a considerably higher level of biomass and leaf area index than vascular plants, Sphagnum mosses had a much lower gross photosynthetic capacity. Plant communities on lawns and hummocks with an abundancy of sedges (Cyperaceae) had a higher gross photosynthetic capacity and respiration level than plant communities in hollows. Factors leading to increased respiration were increasing vascular leaf area index, release of carbon from straw (indicating decomposer activity), decreasing water level (drier peat) and carbon content in surface peat. Factors leading to increased gross photosynthetic capacity were increasing vascular leaf area index, decreasing water level and decreased straw mass in surface peat (indicating decomposer activity). Temperature and PAR (Photosynthetically Active Radiation) explained 25 % of the variation in gross primary production and 39 % in respiration. The other environmental factors explained 55 % of the residual variation in gross primary production and 78 % in respiration. The mire s gross primary production showed highest increase rate in June and reached its maximum level in early August. Mean plant biomass and leaf area index had the same growth pattern as gross primary production, reaching peak levels at the end of July. The plants Menyanthes trifoliata , Potentilla palustris, Andromeda polifolia and the functional group containing sedges and Scheuchzeria palustris, had a similar growth pattern, but no change in biomass and leaf area index of Betula nana and Vaccinium oxycoccos was detected during the growing season. The models constructed in this study for predicting biomass and leaf area index can be used at Halssiaapa and other nearby aapa mires. Plant surveying and CO2 exchange measurements will be continued at the site in future. Longterm changes in plant community species and CO2 exchange can be researched by comparing results from year 2014 with in coming summers.Aapasuot ovat tärkeitä hiilinieluja, joiden hiilidioksidin vaihto suon ja ilmakehän välillä perustuu kasvien yhteyttämiseen ja hengitykseen sekä turpeen ja muun kuolleen orgaanisen aineksen hajoamiseen mikrobitoiminnan seurauksena. Kasvien yhteyttämistehoon vaikuttavat paitsi ympäristötekijät myös kasvien lehtipinta-ala ja biomassa sekä niiden kehitys. Aapasoiden kasvien kehitystä eli fenologiaa ja funktionaalisten ryhmien biomassaa sekä lehtialaindeksiä on tutkittu melko vähän Suomessa, mikä tekee niistä mielenkiintoisen ja tärkeän tutkimuskohteen. Tässä työssä tutkittiin aapasuon kasviyhteisöjen lajistoa, kehitystä ja näiden vaikutusta hiilidioksidivaihtoon suon ja ilmakehän välillä. Työn tarkoituksena oli mitata kasvien ja suotyyppien biomassaa ja lehtialaindeksiä sekä selvittää, miten ne yhdessä vedenpinnan korkeuden ja turpeen hajottajien kanssa selittävät suon hiilidioksidin vaihtoa. Yksi tutkimuksen tavoitteista oli myös rakentaa regressiomallit biomassa- ja lehtialaindeksinäyteaineiston pohjalta. Mallien avulla voidaan ennustaa kasviryhmien biomassa ja lehtialaindeksi pelkästään pituus- ja peittävyystietojen avulla. Aineisto kerättiin kesällä 2014 Sodankylän Halssiaavalta, jonka suotyypit jaettiin ravinteisuus- ja märkyystason mukaan oligotrofisiin, mesotrofisiin ja eutrofisiin jänteisiin, välipintoihin ja rimpiin. Suotyyppien kasviyhteisökoostumusta selvitettiin kasviryhmien peittävyys- ja pituuskartoituksilla alku-, keski- ja loppukesällä. Lisäksi kasviryhmien kasvua seurattiin 16 tehoseurantaruudulla viikoittain ajanjaksolla 6.6.