"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9070
ETF9070 "Raba veetingimuste interaktsioon hariliku männi (Pinus sylvestris L.) morfoloogilise ja füsioloogilise plastilisusega (1.01.2012−31.12.2015)", Angelika Portsmuth, Tallinna Ülikool, Ökoloogia Instituut.
ETF9070
Raba veetingimuste interaktsioon hariliku männi (Pinus sylvestris L.) morfoloogilise ja füsioloogilise plastilisusega
The interaction between bog water conditions and Pinus sylvestris morphological and physiological plasticity
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.4. Ökoloogia, biosüstemaatika ja -füsioloogiaB270 Taimeökoloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
1. Bio- ja keskkonnateadused1.4. Ökoloogia, biosüstemaatika ja -füsioloogiaB310 Soontaimede füsioloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
AsutusRollPeriood
Tallinna Ülikool, Ökoloogia Instituutkoordinaator01.01.2012−31.12.2015
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.201214 400,00 EUR
01.01.2013−31.12.201314 400,00 EUR
01.01.2014−31.12.201414 400,00 EUR
01.01.2015−31.12.201514 400,00 EUR
57 600,00 EUR

Viimastel aastakümnetel on täheldatud olulist hariliku männi (Pinus sylvestris L.) osatähtsuse suurenemist boreaalsete rabade taimekooslustes. Mitmed inimtegevuse mõjud, nagu kuivendus, tulekahjude sagenemine, soopinna osaline majandamine, millega allesjäänud rabaalad suletakse majandatud maade vahele, on esile kutsunud sooveetaseme alanemise ja rikkunud rabaökosüsteemide looduslikku arengut. Kõrge sooveetase on üks peamisi rabaökosüsteemide struktuuri ja funktsioneerimise, samuti ka turba akumuleerumise eeltingimusi. Eesti rabade peapuuliik harilik mänd võib transpiratsiooni kaudu alandada oma kasvukoha pinnase veetaset, mille kaudu puude kasvutingimused rabas paranevad täiendavalt. Seni ei ole selge raba mikrovormide (mättad, nõod) veetasemete seos transpiratsiooniga. On üldiselt teada, et puu morfoloogia (s.h peente juurte ja lehestiku parameetrid) ja füsioloogiliste reaktsioonide olenevus veetingimustest varieerub sõltuvalt puu vanusest/suurusest, kuid selle väite põhjendamine raba mikrovormide kasvutingimuste kohta vajab täiendavaid uuringud. Sooveetaseme alandamisel tekib puude kasvuks sobivam keskkond, mis nihutab koosluse arengut suurema metsasuse suunas. Sellega kaasneb aga raba determinantide – turbasammalde – produktsiooni ja kasvu alanemine valgustatuse vähenemisest ja suurenenud varise hulgast, muutes raba ökosüsteemi ebastabiilsemaks. Käesoleva projekti eesmärk on kontrollida nii looduslikes tingimustes, eksperimentidega looduses kui laborikatsetega, kas: 1) Männi transpiratsiooni ja sooveetaseme vaheline seos sõltub puu suurusest/vanusest ja kasvukoha e raba mikrovormi veetingimustest. 2) Lehtede ja peente juurte parameetrid ning männi kaudu toimuv transpiratsioon sõltuvad sooveetasemest. Kui sooveetase alaneb teatud kriitilisest tasemest allapoole, hakkavad transpiratsioon ja peente juurte morfoloogia enam sõltuma lehestiku morfoloogiast. Põhjalikum arusaamine puu morfoloogia ja füsioloogia seostest hüdroloogiliste tingimustega annab väärtuslikku informatsiooni taimede stressitaluvuse ja taime – turbapinnases oleva sooveetaseme interaktsioonide kohta. Selle uurimuse tulemused on olulised rabaökosüsteemide arengu säilitamisel, taastamisel ja kliimamuutuste mõju vastureaktsioonide ennustamisel. Samuti on töö tulemused olulised parasvöötme rabaökosüsteemide veeliikumise dünaamika modelleerimiseks.
