Flussi di energia e di carbonio di un ecosistema di tundra umida siberiana

• Main Author: Corradi, Chiara Assunta Riccarda
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: Italian
• Published: Università degli studi della Tuscia - Viterbo 2007
• Subjects: Anidride carbonica; Metano; Tundra; Artico; Correlazione turbolenta; Carbon dioxide; Methane; Arctic; Eddy Covariance; AGR/05; Svalbard; Kolyma; Hanno; artica; artico; Global warming; Groenlandia; kolyma river; permafrost; Siberia
• Online Access: http://hdl.handle.net/2067/236

Lo studio si basa sull'applicazione della tecnica della correlazione turbolenta ( Eddy Covariance ) per la misura di scambi di energia e di carbonio di un ecosistema di tundra umida siberiana. Dal momento che questo tipo di ecosistema produce metano biogenico, si è applicata anche la tecnica delle camerette statiche per la misura periodica del flusso di metano. La stagione vegetativa della Siberia nord-orientale è dal punto di vista climatico assai secca (50-80° mm di precipitazioni estive; 28-40°hPa VPD) , ma relativamente calda (temperatura media in luglio 13 °C), con elevata irradiazione solare. La vegetazione traspira circa il doppio delle precipitazioni estive totali. Questo è possibile dal momento che dopo lo scioglimento primaverile e in seguito a fenomeni di straripamento del fiume, si forma uno strato permanente di acqua stagnante su tutta la piana, che non drena a causa del permafrost sottostante. Il sito analizzato (69°N) è uno dei più settentrionali che siano mai stati indagati utilizzando la tecnica della correlazione turbolenta, dopo il sito di Svalbard (79° N: Lloyd C.R., 2001) e la Groenlandia (74°N: Soegaard et al. 2000). Il bilancio del carbonio stagionale di questo ecosistema ha un margine di incertezza rispetto alla variabilità inter-annuale del clima e del carattere delle inondazioni del fiume Kolyma. Il flusso netto di carbonio dall'atmosfera verso la superficie terrestre è di -38 g C m -2 anno -1 , da luglio 2002 a giugno 2003, e -17 g C m -2 anno -1 , da luglio 2003 a giugno 2004 (segno negativo indica assorbimento). La respirazione invernale è stata estrapolata con la funzione di Lloyd e Taylor. Il bilancio netto di carbonio è costituito da un alto tasso di assimilazione durante la stagione vegetativa e da una respirazione significativa principalmente in autunno e primavera. Il flusso di metano verso l'atmosfera (da 10 a 13 gCm -2 misurato in 60 giorni) corrisponde al 25 fino al 30 % del carbonio assimilato durante lo stesso periodo di tempo (da fine luglio alla fine di settembre). Assumendo che il metano sia emesso solo in estate, e considerando il fattore di riscaldamento globale (GWP: 23), l'ecosistema studiato è una sorgente netta di gas serra (almeno 200 gC equivalenti m -2 anno -1 ). Confrontando diversi studi di ecosistemi boreali umidi e di tundra in funzione della latitudine, si è osservato che il tasso stagionale di assimilazione degli ecosistemi aumenterebbe di almeno un fattore 2, muovendosi da nord verso sud. Altri ecosistemi simili al nostro ma situati a latitudini minori mostrano maggiori valori di assimilazione di CO 2 atmosferica annuale, benchè vi sia una notevole variabilità interannuale del bilancio annuale a causa dell'aridità estiva che in certi anni è più forte rispetto ad altri. Il sito siberiano da noi studiato, avendo una condizione permanente di suolo asfittico sembra essere meno influenzato dalle variazioni climatiche rispetto alla maggior parte degli ecosistemi terrestri, poiché lo strato di acqua affiorante svolge una funzione tampone sugli effetti del clima sul bilancio netto di carbonio Questi risultati aggiungono nuova conoscenza ai flussi di gas serra in ambiente artico. Essi non hanno dirette conseguenze socio-economiche, tuttavia questi risultati hanno necessariamente delle implicazioni rispetto alle applicazioni del protocollo di Kyoto, al quale accordo la Russia stessa ha aderito e per il quale devono essere rispettate delle soglie annuali di emissione di gas serra. Tali risultati mettono in evidenza che la vegetazione artica è una sorgente netta di gas serra anche se è un efficiente fissatore di CO 2 atmosferica. Carbon dioxide, energy flux measurements and methane chamber measurements were carried out