Ilmastonmuutos ja kuumuus
Kasvien kuumuudensietoa voidaan parantaa maatalouskasveilla eri menetelmin
Kuumuusstressi vaikuttaa erilaisiin fysiologisiin ja biokemiallisiin prosesseihin esimerkiksi inhiboimalla kasvin kasvua ja kehitystä sekä vähentämällä fotosynteesiä ja ravinteiden ottoa, mitkä aiheuttavat satotappioita. Kuumuusstressin haitallisten vaikutusten arvioidaan lisääntyvän lähivuosina. Vihanneskasvien kuumuudensietoa voidaan lisätä erilaisilla menetelmillä. Esimerkiksi uudella menetelmällä, jota kutsutaan ns. ’nopean lisäämisen menetelmäksi’, voidaan lisätä vihannesten sietokykyä. Sillä voidaan nopeuttaa kuumuuskestävien vihannesten kehittämiseen tarvittavaa lisäämisprosessia.
Perunan hellekestävyyden mekanismeja selvitettäessä kasvihormoni melatoniini paransi perunan kestävyyttä korkeita lämpötiloja vastaan. Melatoniini aiheutti fotosynteesin määrän lisääntymisen, fotosynteettisen elektronin siirtonopeuden, klorofyllipitoisuuden, solujen välisen CO2-pitoisuuden, nettofotosynteesin ja fotokemiallisen sammumisen kasvun sekä haihtumisen lisääntymisen. Lämpötilastressin aikana melatoniini merkittävästi lisäsi geeniekspressiota, joka oli vaikuttamassa fotosynteesiin, antioksidanttisiin entsyymeihin ja kasvihormonisignaalien transduktioon. Tämä on todistusta lämpötilastressin ja melatoniinin yhdysvaikutuksesta, jolla voidaan parantaa perunan kuumuuskestävyyttä.
Kasvit ovat kehittyneet sopeutumaan ja kasvamaan kuumissa ja kylmissä olosuhteissa. Jotkut lajit ovat sopeutuneet myös päivittäisiin ja kasvukaudenaikaisiin lämpötilan muutoksiin. Epigeneettiset muutokset ovat tärkeitä kasvin sietokyvyn säätelyssä sellaisissa olosuhteissa. DNA-metylaatio ja post-translaationaalinen muuttuminen (=proteiinin muuttuminen proteiinibiosynteesissä) histonin proteiineissä vaikuttavat geeniekspressioon esim. kylmä- ja kuumuusstressin aikana.
Kasvien reaktioita morfologisesti ja fysiologisesti monistressiin on tutkittu vähän. Eräässä review-artikkelissa keskityttiin abioottisten stressitekijöiden kuten kuivuuden, helteiden ja suolaisuuden interaktiivisiin vaikutuksiin yhdessä bioottisten stressien, sienten ja hyönteisten, kanssa. Artikkelissa esiteltiin uusia potentiaalisia tekniikoita ja geneettisiä työkaluja kasvien yhteisen stressitoleranssin purkamiseksi.
Kuumuus vaikuttaa työpoissaoloihin
Selvitettäessä päivittäisten kesälämpötilojen ja helleaaltojen vaikutusta työikäisten töistä poissaolopäiviin, lisääntynyt päivälämpötila oli yhteydessä alentuneeseen kumulatiiviseen töistäpoissaoloriskiin ja lyhytaikaisiin poissaoloihin 21-päiväisen ajanjakson aikana Helsingissä. Tulosten perusteella korkeat kesän päivälämpötilat ovat suojana työikäisten terveydelle pohjoisilla alueilla.
Kuumuus vaikuttaa puiden selviytymiseen
Palsamipihdan kasvatuksissa eri lämpötila- ja kuivuuskombinaatioissa ei havaittu minkäänlaista resilienssiä tai toipumisreaktioita käsittelyille. Sen sijaan havaittiin pitkäaikainen negatiivinen vaikutus kasvuun riippuen lämpötilatasosta. Keskimääräinen pitkäaikainen kasvu aleni 45% korkeimmissa lämpötiloissa. Eteläisillä alkuperillä oli 28% korkeampi keskimääräinen lämpötilaresilienssi verrattuna pohjoisiin alkuperiin osoituksena niiden korkeammasta lämpötilakestävyydestä. Lämpötilalisäyksillä nykytilanteeseen nähden havaittiin kuitenkin vain vähäisiä kasvutappioita eteläisillä populaatioilla ja kasvunlisäystä pohjoisilla populaatioilla. Huolellisella lämpötilaan sopeutuneiden genotyyppien valinnalla metsänviljelyssä voidaan lämpötilan aiheuttamia pitkäaikaisvaikutuksia vähentää.
Yksivuotiaiden taimien selviytyminen vaihteli suhteessa korkeisiin lämpötiloihin USA:ssa. Lajeista lännendouglaskuusi, harmaapihta ja Engelmanninkuusi olivat alttiimpia kuumille jaksoille kuin kuivempiin olosuhteisiin sopeutuneet lajit keltamänty ja koloradonmänty.
