Metsätieteiden laitos Yhteystiedot

Metsätieteiden laitos
PL 27 (Latokartanonkaari 7)
00014 HELSINGIN YLIOPISTO

Opiskelijapalvelut:
viikki-student@helsinki.fi
Opintosuoritusten rekisteröintipyynnöt:
viikki-register@helsinki.fi
Viestintä ja yhteiskuntasuhteet:
comms-viikki@helsinki.fi
Jatko-opintoasiat:
viikki-phd@helsinki.fi
Hallintoasiat:
mmtdk-hallinto@helsinki.fi

Juuriekologian tutkimus

<maaperä>Tutkimusryhmä

Vastuuhenkilö: professori Heljä-Sisko Helmisaari
Jatko-opiskelijat / tutkijat: FM Jaana Leppälammi-Kujansuu, Ph.D. Shambhu P. Sah

Projektit

  • Puiden juurten ja aluskasvillisuuden maavarsien hiilen ikä ekologisilla gradienteilla boreaalisissa metsissä - 14C- isotooppimenetelmä (2008-2011, rahoittaja Suomen akatemia)
  • Pitkäaikaisen maaperän lämmityksen vaikutukset hienojuurten ja sienirihmaston uusiutumiseen boreaalisissa metsissä (2009-2012, rahoittaja Nesslingin Säätiö)

Taustatietoa

Koivun mykorritsallisten lyhytjuurten kasvu 15.8-11.9. Etelä-Suomessa maan sisältä kuvattuna.
Kuva: T. Suomilammi

Miniritsotronikamera asetetaan kuvausputkeen. Kuva: H-S. Helmisaari.

Juurikameran kuva tietokoneen ruudulla. Kuva: H-S. Helmisaari.

Maapötkö leikkauspöydällä.
Kuva: H-S. Helmisaari.

Tausta
Maaperään ja kasvillisuuteen varastoidun hiilen määrä on moninkertainen ilmakehän hiilen määrään verrattuna. Yli kaksi kolmasosaa maaekosysteemien hiilestä on maan alla, pääasiassa metsämaissa (turve- ja kangasmaat). Ilmastoennusteiden mukaan ilmakehän ja maaperän lämpiäminen ja poikkeukselliset säätilanteet tulevat Euroopassa lisääntymään, ja nämä muutokset vaikuttavat metsien hiilitaseisiin.

Puiden ja aluskasvillisuuden hienojuuret, mukaan lukien varpujen maavarret, ovat oleellinen, mutta heikosti tunnettu osa hiilen ja ravinteiden kiertoa metsämaassa. Hienojuuret ja niiden mykoritsalliset sienijuuret ottavat ravinteita, ja käyttävät yhteytettyä hiiltä ylläpitoonsa ja kasvuunsa, ja siirtävät ravinteita ja hiiltä metsämaahan juurikarikkeessa ja -eritteissä. Maaperän ominaisuudet ja ilmasto- ja säätekijät vaikuttavat hienojuurten ja mykoritsojen kasvuun ja elinikään sekä suoraan että epäsuorasti yhteytetyn hiilen allokaation välityksellä, mutta näiden tekijöiden ja hienojuurten dynamiikan yhteyksiä ei tunneta riittävästi.

Tavoite
Ryhmämme tutkimuksen tavoitteena on määrittää pääpuulajiemme hienojuurten sekä aluskasvillisuuden maavarsien ja juurten kasvudynamiikkaa ja elinikää ja niiden yhteyttä ympäristötekijöihin, kuten lämpötilaan ja maaperän ravinteisuuteen sekä vuorovaikutuksia maanpäällisten kasvinosien kanssa. Tulokset auttavat ymmärtämään ympäristömuutosten ja metsänkäsittelyn ekosysteemivaikutuksia. Tuloksia hyödynnetään myös metsien hiili- ja ravinnetaseiden kansallisessa ja globaalissa mallintamisessa ja raportoitaessa Suomen kasvihuonekaasujen taseita.

Toteutus
Hienojuurten kasvudynamiikan ja eliniän yhteyttä puulajiin ja kasvupaikkaan sekä maaperän ympäristötekijöihin tutkitaan koivikoissa, kuusikoissa ja männiköissä eri puolilla Suomea. Maaperän lämpötilan pitkäaikaisen kohoamisen vaikutuksia hienojuurten uusiutumiseen tutkimme yhteistyössä Ruotsin maatalousyliopiston (SLU) kanssa kuusikossa pitkäaikaiskokeella Pohjois-Ruotsissa. Käytämme useita tutkimusmenetelmiä: juurinäytteenottoja, miniritsotroneja ja hiilen ja typen isotooppeja.

