Spatial and temporal variations of carbon dioxide and methane fluxes measured by autochambers at the Mer Bleue bog

The net ecosystem carbon (C) balance and radiative forcing impact of northern peatlands are largely governed by the exchange of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) gases with the atmosphere. To predict the effects of perturbations on peatland C exchange, the relationships between gas fluxes and environmental correlates should be established at the plant community and microtopographic level to capture the spatial heterogeneity of peatlands. In this research, I use an autochamber system to quantify CO2 and CH4 fluxes at a sub-daily time scale among three vascular plant communities at the Mer Bleue ombrotrophic bog, and examine how gas exchange is related to environmental and biotic factors across time and space.In highly turbulent conditions, CH4 and nighttime CO2 effluxes measured by autochambers with a short deployment period were underestimated by 9-57% and 13-21%, respectively, due to wind flushing the dry and porous surface peat as shown by a reduction in pore space CO2 concentration gradient. In contrast, CH4 and nighttime CO2 effluxes measured in calm conditions were overestimated by ~100%. These problems were resolved by extending the deployment period and discarding data in the initial 13 minutes when calculating fluxes. Eriophorum and Maianthemum/Ledum communities contributed to over half of the total CH4 emissions from the bog, although they covered only 30% of the total area. The temporal variability of CH4 flux was correlated (r > 0.4) with peat temperature, only when water table was less than 20, 30, and 40 cm below the peat surface for Maianthemum/Ledum, Chamaedaphne, and Eriophorum communities, respectively. Significant differences in the overall photosynthesis and respiration models existed among all three plant communities. Maximum net ecosystem CO2 exchange explained well the variations in seasonal mean CH4 flux among Eriophorum and lawn sites, but the relationship was weakened after including hummock sites. Cross-correlation results show a lag of 9-12 hours of CH4 flux behind photosynthetic activity for the Eriophorum community, but a much longer lag of 18-26 days for the Maianthemum/Ledum community. My findings highlight the importance of considering separately the functionally different plant communities dominated by distinct growth forms in the modelling of C gas exchange in ombrotrophic bogs.L'équilibre du carbone (C) net de l'écosystème et l'impact du forçage radiatif des tourbières dans le Nord sont largement régis par les échanges de dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4) entre l'atmosphère. Pour prédire les effets des perturbations sur les échanges C à la tourbière, les relations entre les flux de gaz et les corrélats environnementaux devraient être établies au niveau de la communauté végétale et microtopographique afin de saisir l'hétérogénéité spatiale de la tourbière. Dans cette recherche, un système de chambre de automatique est utilisé pour quantifier les flux de CO2 et de CH4 à une échelle de temps sous-quotidienne entre les trois communautés de plantes vasculaires à la tourbière ombrotrophe Mer Bleue. Les liens entre les échanges gazeux et les facteurs environnementaux et biotiques sont examinés dans le temps et l'espace.Dans des conditions très turbulentes, l'écoulement du CH4 et celui du CO2 de la nuit mesurés par les chambres automatiques avec une courte durée de déploiement ont été sous-estimés par 9-57% et 13-21% respectivement, en raison du vent soufflant sur la surface de la tourbe sèche et poreuse tel que témoigné par une réduction dans le gradient de concentration du CO2 dans l'espace poreux. En revanche, l'écoulement du CH4 et celui du CO2 de la nuit mesurés dans les conditions calmes ont été surestimées par environ 100%. Ces problèmes ont été résolus par allonger la durée de déploiement et par supprimer les données dans les 13 premières minutes lors du calcul des flux. Les communautés Eriophorum et Maianthemum/Ledum ont contribué à plus de la moitié des émissions totales du CH4 provenant de la tourbière, bien qu'ils ne couvrent que 30% de la superficie totale. La variabilité temporelle des flux du CH4 est corrélée (r > 0.4) avec la température de la tourbe, seulement si le niveau hydrostatique est inférieur à 20, 30 et 40 centimètres sous la surface de la tourbe respectivement pour les communautés Maianthemum/Ledum, Chamaedaphne et Eriophorum. Il existe des différences significatives entre les modèles globaux de photosynthèse et de respiration pour les trois communautés végétales. L'échange maximal net du CO2 dans l'écosystème explique bien les variations dans les moyennes saisonnières du flux CH4 pour l'Eriophorum et les sites de pelouse. La relation est plus faible si les sites buttes sont inclus. Les résultats de la corrélation croisée montrent un décalage de 9 à 12 heures entre le flux du CH4 et l'activité photosynthétique pour la communauté Eriophorum, mais un décalage beaucoup plus long, de 18 à 26 jours, pour la communauté Maianthemum/Ledum. Mes résultats soulignent l'importance de considérer séparément les communautés de plantes, qui ont des fonctionnalités différentes et sont dominées par des formes de croissance distinctes, dans la modélisation de l'échange du gaz carbonique (C) dans les tourbières ombrotrophes