Metla Hanke 3394

Roudan sulamisajankohdan vaikutus metsäpuiden juurten ja verson kasvuun ja elintoimintoihin

Kesto: 2004-2007   Asiasanat: Fenologia, fysiologia, ilmastomuutos, impedanssispektroskopia, juuret, maan lämpötila, puiden kasvu, ravinteet, routa, stressi, veden otto
Tutkimushankeryhmä: Erillishankkeet 1 - Metsäekosysteemien rakenne ja toiminta

Tavoitteet

1. Roudan sulamisajankohdan vaikutus puiden fysiologiaan, fenologiaan, anatomiseen rakenteeseen ja kasvuun: Tavoitteena on selvittää, kuinka ilman ja maan olosuhteet roudan sulamisen aikaan vaikuttavat puiden fysiologiaan, anatomiseen rakenteeseen, fenologiaan ja kasvuun. Kokeiden avulla määritetään, minkälaiset maan ja ilman ympäristötekijöiden yhdistelmät ovat puille haitallisia ja kasvua heikentäviä. Näitä olosuhteita kuvaamaan kehitetään numeerisia tunnuksia. Pyrkimyksenä on myös tuottaa mallinnuksen pohjaksi uutta tietoa roudan sulamisajankohdan vaikutuksesta puiden fenologiaan ja kasvuun, ja näin tarkentaa olemassa olevien laskentamallien tarkkuutta. Mikäli hankkeeseen saadaan ulkopuolista rahoitusta, perustetaan kenttäkoe, jossa keinotekoisesti muutetaan maan olosuhteita ja seurataan puiden elintoimintoja, fenologiaa ja kasvua.
2. Roudan sulamisajankohdan puustovaikutusten mallinnus: Tavoitteena on selvittää roudan sulamisajankohdan vaihtelua ja merkitystä puiden kasvuun. Erilaisilta kasvupaikoilta kerättyjen sääaineistojen perusteella lasketaan samat tunnukset, jotka laboratoriokokeissa osoittautuvat puiden kasvun kannalta ongelmallisiksi. Tulosten perusteella arvioidaan riskejä, joita roudan esiintyminen keväällä vaikuttaa puiden kasvuun. Ennusteiden luotettavuutta testataan maastokokeista tehtävien mittauksien avulla, mikäli ulkopuolinen rahoitus järjestyy.
3. Juurten kasvun mittausmenetelmän kehittäminen: Tavoitteena on kehittää maa/juurisysteemin sähkövirran läpäisevyyteen perustuva mittausmenetelmä, jolla voidaan seurata juurten kasvua niitä tuhoamatta.

Tulokset

Roudan sulamisajankohdan vaikutus puiden fysiologiaan, fenologiaan, anatomiseen rakenteeseen ja kasvuun (osahanke 1)

• Roudan sulamisen viivästyminen kahdella viikolla voi aiheuttaa männyn taimiin palautumattomia vaurioita ja se voi jopa tappaa ne. Eriasteisia vaurioita ja kasvun menetyksiä näyttäisi ilmenevän jo huomattavasti lyhyemmän roudan sulamisviiveen seurauksena.
• Dasotroneissa tehtyjen kokeiden perusteella männyn (Pinus sylvestris L.) neulasten pimeäadaptoituneen klorofyllin fluoresenssi (Fv/Fm), klorofyllien a ja b suhde sekä vesipotentiaali pienenivät roudan sulamisen viivästyessä. Samaan aikaan neulasten soluväliresistanssi aluksi aleni, mutta sen jälkeen nousi huomattavasti neulasten kuivumisen seurauksena. Rungon impedanssispektrit osoittivat huomattavaa poikkeavuutta niiden käsittelyjen taimissa, joissa routaa pidettiin yllä pidemmän aikaa. Tämä osoitti rungon vedenkuljetuksen häiriintyneen. Neulasten tärkkelyspitoisuus kasvoi nopeimmin niissä taimissa, joissa maa sulatettiin jo keinotekoisen talven aikana. Nämä taimet aloittivat myös verson pituuskasvun ja juurten kasvun muita aikaisemmin. Mikäli maa oli sula jo keinotekoisen kevään alussa, uusien juuren kärkien muodostuminen ja juurten pituuskasvu tapahtui myös nopeammin kuin niissä taimissa, joiden roudan sulamista oli viivästetty.
• Ensimmäinen ilmentymä roudan sulamisen alkamisesta on maan vesipitoisuuden kohoaminen. Tämän jälkeen maan lämpötila pysyy jonkin aikaa lähellä 0 °C. Toistaiseksi ei tarkkaan tiedetä, kuinka tehokkaasti juuret kykenevät näissä oloissa täyttämään neulasista ja rungosta tapahtuvan haihdunnan aiheuttaman vesivajauksen.
• Alustava kenttäkoe tehtiin 30-vuotiaassa kuusikossa. Kokeessa roudan sulamista voitiin keinotekoisesti viivästyttää useilla viikoilla. Viivästymisen seurauksena havaittiin muutoksia puiden pituuskasvun käynnistymisessä ja neulasten fysiologiassa.

