Published April 25, 2014 | Version v1
Publication Open

Methane and nitrous oxide fluxes across an elevation gradient in the tropical Peruvian Andes

Creators

  • 1. University of St Andrews
  • 2. University of Edinburgh
  • 3. National University of Saint Anthony the Abbot in Cuzco
  • 4. University of Aberdeen
  • 5. Australian National University

Description

Abstract. Remote sensing and inverse modelling studies indicate that the tropics emit more CH4 and N2O than predicted by bottom-up emissions inventories, suggesting that terrestrial sources are stronger or more numerous than previously thought. Tropical uplands are a potentially large and important source of CH4 and N2O often overlooked by past empirical and modelling studies. To address this knowledge gap, we investigated spatial, temporal and environmental trends in soil CH4 and N2O fluxes across a long elevation gradient (600–3700 m a.s.l.) in the Kosñipata Valley, in the southern Peruvian Andes, that experiences seasonal fluctuations in rainfall. The aim of this work was to produce preliminary estimates of soil CH4 and N2O fluxes from representative habitats within this region, and to identify the proximate controls on soil CH4 and N2O dynamics. Area-weighted flux calculations indicated that ecosystems across this altitudinal gradient were both atmospheric sources and sinks of CH4 on an annual basis. Montane grasslands (3200–3700 m a.s.l.) were strong atmospheric sources, emitting 56.94 ± 7.81 kg CH4-C ha−1 yr−1. Upper montane forest (2200–3200 m a.s.l.) and lower montane forest (1200–2200 m a.s.l.) were net atmospheric sinks (−2.99 ± 0.29 and −2.34 ± 0.29 kg CH4-C ha−1 yr−1, respectively); while premontane forests (600–1200 m a.s.l.) fluctuated between source or sink depending on the season (wet season: 1.86 ± 1.50 kg CH4-C ha−1 yr−1; dry season: −1.17 ± 0.40 kg CH4-C ha−1 yr−1). Analysis of spatial, temporal and environmental trends in soil CH4 flux across the study site suggest that soil redox was a dominant control on net soil CH4 flux. Soil CH4 emissions were greatest from habitats, landforms and during times of year when soils were suboxic, and soil CH4 efflux was inversely correlated with soil O2 concentration (Spearman's ρ = −0.45, P < 0.0001) and positively correlated with water-filled pore space (Spearman's ρ = 0.63, P <0.0001). Ecosystems across the region were net atmospheric N2O sources. Soil N2O fluxes declined with increasing elevation; area-weighted flux calculations indicated that N2O emissions from premontane forest, lower montane forest, upper montane forest and montane grasslands averaged 2.23 ± 1.31, 1.68 ± 0.44, 0.44 ± 0.47 and 0.15 ± 1.10 kg N2O-N ha−1 yr−1, respectively. Soil N2O fluxes from premontane and lower montane forests exceeded prior model predictions for the region. Comprehensive investigation of field and laboratory data collected in this study suggest that soil N2O fluxes from this region were primarily driven by denitrification; that nitrate (NO3−) availability was the principal constraint on soil N2O fluxes; and that soil moisture and water-filled porosity played a secondary role in modulating N2O emissions. Any current and future changes in N management or anthropogenic N deposition may cause shifts in net soil N2O fluxes from these tropical montane ecosystems, further enhancing this emission source.