Mycorrhizal fungi and nitrogen dynamics in drained peatland

Fungi have a fundamental role in carbon and nutrient transformations in the acids soils of boreal regions, such as peatlands, where high amounts of carbon (C) and nutrients are stored in peat, the pH is relatively low and the nutrient uptake of trees is highly dependent on mycorrhizae. In this thesis, the aim was to examine nitrogen (N) transformations and the availability of dissolved N compounds in forestry-drained peatlands, to compare the fungal community biomass and structure at various peat N levels, to investigate the growth of ectomycorrhizal fungi with variable P and K availability and to assess how the ectomycorrhizal fungi (ECM) affect N transformations. Both field and laboratory experiments were carried out. The peat N concentration did not affect the soil fungal community structure within a site. Phosphorus (P) and potassium (K) deficiency of the trees as well as the degree of decomposition and dissolved organic nitrogen (DON) concentration of the peat were shown to affect the fungal community structure and biomass of ECMs, highlighting the complexity of the below ground system on drained peatlands. The biomass of extrametrical mycorrhizal mycelia (EMM) was enhanced by P and/or K deficiency of the trees, and ECM biomass in the roots was increased by P deficiency. Thus, PK deficiency in drained peatlands may increase the allocation of C by the tree to ECMs. It was also observed that fungi can alter N mineralization processes in the rhizosphere but variously depending on fungal species and fertility level of peat. Gross N mineralization did not vary but the net N mineralization rate significantly increased along the N gradient in both field and laboratory experiments. Gross N immobilization also significantly increased when the peat N concentration increased. Nitrification was hardly detectable in either field or laboratory experiments. During the growing season, dissolved inorganic N (DIN) fluctuated much more than the relatively stable DON. Special methodological challenges associated with sampling and analysis in microbial studies on peatlands are discussed.

Mykorritsa fosforin kierrättäjänä

Suomen maatalousmaihin kertynyttä fosforia hyödynnetään tehottomasti, ja samalla muokkauskerroksen suuri fosforimäärä on alttiina huuhtoutumiselle. Arbuskelimykorritsaa (AM) hyödyntämällä on mahdollista tehostaa viljelykasvin fosforinottoa ja kasvua, ja siten vähentää fosforin huuhtoutumista. Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää mykorritsan vaikutus kasvin kasvuun ja fosforinottoon karjanlantalannoituksella mineraalilannoitukseen verrattuna sekä näiden lannoitusten pitkäaikaisvaikutusta AM-sieniyhteisöihin. Jotta lannoituskäytäntöjen vaikutus mykorritsaan voitiin suhteuttaa muihin maan laatutekijöihin, näiden käytäntöjen vaikutus myös satomääriin sekä muihin maan laatumittareihin arvioitiin. Pitkäaikainen kenttäkoe perustettiin kolmelle paikkakunnalle Pohjois-Ruotsissa vuosina 1965–66. Kuusivuotinen viljelykierto koostui joko viisivuotisesta nurmesta ja ohrasta tai ohramonokulttuurista. Lannoituskäsittelyt 32-vuoden ajan olivat suositusten mukainen (NPK) ja edelliseen nähden kaksinkertainen (2NPK) mineraalilannoitus sekä karjanlantalannoitus (KL), jonka ravinnemäärä vastasi NPK -käsittelyä. Kolmen lannoituskäsittelyn vaikutusta mykorritsan tehokkuuteen kasvin kasvun ja fosforiravitsemuksen näkökulmasta tutkittiin astiakokeissa. Mykorritsasieniyhteisöjen toiminnallisten erojen selvittämiseksi tehtiin takaisin- ja ristiinsiirrostuskoe. (5 v-%) steriloitua maanäytettä NPK- ja KL -käsittelyistä siirrostettiin käsittelemättömiin maanäytteisiin, jotka olivat samoista lannoituskäsittelyistä. Mykorritsan positiivinen vaikutus kasvin kasvuun ja fosforiravitsemukseen oli suurin kun käytettiin karjanlantaa. NPK ja 2NPK -käsittelyiden välillä ei havaittu eroja. Takaisin- ja ristiinsiirrostuskokeessa ei ollut tilastollisesti merkitseviä eroja. Nurmi- ja ohrasadot olivat suurimmat kun mineraalilannoitetta annettiin suosituksiin nähden kaksinkertainen määrä. Satomäärät olivat yhtä suuret tai suuremmat kun käytettiin karjanlantaa NPK –lannoituksen sijaan. Karjanlantakäsittely lisäsi maaperän kokonaishiili- ja kokonaistyppipitoisuutta verrattuna NPK -käsittelyyn, joka sisälsi saman määrän ravinteita. Samalla huuhtoutumiselle altis liukoisen fosforin pitoisuus säilyi alhaisella tasolla. Karjanlanta edisti mykorritsan toimintaedellytyksiä, ja siksi mykorritsasta saatua hyötyä fosforinotossa ja kasvuvaikutuksena mineraalilannoitteisiin verrattuna, mutta se ei vaikuttanut mykorritsasieniyhteisön toiminnallisiin ominaisuuksiin. Karjanlantalannoitus paransi mitattuja maan ominaisuuksia kokonaisuudessaan, eikä se vähentänyt satoja.