Rauni Ohtonen 1 Hannamari Tuohenmaa 2

Tuhkalannoituksen vaikutus männyn ektomykorritsasymbioosiin kangasmaalla Rauni Ohtonen 1 Hannamari Tuohenmaa 2 Metsätehon raportti 84 29.12.1999 Konsortiohanke: Fortum Power and Heat Oy, Metsähallitus, Metsäliitto Osuuskunta, Metsäteollisuus ry, Pölkky Oy, Stora Enso Oyj, UPM-Kymmene Oyj, Vapo Timber Oy Kirjoittajien yhteystiedot: 1 Helsingin yliopisto Ympäristöekologian laitos Niemenkatu 73, 15140 Lahti Puhelin: (03) 8922 0308 Kirjoittajien yhteystiedot: 2 Oulun yliopisto, Biologian laitos PL 3000, 95041 Oulu Puhelin: (08) 553 1210 Asiasanat: ergosteroli, kadmium, mykorritsa, tuhka Metsäteho Oy Helsinki 1999

SISÄLLYS ALKUSANAT... 3 TIIVISTELMÄ... 4 1 JOHDANTO... 4 2 TUHKA LANNOITTEENA... 5 3 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET... 6 4 AINEISTO JA MENETELMÄT... 7 4.1 Koeala ja käsittelyt... 7 4.2 Näytteenotto ja analyysit... 8 5 TULOKSET... 9 6 TULOSTEN TARKASTELU... 12 7 PÄÄTELMÄT JA JATKOTUTKIMUSTARPEET... 13 KIRJALLISUUS... 15 2 2

ALKUSANAT Metsäteollisuusyritykset pyysivät vuonna 1995 Metsätehoa selvittämään sitä, mitä tutkimuksia ja kehittämistoimia pitäisi tehdä, jotta luotaisiin edellytykset suurien voimalaitosten tuottaman, etupäässä puuperäisen, tuhkan laajamittaiselle metsäkäytölle. Selvitystyön johdosta käynnistettiin vuoden 1996 lopulla Metsätehon koordinoimana Biotuhkan hyödyntäminen metsänparannusaineena -hanke. Hankkeessa on tutkittu erityisesti tuhkan metsäkäytön ympäristövaikutuksia, kuten ravinteiden huuhtoutumista ja vaikutusta vesiin, tuhkan vaikutusta marjojen ja sienien raskasmetallipitoisuuksiin sekä maaperän mikro-organismeihin. Teknistaloudellisten tutkimusten ja kokeilujen tehtävänä puolestaan on ollut tuottaa tietoa mm. tuhkan esikäsittelystä ja hyödyntämisen tekniikoista ja taloudesta. Tuhkahanke on 3-vuotinen ja päättyy vuoden 1999 lopussa. Hankkeen rahoittajat ovat Fortum Power and Heat Oy, Metsäliitto Osuuskunta, Metsähallitus, Metsäteollisuus ry, Pölkky Oy, Stora Enso Oyj, UPM-Kymmene Oyj, Vapo Timber Oy ja TEKES. Hankkeessa tutkimuksia suorittavat organisaatiot ovat Helsingin yliopisto, Kuopion yliopisto, Oulun yliopisto, Metsäntutkimuslaitos, Metsäteho Oy, Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitos. Tässä raportissa esitetään Oulun yliopiston biologian laitoksella tehty tuhkalannoituksen mykorritsavaikutuksia koskeva tutkimus. Tutkimuksen johtajana toimi dosentti Rauni Ohtonen. Helsingissä 16.10.1999 Antti Korpilahti tuhkahankkeen koordinaattori 3 3

TIIVISTELMÄ Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kangasmailla puun- ja turpeentuhkan vaikutusta männyn sienijuuren sienibiomassaan. Tämän oletettiin vähenevän maan ravinteisuuden parantuessa. Tuhkalannoitus näytti kuitenkin lisäävän sienibiomassan indikaattorina käytetyn ergosterolin määrää männyn juurissa 15-20 %, kun tuhkaa levitettiin 9 000 kg/ha. Tämä saattaa liittyä parantuneeseen ravinteiden saatavuuteen tuhkalannoituksen seurauksena. Tulokset täytyy tulkita suuntaa-antaviksi, koska tutkimuskohteena oli vain yksi metsikkö. Tuloksista voidaan kuitenkin päätellä, että mahdollisesti lisääntynyt sienibiomassa voi toimia typen varastona ja vähentää sen huuhtoutumisriskiä. Tätä voidaan pitää lähtöhypoteesina jatkotutkimuksia suunniteltaessa. 1 JOHDANTO Sienet muodostavat symbioosin monien kasvien kanssa. Kaikki assosiaatiot, jotka sisältävät pitkään jatkuneen terveen vuorovaikutuksen sienen ja juuren välillä, tunnetaan mykorritsana. Useita yleisiä tyyppejä voidaan tunnistaa morfologisten ja fysiologisten ominaisuuksien perusteella (Gray & Williams 1977). Sieni tehostaa isäntäkasvin ravinteiden ja veden ottoa saaden vastavuoroisesti isäntäkasvilta hiilihydraatteja energialähteekseen (Harley & Smith 1983). Ektotrofinen mykorritsa muodostuu pääasiassa puiden kanssa (erityisesti heimoissa Pinacea, Betulaceae ja Fagaceae). Infektoituneet juuret ovat lyhyitä sivuhaaroja ja infektion tuloksena niiden haaroittuminen lisääntyy (kuva 1). Sieni muodostaa manttelin, joka ympäröi juurta, sekä Hartigin Kuva 1. Männyn ektomykorritsajuuri puhdistettuna. Juuren kärjet ovat ektomykorritsoille tyypillisesti lyhyitä ja paksuja sekä kaksijakoisesti haaroittuneita. Juurten kärkiä4 peittää sienivaippa, ja siitä kasvaa ulospäin sienirihmastosäikeitä. Säikeitä on usein enemmänkin kuin tässä esimerkissä. Valokuva Ari Jumpponen. Metsätehon raportti 84 29.12.1999 4