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الخلاصة: تشير دراسات الاستشعار عن بعد والنمذجة العكسية إلى أن المناطق المدارية تنبعث منها كميات من الميثان وأكسيد النيتروز أكثر مما تنبأت به قوائم جرد الانبعاثات من أسفل إلى أعلى، مما يشير إلى أن المصادر الأرضية أقوى أو أكثر عددًا مما كان يعتقد سابقًا. تعد المرتفعات الاستوائية مصدرًا كبيرًا ومهمًا محتملًا للميثان وأكسيد النيتروز غالبًا ما تغفله الدراسات التجريبية والنمذجة السابقة. لمعالجة هذه الفجوة المعرفية، قمنا بالتحقيق في الاتجاهات المكانية والزمنية والبيئية في تدفقات CH4 وأكسيد النيتروز في التربة عبر تدرج طويل الارتفاع (600-3700 متر مكعب) في وادي كوسنيباتا، في جبال الأنديز في جنوب بيرو، التي تشهد تقلبات موسمية في هطول الأمطار. كان الهدف من هذا العمل هو إنتاج تقديرات أولية لتدفقات الميثان وأكسيد النيتروز في التربة من الموائل التمثيلية داخل هذه المنطقة، وتحديد الضوابط القريبة على ديناميكيات الميثان وأكسيد النيتروز في التربة. أشارت حسابات التدفق المرجحة للمنطقة إلى أن النظم الإيكولوجية عبر هذا التدرج الطولي كانت مصادر جوية ومصارف للميثان على أساس سنوي. كانت المراعي الجبلية (3200–3700 متر مكعب) مصادر قوية للغلاف الجوي، حيث ينبعث منها 56.94 ± 7.81 كجم CH4- C هكتار -1 سنة-1. كانت الغابة الجبلية العليا (2200–3200 متر مكعب) والغابة الجبلية السفلى (1200-2200 متر مكعب) عبارة عن أحواض صافية في الغلاف الجوي (−2.99 ± 0.29 و −2.34 ± 0.29 كجم CH4 - C ha−1 سنة−1، على التوالي )؛ في حين أن الغابات البريمونتية (600–1200 متر مكعب) تتقلب بين المصدر أو الحوض اعتمادًا على الموسم (موسم الأمطار: 1.86 ± 1.50 كجم CH4 - C ha−1 سنة−1 ؛ موسم الجفاف: −1.17 ± 0.40 كجم CH4 - C ha−1 سنة−1). يشير تحليل الاتجاهات المكانية والزمنية والبيئية في تدفق الميثان في التربة عبر موقع الدراسة إلى أن اختزال التربة كان عنصر تحكم مهيمن على صافي تدفق الميثان في التربة. كانت انبعاثات غاز الميثان في التربة أكبر من الموائل والتضاريس وخلال الأوقات من السنة عندما كانت التربة دون مستوى الأكسجين، وكان تدفق غاز الميثان في التربة مرتبطًا عكسيًا بتركيز الأكسجين في التربة (Spearman 's ρ = −0.45، P < 0.0001) ويرتبط ارتباطًا إيجابيًا بمساحة المسام المملوءة بالماء (Spearman' s ρ = 0.63، P <0.0001). كانت النظم البيئية في جميع أنحاء المنطقة مصادر صافي أكسيد النيتروز في الغلاف الجوي. انخفضت تدفقات أكسيد النيتروز في التربة مع زيادة الارتفاع ؛ أشارت حسابات التدفق المرجحة بالمساحة إلى أن انبعاثات أكسيد النيتروز من الغابات البريمونتية والغابات الجبلية السفلية والغابات الجبلية العليا والمراعي الجبلية بلغ متوسطها 2.23 ± 1.31 و 1.68 ± 0.44 و 0.44 ± 0.47 و 0.15 ± 1.10 كجم N2O - N ha−1 yr−1، على التوالي. تجاوزت تدفقات أكسيد النيتروز في التربة من الغابات الجبلية البريمونتانية والسفلى توقعات النماذج السابقة للمنطقة. يشير التحقيق الشامل في البيانات الميدانية والمخبرية التي تم جمعها في هذه الدراسة إلى أن تدفقات أكسيد النيتروز في التربة من هذه المنطقة كانت مدفوعة في المقام الأول بإزالة النتروجين ؛ وأن توافر النترات (NO3 -) كان القيد الرئيسي على تدفقات أكسيد النيتروز في التربة ؛ وأن رطوبة التربة والمسامية المملوءة بالماء لعبت دورًا ثانويًا في تعديل انبعاثات أكسيد النيتروز. قد تتسبب أي تغييرات حالية ومستقبلية في إدارة النيتروجين أو ترسب النيتروجين البشري المنشأ في حدوث تحولات في صافي تدفقات أكسيد النيتروز في التربة من هذه النظم الإيكولوجية الجبلية الاستوائية، مما يزيد من تعزيز مصدر الانبعاثات هذا.

