Artikkelit jotka sisältävät avainsanan 'kemia'.

Chenyang Cai. (2020). Effects of long-term moisture and weather exposure on the structure and properties of thermally modified wood. https://doi.org/10.14214/df.298

Puun lämpökäsittely on laajalti käytetty menetelmä, jolla vähennetään puuaineen muodonmuutoksia ja parannetaan sen biologista kestävyyttä. Lämpökäsitellyn puun käyttäytymistä muuttuvissa sää- ja kosteusolosuhteissa ei kuitenkaan täysin tunneta. Tässä väitöskirjassa tutkittiin lämpökäsiteltyjen kuusi-, mänty-, saarnikoekappaleiden kemiallisia, rakenteellisia ja fysikaalisia muutoksia lämpötila- ja kosteusaltistuksessa sekä pitkäaikaisessa säärasituksessa.

Tulokset osoittavat, että korkeampi käsittelylämpötila alentaa puun tasapainokosteutta ja parantaa sen mittapysyvyyttä erityisesti tangentiaalisuunnassa. Lämpökäsittely ei vaikuttanut puulajien Brinell-kovuuteen, mutta tasapainokosteuden kohoaminen alensi kovuutta. Pitkäaikainen kosteusrasitus muutti erityisesti hemiselluloosien ja selluloosan rakennetta ja lisäsi puun hygroskooppisuutta sekä lämpökäsitellyissä että -käsittelemättömissä koekappaleissa. Lämpökäsitellyn puun happamuus nopeutti soluseinämän hajoamista, kun koekappale upotettiin veteen lämpökäsittelyn jälkeen.

Säärasituksessa ligniinin pilkkoutuminen ja hajoamistuotteiden huuhtoutuminen aiheuttavat koekappaleen pinnan harmaantumisen ja pintaosan suhteellisen selluloosa- ja hemiselluloosapitoisuuden kohoamisen. Koska lämpökäsitellyn puun hygroskooppisuus on alhaisempi kuin käsittelemättömän, muuttuivat lämpökäsiteltyjen koekappaleiden ligniinin rakenne ja pinnan väri säärasituksen aikana vähemmän kuin käsittelemättömien verrokkien. Lämpökäsitellyn puun alhaisempi tasapainokosteus ja puun syiden kyllästymispiste aiheuttavat sen, että lämpökäsitelty puu pysyy säärasituksessa käsittelemätöntä puuta kuivempana. Niinpä lämpökäsitelty puu myös kupertuu kastuessaan vähemmän kuin käsittelemätön puu. Säärasituskokeen seurauksena puun pinnan Brinell-kovuus aleni kaikilla puulajeilla hieman soluseinämien rapautumisen ja tasapainokosteuden kohoamisen vuoksi. Korkeammassa lämpötilassa käsiteltyjen koekappaleiden kemialliset muutokset säärasituksen seurauksena olivat vähäisempiä kuin käsittelemättömien ja alemmassa lämpötilassa käsiteltyjen koekappaleiden. Korkeampi käsittelylämpötila alentaa puun huokoisuutta ja veden pääsyä puuhun, mikä selittää parantunutta säänkestoa.

  • Cai, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti chenyc@uef.fi (email)
Beñat Olascoaga. (2018). Leaf optical properties and dynamics of photosynthetic activity. https://doi.org/10.14214/df.247

Fotosynteesin edellytyksenä on sen valoriippuvaisten ja -riippumattomien reaktioiden välinen tasapaino, jolloin valokemian kautta tapahtuva energian sisäänvirtaus vastaa kulutusta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit edesauttavat tasapainon muodostumista, sillä jotkut prosessit säätelevät valoriippuvaisten valokemialllisten reaktioiden aktiivisuutta, kun taas toiset säätelevät lämpötilariippuvaisten biokemiallisten reaktioiden aktiivisuutta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit mukauttavat myös fotosynteesiin käytettävissä olevaa absorboidun energian määrää ohjaamalla osan energiasta ei-valokemiallisille reaktiopoluille, jotka hajauttavat energiaa lämpönä ja fluoresenssina. On kiinnostavaa, että tietyt fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat fotosynteesin dynamiikkaa luonnehtivien lehden optisten ominaisuuksien (LOP) kanssa. Mutta kuinka tukevalla pohjalla näihin ominaisuuksiin vaikuttavia biokemiallisia ja fysiologisia prosesseja koskeva tietämyksemme on, ja miten hyvin lehtien optiset ominaisuudet ja fotosynteesin dynamiikan taustalla vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat, kun niitä tarkastellaan erilaisilla spatiotemporaalisilla skaaloilla? Tässä väitöskirjassa tutkittiin, korreloivatko lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvat optiset ominaisuudet riittävän hyvin fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavien biokemiallisten ja fysiologisten prosessien kanssa, ja pätevätkö nämä korrelaatiot eri spatiotemporaalisilla skaaloilla.

