Takaisin

20 vuotta juuristotutkimusta

Joensuun kampuksella sijaitsevissa juuristolaboratoriossa ja kasvatuskammioissa on viimeisen 20 vuoden aikana tehty mitä moninaisimpia puihin, muihin kasveihin ja maaperään liittyviä tutkimuksia. On tutkittu kotimaisia puita, kuten mäntyä, koivua ja kuusta, mutta myös esimerkiksi viljelykasveja. Tutkimusten yleisenä tavoitteena on kasvien ja erityisesti puiden maanalaisten ja maanpäällisten ilmiöiden kytkeminen toisiinsa.

Kasvatustilat, joihin kuuluvat juuristolaboratorio ja kasvatuskammiot, ovat Itä-Suomen yliopiston ja Luonnonvarakeskuksen tutkijoiden yhteiskäytössä oleva tutkimusympäristö. Juuristolaboratorion toiminnasta vastaa Luke ja kasvatuskammiot ovat yliopiston laitteita.

—Juuristolaboratoriomme on ainutlaatuinen maailmassa, aivan samanlaisia laboratorioita ei ole missään muualla, sanoo Luken johtava tutkija Tapani Repo.

Kuvassa: Tapani Repo, Jouni Kilpeläinen ja Tarja Lehto.

Erityisesti boreaalisten vyöhykkeiden maaolosuhteiden vaihtelu on kiinnostanut tutkijoita pitkään, olosuhteet kun vaihtelevat vuosien välillä merkittävästi.

—Juurien kasvuympäristö muuttuu vuodenaikojen mukaan, ja niiden kasvuun vaikuttavat monet stressitekijät, kuvailee Itä-Suomen yliopiston yliopistotutkija Tarja Lehto.

— Tällaisia ovat esimerkiksi routa ja maan sulaminen. Tulvat ja niiden jälkeinen maan jäätyminen aiheuttavat stressiä. Myös maan lämpötila ja kuivuus kasvukautena vaikuttavat juuriston kasvuun.

—Maan lämpötilaa koskeva koe meillä on menossa parhaillaankin, lisää Repo.

—Dasotronien eli juuristolaboratorion kasvatustilojen erikoisuus on se, että niissä voidaan kasvattaa suurempia puita kuin tavallisissa kasvatuskammioissa, ja säätää juuriston kasvuoloja, kuten maan lämpötilaa.

Kasvatustiloissa voidaan tehdä puille sellaisia käsittelyitä, jotka olisivat luonnossa mahdottomia toteuttaa. Näin saadaan tietoa siitä, mitkä ovat kasvien sietokyvyn rajat, mistä on hyötyä ääri-ilmiöiden ja muun muassa ilmastonmuutoksen vaikutusten ennustamisessa. Tutkimuksissa saadaan myös perustietoa kasvun prosesseihin vaikuttavista tekijöistä, sekä maanalaisten ja maanpäällisten osien vuorovaikutuksista.

Kuvassa: —Dasotroni -nimitys on kehitetty sanoista dasos eli puu ja troni eli laite, kertoo Tarja Lehto. Dasotronissa voidaan kasvattaa isompia puita kuin kasvatuskammiossa, sekä säätää vaikkapa päivän pituutta ja valaistusta sekä maan ja ilman lämpötilaa toisistaan riippumatta. Valaistuksessa käytettävät LED-valaisimet voidaan nostaa jopa neljän metrin korkeuteen saakka. Kuvassa olevassa kokeessa on parhaillaan kasvukausi päättymässä, jolloin ilman lämpötila on +4 °C ja maan +2,5 °C.
 

Tutkimuksissa selvitetään esimerkiksi puun kasvun vuosirytmiä, siihen liittyvien maanalaisten ja maanpäällisten ilmiöiden vaihteluita, kasvien aineenvaihduntaa, fotosynteesiä tai vaikka maan kasvihuonekaasupäästöjen muuttumista eri käsittelyissä. Maan päältä voidaan tutkia myös vesitalouden tunnuksia, kuten rungon nestevirtauksia, neulasten ja lehtien vesipotentiaalia ja ilmarakojohtavuutta, jotka kertovat esimerkiksi, onko vedensaanti riittävää.

