Artikkelit jotka sisältävät avainsanan 'fotosynteesi'.

Aino Korrensalo. (2017). Behind the stability of boreal bog carbon sink: Compositional and functional variation of vegetation across temporal and spatial scales. https://doi.org/10.14214/df.240

Boreaaliset suot ovat merkittäviä hiilen varastoja ja nieluja. Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli tutkia, miten suon sisäinen vaihtelu kasvillisuuden rakenteessa vaikuttaa suoekosysteemin hiilinieluun. Tutkimuksessa mitattiin kasvilajin, kasviyhteisön ja ekosysteemin mittakaavatasoilla suon hiilinielun prosesseja: Fotosynteesiä, respiraatiota, kasvibiomassan koostumusta ja tuottoa, sekä nettohiilidioksidinvaihtoa.

Suon sisäinen vedenpinnan tason vaihtelu aiheutti voimakasta vaihtelua kasvilajikoostumuksessa ja elävän kasvibiomassan määrässä. Vedenpintagradientin kuivassa päässä varpuvaltaisilla mättäillä kasvillisuuden elävä biomassa oli suurempi kuin saravaltaisissa märissä kuljuissa. Hiilidioksidinvaihdon osaprosessit, respiraatio ja bruttofotosynteesi, olivat korkeimmillaan kuivissa kasviyhteisöissä. Tästä huolimatta nettohiilidioksidinvaihto ja biomassan tuotto olivat saman suuruisia kaikissa rahkasammalten vallitsemissa kasviyhteisöissä läpi koko vedenpintagradientin. Tämä tasainen biomassatuotto on seurausta kasvilajien toiminnallisista eroista; märkien habitaattien kasvilajien biomassatuotto oli mätäslajeja tehokkaampaa. Nettohiilidioksidinvaihdon tasaisuus vedenpintagradientilla puolestaan johtui respiraation ja bruttofotosynteesin hyvin symmetrisestä vasteesta vedenpinnan tasoon. Vain sammalettomilla ruoppapinnoilla biomassatuotto oli pienempää kuin muissa kasviyhteisöissä, ja ne toimivat pääasiassa hiilen lähteenä. Rahkasammalten peittämien kuljujen ja ruoppapintojen välillä on vain pieni ero vedenpinnan tasossa. Siksi muutokset kosteusoloissa saattaisivat muuttaa näiden kasviyhteisöjen määrää ekosysteemissä, ja aiheuttaa muutoksen ekosysteemin hiilinieluun.

Tässä tutkimuksessa havaittu saman suuruinen hiilinielu läpi suon vedenpintagradientin on ristiriidassa aiemman tutkimuksen kanssa. Toisaalta hiilinielun osaprosessien vaste ympäristötekijöihin oli samankaltainen kuin aiemmissa tutkimuksissa. Toiminnallisesti erilaisten kasvilajien määräsuhteet vaihtelevat soiden välillä. Tulosten perusteella suon sisäinen hiilinielun vaihtelu näyttää olevan voimakkaasti riippuvainen kyseiselle suolle ominaisesta kasvillisuuden rakenteesta.

Suokasvilajien ympäristövasteet ja kasvukaudenaikainen lehtialankehitys eroavat. Tässä tutkimuksessa kasvilajien ja –yhteisöjen fotosynteesin ja nettohiilidioksidinvaihdon havaittiin olevan suurimmillaan eri vaiheissa kasvukautta. Nämä lajien väliset erot puolestaan vähensivät kasvukaudenaikaista vaihtelua ekosysteemitason hiilinielussa. Tutkittujen kolmen vuoden välillä kasviyhteisöjen roolit ekosysteemin hiilinielussa vaihtelivat. Tutkimuksen perusteella toiminnallisesti vaihteleva kasvilajikoostumus saattaa lisätä suoekosysteemin toiminnan palautuvuutta (resilienssiä) muuttuvissa olosuhteissa. Tämä empiirinen tulos voidaan varmentaa prosessimallien avulla, jotka pyrkivät ennustamaan soiden hiilinielun muutoksia muuttuvassa ilmastossa. Tämän tutkimuksen tulokset korostavat, että toiminnallisesti erilaisten kasvillisuuskomponenttien vaste ympäristötekijöihin tulee huomioida näissä prosessimalleissa, jotta ennusteet soiden hiilinieluista olisivat mahdollisimman tarkkoja.

