Ilmastonmuutos ja kuivuus
Uusiutuvat energiamuodot ja kuivuus
Tarkasteltaessa 8 alueellisella säämallilla Euroopassa eri ilmastonmuutosskenarioilla aurinko-, tuuli- ja aurinko-tuuli -hybridisysteemejä, energian puutokseen vaikuttavat tekijät kuten kuivuus vaikuttivat malleissa Pohjois- ja Etelä-Euroopassa voimakkaammin kuin Keski-Euroopassa. Uusiutuvien energiamuotojen puutosten arvioinnissa on kriittistä turvatun ja luotettavan energiasysteemin ylläpito sekä nykyisessä että tulevassa ilmastossa.
Mikrobit ja antioksidantit voivat lisätä kasvien stressitoleranssia
Vehnän suolansietokykyisiä endofyyttejä siirrettäessä suolanalttiiseen vehnäalkuperään saatiin aikaan positiivinen vaikutus vehnän kasvuun. Positiivinen vaikutus saatiin aikaiseksi neljällä Aspergillus– ja Cladosporium suvun endofyyttilajilla. Endofyytit voivat lisätä stressitoleranssia isäntäkasveilla ja edesauttaa maataloustuotantoa tulevaisuudessa.
Eräässä tutkimuksessa tarkasteltiin uusien eristettyjen mikrobien vaikutusta kasvien fytohormonien tuotantoon, orgaanisten happojen muodostukseen ja oksidatiiviseen stressitoleranssiin. Tulosten perusteella kaikki maatalouskasveista eristetyt kannat pystyivät tuottamaan eri määriä fytohormoneja ja orgaanisia happoja ja edistää oksidatiivista stressitoleranssia eri maatalouskasveilla.
Ympäristömuuttujat vaikuttavat kasvien antosyaanituotantoon ja reaktioon suhteessa kuivuuteen, suolastressiin, korkeaan valointensiteettiin, ultraviolettisäteilyyn, raskasmetalleihin ja alhaisiin lämpötiloihin. Antosyaanipitoisuuksia voidaan lisätä kasveissa manipuloimalla säätelygeenejä, mikä on potentiaalinen tapa parantaa kasvien stressinsietokykyä. Maanviljelyssä tärkeitä morfofysiologisia kantoja voidaan hyödyntää tunnistamaan genotyypit, joilla on stressinsietokykyä.
Endofyyttejä voidaan käyttää kuivuutta vastaan kasveissa. Ne vähentävät kasvien abioottista stressiä, edesauttavat kasvua ja edistävät maa- ja metsätalouden kestävää kehitystä. Siksi on tärkeää etsiä ja eristää endofyyttejä, jotka ovat hyödyllisiä viljelykasveille. Sarjatuhkapensaalta eristetyistä endofyyteistä 25 ilmensi kuivuuden kestävyyttä, jotka kuuluivat Aspergillus-, Fusarium-, Colletotrichum-, Penicillium-, Diaporthe-, Geotrichum– ja Metarhizium-sukuihin. Tutkimuksessa kuvattiin ensimmäistä kertaa kuivuuden kestäviä ja kasvua parantavia endofyyttejä, joita voidaan mahdollisesti hyödyntää parantamaan kasvien kuivuuden sietokykyä maa- ja metsätaloudessa.
Kuivuus voi merkittävästi rajoittaa metsän kasvua
Kuusen rungon kasvua tarkasteltiin eräässä tutkimuksessa suhteessa maan kosteuteen, typpilaskeumaan, otsonipäästöihin ja eri meteorologisiin muuttujiin. Maaperän vuotuisten kosteuspäivien määrä alle tietyn rajan oli ainoa negatiivinen selittävä muuttuja suhteessa vuotuiseen kuusen rungon pohjanpinta-alan kasvuun. Tulosten perusteella maaperän vesipitoisuuden puutos voi merkittävästi rajoittaa metsän kasvua Pohjois-Euroopassa.
Luonnonmukaisilla metsänkäsittelymenetelmillä voidaan metsä sopeuttaa paremmin lisääntyneisiin kuivuusjaksoihin lisäämällä sen diversiteettiä ja parantamalla mm. kasvua säilyttämällä maaperän kosteus. Välimeren alueen sekametsissä arvioitaessa yksittäisten tammien, jalokastanjoiden, pinjojen ja metsämäntyjen kasvua ja maaperän kosteuden muutoksia suhteessa luonnonläheisiin metsänhoitomenetelmiin, pohjapinta-alan kasvu ja sädekasvu korreloivat positiivisesti metsänhoitomenetelmien kanssa, kun taas kilpailuintensiteetti korreloi niiden kanssa negatiivisesti. Mallit eivät kuitenkaan osoittaneet lajispesifistä puun kasvun suhdetta kilpailuun. Käsittely tehosti 10%:lla maaperän vesipitoisuutta tammi-, pinja- ja metsämäntymetsiköissä. Tehostuminen oli erityisen tehokasta kasvukauden aikana. Tulosten perusteella luonnonmukaiset metsänkäsittelymenetelmät voivat vähentää metsien alttiutta kuivuustuhoille lisäämällä puiden kasvua ja maaperän kosteutta ainakin lyhyellä alle kolmen vuoden aikavälillä.
Tarkasteltaessa hienojuurten sopeutumiskapasiteettia mineraalimaassa vaahtera-, koivu-, lehtikuusi, strobusmänty-, valkokuusi- ja tammilajeilla korkean tai vähäisen käytettävissä olevan veden alaisuudessa, hienojuurten tiheys lisääntyi 67% lehtikuusella ja 90% valkokuusella korkean käytettävissä olevan veden tilanteessa. Tulosten perusteella puulajit reagoivat eri tavalla hienojuuristoltaan ja eri juurtumissyvyyksissä veden eri käyttökelpoisuuden määriin.
