Soiden orgaanisen aineksen hajotus: Ketkä ovat sen takana ja mikä niihin vaikuttaa ?
Kuva 1: Esimerkki yksinkertaistetusta maaperän ravintoverkosta: Esimerkki pedosta (A) Petopunkki. Sekundaarihajottajat. (B) Esimerkki kuoripunkista. (C) Esimerkki hyppyhäntäisestä. Primaarihajottajat. (D) Sienet. (E) Sieniä ja bakteereita kuvan alaosassa (ellipsi). (F) Kastematoja. (G) Suon kasvillisuutta (vain kuolleet kasvit hajoavat). Nuolet kuvaavat ravintolinkkejä ja osoittavat energiavirran suunnan.
Kuva 2: (A) Suo. (B) Mätäs puun edessä. (C) Painanne, johon laitetaan karikepusseja. (D) Karikepussit (10 x 7 cm, reiät olivat 1 mm). (E) Sammalta (laji Sphagnum sp.). (F) Varpu (pensas; laji Chamaedaphne calyculata). (G) Sara (laji Carex sp.). (H) Tullgren-suppilo (eläinten erottelija).
Kuva 3: (A) Eri lehtityyppien eri hajoamisasteet; sarat hajosivat nopeammin yhden vuoden kestäneessä kokeessa. (B) Painanteissa oli enemmän lajeja ja kuoripunkki- ja hyppyhäntäisyksilöitä. Kuvat eivät ole oikeissa mittasuhteissa.
Open PDF in new window.
Carlos Barreto1* ja Zoë Lindo1
1 Soil Biodiversity and Ecosystem Function Laboratory, Biotron Experimental Climate Change Research Centre, Department of Biology, Western University, London, ON, Canada
Kaikki maaperä varastoi hiiltä. Kun kasvit kasvavat, ne ottavat ilmakehästä hiiltä, joka siirtyy maaperään, kun kasvit kuolevat. Tämä kuollut kasviaines hajoaa hitaasti eliöiden, kuten esimerkiksi bakteerien, sienten ja pienten eläinten, kuten punkkien ja hyppyhäntäisten, käyttäessä siinä olevaa hiiltä ruoanlähteenään. Hajoaminen on soilla erittäin hidasta, ja sen vuoksi suuri osa kuolleiden kasvien hiilestä säilyy maaperässä, mikä voi auttaa ilmaston lämpenemisen hidastamisessa. Soiden orgaanisen aineksen hajotus riippuu maaperän kosteudesta sekä erilaisista kasveista ja maaperän eliöistä. Tutkimuksessamme havaitsimme, että eräällä pohjoiskanadalaisella suolla erilaisten kasvien kuolleet kasviainekset hajosivat eri tahtiin, ja että hajotukseen osallistuvia punkkeja ja hyppyhäntäisiä löytyi kosteammilta alueilta. Koska suot ovat tärkeitä hiilen varastoja, ilmaston lämpenemisen hidastamiseksi on tärkeää tietää, ketkä ovat hajotuksen takana.
JOHDANTO
Hajotus on luonnollinen prosessi, jossa kuolleet kasvit ja eläimet hajoavat. Hajotuksessa kuolleiden kasvien ja eläinten kemiallinen koostumus muuttuu ja hiiltä vapautuu ilmakehään. Hajotus on seurausta erilaisten eliöiden, kuten sienten (kuva 1D), bakteerien (kuva 1E), matojen (kuva 1F), kuoripunkkien (kuva 1B) ja hyppyhäntäisten (kuva 1C) toiminnasta. Esimerkiksi bakteerit ja sienet hajottavat kuollutta kasviainesta suoraan, ja ovat siis primaarihajottajia. Kuoripunkit ja hyppyhäntäiset (sekundaarihajottajia) syövät sieniä ja bakteereja (primaarihajottajia). Petopunkit (kuva 1A) puolestaan syövät sekundaarihajottajia. Kuoripunkit ja hyppyhäntäiset siis epäsuorasti vaikuttavat siihen, miten nopeasti hajotus tapahtuu.
Suot ovat tärkeitä ekosysteemejä, joissa osittain hajonnut kasvillisuus kasautuu (kuva 1G), minkä vuoksi ne varastoivat hajoavassa kasviaineksessa olevaa hiiltä [1] (kuva 2A). Niiden pääasiallinen kasvityyppi on sammalet (kuva 2E). Sammalet ovat pieniä hitaasti kasvavia kasveja, jotka tarvitsevat paljon vettä selviytyäkseen, koska niillä ei ole aitoja juuria. Ne myös kuoltuaan hajoavat soilla hyvin hitaasti.
