CONTENTS &
ABSTRACTS
In
English. Summaries in Estonian
Proceedings of the Estonian Academy of Sciences.
Biology. Ecology
Volume 55 No. 2
June 2006
Special issue
on effects of
industrial wastes on
forest
Preface;
89–90
Malle
Mandre
Influence of
wood ash on soil chemical composition and biochemical parameters of young Scots pine; 91–107
Malle
Mandre
Abstract. Short-term effects of different doses (0.25 and 0.5 kg m–2) of wood ash fertilization in a field experiment in a 20-year-old Scots pine stand on a nutrient-poor sandy soil (Arenosol) was studied in North Estonia. Soil chemical properties, nutrient accumulation, soluble carbohydrates, starch, hemicellulose, cellulose, and lignin were used as biochemical indicators for the assessment of the state of trees from 2000 until 2005. Changes in the soil upper horizon (30 cm) showed an increase in the pH and in the concentrations of K, Ca, B, Mg, and other elements, except N, after treatment. Statistical relationships were found between the doses of wood ash used in the treatment and the mineral composition of the soil. Changes in soil properties brought about changes in nutrient accumulation into trees and the needle diagnosis showed an essential increase in the K, Mg, Fe, Mn, and Zn concentrations in needles. No statistically significant changes were observed in the concentrations of soluble carbohydrate (tendency to decrease), starch (tendency to increase), and structural carbohydrates, but a somewhat higher accumulation of cellulose and lignin was registered in the needles of Scots pine. The effect of wood ash on carbohydrate metabolism and lignin synthesis seemed to depend on the seasonal development stage of needles and climatic conditions.
Key words: wood ash, Pinus sylvestris, soil, needles, nutrients, soluble carbohydrates, starch, hemicellulose, cellulose, lignin.
Puutuha toime
mulla keemilisele koostisele ja noorte männipuude biokeemilistele näitajatele
On esitatud andmed erinevas koguses puutuhaga (0, 0,25 ja 0,5 kg m–2) väetamise tagajärjel toimunud muutustest 20-aastase männipuistu (Põhja-Eesti, Harju maakond, Luige) mulla keemilises koostises ja puude okaste biokeemilistes näitajates (mineraalelemendid, lahustuvad süsivesikud, tärklis, hemitselluloos, ligniin). Puutuha mõju mulla happesusele ja toiteelementide sisaldusele on hinnatud alates eksperimendi algusest 2000. aastal ja selgitatud muutuste ajaline iseloom mulla ülemises, 30 cm paksuses kihis. On selgunud, et puutuhaga töödeldud muldades tõuseb vastavalt kasutatud puutuha doosidele mulla pH ja suureneb K, Ca, B ja Mg kontsentratsioon. Mulla leelistumisega kaasneb N-i kontsentratsiooni langus. Okkadiagnostika on näidanud, et muutused puude toitekeskkonnas põhjustavad mitmete toiteelementide akumulatsiooni intensiivistumist (K, Mg, Fe, Mn, Zn) kudedesse. Kuigi okastes on tõusnud mitmete süsivesikute ainevahetust mõjutavate elementide sisaldus, pole täheldatud statistiliselt olulisi erinevusi lahustuvate süsivesikute ja tärklise sisalduses, mille puhul võib rääkida vaid muutuste tendentsidest. Küll aga on puutuhaga mõjutatud männiokastes suurenenud tselluloosi ja ligniini kontsentratsioon, mille varieeruvus kontrollist sõltub okaste vanusest, arengustaadiumist ja klimaatilistest tingimustest aasta erinevatel perioodidel.
