MAAPERÄN SIEMENPANKKI - KERTOO MENNEESTÄ JA ENNUSTAA TULEVAA

Taru Uotila

Pohjoisten havumetsien siemenpankit koostuvat suurelta osin sukkession alkuvaiheen lajeista. Koska siemenet voivat säilyttää elinkykynsä satoja, jopa tuhansia vuosia, saattaa alue, jolta kasvillisuus on kadonnut täysin esim. ilmansaasteiden vuoksi, sisältää itämiskykyisiä siemeniä siemenpankissaan.

Ympäristönsuolelun oppiaineen arkisto

Soil seed bank

All the viable seeds on or in the soil constitute the soil seed bank. The role of the soil seed bank is associated with the reproduction of vegetation. The vegetation is perpetuated in two ways: through the production of the seeds, or the vegetative propagation. The role of the seed bank is most important in the areas, where the above vegetation is damaged. Studies, which are done in the most polluted areas have shown that the soil seed bank may include viable seeds even if the above vegetation is seriously damaged.

Maaperä sisältää itämiskykyisiä siemeniä, joita kutsutaan siemenpankiksi. Siemenpankki kertoo sekä menneestä että tulevasta; siemenet ovat peräisin aiemmasta kasvillisuudesta ja mahdollisesti muodostavat tulevan kasvillisuuden.

Siemenpankin olemassaolon totesi jo itse Charles Darwin vuonna 1859. Darwin laittoi kahvikuppiin pienen määrän mutaa lammenpohjasta, punnitsi, ja antoi siementen itää kuuden kuukauden ajan. Kokeen päätyttyä taimia oli itänyt 537 kappaletta. Peltopyyn jalkaan tarttuneen mutapaakun idättämisen tuloksena Darwin sai 82 taimea, jotka edustivat myös alueella tuntemattomia lajeja. Näin hän todisti paitsi siemenpankin olemassaolon, myös eläinten merkityksen siementen levittäjänä. Alkujaan siemenpankki herätti eniten kiinnostusta viljelysmailla; tarjosihan maaperän siemenpankki ilmaisen, hyödynnettävissä olevan luonnonvaran.

Vaikka siemenpankkitutkimuksella on pitkät perinteet, tutkimus oli kuitenkin melko vähäistä useiden vuosikymmenten ajan. Valtaosa siemenpankkeihin liittyvästä tutkimuksesta onkin tehty vasta 1970-ja 1980-luvuilla, jolloin siemenpankkitutkimus lopullisesti hyväksyttiin osaksi kasviekologian ja kasvillisuuden uudistumisen tutkimusta.

Siemenpankin merkitys

Siemenpankin rooli liittyy kasvillisuuden uusiutumiseen. Kasvillisuus voi lisääntyä joko vegetatiivisesti tai suvullisesti eli siementen avulla. Suvullinen ja vegetatiivinen lisääntyminen eroavat paitsi mekanismiltaan myös jälkeläistensä puolesta. Vegetatiivisesti syntynyt uusi kasviyksilö on klooni emokasvistaan, kun taas siemenestä kasvanut taimi on kahden yksilön genotyyppien yhdistelmä. Siemenestä itänyt taimi tuo siis geneettistä monipuolisuutta kasvillisuuteen, mitä emokasvinsa klooni ei tuo. Siemenpankki voidaankin nähdä geneettisen vaihtelun varastona tai kasvillisuuden evoluutionäärisenä muistina. Siemenpankin koostumus muuttuu ajan kuluessa; kasvilajista riippuu, ovatko sen siemenpankit pysyviä, jolloin niiden siementen elinikä maassa on enemmän kuin yksi vuosi, vai ovatko ne lyhytaikaisia, jolloin siemenet säilyttävät elinkykynsä alle vuoden ajan.

Siemenpankki jaetaan aktiiviseen ja passiiviseen osaan; aktiiviseksi siemenpankiksi kutsutaan niitä siemeniä jotka aktivoituvat ja alkavat itää. Loput siemenet jäävät passiiviseen siemenpankkiin säilyttäen kuitenkin itämiskykynsä. Siemenen itämisen alkamiseen vaikuttavat vallitsevat olosuhteet sekä siemenen dormanssi eli lepotila, jolloin siemen on itämiskykyinen mutta jokin tekijä estää itämisen alkamisen. Dormanssin pituus voi vaihdella lajista ja olosuhteista riippuen muutamista päivistä kymmeniin vuosiin.

Siemenpankin toiminta

Siemen tulee siemenpankkiin joko paikallisesta kasvillisuudesta tai kulkeutuu muualta. Kasvin lajista ja sen siemenen tyypistä riippuu, miten kauas se leviää emokasvistaan. Tuulen mukana leviävät siemenet ovat usein kevyitä, kun taas eläinten levittämät siemenet voivat esim. tarttua eläimeen takiaisen tavoin.

