Carbon dioxide dynamics of a restored maritime peatland

Abstract

The restoration of cutaway peatlands provides an opportunity to return the carbon (C) sink function and to examine the influence of climate on peat formation and C accumulation. We studied CO₂ exchange dynamics in 2002 and 2003 at a rewetted cutaway peatland located within the temperate maritime climatic zone. Gross photosynthesis (P_G), ecosystem respiration (R_TOT), and net ecosystem exchange (NEE) were observed in a range of microsites representing a hydroseral succession gradient: Typha latifolia—Phalaris arundinacea, Eriophorum angustifolium—Carex rostrata, and Juncus effusus—Holcus lanatus vegetation communities and areas of bare (unvegetated) peat. Annual rainfall was 26% higher in 2002 and 4% lower in 2003 than the long-term average and influenced water table position at all microsites. Observed instantaneous CO₂ fluxes varied temporally and spatially at all microsites. Modelled P_G was strongly dependent on irradiation (Photosynthetically Active Radiation) and the Vascular Green Area index (VGA). R^TOT was influenced by the soil temperature at 5 cm depth (T_5cm) and the water table position. All microsites were net sources of CO₂ in both years of the study, and higher losses (with the exception of Juncus/Holcus) were observed in 2003 at all microsites. In general, losses followed the trend Juncus/Holcus > Phalaris > Typha > bare peat > Eriophorum—Carex in 2002 and Phalaris > Juncus—Holcus > Typha > Eriophorum/Carex > bare peat in 2003. Losses ranged from -163 to -651 g CO₂ - C·m^−2.y⁻¹ in 2002 and -308 to -760 g CO₂ - C·m^−2.y⁻¹ in 2003. Considerable wintertime losses were observed at all microsites. The results from this study suggest that these peatlands are vulnerable to interannual variations in climatic inputs and that future predictions of climatic change may make restoration of the C sink function in cutaway peatlands in the temperate maritime climatic zone a considerable challenge in the years ahead.

Résumé

La restauration des tourbières exploitées constitue une opportunité de réactiver la fonction de puit de carbone (C) et d'étudier l'influence du climat sur la formation de la tourbe et l'accumulation de C. Nous avons étudié la dynamique des échange de CO₂ en 2002 et 2003 dans une tourbière exploitée ayant été réhumidifiée située dans la zone climatique maritime tempérée. La photosynthèse brute, la respiration de l'écosystème et les échanges nets de l'écosystème ont été mesurés pour un ensemble de microsites représentant un gradient de succession d'une hydrosérie: les communautés végétales Typha latifolia—Phalaris arundinacea, Eriophorum angustifolium—Carex rostrata, Juncus effusus—Holcus lanatus et des secteurs de tourbe à nue (sans végétation). La précipitation annuelle était 26% plus élevée en 2002 et 4% plus faible en 2003 que la moyenne à long terme et elle influençait la position de la nappe phréatique pour tous les microsites. Les mesures de flux instantanés de CO₂ variaient dans le temps et dans l'espace pour tous les microsites. La photosynthèse brute modélisée était fortement dépendante de la radiation (rayonnement photosynthétiquement actif) et de l'index VGA (Vascular Green Area index). La respiration totale de l'écosystème était influencée par la température du sol à 5 cm de profondeur et par la position de la nappe phréatique. Tous les microsites constituaient des sources nettes de CO₂ pour les deux années de l'étude et les plus grandes pertes ont été mesurées en 2003 pour tous les microsites (à l'exception de Juncus—Holcus). En général les pertes suivaient la tendance suivante: Juncus/Holcus > Phalaris > Typha > tourbe à nue > Eriophorum—Carex en 2002 et en 2003: Phalaris > Juncus—Holcus > Typha > Eriophorum—Carex > tourbe à nue. En 2002, les pertes variaient de -163 à -651 g CO₂ - C·m₋₂.y₋₁ et en 2003 de -308 à -760 g CO₂ - C·m₋₂.y₋₁ en 2003. Des pertes hivernales importantes ont été mesurées pour tous les microsites. Les résultats de cette étude suggèrent que les tourbières sont vulnérables aux variations climatiques interannuelles d'une part et que d'autre part, les prévisions de changement climatique font de la restauration de la fonction de puit de carbone des tourbières exploitées de la zone climatique maritime tempérée un défi important à relever dans les années à venir.

Keywords:

• CO₂ exchange
• cutaway peatlands
• interannual variation
• rewetting
• succession

Mots-clés:

• échange de CO₂
• réhumidifier
• succession
• tourbières exploitées
• variation interannuelle