Artikkelit jotka sisältää sanan 'juuret'

Boreaaliset metsämaat ovat yksi suurimmista hiilen varastoista maailmanlaajuisesti, kun taas maahengitys (hiilidioksidipäästöt) muodostaa suurimman hiilivirran ekosysteemistä ilmakehään. Ilmastonmuutoksella voi olla arvaamattomia vaikutuksia maanalaisiin hiiliprosesseihin ja sitä kautta boreaalisten metsien hiilitaseeseen.

Maaperän erilaisten prosessien ymmärtämiseksi ja mahdollisten hiilenkierron muutosten arvioimiseksi muuttuvassa ilmastossa metsänpohjan kokonaismaahengitys jaettiin viiteen eri komponenttiin ja puun juurten hengitys arvioitiin neljällä eri menetelmällä keski-ikäisessä boreaalisessa mäntymetsikössä (Pinus sylvestris L.) Etelä-Suomessa. Varastosokerien ja tärkkelyksen pitoisuudet puiden juurissa määritettiin ja juurien varastosokereiden syötteen määrä maaperään ja symbionttisille mikrobeille (sienijuurille eli mykorritsoille) arvioitiin koko puun hiilitasemallilla ’CASSIA’. Lisäksi puun juurten hengitys ja maan heterotrofisten mikrobien maahengitys erotettiin toisistaan seitsemässä eri havumetsässä mittaamalla hengitystä tavanomaisissa ympäristöissä sekä maaperässä, jossa ei ollut eläviä juuria.

Puiden juurten hengitys muodosti lähes puolet kokonaismaahengityksestä, heterotrofinen maahengitys lähes kolmanneksen, ja pintakasvillisuuden sekä sienijuurten hengitys loput viidenneksen boreaalisessa mäntymetsikössä. Vuotuinen puiden juurten hengitys laski kolmen ensimmäisen tutkimusvuoden ajan, kun taas heterotrofinen maahengitys nousi niin kutsutun ’Gadgil’-ilmiön vuoksi, kun sienijuuret eristettiin pois maasta. Puiden juurten hengitys ja suurin osa varastohiilihydraattien pitoisuuksista olivat korkeampia lämpiminä vuosina ja alhaisempia kylmempinä. Juuret ovat alati vuorovaikutuksessa maaperän kanssa ja niiden erottaminen toisistaan on menetelmällisesti haastavaa. Kolme eri menetelmää arvioi juurten hengityksen olevan melko saman tasoista, kun taas juurihengitys yksittäisistä kaivetuista ja leikatuista juurista oli merkittävästi alhaisempaa. Leikatut juuret kaivettiin melko läheltä maan pintaa, kun taas muilla menetelmillä arvioitu juurten hengitys oli peräisin myös syvemmistä maan kerroksista, jossa kosteutta oli todennäköisesti enemmän. Juurten hengitys oli yli 50 % vuotuisesta yhteytyksestä pohjoisimmassa metsikössä, kun taas eteläisimmässä metsikössä se oli vain 15 %. Koko puun hiilitasemallilla mallinnettu hiilisyöte maahan oli keskimäärin kolmannes vuotuisesta yhteytyksestä ja lähes 5 % symbioottisille sienijuurille.

• Ryhti, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: kira.ryhti@helsinki.fi

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 Sähköposti: hermanni.aaltonen@helsinki.fi

