Áhrif nýskógræktar á jarðveg, kolefnisforða og líffræðilega fjölbreytni á Fljótsdalshéraði.

Abstract

Meðalhiti hefur hækkað á jörðinni og því er spáð að hann haldi áfram að hækka vegna aukningar í styrk gróðurhúsalofttegunda (GHG) eins og koltvísýrings (CO2) í andrúmslofti. Um 23% af GHG losun af mannavöldum er frá landbúnaði, skógareyðingu eða annarri landnýtingu. Breytingar á landnýtingu, svo sem nýskógrækt, getur hinsvegar einnig verið mikilvæg mótvægisaðgerð til að draga úr nettólosun GHG. Nýskógrækt á áður skóglausu landi getur breytt kolefnisforða þess, bæði ofan- og neðanjarðar, og öðrum vistkerfisbreytum, svo sem líffræðilegum fjölbreytileika.Markmið þessarar ritgerðar er að svara hver voru áhrif nýskógræktar á ýmsa jarðvegsþætti (rúmþyngd, styrk kolefnis (C) og köfnunarefnis (N) í jarðvegi, C/N hlutfall og sýrustig (pH)), meta breytingar á kolefnisforða alls vistkerfisins ofan- og neðanjarðar eftir því sem lengra leið frá breytingum á landnýtingunni, og að lokum breytingar á líffræðilegum fjölbreytileika sem áttu sér stað í gróðurfari eftir nýskógræktina. Niðurstöðurnar voru greindar með tilliti til skógargerðar, aldri skóganna, dýptar í jarðvegi og úttektarárs. Að auki voru niðurstöður fengnar með aldursseríuaðferð bornar saman við niðurstöður sem fengust með endurtekinni úttekt á hverjum stað.Í þessari rannsókn var gerð endurtekin úttekt á hvernig jarðvegur, gróðurfar og kolefnisforði breyttist þegar skóglaust mólendi breyttist í náttúrulegan birkiskóg (Betula pubescens) með sjálfsáningu eða í nytjaskóg með gróðursetningu rússalerkis (Larix sibirica) á Fljótsdalshérði á Austurlandi. Úttektirnar fóru fram árin 2002 og 2015 og báru saman aldursseríu (e. chronosequence) af skógarreitum af hvorri tegund. Grisjun hafði farið fram í öllum ræktuðu lerkiskógunum milli úttektanna, en ekki í náttúrulegu birkiskógunum.Engin marktæk aukning varð á rúmþyngd jarðvegs eftir skógræktina, sem gæti hafa stafað af þjöppun eftir grisjun með skógarhöggsvélum eða vegna of takmarkaðrar sýnatöku. Heildarmagn kolefnis (SOC) í efstu 30 cm jarðvegs breyttist ekki marktækt í kjölfar skógræktarinnar þar sem aukningu í yfirborðslagi (0-10 cm) fylgdi álíka mikið tap á SOC í dýpri jarðvegslögum (10-30 cm), að jafnaði. Niðurstöðurnar aldursseríunnar bentu jafnframt til að svörunin í kolefnisbindingu í jarðvegi hafi verið ólínuleg og því hentaði línulegt aðhvarfsmódel sem notað var í þessari rannsókn ekki til að lýsa því sem gerðist með aldrinum. Hinsvegar hækkaði C/N hlutfall og sýrustig (pH) lækkaði marktækt í yfirborðslagi jarðvegs í kjölfar skógræktarinnar og hraðar fyrir lerkið en fyrir birkið. Súrnunin var þó mjög lítil og fór ekki yfir vistræðileg mörk annarra tegunda.Kolefnisforði alls vistkerfisins jókst marktækt í eldri lerkiskógunum miðað við skóglaust mólendi eða yngri birki- og lerkiskóga. Árleg kolefnisbinding í öllu vistkerfinu var að jafnaði 133,0 (lerki) og 33,3 g C/m2/ári (birki), en það samsvarar 4,9 og 1,2 tonnum CO2/ha/ári fyrir lerki og birkiskógana sem hér voru rannsakaðir. Aukningin varð mest í lífmassa trjánna ofan- og neðanjarðar, eða 105,0 og 29,5 g C/m2/ári fyrir lerki og birkiskóga, að jafnaði. Þeir stuðlar taka ekki tillit til þess lífmassa sem hafði verið fjarlægður með grisjunum úr lerkiskógunum. Hlutdeild rotnunar- og feyrulags jarðvegsins (sóp), grófs liggjandi viðar og standandi dauðra tráa jókst marktækt með aldri í náttúrulegu birkiskógunum, en í lerkiskógunum höfðu grisjanirnar sennilega haft meiri áhrif á þessa kolefnisforða en aldur skóganna.Hlutdeild SOC í heildar kolefnisforða vistkerfisins minnkaði með aldri en hlutdeild lífmassa trjánna jókst, óháð skógargerð. Að jafnaði var hlut forðans sem var í lífmassa trjánna marktækt hærra í lerkiskógunum, á meðan að hlutfall SOC af heildarforðanum var hærra í birkinu. Kolefnisforði jarðvegs var þó í flestum tilfellum stærsti kolefnisforði vistkerfisins. Gróðurfar breyttist í kjölfar þess að skógarnir spruttu upp. Hlutdeild mosa minnkaði, en byrkningar og einkímblöðungar jukust hlutfallslega í skógunum. Tegundaauðgi (e. species richness) gróðurs minnkaði þar sem skógar uxu og tegundafjölbreytileiki gróðurs (e. species diversity) gekk í sömu átt í gamalgróna birkiskóginum en breyttist ekki marktækt í lerkiskógunum.Samanburður milli endurtekinnar úttektar á sömu reitum og þeim breytingum sem aldursseríuarnar í skógunum gáfu til kynna sýndi svipaðar niðurstöður fyrir hluta mælibreytanna, en fyrir aðrar breytur voru 13 ár milli úttekta of skammur tími til að geta dregið marktækar ályktanir. Væntanlega var það svo því að vaxtarhraði er hægari á Íslandi en sunnar sem slíkur samanburður á aðferðum hefur oftast verið gerður. Það þarf því langtíma vöktun til að geta svarað þessari aðferðafræðilegu spurningu við íslenskar aðstæður.