Tässä väitöskirjassa osoitetaan lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvien optisten ominaisuuksien sopivuus fotosynteesin dynamiikan tutkimiseen sopiviksi optisiksi korvikemuuttujiksi. Työssä myös tunnistetaan vaihtelulähteitä, jotka voivat rikkoa fotosynteesin ja optisten ominaisuuksien välisen korrelaation. Vaihtelulähteet luokitellaan metodologisten (liiallinen yksinkertaistaminen ja tekniset/instrumentaaliset rajoitteet) ja spatiotemporaalisten rajoitteiden mukaan. Fotosynteesidynamiikan taustalla olevien prosessien ja lehtien optisten ominaisuuksien liiallista yksinkertaistamista tarkasteltiin tutkimalla PAR-säteilyn absorptiota männynneulasiin. PAR-absorptiota pidetään yleisesti klorofyllikonsentraatiosta riippuvaisena, mutta tässä väitöskirjassa osoitetaan, että absorptiota säätelee myös vahojen vaikutus neulasten PAR-reflektanssiin. Koska neulasten PAR-absorption suora mittaaminen on vaikeaa, PAR-reflektanssia käytettiin PAR-absorption korvikemuuttujana. Tämän teknisen/instrumentaalisen rajoitteen ratkaisemiseen  väitöskirja esittelee uuden metodologian, joka helpottaa PAR-absorption suoraa arviointia. Väitöskirjassa myös osoitetaan, että eräät optiset ominaisuudet näyttävät olevan tunnottomia, kun pyritään mittaamaan tiettyjen biokemiallisten ja fysiologisten prosessien dynamiikkaa. Tämä päti valokemialliseen reflektanssi-indeksiin (PRI), jonka avulla ei pystytty havaitsemaan zeaksantiinista riippumattomia, absorboidun PAR-säteilyn lämpöhajaantumisen taustalla olevia prosesseja. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan, että myös lehden morfologia voi vaikuttaa optisiin ominaisuuksiin, mikä saattaa vaikuttaa optiikkaan perustuvaan monitorointiin yksittäistä lehteä suuremmilla skaaloilla. Huolimatta väitöskirjassa esiin tuoduista varauksista optisten menetelmien potentiaali fotosynteesiaktiivisuuden dynamiikan seurannassa on kiistaton, ja tässä esitetyt tulokset voivat osaltaan pienentää epävarmuutta, joka liittyy fotosynteesin kuvaamiseen optisin menetelmin eri spatiotemporaalisilla kaaloilla.

  • Olascoaga, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti benat.olascoagagracia@helsinki.fi
Beñat Olascoaga. (2018). Leaf optical properties and dynamics of photosynthetic activity. https://doi.org/10.14214/df.247

Fotosynteesin edellytyksenä on sen valoriippuvaisten ja -riippumattomien reaktioiden välinen tasapaino, jolloin valokemian kautta tapahtuva energian sisäänvirtaus vastaa kulutusta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit edesauttavat tasapainon muodostumista, sillä jotkut prosessit säätelevät valoriippuvaisten valokemialllisten reaktioiden aktiivisuutta, kun taas toiset säätelevät lämpötilariippuvaisten biokemiallisten reaktioiden aktiivisuutta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit mukauttavat myös fotosynteesiin käytettävissä olevaa absorboidun energian määrää ohjaamalla osan energiasta ei-valokemiallisille reaktiopoluille, jotka hajauttavat energiaa lämpönä ja fluoresenssina. On kiinnostavaa, että tietyt fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat fotosynteesin dynamiikkaa luonnehtivien lehden optisten ominaisuuksien (LOP) kanssa. Mutta kuinka tukevalla pohjalla näihin ominaisuuksiin vaikuttavia biokemiallisia ja fysiologisia prosesseja koskeva tietämyksemme on, ja miten hyvin lehtien optiset ominaisuudet ja fotosynteesin dynamiikan taustalla vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat, kun niitä tarkastellaan erilaisilla spatiotemporaalisilla skaaloilla? Tässä väitöskirjassa tutkittiin, korreloivatko lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvat optiset ominaisuudet riittävän hyvin fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavien biokemiallisten ja fysiologisten prosessien kanssa, ja pätevätkö nämä korrelaatiot eri spatiotemporaalisilla skaaloilla.