Suot ovat hyvin märkiä, ja niiden hajotus on hidasta verrattuna muihin kuivempiin ekosysteemeihin, kuten esimerkiksi metsiin tai ruohostomaihin. Tämän seurauksena enemmän kuolleita kasveja kasautuu maaperään, minkä vuoksi soilta vapautuu vähemmän hiiltä ilmakehään kuin monista muista ekosysteemeistä. Toisin sanoen, enemmän hiiltä siirtyy ja varastoituu soiden maaperään kuin vapautuu takaisin ilmakehään hiilidioksidina. Hiilidioksidi on kasvihuonekaasu, joka pitää lämpösäteilyn Maan ilmakehässä, ja siksi suot voivat auttaa ilmaston lämpenemisen hidastamisessa tai kumoamisessa. Suot voivat auttaa ilmastonmuutoksen kumoamisessa varastoimalla enemmän hiiltä niiden maaperään.
Erilaiset tekijät voivat vaikuttaa soiden hajotukseen, kuten esimerkiksi maaperän kosteus, erityyppiset kuolleet kasvit ja maaperän yhteisö eli maaperässä olevat erityyppiset organismit. Koska halusimme tietää, mitkä tekijät vaikuttavat soiden hajotukseen, menimme Kanadan Pohjois-Ontariossa sijaitsevaan boreaaliseen metsään tutkimaan eräässä kauniissa suossa eläviä punkkeja ja hyppyhäntäisiä. Tutkimme kyseisen suon eri osissa eläviä punkkeja ja hyppyhäntäisiä kahdesta eri syystä: ensinnäkin, koska vieläkään ei ole hyvin tiedossa, mitä punkki- ja hyppyhäntäislajeja on soiden yhteisöissä, ja toiseksi koska halusimme myös tietää, kuinka ne voisivat auttaa lehtien hajotuksessa.
MITÄ TEIMME?
Ryhmä tutkijoita Western University- yliopistosta (London, Ontario, Kanada) ovat tutkineet erästä suota Pohjois-Ontariossa (Kanada) yhteistyössä Ontarion provinssin hallinnoimmassa Ontarion metsäntutkimuslaitoksessa (Ontario Forest Research Institute) työskentelevien tutkijoiden kanssa. Tällä tutkimusalueella yritämme vastata soihin liittyviin kysymyksiin tutkimalla sen kasveja, punkkeja, hyönteisiä, elohopeaa, hiiltä ja vettä. Tätä suota peittää pääosin Sphagnum-sammalet, jotka luovat kohonneita alueita eli mättäitä (kuva 2B), ja vajonneita alueita eli painanteita (kuva 2C). Mättäät ovat sammalten ja muiden kasvien kasaumia ja niiden pinnat ovat kuivia. Painanteet ovat sitä vastoin maan vajoamia ja yleensä pinnalta märkiä. Tässä tutkimuksessa halusimme tietää, eroavatko suoalueemme punkki- ja hyppyhäntäisyhteisöt (sekundaarihajottajia) ja hajoamisnopeudet (kuinka nopeasti kuolleet kasvit hajoavat) mättäiden ja painanteiden välillä.
MITÄ TEIMME SUOLLA?
Yksi tapa tutkia hajotusta on käyttää karikepusseja [2]. Karikepussit ovat pieniä verkkomateriaalista tehtyjä pusseja, jotka voidaan täyttää kuolleilla kasveilla, ja joiden reiät sallivat pienten eliöiden tulla ja mennä. Me täytimme karikepussit (kuva 2D) kolmen eri kasvin, sammalen (kuva 2E), pensaan (kuva 2F) (pieniä pensaita ja varpuja) tai saran (kuva 2G) (heinämäisiä kasveja), lehdillä, ja punnitsimme ne, jotta tietäisimme jokaisen karikepussin alkuperäisen kuivien lehtien määrän.
Kesäkuussa 2015 asetimme yhden karikepussin jokaista kasvityyppiä kohden (eli kolme karikepussia) viiteen eri mättääseen (kuivia kohonneita kohtia) ja viiteen eri painanteeseen (märkiä vajoamia). Kiinnitimme karikepussit maan pintaan ja jätimme ne siihen kokonaiseksi vuodeksi, jotta eliöillä olisi tarpeeksi aikaa asuttaa karikepussit ja auttaa lehtien hajotuksessa. Yhden vuoden jälkeen palasimme suolle, keräsimme karikepussit ja toimme ne takaisin laboratorioomme Western University- yliopistoon, Etelä-Ontarioon (Kanada).