Radial
growth of conifers in regions of different cement dust loads; 108–122
Henn Pärn
Abstract. The climate–growth relationships and the variation of the radial growth of Oxalis–Myrtillus-site type Norway spruce and Scots pine stands in conditions of different cement dust loads were investigated. The climate–growth relationships were studied during the period from 1946 to 2004. The variation of the mean tree-ring width was studied during three time periods, from 1941 to 1965, from 1966 to 1991, and from 1992 to 2004, characterized by different dust pollution loads. For the investigation of the variations in radial growth during the succeeding time periods the average tree-ring widths were computed for each time period and these were compared with the average ring width in the first, 1941–1965 period. Dendrochronological methods were used. Two study sites, Kunda (2.5 km east of the emission source) and Malla (5.0 km east), are directly influenced by the dust emissions of a cement plant. Other two study sites, Eru (38 km west) and Revoja (34 km west), are situated on a relatively unpolluted area and served as control sample sites. The relationships between the radial growth and climate were almost similar on control and dust polluted sites. The climatic variables that had a significant effect on the radial growth of Norway spruce at both control and polluted sites were the temperature and precipitation of summer months of the current and preceding years. The pine stands growing under dust pollution were characterized by a significant positive impact of the current summer temperature on the radial growth. No precipitation variable having a significant effect on the radial growth of pines at all sites was found. The cement dust emissions had a small negative effect on the radial growth of spruce stands. A significant negative effect of the cement dust on the radial growth of pine stands during the period of large amounts of dust emission (1966–1991) was detected. The decrease in the dust emissions from 1992 improved the growth conditions at pine stand sites.
Key words: Norway spruce, Scots pine, dust pollution, climate, radial growth.
Okaspuude
radiaalkasv tsemenditolmu saastekoormuse erinevates tingimustes
On uuritud, kas ja kuidas mõjutavad tsemenditolmu erinevad saastekoormused hariliku männi ja hariliku kuuse radiaalkasvu. Et kindlaks teha kliimategurite mõju võimalik erinevus puude radiaalkasvule tolmusaaste erinevates tingimustes, on uuritud ka radiaalkasvu ja kliima vahelisi seoseid. Uurimispiirkonnaks on valitud tsemenditehase Kunda Nordic Cement piirkond.
Tsemenditolmu mõju radiaalkasvule on uuritud kolme perioodi jooksul: 1941–1965 (mõõdukas tolmusaaste), 1966–1991 (kõrge tolmusaaste) ja 1992–2004 (madal tolmusaaste). Uurimisobjektideks on valitud jänesekapsa-mustika kasvukohatüübi hariliku männi ja hariliku kuuse puistud neljal proovialal. Vahetu tolmusaaste piirkonnas asuvad Kunda ja Malla prooviala paiknevad tehasest vastavalt 2,5 ja 5 km kaugusel ida suunas. Kontrollalad Erus ja Revojal paiknevad suhteliselt tolmusaastevabas piirkonnas vastavalt 38 ja 34 km kaugusel tehasest lääne suunas.
Eelnenud perioodiga võrreldes vähenes kuuskede keskmine aastarõnga laius perioodil 1966–1991 kõige enam Eru (46,3%) ja Malla (56,2%) proovialal. Suhteliselt tagasihoidlik Kunda prooviala kuusiku juurdekasvu vähenemine sel perioodil, võrreldes teiste proovialadega, näitab tolmusaaste vähest mõju kuuskede kasvule. Viimasel uuritaval perioodil (1992–2004) vähenes aastarõngaste keskmine laius kontrollproovialadel ühtlaselt ja suhteliselt vähe (10–12%). Seega võib järeldada, et tolmusaaste mõju kuusikute radiaalkasvule ei olnud üldine ja tugev, kuigi juurdekasvu paranemine Malla proovialal tolmuemissioonide vähenemise perioodil viitab siiski teatava mõju esinemisele.
Männikute puhul vähenes aastarõngaste keskmine laius Kunda ja Malla proovialal perioodil 1966–1991 oluliselt rohkem kui kontrollaladel. Vastupidi, tolmusaaste tunduva vähenemise perioodil vähenes aastarõngaste keskmine laius oluliselt rohkem kontrollalade männikute puhul.