Mean temperatures have increased and are expected to rise even more in the future as a result of an increase in greenhouse gasses (GHG) such as carbon dioxide (CO2) in the atmosphere. About 23% of the anthropogenic GHG emissions derive from agriculture, forestry and other land use. However, land use change such as afforestation may also sequester CO2 and therefore mitigate climate change. Afforestation may change above- and belowground carbon stocks as well as other ecosystem properties such as biodiversity.The aim of this research project was to study changes in soil properties (soil bulk density (BD), organic carbon (SOC) and nitrogen (SON) concentrations and stocks, C/N ratio and pH), ecosystem C stocks (above- and belowground) and diversity of ground vegetation following afforestation. Differences between tree species, forest age, soil depths and inventory years were studied. Additionally, the reliability of the chronosequence method was tested.Analysis was performed on repeated soil, vegetation and forest inventory measurements from two chronosequences consisting respectively of downy birch (Betula pubescens) forests which naturally regenerated and Siberian larch (Larix sibirica) forests planted on heathland in East Iceland from 2002 and 2015. Mechanical thinning had been conducted in all the Siberian larch forests between the two inventory years, but not in the naturally regenerated downy birch forests.A significant change in soil BD following afforestation was not found, possibly due to mechanical thinning or a limited number of samples. The SOC stock at 0-30 cm depth did not change significantly following afforestation as a result of a similar increase and decrease in the upper (0-10 cm) and lower (10-30 cm) topsoil respectively. Results indicated that changes in SOC following afforestation may be non-linear and could therefore not be accurately described by the linear models used in this study. Soil C/N ratio significantly increased while pH significantly decreased following afforestation, faster for Siberian larch than for downy birch in the upper topsoil. However, the small changes in soil pH suggested that soil acidification may not be a serious problem in forests in East Iceland.The total ecosystem C stock was significantly greater in older Siberian larch forests than in heathland and younger downy birch and Siberian larch forests. The total ecosystem C stock significantly increased with forest age with about 133.0 g C/m2/year (Siberian larch) and 33.3 g C/m2/year (downy birch), which equals 4.9 and 1.2 tonnes CO2/ha/year respectively. The C stocks in above- and belowground tree mass significantly increased with forest age with about 105.0 g C/m2/year (Siberian larch) and 29.5 g C/m2/year (downy birch). These sequestration rates do not include biomass removed from the Siberian larch forests by mechanical thinning. Litter, coarse woody debris and snags also significantly increased with forest age for downy birch, but mechanical thinning likely disturbed the age-dependent trend for these stocks in the Siberian larch forests. The relative contribution of SOC to the total ecosystem C stock decreased with forest age, while the relative contribution of C in aboveground tree mass increased for both forest types. The relative aboveground tree mass was significantly greater for Siberian larch than for downy birch, while the relative SOC was greater for downy birch. Still, the SOC generally remained the largest C stock.Ground vegetation composition changed following afforestation, showing a decrease in mosses and an increase in pteridophytes and monocots. Species richness decreased following afforestation, while species diversity showed a similar trend for old growth downy birch, but not for the Siberian larch forests.Lastly, comparisons between the chronosequence and permanent plot method showed that some repeated inventory results supported the observed trends found by the chronosequence method, while others indicated that more than 13 years between repeated measurements were needed to draw significant conclusions in this respect. This may be explained by the relatively slow growth rate in Iceland compared to other more temperate or sub-tropical study sites where such methodological comparisons have been made. Therefore, more long-term monitoring studies would be necessary to address this issue in Iceland.