Translated Description (French)

Résumé. Les études de télédétection et de modélisation inverse indiquent que les tropiques émettent plus de CH4 et de N2O que prévu par les inventaires d'émissions ascendants, suggérant que les sources terrestres sont plus fortes ou plus nombreuses qu'on ne le pensait auparavant. Les hautes terres tropicales sont une source potentiellement importante de CH4 et de N2O souvent négligée par les études empiriques et de modélisation antérieures. Pour combler cette lacune dans les connaissances, nous avons étudié les tendances spatiales, temporelles et environnementales des flux de CH4 et de N2O du sol sur un long gradient d'altitude (600-3700 m d'altitude) dans la vallée de Kosñipata, dans les Andes du sud du Pérou, qui connaît des fluctuations saisonnières des précipitations. Le but de ce travail était de produire des estimations préliminaires des flux de CH4 et de N2O du sol à partir d'habitats représentatifs dans cette région, et d'identifier les contrôles immédiats sur la dynamique du CH4 et du N2O du sol. Les calculs de flux pondérés par la surface ont indiqué que les écosystèmes à travers ce gradient altitudinal étaient à la fois des sources atmosphériques et des puits de CH4 sur une base annuelle. Les prairies montagnardes (3200–3700 m d'altitude) étaient de fortes sources atmosphériques, émettant 56,94 ± 7,81 kg de CH4-C ha−1 an−1. La forêt de montagne supérieure (2200-3200 m d'altitude) et la forêt de montagne inférieure (1200-2200 m d'altitude) étaient des puits atmosphériques nets (−2,99 ± 0,29 et −2,34 ± 0,29 kg CH4-C ha−1 an−1, respectivement) ; tandis que les forêts prémontées (600–1200 m d'altitude) ont fluctué entre la source ou le puits en fonction de la saison (saison humide : 1,86 ± 1,50 kg CH4-C ha−1 an−1 ; saison sèche : −1,17 ± 0,40 kg CH4-C ha−1 an−1). L'analyse des tendances spatiales, temporelles et environnementales du flux de CH4 dans le sol à travers le site d'étude suggère que l'oxydoréduction du sol était un contrôle dominant du flux net de CH4 dans le sol. Les émissions de CH4 dans le sol étaient les plus élevées à partir des habitats, des reliefs et pendant les périodes de l'année où les sols étaient suboxiques, et l'efflux de CH4 dans le sol était inversement corrélé à la concentration d'O2 dans le sol (ρ de Spearman = −0,45, P < 0,0001) et positivement corrélé à l'espace interstitiel rempli d'eau (ρ de Spearman = 0,63, P <0,0001). Les écosystèmes de la région étaient des sources atmosphériques nettes de N2O. Les flux de N2O du sol diminuaient avec l'augmentation de l'altitude ; les calculs des flux pondérés en fonction de la surface indiquaient que les émissions de N2O des forêts prémontantes, des forêts de basse montagne, des forêts de haute montagne et des prairies montagnardes étaient en moyenne de 2,23 ± 1,31, 1,68 ± 0,44, 0,44 ± 0,47 et 0,15 ± 1,10 kg N2O-N ha−1 an−1, respectivement. Les flux de N2O du sol provenant des forêts prémontantes et des forêts de basse montagne ont dépassé les prévisions des modèles antérieurs pour la région. Une étude complète des données de terrain et de laboratoire recueillies dans cette étude suggère que les flux de N2O du sol de cette région étaient principalement dus à la dénitrification ; que la disponibilité des nitrates (NO3−) était la principale contrainte sur les flux de N2O du sol ; et que l'humidité du sol et la porosité remplie d'eau jouaient un rôle secondaire dans la modulation des émissions de N2O. Tout changement actuel et futur dans la gestion de l'azote ou les dépôts anthropiques d'azote peut entraîner des changements dans les flux nets de N2O du sol provenant de ces écosystèmes montagnards tropicaux, renforçant encore cette source d'émission.