Needle
carbohydrate concentrations in Norway spruce as affected by wood ash
application to soil; 123–136
Jaan Klõšeiko, Malle Mandre, and Reet Korsjukov
Abstract. Sandy soil in a tree nursery was treated with wood ash (0.25, 0.5, or 1.0 kg m–2, untreated for control). The influence of different treatments on the carbohydrate concentration and dynamics in needles was estimated. The increase in the pH of soil due to wood ash application correlated with the reduction in the needle hexoses (glucose and fructose). The ratio of fructose to glucose in treated trees often exceeded 2–3 times the respective hexose ratio in untreated trees. The sucrose concentration was not significantly influenced by the soil pH and wood ash. The starch concentration tended to be smaller in treated trees. The results suggest that carbohydrate reserves in needles could be reduced by wood ash during the growing period. The accumulation of soluble carbohydrates by winter did not depend on the treatment.
Key words: alkaline soil, biochemical markers, fructose, glucose, starch, sucrose.
Kuuseokaste
süsivesikute sisalduse sõltuvus mulla töötlemisest puutuhaga
Katsealal töödeldi mulda puutuhaga (0,25, 0,5 ja 1,0 kg m–2, töötlemata mulla ala kasutati kontrolliks) ja hinnati töötluste mõju hariliku kuuse (Picea abies L.) okaste süsivesikute sisaldusele ja dünaamikale. Mulla pH-väärtuse suurenemine töödeldud aladel korreleerus heksooside (glükoosi ja fruktoosi) sisalduse vähenemisega okastes. Töödeldud mullal kasvanud puudes ületas fruktoosi ja glükoosi suhe vastavat näitu töötlemata puudes 2–3 korda. Sahharoosi sisalduses olulisi erinevusi ei leitud. Kasvuperioodi jooksul võib puutuhk vähendada süsivesikute varusid okastes. Süsivesikute sisaldus talvel ei sõltunud puutuhaga töötlemisest.
Scots pine (Pinus
sylvestris L.) and its habitat in Muraka bog under the influence of wastes from the Narva power plants (North-East Estonia); 137–148
Katri Ots and Vaike
Reisner
Abstract. Needle mass per area, nutrients, and
stem radial increment of Scots pines (Pinus sylvestris L.) growing in a bog in the
influence zone of the Narva thermal power plants, NE
Estonia, were studied. Needles growing in the crown at a height of
3 m from ground had a considerably greater mass per area than those at a height of 1.5 m. From 1892 to
1963 the radial increment of pines in the bog was relatively stable. Great
changes occurred in 1964–2004: sudden decreases of radial increment alternated
with periods of increasing radial increment. Needles growing in the middle part
of the crown exposed to pollution fluxes have 1.1–1.4 times higher nutrient
concentrations than needles formed at a lower level of the crown.
In the control area in SW Estonia away from industrial pollutants no
statistically significant differences in the mineral content between needles
growing in different crown layers were observed.
Key words: air
pollution, element concentrations, needle mass, peatland, Pinus sylvestris L., radial increment.
Narva
elektrijaamade saaste mõju harilikule männile (Pinus sylvestris L.)
ja kasvukohale Muraka rabas (Kirde-Eesti)
Tulenevalt kasvavast inimmõjutusest on toimunud muutused rabade veerežiimis ja ökosüsteemi keemilises koostises, mis omakorda on mõjutanud rabamännikute kasvu ja arengut. Artiklis on käsitletud hariliku männi (Pinus sylvestris L.) seisundit õhusaastele tundlikus rabakoosluses: Narva elektrijaamade mõjupiirkonnas Muraka rabas (Kirde-Eesti) ja suhteliselt saastepuhtas Tolkuse rabas (Edela-Eesti). Võrdlusanalüüsidega on selgitatud muutused turbas ning rabavees ja männiokaste pindtiheduses, minaraalainete sisalduses ning radiaalses juurdekasvus.