Lauri Lindfors. (2017). Low apoplastic water potential in trees - dehydration stress on living cells and embolism in xylem. https://doi.org/10.14214/df.235

Puiden toiminta muuttuu kun veden määrä niissä vähenee. Veden määrän vähetessä elävät solut puun sisällä voivat kokea kuivuusstressiä ja puun kyky kuljettaa vettä vähenee kun ksyleemi-solukkoon alkaa kertymä ilmaa ilmiössä, jota kutsutaan embolisaatioksi. Veden määrä vähenee puissa niiden kokiessa kuivuutta tai kun ne jäätyvät. Jäätymisen tapauksessa, nestemäisen veden määrä puun sisällä alenee tyypillisesti erittäin nopeasti jäätymisen alettua ja jään kemiallisista ominaisuuksista johtuen jää myös kuivattaa eläviä soluja erittäin tehokkaasti vetämällä nestemäistä vettä puoleensa. Veden liikettä puissa kuvataan usein vesipotentiaalin avulla. Vesipotentiaali alenee paineen laskiessa ja osmoottisen konsentraation noustessa, josta seuraa että vesi kulkee kohti alhaisempaa vesipotentiaalia.

Tässä väitöskirjassa pyrittiin ymmärtämään vesipotentiaalin vaikutuksia puiden elävin soluihin ja ksyleemin hydrauliseen vedenjohtavuuteen alentamalla vesipotentiaalia; kuivuuden ja jäädyttämisen keinoin ja nostamalla osmoottista potentiaalia apoplastisessa tilassa. Apoplastisella tilalla tarkoitetaan tilaa joka käsittää ksyleemin putkilot ja muun tilan elävien solujen ulkopuolella. Vaikutuksia tutkittiin käyttämällä läpimitanmuutos-, lämpötila- ja kaasunvaihtomittauksia.

Alhaisen vesipotentiaalien vaikutuksia eläviin soluihin tutkittiin ksyleemin parenkyymi- ja lehtien mesofyllisolujen tapauksessa. Puiden paksuuskasvua ja veden kuljetusta on tutkittu paljon mittaamalla rungon läpimitanmuutoksia ajan suhteen. Parenkyymisoluilla on yleisesti uskottu olevan vain marginaalinen vaikutus ksyleemin läpimitanmuutoksiin, mutta tämän väitöskirjan tuloksista ilmenee että niillä on merkittävä vaikutus, erityisesti puiden jäätyessä. Mesofyllisoluissa tapahtuvan fotosynteesin tiedetään alentuvan lämpötilan painuessa nolla asteen alapuolelle. Tässä väitöskirjassa näytetään ensimmäistä kertaa miten fotosynteesi nopeus alenee nopeasti jäätymisen alettua puissa ja kuinka se tapahtuu samaan tahtiin elävien solujen kokeman kuivuusstressin kanssa.

Väitöskirjassa tutkittiin myös alhaisen vesipotentiaalin, embolisaation ja jäätymisen vaikutuksia ksyleemin hydrauliseen johtavuuteen ja puiden kykyä havaita ja aktiivisesti kontrolloida embolisaation kehittymistä. Väitöskirja paljasti kuinka jäätyminen ja embolisaatio voi saada aikaan paineen nousuja ksyleemissä, jolla voi olla pitkäkestoisia seurauksia puiden toimintaan ja ksyleemin hydrauliseen konduktanssiin ja joilla voi olla myös suuria ekologisia seurauksia. Kaiken kaikkiaan väitöskirja osoitti miten vesipotentiaalin ja sen vaikutusten keskinäinen suhde ei ole niin yksinkertainen ja lineaarinen kun tieteen alalla on yleisesti ymmärretty.