Translated Description (Spanish)

Resumen. Los estudios de teledetección y modelos inversos indican que los trópicos emiten más CH4 y N2O de lo previsto por los inventarios de emisiones ascendentes, lo que sugiere que las fuentes terrestres son más fuertes o más numerosas de lo que se pensaba anteriormente. Las tierras altas tropicales son una fuente potencialmente grande e importante de CH4 y N2O que a menudo se pasa por alto en estudios empíricos y de modelización anteriores. Para abordar esta brecha de conocimiento, investigamos las tendencias espaciales, temporales y ambientales en los flujos de CH4 y N2O del suelo a través de un largo gradiente de elevación (600-3700 m s.n.m.) en el Valle de Kosñipata, en el sur de los Andes peruanos, que experimenta fluctuaciones estacionales en las precipitaciones. El objetivo de este trabajo fue producir estimaciones preliminares de los flujos de CH4 y N2O del suelo a partir de hábitats representativos dentro de esta región, e identificar los controles próximos sobre la dinámica del CH4 y N2O del suelo. Los cálculos de flujo ponderados por área indicaron que los ecosistemas a través de este gradiente altitudinal eran fuentes atmosféricas y sumideros de CH4 anualmente. Los pastizales montanos (3200-3700 m s.n.m.) fueron fuentes atmosféricas fuertes, emitiendo 56.94 ± 7.81 kg CH4-C ha−1 año−1. El bosque montano superior (2200–3200 m s.n.m.) y el bosque montano inferior (1200–2200 m s.n.m.) fueron sumideros atmosféricos netos (−2.99 ± 0.29 y −2.34 ± 0.29 kg CH4-C ha−1 año−1, respectivamente); mientras que los bosques premontanos (600–1200 m s.n.m.) fluctuaron entre fuente o sumidero dependiendo de la estación (estación húmeda: 1.86 ± 1.50 kg CH4-C ha−1 año−1; estación seca: −1.17 ± 0.40 kg CH4-C ha−1 año−1). El análisis de las tendencias espaciales, temporales y ambientales en el flujo de CH4 del suelo en todo el sitio de estudio sugiere que el redox del suelo fue un control dominante en el flujo neto de CH4 del suelo. Las emisiones de CH4 en el suelo fueron mayores en hábitats, accidentes geográficos y durante las épocas del año en que los suelos eran subóxicos, y el eflujo de CH4 en el suelo se correlacionó inversamente con la concentración de O2 en el suelo (ρ de Spearman = -0,45, P < 0,0001) y se correlacionó positivamente con el espacio poroso lleno de agua (ρ de Spearman = 0,63, P <0,0001). Los ecosistemas de toda la región eran fuentes netas de N2O atmosférico. Los flujos de N2O del suelo disminuyeron con el aumento de la elevación; los cálculos de flujo ponderados por área indicaron que las emisiones de N2O del bosque premontano, el bosque montano inferior, el bosque montano superior y los pastizales montanos promediaron 2.23 ± 1.31, 1.68 ± 0.44, 0.44 ± 0.47 y 0.15 ± 1.10 kg de N2O-N ha−1 año−1, respectivamente. Los flujos de N2O del suelo de los bosques premontanos y montanos inferiores superaron las predicciones de modelos anteriores para la región. La investigación exhaustiva de los datos de campo y de laboratorio recopilados en este estudio sugiere que los flujos de N2O del suelo de esta región fueron impulsados principalmente por la desnitrificación; que la disponibilidad de nitrato (NO3−) fue la principal restricción en los flujos de N2O del suelo; y que la humedad del suelo y la porosidad llena de agua desempeñaron un papel secundario en la modulación de las emisiones de N2O. Cualquier cambio actual y futuro en el manejo del N o la deposición antropogénica de N puede causar cambios en los flujos netos de N2O del suelo de estos ecosistemas montanos tropicales, mejorando aún más esta fuente de emisión.

