Artikkelit jotka sisältävät avainsanan 'terpeeni'.

Johanna Joensuu. (2020). O3 and NOx interactions with foliage: processes and compounds at the needle-air interface. https://doi.org/10.14214/df.310

Otsoni (O3) ja typen oksidit (NOx: typpimonoksidi NO ja typpidioksidi NO2) ovat reaktiivisia hivenkaasuja, joilla on merkittävä rooli ilmakemiassa. Terpeenit puolestaan ovat kasvien tuottamia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (BVOC, biogenic volatile organic compounds). Neulasten tai lehtien pinnat ovat ensimmäinen piste, jossa ilmakehä ja kasvi kohtaavat. Boreaaliset metsät edustavat huomattavaa osaa siitä globaalista maa-alasta, jolla ilmakehän ja biosfäärin vuorovaikutukset tapahtuvat.

Työn tavoitteena oli kehittää menetelmiä typen oksidien vaihdon seurantamittauksiin kenttäolosuhteissa ja selvittää neulaspinnoillta löytyvien terpeenien ja nitraattilannoituksen vaikutuksia otsonin ja typenoksidien liikkeisiin neulasten, maaperän ja ilmakehän rajapinnoilla. Menetelmiin kuului metsikkötason mittauksia, versotason kammiomittauksia, neulasnäytteitä ja laboratorioanalyysejä, hyödyntäen sekä jatkuvia seurantamittauksia että kokeellisia mittauksia.

Tutkimusalueella ilman NOx-pitoisuudet ovat matalia, ja versotason NOx-vuot olivat liian pieniä mitattaviksi tarkasti automatisoidulla dynaamisella kammiolla kenttäolosuhteissa. Muiden yhdisteiden aiheuttamien häiriöiden lisäksi signaali-kohinasuhde oli matala, ja merkittävä osa havaituista voista oli kammion pinnoille/pinnoilta. Selkeitä neulasten NOx-päästöjä ei havaittu, eikä typpilannoitus vaikuttanut mittaustuloksiin. Näin ollen on epätodennäköistä, että lannoituskäsittely voisi aiheuttaa merkittäviä neulasten NOx-päästöjä boreaalisesta mäntymetsästä. Ryhmän aiemmin raportoimissa päästöissä on mukana typen oksidien lisäksi muita yhdisteitä.

Sekä verson terpeeniemissiot että neulasvahauutteet sisälsivät enimmäkseen monoterpeenejä. Sekä emissioiden että vahauutteiden terpeenispektreissä havaittiin vaihtelua. Seskviterpeenien osuus oli neulasvahoissa suurempi kuin emissioissa, ja emissioissa ja vahauutteissa havaittiin enimmäkseen eri seskviterpeeniyhdisteitä. Kutikulan läpi tapahtuva terpeenien suora kuljetus synteesipaikasta pintakerrokseen saattaa olla merkittävämpi reitti kuin tähän asti on oletettu.

  • Joensuu, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti johanna.joensuu@helsinki.fi (email)
Kaisa Rissanen. (2019). Scots pine resin and BVOC emissions in relation to tree water dynamics. https://doi.org/10.14214/df.283

Puut pyrkivät välttämään ja vähentämään bioottisia ja abioottisia stressitekijöitä eri keinoilla, havupuut mm. pihkan avulla. Pihka varastoi myös suuria määriä monoterpeenejä, jotka samoin kuin muut kasvien tuottamat haihtuvat hiiliyhdisteet (BVOC, biogenic volatile organic compounds), esimerkiksi metanoli, asetaldehydi ja asetoni, ovat tärkeä osa puiden viestintää ja ilmakehän kemiaa haihtuessaan puusta ilmaan. BVOC yhdisteiden emissioihin ja pihkan toimintaan vaikuttavat eri ympäristötekijät, jotka edelleen vaikuttavat puiden puolustautumiskykyyn.

