Väitös: Testimenetelmä maaperän mikrobiston monimuotoisuuden mittaamiseksi

Suomen ympäristökeskuksessa tehdyssä väitöstutkimuksessaan MMM Milja Vepsäläinen on kehittänyt maaperän monimuotoisuuden mittaamiseen tarkoitetun testisarjan. Testisarjalla mitataan maaperän mikrobien tuottamien entsyymien aktiivisuutta. Entsyymit vastaavat alkuaineiden kierrosta maaperässä, ja niitä mittaamalla päästään arvioimaan maan toiminnallista monimuotoisuutta. Lisäksi menetelmällä saatua aineistoa arvioidaan voitavan käyttää ekosysteemi-indikaattorina. Maaperään liittyvien muuttujien mittausmenetelmille on tarvetta, koska maaperän toiminnallisesta monimuotoisuudesta tiedetään vielä vähän. Aihetta koskeva väitöskirja tarkistetaan 9.11.2012 klo 12 Helsingin yliopiston Viikin Metsätieteiden talossa.

Maaperän mikrobiyhteisöjen lajikirjo on runsas, solujen lukumäärä on valtaisa ja ne katalysoivat monentyyppisiä reaktioita. Gramma maata voi sisältää 10x109 mikrobisolua, kun koko maapallolla asukkaita on 7x109. Lajien määrää, niiden runsaussuhteita ja lajirakennetta on mahdotonta määrittää, joten maaperän entsyymien välittämien reaktioiden laadun ja nopeuden mittaaminen on vaihtoehtoinen tapa mitata mikrobiston monimuotoisuutta.

Väitöskirjatyön tarkoituksena oli kehittää nopea ja herkkä pienen mittakaavan menetelmä usean maaperäentsyymin aktiivisuuden samanaikaiseen mittaamiseen. Menetelmässä hyödynnetään kuoppalevyille kylmäkuivattuja fluoresoivia substraattianalogeja ja mittaus tapahtuu homogenoidusta maalietteestä. Entsyymiaktiivisuustestisarjan käyttökelpoisuutta arvioitiin tekemällä mittauksia eri tavoin käsitellyiltä ja eri kasvilajeja kasvavilta koealoilta otetuista maanäytteistä. Lisäksi tutkittiin näytteenottoajankohdan vaikutusta entsyymiaktiivisuuksiin. Näytteet otettiin pelto- ja metsäalueilla sijaitsevilta tutkimusalueilta kokoomanäytteinä.

Viljelykasvin vaikutus merkittävin maaperäentsyymin aktiivisuuteen

Kahdeksan eri viljelykasvia ja turvelisäys aiheuttivat tilastollisesti merkittäviä muutoksia entsyymiaktiivisuuksiin kahtena perättäisenä näytteenottovuotena. Viljelykasvin vaikutus oli merkittävin, se havaittiin molempina vuosina kahdeksassa mitatussa entsyymissä kymmenestä. Näytteenottovuosi vaikutti kuuteen entsyymiaktiivisuuteen. Turpeen lisäyksen vaikutus oli havaittavissa ainoastaan kaksi vuotta lisäyksen jälkeen. Toisessa koejärjestelyssä viherlannoitus ja kompostoitujen kasvinosien lisääminen hieman nostivat entsyymiaktiivisuuksia verrattuna kemialliseen lannoitukseen, mutta vaikutus oli vaihtelevaa. Orgaanista ainetta kohden lasketut entsyymiaktiivisuudet olivat metsämaassa viljelymaata korkeammat ja lisäksi lepän vaikutusalueella koholla verrattuna mäntymetsään.

Tulosten käsittelyssä hyödynnettiin klusterianalyysiä, joka yhdistää kaikkien mitattujen muuttujien tiedot. Klusterointi ryhmittelee näytteet, vaikka yksittäiset mittaukset eivät eroaisikaan toisistaan tilastollisesti merkittävällä tasolla, ja vaikka tulosten välillä olisi korrelaatioita. Monipuolinen klusterianalyysiohjelmisto kehitettiin Suomen ympäristökeskuksessa tämän tutkimushankkeen yhteydessä.

Maaperämikrobiologisten mittareiden kehittäminen on edelleen haastavaa lajiston monimuotoisuuden ja sen välittämien toimintojen laajan kirjon vuoksi. Tulosten tulkinta vaatii yleensä vertailukelpoisen kontrollinäytteen. Tässä tutkimuksessa kehitettyä menetelmää voidaan hyödyntää herkkänä maaperän monimuotoisuuden mittarina. Työn kokeellinen osuus toteutettiin Tekesin rahoituksella SYKEn laboratoriossa ja yhteenvedon kirjoittaminen ulkopuolisena tutkijana luontoympäristökeskuksen ekosysteemimuutosyksikössä.

Lähde: SYKE
Kuva: Mäntykankaan humuskerroksen näytteenottoa. Kuva: Maarit Niemi