Yöllinen metsädisko kertoo puiden toiminnasta

Vuonna 2017 -laboratoriossa (OPL) kehitettiin uusi menetelmä, jolla voidaan mitata kaikkien kasvien – tässä tapauksessa puiden – lähettämää pientä mutta merkittävää signaalia. Tämä signaali tunnetaan lehtivihreän fluoresenssi-ilmiönä, jonka säteily asettuu näkyville ja lähi-infrapunataajuuksille. Lehtivihreän fluoresenssi liittyy yhteyttämiseen ja kasvien terveydentilaan, ja sitä voidaan mitata etäältä muun muassa torneista sekä käyttämällä drooneja, lentokoneita ja satelliitteja. Signaalin tulkinta on kuitenkin mutkikasta, ja toistaiseksi sitä on voitu mitata luonnossa kasvavista täysikasvuisista puista vain yksittäisillä taajuusspektreillä.

OPL kehitti uuden menetelmän, jolla voidaan ensimmäistä kertaa tarkkailla metsän täysikasvuisten puiden fluoresenssin koko spektriä (kaikkia värejä). Koko fluoresenssispektrin mittaaminen kertoo sekä kasvien toiminnasta (yhteyttämisen vaiheista) että itse kasvien rakenteesta.

Perinteisten kaukokartoitusmenetelmien puutteena on ollut se, että päiväsaikaan valtaosa fluoresenssitaajuuksista on näkymättömissä, sillä auringonvaloon verrattuna signaali on heikko. Näin ollen fluoresenssin päivämittauksiin eli auringonvalon aiheuttaman fluoresenssin mittaamiseen tarvitaan äärimmäisen herkkää erikoislaitteistoa. Uusi menetelmä poikkeaa aiemmista siinä, että se hyödyntää kaupallista LED-tekniikkaa, joka kirjaimellisesti valaisee metsän yöaikaan ja paljastaa kokonaisten puiden lähettämän signaalin täyden kirjon.

– Oivalsimme, että yötä voidaan käyttää eräänlaisena luonnonvalosuodattimena, joten menimme yöllä metsään ja kytkimme voimakkaan, aaltopituudeltaan rajatun valonlähteen (kaupallisen diskovalon) torniin kiihdyttämään fluoresenssia. Sitten tarkkailimme signaalia niin ikään torniin asennetulla spektroradiometrillä, kertoo , joka työskentelee tutkijana Helsingin yliopiston Optics of Photosynthesis -laboratoriossa ja .

Yön ja keinovalon yhdistäminen helpottaa tutkimustyötä: valon aiheuttamaa fluoresenssia voidaan mitata öisin mahdollisesti edullisimmilla ja vähemmän herkillä mittalaitteilla, jolloin kerättyä tietoa on helpompi tulkita.

Yhteys fluoresenssin ja maanpäällisten hiilinielujen välillä

Tutkijoiden löydöksen myötä ollaan entistä lähempänä tilannetta, jossa yhteyttämistä voidaan seurata tarkkailemalla kasvien säteilemää valoa sekä pienemmässä mittakaavassa (kasvihuoneissa, pelloilla ja metsiköissä) että maailmanlaajuisesti satelliiteilla. Euroopan avaruusvirasto ESA valmistelee parhaillaan , jonka tavoitteena on kartoittaa fluoresenssia globaalissa mittakaavassa. Tälläkin hetkellä fluoresenssia voidaan mitata, mutta hyvin karkealla resoluutiolla. FLEX-satelliitti mahdollistaa jopa yhdeksän hehtaarin tarkkuuden, jolloin saatavaa dataa voidaan käyttää muun muassa ruokaturvallisuuden valvontaan ja metsien seurantaan. Aiemmilla menetelmillä tarkkuus, eli yhden pikselin laajuus kartalla, on useita neliökilometrejä. Tarkoitus on fluoresenssin avulla rutiininomaisesti arvioida avaruudesta käsin kasvien yhteyttämistoimintaa, johon maanpäällinen hiilikierto perustuu.

Metsillä on ratkaisevan tärkeä rooli ilmakehässä esiintyvän hiilen sitomisessa ja yhteyttämisessä. Tämä aihe onkin ollut laajalti esillä tiedotusvälineissä. Hiilidioksidin vaihtoa metsien ja ilmakehän välillä mitataan hintavilla laitteilla, jotka on asennettu määrättyihin paikkoihin pystytettyihin torneihin. Nämä mittalaitteet tuottavat arvioita hiilidioksidin liikkeistä paikallisesti mittauspaikkojen lähistöltä. Tässä fluoresenssi astuu kuvaan: sen avulla yhteyttämistä voidaan helposti kaukokartoittaa laajoilla alueilla, mittausasemien väliin jäävät katvealueet mukaan luettuna. Tietojen tulkitseminen on vaikeaa, mutta LED-valojen aiheuttaman fluoresenssin mittaamiseen perustuva menetelmän uskotaan osoittautuvan huomattavaksi edistysaskeleeksi.

– Fluoresenssin mittaaminen avaruudesta kannusti meitä tähän työhön, mutta tutkimustuloksiamme voidaan mahdollisesti soveltaa myös vaikkapa fenotyypitykseen, tarkkuusviljelyyn ja metsätaimitarhojen kasvattamiseen. Toivoaksemme menetelmämme tuottamilla tiedoilla voidaan opettaa algoritmeja tarkkailemaan fluoresenssia avaruudesta. Tällaisten algoritmien toiminta poikkeaa hieman käyttämästämme spektritekniikasta, sillä ne arvioivat fluoresenssia ilmakehässä olevien tummien spektrilinjojen perusteella. Näin ollen satelliittien keräämät tiedot eivät kata koko fluoresenssispektriä, toisin kuin meidän menetelmämme, Atherton lisää.

Alkuperäinen julkaisu: Remote Sensing of Environment)

For more information:

• , , +358 44 242 3229
• ,