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.

Väitöskirjassani selvitän typen kiertoa ojitetuilla turvemailla, turpeen typpipitoisuuden vaikutusta maaperän sieniyhteisön biomassaan ja rakenteeseen, puuston ravinnetilan vaikutusta mykorritsasienen kasvuun sekä mykorritsasienen vaikutusta typen kiertoon. Turvemailla merkittävin ravinnetilaan ja puiden kasvuun vaikuttava ravinne on typpi ja sen eri muodot turpeessa, joskin myös fosforin ja kaliumin tasapaino typen ohella on ojitetuilla turvemailla oleellisen tärkeää. Turvemaat ovat myös merkittävä labiili typen varasto maapallon mittakaavassa. Sienillä ja erityisesti mykorritsasienillä havaittiin olevan tärkeä merkitys turvemailla. Vaikka turpeen kokonaistyppipitoisuus ei vaikuttanutkaan sieniyhteisön diversiteettiin turpeessa, puuston ravinnetilalla ja paikkaan liittyvillä tekijöillä (lämpösumma, turvetekijät, kasvillisuus, suon historia) oli vaikutusta sienilajistoon. Edellä mainitut tekijät vaikuttavat sieniyhteisön kautta typen kiertoon. Puuston fosforin- ja kaliuminpuutos lisäsi mykorritsasienten ulkopuolisen rihmaston määrää lisäten näin hiilen siirtymistä puulta sieniosakkaalle. Lisäksi joillakin sienikumppaneilla osoitettiin olevan jopa enemmän merkitystä männyntaimien kasvuun kuin turpeen kokonaistyppipitoisuudella. Sienten havaittiin vaikuttavan typen kiertoon mutta eri tavoin riippuen sienilajista ja turpeen ravinteisuudesta. Orgaanisen typen muuttuminen ammoniumiksi (nettomineralisaatio) ja typen sitoutuminen biomassaan (bruttoimmobilisaatio) kasvoivat turpeen typpipitoisuuden kasvaessa. Turpeen ammonium määrä vaihteli huomattavasti kasvukauden aikana ja enemmän kuin liukoisen orgaanisen typen (DON) määrä. Boreaalisissa metsissä sienillä on kaksijakoinen tehtävä; lahottajat hajottavat kuollutta orgaanista ainesta vapauttaen ravinteita kasvien käyttöön ja mykorritsasienet muodostavat symbioottisen vuorovaikutussuhteen (sienijuuri eli mykorritsa) kasvien kanssa. Sienillä on tärkeä tehtävä hiilen ja ravinteiden kierrossa turvemailla, missä suuri määrä hiiltä ja ravinteita on sitoutuneena osittain maatuneeseen kasvibiomassaan, pH on alhainen ja puiden ravinteiden otto riippuu mykorritsasta.