Metsämaan hiilensitojien jäljillä
Maaperän pieneläimet ja sienet säätelevät, pääseekö hiili ilmakehään vai jääkö se maahan vuosisadoiksi. Jyväskylän yliopiston tutkijat etsivät joukosta lajeja, joilla on suurin vaikutusvalta
Kun ilmastonmuutosta yritetään ratkaista ja ymmärtää, on hyvä painaa katse maahan.
Maaperä varastoi enemmän hiiltä kuin kasvillisuus ja ilmakehä yhteensä. Pohjoiset havumetsät eli boreaaliset metsät ovat tässä keskeisessä asemassa: niiden maaperässä on noin 30 prosenttia kaikesta maaperän hiilestä.
Maaperässä elää myös valtaosa maapallon maaeliöistä, kun lasketaan mukaan bakteerit, arkit, sienet ja pienet selkärangattomat. Nämä lajit säätelevät hiilen kiertoa. Ne hajottavat kuolleen kasviaineksen ja määrittävät, vapautuuko hiili takaisin ilmakehään vai varastoituuko se maaperään vuosikymmeniksi tai vuosisadoiksi.
”Maan päällä tutkitaan esimerkiksi, miten puusto tai jäkäläkerros muuttuvat, kun porojen määrä kasvaa. Samoin maaperässä voidaan tutkia, miten maaperän koostumus muuttuu maaperän pieneläimistön muuttuessa”, kertoo akatemiatutkija Carlos Aguilar-Trigueros Jyväskylän yliopiston bio- ja ympäristötieteen laitokselta.
Ilmastomalleissa on yritetty viime aikoina yhä enemmän ottaa huomioon maaperän vaikutus hiilen kiertoon, vaihtelevalla menestyksellä. Useimmat mallit eivät yritä ymmärtää maaperän sisäistä toimintaa. Ne joko tekevät summittaisia oletuksia tai sitten ne vain syöttävät sisään jotain ja katsovat, mitä tulee ulos.
”Maaperän tarkastelu ’mustana laatikkona’ on sikäli ymmärrettävää, että eri lajeja on miljoonia ja ne vaikuttavat toisiinsa monimutkaisilla tavoilla. Ei sellaista paljoutta voi järkevästi mallintaa.”
Aguilar-Trigueros yrittää ratkaista ongelman toisin. Hän etsii avainlajeja, joilla on suuri vaikutus hiilen kiertoon.
”Maaekosysteemeissä suurpedot ovat tärkeitä, koska ne säätelevät kasvissyöjien määrää ja sitä kautta kasvillisuutta. Samoin maaperässä on hedelmällistä keskittyä ensin maaperän suurpetoihin.”
Carlos Aguilar-Trigueros”Maaperän tarkastelu ’mustana laatikkona’ on sikäli ymmärrettävää, että eri lajeja on miljoonia ja ne vaikuttavat toisiinsa monimutkaisilla tavoilla. Ei sellaista paljoutta voi järkevästi mallintaa.”
Huonetoverit yhdistivät voimansa
Aguilar-Trigueros tutkii asiaa yhteistyössä akatemiatutkija Sten Anslanin kanssa, joka on hänen huonetoverinsa. Aguilar-Trigueros on keskittynyt sienten toiminnalliseen ekologiaan. Anslan puolestaan on kartoittanut Suomen havumetsien maaperän eläinyhteisöjä DNA-menetelmillä etelästä pohjoiseen.
Huonetovereina sienitutkija Aguilar-Trigueros ja pieneläintutkija Anslan tajusivat, että he molemmat yrittävät ymmärtää hiilen kiertoa maaperästä ilmakehään. He päättivät yhdistää voimansa.
Sienet ovat maaperän pääasiallisia hajottajia. Niiden entsyymikoneisto pystyy pilkkomaan jopa puuaineksen vaikeasti hajoavaa ligniiniä. Eri sienilajit kuitenkin tekevät tätä työtä eri tavoin: toiset vapauttavat hiiltä ilmakehään, toiset tuottavat yhdisteitä, jotka sitoutuvat maahiukkasiin ja pysyvät paikoillaan vuosikymmeniä.