Files

bg-11-2325-2014.pdf.pdf

Files (1.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:70d78f0b9778c7af4ff8b4fa4a6fa389
1.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يتدفق الميثان وأكسيد النيتروز عبر تدرج الارتفاع في جبال الأنديز الاستوائية في بيرو
Translated title (French)
Flux de méthane et d'oxyde nitreux à travers un gradient d'altitude dans les Andes tropicales péruviennes
Translated title (Spanish)
Flujos de metano y óxido nitroso a través de un gradiente de elevación en los Andes tropicales peruanos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2110516433
DOI
10.5194/bg-11-2325-2014

Is supplement to
https://openalex.org/W4220973959 (Other)
https://openalex.org/W3156127486 (Other)
https://openalex.org/W3133893764 (Other)
https://openalex.org/W3010069390 (Other)
https://openalex.org/W2244465378 (Other)
https://openalex.org/W2186737506 (Other)
https://openalex.org/W2145249086 (Other)
https://openalex.org/W2076152822 (Other)
https://openalex.org/W1999869278 (Other)
https://openalex.org/W1435596577 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Peru

References

  • https://openalex.org/W1487674354
  • https://openalex.org/W1496269482
  • https://openalex.org/W1607465223
  • https://openalex.org/W1647900935
  • https://openalex.org/W1656049039
  • https://openalex.org/W1767566553
  • https://openalex.org/W1896829267
  • https://openalex.org/W1938163542
  • https://openalex.org/W1971852985
  • https://openalex.org/W1976242336
  • https://openalex.org/W1980683766
  • https://openalex.org/W1981590261
  • https://openalex.org/W1985741505
  • https://openalex.org/W1989163287
  • https://openalex.org/W1994205180
  • https://openalex.org/W2003875103
  • https://openalex.org/W2006261950
  • https://openalex.org/W2007308588
  • https://openalex.org/W2011604003
  • https://openalex.org/W2015623830
  • https://openalex.org/W2024309208
  • https://openalex.org/W2024605607
  • https://openalex.org/W2035328872
  • https://openalex.org/W2045098605
  • https://openalex.org/W2050319939
  • https://openalex.org/W2050653801
  • https://openalex.org/W2051130996
  • https://openalex.org/W2059842005
  • https://openalex.org/W2073703618
  • https://openalex.org/W2076839934
  • https://openalex.org/W2077059968
  • https://openalex.org/W2079506117
  • https://openalex.org/W2082537781
  • https://openalex.org/W2082870112
  • https://openalex.org/W2089398431
  • https://openalex.org/W2094999261
  • https://openalex.org/W2101535815
  • https://openalex.org/W2102791552
  • https://openalex.org/W2104055471
  • https://openalex.org/W2111989634
  • https://openalex.org/W2114371175
  • https://openalex.org/W2117885946
  • https://openalex.org/W2120065206
  • https://openalex.org/W2122518164
  • https://openalex.org/W2123667075
  • https://openalex.org/W2126063258
  • https://openalex.org/W2127834494
  • https://openalex.org/W2128499217
  • https://openalex.org/W2135036391
  • https://openalex.org/W2135278698
  • https://openalex.org/W2136025784
  • https://openalex.org/W2136235394
  • https://openalex.org/W2138495995
  • https://openalex.org/W2138740720
  • https://openalex.org/W2140578000
  • https://openalex.org/W2143550760
  • https://openalex.org/W2147885266
  • https://openalex.org/W2148772689
  • https://openalex.org/W2149739986
  • https://openalex.org/W2150143020
  • https://openalex.org/W2152104024
  • https://openalex.org/W2152613879
  • https://openalex.org/W2155847183
  • https://openalex.org/W2161832537
  • https://openalex.org/W2162157043
  • https://openalex.org/W2165770356
  • https://openalex.org/W2168684237
  • https://openalex.org/W2172128205
  • https://openalex.org/W4252079429