Modelling nitrogen and phosphorus export and carbon processes in a forestry-drained peatland in eastern Finland
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2022-03-21
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)
Language
en
Pages
63
Series
Abstract
Forestry-drainage and ditch network maintenance have been done to enhance tree-growth in peatlands. 18 % of Finnish forests were forestry-drained in 2012. Forestry-drainage of peatlands has been estimated to enhance nutrient loading of peatlands. The impact of forestry-drainage on CO2 and CH4 uptake or carbon storage of peatlands is still unclear. Climate change has been projected to increase precipitation and air temperature in northern peatlands, which changes soil moisture conditions and runoff generation in peatlands. Climate change is projected to alter nutrient exports and carbon balance of peatlands. There is a gap of long-term modelling studies combining both carbon and nutrient processes under climate and drainage impact in peatlands. The objective was to evaluate modelling of nutrient exports and carbon balance via Peatland Simulator SUSI. Hydrological performance of SUSI was evaluated by comparing modelled daily and cumulative water table depth, runoff and snow water equivalent in short-term simulation to observations from Koivupuro in 2011-2013. Climate and drainage impacts on nutrient exports and carbon processes in a forestry-drained peatland were modelled for period 2006-2100. Meteorological input for long-term simulation consisted of down-scaled and bias-corrected projections from EURO-CORDEX with emission scenario 8.5. Drainage impact in 2006-2100 period was studied by simulating three ditch depth scenarios. In the results water table deepened due to climate change and drainage, which increased nutrient exports and CO2 uptake of the peat in Koivupuro. Climate change and drainage were projected to have negative impacts on CH4 uptake of the peat. Carbon storage of Koivupuro was projected to increase during long-term simulation, and drainage impact on carbon balance was unclear. In the short-term simulation SUSI predicted the dynamics of water table depth, runoff and snow water equivalent similarly to observations, but under- or overestimated quantities. Increased fluctuation in modelled annual carbon balance after 2060s originate from uncertainties related to long-term modelling of biomass and stand growth, as well as changing stand mortality due to increased tree basal area in an aged forest.Suomessa on metsäojitettu soita puuston kasvun kiihdyttämiseksi. Vuonna 2012 18 % suomen metsistä oli metsäojitettuja soita. Metäsojituksen on arvioitu kasvattavan soiden ravinnekuormaa ja metsäojituksen vaikutus soiden CO2 ja CH4 vuohon sekä hiilivarastoihin on yhä epäselvä. Ilmastonmuutoksen on arvioitu lisäävän sadantaa ja ilman lämpötilaa pohjoisilla soilla, jolloin soiden kosteusoloissa ja valunnassa ilmenee muutoksia. Ilmastonmuutoksella on siten arvioitu olevan vaikutusta soiden ravinnekuormaan ja hiilitaseeseen. Ilmastonmuutoksen ja ojituksen pitkäaikaista vaikutusta sekä suoalueiden hiilen että ravinteiden prosesseihin mallintavia tutkimuksia ei juurikaan ole. Työn tavoitteena oli arvioida SuoSimulaattorin (SUSI) ravinnekuorman ja hiilitaseen mallinnusta. Simulaattorin hydrologista mallinnusta arvioitiin vertaamalla lyhyelle ajanjaksolle 2011-2013 mallinnettua päivittäistä ja kumulatiivista valuntaa, lumen vesiarvoa ja pohjaveden pintaa Koivupurolla tehtyihin mittauksiin samalla ajanjaksolla. Ilmastonmuutoksen ja kunnostusojituksen vaikutusta metsäojitetun suon ravinnekuormaan ja hiilitaseeseen mallinnettiin ajanjaksolle 2006-2100. 95 vuotta pitkän ajanjakson mallinnukseen käytettiin EURO-CORDEXin ilmastoprojektioita päästöskenaariona RCP8.5. Kunnostusojituksen vaikutusta vuosina 2006-2100 tutkittiin mallintamalla kolmea ojan syvyyttä. Ilmastonmuutoksen ja ojituksen vaikutuksesta pohjaveden pinnan arvioitiin laskevan, jolloin ravinnekuorma ja CO2 vuo turpeeseen nousivat. Ilmastonmuutoksen ja ojituksen vaikutus turpeeseen kohdistuvaan CH4 vuohon oli negatiivinen. Hiilivaraston arvioitiin kasvavan vuodesta 2006 vuoteen 2100. Ojituksen vaikutus hiilitaseeseen oli epäselvä. Lyhytaikaisessa mallinnuksessa SUSI ennusti valunnan, lumen vesiarvon ja pohjaveden pinnan vaihtelun ajoitukset mittauksia vastaavasti, mutta yli- tai aliarvioi arvoja systemaattisesti. Hiilitaseen vuosittaisessa vaihtelussa ennustettiin kasvua 2060-luvulta lähtien. Arvojen heilahtelu voi johtua biomassan ja metsikön kasvun pitkäaikaiseen mallinnukseen liittyvästä epävarmuudesta tai muutoksista ikääntyneen metsän puuston kuolleisuudessa kasvaneesta puuston pohjapinta-alasta johtuen.Description
Supervisor
Koivusalo, HarriThesis advisor
Laurén, AnnamariKeywords
SUSI, forestry-drained peatlands, hydrology, nutrient export, carbon