verkon, joka on isäntäjuuren sisään solujen väliin tunkeutuvaa rihmastoa rajoittuen ulomman kuorikerroksen soluihin (Gray & Williams 1977). Mykorritsan merkitys puiden ravinnetaloudelle havaittiin jo 1930-luvulla (Hatch 1937) vaikkakin ensimmäisen selvityksen ektomykorritsasienen mahdollisesta osallisuudesta kasvin typen hankintaan antoi Frank 1800-luvun loppupuolella (Smith & Read 1997). Ektomykorritsa kasvattaa ympäröivään maaperään muutamia metrejä hyyfejä. Hyyfit edistävät sekä epäorgaanisten että joidenkin orgaanisten typpi- ja fosforiyhdisteiden ottoa (Vogt ym. 1982). Voimakkaan mykorritsanmuodostuksen edellytyksenä on, että hiilihydraatteja tuotetaan enemmän kuin kasvi itse käyttää. Joillakin ektomykorritsoilla on huomattava hajotuskapasiteetti ja ne voivat saada osan pelkistyneestä hiilestä hajotetuista substraateista, esimerkiksi lehtikarikkeesta. Lievän typen puutteen on todettu lisäävän mykorritsanmuodostusta (Hacskaylo 1973). Ektomykorritsan lisääntymisrakenteita ovat usein havaitut itiöemät (Coleman & Crossley 1996). Ektomykorritsaa muodostavia sieniä ovat tavallisesti kantasienet, mm. tatit, rouskut ja haperot. Yleisestikään sienet eivät ole täydellisesti isäntäspesifisiä (Gray & Williams 1977). Maan ph:n nousu vaikuttaa mykorritsoihin ensisijaisesti typen lisääntyneen mobilisaation kautta. Erilaisten typpilannoitteiden ei ole havaittu vaikuttavan mykorritsojen määrään. Sen sijaan sisärakenteet ovat selvästi rappeutuneet (Laiho ym. 1987). Tutkimuksissa on myös havaittu hajottajasienten määrän ja elinvoiman lisääntyvän symbionttien taantuessa käytettäessä typpi- ja kalkkilannoitusta (Ritter & Tölle 1978; Fiedler & Hunger 1963, Lehdon 1984 mukaan). Typpilannoituksen on kuitenkin todettu vaikuttavan myös edullisesti joihinkin mykorritsanmuodostajiin, esimerkiksi pulkkosieniin Paxillus involotus (Laiho 1970). 2 TUHKA LANNOITTEENA Tuhkalannoituksella voidaan korvata puunkorjuun ja ravinteiden huuhtoutumisen aiheuttamaa ravinnehävikkiä (Levula 1991). Tuhkalannoituksen vaikutus perustuu sekä ravinnelisäykseen että kalkitusvaiku-tukseen. Tuhkan käsittelytapa voi vaikuttaa tuhkan ravinnepitoisuuteen, sillä varsinkin kalium on helposti liukenevaa (Leinonen 1996, Silfverberg & Hotanen 1989). Tuhkan ravinnepitoisuuksien on todettu vaihtelevan jonkin verran puulajista riippuen lehtipuun tuhkan sisältäessä enemmän ravinteita kuin havupuun tuhkan (Hakkila & Kalaja 1983). Tuhkalannoituksella saavutetaan pitempiaikainen vaikutus kuin kaupallisilla lannoitteilla (Lumme & Laiho 1988). Puutuhkaa voidaan käyttää sekä mineraali- että turvemailla. Mineraalimailla typpi on yleensä puiden kasvua rajoittava minimitekijä, ja maaperässä on yleensä riittävästi tuhkan sisältämiä ravinteita puuston tarpeisiin nähden. 5 Tuhkalannoitus saattaa kuitenkin vaikuttaa välillisesti kasvuoloihin vähentäen maan happamuutta, nopeuttaen hajotustoimintaa ja parantaen ravintei- 5