Muraka
raba toiterežiimi on aastakümneid mõjutanud Ida-Virumaa kõrgete korstnatega
soojuselektrijaamadest suurtele aladele emiteeruv leeliseline toitainerikas lendtuhk. Rabale iseloomulik happeline
keskkond on muutunud seetõttu leeliselisemaks. Täheldatavad on muutused rabavee
ning -turba ja rabamändide morfoloogias
ning füsioloogilises seisundis. Täheldatav on, et Narva elektrijaamade mõjupiirkonda
jääva Muraka raba turbas on Tolkuse rabaga (asub Edela-Eestis tööstuslikest saasteallikatest eemal) võrreldes
ladestunud oluliselt suuremas koguses
fosforit, kaaliumi ja kaltsiumi (erinevus vastavalt 2,7, 5,3 ja 1,9 korda)
(joon 2).
Võrdlusanalüüs näitab, et Muraka raba männiokaste
pindtiheduse näitajad on maapinnast 3 m kõrgusel võras kasvavatel okastel
paremad kui maapinnast 1,5 m kõrgusel.
See on seletatav paremate valgustingimustega rabamänni võra keskosas, kuid
võras kõrgemal kasvavate okaste suurem elementide sisaldus võib viidata
kokkupuutele toitainerikka lendtuhaga ja seega paremale kasvule.
Kui aastatel 1892 kuni 1963
võis täheldada suhteliselt stabiilset Muraka raba mändide radiaaljuurdekasvu
trendi, siis perioodil 1964–2004 toimus hüppeline muudatus: puude juurdekasvu järsud
langusperioodid vaheldusid jõudsate kasvuperioodidega.
Halb lämmastikuga varustatus kutsub esile nii
lehepinna kui ka netoassimilatsiooni vähenemise lehepinna ühiku kohta (Raid
1996), mis võib selgitada suurema lämmastikusisaldusega okaste suuremaid
mõõtmeid (okaste pindtihedus ja jämedus) maapinnast 3 m kõrgusel võras,
võrreldes võra alumises kihis kasvavate okastega Muraka rabas. Muraka rabas
saastevoogudele hästi eksponeeritud võra keskosas kasvavad okkad
sisaldavad 1,3 korda rohkem fosforit ning kaaliumi ja 1,4 korda rohkem
kaltsiumi kui võra alumises kihis formeerunud okkad (joon 5). Tolkuse
rabamändide erinevates võrakihtides kasvavate okaste minaraalainete sisalduses statistiliselt usaldatavat
erinevust pole täheldatud.
Influence of cement clinker dust on carbohydrates in
needles of Scots pine shortly after the application; 149–159
Jaan Klõšeiko and
Mari Tilk
Abstract. Clinker dust could be used as an amendment of forest soils to improve the nutrition of trees. Soil pH, needle carbohydrates (glucose, fructose, sucrose, starch), and chlorophyll fluorescence (Genty parameter) were measured about two months after the application of 0.5 kg clinker dust m–2 and in a reference treatment with a slow release N, P, K, Mg fertilizer in a Scots pine plantation. The spatial variation of the soil pH values between the sampling locations and soil layers was not increased by the clinker dust treatment although small-scale heterogeneity in the distribution pattern of dust was observed. The photosynthetic parameters were measured by chlorophyll fluorescence and were not affected by treatments. Dust and fertilizer reduced significantly the concentration of hexoses (glucose + fructose) in 1-year-old needles.
Key words: fructose, glucose, nutrient recycling, soil liming, starch, sucrose.