Tässä väitöskirjassa osoitetaan lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvien optisten ominaisuuksien sopivuus fotosynteesin dynamiikan tutkimiseen sopiviksi optisiksi korvikemuuttujiksi. Työssä myös tunnistetaan vaihtelulähteitä, jotka voivat rikkoa fotosynteesin ja optisten ominaisuuksien välisen korrelaation. Vaihtelulähteet luokitellaan metodologisten (liiallinen yksinkertaistaminen ja tekniset/instrumentaaliset rajoitteet) ja spatiotemporaalisten rajoitteiden mukaan. Fotosynteesidynamiikan taustalla olevien prosessien ja lehtien optisten ominaisuuksien liiallista yksinkertaistamista tarkasteltiin tutkimalla PAR-säteilyn absorptiota männynneulasiin. PAR-absorptiota pidetään yleisesti klorofyllikonsentraatiosta riippuvaisena, mutta tässä väitöskirjassa osoitetaan, että absorptiota säätelee myös vahojen vaikutus neulasten PAR-reflektanssiin. Koska neulasten PAR-absorption suora mittaaminen on vaikeaa, PAR-reflektanssia käytettiin PAR-absorption korvikemuuttujana. Tämän teknisen/instrumentaalisen rajoitteen ratkaisemiseen  väitöskirja esittelee uuden metodologian, joka helpottaa PAR-absorption suoraa arviointia. Väitöskirjassa myös osoitetaan, että eräät optiset ominaisuudet näyttävät olevan tunnottomia, kun pyritään mittaamaan tiettyjen biokemiallisten ja fysiologisten prosessien dynamiikkaa. Tämä päti valokemialliseen reflektanssi-indeksiin (PRI), jonka avulla ei pystytty havaitsemaan zeaksantiinista riippumattomia, absorboidun PAR-säteilyn lämpöhajaantumisen taustalla olevia prosesseja. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan, että myös lehden morfologia voi vaikuttaa optisiin ominaisuuksiin, mikä saattaa vaikuttaa optiikkaan perustuvaan monitorointiin yksittäistä lehteä suuremmilla skaaloilla. Huolimatta väitöskirjassa esiin tuoduista varauksista optisten menetelmien potentiaali fotosynteesiaktiivisuuden dynamiikan seurannassa on kiistaton, ja tässä esitetyt tulokset voivat osaltaan pienentää epävarmuutta, joka liittyy fotosynteesin kuvaamiseen optisin menetelmin eri spatiotemporaalisilla kaaloilla.

  • Olascoaga, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti benat.olascoagagracia@helsinki.fi
Beñat Olascoaga. (2018). Leaf optical properties and dynamics of photosynthetic activity. https://doi.org/10.14214/df.247

Fotosynteesin edellytyksenä on sen valoriippuvaisten ja -riippumattomien reaktioiden välinen tasapaino, jolloin valokemian kautta tapahtuva energian sisäänvirtaus vastaa kulutusta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit edesauttavat tasapainon muodostumista, sillä jotkut prosessit säätelevät valoriippuvaisten valokemialllisten reaktioiden aktiivisuutta, kun taas toiset säätelevät lämpötilariippuvaisten biokemiallisten reaktioiden aktiivisuutta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit mukauttavat myös fotosynteesiin käytettävissä olevaa absorboidun energian määrää ohjaamalla osan energiasta ei-valokemiallisille reaktiopoluille, jotka hajauttavat energiaa lämpönä ja fluoresenssina. On kiinnostavaa, että tietyt fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat fotosynteesin dynamiikkaa luonnehtivien lehden optisten ominaisuuksien (LOP) kanssa. Mutta kuinka tukevalla pohjalla näihin ominaisuuksiin vaikuttavia biokemiallisia ja fysiologisia prosesseja koskeva tietämyksemme on, ja miten hyvin lehtien optiset ominaisuudet ja fotosynteesin dynamiikan taustalla vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat, kun niitä tarkastellaan erilaisilla spatiotemporaalisilla skaaloilla? Tässä väitöskirjassa tutkittiin, korreloivatko lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvat optiset ominaisuudet riittävän hyvin fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavien biokemiallisten ja fysiologisten prosessien kanssa, ja pätevätkö nämä korrelaatiot eri spatiotemporaalisilla skaaloilla.