den saatavuutta (Lucas & Davis 1961, Moore & Moore 1976). Siksi kangasmaiden tuhkalannoitusta tulisikin pitää enemmän maanparannuksena ja maaperän biologisen aktiivisuuden parantajana kuin ravinteiden lisäyksenä. Tutkimuksessa turpeentuhkalannoituksesta onkin saatu viitettä siitä, että se olisi kalkkia parempi vaihtoehto happamoitumisen torjunnassa (Oikarinen & Pasanen 1994). Turvemailla puiden kasvun minimitekijänä toimii fosfori tai kalium, jolloin tuhkalannoitus lisää puiden kasvua (Leinonen 1996, Lundborg 1998). Puuntuhkalannoitus on todettu hyväksi etenkin runsastyppisillä turvemailla ja sillä on havaittu olevan pitkäaikaisia biologisia vaikutuksia kasvualustaan (Malmström 1935 ja 1952 Silfverbergin & Hotasen 1989 mukaan, Silfverberg & Huikari 1985). Puuntuhkalannoitus lisää turpeen fosfori-, kalium- ja hivenravinteita sekä nostaa turpeen ph:ta. Tällöin maan mikrobitoiminta vilkastuu ja kasvupaikan ravinnetalous tulee puuston kasvulle suotuisammaksi (Huikari 1953, Karsisto 1979). Myös turpeen ravinteisuustunnuksiin tuhkalannoituksella on ollut pitkäaikaisia vaikutuksia. Tuhkalannoituksen vaikutus on ollut nähtävissä turpeen ph:ssa ja ravinnepitoisuuksissa vielä 30-40 vuotta lannoituksen jälkeen (Silfverberg & Huikari 1985). Turpeentuhkalla tehdyt kokeet ovat pääsääntöisesti saman suuntaiset puuntuhkalla saatujen kanssa. Kuitenkin turpeentuhkan soveltuvuutta metsälannoitukseen heikentävät sen alhaiset ravinnepitoisuudet ja ravinteiden vaikealiukoisuus (Silfverberg 1988). Turvemaille tehdyissä lannoituskokeissa turpeentuhkan aikaansaama kasvureaktio oli huomattavasti pienempi kuin puuntuhkalla saatu. Kasvureaktion syynä oli pääasiassa fosfori, joten turpeentuhkaa on pidettävä ennen kaikkea fosforilannoitteena (Issakainen ym. 1994). 3 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää puun- ja turpeentuhkan vaikutusta männyn mykorritsan sienibiomassaan kangasmailla. Tätä varten mitattiin sienispesifinen sterolin, ergosterolin määrää. Sterolit ovat luonnossa yleisiä solukalvojen rakenneosia. Sienillä nimenomaan ergosteroli on tyypillinen yhdiste. Vaikka ergosterolikonsentraation on havaittu vaihtelevan sekä lajien välillä että saman lajin sisällä ja riippuvan sienen fysiologisesta tilasta (Martin ym. 1990, Wallander 1992, Ekblad 1995), sitä käytetään yleisesti sienibiomassan määrän arvioimiseen. Koska tuhkalannoitus nostaa maan ph:ta ja vilkastuttaa typen mineralisaatiota (lannoitteena lisätty typpi vähentää mykorritsan määrää ja heikentää sen toimivuutta), tutkimuksen hypoteesina oli, että tuhkalannoitus vähentää sienibiomassan määrää mykorritsajuurissa. 6 6

4 AINEISTO JA MENETELMÄT 4.1 Koeala ja käsittelyt Aineisto koottiin alkukesällä 1997 ennen tuhkalannoitusta ja 1998, noin vuoden kuluttua lannoituksesta, Metsäntutkimuslaitoksen Muhoksen tutkimusaseman tuhkalannoituskoealalta. Koeala sijaitsee Muhoksen kunnassa Lummelammella ja on karuhko variksenmarja-kanervatyypin (ECT) männikkö. Humuksen paksuus vaihtelee 0,8-6,4 cm, mineraalimaa on hiekkaa. Alueella kasvaa luontaisesti syntynyt mäntymetsä, josta on korjattu aines- ja energiapuuta viimeksi vuonna 1985. Puusto on iältään noin 60-vuotiasta ja sitä on keskimäärin 950 runkoa/ha. Keskipituus on 12,5 m, pohjapinta-ala 16,8 m 2 /ha ja määrä 110 m 3 /ha. Puustossa on yleisesti tervasrosoa ja ytimennävertäjän vaurioita. Koealue muodostuu 44:stä 30 m x 30 m (0,09 ha) kokoisesta ruudusta. Kokonaisuudessaan 3,96 ha:n alalle arvottiin 11 käsittelyä (kontrolli, 2 pölypuutuhkaa, itsekovetettu ja rakeistettu puutuhka sekä turvetuhka, kutakin 3 000 ja 9 000 kg/ha) neljänä toistona. Suuren käytännön työmäärän vuoksi (juurten erottelu käsin humusnäytteistä) tähän työhön valittiin vain puun pölytuhka- ja turvetuhkaruudut molemmista lannoitustasoista, jotka olivat 3 000 ja 9 000 kg/ha (PT3000, PT9000, TT3000 ja TT9000) ja kontrollit. Tutkimukseen kuului yhteensä 20 ruutua. Tuhkan alkuainepitoisuudet (taulukko 1) ja pääravinteiden määrä (taulukko 2) analysoitiin Metsäntutkimuslaitoksen Muhoksen tutkimusaseman laboratoriossa. TAULUKKO 1 Tuhkan alkuainepitoisuus mg/g kuiva-ainetta. Mediaani, minimi ja maksimi. Puutuhkalla 9 ja turvetuhkalla 5 analyysinäytettä (J. Issakainen, kirj. ilm.). Alkuaine P K Ca Mg Fe Mn Zn Cu B Al Cr Ni Cd Puutuhka (n=9) Keskiarvo 9,4 28 351 18 11 9,6 2,4 0,08 0,2 0,008 0,06 0,07 0,02 Min 8,6 22 320 16 10 8,7 1,9 0,07 0,17 0,007 0,06 0,04 0,01 Max 9,9 33 369 19,0 14 10,4 3,0 0,1 0,22 0,01 0,08 0,1 0,02 Turvetuhka (n=5) Keskiarvo 8,4 3,9 82 11 66 1,6 0,27 0,09 0,03 0,03 0,08 0,08 0,004 Min 6,8 3,3 74 9,2 60 1,3 0,19 0,08 0,02 0,02 0,07 0,07 0,003 Max 9,0 4,2 88 12 70 1,7 0,31 0,09 0,04 0,03 0,09 0,08 0,005 7 7