Remarkable forest expansion to the boreal peatlands has been gaining more attention in the recent decades. Human induced drainage, climate change, fire events and isolation of peatlands within an agricultural plain has caused hydrological shifts resulted in the disturbance of natural development of a bog ecosystem. Water level is among the main factors affecting physical and chemical properties of organic soils and thereby the growth of plant species in bog ecosystems. Scots pine (Pinus sylvestris L.), the main tree species in Estonian bogs, has the potential to enhance transpiration and change moisture conditions in soil that may have a positive feedback on tree growth. However, the effect of micro-topography (hummock-hollow gradient) with corresponding differences in the hydrology on the transpiration capacity of woody plant species is poorly known. Water conditions effect on tree fine root and leaf morphology and physiological (transpiration, photosynthesis) performance in different developmental stage of plants in these environments need to be specified. Drier soil environment favors the growth of trees, thus trees might suppress, because of e.g. decreased light availability, increased litter production, the growth of Sphagnum species and promote changes in the community composition (forestation) and result in the disturbance of existing stable-state of the entire ecosystems. The objectives of the project are to control in natural, semi-natural and laboratory conditions if: 1) the relationship between Scots pine transpiration and bog water level (WL) is dependent on trees developmental stage (size/age) and bog microsite properties; 2) the relationships between Scots pine transpiration, leaf morphology and root growth are dependent on bog prevailing bog WL depth. Until certain bog WL conditions, the transpiration and leaf morphology of Scots pine are limited mainly by root growth. If prevailing WL declines beyond this threshold, leaf morphology sets limits to transpiration and root growth. The more thorough understanding about the relationships between hydrology and tree morphology and physiological activity gives valuable new information about plant stress tolerances and plant-organic soil interactions in specific habitat conditions. The results are important for bog ecosystems sustaining, restoring and for determining the possible responses to climate change, also for modeling water movement dynamics on temperate bog ecosystems.
Laborikatses Pinus sylvestris L. 2 a. seemikutega leiti, et kõrge veetase (VT) pärsib mändide fotosünteetilist aktiivsust (FA) ja efektiivsust (FE). Okaste FE oli kõrgeim niiskes, kuid mitte veega küllastunud turbas tasakaalustatud ja madala väetustasemega puudel. Kõrge VT koos kõrge N väetusega on puude suurima stressi põhjuseks - transpiratsioonivõime väheneb ja okkad kaotavad FA. Rabas mõjutavad mikroklimaatilised tingimused puude FA-d ja FE-d - FA periood on kuivendusest mõjutatud rabaserva metsas pikem ja FE kõrgem kui lageraba peenral. Turbasamblad on fotosünteetiliselt aktiivsed ka talvekuudel, männid aga mitte. Turbasammalde ja puude vahelises dünaamilises konkurentsis määrab VT raba metsastumise. Kaardianalüüsiga leiti, et rabaservade kraavitamisega võib metsa piir 50 aastaga nihkuda kuni 300 m lagerabale. LiDAR-põhise rabavalglate (RV) veebilansi (VB) analüüs näitas, et RV äravooludeks formeerus aastastest sademetest (P) ca 30%. VB hinnangu (VBH) alusel oli pikaajalise (1962-2011) seireperioodi II teisel poolel (1988-2011) aastane ja talvekuude õhutemperatuur (Tair) vastaval 1.3oC ja 1.1oC võrra kõrgem. Leiti, et RV VB põhjalik analüüs eeldab suuremat ja planeeritumalt paigaldatud VT kaevude hulka rabades. VT andmeridade (AR) töötluses osutus sobivaimaks AR elutsükli analüüs. Leiti, et VBH II poolel olid puistuga ökotoopide VT väärtused tõenäosuskõveratel madalamad võrreldes VBH I poolega (1962-1987), saavutades puistunud ökotoopides madalaimad, 75-87 cm VT-d. Võrreldes lageraba ökotoopidega oli puistuga ökotoopides VT-te muutlikkus 20-40% kõrgem. Viimane suurendab puude kasvu soodustavat substraadi aereeritust puude juurestiku kihis ja loob tingimused puistu pealetungiks lagerabale. Pinnase külmumissügavuse ja lumikatte vähenemine VBH II poolel on otseselt seotud Tair tõusuga. Vegetatsiooniperioodil toimunud VT langust puistuga ökotoopides saab seostada nii vähenenud sademete kui suurenenud evapotranspiratsiooniga. Nii võivad lisaks kuivendusele puistu pealetungi lagerabale mõjutada muutused kliimatingimustes.