  • Lindfors, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti lauri.lindfors@helsinki.fi (email)
Ai-Fang Wang. (2016). Effect of waterlogging on boreal forest tree seedlings during dormancy and early growing season. https://doi.org/10.14214/df.224

Ilmastonmuutoksen aiheuttama talvisateiden lisääntyminen saattaa altistaa pohjoiset havumetsät talvi- tai kevättulville erityisesti ojitetuilla turvemailla. On tärkeää tuntea pääpuulajien vasteet tulvalle, jotta voidaan parantaa ennusteita metsien tuottavuudesta sekä kunnostusojituksen tarpeesta. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää vuoden ikäisten kuusen (Picea abies (L.) Karst.), rauduskoivun (Betula pendula Roth) ja hieskoivun (Betula pubescens Ehrh.) taimien fysiologisia ja kasvuvasteita kuukauden mittaiselle tulvalle lepokauden lopulla sekä koivulajien vasteita kuukauden mittaiselle tulvalle kasvukauden alussa.

Lepokauden tulva (LT) johti pienempään juuritilavuuteen kuusella, mutta ei vaikuttanut klorofyllifluoressenssiin eikä neulasten, rankojen tai juurten biomassaan. LT vähensi rauduskoivun juurten biomassaa ja juurten vedenjohtavuutta, mutta ei vaikuttanut maanpäällisiin kasvinosiin. Hieskoivussa LT vähensi ilmarakojohtavuutta ja nettofotosynteesiä, mutta eri kasvinosien biomassaan se ei vaikuttanut. Kokeessa tutkitut puulajit selviytyivät kuukauden mittaisesta talvitulvasta hyvin.   

Kasvukauden tulva (KT) johti alempaan ilmarakojohtavuuteen ja nettofotosynteesiin sekä pienempään lehtipinta-alaan molemmissa koivulajeissa. Lehtien kalium-, kalsium-, magnesium-, mangaani- ja booripitoisuudet olivat pienempiä KT-käsittelyn rauduskoivuissa, mutta hieskoivussa ainoastaaan kalsium- ja magnesiumpitoisuudet olivat pienemmät. Hieskoivussa KT lisäsi voimakkaasti ohutjuurten haarautumista (klusterijuuria), lehtien karvoja ja rangan korkkihuokosia. Rauduskoivussa taas ei esiintynyt vastaavia sopeutumisilmiöitä. Kasvukauden tulva vaikutti haitallisemmin molempiin koivulajeihin kuin lepokauden tulva. Morfologisten piirteiden sopeutuminen tulvaan selitti lajien välisiä eroja paremmin kuin fysiologiset vasteet. Tulokset selittävät osaltaan hieskoivun parempaa menestymistä märässä maassa verrattuna rauduskoivuun.

  • Wang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti aifang.wang@luke.fi (email)
Juho Aalto. (2015). Seasonal and spatial variation of VOC emissions from boreal Scots pine forest. https://doi.org/10.14214/df.208

Boreaalisen mäntymetsän haihtuvien hiilivetyjen emissioiden ajallinen ja paikallinen vaihtelu

Boreaaliset metsät ovat Pohjois-Euroopan merkittävin haihtuvien hiilivetyjen (VOC) lähde. Haihtuvat hiilivedyt ovat reaktiivisia kaasuja, jotka ottavat osaa kemiallisiin reaktioihin ilmakehässä ja vaikuttavat siten mm. hiukkasmuodostukseen ja ilmastoon.

Työn tavoitteena oli kuvata haihtuvien hiilivetyjen emissioiden ajallista ja paikallista vaihtelua sekä selittää emissioita ajavia ilmiöitä ja niihin vaikuttavia prosesseja. Työtä varten suoritettiin laajoja kenttämittauksia jotka sisälsivät sekä kaasukromatografiaa että massaspektrometriaa. Dynaamista kammiomenetelmää sovellettiin sekä metsänpohjan että metsämännyn versojen hiilivetyemissioiden tutkimiseen.