Sekapuustoon vaikutusta männyn puusolukoiden ominaisuuksiin kuten vettä sisältävään läpimittaan, soluseinän paksuuteen ja anatomisen puun tiheyteen tarkasteltaessa suhteessa lämpötilaan, kosteuteen ja kuivuuteen puhtaissa männiköissä ja mänty-tammisekametsiköissä, puun tiheys reagoi herkimmin kuivuuteen eri ilmasto- ja metsätyypeillä. Spesifisiä sopeutumismekanismeja havaittiin sekametsissä etenkin kasvukauden alussa ja toistuvien kuivuusepisodien aikana. Tulosten perusteella mänty-tammisekametsä lisää männyn resilienssiä äärikuivuutta vastaan.
Tarkasteltaessa puiden vuosilustoista kuivuusjaksoihin liittyvää resistenssiä, toipumista, resilienssiä ja kasvun toipumisperiodeja eräillä lehtikuusi-, mänty- ja koivulajeilla Kiinassa, vakavat kuivuusperiodit alensivat kaikkien lajien kasvua merkittävästi sisältäen myös vastakkaisia lajikohtaisia reaktioita. Lehtikuusella oli lajeista alhaisin kuivuusresistenssi ja -resilienssi, kun taas mänty oli lajeista resistentein. Männyn toipumisaika oli kuitenkin pitempi kuin koivulla. Kuivuusreaktio vaihteli puun koon mukaan. Pienillä koivuilla oli korkeampi resilienssi voimakkaita kuivuusjaksoja vastaan. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että kuivuusreaktiot riippuvat puun koosta ja ovat suhteessa kuivuusintensiteettiin, mikä auttaa optimaalisen viljelypuulajin ja metsänkäsittelymenetelmän valinnassa ja suunnittelussa.
Puulajien vaikutusta maaperän kosteuteen tarkasteltaessa kuivuusepisodin aikana kuusella, lehtikuusella ja pyökillä Saksassa, maaperän kosteus talvella ja alkukesästä aleni merkittävästi latvuspidännän takia ja maaperä tyhjeni kokonaan kosteudesta keväthaihdunnan takia. Arvot olivat kuusella 15% alempia kuin pyökillä. Maaliskuulta lähtien maan kosteus kuusikon alla oli alle helposti käytettävissä olevan veden määrän. Pyökki- ja lehtikuusimetsiköissä merkittävää alenemista ei havaittu. Pyökkimetsissä oli korkeimmat maan kosteuspitoisuudet. Tulokset osoittavat lehtipuiden paremman vedenottokyvyn, joten puulajin valinnalla voidaan vaikuttaa maaperän kosteuteen etenkin kuivuusjaksojen aikana tietyillä tiukan vesibalanssin omaavilla alueilla.
Tarkasteltaessa koloradonpähkinämännyn, keltamännyn, lännendouglaskuusen, harmaapihdan ja Engelmanninkuusen yksivuotisten taimien selviytymistä alhaisessa kosteudessa, korkeissa lämpötiloissa ja korkean höyrynpaineen puutteessa USA:ssa, kosteamman kasvupaikan lajit, lännendouglaskuusi, harmaapihta ja Engelmanninkuusi, olivat alttiimpia kuumille ja kuiville jaksoille. Tulosten perusteella empiirisesti saatuja fysiologisia rajoitetietoja voidaan käyttää tiedon hankinnassa siitä, missä lajikoostumusten kasvillisuustyypin muutokset todennäköisesti tapahtuvat.
Kuivuusjaksojen pidentyessä resilienssi laskee
Tarkasteltaessa tila-aika -vaihtelua kasvuresistenssissä ja -resilienssissä vakavien kuivuusjaksojen aikana, kasvuresistenssi ja -resilienssi olivat korkeampia humideilla kuin arideilla alueilla alle vuoden kestävissä kuivuusjaksoissa. Merkittävästi korkeampi kasvuresistenssi havaittiin alle kaksivuotisissa kuivuusjaksoissa kuin alle yksivuotiaissa kuivuusjaksoissa sekä humideilla että arideilla alueilla, kun taas kasvuresilienssin suhteen eroja ei ilmennyt. Kuivuusjaksojen pidentyessä ympäristötekijöiden vaikutukset kasvuresistenssiin ja -resilienssiin heikentyivät. Kaikki mallit yliarvioivat kasvuresistenssiä ja aliarvioivat kasvuresilienssiä sekä yksi- että kaksivuotisten kuivuusjaksojen aikana vuosilustoista tarkasteltuna.
Lämpötilamuutokset muuttavat hyönteispopulaatioita
Tarkasteltaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia kaarnakuoriaisinvaasioihin havumetsissä, muutokset lämpötilassa ja kosteudessa muuttavat isäntäkasvi- ja kaarnakuoriaispopulaatioiden suhdetta.
Kirjoittaja
Juha Kaitera
Juha Kaitera toimii Luonnonvarakeskuksessa erikoistutkijana. Hän on myös dosentti Oulun yliopistossa erikoisalueenaan ’Ruostesienten epidemiologia’. Kirjoittaja toimii Valtakunnallisessa vihreän siirtymän koordinaatiohankkeessa asiantuntijana teemassa Ilmastonmuutokseen sopeutuminen ja hillintätoimet.