Kõrgendatud CO2 ja O3 kontsentratsioonide mõju fotosünteesi parameetritele ameerika haava lehestikus: päevased, sesoonsed ja aastatevahelised erinevused

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone.Inimtegevuse tagajärjel on suurenenud süsinikdioksiidi kontsentratsioon ([CO2]) ja osooni kontsentratsioon ([O3]) maalähedases atmosfäärikihis. Lisaks sellele prognoositakse kliima muutumist heitlikumaks ning esineda võib nii põua- kui liigniiskuse perioode. Kõrgem [CO2] üldjuhul soodustab taimede, sealhulgas puude kasvu, kuna [CO2] tõus põhjustab netofotosünteesi (Pn) suurenemist. Kõrged osooni kontsentratsioonid on puude kasvu ja metsa produktsiooni seisukohalt aga kahjulikud kuna osoon on tugev oksüdeerija, mis kahjustab fotosünteesiaparaati ning põhjustab Pn vähenemist. Pn väärtus näitab, kui palju lehe pinnaühik ajaühikus süsihappegaasi seob ning lehestiku pinnaga korrutatult iseloomustab see süsiniku hulka, mida taim ajaühikus kasvuks kasutada saab. Käesoleva doktoritöö eesmärk oli välja selgitada, kuidas mõjutavad kõrgendatud [CO2] ja/või [O3] kiirekasvuliste lehtpuude fotosünteesi iseloomustavaid parameetreid ning millest need mõjud sõltuvad. Töö tulemusena selgus, et Pn-i tundlikkuses kõrgendatud CO2 ja/või O3 kontsentratsioonidele esinesid nii päevased, sesoonsed kui ka aastatevahelised erinevused. Samuti muutis Pn-i tundlikkust keskkonnastress (põud ja kõrged temperatuurid). Keskkonnastress leevendas osooni negatiivset mõju, aga suurendas CO2 positiivset mõju Pn-le. Üldiselt oli CO2 ja/või O3 mõju Pn-le sügisel suhteliselt suurem kui suvel. Samuti selgus, et CO2 positiivne efekt Pn-le on ajas pigem kasvanud kui kahanenud. Kõrgendatud osooni negatiivne mõju Pn-le on aga jäänud 11 aasta jooksul praktiliselt samasuguseks. Kokkuvõtvalt näitas käesolev uurimistöö, et oluline on eelkõige mitme faktori koosmõju mõistmaks taimes toimuvaid muutuseid globaalselt muutuvas kliimas. Samaaegselt esinevate faktorite kombinatsioonid võivad taimede kasvu ja arengut mõjutada palju enam kui üksik faktor. Kuna muutused netofotosünteesis (aga ka õhulõhede juhtivuses) mõjutavad nii süsiniku sidumist kui vee tarbimist taimede poolt, siis võivad need muutused avaldada märkimisväärset mõju kogu ökosüsteemi süsiniku- ja veeringele. Seetõttu tuleks käesolevas doktoritöös kirjeldatud interaktiivseid mõjusid võtta arvesse ökosüsteemide produktsiooni ja aineringet kirjeldavates mudelites.The consequences of human activities have rapidly increased the concentrations of the main greenhouse gases, atmospheric CO2 ([CO2]) and tropospheric ozone ([O3]). In addition, it is predicted, that the extreme weather conditions can be more frequent: both draught and water-logging can occur. Elevated [CO2] is generally beneficial for plants, because CO2 is a substrate for photosynthesis and causes increases in light-saturated net photosynthesis, Pn. Tropospheric ozone is known to have a negative effect on plant growth and productivity. As a strong oxidant, ozone causes damage to photosynthetic apparatus and decreases Pn. The value of Pn shows the amount of CO2, entering each unit of leaf area per unit of time and Pn, multiplied by leaf area, determines the carbon gain of foliage during time unit. The objective of this thesis was to find out how and why the long-term effects of elevated [CO2] and/or [O3] on photosynthetic responses vary in fast growing hardwood trees. Our findings demonstrate that the photosynthetic responses to increasing [CO2] and/or [O3] are changing in diurnal, seasonal and interannual scales and depend on environmental constraints such as drought and high temperature. Drought and high temperature stress alleviated the negative impact of ozone and increased the positive impact of CO2 on Pn. We found that the relative effects of elevated [CO2] and/or [O3] on Pn were generally more pronounced in autumn compared to summer. These results also provide novel evidence that the [CO2] effect has been increasing rather than decreasing in time, but the negative ozone effect has remained the same over the 11 years of the study. This study highlights the importance of multiple factors in determining the future responses of trees to climate change. The key conclusion of this study is that exposure to combined factors can influence trees even more than exposure to a single factor. As changes in photosynthesis (but also in stomatal conductance) are likely to affect both the ability of plants to sequester carbon, and plant water use, these changes can affect ecosystem carbon- and hydrological cycles. Consequently, interactions discovered in this thesis should be taken into account in models that predict changes in productivity of forest ecosystems and the feed-backs from these changes on climate