Tutkimuksissa havaittiin, että metsämännyllä on yksilöllistä vaihtelua emittoidussa terpenoidiseoksessa, millä on vaikutusta ilmakehän koostumukseen. Metsänpohjasta haihtuvilla hiilivedyillä on selvä vaikutus ekosysteemitason voihin. Metsämaassa havaitun suuren paikallisen vaihtelun lisäksi myös männyn hiilivetyemissioilla on suurta vaihtelua mm. suhteessa neulasten ikään, vuodenaikaan sekä kasvuprosesseihin. Uudet neulaset ovat hallitseva hiilivetylähde männyn latvustossa keväällä ja alkukesästä, jolloin kasvuprosessit vapauttavat suuria määriä hiilivetyjä. Keväisen fotosynteesin toipumisen aikaan männynversot ovat voimakas monoterpeenilähde; tämä jakso kestää vain joitain päiviä tai viikon ja on nähtävästi suojaamassa valostressiä vastaan toipumisen kriittisinä hetkinä.

Tutkimus haastaa perinteisen näkemyksen vakioisista emissiopotentiaaleista, joka on nykyisten emissiomallien keskeinen oletus. Ilmakehän hiilivetykoostumus on tulosta lähteiden emissioista ja niiden vaihtelusta; siksi yksityiskohdat ovat merkittäviä kokonaisuuden kannalta. Löydöksen avaavat mahdollisuuksia kehittää hiilivetyemissiomalleja, jotka perustuvat fysiologisiin ja kemiallisiin prosesseihin.

  • Aalto, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti juho.aalto@helsinki.fi (email)
Liisa Maanavilja. (2015). Restoration of ecosystem structure and function in boreal spruce swamp forests. https://doi.org/10.14214/df.191

Korpiekosysteemin rakenteen ja toiminnan ennallistaminen

Korvet ovat puustoisia, kuusivaltaisia soita. Luonnontilaiset boreaaliset korvet ovat arvokkaita luonnon monimuotoisuuden keskittymiä, hiilen varastoja ja hyödyllisiä orgaanisen aineksen suodattajia valuma-alueen vesistä ennen niiden päätymistä vesistöihin. Aiemmin yleisten korpien määrä on Pohjois-Euroopassa vähentynyt rajusti viime vuosikymmeninä, pääasiassa metsätaloudellisten ojitusten vuoksi. Ennallistamisessa vedenpinta nostetaan uudelleen tukkimalla kuivatusojat. Tavoite on palauttaa luonnontilaisen korven rakenne ja toiminta ja sitä kautta korven tarjoamat hyödyt. Tämä tutkimus mittaa rakenteen ja toiminnan palautumista ekosysteemin eri osa-alueilla ja palautumiseen vaikuttavia tekijöitä. Tutkittavina ovat korven pohjan kasviyhteisörakenne, rahkasammalten yhteyttäminen ja kasvu sekä pintaturpeen biogeokemia. Tutkimuskohteina toimivat 18 ennallistettua korpea, joissa ojat on tukittu 1−15 vuotta aiemmin, sekä yhdeksän luonnontilaista ja yhdeksän ojitettua korpea Etelä-Suomessa. Mukana on myös korpia Šumava-vuorilta Tšekin tasavallasta. Otannassa luonnontilaiset korvet edustavat ennallistamisen tavoitetta ja sen sisäistä vaihtelua. Ojitetut korvet kuvaavat tilannetta ennen ennallistamista.