Miniritsotronitutkimuksessa tutkitaan juurten kasvun ja kuolemisen ajoittumista ja juurten elinikää maaperään sijoitetuissa läpinäkyvissä putkissa liikuteltavan erikoisvalmisteisen digitaalikameran avulla niin, että samoja hienojuuria kuvataan (kuvan koko 1 x 1.4 cm) kasvukausina kuukausittain usean vuoden ajan. Jokaisen kuvan kaikki juuret merkitään, määritetään ja mitataan kuvankäsittelyohjelmalla.

Radiohiilen isotoopeilla (1960-luvun ydinräjäytyksissä ilmakehään päässyt radioaktiivinen 14C määritämme juurten rakenteeseen sitoutuneen hiilen ikää. Varastoiduilla juurinäytteillä, joiden maksimi-ikä tunnetaan, tutkimme radiohiilimenetelmän luotettavuutta juurten iän määrittämisessä. Tutkimme muun muassa sitä, onko kasvaviin hienojuuriin sitoutunut hiili kokonaan peräisin juurten kasvuajankohdan yhteyttämisestä vai onko se ensin ollut varastoituneena. Vertaamme myös radiohiilimenetelmällä määritettyjä hienojuurten elinikiä muilla menetelmillä saamiimme tuloksiin.


Yhteistyötahot

Prof. Dan Berggren Kleja et al., Swedish University of Agricultural Sciences; projekti "The effect of long-term soil warming on soil carbon balance in a boreal spruce forest", Formas, 2008-2010.

Dr. Ivika Ostonen & prof. Krista Lõhmus University of Tartu; yhteisprojekti "Fine root adaptation strategies in European coniferous and deciduous forests along a latitudinal gradient", National Science Foundation of Estonia, 2008-2011.

Dr. Hojka Kraigher, Slovenian Forest Research Institute; yhteisprojekti "Fine root and mycorrhizal mycelia turnover role in carbon dynamics under climate change" 2012-2013

Dr. Charlotte Bryant, NERC Radiocarbon Laboratory, Scotland; 14C

Dr. Isabella Børja, Norwegian Forest and Landscape Institute, Norway; miniritsotronitutkimus

Dr. Maija Salemaa, Dr. Tytti Sarjala Metsäntutkimuslaitos; yhteisprojekti Hiili- ja ravinnedynamiikka kangasmailla ympäristön muuttuessa, 2009-2012.

Julkaisuja ja esitelmiä

Sah, S.P., Jungner , H., Oinonen, M. and Helmisaari, H-S. 2011. Does the age of fine root carbon indicate the age of fine roots in boreal forests? Biogeochemistry 104: 91-102 (summary).

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 (summary).

Helmisaari, H.-S., Ostonen, I., Lohmus, K., Derome, J., Lindroos, A.-J., Merilä, P. & Nöjd, P. 2009. Ectomycorrhizal root tips in relation to site and stand characteristics in Norway spruce and Scots pine stands in boreal forests (pdf). Tree Physiology 29(3): 445-456

Leppälammi-Kujansuu, J., Ostonen, I., Nilsson, L.O., Strömgren, M., Berggren, D.K., Sah, S.P. and Helmisaari. H-S. Effects of long-term temperature and nutrient manipulation on Norway spruce fine root and ectomycorrhizal root tips. Submitted.

Helmisaari, H.-S., Ostonen, I., Lohmus, K., Derome, J., Lindroos, A.-J., Merilä, P. & Nöjd, P. 2009. Ektomykorritsalliset lyhytjuuret ja kasvupaikan sekä puuston ominaisuudet kuusikoissa ja männiköissä (pdf). V Maaperätieteiden Päivät, Helsinki

Helmisaari, H-S. Roots and carbon allocation - quantity, quality, and controls? (pdf). Keynote presentation, 7th ISRR (International Society of Root Research) Symposium "Root Research and Applications", September 2-4, 2009, Vienna, Austria.

Linkit

Yhteistyöverkosto: Cost-network FP0803 Belowground carbon turnover in European forests, 2009-2013.

International Society of Root Research (ISRR) eight symposium "Roots to the Future" will take place in 26-29 June 2012 in Dundee, Scotland.