Artikkelit jotka sisältää sanan 'kuivuminen'

Hienojuuret muodostavat monissa ekosysteemeissä, myös boreaalisilla soilla, merkittävän reitin, jota pitkin hiiltä päätyy maaperään. Hienojuurten biomassatuotoksen (fine-root biomass production, FRBP) määrittäminen on kuitenkin edelleen haastavaa. Menetelmälliset rajoitteet sekä puutteellinen ymmärrys juuridynamiikasta eri suotyypeissä ja hydrologisilla ja ilmastollisilla gradienteilla aiheuttavat arvioihin huomattavaa epävarmuutta. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tuottaa arvioita erityyppisten boreaalisten soiden vuotuisesta hienojuurten biomassatuotoksesta ns. juurisukkamenetelmällä sekä kehittää menetelmän laajamittaista sovellettavuutta turvemaille. Juurisukkamenetelmässä maahan asennetaan verkkopusseja, jotka on täytetty kohteeseen sopivalla maa-aineksella, jossa ei ole eläviä eikä hiljan kuolleita juuria. Kun verkkopussit (”juurisukat”) nostetaan maasta tietyn ajanjakson (”inkubaatioajan”) jälkeen, niistä löydetty elävien ja hiljan kuolleiden juurten biomassa edustaa juurten biomassatuotosta kyseisen ajanjakson aikana.

Tutkimus toteutettiin kahdessa erityyppisessä ojitetussa suometsässä, sekä kahdella ojittamattomalla saranevalla, jotka käsittivät ilmastonmuutoksen vaikutuksia simuloivat kuivumis- ja lämpenemiskoejärjestelyt. Juurisukkia inkuboitiin 1–3 vuotta. Häiriön minimoimiseksi tutkimuksessa käytettiin pieniläpimittaisia juurisukkia ja uudenlaista asennuslaitetta. Työssä vertailtiin kolmella eri laskentamenetelmällä saatuja tuotosarvioita. Lisäksi biomassat laskettiin kahdella tavalla: elävien ja kuolleiden juurten kokonaisbiomassana (FRBP_TotalRB) ja kuolleiden juurten hajotuksen suhteen korjattuna kokonaisbiomassana (FRBP_DecCorr). Saranevoilla testattiin maa-aineksena paitsi turvetta myös epäorgaanisia kasvualustoja, joko lasia tai muovia, jotka helpottaisivat juurten erottelua. Lisäksi arvioitiin infrapunaspektroskopian (IRS) soveltuvuutta biomassatuotoksen määrittämiseen suoraan turpeella täytetyistä juurisukista ilman juurten erottelua.

Kaikilla tutkimuskohteilla ja kaikissa menetelmissä yhden vuoden inkubaatio tuotti pienempiä FRBP_TotalRB-arvioita (71–215 g m^–2 v^–1) kuin kahden ja kolmen vuoden inkubaatiot (93–913 g m^–2 v^–1), mikä kuvastaa juurten kolonisaation alkuvaihetta. FRBP_TotalRB-arviot tasaantuivat kahden vuoden jälkeen. Tällä perusteella kahden vuoden inkubaatioaika on riittävä juurten kolonisaation ja sitä seuraavan tuotosdynamiikan tavoittamiseen. Hajotuksen huomioon ottava korjaus paransi tuotosarvioita saranevoilla, joilla juurten vuotuinen kuolleisuus oli suurempaa kuin suometsissä. Turpeella täytetyt juurisukat tuottivat suurempia tuotosarvioita kuin epäorgaaniset kasvualustat, vaikka murskatun lasin toimivuus oli märissä olosuhteissa verrattavissa turpeeseen. IRS-mallien selitysaste oli korkea (0,72–0,83) ja ennustevirhe pieni (5–8 %).

Kokonaisuutena väitöskirja tarjoaa käytännöllisen ja eri mittakaavoihin sovellettavan menetelmäkehyksen hienojuurten biomassatuotoksen määrittämiseen ja edesauttaa siten suoekosysteemien hiilidynamiikan arviointia.

• Bhuiyan, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0001-5265-5082 Sähköposti: rabbil.bhuiyan@helsinki.fi

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 Sähköposti: lauri.lindfors@helsinki.fi

• Peltoniemi, University of Helsinki, Department of Biological and Environmental Sciences Sähköposti: krista.peltoniemi@metla.fi