The role of Phragmites australis in carbon, water and energy fluxes from a fen in southwest Germany

The global carbon emission from peat soils adds up to 0.1 Gt-C per year. Under anaerobic conditions, organic material is decomposed to methane (CH4). Over a 100-year cycle, methane is a 28 times stronger greenhouse gas than carbon dioxide and is an important factor for climate change. Therefore, there is a great interest to get a better understanding of the carbon flows in peatlands. Phragmites peatlands are particularly interesting due to the global abundance of this wetland plant (Phragmites australis, common reed) and the highly efficient internal gas transport mechanism. This is a humidity-induced convective flow (HIC) to transport oxygen (O2) to the roots and rhizomes, with the effect that simultaneously soil gases (CH4 and CO2) can be transported to the atmosphere via the plant. Thereby, Phragmites is expected to have a high evapotranspiration (ET) rate due to the large leaf area, open water habitat and high aerodynamic roughness. This ET could highly influence the hydrology of the system. Because he accumulation of organic material occurs because of limiting oxygen levels, hydrological processes are fundamental in the development of peatlands. The research aims were: 1) to clarify the effect of plant-mediated gas transport on CH4 emission, 2) to find out whether Phragmites peatlands are a net source or sink of greenhouse gases, and 3) to evaluate ET in perspective of surface energy partitioning and compare results with FAO’s Penman-Monteith equation. CO2, CH4 and latent and sensible energy fluxes were measured with the eddy covariance (EC) technique within a Phragmites-dominated fen in southwest Germany in 2013, 2014 and 2016. In 2016, a field experiment was set up to quantify the contribution of plant-mediated CH4 transport to the overall CH4 flux and how it influences ebullition. One year of EC flux data (March 2013–February 2014) shows very clear diurnal and seasonal patterns for both CO2 and CH4. The diurnal pattern of CH4 fluxes was only visible when liv
Die globale Aufnahme von Kohlenstoff in Torfböden beträgt bis zu 0,1 Gt-C pro Jahr. Obwohl dieser Speicher einen positiven Beitrag zur Abschwächung des Klimawandels leistet, wird aufgrund anaerober Bedingungen im Boden, organisches Material zu Methan (CH4) abgebaut. Über einen Zeitraum von hundert Jahren ist CH4 ein um das 28-fache stärkere Treibhausgas als Kohlenstoffdioxid und daher besteht Interesse am Verstehen des Kohlenstoffkreislaufes in Mooren. Schilf-bewachsene Moore (Phragmites-Moore) sind dabei von besonderem Interesse, da der Transport von Sauerstoff (O2) zu den Wurzeln und Rhizomen beruht auf Luftfeuchtigkeit-induzierten konvektiven Fluss (HIC), wobei gleichzeitig auch Bodengase (CH4 und CO2) durch die Pflanze in die Atmosphäre transportiert werden können. Dazu kommt, dass aufgrund der großen Blattfläche, des Lebensraums im offenen Wasser und eine hohen aerodynamischen Rauheit, wird daher erwartet, dass Phragmites eine hohe Evapotranspirationrate (ET) aufweist. Diese ET-rate könnte maßgeblich die Hydrologie des Systems beeinflussen, was grundlegend ist für die Entwicklung von Mooren. Die Forschungsziele waren 1) zu verdeutlichen, welche Rolle der Gastransport durch die Pflanzen auf die CH4-Flüsse hat, 2) ob Phragmites-Moore ein Netto-Quelle oder eine Netto-Senke für Treibhausgase sind und 3) die ET im Hinblick auf Sonnenenergie-Aufteilung zu messen. CO2, CH4, sensible und latente Energieflüsse wurden 2013, 2014 und 2016 mit der Eddy-Kovarianz (EK) Methode in einem von Phragmites dominierten Moor im Südwesten Deutschlands gemessen. 2016 wurde ein Experiment durchgeführt, um den Beitrag des CH4-Transports durch die Pflanzen zum gesamten CH4-Fluss zu quantifizieren und dessen Einfluss auf Ebullition (Bildung von Gasblasen) zu ermitteln. Die EK-Daten eines Jahres zeigen sehr deutliche tageszyklische und saisonale Muster sowohl für CO2 als auch für CH4. Die tageszyklischen CH4-Flüsse waren nur zu erkennen, wenn lebendes Schilf anwesend war und korrelierte am