-18.8. Biomassa- ja lehtialaindeksinäytteet kerättiin eri suotyypeiltä heinäkuun puolivälissä ja regressioanalyysin avulla mallinnettiin jokaiselle kasviryhmälle kaksi yhtälöä: yhden, joka selitti biomassaa ja toisen, joka selitti lehtipinta-alaa. Mallien avulla ennustettiin biomassan ja lehtialaindeksin arvot alku- ja loppukesälle sekä tehoseurantaruuduille hyödyntäen eri ajankohdilta kerättyä kasviryhmien pituus- ja peittävyysaineistoa. Hiilensidontaa ja siihen vaikuttavia tekijöitä tutkittiin sekä kovarianssimenetelmällä (koko suon hiilidioksidin vaihto) että suljetulla kammiomenetelmällä (hiilidioksidinvaihto 1m2 alalta eri suotyypeillä). Hiilidioksidin vaihtoa selitettiin mitatuilla kasvillisuutta ja muita ympäristötekijöitä kuvaavilla muuttujilla. Turpeessa elävien hajottajien aktiivisuutta mitattiin hajotuskokeella, jossa suotyypeille asetettiin karikepusseja. Kasvinäyteaineiston pohjalta laaditut regressiomallit selittivät kasviryhmien lehtialaindeksiä ja biomassaa hyvin. Koko aapasuon keskimääräinen putkilokasvien lehtialaindeksi ja biomassa maksimivaiheessa oli 0,73 m2 m-2 ja 147 g m-2, sammalilla puolestaan 5,5 m2 m-2 ja 351 g m-2. Vähiten lehtipinta-alaa ja biomassaa oli rimmillä ja eniten kuivemmilla suotyypeillä, erityisesti mesotrofisella jänteellä putkilokasvien osalta ja lettovälipinnalla rahkasammalten osalta. Vaikka rahkasammalta (Sphagnum spp.) oli biomassaltaan ja lehtipinta-alaltaan huomattavasti putkilokasveja enemmän, oli rahkasammalten merkitys bruttoprimäärituotantoon ja respiraatioon vähäistä verrattuna putkilokasveihin. Saravaltaisilla ja kuivemmilla suotyypeillä oli suurempi bruttoprimäärituotanto ja respiraatio kuin märkien rimpien kasviyhteisöillä. Respiraatio kasvoi lehtialaindeksin kasvaessa, vedenpinnan tason laskiessa (turpeen kuivuessa), oljen vapauttaman hiilimäärän kasvaessa (hajottajien aktiivisuuden lisääntyessä) ja pintaturpeen hiilimäärän laskiessa. bruttoprimäärituotanto kasvoi vedenpinnan tason laskiessa, putkilokasvien lehtialaindeksin kasvaessa sekä pintaturpeen oljen massahävikin kasvaessa (hajottajien aktiivisuuden lisääntyessä). Lämpötila ja PAR (fotosynteettisesti aktiivinen säteily) selittivät 25 % bruttoprimäärituotannosta ja lämpötila 39 % respiraatiosta. Jäljelle jääneestä vaihtelusta kasvillisuus sekä muut käytetyt ympäristömuuttujat selittivät 55 % bruttoprimäärituotannosta ja 78 % respiraatiosta. Koko suon bruttoprimäärituotanto kasvoi nopeimmin kesäkuussa ja saavutti huippunsa elokuun alussa. Kasvien keskimääräinen biomassa ja lehtipinta-ala noudattivat samanlaista kasvukäyrää kuin bruttoprimäärituotanto ja suurimmillaan ne olivat heinä-elokuun vaihteessa. Raate (Menyanthes trifoliata), kurjenjalka (Potentilla palustris), suokukka (Andromeda polifolia) ja sarakasvit ja leväkkö (Cyperaceae ja Scheuchzeria palustris)-ryhmä noudattivat vastaavanlaista kasvukäyrää, mutta vaivaiskoivulla (Betula nana) ja karpalolla (Vaccinium oxycoccos) ei havaittu biomassan ja lehtialaindeksin kasvua kesän aikana. Tässä tutkimuksessa laadittuja biomassan ja lehtialaindeksin ennustemalleja voi jatkossa hyödyntää ainakin Halssiaavalla ja lähialueen aapasoilla. Halssiaavalla jatketaan kasvillisuuden kartoittamista sekä kovarianssi- ja kammiomenetelmämittauksia tulevina vuosina. Vertaamalla kesän 2014 tuloksia tuleviin kesiin voidaan vuosien välistä vaihtelua tutkia ja mahdollisesti selvittää aapasuon pitkäaikaisia kasvillisuusmuutoksia sekä muutoksia hiilidioksidin vaihdossa suon ja ilmakehän välill