Siemen poistuu siemenpankista kolmella eri tavalla. Itäminen on niistä eräs. Tällöin siemen itää ja kasvattaa taimen. Jos kaikki sujuu hyvin, kasvaa taimi suureksi ja tuottaa aikanaan uusia siemeniä. Siemen voi kuitenkin poistua siemenpankista ennen itämistään esim. tulemalla syödyksi. Tällöin siemen kuitenkin syödään tavallisimmin jo ennen joutumistaan siemenpankkiin. Kolmas tapa poistumiselle on siemenen hajoaminen. Tällöin siemen ensin menettää itämiskykynsä, "kuolee", ja se hajotetaan. Jotkut siemenet saattavat kuitenkin säilyttää itämiskykynsä kymmeniä, jopa satoja vuosia.

Pohjoisen havumetsävyöhykkeen siemenpankkien erityispiirteitä

Yleensä siemenpankit pienenevät pohjoista kohti, ja vertailtaessa pohjoisen havumetsävyöhykkeen siemenpankkeja muihin kasvillisuusvyöhykkeisiin voidaan pohjoisen havumetsävyöhykkeen siemenpankkeja pitää melko pieninä. Perustutkimusta siemenpankeista Ruotsissa tehneen Anders Granströmin kokeissa on siementen lukumäärä vaihdellut kanervatyypin metsissä 106:n ja 5385:n ja mustikkatyypin metsässä 215:n ja 1542:n välillä.(siemeniä/m2). Pohjoisen havumetsävyöhykkeen siemenpankit koostuvat suurelta osin sukkession alkuvaiheen lajeista. Siten ne muodostavatkin geneettisen varaston, josta saadaan nopeasti, esim. metsäpalon jälkeen, uutta kasvillisuutta menetetyn tilalle. Monet kasvimme lisääntyvät enimmäkseen vegetatiivisesti ja vain harvat lajit ovat riippuvaisia maaperän siemenpankista

Siemenpankin merkitys korostuu, jos kasvillisuus vaurioituu

Ilman epäpuhtauksilla voi olla kasvillisuuteen paitsi suoria myös välillisiä vaikutuksia. Välilliset vaikutukset eivät ole niin helposti havaittavissa ja ne tunnetaan suoria vaikutuksia heikommin. Eräs maaperän saastumisen aiheuttamista välillisistä vaikutuksista kasvillisuuteen ovat muutokset maaperän siemenpankissa.

Siemenpankin merkitys korostuu, jos kasvillisuus syystä tai toisesta vaurioituu, koska tällöin sen kyky vegetatiiviseen uudistumiseen vähenee. Koska siemenet voivat säilyttää elinkykynsä satoja, jopa tuhansia vuosia, saattaa alue, jolta kasvillisuus on kadonnut täysin esim. ilmansaasteiden vuoksi, sisältää itämiskykyisiä siemeniä siemenpankissaan. Näin on tapahtunut mm. Kuolan niemimaalla Monchegorskissa, jossa siementen on todettu säilyttäneen itämiskykynsä huolimatta siitä, kasvillisuus on pahoin vaurioitunut suurten rikki- ja raskasmetallilaskeumien vuoksi. Metsäntutkimuslaitos on tutkinut siemenpankkia Harjavallassa, jossa on toiminut kupari- ja nikkelisulatto 1940-luvun puolesta välistä lähtien. Alueen kasvillisuus on kärsinyt selviä vaurioita ja aluskasvillisuus puuttuu miltei kokonaan tehdasalueen läheisyydestä noin 0.5 km:n päähän saakka. Siemenpankkikokeessa elinkykyisiä siemeniä löytyi kaikilta etäisyyksiltä, joskin siementiheydet gradientin loppupäässä olivat yleensä alkupäätä suurempia. Koska siemenpankin tiedetään sisältävän siemeniä ja koska Harjavallan tehtaan päästöt ovat kokeen jälkeen vähentyneet merkittävästi, voidaan kasvillisuuden toivoa tulevaisuudessa elpyvän myös pahimmin vaurioituneilla alueilla.

Taru Uotila

Kirjoittaja tekee Pro Gradu työtään aiheesta: Maaperän siemenpankki raskasmetallien saastuttamassa metsämaassa Harjavallassa. Tutkimus liittyy Metsäntutkimuslaitoksen Metsien terveydentila-tutkimusohjelmaan.

Aiheesta enemmän:

Ecology of soil seed banks.Edited by Leck, M. A, Parker V.T. and Simpson R.L. USA 1989.

Fenner, M. 1985.Seed ecology. London 1985. pp:63-64

Granström, A. 1985. Seed banks in forest soils and their role in vegetation succession after disturbance.

Komulainen, M. 1993. Seedling establishment from seeds and seed banks in forests under long-term pollution stress: a potential for vegetation recovery. Can. J. Bot. 72: 143-149

Salemaa, M.1994. Metsä- ja suokasvillisuuden muutokset raskasmetallien kuormittamassa ympäristössä. Teoksessa Suomen metsien kunto. Metsien terveydentilan tutkimusohjelman väliraportti. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 527: 72-84.

Vieno, M.1992. Seed bank composition in a subarctic pine-birch forest in Finnish Lapland; natural variation and the effect of simultated acid rain. Can. J. Bot. 71: 379-384.