Roudan sulamisajankohdan puustovaikutusten mallinnus (osahanke 2)

• Dasotron-kokeiden perusteella maan (lämpösumman laskennassa päivittäisen keskilämpötilan raja-arvo 0 °C) ja ilman (lämpösumman laskennassa päivittäisen keskilämpötilan raja-arvo 5 °C) lämpösummaero oli negatiivinen niissä tapauksissa, joissa roudan sulaminen viivästyi. Mitä pidempi oli sulamisviive, sitä negatiivisempi oli lämpösummaero (yksikkönä degree days d.d.). Kun sulatus aloitettiin samanaikaisesti ilman lämpötilan noston kanssa, lämpösummaero laski arvoon -60 d.d., mutta kahden viikon viiveen seurauksena jo arvoon -210 d.d. Edellisessä tapauksessa männyn taimissa havaittiin selviä stressioireita, jotka palautuivat. Jälkimmäisessä tapauksessa taimet kärsivät pahoja vaurioita.
• Kangasvaaran maastokokeessa negatiivisia lämpösummaeroja havaittiin metsämaassa, mutta ei avohakkuualalla. Vuosina 1993-2002 lämpösummaero oli metsämaassa negatiivinen neljänä vuonna kymmenestä. Suurimmillaan ero oli -50 d.d. Tämä vastaa dasotron-kokeiden käsittelyä, jossa taimissa havaittiin palautuvia stressioireita.

Juurten kasvun mittausmenetelmän kehittäminen (osahanke 3)

• Menetelmän kehitystyössä pyritään selvittämään juuren ja kasvualustan eri osatekijöiden vaikutus sähkövirran kulkuun. Tavoitteena on kehittää kyseiselle systeemille sähkömalli ja mallin parametrien perusteella määrittää juurten kasvua.
• Kehitystyön ensimmäisessä vaiheessa mittausjärjestelyä yksinkertaistettiin kasvattamalla ja mittaamalla taimet vesiviljelyssä. Koekasveina käytettiin pajupistokkaita. Tulosten perusteella pajupistokkaiden impedanssispektreissä tapahtui muutoksia juurten kasvaessa. Impedanssispektrejä voitiin kuvata hajautetulla mallilla. Mallin parametreistä laskettu resistanssitunnus korreloi merkitsevästi juurten massan kanssa.
• Kun kasvualustana on maa, sen impedanssiominaisuudet poikkeavat vesiviljelyssä käytetyn väliaineen ominaisuuksista. Ilmeisesti myös juuren ja mittauselektrodin rajapintailmiöt ovat hieman monimutkaisemmat kuin vesiviljelyn tapauksessa. Näitä asioita on selvitetty mittaamalla kivennäismaiden impedanssispektrejä eri maan kosteuksissa. Mitattujen impedanssivasteiden perusteella on kehitetty maata kuvaava sähkömalli ja tutkittu, kuinka mallin parametrit muuttuvat kosteuden funktiona.

Hankkeen vetäjä: Repo, Tapani
Metsäntutkimuslaitos, Joensuun toimipaikka, PL 68, 80101 JOENSUU
Puhelin: 029 532 3136
Sähköpostiosoite: tapani.repo@metla.fi

Muut tutkijat: Finér, Leena, JO (2007), Sutinen, Sirkka, JO (2004-07)

Sivun alkuun

Tämä sivu on tuotettu Metlan tietokannasta 12.06.2012
Palaute