Tämän väitöskirjan tavoitteena on selvittää mikä rooli eri ympäristötekijöillä ja puun fysiologisilla prosesseilla on metsämännyn (Pinus sylvestris) pihkan toiminnassa ja rungon ja neulasten BVOC emissioissa, keskittyen erityisesti puun vesitalouden ja vedenkuljetuksen vaikutuksiin. Pihkan painetta mitattiin painemittareilla ja BVOC emissioita käyttäen jatkuvatoimisella massaspektrometriä ja dynaamista kammiosysteemiä. Lisäksi sekä pihkan että BVOC emissioiden koostumusta tutkittiin kaasukromatografialla.

Lyhyellä aikajänteellä pihkan painetta ja BVOC emissioita sekä rungolta että neulasista selitti parhaiten lämpötila. Pidemmällä aikajänteellä pihkan paine ja rungon monoterpeeniemissiot laskivat maan vesipitoisuuden ja puun vesipotentiaalin laskiessa. Myös vesiliukoisten yhdisteiden – metanolin, asetonin ja asetaldehydin – emissiot rungolta ja neulasista olivat yhteydessä maan vesipitoisuuteen ja puun vedenkuljetukseen, viitaten siihen, että näiden aineiden kuljetus veteen liuenneena voi vaikuttaa olennaisesti niiden emissioihin.  

Tulokset osoittavat, että puun runko voi olla tärkeä BVOC emissioiden lähde, ja että suhteellisen pienet muutokset veden saatavuudessa voivat vaikuttaa puun BVOC emissioihin ja pihkan paineeseen, vaikka lämpötila onkin tärkein niitä selittävä tekijä. Tämä tieto voi auttaa ymmärtämään eri ympäristötekijöiden mahdollisesti aiheuttamia muutoksia mäntyjen puolustuskyvyssä, sekä parantamaan BVOC emissioiden mallinnusta liittämällä myös puun runko mallien BVOC lähteisiin. 

  • Rissanen, University of Helsinki, Insitute for Atmospheric and Earth System Research / Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti kaisa.rissanen@helsinki.fi (email)
Anni Vanhatalo. (2018). Long-term dynamics of BVOC production, storage and emission in boreal Scots pine. https://doi.org/10.14214/df.253

Kasvit tuottavat osana sekundaarimetaboliaansa tuhansia erilaisia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä eli VOC-yhdisteitä, joita ne hyödyntävät erityisesti puolustusyhdisteinä. Alhaisista pitoisuuksistaan huolimatta nämä yhdisteet osallistuvat ilmakehässä moninaisiin kemiallisiin prosesseihin, jolloin niiden vaikutus ulottuu paljon yksittäisen kasvin kasvuympäristöä laajemmalle. Mänty (Pinus sylvestris L.) tuottaa erityisesti mono- ja seskviterpeenejä, joista valtaosa varastoituu pihkaan. Pihka on tiehyissä paineenalaisena. Tässä tutkimuksessa paineen havaittiin korreloivan positiivisesti sekä ilman lämpötilan että versojen transpiraationopeuden kanssa. Lisäksi sekä korkean pihkanpaineen että ilman korkean lämpötilan havaittiin lisäävän monoterpeenien haihduntanopeutta rungosta.

Monoterpeenisyntaasiaktiivisuus kuvaa neulasten maksimaalista kykyä tuottaa monoterpeenejä. Ympäristötekijöiden vuodenaikaisvaihtelun ja neulasten iän todettiin selittävän suurimman osan neulasten monoterpeenisyntaasiaktiivisuuksien sekä monoterpeenivarastojen ja -päästöjen vaihtelusta. Männynneulasten monoterpeenipitoisuuden vaihtelu vuodenaikojen, eri-ikäisten neulasten ja eri puiden välillä oli puolestaan verrattain pientä. Monoterpeenisyntaasiaktiivisuus oli suurempaa alle vuoden ikäisillä neulasilla kuin tätä vanhemmilla. Saman puun neulasten monoterpeenisyntaasiaktiivisuuksien ja monoterpeenivarastojen yhdistekohtainen koostumus ei heijastunut päästöjen koostumukseen: esimerkiksi δ-3-kareenia oli päästöissä selvästi suurempi osuus kuin varastoissa ja syntaasiaktiivisuuksissa. 