Tässä väitöskirjassa osoitetaan lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvien optisten ominaisuuksien sopivuus fotosynteesin dynamiikan tutkimiseen sopiviksi optisiksi korvikemuuttujiksi. Työssä myös tunnistetaan vaihtelulähteitä, jotka voivat rikkoa fotosynteesin ja optisten ominaisuuksien välisen korrelaation. Vaihtelulähteet luokitellaan metodologisten (liiallinen yksinkertaistaminen ja tekniset/instrumentaaliset rajoitteet) ja spatiotemporaalisten rajoitteiden mukaan. Fotosynteesidynamiikan taustalla olevien prosessien ja lehtien optisten ominaisuuksien liiallista yksinkertaistamista tarkasteltiin tutkimalla PAR-säteilyn absorptiota männynneulasiin. PAR-absorptiota pidetään yleisesti klorofyllikonsentraatiosta riippuvaisena, mutta tässä väitöskirjassa osoitetaan, että absorptiota säätelee myös vahojen vaikutus neulasten PAR-reflektanssiin. Koska neulasten PAR-absorption suora mittaaminen on vaikeaa, PAR-reflektanssia käytettiin PAR-absorption korvikemuuttujana. Tämän teknisen/instrumentaalisen rajoitteen ratkaisemiseen  väitöskirja esittelee uuden metodologian, joka helpottaa PAR-absorption suoraa arviointia. Väitöskirjassa myös osoitetaan, että eräät optiset ominaisuudet näyttävät olevan tunnottomia, kun pyritään mittaamaan tiettyjen biokemiallisten ja fysiologisten prosessien dynamiikkaa. Tämä päti valokemialliseen reflektanssi-indeksiin (PRI), jonka avulla ei pystytty havaitsemaan zeaksantiinista riippumattomia, absorboidun PAR-säteilyn lämpöhajaantumisen taustalla olevia prosesseja. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan, että myös lehden morfologia voi vaikuttaa optisiin ominaisuuksiin, mikä saattaa vaikuttaa optiikkaan perustuvaan monitorointiin yksittäistä lehteä suuremmilla skaaloilla. Huolimatta väitöskirjassa esiin tuoduista varauksista optisten menetelmien potentiaali fotosynteesiaktiivisuuden dynamiikan seurannassa on kiistaton, ja tässä esitetyt tulokset voivat osaltaan pienentää epävarmuutta, joka liittyy fotosynteesin kuvaamiseen optisin menetelmin eri spatiotemporaalisilla kaaloilla.

  • Olascoaga, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti benat.olascoagagracia@helsinki.fi
Mari Könönen. (2017). Tropical peat decomposability expressed through physical, chemical and biological properties under varying land management intensities. https://doi.org/10.14214/df.237

Maankäyttömuutos, joka usein sisältää suoalueen kuivatuksen sekä alkuperäisen suosademetsän korvaamisen vähemmän biomassaa tuottavalla kasvillisuudella, on muuttanut Kaakkois-Aasian suoalueet hiilen nieluista hiilen lähteiksi. Suolta vapautuvan hiilidioksidin (CO2) määrän on havaittu riippuvan maankäyttömuutoksesta, mikä johtunee turpeen hajotettavuuden heikentymisestä, mutta yhteys hajotusprosessien ja maankäyttömuutoksen välillä on heikosti tunnettu.

Lisätäksemme tietämystä maankäyttömuutoksen vaikutuksista hajotusprosesseihin, tutkimme turpeen fyysisiä (kuivatuoretiheys, huokoisuus, hiukkasjakauma) sekä kemiallisia ominaisuuksia (pH, tuhka, N, P, K, C, Ca, Mg, Mn, Zn, Na, Al, Fe, S, Si sekä liuenneen typen ja hiilen kokonaispitoisuudet ja turpeen kemiallinen rakenne), jotka kummatkin määrittävät turpeen maatumisastetta sekä hajotettavuutta (s.o. substraatin laatu mikrobeille). Turpeen biologisia ominaisuuksia (mikrobibiomassa sekä entsyymiaktiivisuus) käytettiin selittämään hajotusaktiivisuutta useilla maankäyttömuodoilla sekä vasteena turpeen laatua määrittäviin ominaisuuksiin. Tutkimusalueet olivat: lähes luonnontilainen ja kuivatettu suosademetsä, sekä kolme avohakattua ja kuivatettua aluetta, joista yksi oli uudelleen metsitetty, yksi maatalousmaana ja kolmas jättömaana.

