Breytingar á kolefnisforða og öðrum jarðvegsþáttum við nýskógrækt á SV-landi

Séð niður í Haukadal af Haukadalsheiði. Ljósmynd: Pétur Halldórsson

Meiri kolefnisforði mælist í efsta jarðvegslagi barrskóga en birkiskóga og munurinn er hlutfallslega enn meiri í feyrulaginu þar sem kolefnisforði barrskóganna er 92% meiri en birkiskóga. Botngróður minnkaði meira undir barrskógum en birkiskógum en það hafði ekki teljandi áhrif á kolefnisjöfnuð vistkerfisins því kolefnisforði botngróðurs var langminnstur af þessum þremur hlutum alls kolefnisforðans í skóginum. Þetta eru helstu niðurstöður meistararitgerðar sem Joel C. Owona ver á mánudag við LbhÍ.

Ritgerðina ver Joel í náttúru- og umhverfisfræði við auðlinda- og umhverfisdeild Landbúnaðarháskóla Íslands. Titill hennar á íslensku er Breytingar á kolefnisforða og öðrum jarðvegsþáttum við nýskógrækt á SV-landi (Changes in carbon-stock and soil properties following afforestation in SW Iceland).

Athöfnin fer fram á ensku mánudaginn 23. september 2019 í salnum Geitaskarði á 2. hæð Landbúnaðarháskóla Íslands á Keldnaholti, Reykjavík og hefst kl. 14. Allir eru velkomnir!

Markmið rannsókna Joels var að að meta áhrif nýskógræktar í Heiðmörk og við Þingvallarvatn á ýmsar mældar vistkerfisbreytur og kanna hvort aldur skóga og skógargerð skiptu þar máli.

Meistaranámsnefndina skipa Bjarni Diðrik Sigurðsson prófessor og Berglind Orradóttir MSc sem bæði starfa við Landbúnaðarháskóla Íslands. Prófdómari verður dr Guðmundur Halldórsson, rannsóknastjóri Landgræðslunnar. Orkuveita Reykjavíkur og Landgræðsluskóli Sameinuðu þjóðanna styrktu verkefnið.

Um verkefnið segir Joel C. Owona í frétt á vef Landbúnaðarháskólans:

Nýskógrækt klæðir ekki bara skóglaust land trjám heldur hefur hún margvísleg önnur áhrif á vistkerfið og breytir dýralífi, gróðurfari og jarðvegsþáttum. Ein af mikilvægustu breytingunum sem gjarnan verða er uppsöfnun kolefnis (C) í mismunandi forða ofanjarðar- og neðan. Ef nota á nýskógrækt sem mótvægisaðgerð á móti loftslagshlýnun með því að auka bindingu koldíoxíðs (CO2) úr andrúmslofti, þá er mikilvægt að ekki bara taka tillit til breytinga á kolefnisforða í viði ofanjarðar, heldur einnig í hinum fjórum megin C-forðunum sem skógarvistkerfið hefur (botngróðri, dauðum viði, feyru og lífrænt kolefni í jarðvegi (SOC). Kolefnisbinding nýskógrækar er sú nettó-breyting sem verður í öllum þessum C-forðum yfir ákveðið tímabil, en sérstaklega síðast töldu tveir C-forðarnir hafa oft ekki verið teknir með í fyrri rannsóknum.

Ég kynni hér rannsóknir frá þremur skógræktarsvæðum á SV-landi: Heiðmörk, Nesjavöllum og Ölfusvatni. Heiðmörk er stærsta svæðið og þar hefur verið gróðursettur barrskógur af ýmsum tegundum síðan um 1950, en þar hefur einnig umtalsverður sjálfsáður birkiskógur (Betula pubesecens) vaxið upp af skógarleyfum sem þar voru til staðar. Skógræktarsvæðin á Nesjavöllum og Ölfusvatni eru yngri, eða frá um 1997, en á því fyrra vaxa bæði gróðursettir barr- og birkiskógar, auk sjálfsáinna birkiskóga af skógarleyfum, á meðan á Ölfusvatni eru bara gróðursettir birki- og barrskógar.