TAULUKKO 2 Pääravinteiden määrät puutuhkalla (PT) ja turvetuhkalla (TT) lannoitetuilla kokeilla 3 000 ja 9 000 kg:n lannoitemäärillä. Pitoisuudet ovat keskiarvoja puutuhkalla 9 ja turvetuhkalla 5 mittauksesta (J. Issakainen kirj. ilm.). 3000 kg/ha 9000 kg/ha Pääravinne PT TT PT TT P 19,7 25,2 59,1 75,6 K 58,6 11,7 175,8 35,1 Ca 737 246 2211 738 Mg 38,2 32,4 114,6 97,2 4.2 Näytteenotto ja analyysit Ergosteroli- ja ravinneanalyysejä varten kerättiin kumpaankin erikseen 10 osanäytettä systemaattisella otannalla ruudun läpi kulkevilta linjoilta 15 cm:n syvyyteen 3 cm:n läpimittaisella sylinterillä. Näytteet pakastettiin työpäivän päätyttyä ergosterolihävikin minimoimiseksi. Jatkokäsittelyssä humuskerros sulatettiin ja hajotettiin varovasti seulalla samalla huuhdellen. Juuret poimittiin erilleen pinseteillä preparointimikroskoopin alla. Puhdistuksen jälkeen juuret pakastettiin välittömästi. Pakastetut näytteet kuivattiin kylmäkuivurissa, punnittiin kuivapainot, jauhettiin ja säilytettiin pakastettuina. Juurinäytteistä tehtiin ergosterolimääritys modifioidun Nylundin & Wallanderin (1992) ohjeen mukaan. Saaduista tuloksista laskettiin ergosterolikonsentraatio (µg/g k.a.). Kokonaisergosteroli (g/m) laskettiin kertomalla näytekohtainen ergosterolikonsentraatio juuribiomassalla. Ammonium- ja nitraattityppi määritettiin Kjeldahlin menetelmällä (Horwitz 1965) sekoitetuista tuorenäytteistä, joista punnittiin n. 7 g/100 ml KCluutosta, sekoitettiin ja suodatettiin. Määritys perustuu uutteessa olevien typpifraktioiden (NH 4 -N ja NO 3 -N) erottamiseen (vesihöyrytislaus Kjeltec- 1002:lla) ja sitä seuraavaan spektrofotometriseen määritykseen (Bremner 1973). Näytteistä mitattiin kosteuspitoisuus ja tulokset laskettiin µg/g kuivaainetta. Aineisto analysoitiin faktoriaalisella kovarianssi- ja yksisuuntaisella varianssianalyysillä sekä kontrasteilla SPSS-tilasto-ohjelmassa (Ranta ym. 1994, SPSS 1998). Faktoreina oli käsittely sekä kovarianttina vuoden 1997 mittaus, joista kaikista testattiin päävaikutus. Kovarianssin käytön edellytys on, ettei kovariantin ja käsittelyn välillä ole yhdysvaikutusta. Tämä edellytys täyttyi koko aineistossa. Varianssien homogeenisuus tarkistettiin Levenin testillä. Jos varianssianalyysin ehdot eivät olleet voimassa, käytettiin järjestyslukumuunnosta. Järjestyslukumuunnosta käytettiin ergosterolikonsentraation, kokonaisergosterolin, ammonium- ja nitraattitypen testaukseen. Kontrasteissa verrattiin pareittain jokaista 8 käsittelyä kontrolliruutuun. Yksisuuntaisen varianssianalyysin avulla testattiin ergosterolikonsentraation suhteellinen muutos. 8

5 TULOKSET Männyn juurten ergosterolikonsentraatio vaihteli ennen lannoitusta 81,5-135 µg/g. Lannoituksen jälkeen ergosterolikonsentraatio väheni PT3000 ja TT3000 -käsittelyillä ja kasvoi PT9000 ja TT9000 -käsittelyillä (kuva 2). Ainoastaan käsittely vaikutti merkitsevästi keskiarvojen vaihteluun (taulukko 3). Ergosterolikonsentraatio oli lähes merkitsevästi suurempi PT9000:lla ( = 0,051) ja TT9000:lla (p = 0,066) verrattuna kontrolliin. Ergosteroli- Kuva 2. Tulokset vuosilta 1997 ja 1998 Muhoksen Lummelammen tuhkalannoituskokeelta (ECT-kangas). K = kontrolli, PT3000 = puutuhka 3000 kg/ha, PT9000 = puutuhka 9000 kg/ha, TT3000 = turvetuhka 3000 kg/ha, TT9000 = turvetuhka 9000 kg/ha. Jana = keskiarvon keskivirhe. A. Ergosterolikonsentraation suhteellinen muutos 1998 verrattuna 1997 keskiarvoon; B. Ergosterolikonsentraatio (µg/g); 9 C. Kokonaisergosterolimäärä (g/m 2 ); D. Hienojuurten biomassa (g/m 2 ); E. Ammoniumtypen määrä humuskerroksessa (µg/g k.a.); F. Nitraattitypen määrä humuskerroksessa (µg/g k.a.); 9