Turve oli tiiviimpää, hienompaa ja sisälsi enemmän heikosti hajoavia hiiliyhdisteitä (esim. ligniini) alueilla, jotka oli sekä avohakattu että kuivatettu. Mikrobibiomassa ja hajotusaktiivisuus olivat korkeampia suosademetsän pintaturpeessa, jossa oli myös eniten helposti hajoavia hiiliyhdisteitä (esim. hemiselluloosa). Kuusi vuotta sitten uudelleen metsitetyllä alueella turpeen ominaisuudet eivät olleet palautuneet metsän kaltaiseksiTähän vaikuttivat luultavasti puuston ikä ja pieni koko, jolloin se ei vielä tuottanut riittävästi kariketta, sekä mikrobeihin negatiivisesti vaikuttava kemiallinen heinäntorjunta.

Kasvillisuus, ja erityisesti sen puuttuminen maankäyttömuutoksen myötä, sekä maanmuokkaus ovat tärkeimmät turpeen hajotukseen vaikuttavat tekijät. Voimakkaimmin muokatuilla alueilla, jotka on kuivatettu ja avohakattu, turpeen kemiallinen laatu heikkenee, mikä johtaa pienempään mikrobiaktiivisuuteen.

  • Könönen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti mari.kononen@helsinki.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)
Hermanni Aaltonen. (2012). Exchange of volatile organic compounds in the boreal forest floor. https://doi.org/10.14214/df.154

Boreaalisen metsänpohjan haihtuvien orgaanisten yhdisteiden vaihto

Maaekosysteemit tuottavat ilmakehään suuria määriä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka nimensä mukaisesti sisältävät pääasiassa hiiltä ja vetyä, mutta monet myös esimerkiksi happea ja typpeä. Haihtuvia orgaanisia yhdisteitä kutsutaan usein lyhenteellä VOCs englanninkielisen nimensä mukaisesti (Volatile Organic Compounds). Kasvien lisäksi myös maaperä ja vesistöt ovat VOC-lähteitä, mutta niiden suhteellinen osuus ekosysteemien kokonaistuotosta on huonosti tunnettu. Haihtuviin orgaanisiin yhdisteisiin kuuluu laaja joukko reaktiivisia yhdisteitä, muun muassa terpeenejä, alkoholeja ja aldehydejä. Voimakkaasta reaktiivisuudestaan johtuen nämä yhdisteet osallistuvat ilmakehän kemiallisiin reaktioihin; alailmakehän otsonin- ja hiukkasmuodostuksen kautta niillä on vaikutuksia aina ilmanlaatuun ja maapallon säteilytasapainoon saakka.

Tässä tutkimuksessa oli tavoitteena kehittää menetelmiä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden mittaamiseen ja tutkia niiden vuodenaikaista vaihtelua boreaalisen havumetsän pohjakerroksessa. VOC-tuottoa mitattiin ympärivuotisesti useamman vuoden ajan maasto-olosuhteissa sekä laboratoriossa päästöjen lähteiden sekä ajallisen ja paikallisen vaihtelun selvittämiseksi. Mittaukset suoritettiin kammio- ja gradienttimenetelmillä ja yhdisteet analysoitiin massaspektrometreillä.

Mittaukset osoittivat, että boreaalinen metsänpohja tuottaa runsaasti erilaisia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka ovat peräisin sekä karikkeesta että maaperän aktiivisista komponenteista, kuten juuret ja mikrobit. Merkittävimmäksi lähteeksi osoittautui karike, jossa sekä maatuvilla kasvinosilla että hajottajilla on roolinsa kokonaispäästöissä. Boreaalisella vyöhykkeellä vuodenajoilla on suuri vaikutus ekosysteemien toimintaan, ja tämä havaittiin myös haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöissä, jotka olivat selvästi suurempia keväisin ja syksyisin. Yksittäisistä ympäristötekijöistä lämpötila ja kosteus vaikuttivat eniten VOC-päästöjen suuruuteen. Suuret paikalliset erot metsänpohjan sekä maaperän rakenteessa ja olosuhteissa näkyivät päästöjen voimakkaana vaihteluna mittauspisteiden välillä. Tutkimuksessa mitattiin myös merkittävimpien kasvihuonekaasujen (CO2, CH4 ja N2O) vuota maaperästä, mutta vaikka nekin ovat riippuvaisia maaperän biologisesta aktiivisuudesta ja ympäristöoloista, ei yhteyttä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöihin havaittu.