Til að meta áhrif nýskógræktar: i) á mismunandi stöðum, ii) í mismunandi skógargerðum, og iii) með aldri ræktaðra skóga, á ýmsar mældar vistkerfisbreytur, þá voru einnig gerðar mælingar á nálægum skóglausum svæðum til samanburðar. Vistkerfisbreyturnar voru: i) yfirborðsþekja, samsetning og lífmassi botngróðurs, ii) eðliseiginleikar jarðvegs (rúmþyngd, hlutfall grófjarðar, jarðvegsdýpi og þykkt feyrulags, auk þurrvigtar jarðvegs í efstu 30 cm og feyru), iii) efnaeiginleikar jarðvegs (sýrustig, C/N hlutfall og magn SOC og N í mismunandi lögum jarðvegs og í feyru) og iv) C-forðar vistkerfisins (jarðvegur, feyra, fínrætur, botngróður og lífmassi trjáa). Annað markmið með rannsókninni var að prófa hvort hægt væri að staðfesta kolefnisbindingu í öllu vistkerfinu með lágmarksfjölda mæliflata í stökum skógum.

Að meðaltali yfir öll svæði, skógargerðir og aldur reita þá höfðu skógarnir um 12% meiri kolefnisforða í jarðvegi árið 2017 miðað við skóglausu samanburðarsvæðin og aukningin var einkum í efsta lagi steinefnajarðvegsins (0-10 cm). Magn feyru, C-forði hennar og þykkt jukust einnig að jafnaði í kjölfar nýskógræktarinnar en það dró úr magni og C-forða botngróðurs, en munur var á þessu milli skógargerða og einnig með aldri skóga. Rúmþyngd, sýrustig og C/N hlutfall breyttist að jafnaði lítið eftir nýskógræktina. Jarðvegur undir barrskógum súrnaði ekki marktækt þegar allir skógar voru bornir saman, þvert á það sem búist var við.

Að jafnaði var meiri kolefnisforði í efstu 30 cm jarðvegs undir barrskógum (10.991 g C m-2) en undir birkiskógum (10.340 g C m-2) og munurinn var hlutfallslega enn meiri í feyrulaginu, þar sem barrskógarnir höfðu 92% stærri C-forða en birkiskógar. Botngróður minnkaði hinsvegar meira undir barrskógum (-77%) en undir birkiskógum (-23%). Kolefnisforði botngróðurs var langminnstur af þessum þremur forðum og hafði ekki teljandi áhrif á kolefnisjöfnuð vistkerfisins.

Að jafnaði þá bættust 22,0 og 4,9 g C m-2 við feyrulag í hreinum barrskógum og í birkiskógum allra svæðanna á hverju ári og samsvarandi árleg kolefnisbinding í efstu 30 cm jarðvegs barr- og birkiskóga var 84,2 and 64,2 g C m-2, að jafnaði. Tapið á C vegna minnkunar botngróðurs eftir nýskógræktina var að jafnaði aðeins –3,5 og –1,3 g C m-2 í barr- og birkiskógum.

Rannsóknir mínar sýna að mjög varasamt er að nota almenna bindistuðla þegar skógareigendur meta kolefnisbindingu sem verður í skógum þeirra. Að minnsta kosti þarf þá að flokka ræktaða skóga í mismundandi skógargerðir áður en slíkum stuðlum er beitt. Önnur athyglisverð niðurstaða er að á fyrstu áratugunum (20-40 árum) eftir að nýskógrækt hefst getur kolefnisbinding í jarðvegi og feyru verið af sömu stærðargráðu og sem verður í viðarvexti skóganna. Verkefnið leggur einnig skógareigendum á SV-landi til mikilvægar spájöfnur fyrir breytingar á mismunandi kolefnisforðum í skógum þeirra.

Útdráttur (á ensku)

Afforestation does not only establish new forests on treeless lands, but also changes many other aspects of the ecosystem, including the fauna, ground vegetation and soil properties. One of the most important ecosystem changes is the influence on the ecosystem carbon (C) stocks in different aboveground and belowground C pools. If afforestation is to be used as a method to sequester atmospheric carbon dioxide (CO2), to mitigate climate warming, it is important not only to consider changes in aboveground tree biomass, but also in the other four major ecosystem pools (dead wood, ground vegetation, litter layer and soil organic carbon (SOC)). The true CO2 mitigating potential of afforestation is the net change in all those five pools, but especially the last two pools have often been neglected in prior studies.