VOC-yhdisteiden päästöjä on mitattu puiden yhteyttävistä osista jo pitkään, mutta tässä tutkimuksessa seurattiin ensikertaa puiden puuosien päästöjä usean vuoden ajan. Mittaukseen käytettiin automaattista kammiomittausjärjestelmää ja siihen liitettyä protoninvaihtoreaktiomassaspektrometriä.

Männyn rungosta havaittiin vapautuvan ilmaan monoterpeenejä ja metanolia. Kummankin aineen päästöissä näkyi vuodenaikaisvaihtelua: Metanolipäästöt olivat suurimmillaan keskellä kasvukautta. Monoterpeenipäästöt puolestaan olivat korkeimmillaan paitsi kesien kuumimpina päivinä, myös keväällä puiden yhteytyskapasiteetin palautuessa lepokauden jälkeen. Tutkittujen puiden monoterpeenipäästöjen enantiomeerikoostumuksessa esiintyi vuorokausivaihtelua. Puiden vapauttamien yhdisteiden määrän, yhdisteiden reaktiivisuuden, metsän puulajikoostumuksen ja puiden eri kemotyyppien runsauden havaittiin heijastuvan latvuskerroksen yläpuolisen ilman terpeenikoostumukseen.

  • Vanhatalo, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Institute for Atmospheric and Earth System Research / Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti anni.vanhatalo@alumni.helsinki.fi (email)
Sylwia Adamczyk. (2016). The role of terpenes in carbon and nitrogen cycling in boreal forest soils. https://doi.org/10.14214/df.228

Hiilen ja ravinteiden kierto on edellytys ekosysteemin toiminnalle. Hiilen (C) ja typen (N) biogeokemiallisessa kierrossa kasvien, karikkeen ja maan kemiallinen koostumus, mikrobiyhteisöt, entsyymikoneisto ja ilmastolliset olosuhteet ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan terpeenien merkitystä boreaalisten metsämaiden hiilen ja typen kierrossa. Terpeenit ovat yleisiä kasvin sekundääriyhdisteitä. Väitöskirjassa keskitytään joihinkin mono-, di- ja triterpeeneihin.

Laboratoriokokeet osoittivat, että tutkitut terpeenit kiihdyttivät metsämaan hiilen mineralisaatiota, mutta samalla ne hidastivat typen nettomineralisaatiota ja nettonitrifikaatiota. Lisäksi terpeenit lisäsivät mikrobibiomassassa olevat hiilen ja typen määrää todennäköisesti siitä syystä, että ne kiihdyttivät bakteerien kasvunopeutta; sienten kasvunopeus sen sijaan hidastui terpeenien vaikutuksesta. Tulokset viittasivat siihen, että terpeenit toimivat hiilen lähteenä joillekin mikrobeille. Lisäksi terpeenit estivät hiilen, typen, fosforin ja rikin kiertoon liittyvien entsyymien toimintaa, johtuen ainakin osaksi terpeenien kyvystä sitoa entsyymejä.
Kuusen avohakkuulla tutkittiin sekä hakkuutähteen että puun tuhkan vaikutusta maan terpeenikoostumukseen ja hiilen ja typen kierron toimintoihin viisi vuotta hakkuun jälkeen. Hakkuutähde lisäsi joidenkin terpeenien pitoisuutta orgaanisessa kerroksessa. Sekä hakkuutähde että tuhka kiihdyttivät typen nettomineralisaatiota ja nettonitrifikaatiota. Joidenkin terpeenien pitoisuudet korreloivat hiilen ja typen kierron aktiivisuuksien kanssa, mutta kenttäolosuhteissa suhde jäi silti epäselväksi.

Väitöskirja osoitti, että terpeeneillä on kyky vaikuttaa metsämaan hiilen ja typen kiertoon. Todennäköisesti terpeenit muuttavat typen kiertoa niin, että suurempi osa typestä jää orgaaniseen muotoon ja mahdollisesti typpihäviöt metsäekosysteemistä pienentyvät.

