Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Natural peatlands provide a small but persistent long-term carbon (C) sink. However, within the last century their extent in Sweden has declined by about 1.5-2.0 million hectares due to drainage activities. When a peatland is drained, the groundwater level is lowered which leads to changes in peat properties, increased microbial activity and larger C and nitrogen (N) losses. The resulting changes in the ecosystem also influence fauna and flora communities and reduce biodiversity. The overall aim of this master’s thesis was to investigate how 100 years of drainage has affected the physical and chemical properties of peat in a drained peatland forest (Trollberget) in northern Sweden.
Analyses of peat bulk density, ash content, C content, N content, C:N ratio, δ13C and δ15N data were conducted in relation to ditch distance (i.e. 5, 25 and 50 m) and across the peat profile (up to a depth of -55 cm). Similar data were further available for comparison from a nearby natural mire (Degerö mire).
The results showed significant differences in bulk density, C content and δ13C between the different distances from ditch. Specifically, most of these parameters (except for δ13C) indicated a generally stronger drainage effect and decomposition in samples further away from the ditch which is in contrast to expectation. This was also confirmed by the ash and N content as well as C:N ratio and δ15N data though the patterns were not as clear and statistically not significant. The δ13C data, on the contrary, suggested highest drainage effect and decomposition closer to the ditch.
Across the vertical peat profile, significant differences were found for all of the studied variables at the drained peatland forest. It is interesting to note that the depth profiles of bulk density, ash and N content, C:N ratio and δ15N indicate that drainage and decomposition has been strongest in the upper ~10-30 cm layer.
The comparison with the natural mire suggests that the drained site had significantly higher bulk density, due to lowering of the groundwater level and subsequent subsidence, compaction and decomposition of the peat. Similarly, higher C and N content and lower C:N ratio compared to the natural mire indicate that the peat is strongly decomposed at the drained site. In comparison to the natural mire, a significant difference could also be detected for the δ15N values with an enrichment of 15N occurring in the upper layer due to enhanced decomposition following drainage. Peat δ13C data on the other hand was rather similar between the drained and natural sites.
Overall, this thesis results demonstrate manifold changes in peat physical and chemical properties following drainage of natural mires. While most of these could be associated with increased decomposition rates in the upper ~30 cm layer, additional impacts might occur in relation to hydrological variations on the site or in connection to the forest edge surrounding the site, which may further alter nutrient content and water supply at specific locations across the drained peatland site. In summary, it can be said that ditching of mires has significant effects on physical and chemical peat properties with important subsequent effects on peatland ecosystem functioning such as greenhouse gas emissions, hydrology and biodiversity.

Naturliga torvområden utgör en liten men långvarig kol (C) sänka på jorden. Under förra seklet minskade torvområden i Sverige med cirka 1,5–2,0 miljoner hektar på grund av dränering. När torvmarker dräneras sänks grundvattennivån vilket leder till förändringar i torvegenskaper, så som ökad mikrobiell aktivitet och större förluster av C och kväve (N). Förändringar i ekosystemet leder till andra typer av fauna och flora samhällen och minskar den biologiska mångfalden. Det övergripande syftet med denna masteruppsats var att undersöka hur 100 års dränering har påverkat torvens fysiska och kemiska egenskaper i en dränerad torvskog (Trollberget) i norra Sverige.
Analyser av torvbulkdensitet, askinnehåll, C-innehåll, N-innehåll, C:N-kvot samt δ13C och δ15N data utfördes i relation till dikningsavståndet (dvs 5, 25 och 50 m) och torvprofilen (upp till -55 cm). Liknande data fanns för jämförelse från en närliggande naturlig Degerö-myr.
Resultaten visade signifikanta skillnader i bulkdensitet, C-innehåll och δ13C mellan de olika avstånden från diket. Dessa parametrar (förutom δ13C) indikerade en generellt kraftigare dräneringseffekt och nedbrytningskapacitet i prover längre bort från diket, vilket var motsatsen till de förväntade resultaten om högre hastigheter av nedbrytning närmare diket där dräneringseffekten borde vara som störst, inte visade sig stämma. Detta bekräftades också av ask- och N-innehållet såväl som C:N-kvoten och δ15N data, även om mönstret i data inte var lika tydligt och statistiskt sett inte signifikant. δ13C data visade omvänt resultat med högre dräneringseffekt och nedbrytning närmast diket.
I den vertikala torvprofilen kunde signifikanta skillnader konstaterades för alla de studerade parametrarna i den dränerade torvskogen. Det intressanta att notera är att torvprofilerna för bulkdensitet, ask- och N-innehåll, C:N-kvoten och δ15N indikerade att dräneringseffekten och nedbrytningen var starkast i det övre ~10-30 cm-skiktet.
Jämförelsen med den naturliga myren antyder att det dränerade området hade betydligt högre densitet på grund av sänkning av grundvattennivån och efterföljande sänkning, kompaktering och nedbrytning av torven. På liknande sätt indikerar även högre C- och N-innehåll och en lägre C:N-kvot att torven bryts ner kraftigare på den dränerade myren jämfört med den naturliga myren. I jämförelsen med den naturliga myren kan en signifikant skillnad också detekteras för δ15N värdena med en anrikning av 15N som uppträder i det övre skiktet på grund av den intensifierade nedbrytningen efter dränering. δ13C data hade och andra sidan väldigt lika värden mellan den dränerade och naturliga myren.
Överlag visade dessa resultat många förändringar i både fysiska och kemiska egenskaper hos torv som blivit dränerad. Flest resultat visade sig vara förknippade med ökade nedbrytningshastigheter i det övre ~30 cm-skiktet, vilket kan ha uppstått i förhållande till ytterligare påverkande faktorer så som hydrologiska variationer på platsen eller prover tagna i anslutning till skogskanten som omger platsen, vilket kan ge ytterligare förändringar i näringsinnehållet och vattentillgången på specifika platser på det dränerade torvområdet. Sammanfattningsvis kan man säga att dikning av våtmarker har betydande effekter på fysikaliska och kemiska torvegenskaper med viktiga efterföljande effekter på torvmarkens ekosystem så som växthusgaser, hydrologi och biodiversitet.