Wpływ podwyższonej temperatury i zredukowanych odpadów na emisję metanu (CH4 ^12/CH4^13) z torfowiska w warunkach klimatycznego eksperymentu manipulacyjnego
Type
Project
Date Issued
2018
Discipline
environmental engineering, mining and energy
Abstract (PL)
Od czasów rewolucji przemysłowej średnie globalne stężenie metanu w atmosferze wzrosło z poziomu 722 ppb do około 1848 ppb w lutym 2017 roku (NOAA). Obok pary wodnej, ditlenku węgla, podtlenku azotu, ozonu, freonów i halonów, metan jest jednym z ważniejszych gazów cieplarnianych. Globalnie roczna emisja metanu szacowana jest na około 600 Tg, przy czym około 25% tej emisji stanowi emisja z terenów podmokłych – głównie z torfowisk. W związku z istotnym udziałem torfowisk w globalnej emisji metanu ważnym jest aby zrozumieć w jaki sposób obserwowane i prognozowane zmiany klimatu wpłyną na funkcjonowanie tych niezmiernie wrażliwych ekosystemów i w konsekwencji na emisje CH4 do atmosfery. Prognozy zmian klimatu dla Europy Centralnej zakładają wzrost temperatury powietrza o około 3oC do końca wieku i niewielki wzrost sumy opadów maksymalnie o 10%. Czy jednak ten niewielki wzrost sumy opadów skompensuje straty wody wynikające z większej ewapotranspiracji wynikającej z wyższych temperatur? Czy w związku z tym powierzchnia torfowisk ulegnie przesuszeniu? Jeśli tak, to czy zwiększy się udział roślin naczyniowych pośredniczących w transporcie metanu z warstw beztlenowych torfu do atmosfery? W konsekwencji jaki wpływ będą miały te zmiany na emisję metanu z torfowisk? Aby odpowiedzieć na te pytania istnieje pilna potrzeba kontynuowania pomiarów emisji metanu na już istniejących eksperymentach manipulacyjnych zlokalizowanych na terenach podmokłych i tworzenie nowych obiektów pomiarowych, na których testowany będzie wpływ zredukowanych sum opadów i podwyższonej temperatury na emisje metanu do atmosfery.
Z uwagi na powyższe, głównym celem niniejszego projektu jest określenie wpływu zmieniających się warunków klimatycznych (wzrostu temperatury i redukcji opadów) na emisję metanu z unikalnego torfowiska zlokalizowanego w środkowo-zachodniej części Polski. Odpowiemy na wyżej postawione pytania, a także spróbujemy zrozumieć i opisać procesy prowadzące do zmian emisji CH4 do atmosfery z wykorzystaniem technik izotopowych (izotop węgla 13C). Aby osiągnąć wyżej wymienione cele pomiary emisji metanu odbywać się będą na terenie istniejącego klimatycznego eksperymentu manipulacyjnego prowadzonego przez Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu od 2014r na torfowisku w Rzecinie. Eksperyment ten jest prowadzony w ramach projektu WETMAN (www.wetman.pl), który zakończył się w kwietniu 2017 roku. W eksperymencie zastosowano aktywne metody manipulacji klimatem z radiatorami podczerwieni (podniesienie temperatury torfu) oraz z automatyczną markizą redukującą nocne opady docierające do powierzchni torfowiska. Pomiary emisji CH4 na tym obiekcie, prowadzone są i będą przy użyciu istniejącej automatycznej mobilnej platformy pomiarowej z systemem komór dynamicznych i szybkimi analizatorami LOSGATOS i PICARRO. Dodatkowo, wykorzystamy infrastrukturę powstającą na tym samym torfowisku ale w innych jego miejscach (z innymi grupami funkcjonalnymi roślin) w ramach projektu NCN: „Reakcja fluorescencji indukowanej promieniowaniem słonecznym oraz fotosyntezy roślinności torfowiska na stres wywołany symulowanym deficytem wodnym i podwyższoną temperaturę w warunkach klimatycznego eksperymentu manipulacyjnego (FLUOGPP)”. Na nowopowstających (w 2017 roku) stanowiskach pomiarowych warunki klimatyczne będą manipulowane z wykorzystaniem metod pasywnych – komory otwarte (OTC) służyć będą do podnoszenia temperatury, a opad redukowany będzie za pomocą permanentnie zainstalowanych zadaszeń. Okresowe pomiary emisji metanu na tych obiektach wykonywane będą w ramach niniejszego projektu z wykorzystaniem manualnych dynamicznych komór zamkniętych. Wykonywanie tych samych pomiarów na 3 różnych stanowiskach manipulacyjnych o innej strukturze i składzie gatunkowym roślinności stwarza niepowtarzalne warunki i pozwoli lepiej zrozumieć wpływ zastosowanych manipulacji na emisje metanu. Kolejnym atutem prowadzenia badań na funkcjonującej stacji pomiarowej w Rzecinie jest możliwość pomiarów w czasie rzeczywistym zawartości izotopu 13C w metanie.