konsentraation suhteellinen muutos ei ollut tilastollisesti merkitsevä kokeiden välillä. Suuntaus oli kuitenkin se, että ergosterolikonsentraatio nousi molemmilla tuhkalaaduilla suuremmalla ja väheni pienemmällä lannoitusmäärällä. Lisäys oli 22 % turvetuhkaruudulla ja 14 % puutuhkaruudulla vuoden 1997 arvoista. Kokonaisergosterolit vaihtelivat 1997 25,6-64,3 g/m 2. 1998 kokonaisergosterolin määrä kasvoi sekä kontrolli- että lannoitusruuduilla (kuva 2). Voimakkainta kasvu oli PT9000:lla (62:sta 113:een g/m 2 ) ja vähäisintä PT3000:lla. Kokonaisergosterolin keskiarvojen vaihteluun vaikutti lähes merkittävästi käsittely (taulukko 3). Kontrastivertailu ei kuitenkaan antanut tilastollisesti merkitseviä eroja (p> 0,1) verrattaessa käsittelyjä kontrolliin. Tulosta voidaankin pitää lähinnä suuntaa-antavana. TAULUKKO 3 Kovarianssianalyysitaulukko tuhkalannoituskokeelta Muhoksen Lummmelammella (ECT-kangas). Kovarianttina on käytetty vuoden 1997 tuloksia samalta ruudulta. Käsittelyt: kontrolli, puuntuhka ja turvetuhka 3 000 ja 9 000 kg/ha. Vaihtelun lähde SS df F p Juurten ergosterolikonsentraatio (µg/g) Käsittely 337 4 3,948 0,024 Kovariantti 5,7 1 0,266 0,614 Jäännös 299 14 Yhteensä 665 19 Kokonaisergosteroli (g/m 2 ) Käsittely 242 4 2,584 0,083 Kovariantti 12 1 0,505 0,489 Jäännös 327 14 Yhteensä 665 19 Hienojuurten biomassa Käsittely 299761 4 1,303 0,316 Kovariantti 1054 1 0,018 0,894 Jäännös 805243 14 Yhteensä 1114052 19 Ammoniumtypen määrä (µg NH 4 /g) Käsittely 37,6 4 0,211 0,928 Kovariantti 87,8 1 1,967 0,186 Jäännös 536 12 Yhteensä 652 17 Nitraattitypen määrä (µg NH 4 /g) Käsittely 141 4 1,545 0,251 Kovariantti 168 1 7,38 0,019 Jäännös 273 12 Yhteensä 602 17 10 10

Hienojuurten biomassa kasvoi kaikilla ruuduilla vuodesta 1997 vuoteen 1998 (kuva 2). Vaihtelussa ei ollut selkeää suuntausta lannoituskäsittelyn suhteen ja hajonta oli suurta. Käsittelyllä tai kovariantilla ei ollut merkitsevää vaikutusta juuribiomassan keskiarvoissa havaittuun vaihteluun (taulukko 3). Ennen tuhkalannoitusta 1997 otetuissa näytteissä kontrolli- ja tuhkalannoitusruudun ammoniumtypen määrät vaihtelivat 0,29-0,56 µg NH 4 /g). Toisena tutkimusvuonna kontrolliruudulla ammoniumtypen määrä väheni, mutta käsittelyillä PT3000 tai PT9000 ammoniumin määrä kasvoi (kuva 2). Turvetuhkaruuduilla muutokset olivat hyvin vähäisiä. Käsittelyllä tai kovariantilla ei ollut tilastollisesti merkitsevää vaikutusta keskiarvoissa havaittuun vaihteluun (taulukko 3). Nitraattitypen määrät olivat sekä ennen käsittelyä että käsittelyn jälkeen hyvin pienet (kuva 2). Ne eivät juuri muuttuneet käsittelyn vaikutuksesta, vain PT3000:lla oli havaittavissa vähäistä nousua. Hajonta oli erittäin suuri kontrolliruudulla ennen lannoituskäsittelyä. Nitraattitypen määrään lannoituksella ei ollut tilastollisesti merkitsevää vaikutusta. Sen sijaan kovariantti oli merkitsevä eli vuoden 1997 tulos selitti merkitsevästi seuraavankin vuoden mittaustulosta (taulukko 3). Tuhkalannoitus nosti maaperän ph:ta, N-, P-, K-, Ca-, Mg-, B- ja Cd-pitoisuuksia suuremmilla tuhka-annoksilla verrattuna kontrolliin. Turvetuhka lisäsi puutuhkaa enemmän maaperän N-, P-, K- sekä Mg-pitoisuuksia. Pienemmistä tuhka-annoksista ei analyysituloksia ollut saatavilla (taulukko 4). TAULUKKO 4 Maaperän ph ja eräiden mineraalien konsentraatiot tuhkalannoituksen jälkeen kontrolli, puutuhka 9 000 kg/ha ja turvetuhka 9 000 kg/ha (ECT-kangas). Pitoisuudet keskiarvoja 6 mittauksesta (M. Moilanen, kirj. ilm.). Muuttuja Kontrolli Puutuhka 9000 kg/ha Turvetuhka 9000 kg/ha ph 3,5 6,3 4,9 N (%) 0,4 0,5 0,8 P (mg g -1 ) 0,4 0,5 1,0 K (ppm) 431 723 733 Ca (mg g -1 ) 1,0 10,9 8,4 Mg (ppm) 252 768 1141 B (ppm) 1,4 7,6 5,3 Cd (ppm) 0,2 0,4 0,4 11 11