Tämän tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että boreaalisen metsänpohjan osuus ekosysteemin VOC-kokonaispäästöistä vaihtelee muutamien prosenttien ja useiden kymmenien prosenttien välillä vuodenajasta riippuen. Tuloksia voidaan käyttää esimerkiksi ilmakemian malleissa, josta reaktiivisten orgaanisten yhdisteiden tuotto latvuston alla on aiemmin käytännössä kokonaan puuttunut.

  • Aaltonen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti hermanni.aaltonen@helsinki.fi (email)
Jones Abrefa Danquah. (2012). Restoration of degraded dry semideciduous forest ecosystems in Ghana: Effects of African mahogany species on soil chemistry, tree diversity and the application of leaf morphometrics for provisional seed zonation. https://doi.org/10.14214/df.148

Rappeutuneiden kuivien puolivihantien metsäekosysteemien palauttaminen Ghanaan: Afrikkalaisten mahonkilajien vaikutukset maaperän kemiaan, puiden monimuotoisuuteen ja lehtien morfometrian soveltamiseen tilapäisillä siemenvyöhykkeillä

Kuivat puolivihannat metsät Ghanassa ja muualla Länsi-Afrikassa tuottavat runsaasti erilaisia ekosysteemipalveluja alueelle turvaamalla suurten jokien vesivaroja, toimimalla tärkeässä roolissa hiilen kierron dynamiikassa ja puskurina savannivyöhykkeen leviämiselle sekä turvaamalla kotoperäisiä kasviekosysteemejä. Ihmisen aiheuttamat toistuvat pensaspalot ja väestönkasvun aiheuttama lisääntynyt maataloustoiminta ovat muuntaneet tai uhkaavat muuttaa suuren osan näitä puskurimetsiä puuttomaksi tai vähäpuustoiseksi savanniksi, jotka eivät sitten kelpaa enää maatalousmaaksikaan. Alueiden luontaista palautumista erilaisista häiriöistä vaikeuttavat monet tulokasrikkakasvit, jotka haittaavat puuston luonnollista uudistumista ja osaltaan siten lisäävät näiden metsien häviämisvauhtia. Alueiden ennallistamisessa ja metsittämisessä pyritään käyttämään paikallisiin ympäristöolosuhteisiin parhaiten sopeutuneita kotoperäisiä puulajeja ja siten edesauttamaan ekosysteemien luontaista uudistumista sekä edistämään paikallisten puulajien hyötykäyttöä; erityisesti afrikkalaiset mahonkilajit ovat tässä työssä kiinnostava mahdollisuus.

Väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia afrikkalaisten mahonkien (Khaya anthotheca ja K. ivorensis) sopeutumispotentiaalia ja käyttöä hävitettyjen tai rappeutuneiden kuivien puolivihantien puskurimetsäekosysteemien ennallistamisessa ja uudistamisessa. Tätä tutkittiin selvittämällä eri mahonkipopulaatioiden fenotyyppisen plastisuuden tasoja, ekogeografista ja morfometristä vaihtelua sekä geneettistä samankaltaisuutta. Lisäksi työssä arvioitiin metsiköiden rakenteen ja luontaisen puuston tiheyden vaikutuksia mahonkilajien käyttöön, ja arvioitiin mahonkien vaikutuksia paikallisen puulajiston monimuotoisuuteen ja maaperän kemiallisiin ominaisuuksiin.

K. ivorensis -mahongin fenotyyppi muuttui sademäärän mukaan, mikä osoittaa lajin suurta fenotyyppistä plastisuutta. K. antotheca -mahongin fenotyyppinen plastisuus oli puolestaan pieni. Käytännössä K. ivorensis -mahonkia voitaisiin siis käyttää metsityksessä paljon useammalla eri ekologisella alueella kuin K. antotheca -mahonkia. Tulokset viittasivat myös etelä-pohjoissuuntaiseen klinaaliseen (clinal) suhteeseen lehtien ominaisuuksissa, jolloin korkeammilta leveysasteilta kerättyjä siemeniä voidaan istuttaa samalle vyöhykkeelle tai siirtää alemmille leveysasteille, joissa on suuremmat sademäärät.