Według naszej wiedzy, klimatyczny eksperyment manipulacyjny WETMAN i dwa nowo powstające stanowiska z pasywnymi manipulacjami są jedynymi tego typu eksperymentami w Europie zlokalizowanymi na torfowisku o tak unikanych cechach jak torfowisko Rzecińskie. Należy nadmienić że, zastosowanie dwóch technik manipulacyjnych w jednym ekosystemie zdarza się niezmiernie rzadko. Dlatego też ocenimy skuteczność zastosowanych technik manipulacyjnych w kontekście ich wpływu na emisję metanu. W projekcie wykorzystamy potencjał i infrastrukturę zakończonego projektu WETMAN i realizowanego obecnie projektu NCN, zapewniając ciągłość koncepcji, pomiarów, ale nade wszystko zapewniając najbardziej efektywne i komplementarne wykorzystanie istniejących zasobów i środków finansowych przyznanych na naukę, po to by zrozumieć procesy rządzące produkcją i emisją metanu na torowiskach w przyszłych warunkach klimatycznych.
Z uwagi na powyższe, głównym celem niniejszego projektu jest określenie wpływu zmieniających się warunków klimatycznych (wzrostu temperatury i redukcji opadów) na emisję metanu z unikalnego torfowiska zlokalizowanego w środkowo-zachodniej części Polski. Odpowiemy na wyżej postawione pytania, a także spróbujemy zrozumieć i opisać procesy prowadzące do zmian emisji CH4 do atmosfery z wykorzystaniem technik izotopowych (izotop węgla 13C). Aby osiągnąć wyżej wymienione cele pomiary emisji metanu odbywać się będą na terenie istniejącego klimatycznego eksperymentu manipulacyjnego prowadzonego przez Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu od 2014r na torfowisku w Rzecinie. Eksperyment ten jest prowadzony w ramach projektu WETMAN (www.wetman.pl), który zakończył się w kwietniu 2017 roku. W eksperymencie zastosowano aktywne metody manipulacji klimatem z radiatorami podczerwieni (podniesienie temperatury torfu) oraz z automatyczną markizą redukującą nocne opady docierające do powierzchni torfowiska. Pomiary emisji CH4 na tym obiekcie, prowadzone są i będą przy użyciu istniejącej automatycznej mobilnej platformy pomiarowej z systemem komór dynamicznych i szybkimi analizatorami LOSGATOS i PICARRO. Dodatkowo, wykorzystamy infrastrukturę powstającą na tym samym torfowisku ale w innych jego miejscach (z innymi grupami funkcjonalnymi roślin) w ramach projektu NCN: „Reakcja fluorescencji indukowanej promieniowaniem słonecznym oraz fotosyntezy roślinności torfowiska na stres wywołany symulowanym deficytem wodnym i podwyższoną temperaturę w warunkach klimatycznego eksperymentu manipulacyjnego (FLUOGPP)”. Na nowopowstających (w 2017 roku) stanowiskach pomiarowych warunki klimatyczne będą manipulowane z wykorzystaniem metod pasywnych – komory otwarte (OTC) służyć będą do podnoszenia temperatury, a opad redukowany będzie za pomocą permanentnie zainstalowanych zadaszeń. Okresowe pomiary emisji metanu na tych obiektach wykonywane będą w ramach niniejszego projektu z wykorzystaniem manualnych dynamicznych komór zamkniętych. Wykonywanie tych samych pomiarów na 3 różnych stanowiskach manipulacyjnych o innej strukturze i składzie gatunkowym roślinności stwarza niepowtarzalne warunki i pozwoli lepiej zrozumieć wpływ zastosowanych manipulacji na emisje metanu. Kolejnym atutem prowadzenia badań na funkcjonującej stacji pomiarowej w Rzecinie jest możliwość pomiarów w czasie rzeczywistym zawartości izotopu 13C w metanie.