6 TULOSTEN TARKASTELU Tulokset tukevat tutkimuksia, joiden mukaan typetön lannoitus ei vähennä merkitsevästi hienojuurten sienibiomassaa, vaikka sienten itiöemätuotannon on todettu vähentyneen 20-30 % (Kårén 1997). Itiöemien vähenemisen mahdollisena syynä on pidetty hiilen vähentynyttä allokointia juuriin sekä hiilen muuttunutta allokointia mykorritsan sisällä, joka suosii typen ottoa ja vähentää allokointia itiöemiin. Syynä tähän ovat lannoitteen epäsuorat vaikutukset typen mineralisaatioon (Wiklund ym. 1995). Vaikka ergosterolikonsentraatio väheni jossain määrin pienemmällä turvetuhkalannoituksella, se oli näillä ruuduilla alussakin pienin, mikä kertoo puuston heikommasta kunnosta verrattuna muiden koeruutujen puustoihin. Mistään shokkivaikutuksesta TT3000 -ruuduilla ei kuitenkaan voi olla kyse, koska isommilla tuhka-annoksilla ergosterolikonsentraatio kasvoi. Turvetuhkan vaikutus maaperän ph:n nousuun on pieni (Silfverberg & Issakainen 1987). Sekä maaperän ph että boorikonsentraatio kasvoivat eniten PT9000:lla. ph:n nousu (vrt. Fritze & Perkiömäki 1999) ei näyttänyt haittaavan mykorritsasieniä koska PT9000:lla myös ergosterolikonsentraation lisäys oli lähes merkitsevä. Liukoisen boorin määrän lisääntyminen on saattanut vaikuttaa suotuisasti mykorritsoihin (vrt. Lehto 1994). Sieni- ja hienojuuribiomassan yhteismuutosta kuvaa kokonaisergosteroli. Vaikka ergosterolikonsentraatio väheni pienemmillä tuhka-annoksilla, hienojuurten biomassan lisäys (ei kuitenkaan merkitsevä muutos) kompensoi muutoksen kokonaisergosterolissa positiiviseksi myös näillä ruuduilla. TT3000:lla juuribiomassan lisäys oli suurin, minkä perusteella voidaan olettaa, että tällä käsittelyllä puut allokoivat resurssejaan enemmän hienojuurten biomassan lisäykseen kuin mykorritsoille. Muutamissa tutkimuksissa tuhkalannoituksen on havaittu vähentävän männyn (Persson 1989) ja kuusen (Clemensson-Lindell & Persson 1995) hienojuurten määrää ainakin lyhytaikaisesti. Boorin määrällä saattaa olla merkittävä osuus siihen, miten hienojuuret tuhkalannoitukseen reagoivat (Lehto 1994). Tutkimuksen hypoteesina oli, että tuhkalannoitus vähentää mykorritsan määrää, koska lisääntynyt typen mobilisoituminen vastaa jossain määrin typpilannoituksen aiheuttamaa tilannetta (Clemensson-Lindell & Persson 1995, Kårén 1997). Tulokset eivät kuitenkaan tue tätä näkemystä, koska sekä ergosterolikonsentraation että ammoniumtypen määrän lisäykset olivat suurimpia PT9000:lla. Tuloksissa havaittuun ristiriitaan saattaisi vaikuttaa esimerkiksi maaperän erilainen ravinnepitoisuus lähtötilanteessa. Maahengitys, joka kuvastaa ravinteiden mobilisaatiota, oli kasvanut tuhkalannoituksen seurauksena erityisesti PT9000:lla (Fritze & Perkiömäki 1999). Mahdollisesti lisääntynyt ravinteiden saatavuus on edesauttanut sienibiomassan kasvua. Ergosterolikonsentraation lisäys näyttäisi olevan suurilla 12 tuhkatasoilla turvetuhkalla suurempi kuin puutuhkalla. Ero oli kuitenkin pieni 12

ja turvetuhkalannoituksella hajonta oli suuri. Tulos on kuitenkin yllättävä, koska puutuhkan on todettu vaikuttavan turpeentuhkaa nopeammin maaperän systeemeihin. Noin 80 % puutuhkan mineraaleista on helppoliukoisia, kun taas turpeentuhkassa vastaava osuus on noin 30 % (Andersson & Persson 1988). Mahdollisesti turvetuhkan suurempi fosforipitoisuus on vaikuttanut sienibiomassaan kasvuun. Erikssonin ja Börjesonin (1991) mukaan tuhkalannoitus saattaa heikentää mykorritsoja ja aiheuttaa lajiston muuttumista, vaikkakaan sillä ei ole vaikutusta mykorritsasienten kokonaismäärään. Mikrobiyhteisön rakenteen havaittiinkin muuttuneen Lummelammen koekentällä erityisen selvästi PT9000:lla (Fritze & Perkiömäki 1999). Mykorritsojen keskimääräinen ph-optimi on noin 5, joten tuhkalannoitus saattaa heikentää mykorritsojen toimintaa, vaikka lajikohtaisia eroja on. Tutkimus ei kuitenkaan paljasta sitä, miten eri mykorritsalajit reagoivat tuhkalannoitukseen. On myös mahdollista, että tuhkalannoitus olisi heikentänyt juurten pinnan mykorritsasieniä, jolloin saprofyytit saavuttavat kilpailuedun. Saprofyyttisten sienilajien lukumäärän on todettu kasvavan tuhkalannoitetuilla alueilla (Heimala-Raimas 1986). Bååth ym. (1995) totesivat mikrobibiomassan vähenevän merkitsevästi kun puutuhkaa käytettiin 5 000 kg/ha. Sienibiomassa väheni enemmän kuin bakteerien biomassa. Mykorritsarakenteeseen kuuluvasta ulkoisesta rihmastosta ei voida tämän tutkimuksen perusteella tehdä arviota, koska se suurimmaksi osaksi jää pois näytteistä juuria puhdistettaessa. Tietämys tuhkan vaikutuksesta myös juuren ulkopuoliseen rihmastoon olisi tärkeä arvioitaessa tuhkalannoituksen kokonaisvaikutusta sienibiomassaan. Tässä tutkimuksessa typen mineralisaatio kasvoi, mutta ei kuitenkaan ilmeisesti siinä määrin, että sillä olisi ollut haitallista vaikutusta mykorritsoihin. Wallander (1992) on todennut typpilannoituksen vaikutuksen näkyvän ensimmäiseksi itiöemissä, sitten ulkoisessa rihmastossa ja viimeiseksi mykorritsojen sienibiomassassa. Mahdollisesti tuhkalannoituksen aiheuttama typen lisääntynyt mineralisaatio oli niin vähäinen, ettei mykorritsojen osuus sienibiomassassa sen vuoksi vähentynyt. Toisaalta, koealoilla on saattanut olla selvä typen puute, jonka tuhkalannoitus on korjannut positiiviseen suuntaan myös mykorritsasienten kannalta. 7 PÄÄTELMÄT JA JATKOTUTKIMUSTARPEET Maaperän mikrobiaalisella aktiivisuudella on keskeinen merkitys typen keskinäiseen muuntumiseen sekä orgaanisessa että epäorgaanisessa poolissa. Pölytuhka nostaa helposti maan ph:ta muutamia yksiköitä. Tällöin mikrobiaktiivisuus maaperässä lisääntyy, vilkastuttaa ravinteiden mobilisaatiota ja voi aiheuttaa ravinnehävikkiä, esim. nitraatin muodostumista (Leinonen 1996, Lundborg 1998) ja typen huuhtoutumista vesistöihin (Martikainen 13 1986). Jos kuitenkin tuhkalannoituksen vaikutus on positiivinen mykor- 13

