Soil carbon stocks in different vegetation classes across the treeline ecotone in central- and southern Norway

Abstract

The expansion of the treeline into the currently treeless alpine tundra may have considerable impacts on carbon storage. Recent studies have shown that the expansion of trees into the alpine tundra could lead to an increase in CO2 emissions, having positive feedback on global warming. However, few studies have assessed differences in carbon storage between vegetation classes in the forest-tundra ecotone. Here, I have done that by classifying the vegetation according to the Nature Types in Norway (NiN) classification system. Top organic soil was sampled in five different vegetation classes: forest, lee side, ridge, subxeric heath, and xeric heath along a 600-kilometer latitudinal gradient from the south to the middle part of Norway from late July to late August 2021. From the soil samples both carbon stock and carbon concentration were estimated in the lab, and statistical analyses were carried out to see if there were any differences in carbon stock and carbon concentration between the vegetation classes in the alpine tundra and treeline ecotone. To account for spatial dependencies caused by the sampling design (study sites and sample lines), a linear mixed effects model was used. Elevation was also included in the model to account for the possible effect of elevation on soil carbon storage. All vegetation classes found in the alpine tundra had larger soil carbon stock sizes and higher carbon concentration value than the vegetation class in the treeline ecotone, but not all were significantly different. Elevation had only a very minor influence on carbon concentration, and non-significant effect on carbon stock. Altogether, the results indicate that carbon stock and carbon concentration in the organic soil layer is larger for the vegetation classes in the alpine tundra than the vegetation class in the treeline. An expansion of the treeline could further lead to higher CO2 emissions and have positive feedback on global warming. The study illustrates how the expansion of trees into alpine tundra could affect the carbon storage in the top organic soil layer.

En utvidelse av den nåværende tregrensen til den alpine tundraen kan få ytterligere påvirkninger på karbonlagring. Ny forskning viser at en utvidelse av trær til den alpine tundraen kan føre til høyere CO2 utslipp, og dermed gi en positiv tilbakemelding på global oppvarming. Da de fleste studier undersøker de mulige påvirkningene en økt tregrense vil få for karbonlagring for alle økosystemer i tundraen, er det ennå få studier som undersøker karbonlagring i de ulike vegetasjonsklassene vi finner i tregrensen og den alpine sonen. Denne studien undersøker eventuelle forskjeller i karbonlager og karbonkonsentrasjon mellom vegetasjonsklasser i tregrensen og den alpine tundraen etter kartleggingsverktøyet Natur i Norge (NiN). I studiet ble jordprøver fra det øvre organiske laget samlet inn. Totalt fem forskjellige vegetasjonsklasser i tregrenseøkotonen ble undersøkt: skog, leside, rabbe, lavhei, og lynghei langs en 600-kilometer transekt i Midt- og Sør-Norge. Feltarbeidet ble gjennomført fra sen juli til sen august i 2021. Fra jordprøvene ble både karbonlager og karbonkonsentrasjon estimert. Videre statistiske analyser ble gjennomført for å finne eventuelle forskjeller mellom karbonlager- og konsentrasjon for de forskjellige vegetasjonsklassene i tregrenseøkotonen. For å ta hensyn til om variasjon i karbonlager- og konsentrasjon ble forårsaket av prøvetakingsdesignet (studiested og lokasjon for hver prøve), ble en lineær «mixed model» brukt. Høydemeter over havet ble også inkludert for å undersøke mulige endringer i karbonlager- og konsentrasjon ved økt høydemeter. Alle vegetasjonsklasser i den alpine tundraen hadde et større karbonlager og en høyere verdi for karbonkonsentrasjon sammenlignet med vegetasjonsklassen i tregrensen, men ikke alle hadde en signifikant forskjell. En økning i høydemeter hadde ingen påvirkning for karbonlager, men svak tendens for lavere karbonkonsentrasjon ved økt høydemeter. I alt, indikerer resultatene på at karbonlager og karbonkonsentrasjon er høyere i alle vegetasjonsklasser over tregrensen. En utvidelse av tregrensen inn til den alpine sonen kan derfor føre til et høyere utslipp av CO2 og dermed gi en positiv tilbakemelding på global oppvarming. Studien illustrerer hvor viktig det er å undersøke hvilke konsekvenser en økt tregrense kan føre til for karbonlagring, og hvordan ulike vegetasjonsklasser har forskjellig karbonlagring i det organiske jordlageret.