Greenhouse gas fluxes in hemiboreal forest ecosystems

Abstract

Metsad on olulised kasvuhoonegaaside (KHG) voogude reguleerijad. Käesolevas doktoritöös keskenduti hemiboreaalsetele metsadele, mis paiknevad boreaalse (põhjala) ning parasvöötme vahevööndis, sh Eestis. Töö eesmärgiks oli analüüsida KHG emissioonide ning neid reguleerivate keskkonnatingimuste dünaamikat hemiboreaalstes metsades. Töös pööratakse tähelepanu uuritud metsade süsihappegaasi (CO2) kui peamise KHG sidumisele, Euroopa 2018.a. kuumalaine mõjule CO2 sidumisel, samuti metaani (CH4) ja naerugaasi (N2O) kui tähtsuselt järgmiste kasvuhoonegaaside rollile üldises kliimamuutuses. Uuritud segamets (kuusk/kask), põlismännik ning veekoguäärne hall-lepik osutusid aastase bilansi alusel selgelt CO2 sidujateks, seejuures oli põlismännikus C02 sidumine mõnevõrra nõrgem. CH4 ja N2O emissioonid hall-lepikus olid periooditi märkmisväärsed, kuid üldises kliima mõjutamise kontekstis oli nende osakaal väike. Mitmed CH4 ja N2O emissiooniga seotud protsessid vajavad aga täiendavat selgitamist. Kaks uuritud lageraielanki ning lageraietega segamets (mänd/kuusk/kask) olid CO2 emiteerijad, seega kliima soojendajad. Peamisteks teguriteks CO2 lendumisel olid mullatemperatuur ja –niiskus. 2018.a. kuumalaine mõju erinevates metsades oli erinev. Suurimat mõju täheldati raielankidel ning lageraietega segametsas, kus CO2 lendumine oluliselt tõusis. Kuival liivasel mullal kasvavas sügava põhjaveega põlismännikus põua mõju CO2 sidumisele puudus, kusjuures veekoguäärses hall-lepikus CO2 sidumine põuaperioodil isegi veidi tõusis. Raielangid olid põua suhtes kõige tundlikumad, neis põua tõttu CO2 emiteerumine suurenes. Seda asjaolu on vaja arvestada lageraiete planeerimisel, vähendamaks metsaga kaetud alade muutumist kliima soojendajaks, eeskätt ekstreemsete ilmastikutingimuste ajal. Järgnevatel aastakümnetel on prognoositud globaalses ulatuses ekstreemsete ilmastikutingimuste ning nendega kaasnevate häiringute sagenemist. See ohustab üha enam maismaaökososteemide KHG bilanssi ning kiirendab kliima soojenemist. Selle leevendamiseks on väga oluline selgitada võimalikke mõjusid erinevates metsades, sh hemiboreaalses vööndis.Forests are essential components of global greenhouse gas (GHG) cycles. A hemiboreal transitional zone is located between boreal and temperate biomes and is represented by mixed forest stands with varying tree species ratios. The aim of the thesis was to analyse the GHG fluxes and the main environmental factors controlling them in hemiboreal forest ecosystems. The particular focus was on the CO2 uptake, the influence of the European 2018 heatwave on CO2 fluxes and the role of methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) in total climate forcing. Mixed (spruce/birch), pine and riparian alder forest stands were net annual sinks of CO2, with coniferous forest having lower sink strength. CH4 and N2O played a minor role in the total climate forcing of a riparian forest; the mechanisms within the ecosystem require further studies. Two clear-cuts and a mixed forest (pine/spruce/birch) with clear-cuts were net sources of CO2. Air temperature was one of the main factors with soil moisture modifying its impact. The heatwave 2018 impact varied for different forest ecosystems. A mixed conifer-broadleaved forest with clear-cuts was less resistant than expected and could be pushed towards a strong carbon source. An upland coniferous forest acclimated to low soil moisture was the most resistant to the heatwave concurrent effect. A riparian alder forest could act as a booster for the net carbon uptake, albeit a short-lived one due to the usual life cycle and usage of such forest stands. A clear-cut was the most vulnerable to the weather extremes; thus, the increase in forest harvesting of this type can be detrimental to balancing the hemiboreal zone carbon footprint. In the next decades, a global increase in the frequency of disturbances and extreme weather events causing alterations in the GHG balance of terrestrial ecosystems is anticipated; thus, a comprehensive understanding of possible consequences for the hemiboreal zone is essential.