Warming of Arctic Meadow under Pollution Stress: Effects and Potential Adaptation

Ytterligere oppvarming og utslipp av drivhusgasser forventes å bli høyest i arktiske og boreale økosystemer som er utsatt for oppvarming. Arktisk landbruk, i form av dyrket grasmark, er et unikt og økonomisk relevant trekk ved Nord-Norge (f.eks. Finnmark). MeadoWarm-prosjektet har hatt som mål 1) å måle endringer i plantevekst, jordorganismer og drivhusgasser i et arktisk landbruksøkosystem som utsettes for økt temperatur, og 2) å måle potensialet biokull har til å motvirke oppvarmingseffektene. Eng med en divers botanisk sammensetning ble utsatt for oppvarming (3 °C) i den snøfrie perioden i årene 2014-2016. Det ble for første gang i arktiske områder brukt infrarøde varmekilder på store felt. Resultatene våre viser tydelig at et varmere klima vil være gunstig for landbruket på nordlige breddegrader. I dette relativt kortvarige studiet førte oppvarming til en signifikant økning i avlinger, hovedsakelig pga lengre vekstsesong. Oppvarming førte også til bedre fôrkvalitet og en stor økning i andel kløver, men også økt mengde ugras. Oppvarming hadde relativt beskjedne effekter på flukser av drivhusgasser, og det var ingen signifikante forskjeller mellom oppvarmete felt og kontrollfelt det første året. Det andre året økte CO2-produksjonen signifikant i oppvarmete felt. Biokull hadde ingen effekter på avling eller utslipp av drivhusgasser. Disse resultatene (økt andel kløver, økt mengde ugras og økt respirasjon) understreker behovet for tilpasninger av landbruksdriften mht. gjødsling, sprøyting mot ugras og sammensetning av de såfrøblandingene som brukes. Mulighetene for å motvirke effektene av et varmere klima på tap av organisk C som i dag er lagret i arktisk jord bør undersøkes. Forskjellene vi observerte mellom ulike år viser at det er et stort behov for studier av denne typen som har lengre varighet.

Boreal and arctic terrestrial ecosystems have become central to the climate change debate, notably because future warming is expected to be disproportionate as compared to world averages. Likewise, greenhouse gas release from terrestrial ecosystems expose d to climate warming is expected to be the largest in the arctic. Artic agriculture, in the form of cultivated grasslands, is a unique and economically relevant feature of Northern Norway (e.g. Finnmark Province). In Eastern Finnmark, these agro-ecosyste ms are under the additional stressor of heavy metal and sulphur pollution generated by metal smelters of NW Russia. Warming and its interaction with heavy metal dynamics will influence meadow productivity and species composition, and greenhouse gas emissi ons, as mediated by responses of soil microbial communities. Adaptation and mitigation measured will be needed. Biochar application, which immobilizes heavy metal, is a promising adaptation method to promote positive growth response in arctic meadows expo sed to a warming climate. In the MeadoWarm project we will conduct an ecosystem warming experiment combined to biochar adaptation treatments in the heavy-metal polluted meadows of Eastern Finnmark. In summary, the general objective of the presented projec t is twofold: 1) to determine the response of arctic agricultural ecosystems under environmental stress to increased temperatures, both in terms of plant growth, soil organisms and GHG emissions, and 2) to determine if biochar application can serve as a p ositive adaptation (plant growth) and mitigation (GHG emission) strategy for these ecosystems under warming conditions.