MITÄ TEIMME LABORATORIOSSA?
Laboratoriossa asetimme karikepussit laitteeseen nimeltä Tullgren-suppilo (kuva 2H), jonka sisässä on lamppu, joka päällä ollessaan lämmittää koko karikepussia, mikä pakottaa siinä olevat eliöt siirtymään pussista pieneen näytepulloon, josta voimme tarkkailla niitä. Sen jälkeen leikkasimme karikepussit auki, kuivasimme lehdet uunissa ja punnitsimme ne vaa’alla. Tarkkailimme karikepusseista keräämiämme eliöitä mikroskoopilla ja erottelimme ne eri lajeihin niiden ulkonäön perusteella. Laskimme myös, kuinka monta lajia löysimme kustakin karikepussista. Tämä tutkimuksen kohta vei kahdelta tutkijalta noin viisi kokonaista päivää. Lopulta vertasimme suohon vuodeksi jätettyjen kasvien lehtien painoa niiden alkuperäiseen painoon ennen niiden asettamista suohon. Tämä painojen erotus kertoi meille, kuinka suuri osa lehdistä oli hajonnut yhden vuoden aikana, eli toisin sanoen, kuinka paljon eläimet olivat syöneet.
MITÄ LÖYSIMME?
Eri kasvien lehdet hajosivat eri tahtiin. Heiniä muistuttavien sarojen lehdet (42.5%:n poistuma) hajosivat karikepusseissa enemmän kuin pensaiden lehdet (30.5%:n poistuma), jotka puolestaan hajosivat enemmän kuin sammalet (20.3%:n poistuma) (kuva 3A). Sillä ei ollut kuitenkaan merkitystä, olivatko karikepussit mättään vai painanteen pinnalla, sillä hajoamisnopeudet olivat samat molemmissa tapauksissa. Tämä johtui siitä, että vaikka painanteet ovat yleensä märempiä kuin mättäät, kummatkaan eivät olleet tutkimusalueellamme yhtä vedellä kyllästyneitä kuin muut kyseisen suon upoksissa olevat alueet.
Jokaisessa karikepussissa oli 0-203 punkkia ja 0-123 hyppyhäntäistä. Punkki- ja hyppyhäntäisyksilöitä oli enemmän painanteisiin (märkiä vajoamia) kuin mättäisiin (kuivia kohoumia) sijoitetuissa karikepusseissa (kuva 3B). Nämä pienet eläimet eivät kuitenkaan suosineet tiettyä lehtityyppiä, vaan niitä löytyi samoissa määrin saroja, pensaita tai sammalia sisältävistä karikepusseista. Kuoripunkit (kuva 1B) olivat vallitseva ryhmä karikepusseissa (53.6% yksilöiden kokonaismäärästä), ja seuraavaksi yleisin ryhmä oli hyppyhäntäiset 40%:n osuudella. Keräsimme myös muita vähänumeroisia punkkiryhmiä sekä muutaman hämähäkin ja hyönteisen toukan, jotka olivat vain 6.4% kaikista karikepussien eläimistä. Suuremman yksilömäärän lisäksi painanteissa (märkiä vajoamia) oli myös enemmän lajeja. Löysimme yhteensä 20 lajia 506:sta kuoripunkkiyksilöstä ja seitsemän lajia 378:sta hyppyhäntäisyksilöstä (kuva 1C). Kuoripunkkiyhteisöt olivat samankaltaisempia painanteissa ja niissä oli eniten lajeja. Mättäiden kuoripunkkilajit vaikuttivat olevan satunnaisia.
MIKSI TÄMÄ ON TÄRKEÄÄ?
Soiden punkeista ja hyppyhäntäisistä on tehty vain muutamia tutkimuksia, joten ensimmäinen syy tutkimuksellemme oli kerätä tietoa suollamme elävistä kuoripunkkilajeista. Pienten eläinten yhteisöjen erojen ymmärtäminen antaa meille viitteitä siitä, miten nopeasti tai hitaasti lehtien luonnollinen hajoaminen tapahtuu soilla.
Vaikka kuoripunkit ja hyppyhäntäiset luokitellaan yleensä sekundaarihajottajiksi [3] niiden sienistä ja bakteereista koostuvan ravinnon vuoksi, maaperästä ilmakehään vapautuvan hiilen määrän ennustamiseksi on tärkeää ymmärtää mitä ne ovat, missä ne elävät ja kuinka paljon ne vaikuttavat hajotusprosesseihin. Suot ovat erityistapauksia, sillä ne kattavat vain pienen osan maapallosta mutta niiden hitaan hajoamisen takia ne varastoivat suuria määriä hiiltä [1].