Spatiaalisella ryhmittelyllä ja tilastollisella mallinnuksella selvitettäessä spatiaalisia äärimmäisiä helleaaltoja, niiden ajallisia trendejä ja niihin vaikuttavia tekijöitä manner-Kiinassa, helleaaltojen ajalliset trendit vaihtelivat eliöyhteisöittäin. Merkittävimmät nousevat trendit esiintyivät trooppisissa ja subtrooppisissa kosteissa isolehtisten lajien metsissä ja leudoissa isolehtisten lajien sekametsissä.
Lämpötilan ja valon välinen läheinen suhde on tärkeä taimien kasvuun vaikuttava tekijä ennustettaessa metsän uudistumista tulevaisuuden ilmastonmuutoksessa. Selvitettäessä lämpötilan ja valon vaikutuksia puun taimiin, valo lisäsi taimien pituutta, läpimittaa ja biomassaa, kun taas lämpötilalla yksinään ei ollut merkittävää vaikutusta. Sen sijaan valon ja lämpötilan yhdysvaikutuksessa lämpeneminen lisäsi taimien pituutta, läpimittaa ja biomassaa valaistuksen vallitessa. Epäsuoria negatiivisia vaikutuksia havaittiin myös aukon ja alikasvoksessa esiintyvien ruohovartisten kasvien yhdysvaikutuksen kautta. Sen perusteella suositellaan pieniä aukkoja, sillä ruohovartiset kasvit voivat reagoida yhdessä lämpenemisen ja valaistuksen kautta negatiivisesti taimiin.
Ilmastonmuutosennusteiden mukaan arktiset ja subarktiset ekosysteemit kärsivät eritoten kohonneista lämpötiloista ja helleaalloista. Lämpötila säätelee merkittävästi mikrobien hajotustoimintaa maaperässä. Eräässä tutkimuksessa subarktisessa koivumetsässä Pohjois-Ruotsissa testattaessa kesähelleaaltojen vaikutusta mikrobien kasvuun ja hengitykseen, bakteerien kasvulämpötilariippuvuus siirtyi lämpötila-adaptoituneeksi. Samanlainen trendi ilmeni myös sienten kasvussa. Sen sijaan hengitykseen ei ilmennyt lämpötila-adaptaatiota. Lämpeneminen lisäsi sieni-bakteeri -kasvusuhdetta 33% ja alensi mikrobien hiilen käyttötehokkuutta 35%. Johtopäätöksenä kesän helleaalto subarktisella alueella muuttaa mikrobien lämpötilapiirteitä ja alentaa mikrobien prosessiastetta alentuneen kosteuden ansiosta. Linkkiä mikrobien lämpötilapiirteiden ja kasvuston lajistomuutosten välillä ei kuitenkaan ole havaittu.
Kuumuus alentaa satoja
Kuivuus ja helle aiheuttavat 60% ja 40% vehnän satotappioista muuttamalla sadon fysiologiaa. Stressitekijöiden ymmärtäminen auttaa kehittämään sietokykyisiä genotyyppejä. Arvioitaessa vehnän genotyyppejä kuivuus- ja hellestressin ajan kaksi kasvukautta, löydettiin 21 hellestressille toleranttia linjaa, 22 kuivuudelle toleranttia linja ja 12 sekä helteelle että kuivuudelle toleranttia genotyyppiä. Kasvien ilmarakojen konduktanssi eli johtokyky ja haihdunta alenivat merkittävästi kuivuuden aikana ja lisääntyivät hellestressin aikana. Assimilaatio (mukautuminen) ja fotosynteettinen veden käyttötehokkuus alenivat hellestressin aikana.
Urbaanit viheralueet ja rakennusten jälkikäteisasennus lisäävät ilmastoresilienssiä
Kaupungit ovat enenevässä määrin alttiita ilmastonmuutoksen vaikutuksille kuten kohonneille lämpötiloille ja ääri-ilmiöille. Urbaani lämpösaareke -ilmiötä esiintyy, kun tietty kaupungin osa-alue kärsii korkeammista lämpötiloista kuin sen ympäristö ihmisen tai rakennetun alan vaikutuksesta. Urbaanit viheralueet säätelevät ja hillitsevät näitä vaikutuksia. Uusi matemaattinen malli on kehitetty arvioimaan viheralueen vaatimuksia perustuen maan pinnan lämpötilan alentumiseen. Malli tarjoaa tietoa urbaanille suunnittelulle ja päätöksentekijälle tuottamaan eläviä ja kestäviä kaupunkeja luomalla riittävästi vihertilaa lämpötilan sääntelylle.
Jälkikäteisasennus on moderni tapa edistää rakennusten ilmastoresilienssiä. Kirjallisuuden perusteella eräät passiiviset mittaukset kuten yöaikainen tuuletus ovat erinomaisia keinoja kaikilla ilmastovyöhykkeillä. Aktiiviset mittaukset kuten lämmitys, tuuletus ja ilmastointi, mekaaninen tuuletus sekä lämmön talteenotto voivat varmistaa ilmasto-resilienssin laaja-alaisesti lyhyellä aikavälillä, mutta vaikuttaa pitkällä aikavälillä kasvihuonekaasupäästöihin heikentäen ilmastoa. Kaikkia kolmea kirjallisuudessa esitettyä jälkiasennusstrategiaa pitäisi käyttää yhdessä, jotta saavutettaisiin ilmastoresilienttejä rakennuksia.
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.