Net ecosystem carbon balance of a heterogeneous polygonal tundra landscape in the Lena River Delta, Russia

Abstract

Arktische Permafrostlandschaften enthalten beträchtliche Mengen an organischem Kohlenstoff (C) im Boden, der potenziell abgebaut werden kann. Durch die Erwärmung des Klimas wird dieser Abbau in Permafrostregionen wahrscheinlich beschleunigt, doch die Prognosen für den künftigen Abbau des organischen Kohlenstoffs im Boden sind aufgrund des begrenzten Verständnisses der Prozesse und der wenigen Beobachtungsdaten nach wie vor unsicher. Diese Ungewissheit in Bezug auf künftige Prognosen gilt auch für die polygonale Tundra, eine Permafrostlandschaft in der Arktis, die aufgrund der großen räumlichen Variabilität der Landschaftskomponenten komplexe Land-Atmosphären-Kohlenstoffflüsse aufweist. Obwohl diese Land-Atmosphäre-Kohlenstoffflüsse auf Landschaftsebene beobachtet wurden, gibt es nur wenige Beobachtungen von Kohlenstoffflüssen aus verschiedenen Landschaftskomponenten (z. B. offene Gewässer und bewachsene Flächen) der polygonalen Tundra. In dieser Arbeit untersuche ich die vertikale und laterale C-Flussdynamik in einem polygonalen Tundragebiet im Lena-Flussdelta, Russland. Im ersten Teil stelle ich zwei methodische Ansätze zur Aufteilung des vertikalen Landschafts-C-Flusses der heterogenen polygonalen Tundra in den C-Fluss aus zwei Landschaftskomponenten vor. Für diese Ansätze habe ich Beobachtungsdaten von einem bzw. zwei Eddy-Kovarianz-Türmen verwendet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Ansätze zur Quellenaufteilung die C-Flüsse aus den Landschaftskomponenten, d.h. den Gewässern und der bewachsenen Tundra, wirksam trennen. Die Unsicherheit der Quellenaufteilung nahm jedoch drastisch zu, wenn zwei Landschaftskomponenten mehrere Merkmale gemeinsam hatten (z. B. Vegetation und Höhe, wie trockene und feuchte Tundra), da die Klassifizierung dieser ähnlichen Landschaftskomponenten mit hoher Präzision schwierig ist. Im zweiten Teil untersuchte ich die Beziehung zwischen lateralen und vertikalen C-Flüssen aus dem polygonalen Tundra-Studiengebiet und kombinierte die Flusskomponenten zur Netto-Ökosystem-Kohlenstoffbilanz (NECB). Durch diese Analyse konnte ich den C-Fluss identifizieren, der für die C-Bilanz des Ökosystems in der polygonalen Tundra am wichtigsten ist. Zur Schätzung des vertikalen C-Flusses verwendete ich die Eddy-Kovarianz-Methode, während ich zur Schätzung des lateralen C-Flusses Abflussbeobachtungen in Kombination mit der C-Konzentration im Abflusswasser verwendete. Die Ergebnisse zeigten, dass der laterale C-Export etwa 2% des Netto-Ökosystemaustauschs (NEE) von Kohlenstoffdioxid (CO2) ausmacht. Außerdem analysierte ich die sich ergebenden C-Flüsse aus den verschiedenen Landschaftskomponenten unter Verwendung von Ansätzen zur Quellenaufteilung und ermittelte die Auswirkung der C-Emissionen der Wasserkörper auf die C-Bilanz der Landschaft. Die Ergebnisse eines Quellenaufteilungsansatzes ergaben, dass die geschätzte sommerliche Netto-CO2-Aufnahme der bewachsenen polygonalen Tundra um 11% niedriger war, wenn die C-Emissionen der Gewässer berücksichtigt wurden. Diese Arbeit unterstreicht die Bedeutung einer repräsentativen CFluss-Beobachtung in der heterogenen polygonalen Tundra, da eine nicht repräsentative C-Fluss-Beobachtung zu einer verzerrten C-Bilanz führen könnte. Sie zeigt auch, dass die vertikalen C-Flüsse die wichtigsten C-Flüsse der NECB in dieser Landschaft darstellen.