Tulokset osoittivat, että sekametsänä kasvavat mahonkilajit edistävät erilaisten kotoperäisten puulajien kasvua ja nopeuttavat metsäekosysteemien ennallistumista. Lisäksi todettiin, että sekakasvustona kasvava mahonkiviljelmä voi parantaa maaperän laatua ja lisätä kasvullista monimuotoisuutta prosessissa, jossa pyritään palauttamaan kuiva puolivihanta metsävyöhyke Ghanaan.

  • Danquah, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti jones.abrefa@uef.fi (email)
Katri Kostiainen. (2007). Wood properties of northern forest trees grown under elevated CO2, O3 and temperature. https://doi.org/10.14214/df.47

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ilmastonmuutoksen vaikutuksia rauduskoivun (Betula pendula Roth), amerikanhaavan (Populus tremuloides Michx.), paperikoivun (Betula papyrifera Marsh.), sokerivaahteran (Acer saccharum Marsh.) ja kuusen (Picea abies (L.) Karst.) läpimitan kasvuun sekä puuaineen rakenteeseen ja kemiaan. Tutkimuksen aineistot kerättiin Suomessa, Yhdysvalloissa ja Ruotsissa toteutetuista ilmastonmuutoskokeista.

Kohotettu CO2- ja O3-pitoisuus sekä lämpötila vaikuttivat metsäpuiden puuaineen ominaisuuksiin. Rauduskoivulla kohotettu CO2 lisäsi luston leveyttä ja uuteaineiden ja tärkkelyksen pitoisuutta, kun taas selluloosan ja gravimetrisen ligniinin pitoisuus laski. Vasteet kohotetulle otsonille riippuivat kloonista: putkilo-osuus ja typpipitoisuus laskivat, kun taas soluseinäosuus nousi yhdellä kloonilla. Kohotettu CO2 kompensoi otsonin vaikutuksesta tapahtuvaa putkilo-osuuden pienenemistä.

Vasteet kohotetulle CO2- ja O3-pitoisuudelle erosivat 3- ja 5-vuotiaalla haavalla ja paperikoivulla. Kolmevuotiailla haapaklooneilla ja paperikoivulla ligniinipitoisuus lisääntyi kohotetussa O3-pitoisuudessa. Kohotettu CO2 kuitenkin kompensoi tätä vaikutusta eikä ligniinivastetta enää havaittu 5-vuotiailla puilla. Kohotettu CO2 vähensi haavalla uronihappojen pitoisuutta ja lisäsi kloonista riippuen uuteaineiden ja tärkkelyksen pitoisuutta. Kohotettu O3 vähensi haavalla rungon läpimitan kasvua ja putkiloiden soluontelon läpimittaa, mutta lisäsi soluseinän paksuutta. Viisivuotiaalla paperikoivulla kohotettu CO2 lisäsi uuteaineita ja vähensi tärkkelystä, kun taas kohotettu O3 lisäsi molempien pitoisuutta. Kolmivuotias vaahtera reagoi puulajeista vähiten niin kohotettuun CO2- kuin O3-pitoisuuteen.

Kohotettu CO2 vähensi 40-vuotiaalla kuusella typpipitoisuutta, kevätpuun soluseinän paksuutta ja kuitujen soluontelon läpimittaa, kun taas luston leveys lannoittamattomilla puilla ja kesäpuukuidun soluontelon läpimitta kasvoivat. Kohotettu lämpötila vähensi uuteaineiden ja liukoisten sokereiden pitoisuutta, ja lisäsi soluseinän paksuutta ja puun tiheyttä.

Altistuskokeiden tulokset osoittavat, että puuaineen ominaisuudet voivat muuttua ilmastonmuutoksen seurauksena, mutta vasteet kohoaville CO2- ja O3-pitoisuuksille sekä kohoavalle lämpötilalle voivat riippua puulajista ja puun iästä. Puiden pitkäikäisyyden takia lisätietoa pitkäaikaisista tutkimuksista tarvitaan, ennen kuin puuaineen ominaisuuksia ja käyttömahdollisuuksia eri lopputuotteissa voidaan ennustaa tulevaisuuden ilmastossa.

  • Kostiainen, University of Oulu, Department of Biology ORCID ID:Sähköposti katri.kostiainen@metla.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