Here I present a study of three afforestation sites in SW Iceland named Heiðmörk, Nesjavellir and Ölfusvatn forests. Heiðmörk is the largest site, planted with different coniferous tree species since ca. 1950 and also contains large naturally regenerated (self-seeded) areas of the native downy birch (Betula pubesecens). The Nesjavellir and Ölfusvatn forests are younger, since ca. 1997, and the former has planted stands of both birch or conifers and also some naturally regenerated areas, while the latter only has planted stands of either birch or conifers.

To examine the influences of afforestation: i) between sites, ii) between different forest types and iii) with increasing forest age, the present study compared different ecosystem properties of adjacent treeless control sites with afforested areas. The ecosystem properties included: i) ground vegetation cover, composition and biomass, ii) soil physical properties (bulk density stoniness, soil and litter depths as well as soil and litter dry mass), iii) soil chemical properties (pH, SOC and N concentration in different soil layers, C/N ratio in both soils and litter) and iv) ecosystem C stocks (soils, litter, fine roots, ground vegetation and standing trees biomass). Another aim of the present study was to test if ecosystem C-stocks could be validated using minimum number of measurement plots in individual forests.

On average across all sites, forest types and forest ages, the soils of the forest sites had 12% larger SOC stocks compared to the treeless sites in 2017. Significant differences in the SOC stocks appeared mainly in the upper top soils (0-10 cm) depth. Litter C, necromass and thickness were also found to be significantly higher in the afforested sites, while ground vegetation was significantly reduced, but these properties also differed between forest types and with age of the forest. Soil bulk density, pH and C/N ratio were found to remain similar across all sites and species. Soils under conifer tree species were not found to become acidic contrary to what was hypothesized.  

On average, pure coniferous plots contained somewhat higher SOC stock (10,991 g C m-2) than birch plots (10,340 g C m-2) and the difference was even more pronounced for the litter layer, where the pure conifer stands had on average 92% larger litter C stocks than the native birch stands. Ground vegetation, on the other hand, was significantly more reduced under conifers (-77%) than in the downy birch forests (-23%), but its C stock was far the smallest of the three and had only minor effect on the ecosystem C-balance. The annual rates of litter C accumulation were 22.0 and 4.9 g C m-2 yr-1 in the pure conifer and the native birch, respectively, and the observed average annual sequestration rates of SOC were 84.2 and 64.2 g C m-2 yr-1, respectively. The C-loss in ground vegetation C-stock amounted to –3.5 and –1.3 g C m-2 yr-1, respectively.

My results indicate that “general C-sequestration rate constants” should be avoided when forest owners are estimating the mitigation potential of their afforested lands. At least their sites should be classed into coniferous stands and birch stands and their C-sequestration should be estimated separately. Another finding is that the C-sequestration in the litter and topsoil layers may be of the same magnitude as the aboveground forest biomass during the first 20-40 years after afforestation. The present work provides valuable equations that enable forest owners to estimate the different C-pools in planted and self-seeded forest stands for different forest types in SW Iceland.

Viðbót við fréttina 30. september 2019

MSc-ritgerð Joels Owona er nú aðgengileg Skemmunni.

Þar kemur m.a. fram að:

• Kolefnisbinding í sópi og jarðvegi skógræktarsvæða er mun meiri en menn höfðu gert sér í hugarlund.
• Kolefnisbindingin í jarðvegi og sópi er í samræmi við vaxtarhraða trjánna sem þýðir að því hraðari sem vöxtur trjánna er, þeim mun örari verður uppsöfnun lífræns efnis (kolefnis) í sópinu og jarðveginum.
• Á Íslandi virðist jarðvegur EKKI súrna undir barrtrjám.
• Uppsöfnun niturs í skógarjarðvegi er töluverð, en óútskýrð (enn sem komið er).

• Changes in carbon-stock and soil properties following afforestation in SW Iceland

Sett á skogur.is: Pétur Halldórsson