Vedenpinnan noston oli oltava riittävän suuri, jotta muutoksia ilmeni missään mitatuista tunnuksista; toisaalta riittävää vedenpinnan nostoa seuraavat muutokset olivat nopeita. Onnistunut vedenpinnan nosto loi edulliset olosuhteet rahkasammalten yhteyttämiselle ja käynnisti rahkasammalen nopean leviämisen ja korkeuskasvun. Uusi kasvu alkoi kerryttää korpeen soille tyypillistä huokoista pintakerrosta, mikä kiihdytti pinnan mikrobiaktiivisuutta kohti luonnontilaista tasoa. Samaan aikaan kuitenkin korkean vedenpinnan ja ojitetulta kaudelta periytyvän tiiviin, pitkälle hajonneen turpeen yhdistelmä loi aivan uudenlaiset olosuhteet kasveille ja mikrobeille. Tämä johti opportunistikasvilajien runsastumiseen sekä ammoniumtypen vapautumisen ja metaanintuoton lisääntymiseen. Vaativat korpilajit puuttuivat ennallistetuilta korpikohteilta, mutta vedenpinnan nosto palautti yleiset lajit. Onnistunut vedenpinnan nosto ja sitä seurannut rahkasammalten paluu sysäsivät korpiekosysteemin toiminnan pois ojitetusta tilasta luonnontilaisen kaltaiseen suuntaan.

  • Maanavilja, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti liisa.maanavilja@helsinki.fi (email)
Xiao Zhou. (2011). Seasonal responses of photosynthesis and growth of a bioenergy crop (Phalaris arundinacea L.) to climatic change under varying water regimes. https://doi.org/10.14214/df.127

Väitöskirjatyössä tutkittiin, miten ruokohelven (Phalaris arundinacea L.) fotosynteesi ja kasvu reagoivat ilmastonmuutokseen (kohotettu lämpötila, kohotettu hiilidioksidipitoisuus) ja veden saatavuuteen. Kasvihuoneessa tehdyssä faktorikokeessa ruokohelpiä kasvatettiin kahtena kasvukautena (2009–2010) neljänä toistona olosuhteissa, joissa lämpötila edusti joko kasvihuoneen ulkopuolella vallinnutta lämpötilaa tai kohottamalla tätä 3,5 °C: lla. Hiilidioksidipitoisuus oli puolestaan sama kuin kasvihuoneen ulkopuolella (380 ppm) tai liki kaksinkertainen (700 ppm) tähän verrattuna. Samaan aikaan kasvualustan (turve) kosteus osakasvustoittain oli hyvin kostea (100 % tilavuudesta), tavanomainen (50 %) tai kuiva (30 %). Kohotettu lämpötila nopeutti fotosynteesiä ja kasvua kasvukauden alkupuolella sekä nopeutti kasvun etenemistä, jolloin fotosynteesi ja kasvu hidastuivat aikaisemmin kuin kohottamattomassa lämpötilassa. Fotosynteesissä tapahtuneet muutokset olivat yhteydessä fotosynteesin biokemiassa tapahtuviin muutoksiin: kasvukauden alkupuolella kohotettu kasvatuslämpötila hidasti fotosynteesin entsymaattisia reaktiota ja valon sidontaa alhaisessa mittauslämpötilassa verrattuna tilanteeseen, jossa kasvatuslämpötilaa ei kohotettu. Korkeissa mittauslämpötiloissa tilanne oli päinvastainen. Kasvukauden loppupuolella fotosynteesin entsymaattiset reaktiot hidastuivat ja valon sidontaa väheni kaikissa mittauslämpötiloissa, jos kasvatuslämpötilaa kohotettiin. Hiilidioksidipitoisuuden kohottaminen puolestaan nopeutti kaikissa mitattuuslämpötiloissa fotosynteesiä, jos kohta fotosynteesiin entsymaattiset reaktiot ja valon sidonta hidastuivat korkeassa hiilidioksidi-pitoisuudessa kasvaneissa kasveissa. Samalla klorofyllin määrää ja typpipitoisuus vähenivät lehdissä. Veden niukka saatavuus vähensi selkeästi ruokohelven fotosynteesiä ja kasvua sekä hiilen sitoutumista kasveihin. Vaikutus oli erityisen suuri silloin, kun ruokohelpi kasvoi kohotetussa lämpötilassa. Toisaalta hiilidioksidipitoisuuden kohottaminen kompensoi kuivuuden vaikutusta, mikä vähensi korkean lämpötilan ja kuivuuden aiheuttamaa stressiä. Tutkimus osoitti, että ruokohelpi hyötyy ilmastonmuutoksesta (kohonnut lämpötila, kohonnut hiilidioksidipitoisuus), jos veden saatavuus on riittävän hyvä. Yli kasvukauden ulottuneet mittaussarjat tuottivat puolestaan aineistoa estimoida ruokohelven fysiologiaa ja kasvua kuvaavien keskeisten parametrien dynamiikkaa suhteessa kasvuolosuhteiden muutokseen, jossa lämpötila ja hiilidioksidin kohoavat mutta vaihtelevat kasvukauden eri vaiheissa. Tällaista aineistoa voidaan käyttää hyväksi mm. laadittaessa mekanistisia malleja ruokohelven kasvun simuloimiseksi vaihtelevissa olosuhteissa yli koko kasvukauden