Według naszej wiedzy, klimatyczny eksperyment manipulacyjny WETMAN i dwa nowo powstające stanowiska z pasywnymi manipulacjami są jedynymi tego typu eksperymentami w Europie zlokalizowanymi na torfowisku o tak unikanych cechach jak torfowisko Rzecińskie. Należy nadmienić że, zastosowanie dwóch technik manipulacyjnych w jednym ekosystemie zdarza się niezmiernie rzadko. Dlatego też ocenimy skuteczność zastosowanych technik manipulacyjnych w kontekście ich wpływu na emisję metanu. W projekcie wykorzystamy potencjał i infrastrukturę zakończonego projektu WETMAN i realizowanego obecnie projektu NCN, zapewniając ciągłość koncepcji, pomiarów, ale nade wszystko zapewniając najbardziej efektywne i komplementarne wykorzystanie istniejących zasobów i środków finansowych przyznanych na naukę, po to by zrozumieć procesy rządzące produkcją i emisją metanu na torowiskach w przyszłych warunkach klimatycznych.
Abstract (EN)
Since pre-industrial era, the mean atmospheric concentration of methane increased more than two times from 722 ppb to 1848 ppb in February 2017 (NOAA). Next to water vapour, carbon dioxide, nitrous oxide, ozone, Freons and Halons, methane is one of the most important greenhouse gas (GHG). Globally, annual methane emissions exceeds 600 Tg, and almost 25% of emissions comes from wetlands. Due to the significant contribution of peatlands in global methane emissions, it is important to understand how the observed and predicted climate change will affect the functioning of these highly vulnerable ecosystems and in a consequence - CH4 emissions. Climate change predictions for Central Europe assume an increase in air temperature by ~ 3°C until the end of century and little increase in precipitation by 10%. However, will this small increase in precipitation compensate the water losses caused by higher evapotranspiration resulting from higher temperatures? Will the surface of peatlands get drier? If so, will the biomass of vascular plants mediating the transport of methane from anaerobic peat layers to the atmosphere increase? As a consequence what would be an impact of these changes on methane emissions from peatlands? To answer for these questions, we need to continue measurements of methane emissions on existing wetland manipulation experiments and to create new measurement facilities that will investigate the impact of reduced precipitation and increased temperature on methane emissions. Due to above, the main objective of the proposed project is to investigate the potential impact of changing climate conditions (increased temperature and reduced precipitation) on methane emissions from the unique peatland ecosystem located in the middle-west part of Poland. We will answer to the above questions and try to understand and describe the processes that lead to CH4 emissions with the use of isotopic techniques (13C isotope). Methane emission measurements will be carried out on the existing WETMAN climate manipulation experiment managed by the Poznan University of Life Sciences (since 2014). This experiment was developed within the WETMAN project (www.wetman.pl), which has just finished in April 2017. In this experiment, the active techniques of manipulation were used: infrared heaters to increase peat temperature and automatic curtain to reduce nighttime rains. The CH4 emission measurements were and will be carried out on WETMAN site (thanks to this proposal – if funded) by means of automated novel mobile platform equipped with the closed dynamic chamber system and fast gas analyzers. Besides, we will use two new climate manipulation infrastructures developed within the NCN funded project: “Sun Induced fluorescence and photosynthesis of peatland vegetation response to stress caused by simulated water deficits and increased temperature under conditions of climate manipulation experiment (FLUOGPP)”. The manipulation sites are developed on the same peatland, but on areas dominated by other plant species. The main difference between these two sites will be in manipulation methods. The newly designated sites will be manipulated with passive techniques - the open top chambers (OTC) will be used to increase temperature of peat, while permanent Plexiglas cover will be used for reduction of precipitation. Periodic measurements of methane emissions on these two sites will be carried out by means of manual dynamic chamber system with LOSGATOS gas analyzer. The same type of measurements conducted in the same way on three differentia manipulation sites characterized with different vegetation structure and species composition, creates very unique conditions and will allow us to better understand the impact of applied manipulations on methane emissions from peatland. According to our best knowledge, the WETMAN climate manipulation experiment and two other newly developed sites with passive manipulation are the only one in Europe, which are located on such a unique ecosystem like our Rzecin peatland. It should be noted that, this is not very common when two different manipulation techniques are applied on the same ecosystem. That is why we will compare also the efficiency of passive and active manipulation methods in the context of their impact on methane emissions. In the project we will use the potential and research infrastructure developed within the WETMAN (finished) and recently started NCN projects, in order to assure continuity of research concept, measurements, but most of all assuring the most effective and complementary utilization of existed scientific and financial resources spent on science with the aim to better understand processes driving the production and emission of methane from peatlands in future climate conditions.
Subject (pl)