—Tutkimusten tavoitteena on kytkeä maanalaisten ja maanpäällisten osien tulokset toisiinsa, tutkijat toteavat.

 

Pohjaveden nousu tekee tuhojaan jo parissa viikossa

Merkittävä osa puun kasvusta tapahtuu maan alla, juuristossa. Puiden maanalainen elämä on pitkään ollut salaista, mutta nyt sitä voidaan tutkia esimeriksi juuristoon työnnettävän kameran avulla.

—Puun vuotuisesta nettotuotoksesta menee 20—70 prosenttia juurten, ja erityisesti mykorritsallisten hienojuurten kasvuun. Osuus riippuu muun muassa puun iästä ja kasvuympäristön oloista. Hienojuuret ovat suhteellisen lyhytikäisiä eli niissä tapahtuu nopeaa uusiutumista. Metsämaassa mykorritsoja on muutama miljoona neliömetrillä, mikä antaa mittakaavaa ilmiön laajuudesta, Repo selvittää.

Puun juuristossa on eri osia; rungon lähellä ovat paksut ja pitkäikäiset juuret, hienoimmat sienijuuret ovat lyhytikäisimpiä, mutta vastaavat kuitenkin aktiivisimmasta toiminnasta.

Viimeisimmissä tutkimuksissa on selvitetty, kuinka mänty sietää tulvastressiä kasvukauden aikana, sekä kuinka nopeasti puun maanpäälliset ja maanalaiset osat reagoivat pohjaveden nousuun.

—Ensimmäiset pienet muutokset ovat nähtävissä jo muutamassa päivässä. Muutamassa viikossa taas juurten kuolleisuus lisääntyy, ja maanpäällisten osien fotosynteesi alkaa hiipua. Kriittinen raja on kolmesta viiteen viikkoon, tätä lyhyemmän ajan tulvasta puut näyttävät elpyvän kohtuullisen hyvin.

—Juurten kuolleisuuden lisääntyminen johtuu hapettomasta tilasta; juuret tarvitsevat happea energian tuotantoon, jota anaerobiset prosessit eivät pysty tuottamaan tulvan aikana riittävästi, lisää Lehto.

Aikaisemmin on jo todettu, että alhainen maan lämpötila vaikuttaa enemmän koivuun kuin mäntyyn. Tulevissa ilmasto-olosuhteissa lumimäärän on ennustettu talvella vähenevän, mutta sadannan lisääntyvän. Seurauksena voi olla, että maan lämpötila on talvella nykyistä alhaisempi.

—Koivu ei ehkä kestäkään niin hyvin lämpenevää ilmastoa, kuin kuvitellaan. Ilmastonmuutoksen vaikutuksia ei pystytä varmasti ennustamaan, mutta toisaalta emme tiedä tarpeeksi nykyisenkään ilmaston vaikutuksista.

Tutkijoilla on parhaillaan menossa tutkimus, joka liittyy kasvien fenologiaan, veteen, maaperän ravinteisiin ja hiilensidontaan.

—Tutkimme kasvukauden aikaisen maan lämpötilan ja sen muutosten vaikutuksia juuriin, kertoo tutkimuksen vastuuhenkilönä toimiva tutkija Jouni Kilpeläinen Lukesta.

Kuvassa: Mykorritsakokeen rauduskoivuja, harmaaleppiä ja valkoapiloita kasvatuskammiossa. Kuva: Jouni Kilpeläinen.

 

—Samana pysyvien kylmän ja lämpimän maan lämpötilakäsittelyjen lisäksi lämpötiloja vaihdetaan keskellä kasvukautta kylmästä lämpimään ja päinvastoin, sekä seurataan juurten kasvua erikoiskameralla.  Yksi koe vie vuoden verran aikaa. Tutkimuksen kesto kuulostaa pitkältä, mutta onneksi dasotronissa on mahdollista nopeuttaa puun vuosirytmiä jopa 2,5-kertaiseksi.