Pieneläimet puolestaan ovat sienten pääasiallisia saalistajia maaperässä. Punkit ja hyppyhäntäiset kaivavat maata, syövät sieniä ja ulostavat. Näin ne säätelevät sienten määrää ja sieniyhteisön rakennetta, ja samalla isossa kuvassa hiilenkiertoa maaperästä ilmaan ja takaisin.
”Eläimet lopulta kuolevat ja jäävät maahan. Eläinten rakenteet ovat kestävämpiä ja kovempia kuin kasvien ja sienten rakenteet, joten eläimiin sitoutunut hiili säilyy maaperässä kauemmin. Toisaalta myös sienet ja kasvit puolustautuvat niitä syöviä eläimiä vastaan kehittämällä rakenteistaan kovempia”, Aguilar-Trigueros kuvailee.
Hiilen reitti selville kokeilla
Ymmärtääkseen maaperän syy–seuraussuhteita Aguilar-Trigueros ja Anslan tekevät niin sanottuja mesokosmos-kokeita. Käytännössä he ottavat maaperää astioihin laboratorioon. Tällöin he voivat kontrolloida täysin lämpötilaa ja kosteutta ja mitä lajeja maaperässä on. He voivat poistaa punkit tai hyppyhäntäiset tai muuttaa sieniyhteisön koostumusta ja sitten mitata, miten hiili muutosten jälkeen jakautuu eri varastoihin.
Maaperän hiili ei ole yksi yhtenäinen varasto. Partikkelimainen orgaaninen hiili (POC) on suhteellisen epävakaata ja hajoaa helposti. Sen sijaan mineraaleihin sitoutunut orgaaninen hiili (MAOC) voi säilyä maaperässä vuosisatoja. Avainlajien tunnistaminen tarkoittaa käytännössä sen selvittämistä, mitkä lajit ohjaavat hiiltä helposti hajoavista partikkeleista mineraaleihin sitoutuneeksi hiileksi ja päinvastoin.
”Tunnistetut avainlajit toimivat indikaattoreina. Jos maaperässä on tiettyjä lajeja, se kertoo maaperän sitovan hiiltä hyvin, aivan kuin vesistöissä tietyt lajit kertovat veden olevan puhdasta ja tervettä.”
Suomi on ihanteellinen metsälaboratorio
Aguilar-Triguerosin ja Anslanin tutkimus kestää kolme vuotta eli vuodet 2026–2028. Ensimmäisenä vuonna analysoidaan jo kerätty kenttädata ja tunnistetaan avainlajit tilastollisesti. Toisena vuonna käynnistyvät laboratoriokokeet, joissa manipuloidaan maaperän pieneläimiä ja sieniyhteisöjä. Kolmantena vuonna rakennetaan ennustemalleja, jotka voivat kertoa, miten muutokset maaperän eliöstössä vaikuttavat hiilen varastoitumiseen tulevaisuudessa.
Suomen Kulttuurirahasto myönsi projektille 199 000 euron apurahan. Rahoitus kattaa erityisesti kalliit analyysit. PacBio-sekvensointiteknologia mahdollistaa tarkemman lajintunnistuksen kuin perinteiset menetelmät, ja myös hiilivarastojen mittaaminen vaatii erikoislaitteistoa.
Carlos Aguilar-Trigueros”Suomessa metsään on helppo päästä ja metsässä on helppo kulkea. Se ei ole maailman mittakaavassa itsestäänselvyys.”
Suomi on Aguilar-Triguerosin mukaan erinomainen paikka tutkia maaperän hiilensidontaa. Erilaista boreaalista metsää on valtavasti, ja maa on pitkä pohjois–etelä-suunnassa, jolloin lämpötilan vaikutusta voi helposti tutkia. Metsäntutkimuksessa on pitkä historia ja paljon taustatietoa jo valmiina.
”Lisäksi Suomessa metsään on helppo päästä ja metsässä on helppo kulkea. Sekään ei ole maailman mittakaavassa itsestäänselvyys”, Aguilar-Trigueros sanoo.
