Browsing by Subject "typensidonta"

Nitrogen fixation by Sphagnum mosses in a boreal fen ecosystem Emmi Tuokko Master’s Programme in Ecology and Evolutionary Biology Faculty of Biological and Environmental Sciences University of Helsinki May 2022 Faculty: Faculty of Biological and Environmental Sciences Degree programme: Master’s Programme in Ecology and Evolutionary Biology Study track: Ecology and Evolutionary Biology Author: Emmi Tuokko Title: Nitrogen fixation by Sphagnum mosses in a boreal fen ecosystem Level: Master’s thesis Month and year: May 2022 Number of pages: 34 pages + 4 appendix pages Keywords: nitrogen fixation, Sphagnum, boreal fen, acetylene reduction, diazotroph Supervisor: Dr. Juha Mikola Where deposited: HELDA – Digital Repository of the University of Helsinki Abstract: Ecosystems in the North are heavily constrained by nitrogen (N) and the main pathway of N for plants is biological N2 fixation by Sphagnum mosses. Mosses fix N with either free-living, associated or symbiotic diazotrophs and convert it to a plant-accessible form. This way N2 fixation contributes significantly to the level of photosynthesis and carbon sequestration that these ecosystems can maintain. However, diazotrophs are exposed to large fluctuations in abiotic factors and earlier findings have suggested that to affect the rate of N2 fixed. Only a few studies have focused on boreal Sphagnum-dominated fens and thus, I wanted to figure out what environmental factors control N2 fixation activity in this habitat type. Most of the N2 fixing bacteria are heterotrophs but also methanotrophs have been shown to participate in N2 fixation. Therefore, I tested if methane (CH4) flux was connected to N2 fixation activity. As N is a necessary nutrient for plants, I also wanted to see whether the variation in N2 fixation can explain the variation in plant growth and productivity and on the other hand, if the productivity can explain the rate of N2 fixation by providing more energy. To test these interactions, we established the acetylene reduction assay (ARA) on a fen in Northern Finland to measure, how much N2 is fixed. We also recorded environmental factors (soil moisture, soil temperature, air temperature, relative humidity and radiation), measured CO2 and CH4 fluxes and calculated vascular plant coverage and Sphagnum growth from 20 study plots. I expected to find a correlation especially between soil moisture and N2 fixation because earlier studies have shown it to control the fixation activity the most. I found out that leaf area index (LAI) of vascular plants was explained by N2 fixation. This is a significant finding because it has not been proved before. It supports the earlier findings about the connection between N2 fixation and vascular plant photosynthesis. I also discovered that radiation (PAR) and potential gross primary production (GPP1200) explained the variation in N2 fixation in the first measurement. This shows the dependency of N2 fixation on the energy that photosynthesis provides. Contrary to my predictions, none of the other factors explained N2 fixation or were explained by N2 fixation. Further studies about moss-associated N2 fixation are needed especially in the light of future changes in climate and N deposition. Tiedekunta: Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta Koulutusohjelma: Ekologian ja evoluutiobiologian maisteriohjelma Opintosuunta: Ekologia ja evoluutiobiologia Tekijä: Emmi Tuokko Työn nimi: Rahkasammalten typensidonta boreaalisessa suoekosysteemissä Työn laji: Maisterin tutkielma Kuukausi ja vuosi: 5/2022 Sivumäärä: 34 sivua + 4 sivua liitteitä Avainsanat: typensidonta, rahkasammal, boreaalinen, suo, ARA, diatsotrofi Ohjaaja: Dr. Juha Mikola Säilytyspaikka: HELDA - Helsingin yliopiston digitaalinen arkisto Tiivistelmä: Pohjoisen ekosysteemit ovat erittäin typpirajoitteisia, ja kasvit saavat suurimman osan typestä rahkasammalten biologisen typensidonnan kautta. Sammalet sitovat typpeä joko vapaana elävien tai symbionttisten diatsotrofien välityksellä ja muuttavat typen kasvien käytettävissä olevaan muotoon. Tätä kautta typensidonta vaikuttaa merkittävästi koko ekosysteemin fotosynteesin ja hiilensidonnan tasoon. Diatsotrofit ovat kuitenkin alttiita abioottisten tekijöiden suurelle vaihtelulle, ja aikaisemmat tutkimukset ovat todenneet sen vaikuttavan typensidonnan tasoon. Vain harvat näistä tutkimuksista ovat keskittyneet boreaalisiin minerotrofisiin soihin, joilla rahkasammalet dominoivat, joten halusin selvittää, mitkä ympäristötekijät kontrolloivat typensidonnan aktiivisuutta tällaisessa elinympäristössä. Suurin osa typpeä sitovista bakteereista on heterotrofeja, mutta myös metanotrofien on osoitettu osallistuvan typensidontaan. Sen vuoksi halusin tutkia, onko metaanivuo yhteydessä typensidonnan tasoon. Typen ollessa välttämätön ravinne kasveille halusin myös nähdä, voiko vaihtelu typensidonnan tasossa selittää kasvien kasvua ja tuottavuutta, ja toisaalta, voiko tuottavuus selittää typensidonnan vaihtelua tarjoamalla sille lisää energiaa. Testataksemme näitä yhteyksiä mittasimme typensidontaa asetyleenin pelkistysmenetelmällä Halssiaavalla Sodankylässä. Mittasimme myös ympäristötekijöitä (maan kosteus, maan lämpötila, ilman lämpötila, suhteellinen kosteus, säteily), hiilidioksidi- ja metaanivuota, putkilokasvien peittävyyttä ja rahkasammalten kasvua 20 tutkimusruudulta. Odotin löytäväni korrelaation erityisesti typensidonnan ja maan kosteuden väliltä, sillä aikaisemmat tutkimukset ovat todenneet kosteuden olevan merkittävin typensidontaa säätelevä tekijä. Sain selville, että typensidonta selitti ruutujen välistä vaihtelua putkilokasvien lehtipinta-alassa. Tämä on tärkeä löydös, sillä yhteyttä ei olla todistettu aiemmin. Tulos tukee aiempia löydöksiä typensidonnan ja putkilokasvien fotosynteesin yhteydestä toisiinsa. Ensimmäisten mittausten tulokset osoittivat, että säteily ja potentiaalinen bruttoperustuotanto selittivät typensidontaa. Tämä todistaa typensidonnan riippuvuuden fotosynteesin tarjoamaan energiaan. Vastoin odotuksiani muut tekijät eivät selittäneet typensidontaa, eikä typensidonta selittänyt niitä. Lisätutkimukset sammalten typensidonnasta ovat tarpeen erityisesti ilmastonmuutoksen ja lisääntyvän typpilaskeuman valossa.