—Nopeutuksella ei näytä olevan puihin merkittäviä haittavaikutuksia, vaan ne saadaan kasvamaan hyvin tälläkin tavalla, toteaa Repo.

 

Neulaset kestävät kovaakin pakkasta, sienet vielä enemmän

—Yksi kiinnostava tutkimusaihe liittyy puuntaimien ja erityisesti juurten pakkaskestävyyteen, sanoo Lehto. Pakkaskestävyyden selvittämistä varten metsätieteiden osastolla on erityinen pakkasaltistuslaboratorio.

Taimien karaisu ja talvivarastointi ovat tärkeä osa puuntaimien tuotantoa taimitarhoilla. Ulkovarastoinnissa maan lämpötila voi mennä hyvinkin alas jos lumipeitettä ei ole suojana, mikä voi vaurioittaa juuria. Talvisäilytys tehdäänkin nykyisin yleisesti pakkasvarastoissa. Varastointi on tehtävä huolella, koska taimien juuret ovat vähiten pakkaskestäviä.

—Taimitarhat tarvitsevat tietoa siitä, milloin taimet olisi syksyllä hyvä siirtää pakkasvarastoon. Myös lumipeitteen väheneminen muuttuvan ilmaston seurauksena voi aiheuttaa taimille talvehtimisongelmia.

Puun neulaset ja sienirihmastot puolestaan ovat yllättävänkin pakkaskestäviä.

—Neulaset eivät ole puun herkin osa, ne kestivät kokeessa jopa -90 °C pakkasta. Sienillä taas tätä rajaa ei tullut vastaan edes -130 °C kylmyydessä, sillä ne kasvoivat edelleen iloisesti käsittelyn jälkeen, sanoi Lehto.

Kasvatuskammioissa on tutkittu myös muun muassa eri perunalajikkeita. Tutkijoita on kiinnostanut erityisesti se, vaikuttaako valaistus eli pitkän ja lyhyen päivän vaihtelu perunan kasvuun ja laatuun eli onko pohjoisissa oloissa mahdollista tuottaa parempilaatuista perunaa, sanoo Repo.

 

Kasvatustilat osa laajempaa tutkimusinfraa

Juuristotutkimusta on tehty useita vuosia, mutta vielä löytyy paljon selvitettävää. Tulevaisuudessa tutkimuksen painopiste siirtynee siihen, kuinka ilmastonmuutos muuttaa juurten kasvuolosuhteita ja juurten kasvua, ja kuinka se näkyy puiden kasvussa. Myös juuriston vuorovaikutukset maaperän muiden eliöiden kanssa ovat melko tuntemattomia.

—Metsänhoidolla voidaan vaikuttaa maanpäällisen osan lisäksi myös juurten kasvuoloihin. Tämä koskee nykyilmastoa ja tulevaisuuden muuttuvia ilmasto-oloja sekä kivennäismailla, mutta erityisesti turvemailla, joilla pohjavedenpinnan vaihtelu vaikuttaa merkittävästi puiden kasvuun. Metsätalouskäytössä olevien turvemaiden vesitalouden säätely kunnostusojituksineen muodostaa ison haasteen tulevaisuuden metsänhoidolle ja siihen liittyvälle tutkimukselle, miettii Repo.

—Maaperän muista eliöistä ja niiden välisestä vuorovaikutuksesta tiedetään edelleen luvattoman vähän, toteaa Lehto.

—Itä-Suomen yliopiston ja Luken yhteistyö kautta vuosien on toiminut hyvin. Tutkimusinfrastruktuuri mahdollistaisi kuitenkin vielä entistä laajemman tutkimusyhteistyön esimerkiksi alan yritysten kanssa. Uudet vierailevat tutkijat ovat myös oikein tervetulleita, vinkkaavat tutkijat.

Teksti: Marianne Mustonen
Kuvat: Varpu Heiskanen

 

Lue lisää https://www.luke.fi/tietoa-luonnonvaroista/metsa/metsanhoito/juuristotutkimus/