The contribution of root biomass to soil C and N accumulation under evergreen and deciduous trees in urban parks

Yli puolet maailman väestöstä asuu kaupunkialueilla. Kaupungistuminen ja kaupunkien hajaantuminen vaikuttavat kaupunkiympäristöihin ja niiden tarjoamiin ekosysteemipalveluihin. Kaupunkien viheralueiden kasvillisuus on yksi tärkeimmistä ekosysteemipalveluiden tuottajista. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että kasvien toiminnallinen ryhmä ja puistojen/puiden ikä vaikuttaa maaperän ominaisuuksiin kaupunkiympäristössä. Tietämys kasvien juuriston vaikutuksesta ekosysteemipalveluihin on kuitenkin vähäinen. Tässä opinnäytetyössä keskityin tutkimaan puiden juuribiomassan vaikutusta maaperän hiilen ja typen kertymiseen havu- ja lehtipuiden läheisyydessä kaupunkiympäristössä. Samalla selvitin, miten maaperän ominaisuudet vaihtelevat puutyypin ja puiston/puiden iän suhteen ja miten näytteenottoetäisyys rungosta mitattuna vaikuttaa puiden juuribiomassan ja maaperän ominaisuuksiin. Maanäytteet kerättiin viideltä etäisyydeltä: 1) latvuston alta (rungon ja latvuston reunan puolivälistä), 2) latvuston reunasta, ja 3)–5) 1 m välein latvuston reunasta alkaen. Näytteenottogradientteja oli kolme kutakin puuyksikköä (yhteensä 30) kohti. Maanäytteet kerättiin kahteen toiminnalliseen tyyppiin kuuluvien puiden vaikutuspiiristä: ikivihreiden (enimmäkseen kuusia, Picea abies (L.) H. Karst.) ja lehtipuiden (lehmus, Tilia x europaea L.). Näytteenotto tehtiin nuorissa (n. 15 vuotta) ja vanhoissa (>70 vuotta) kaupunkipuistoissa Lahdessa ja Helsingissä. Tulokset osoittavat nuorilla puilla olevan suurempi juuribiomassa kuin vahoilla puilla, kuusilla lehmuksia suurempi. Juuribiomassa korreloi positiivisesti maaperän orgaanisen aineksen, maaperän hiilen ja maaperän typen kanssa. Etäisyys rungosta mitattuna vaikutti sekä juuribiomassaan että maaperän ominaisuuksiin niin nuorissa kuin vanhoissa puistoissa. Kasvien toiminnallinen tyyppi vaikutti maaperän orgaaniseen ainekseen, maaperän hiileen, C/N-suhteeseen ja happamuuteen, mutta ei maaperän typen pitoisuuteen. Puutyypistä riippumatta maaperän ominaisuudet vaihtelivat vanhoilla puilla vähemmän kuin nuorilla puilla testausetäisyyksien välillä. Maan kokonaishiilipitoisuus oli vanhojen kuusien alla korkeampi kuin nuorilla kuusilla, kun taas lehmuksilla puun iän vaikutus maan hiileen oli vähäisempi. Maan kokonaistyppipitoisuus oli molemmilla puulajeilla korkeampi vanhoissa puistoissa kuin nuorissa puistoissa. Tutkimukseni tuotti uutta tietoa puistopuiden juuriston vaikutuksesta puistomaaperän hiili- ja typpivarantoihin. Aiempaa, tutkimukseen perustuvaa tietoa siitä, kuinka kauas puiden juuristovaikutus ulottuu, ei ole: tutkimukseni täytti tämän tietoaukon. Tulokseni osoittavat, että puiden juuristo on tärkeä komponentti kaupunkipuistojen hiilivarannoissa. Osoitin tutkimuksessani myös sen, että puiston ja puiden iällä on selvä vaikutus puistomaaperän ominaisuuksiin. Merkittävä osa kaupunkikasvillisuuden tuottamista ekosysteemipalveluista näyttäisi tutkimustulosteni valossa tapahtuvan maan alla.More than half of the global population lives in urban areas. Urban sprawl and densification have affected urban ecosystems and the services they provide. Urban vegetation is one of the most important providers of ecosystem services. Previous studies have shown that plant functional type and age of parks/trees affect soil properties in urban environments. However, knowledge on the effects of plant roots on ecosystem services is limited. In this thesis I focused on exploring the contribution of root biomass to soil carbon and nitrogen accumulation under evergreen and deciduous trees in urban greenspaces. In addition, I explored how soil properties differ based on tree type and age of the park/tree, and how sampling distance from the tree affects root biomass and soil properties. Soil samples were taken at five distances: 1) under the canopy (midway between the trunk and the canopy edge), 2) at the canopy edge, and 3)–5) 1 m apart, starting from the canopy edge. This transect of five distances was replicated three times per tree (30 trees in total). Trees belonging to two functional types were sampled, evergreen (mostly Norway spruce, Picea abies (L.) H. Karst.) and deciduous (Linden, Tilia x europaea L.) trees. Sampling was done in young (ca. 15 years) and old (>70 years) urban parks in Lahti and Helsinki. The results show higher root biomass under young trees than old trees, and spruces had higher root biomass compared to lindens. Root biomass was positively correlated with soil organic matter, soil carbon and soil nitrogen. Sampling distance from the tree affected both root biomass and soil properties in young and old parks. Plant functional type affected soil organic matter, soil carbon, C/N ratio and acidity, but not soil nitrogen. Irrespective of tree type, soil properties varied less in old parks than in young parks between the sampling distances. Soils under old spruces had higher total carbon content compared to young spruces, whereas for lindens, tree age affected soil carbon less on. Total nitrogen content was higher in old parks than in young parks for both tree types. My study provides new information about how park tree roots affect urban park soil carbon and nitrogen accumulation. There are no previous studies on how far this root effect extends, and my study fills this knowledge gap. My results show that tree roots are an important factor in urban park carbon stocks. I also showed that age of the park/tree has an evident effect on urban soil properties. In the light of my research findings, it seems that a significant portion of ecosystem services provided by urban vegetation is produced underground