ritsabiomassaan, se vähentää typen huuhtoutumisen riskiä, koska sienibiomassa voi toimia typen varastona. Tulostemme perusteella tämä näytti mahdolliselta. Erityisen tärkeä tekijä typen varastoimisessa on mykorritsajuuren ulkoinen rihmasto, jonka määrästä tämän tutkimuksen perusteella ei voida esittää arvioita. Typpilannoitus vähentää ulkoista rihmastoa ennen kuin muutoksia manttelin sienibiomassassa voidaan havaita. Ulkoinen rihmasto on taas tärkein osa mykorritsajuurta ravinteiden ja veden oton kannalta ja sen väheneminen voi olla syynä kangasmailla havaittuun huonoon männyn kasvutulokseen tuhkalannoituksen jälkeen. Jos tähän ongelmaan haetaan vastausta mykorritsan toiminnasta, ensisijaisena tehtävänä olisi selvittää mykorritsan ulkoisen rihmaston määrää ja sen kykyä absorboida ja varastoida ravinteita. Sienibiomassan lisääntyminen ei ole yksiselitteisesti positiivinen asia puunkasvun kannalta. Missään ei ole osoitettu, että mykorritsan sienibiomassa korreloisi puun kasvun kanssa, vaan myös sienilajistolla on suuri merkitys. Esimerkiksi sienilajien välillä on eroa ravinteiden ja veden otto- ja varastoimiskapasiteetissa. Koska PT9000 aiheutti suuren muutoksen bakteeriyhteisön rakenteessa (Fritze & Perkiömäki 1999), voidaan olettaa, että myös sieniyhteisön rakenteessa on tapahtunut muutoksia. Mitään yksinkertaista sienen tehokkuustestiä ei kuitenkaan ole olemassa eikä yhteisörakenteen tutkimisesta välttämättä saada vastauksia niihin kysymyksiin, mitä käytännön metsänhoitotyössä esitetään. Tutkimuksen kohteena oli vain yksi metsä, joten mitään yleisiä johtopäätöksiä ei tutkimuksemme perusteella voida tehdä. Tutkimusta pitäisikin tarkastella lähinnä esitutkimuksena, jonka perusteella jatkotutkimuksia suunnitellaan.. 14 14

9 KIRJALLISUUS Andersson, F. & Persson, T. 1988. Liming as a measure to improve soil and tree condition in areas affected by air pollution. National Swedish Environmental Protection Board, Raport 3518. 131 s. Bååth, E., Frostegård, A., Pennanen, T. & Fritze, H. 1995. Microbial community structure and ph response in relation to soil organic matter quality in wood-ash fertilized, clear cut or burned coniferous forest soils. Soil Biol. Biochem. 27: 229-240. Bremner, J. M. 1973. Inorganic forms of nitrogen. Teoksessa: Black, C. A., Evans, D. D., White, J. L., Ensminger, L. E. & Clark, F. E. (toim.): Methods in Soil Analysis, Chemical and Microbiological Properties. Agronomy 9: 771-1572. Clemensson-Lindell, A. & Persson, H. 1995. Fine-root vitality in a Norway spruce stand subjected to various nutrient supplies. Plant Soil 168-169: 167-172. Coleman, D.C. & Crossley Jr, D. A. 1996. Fundamentals of Soil Ecology. Academic Press. 197 s. San Diego. Ekblad, A. 1995. Actinorhizal and Ectomycorrhizal Activities in Symbioses of Alnus incana and Pinus sylvestris. Ph.D. Thesis. Swedish University of Agricultural Sciences. Umeå. Eriksson, J. & Börjeson, P. 1991. Vedaska i skogen. En litteraturstudie. Vattenfall. Fud-Rapport 46. 77 s. Fritze, H. & Perkiömäki, J. 1999. Puuntuhkan vaikutus humuskerroksen mikrobistoon kangasmaalla. Metsätehon raportti 82. Gray, T. R. G. & Williams, S. T. 1977. Soil Micro-organisms. The Hong Kong Printing Press. 240 s. Hong Kong. Hacskaylo, E. 1973. Carbohydrate physiology of ectomycorrhizae. Teoksessa Marks, C. G. & Kozlowski, T. T. (toim.): Ectomycorrhizae - their ecology and physiology. ss. 207-230. London. Hakkila, P. & Kalaja, H. 1983. Puu- ja kuorituhkan palauttamisen tekniikka. Folia Forest. 552: 1-37. Harley, J. L. & Smith, S. E. 1983. Mycorrhizal symbiosis. Academic Press. 483 s. London. 15 15

