Short-term effects of a lowered water table on carbon cycling and plant community structure in a temperate bog margin

Peatlands are key features of the northern landscape and play a critical role in the global carbon cycle, storing approximately one-third of the global carbon pool. Although peatlands are generally a net carbon sink, they are sources of atmospheric methane (CH4) and changes in environmental conditions can amplify carbon release at both fine and large spatial scales. Hydrological disturbances, either natural or anthropogenic, can alter the structure and function of peatlands by changing their vegetation composition.To better understand the relationship between water table position, vegetation and carbon dynamics, I tested the short-term effects of a lowered water table on plant community structure, carbon dioxide (CO2) and CH4 flux at a temperate bog margin flooded by a beaver pond. I measured species abundance in 2012 and 2013 along three transects encompassing a hydrologic gradient from ombrotrophic bog to beaver pond and compared field measurements of CO2 exchange and CH4 flux from static chambers across 27 sites and 9 vegetation groups. I identified six distinct plant communities that contained characteristic species corresponding to changes in water table depth. The primary drivers of plant community structure were variables related to water table depth and water chemistry. I found unimodal or nearly unimodal responses of species abundance to mean water table position; the narrowest tolerances were found in the wettest vascular and bryophyte species and the widest tolerances were found in vascular and bryophyte species that occupied both hummocks and hollows. Lowering the water table did not alter bog species composition but minerotrophic species, particularly graminoids and aquatic Sphagnum mosses, increased onto previously inundated areas. Changes in abundance could be explained by differences in species optima and tolerances relative to water table depth. Vegetation composition was an important control on both CO2 exchange and CH4 flux rates. The lowered water table differentially affected the individual components of CO2 exchange due to differences between plant species and assemblages. There was an overall reduction in ecosystem respiration (ER), gross ecosystem photosynthesis (GEP) and CH4 flux after the drainage. I found unimodal relationships between weekly (GEP) and water table position, with hummock, hollow, margin, and moss vegetation groups clearly differentiating along the moisture gradient. My findings emphasize the importance of vegetation dynamics in this system, and the need for a better mechanistic understanding of the relationship between vegetation and carbon dynamics under field conditions.Les tourbières sont des éléments clés du paysage nordique et jouent un rôle essentiel dans le cycle global du carbone, séquestrant le tiers du carbone contenu dans les sols. Bien que les tourbières sont généralement un puit net pour le carbone, celles-ci représentent aussi des sources de méthane (CH4) vers l'atmosphère et les changements dans les conditions environnementales peuvent amplifier les émissions de carbone à différentes échelles spatiales. Les perturbations hydrologiques naturelles ou anthropiques, peuvent modifier la structure et la fonction des tourbières en changeant la composition de la végétation.Pour mieux comprendre la relation entre la position de la nappe phréatique, la végétation et la dynamique du carbone, j'ai testé les effets à court terme d'une baisse de la nappe phréatique sur la structure des communautés végétales, les échanges de dioxyde de carbone (CO2) et les flux de CH4 à la surface d'une tourbière tempérée, partiellement inondée par un étang de castor. J'ai mesuré l'abondance des espèces végétales en 2012 et 2013 le long de trois transects couvrant un gradient hydrologique allant de la partie ombrotrophe de la tourbière jusqu'à l'étang de castor, en plus d'effectuer des mesures d'échanges gazeux (CO2 et CH4) à l'aide de chambres statiques sur 27 sites et 9 groupes de végétation. J'ai identifié six communautés végétales distinctes qui contenaient des espèces caractéristiques correspondant au changement de profondeur de la nappe phréatique. Les principaux facteurs de la structure des communautés végétales étaient des variables liées à la profondeur de la nappe phréatique et à la de la chimie de l'eau. J'ai observé des relations unimodales ou quasi unimodales entre l'abondance des espèces et la position de la nappe phréatique; les niveaux de tolérances étaient plus étroits pour les espèces vasculaires et les bryophytes des secteurs plus humides alors qu'ils étaient plus grands pour les espèces vasculaires et bryophytes qui occupaient les buttes et les dépressions. L'abaissement du niveau de la nappe n'a pas modifié la composition des espèces de la tourbière, mais l'abondance des espèces minérotrophes, en particulier les graminées et les sphaignes aquatiques, a augmentée sur les zones déjà inondées. Les changements dans l'abondance peuvent être expliquées par des différences dans les niveaux optimaux et de tolérances relatifs à la position de la nappe phréatique