Puiden ja varpujen juurten lajikohtainen massasuhteiden määrittäminen infrapunaspektroskopian avulla

Juurten ja erityisesti hienojuurten tuotos on suuri osa kasvien koko tuotoksesta. Juurten todellinen tuotos on kuitenkin huonosti tunnettu, sillä sen tutkiminen nykyisillä menetelmillä on hankalaa sekä aikaa vievää. Ekosysteemien kokonaisvaltaiseksi ymmärtämiseksi olisi kuitenkin tärkeää saada lisää tietoa juurista ja niiden ekologiasta. Laajempaa tietoa juuristosta voitaisiin hyödyntää mm. kattavampien ekosysteemimallien rakentamisessa. Perinteisiä juuritutkimusmenetelmiä nopeammassa ja yksikertaisemmassa menetelmässä voidaan käyttää hyväksi lähiinfrapunaspektroskopiaa (NIRS). NIRS:a on jo vuosia hyödynnetty maatalouden sekä ravintoteollisuuden piirissä. Sen avulla on määritetty eloperäisten ja keinotekoisten materiaalien sisältöä. Ekologisen tutkimuksen piirissä infrapunaspektroskopian mahdollisuuksia on tutkittu viime aikoina, mutta menetelmän toimivuutta ole vielä varmistettu. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää onko mahdollista luoda infrapunaspektriaineistolle kalibrointimallit juurten lajikohtaiseen massasuhteiden määrittämiseen. Aluksi luotiin kalibrointimallit esikäsittelemättömälle aineistolle. Ne todettiin toimiviksi ja niitä lähdettiin parantamaan matemaattisilla esikäsittely vaihtoehdoilla. Malleja testattiin myös eri mallinnusmenetelmillä menetelmillä. Lopuksi testattiin vielä juurten läpimitan vaikutusta mallien toimivuuteen. Juurten massasuhteiden määrittämisessä haluttiin tutkia myös niin että näytteissä oli taustamateriaalia. Tässä tutkimuksessa taustamateriaalina käytettiin turvetta. Juuret kerättiin Lopen Kalevansuolta kesällä 2008. Mukaan otettiin 8 kasvilajia. Juuret pestiin ja luokiteltiin läpimittaluokkiin 0 - 2 mm, 2 – 5 mm ja 5 – 10 mm. Taustamateriaalina käsitelty turve kerättiin Oriveden Lakkasuolta. Nämä materiaalit ilmakuivattiin ja jauhettiin tasaiseksi jauheeksi. Läpimittaluokkien 0 - 2 mm ja 2 – 5 mm sekä yhdistelmä luokan 0 – 5 mm jauheista koostettiin eri lajeja eri massasuhteissa sisältäviä näytteitä, joista mitattiin lähi-infrapunaspektrit. Spektriaineistolle etsittiin parhaat esikäsittelymenetelmät, minkä jälkeen luotiin läpimittaluokkakohtaiset kalibrointimallit PLS1- ja PLS2-menetelmillä. Tutkimuksessa luotuja kalibrointimalleja voidaan pitää suorituskykyisinä käytetyn vertailuaineiston laajuudessa. Mallinnusmenetelmien ja läpimittaluokkien kalibrointimalleja vertailtaessa havaittiin, että suorituskykyisimmät mallit saatiin läpimittaluokalle 0 - 5 mm St-Golayn ensimmäisen derivaatan esikäsittelyllä PLS1-menetelmällä. Samoilla erikäsittelyillä PLS2- menetelmällä saadaan tunnusluvuiltaan hieman heikommat, mutta yhtä käyttökelpoiset mallit. Infrapunaspektroskopiaa voidaan tämän tutkimuksen perusteella suositella käytettäväksi juurten lajikohtaisten massasuhteiden määrittämiseen. Nyt luodut kalibrointimallit ovat varmuudella suorituskykyisiä vain vertailuaineistonsa laajuudessa, mutta niitä voidaan käyttää pohjana laajempien mallien rakentamisessa