Hatch, A. B. 1937. The physical basis of mycotrophy in the genus Pinus. Black Rock Forest Bulletin 6: 168. Heimala-Raimas, R. 1986. Sienisadosta ja sienilajistosta kolmella lannoitetulla suomuuttumalla Ilomantsin Ahvensalossa. Joensuun yliopisto. 120 s. Horwitz, W. (toim.) 1965. Official methods of analysis of the association of official agricultural chemists. Published association of Official Agricultural Chemists. 957 s. Washington. Huikari, O. 1953. Tutkimuksia ojituksen ja tuhkalannoituksen vaikutuksista eräiden soiden pieneliöstöön. Comm. Inst. Forest. Fenn. 42 (2). 18 s. Issakainen, J., Moilanen, M. & Silfverberg, K. 1994. Turvetuhkan vaikutus männyn kasvuun ja ravinnetilaan ojitetuilla rämeillä. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 499. 22 s. Karsisto, M. 1979. Maanparannustoimenpiteiden vaikutuksista orgaanista ainetta hajottavien mikrobien aktiivisuuteen suometsissä. Osa II. Tuhkalannoituksen vaikutus. Suo 30 (4-5): 81-91. Kårén, O. 1997. Effects of Air Pollution and Forest Regeneration Methods on the Community Structure of Ectomycorrhizal Fungi. Ph. D. Thesis. Swedish University of Agricultural Sciences. Uppsala. Laiho, O. 1970: Paxillus involutus as a mycorrhizal symbiont of forest trees. Acta Forest. Fenn. 106. Laiho, O., Sarjala, T., Hyvärinen, R. & Rautiainen, L. 1987. Lannoituksen vaikutus männikön mykorritsoihin. Folia Forest. 699. 21 s. Lehto, T. 1984. Kalkituksen vaikutus männyn mykorritsasieniin. Folia Forest. 609. 20 s. Lehto, T. 1994. Effects of soil ph and calcium on mycorrhizas of Picea abies. Plant Soil 163: 69-75. Leinonen, A. 1996. Puutuhkan käyttö metsien lannoitteena ja sen ympäristövaikutukset. Kirjallisuusselvitys. Keski-Suomen Ympäristökeskuksen julkaisu 10. 36 s. Levula, T. 1991. Tuhkalannoitus kangasmailla. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 394: 49-59. 16 Lucas, R. E. & Davis, J. F. 1961. Relationships between ph-values of organic soils and availabilities of 12 plant nutrients. Soil Sci. 92: 177-182. 16

Lumme, I. & Laiho, O. 1988. Effects of sewage sludge, conifer bark ash and wood fibre waste on soil characteristics and growth of Salix aquatica. Comm. Inst. Forest. Fenn. 146: 1-24. Lundborg, A. 1998. Ecological and economical evaluation of biomass ash utilization the Swedish approach. Teoksessa: Obernberger, I. (toim.): Ashes and particulate emissions from biomass combustion. Formation, characterisation, evaluation, treatment. Institute of Chemical Engineering, Technical University Graz. Vol. 3: 29-42. Martikainen, P. J. 1986. Nitrification in two fertilized pine forest soils. Ph.D. Thesis. Helsingin yliopisto. 74 s. Martin, F., Delarulle, C. & Hilbert, J-L. 1990. An improved ergosterol assay to estimate fungal biomass in ectomycorrhizas. Mycol. Res. 94: 1059-1064. Moore, J. W. & Moore, E. A. 1976. Environmental chemistry. Academic Press. 499 s. New York. Nylund, J.-E. & Wallander, H. 1992. Ergosterol analysis as a means of quantifying mycorrhizal biomass. Meth. Microbiol. 24: 77-88. Oikarinen, M. & Pasanen, J. 1994. Turpeentuhka kangasmaan lannoituksessa. Folia Forest. 1994 (2): 105-112. Persson, H. 1989. Kalkning, an skogsmarken hur reagerar rötterna? Skogsfakta, Biologi och Skogsskötsel 65. 6 s. Ranta, E., Rita, H. & Kouki, J. 1994. Biometria. Tilastotiedettä ekologeille. Yliopistopaino. 569 s. Helsinki. Silfverberg, K. 1988. Tuhkalannoitus. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 308: 106-115. Silfverberg, K. & Hotanen, J.-P. 1989. Puuntuhkan pitkäaikaisvaikutukset ojitetulla mesotrofisella kalvakkanevalla Pohjois-Pohjanmaalla. Folia Forest. 742: 23 s. Silfverberg, K. & Huikari, O. 1985. Tuhkalannoitus metsäojitetuilla turvemailla. Folia Forest. 633. 25 s. Silfverberg, K. & Issakainen, J. 1987. Turpeentuhkan vaikutuksesta puuston kasvuun ja ravinnetilaan käytännön lannoitustyömailla. Suo (3-4): 53-62. 17 Smith, S. E. & Read, D. J. 1997. Mycorrhizal symbiosis. Academic press. 587 s. San Diego. 17

SPSS 1998. Base 8.0. Applications Guide. Spss Inc. Chicago. Wallander, H. 1992. Regulation of Ectomycorrhizal Symbiosis in Pinus sylvestris L. Seedlings. Influence of mineral nutrition. Ph.D. Thesis. Swedish University of Agricultural Sciences. Uppsala. Vogt, K. A., Grier, C. C., Meier, C. E. & Edmonds, R. L. 1982. Mycorrhizal role in net primary production and nutrient cycling in Abies amabilis ecosystems in Western Washington. Ecology 63: 370-380. Wiklund, K., Nilsson, L.O. & Jacobsson, S. 1995. Effect of irrigation, fertilization and artificial drought on sporocarp production in a Norway spruce stand. Can. J. Bot. 73: 200-208. 18 18