Dynamics of sugar concentrations in Norway spruce (Picea abies L.) during drying-wetting cycles : the role of soil hydraulic conductivity

Kuivuuden vaikutuksia puiden fysiologiaan on tutkittu paljon, mutta monet kuivuudesta aiheutuvat mekanismit ja reaktiot ovat edelleen tuntemattomia tai heikosti ymmärrettyjä. Tässä tutkielmassa tutkin puun sokeridynamiikkaa kuivumis-kastumissyklin aikana sekä maan hydraulisen johtavuuskyvyn vaikutusta koetun kuivuuden vakavuuteen. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, vapauttaako kuusi sokereita ympäröivään liuokseen tai maaperään kuivuuden loputtua äkillisesti sekä kumpi vaikuttaa enemmän kuivuuden vakavuuteen, maan vedenjohtokyky vai vesipotentiaali. Tein kokeen viidellä metsäkuusen taimella loka-marraskuussa 2016. Taimet olivat ensin vedessä, mistä ne siirrettiin -0,5 MPa vahvuiseen PEG-liuokseen 24 tunniksi. Tämän jälkeen ne siirrettiin takaisin veteen. Sokerinäytteet otettiin sekä vedestä että PEG:stä, juurista ja neulasista kerran nestevaiheen aikana. Osmolaalisuusnäytteet otettiin tämän vuoden neulasista ja vesipotentiaalinäytteet otettiin juurista ja tämän vuoden neulasista puolen tunnin välein päiväsaikaan. Kaasujen vaihtoa mitattiin jatkuvasti Walz GFS-3000 mittalaitteella. Neulasten osmolaalisuus ei muuttunut kokeen aikana. Myöskään fotosynteesi- ja transpiraatiotahti eivät muuttuneet merkittävästi. Neulasten sokeripitoisuus lisääntyi merkittävästi kokeen aikana kun taas juurten sokeripitoisuus väheni merkittävästi. Nesteiden sokeripitoisuus ei muuttunut. Taimet eivät siis erittäneet sokereita liuokseen kuivuuden päätyttyä. Taimet eivät näyttäneet reagoivan PEG:llä aiheutettuun kuivuuteen voimakkaasti. Tulokset tukivat hypoteesiani siitä, että maan veden johtavuuskyky vaikuttaa kuivuuden vakavuuteen enemmän kuin maan absoluuttinen vesipotentiaali.The physiological effects of drought on trees has been studied excessively but many of them remain unclear. In this thesis I studied tree sugar dynamics under drying-wetting cycle as well as the role of soil hydraulic conductivity on how trees experience drought. I experimented with five Norway spruce seedlings in October and November 2016. The seedlings were in water after which they were put in to PEG solution of -0.5 MPa for 24 h and then transferred back to water. Sugar samples were taken from liquids, needles and roots once for every phase. Osmolality samples were taken from current year needles and water potential samples were taken from current year needles and roots every half an hour during day time. Continuous gas exchange measurements were done with Walz GFS-3000. There was no change in osmolality and no significant change in photosynthesis or transpiration rate. For sugar concentrations there was significant increase of non-structural carbohydrates in needles and significant decrease in roots. There was no change in sugar concentration in liquid. Overall impression was that trees did not suffer much from the PEG treatment. The results supported my hypothesis that changes in soil hydraulic conductivity are more important to effects of drought than changes in soil water potential