Juuret 2011

Kuusen hienojuurten ravinteiden oton strategiat ovat erilaisia eri ilmasto-oloissa

Metsäpuiden menestyminen vähäravinteisessa maaperässä ja ankarassa ilmastossa, jossa on lyhyt kasvukausi, edellyttää tehokkaan juuriston kasvattamista ravinteiden ja veden ottoa varten. Ilmasto ja maaperä vaikuttavat siihen, millaiseksi juuristo muodostuu ja kuinka nopeasti se uusiutuu. Juuriston ravinteita ja vettä ottavat ohuimmat juuret, hienojuuret, ovat havupuillamme mykorritsallisia. Ektomykorritsasieni kasvaa hienojuurten pienten juurenkärkien ympärillä sekä juuren kuorikerroksen soluväleissä. Mykorritsasieni kasvattaa maahan sienirihmastoa, joka lisää juurten pinta-alaa.

Puu voi lisätä ravinteiden ottoa kasvattamalla hienojuuria ja sienirihmastoa laajemmalle, muokkaamalla ekto­mykorritsallisten lyhytjuurten morfologiaa ja/tai muuttamalla sienilajistoa. Hienojuurten ravinteidenotto­strategiat kuvastavat samalla sopeutumista muuttuvaan ilmastoon.

Kuusen ektomykoritsallisia lyhyjuuria (Ø < 0.5 mm). Kuva: Ivika Ostonen

Kansainvälinen tutkijaryhmä on hiljattain julkaissut arvoste­tussa Global Change Biology -julkaisusarjassa tutkimuksen, joka käsittelee kuusen hienojuurten ravinteidenottostrategioita ilmastogradientilla Etelä-Saksasta Suomen Lappiin. Aihe on hyvin ajankohtainen, sillä metsäekosysteemin maanalaisten osien, erityisesti hienojuurten ja sienijuurten sopeutuminen muuttuvaan ilmastoon tunnetaan heikosti. Ryhmään kuuluu tutkijoita Tarton yliopistosta, Helsingin yliopistosta, Metlasta ja Bayreuthin yliopistosta.

Tutkimus tehtiin ilmastogradientilla Etelä-Saksasta Suomen Lappiin

Tutkimus tehtiin 12 kuusikossa, joista viisi oli Suomessa, kaksi Virossa ja viisi Saksassa. Suomen kuusikot olivat metsäekosysteemien intensiivisen seurannan metsiköitä Etelä-Suomessa (Tammela, Juupajoki ja Uusikaarlepyy) ja Pohjois-Suomessa (Kivalo ja Pallasjärvi).

Juurten sopeutumismekanismeja tutkittiin määrittämällä hienojuuribiomassoja, ektomykorritsallisten (sienijuurellisten) lyhytjuurten biomassoja, morfologiaa ja typpipitoisuutta sekä sienilajeja. Tutkimustuloksia tarkasteltiin suhteessa ilmasto-, maaperä- ja metsikkötunnuksiin. Nämä tunnukset korreloivat keskenään ja muuttuivat leveysasteen mukaan. Kaikki Suomen ja Viron lyhytjuuret olivat ektomykorritsallisia, mutta Saksassa viisi prosenttia lyhytjuurista ei ollut mykorritsasienten kolonisoimia.

Pohjoisessa enemmän ektomykorritsoja puuston pohjapinta-alaa kohti

Ravinteita ottavien sienijuurellisten lyhytjuurten biomassa oli 13 kiloa suurempi puuston pohjapinta-alan neliömetriä kohti, kun leveysaste lisääntyi 10 astetta Etelä-Saksasta Etelä-Suomeen. Tämä muutos oli paljon suurempi, 45 kg pohjapinta-alan neliömetriä kohti, kun siirryttiin 10 leveysastetta Etelä-Suomesta Pohjois-Suomeen.

Kuusen ektomykoritsallisia lyhyjuuria(Ø < 0.5 mm). Kuva: Ivika Ostonen

Yksittäisellä puulla oli 4-26 miljoonaa ektomykorritsallista juurenkärkeä. Niiden lukumäärä puuta kohti ei merkitsevästi eronnut eri metsiköissä. Puukohtaiset tulokset eivät ole kuitenkaan vertailukelpoisia, koska pohjoisissa metsissä puut ovat pienempiä. Kun tulokset laskettiin pohjapinta-alaa kohti, erot olivat selviä. Pohjoisissa metsissä (Suomi) oli 4.5-11 kertaa enemmän lyhytjuuria pohjapinta-alaa kohti, niiden rakenne oli tiheämpää ja ne olivat kaksi kertaa pitempiä kuin eteläisissä metsissä (Saksa).

Ektomykorritsojen biomassaosuus koko hienojuuribio­mas­sasta lisääntyi etelästä pohjoiseen (Flossenburg, Saksa: 6% - Kivalo 36%). Ektomykorritsojen ravinteidenottopinta-ala lisääntyi etelästä pohjoiseen. Yhden kuusen ektomykor­rit­sojen pinta-ala oli Suomessa keskimäärin 33 neliömetriä. Etelässä oli puolestaan enemmän sellaisia ektomykorritsa­lajeja, jotka muodostavat pitemmälle ulottuvia sienirihmastoja. Niinpä etelässä ektomykorritsat olivat tehok­kaampia ravin­teiden otossa esimerkiksi lyhytjuurten pituutta kohti.

Johtopäätökset

Tutkimustulosten perustella hienojuurten sopeutumisstrategiat ovat erilaisia pohjoisissa boreaalisissa ja eteläisissä temperaattisissa kuusimetsissä. Pohjoisten puiden hienojuuret sopeutuvat kylmään ilmastoon ja vähäiseen ravinteiden saatavuuteen lisäämällä ektomykorritsojen biomassaa, pituutta ja lukumäärää suhteessa metsikkötunnuksiin. Pohjoisessa puut allokoivat suhteellisesti enemmän biomassaa maanalaisiin osiinsa kuin etelässä kasvua rajoittavan kasvutekijän (ravinteet, tärkeimpänä typpi) saannin turvaa­miseksi. Pohjoisessa puut kasvattavat ja levittävät sienijuurensa laajalle, kun taas etelässä sienijuuria on vähemmän, mutta ne ovat tehokkaampia morfologialtaan ja sienilajistoltaan. Tämä tarkoittaa samalla sitä, että lämpimämmässä ilmastossa puusto käyttää suhteellisesti enemmän hiilihydraat­teja maanpäällisen biomassan kasvattamiseen, ellei ravinteiden ja/tai veden saatavuus rajoita.

Lisätietoja

• Professori Heljä-Sisko Helmisaari, Helsingin yliopisto, p. 09 191 58120 , helja-sisko. helmisaari@helsinki.fi
• Ostonen, I., Helmisaari, H-S., Borken, W., Tedersoo, L., Kukumägi, M., Bahram, M., Lindroos, A-J., Nöjd, P. Uri, V., Merilä, P., Asi, E. & Lõhmus, K. 2011. Fine root foraging strategies in Norway spruce forests across a European climate gradient. Global Change Biology 17: 3620-3632.