in an arctic wet tussock grassland located on a flood-plane of the Kolyma river in NE Siberia over a summer period of 104 days in 2002, 167 days in 2003 and 164 days in 2004. The study region is characterized by late thaw of the top soil (mid of June) and periodic spring floods. A stagnant water table below the grass canopy is fed by thawing of the active layer of permafrost and by flood water. The climate is continental with average daily temperature in the warmest months of 13 °C (max. temperature at midday: 28 °C by end July), dry air (max. vapour pressure deficit at midday: 25 to 40 hPa) and low rainfall of 50 to 80 mm during summer (July to September). Summer evaporation (July to September: 103 mm in 2002, 160 mm in 2003 and 135) exceeded rainfall by a factor of 2. The cumulative annual net carbon flux from the atmosphere to the terrestrial surface was estimated to be -38 g C m -2 yr -1 from July 2002 to June 2003 and -17 g C m -2 yr -1 from July 2003 to June 2004 (negative flux depicts net carbon sink). Winter respiration was extrapolated using the Lloyd and Taylor function. The net carbon balance is composed of a high rate of assimilation in a short summer and a fairly large but uncertain respiration mainly during autumn and spring. Methane flux (about 10 to 13gCm -2 measured over 60 days) was about 30 % of C-uptake during the same period of time (end July to end September). Assuming that CH 4 was emitted only in summer, and taking the greenhouse gas warming potential of CH 4 versus CO 2 into account (factor 23), the study site was a greenhouse gas source (at least 200 gC equivalent m -2 yr -1 ). Comparing different studies in wetlands and tundra ecosystems as related to latitude, we expect that global warming would rather increase than decrease the CO 2 -C sink. These results add to knowledge of trace gas fluxes from arctic vegetation. There is no direct socio-economic impact of such results, but the data have policy implications within the Kyoto agreement , because they show that the arctic vegetation is a trace gas source even if it is a CO 2 sink. Carbon dioxide, energy flux measurements and methane chamber measurements were carried out in an arctic wet tussock grassland located on a flood-plane of the Kolyma river in NE Siberia over a summer period of 104 days in 2002, 167 days in 2003 and 164 days in 2004. The study region is characterized by late thaw of the top soil (mid of June) and periodic spring floods. A stagnant water table below the grass canopy is fed by thawing of the active layer of permafrost and by flood water. The climate is continental with average daily temperature in the warmest months of 13 °C (max. temperature at midday: 28 °C by end July), dry air (max. vapour pressure deficit at midday: 25 to 40 hPa) and low rainfall of 50 to 80 mm during summer (July to September). Summer evaporation (July to September: 103 mm in 2002, 160 mm in 2003 and 135) exceeded rainfall by a factor of 2. The cumulative annual net carbon flux from the atmosphere to the terrestrial surface was estimated to be -38 g C m -2 yr -1 from July 2002 to June 2003 and -17 g C m -2 yr -1 from July 2003 to June 2004 (negative flux depicts net carbon sink). Winter respiration was extrapolated using the Lloyd and Taylor function. The net carbon balance is composed of a high rate of assimilation in a short summer and a fairly large but uncertain respiration mainly during autumn and spring. Methane flux (about 10 to 13gCm -2 measured over 60 days) was about 30% of C-uptake during the same period of time (end July to end September). Assuming that CH 4 was emitted only in summer, and taking the greenhouse gas warming potential of CH 4 versus CO 2 into account (factor 23), the study site was a greenhouse gas source (at least 200 gC equivalent m -2 yr -1 ). Comparing different studies in wetlands and tundra ecosystems as related to latitude, we expect that global warming would rather increase than decrease the CO 2 -C sink. These results add to knowledge of trace gas fluxes from arctic vegetation. There is no direct socio-economic impact of such results, but the data have policy implications within the Kyoto agreement , because they show that the arctic vegetation is a trace gas source even if it is a CO 2 sink.