Kekoja rakentavat muurahaiset ja erityisesti Formica rufa -ryhmän lajit ovat levinneet laajalle Euraasian boreaalisissa metsissä, ja ne vaikuttavat ekosysteemin toimintaan monin tavoin. Kekomuurahaiset mm. keskittävät orgaanista ainetta ja ravinteita kekopesiinsä, saalistavat suuria määriä hyönteisiä ja keräävät kirvojen erittämää mesikastetta. Muurahaiset kärsivät avohakkuista, jotka mm. vähentävät niiden ravintoresursseja. Muurahaiskoloniat kuitenkin vähitellen toipuvat tai uusiutuvat ja lisääntyvät metsän sukkession edetessä. Muurahaisten merkitys voi siis muuttua metsän iän mukana. Väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia 1) kekomuurahaisten esiintymistä boreaalisissa metsissä, 2) hiilen, ravinteiden ja juurten määriä muurahaiskeoissa sekä 3) muurahais-kirva -mutualismin vaikutusta kuusen (Picea abies L. Karst.) kasvuun. Muurahaiskekojen esiintymistä ja siihen vaikuttavia puusto- ja kasvupaikkatekijöitä tutkittiin Valtakunnan metsien kolmannen inventoinnin aineiston avulla. Hiilen, ravinteiden ja juurten määriä muurahaiskeoissa sekä muurahais-kirva -mutualismin vaikutusta kuusen kasvuun tutkittiin Itä-Suomessa 16 metsikössä, jotka edustivat ikäluokkia 5, 30, 60 ja 100 vuotta. Kekotiheydet olivat suurimmillaan Etelä-Suomessa kuusi- ja koivuvaltaisissa varttuneissa tuoreissa sekametsissä. Myös Itä-Suomen tutkimusmetsiköissä kekoja oli enemmän ja ne olivat lisäksi suurempia vanhemmissa kuin nuoremmissa metsiköissä. Kekoja rakentavien muurahaisten lajimäärä oli suurempi nuoremmissa metsissä, kun taas F. aquilonia Yarr. oli ainoa laji vanhimmissa metsissä. Suurin osa keoista sijaitsi metsiköiden reunoilla. Kekojen hiili-, typpi- ja fosforipitoisuudet olivat korkeammat kuin ympäröivässä maaperässä. Kivennäismaassa oli enemmän ohutjuuria kekojen alla kuin niiden ympärillä. Muurahais-kirva -mutualismi vähensi merkitsevästi yksittäisten kuusten sädekasvua 30-vuotiaissa metsiköissä. Metsikkötasolla muurahaiskekojen osuus maan hiili- ja ravinnevarastoista ja juurten biomassasta oli pieni, ja muurahais-kirva -mutualismin vaikutus kuusen kasvuun oli vähäinen. Kekomuurahaiset kuitenkin lisäävät merkittävästi paikallista vaihtelua hiilen, ravinteiden ja juurten määrissä sekä puiden kasvussa.

• Kilpeläinen, University of Joensuu, Faculty of Forest Sciences Sähköposti: jk@nn.fi

Maanmuokkauksen vaikutus podsoloituneen metsämaan alumiinikemiaan Maanmuokkaus metsänuudistamisen yhteydessä yleistyi Suomessa 1960-luvulta lähtien. Suomen metsämaasta (21.9 milj. ha) noin 18% (3,94 milj. ha) on muokattu. Muokatusta maasta noin kolmasosa on aurattu tai mätästetty. Tässä tutkimuksessa selvitettiin maanmuokkauksen pitkäaikaisvaikutuksia podsoloituneen metsämaan kemiallisiin ominaisuuksiin. Erityisesti tutkittiin maaperän alumiinia (Al) ja sen liukenemiseen vaikuttavia tekijöitä, sillä muokattaessa maan pintaan kääntyy podsolimaannoksen rikastumiskerrosta, johon on runsaasti saostunut alumiinia. Muuttuneissa ympäristöolosuhteissa tämä alumiini saattaa alkaa liueta. Vaikutuksia tutkittiin kahdella koealalla, jotka oli aurattu ja istutettu kuuselle (Picea abies (L.) Karst.) 17 ja 31 vuotta ennen näytteenottoa. Tutkimuksen perusteella alumiinia oli vapautunut auratusta metsämaasta. Tämän osoitti se, että sekundääristen Al-yhdisteiden määrä oli pienempi palteen rikastumiskerroksessa kuin vastaavassa muokkaamattomassa metsämaassa. Sen sijaan palteen alle jääneessä humuskerroksessa Al-pitoisuudet olivat korkeampia kuin vastaavassa muokkaamattomassa metsämaassa. Orgaanisen aineen kertyminen palteen pinnalle ja kivennäismaahan sekä kuusen hienojuurten suuri määrä palteessa osoittivat, että alumiinin liukeneminen johtui pääasiassa maata luontaisesti happamoittavista tekijöistä kuten orgaanisista hapoista. Näitä happoja syntyy orgaanisen aineen hajotessa ja niitä vapautuu myös puiden juurista. Maanmuokkaus ei vaikuttanut maaveden Al-pitoisuuksia sääteleviin tekijöihin. Sekundääristen mineraalien liukoisuus sääteli maaveden Al-pitoisuuksia sekä muokatussa että muokkaamattomassa rikastumiskerroksessa, kun taas humus- ja huuhtoutumiskerroksessa maaveden Al-pitoisuudet olivat orgaaniseen aineeseen sitoutuneen Al:n määräämiä. Vaikka maan vaihtuvan Al:n määrä oli selkeästi pienempi kuin orgaanisen aineesen kompleksoituneen Al:n määrä, Al:n kationinvaihtoreaktiot selittivät myös maaveden kationipitoisuuksia. Vaihtuvalla Al:lla ei havaittu olevan heikon hapon ominaisuuksia humuskerroksessa, ja maaveden pH selittyi orgaanisten happojen dissosioitumisella. Maan kemiallisten ominaisuuksien muutokset auratussa metsämaassa olivat yhdenmukaisia Al:n liukoisuutta podsolimaannoksessa määräävien tekijöiden kanssa. Voidaankin olettaa, että pidemmällä aikavälillä maata muuttavat tekijät johtavat muokatun kivennäismaan uudelleen podsoloitumiseen. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että maaperän ja kasvillisuuden välinen vuorovaikutus muuttaa muokatun metsämaan kemiallisia ominaisuuksia jo muutaman vuosikymmenen aikana.