Ilmaston lämpenemisestä johtuva maapallon lämpötilojen nousu tulee todennäköisesti muuttamaan soilla havaittuja kasvityyppejä. Korkeammat lämpötilat sallivat erityisesti sarojen vallata alueita, kun sammalet olivat aiemmin yleisempiä [4]. Tutkimuksessamme havaitsimme, että sarat hajosivat nopeammin kuin sammalet, mikä tarkoittaa, että suon kasvityyppien muutos sammalista saroihin saattaa kasvattaa hajoamisesta vapautuvan hiilen määrää.
Vaikka emme tässä tutkimuksessa keränneet bakteereja ja sieniä, tutkimusryhmämme muissa tutkimuksissa havaittiin, että sieni- [5] ja bakteeriyhteisöt [6] vaihtelivat mättäiden ja painanteiden välillä. Koska punkkeja ja hyppyhäntäisiä ei ole tutkittu tarpeeksi, päätimme perehtyä niihin. Sienistä ja bakteereista kerätyn tiedon perusteella ilmastonmuutos saattaa muuttaa soiden hiilen varastointikykyä. Toisin sanoen, korkeammat lämpötilat voivat nopeuttaa lehtien hajoamista, mikä vapauttaa hiilidioksidia ilmakehään, mikä puolestaan voimistaa ilmastonmuutosta entisestään.
Joka tapauksessa meidän täytyy suojella soita, sillä ne ovat tärkeitä ekosysteemejä tulevaisuudessa, missä hiilidioksidia tulee todennäköisesti olemaan enemmän ilmakehässä. Soiden suojelun aika on nyt!
SANASTO
Hajoaminen
Kuolleiden kasvien ja eläimien hajoaminen, mikä lasketaan poistumana.
Eliö
Kasvi-, eläin-, bakteeri- tai sieniyksilö.
Ilmastonmuutos
Ilmastonmuutos tarkoittaa koko maapallon lämpenemistä, minkä pääasiassa aiheuttaa ilmakehän kasvavat hiilidioksiditasot. Hiilidioksidin suurin lähde on ihmistoiminta.
Yhteisö
Ryhmä eri lajeja, jotka elävät samalla alueella ja ovat yhteyksissä toisiinsa.
Laji
Eliöt, jotka jakavat samat fyysiset ja geneettiset ominaisuudet; esimerkiksi kaikki ihmiset muodostavat yhden lajin, kuten myös kaikki koirat ja kissat.
KIITOKSET
Olemme kiitollisia Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC):n ja Ontario Ministry of Research, Innovation and Science:n myöntämästä Early Researcher Award- rahoituksesta (ZL). Kiitämme tohtori J. McLaughlinia (Ontario Ministry of Natural Resources and Forestry) pääsystä White River, ON:n tutkimusalueelle, ja tohtori Brian Branfireunia hänen jatkuneesta tuesta tutkimusohjelmallemme. Kiitämme tohtori Greg Thornia ja tohtori Branfireunia osasta kuvista. Erityiskiitos Caitlyn Lyonsille, joka auttoi meitä tekemään tästä tekstistä sopivan lapsille, sekä upeille nuorille vertaisarvioijille ja heidän tiedementoreilleen. Kiitämme myös tohtori Malte Jochumia kutsusta ottaa osaa tähän hienoon projektiin.
ALKUPERÄINEN LÄHDEARTIKKELI
Barreto, C., and Lindo, Z. 2018. Drivers of decomposition and the detrital invertebrate community differ across a hummock-hollow microtopology in Boreal peatlands. Ecoscience 25:39–48. doi: 10.1080/11956860.2017.1412282
LÄHTEET
[1] Gorham, E. 1991. Northern peatlands: role in the carbon cycle and probable responses to climatic warming. Ecol. Appl. 1:182–95.
