The hidden carbon fluxes - unearthing root-related processes in boreal peatland forests

Fine-root production (FRP) and decomposition are critical processes influencing element cycling and carbon (C) balance in boreal peatlands. The aim of this thesis was to estimate FRP across various peatland forests, examine the patterns in, and develop statistical models for estimating, the relationships between FRP and stand and site characteristics, as well as climate variables (I); and to quantify fine-root decomposition rates in various types of drained peatland forests and compare them with corresponding rates in mineral-soil forests (II). FRP was measured using ingrowth cores, covering the 0−50 cm peat profile across 28 drained peatland forest sites in Finland (I). Total site-level FRP values ranged from 30 to 473 g m−2 year−1 of dry mass, with an average of 120 g m−2 year−1, with 76–95% occurring in the 0−20 cm soil layers. Total FRP showed significant variation across different site types and generally declined with decreasing fertility, except for the most fertile site type. Additionally, total FRP tended to be higher in sites with a deeper water table (WT). Stand basal area was the best predictor of total FRP, explaining 16% of the variation at the stand-level. A model incorporating stand basal area and site type explained 47% of the variation in total FRP. Fine-root decomposition was studied using litterbags containing roots from three dominant tree species (P. sylvestris, P. abies, Betula pubescens) and one fern species (Dryopteris carthusiana), covering the 0−30 cm soil profile in six drained peatland and four mineral-soil forest sites in Finland (II). Fine-root decomposition showed significant variation with soil type and nutrient regime. On nutrient-poor sites, the decomposition of fine roots was slower in peat soils compared to corresponding mineral-soil sites, while the opposite was observed in nutrient-rich sites. Consequently, fine-root decomposition was fastest in nutrient-rich peat soils. Sampling depth and root diameter also influenced decomposition rates, with slower rates in deeper soil layers and for larger diameter roots. Among the tree species, P. abies had the slowest decomposition rate. In conclusion, FRP varied significantly across site types, with higher production observed in deeper WT sites and nutrient-rich conditions, while stand basal area emerged as a key predictor. Fine-root decomposition was influenced by soil type and nutrient regime, root diameter, and sampling depth, with faster decomposition in nutrient-rich peat soils and slower rates in deeper layers and for larger roots. These findings provide valuable insights into the interactions between fine-root dynamics and site-specific characteristics, contributing to a better understanding of C cycling in drained peatland forests.

Hienojuurten tuotos ja hajotus ovat keskeisiä prosesseja, jotka vaikuttavat ravinteiden kiertoon ja hiilitaseeseen boreaalisilla soilla. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli määrittää hienojuurten tuotos suometsissä, tarkastella tuotoksen vaihtelun syitä ja kehittää tilastollisia malleja tuotoksen ennustamiseen puuston, kasvupaikan ja ilmastotekijöiden perusteella (I). Toisena tavoitteena oli määrittää hienojuurten hajotusnopeus erityyppisissä ojitetuissa suometsissä ja verrata juurten hajotusnopeutta ojitetuissa suometsissä ja kivennäismaametsissä (II). Hienojuurten tuotos (I) mitattiin juurisukilla 0–50 cm maakerroksessa yhteensä 28 ojitetulla suometsäkohteella Suomessa. Hienojuurten koealakohtainen tuotos oli kuivamassana 30–473 g m⁻² vuodessa, keskiarvon ollessa 120 g m⁻² vuodessa. Tuotoksesta 76–95 % oli 0–20 cm maakerroksessa. Tuotos vaihteli merkittävästi kasvupaikkatyypin mukaan ja väheni kasvupaikan karuuntuessa. Lisäksi tuotos oli sitä suurempi, mitä syvemmällä pohjavedenpinta oli. Puuston pohjapinta-ala oli paras yksittäinen tuotosta ennustava muuttuja, ja se selitti 16 % tuotoksen vaihtelusta. Malli, jossa selittäjinä olivat pohjapinta-ala ja kasvupaikkatyyppi, selitti 47 % hienojuurten tuotoksen vaihtelusta. Hienojuurten hajotusnopeutta (II) tutkittiin karikepusseilla, jotka sisälsivät kolmen vallitsevan puulajin (mänty, kuusi, hieskoivu) ja metsäalvejuuren juuria. Näytteet sijoitettiin 0–30 cm maakerrokseen kuudella ojitetulla suometsäkohteella ja neljällä kivennäismaametsäkohteella Suomessa. Hajotusnopeus vaihteli merkittävästi maalajin ja kasvupaikkatyypin mukaan. Karuilla kasvupaikoilla hienojuurten hajotus oli hitaampaa suometsissä kuin vastaavissa kivennäismaakohteissa, kun taas rehevillä kohteilla hajotus oli hitaampaa kivennäismaakohteissa. Nopeinta hajotus oli rehevissä suometsissä. Näytteenottosyvyys ja juurten läpimitta vaikuttivat myös hajotusnopeuteen, joka oli hitaampi syvemmällä maassa ja paksummilla juurilla. Puulajeista kuusen juurilla oli hitain hajotusnopeus. Yhteenvetona hienojuurten tuotos vaihteli merkittävästi kasvupaikkatyypin mukaan, ja tuotos oli suurempi syvemmällä pohjavedenpinnalla ja ravinteikkaissa olosuhteissa. Puuston pohjapinta-ala osoittautui tärkeäksi tuotoksen ennustajaksi. Hienojuurten hajotusnopeuteen vaikuttivat maalaji ja kasvupaikan ravinteisuustaso, juurten läpimitta ja näytteenottosyvyys. Hajotus oli nopeinta ravinteikkailla turvemailla ja hitainta syvemmissä maakerroksissa ja paksummilla juurilla. Tulokset tarjoavat arvokasta tietoa hienojuurten dynamiikan ja kasvupaikkatekijöiden välisistä suhteista ja lisäävät ymmärrystä hiilen kierrosta ojitetuissa suometsissä.

ei saavutettava