• Tanskanen, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: niina.tanskanen@helsinki.fi

Väitöskirjassa tutkittiin hajoavien hakkuutähteiden ja kehittyvän pintakasvillisuuden roolia avohakkuualan ravinnedynamiikassa. Päätavoitteena oli tutkia kuinka paljon ravinteita vapautuu hakkuutähteistä kolmen ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen ja mikä on pintakasvillisuuden merkitys ravinteiden pidättämisessä kasvupaikalle avohakkuun jälkeen. Tutkimus tehtiin Itä-Suomessa kuusivaltaisessa sekametsässä, josta osa hakattiin ja osa jätettiin hakkaamatta. Kuusen, männyn ja koivun hakkuutähteiden: lehtien, ohutjuurien (läpimitta ≤ 2 mm) ja oksien (läpimitta ≤ 1 cm) hajoamista tutkittiin karikepussimenetelmällä. Pintakasvillisuuden maanpäällinen ja maanalainen biomassa kerättiin yhdeltä hakkaamattomalta koealalta ja kahdelta hakatulta koealalta yksi vuosi ennen hakkuuta ja viisi vuotta avohakkuun jälkeen. Kaiken kaikkiaan 33 % hakkuutähteiden kuivamassasta ja hiilestä, 49 % fosforista, 90 % kaliumista ja 8 % kalsiumista vapautui kolmessa vuodessa, mutta typen nettovapautumista ei tapahtunut koska typpeä kertyi enemmän juuriin ja oksiin kuin vapautui lehdistä. Massan väheneminen sekä hiilen, fosforin ja kaliumin vapautuminen oli suurinta ensimmäisen vuoden aikana, mutta kalsiumin nettovapautumista tapahtui vasta kolmantena vuonna. Suurin osa vapautuneista ravinteista oli peräisin lehdistä. Pintakasvillisuuden kokonaisbiomassa ja ravinnevarastot vähenivät avohakkuun jälkeen puoleen tai jopa alle sen, mutta palautuivat ennen hakkuuta vallinneelle tasolle 4-5 vuodessa ja fosforin ja kaliumin varastot kasvoivat jopa suuremmiksi. Ensimmäisenä vuonna avohakkuun jälkeen enemmän typpeä ja kalsiumia kertyi hakkuutähteisiin kuin oli varastoituneena pintakasvillisuuteen. Tulokset osoittavat, että hakkuutähteet voivat olla pintavesissä havaittujen kohonneiden hiili-, fosfori-, kalium- ja kalsiumpitoisuuksien lähde, mutta ne eivät ole typen lähde kolmen ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen. Pintakasvillisuus kykenee ottamaan vain murto-osan hakkuutähteistä vapautuvista ravinteista kahden ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen ja kuollut hajoava pintakasvillisuus voi olla huuhtoutuvien ravinteiden lähde. Tulokset antavat viitteitä siitä, että hakkuutähteistä vapautuvat ravinteet pidättyvät aluksi kasvupaikalle pääasiassa maaperäprosessien ja mikrobitoiminnan tuloksena. Pelkästään mikrobien immobilisaatiolla hakkuutähteissä voi olla tärkeämpi merkitys typen ja kalsiumin pidättäjänä kuin pintakasvillisuudella. Pintakasvillisuus kuitenkin toipuu nopeasti avohakkuun jälkeen ja siitä tulee merkittävä ravinteiden pidättäjä.

• Palviainen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: marjo.palviainen@metla.fi