  • Adamczyk, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti sylwia.adamczyk@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)
Sanna Kanerva. (2007). Plant secondary compounds and soil microbial processes in carbon and nitrogen cycling in relation to tree species. https://doi.org/10.14214/df.52

Kasvien tuottamien tiettyjen sekundääristen yhdisteiden on havaittu vaikuttavan maan hiilen ja typen kierron prosesseihin. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää mahdollisia eroja metsämaan hiilen ja typen kiertoon liittyvissä mikrobiaktiivisuuksissa sekä kahden tärkeän kasvien sekundääriyhdisteryhmän, terpeenien ja fenolisten yhdisteiden, pitoisuuksissa koivikko-, kuusikko- ja männikkömaassa, sekä tutkia, miten maan altistaminen haihtuville monoterpeeneille tai fenolisiin yhdisteisiin kuuluville tanniineille vaikuttaa maan mikrobiaktiivisuuksiin. Tutkimuksessa käytetty puulajikoe sijaitsee Kivalossa, Pohjois-Suomessa, ja käsittää vierekkäiset, alun perin samanlaiselle maaperälle perustetut noin 70-vuotiaat metsiköt, joiden pääpuulajit ovat rauduskoivu, kuusi ja mänty. Maan hiilen ja typen mineralisaationopeudet sekä mikrobibiomassan hiilen ja typen määrät olivat korkeampia koivikko- ja kuusikkomaan orgaanisen kerroksen kaikissa eri osissa, eli karike- (L), multautumis- (F) ja humusainekerroksessa (H), verrattuna männikkömaahan. Mono-, seskvi-, di- ja triterpeenien pitoisuudet olivat selvästi korkeampia havupuumaissa kuin koivikkomaassa, kun taas vesiliukoisten totaalifenolien sekä tanniinien pitoisuudet olivat korkeampia tai vähintään yhtä korkeita kuusikko- kuin koivikko- tai männikkömaassa. Erot maan mikrobiaktiivisuuksissa sekä sekundääriyhdisteiden pitoisuuksissa olivat puulajien välillä yleisesti ottaen pienempiä H-kerroksessa kuin ylemmissä kerroksissa. Hiilen mineralisaationopeus sekä hiilen määrä maan mikrobibiomassassa korreloivat positiivisesti maan vesiliukoisten totaalifenolien sekä tanniinien pitoisuuden kanssa, viitaten siihen, että näiden yhdisteiden pitoisuus maassa voi toimia indikaattorina sille, kuinka pitkälle maan orgaanisen aineksen hajoaminen on edennyt. Terpeenit saattavat puolestaan vaikuttaa maan mikrobiaktiivisuuksia heikentävästi, sillä matalimmat mikrobiaktiivisuudet havaittiin runsaasti terpeenejä sisältävässä männikkömaassa, kun taas aktiivisessa koivikkomaassa terpeenien pitoisuudet olivat hyvin matalat.

Haihtuvat monoterpeenit sekä kuusen ja männyn neulasista eristetyt tanniinit vaikuttivat maan hiilen ja typen kierron prosesseihin, mutta vaikutukset riippuivat yhdisteestä ja sen molekyylirakenteesta. Monoterpeenit vähensivät epäorgaanisen typen määrää maassa ja niillä oli mahdollisesti myrkyllinen vaikutus osaan maan mikrobeista, kun taas osa maan mikrobeista näytti voivan käyttää monoterpeeneitä hiilen lähteenään. Molekyylipainoltaan kevyemmät tanniinit (sekä muut kevyemmät yhdisteet) näyttivät olevan hiilen lähteitä maan mikrobeille, kun taas molekyylipainoltaan raskaammilla tanniineilla oli mikrobien toimintaa estäviä vaikutuksia. Kaiken kaikkiaan kasvien sekundääriyhdisteillä saattaa olla hyvinkin suuri rooli metsämaan hiilen ja typen kierron säätelyssä, mutta niiden merkityksen todellista suuruusluokkaa on mahdoton arvioida.

  • Kanerva, University of Helsinki, Department of Applied Chemistry and Microbiology ORCID ID:Sähköposti sanna.kanerva@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