[2] Moore, T. R., Trofymow, J. A., Prescott, C. E., and Titus, B. D. 2017. Can short-term litter-bag measurements predict long-term decomposition in northern forests? Plant Soil 416:419–26. doi: 10.1007/s11104-017-3228-7
[3] Lehmitz, R., and Maraun, M. 2016. Small-scale spatial heterogeneity of stable isotopes signatures (d15N, d13C) in Sphagnum sp. transfers to all trophic levels in oribatid mites. Soil Biol. Biochem. 100:242–51. doi: 10.1016/j.soilbio.2016.06.005
[4] Dieleman, C. M., Branfireun, B. A., Mclaughlin, J. W., and Lindo, Z. 2015. Climate change drives a shift in peatland ecosystem plant community: implications for ecosystem function and stability. Glob. Change Biol. 21:388–95. doi: 10.1111/gcb.12643
[5] Asemaninejad, A., Thorn, R. G., and Lindo, Z. 2017. Vertical distribution of fungi in hollows and hummocks of boreal peatlands. Fungal Ecol. 27:59–68. doi: 10.1016/j.funeco.2017.02.002
[6] Asemaninejad, A., Thorn, R. G., Branfireun, B. A., and Lindo, Z. 2019. Vertical stratification of peatland microbial communities follows a gradient of functional types across hummock-hollow microtopographies. Ecoscience 26:249–58. doi: 10.1080/11956860.2019.1595932
TOIMITTAJA: Malte Jochum, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Saksa
VIITTAUS: Barreto C and Lindo Z (2020) Decomposition in Peatlands: Who Are the Players and What Affects Them? Front. Young Minds 8:107. doi: 10.3389/frym.2020.00107
ETURISTIRIIDAT: Artikkelin kirjoittajat ilmoittavat, että tutkimus toteutettiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, jotka voitaisiin tulkita mahdolliseksi eturistiriidaksi.
AUTHORS CONTRIBUTIONS: Carlos B. and Zoë L. wrote the manuscript and CB produced the illustrations.
COPYRIGHT © 2020 Barreto and Lindo. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
NUORET VERTAISARVIOIJAT
ADAM, IKÄ: 14
Hei, nimeni on Adam. Perheeseeni kuuluu vanhemmat, isoveli, koira, kaloja ja kaksi lintua. Olen kiinnostunut luonnontieteistä ja historiasta. Tykkään piirtämisestä, kirjoittamisesta ja lukemisesta. Suosikkiurheilulajini on jalkapallo. Pidän meressä uimisesta ja videopelien pelaamisesta.
ALEXANDER, IKÄ: 12
Olen 12-vuotias poika seitsemännellä luokalla ja suosikkikouluaineeni on matematiikka. Tykkään kitaransoitosta ja opettelen rumpujen soittoa.
KIRJOITTAJAT
CARLOS BARRETO
Olen pitänyt eläimistä nuoruudesta lähtien, ehkä vähän liikaakin. Suosikkikouluaineeni lukioon asti liittyivät aina luonnontieteisiin. Lukiossa päätin, että halusin tehdä jotain, joka liittyi luonnontieteeseen ja eläimiin. Yritin olla eläinlääkäri mutta se ei onnistunut. En kuitenkaan kadu mitään. Muutaman vuoden jälkeen minusta tuli ekologi, mistä lähtien olen työskennellyt pienten eläinten (enimmäkseen hyönteisten ja punkkien) kanssa trooppisissa metsissä, rautamalmi- ja kalkkiluolissa, boreaalisissa metsissä, kaupunkimailla ja soilla kolmella eri mantereella: Etelä-Amerikassa, Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa. *cbarreto@uwo.ca †orcid.org/0000-0003-2859-021X
ZOË LINDO
Tohtori Zoë Lindo on maaperän monimuotoisuuden ja ekosysteemin toiminnan asiantuntija. Hän on työskennellyt laajalti kanadalaisissa metsissä, mukaan lukien boreaalinen sekapuumetsä Albertassa, Quebecin subarktinen taiga, Brittiläisen Kolumbian rannikon lauhkea sademetsä ja Ontarion mustakuusimetsät ja suot. ”Tutkimuksessani yritän vähentää ihmisen aiheuttamaan ympäristönmuutokseen liitettyä luonnon monimuotoisuuden alenemista ja ylläpitää ekosysteemien toimintaa kanadalaisissa metsä- ja maaekosysteemeissä. Kuvailen itseäni luonnon monimuotoisuuden tutkijana kattaakseni tutkimukseni koko kentän yhteisöekologiasta maaperän ekologiaan ja taksonomiaan”. †orcid.org/0000-0001-9942-7204
KÄÄNTÄJÄ
TIIA MÄÄTTÄ
Olen väitöskirjatutkija Zürichin yliopistossa Sveitsissä. Väitöskirjassani tutkin kasvien, ja erityisesti kasvien juurten ominaisuuksien, vaikutuksia kosteikkojen metaanipäästöihin. Vapaa-ajallani tykkään kävellä luonnossa, piirtää ja lukea.