  • Zhou, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti xiao.zhou@uef.fi (email)
Pasi Kolari. (2010). Carbon balance and component CO2 fluxes in boreal Scots pine stands. https://doi.org/10.14214/df.99

Työssä analysoitiin eri ikäisten eteläsuomalaisten männiköiden hiilitasetta ja hiilidioksidin vaihdon jakautumista eri biomassaositteiden välillä. Työ perustui suoriin CO2-vuon mittauksiin kammioilla ja mikrometeorologisella eddy covariance-menetelmällä sekä CO2-komponenttivoiden mallintamiseen. Avohakkuualue oli hiilidioksidin lähde, voimakkuudeltaan n. 400 g C m−2 a−1. 12-vuotias taimikko oli muuttumassa hiilen lähteestä hiilen nieluksi. Keski-ikäinen ja lähes hakkuukypsä metsikkö sitoivat hiiltä 200–300 g C m−2 a−1. Keski-ikäisessä sulkeutuneen latvuston metsikössä puiden osuus fotosynteesituotoksesta oli hallitseva ja pintakasvillisuuden osuus 10–20%. Nuoremmissa metsiköissä pintakasvillisuuden suhteellinen osuus ja absoluuttinen tuotos olivat huomattavasti suuremmat. Keski-ikäisen metsikön suurin maanpäällinen hengityskomponentti oli puiden lehvästön hengitys, joka oli noin kolmannes koko metsikön hengityksestä. Puuaineksen hengitys oli suuruusluokkaa 10% kokonaishengityksestä. Kaikissa metsiköissä CO2-vuo maasta oli suurin hengityskomponentti. Välittömät ja viiveelliset vasteet selittivät hyvin fotosynteesituotoksen vuodenaikaista vaihtelua. Lyhyellä aikavälillä kasvukauden aikana fotosynteesinopeus seuraa lähinnä valon vaihteluita kun taas vuodenaikaisvaihtelu on voimakkaammin yhteydessä lämpötilaan. Fotosynteesin vuosisyklin ja lämpötilan yhteys oli lähes samanlainen eteläboreaalisen vyöhykkeen ja pohjoisen metsänrajan männyillä. Hengityskomponentit olivat yhteydessä lämpötilan hetkelliseen ja vuodenaikaiseen vaihteluun mutta vuositaseiden vaihtelu korreloi myös fotosynteesituotoksen kanssa.

  • Kolari, University of Helsinki, Department of Biological and Environmental Sciences ORCID ID:Sähköposti pasi.kolari@helsinki.fi (email)

Rekisteröidy käyttäjäksi
Paina tätä linkkiä Metsätieteen aikakauskirjan käsikirjoituksen tarjoamis- ja seurantajärjestelmään (OJS) kirjautumiseen.
Kirjaudu sisään
Jos olet kirjautunut käyttäjäksi, kirjaudu sisään tallentaaksesi valitsemasi artikkelit myöhempää käyttöä varten.
Ilmoitukset päivityksistä
Kirjautumalla saat tiedotteet uudesta julkaisusta.


Valitsemasi artikkelit