Klinkritolmu
varane mõju hariliku männi okaste süsivesikute sisaldusele
Klinkritolmu kasutamine metsamuldade töötlemiseks on perspektiivikas puude toitumistingimuste parandamise ja klinkritolmu kui heitme käitlemise seisukohalt. Kuna klinkritolm on leeliseline, siis vahetult pärast selle laotamist võivad suureneda pH-väärtuse erinevused mullas, kus ülemistes kihtides pH suureneb ja alumistes väheneb. Mulla töötlemisega kaasneb puude toitumistingimuste järsk muutus ja pole teada, kas domineerivaks on stressi tekitavad pH-muutused või klinkritolmus sisalduvad ja puude seisundit parandavad mineraalained. Artikli eesmärgiks on selgitada, milline on klinkritolmu varane mõju hariliku männi seisundile happelisel ja toitainevaesel mullal nõmmemännikus. Kaks kuud pärast klinkritolmu laotamist (0,5 kg m–2) mõõdeti mulla pH-d (1–3 ja 3–5 cm sügavusel). Puudel hinnati fotosünteesi omadusi klorofülli fluorestsentsi abil, võrsete kasvu ja süsivesikute sisaldust 1-aastastes ning jooksva aasta vanuseklassi okastes. Kontrollrühm kasvas töötlemata mullal. Klinkritolm avaldas olulist mõju ainult mulla reaktsioonile ja heksooside (glükoos + fruktoos) sisaldusele 1-aastastes okastes. Mulla pH oli klinkritolmuga töödeldud rühmas keskmiselt 0,5 ühikut väiksem kontrollrühma vastavast näitajast. Eeldatud pH erinevuste suurenemist kihtide ja proovivõtmiskohtade vahel ei leitud. Heksooside sisaldus okastes oli kontrollist väiksem. Arvestades, et sahharoosi ning heksooside suhe korreleerus võrsepikkusega ja võrreldes klinkritolmu mõju N-, P-, K- ja Mg-väetise mõjuga järeldati, et klinkritolmu summaarne toime esimeste kuude jooksul oli pigem puude seisundit parandav kui stressi põhjustav.
Effect of fertilization with wastewater sludge on the
development of Betula pendula seedlings under experimental conditions; 160–172
Jaan Pikka
Abstract. The aim of the experiments was to elucidate the influence of the treatment of alvar and peaty soils with different doses of wastewater sludge on the development of seedlings of silver birch (Betula pendula) under experimental conditions. Sludge from Tallinn Wastewater Treatment Plant used had passed methane fermentation and centrifugal drying. The content of dry matter in the sludge was 50.7%. The concentration of nutrients in the sludge was high: N 2.06%, P 2.76%, and K 0.28%. The experiments were conducted on the territory of Tallinn Botanical Garden. For experiments 10 L plastic pots containing soil and peat mixtures with different concentrations of wastewater sludge (8.9; 26.6, and 44.3 kg/m2 d.m.) and control variants were used.
As a rule, treatment with sludge causes stress in seedlings during the period after planting inhibiting their growth and development. As compared to peat substrates, mineral soils are notably more sensitive towards treatment with wastewater sludge, and stress in plants in the first year is caused by considerably smaller doses of sludge. In spring 2005 the variant with 5 kg wastewater sludge added to soil per pot died completely; also the variants with 3 kg sludge added to soil and 5 kg sludge added to peat should be regarded as dead.
In the second year a positive effect of wastewater sludge was observed in the peat variants. By the end of the second year of growth the morphological parameters of different variants changed significantly. The dry mass was the greatest in the variants with 1 kg and 3 kg wastewater sludge added to peat, exceeding the control variant 4.1 and 3.7 times, respectively. In all the variants the proportion of roots in the total dry mass increased.
Key words: wastewater sludge, nutrients, Betula pendula.
Reoveesettega
väetamise mõju arukase seemikute arengule katsetingimustes
Läbiviidud katsete eesmärgiks oli selgitada, kuidas mõjutab loo- ja turvasmuldade töötlemine erinevate jääkmudakogustega arukase seemikute arengut katsetingimustes. Reoveesette lisamine kasvusubstraadile mõjutas oluliselt seemikute kasvu. Reeglina põhjustas muda kasutamine seemikute stressi istutusjärgsel perioodil, mis halvendas puude kasvu ja arengut. Suuremad mudakogused tõid kaasa kaskede hukkumise. Turbamullaga võrreldes on mineraalmullad mudaga töötlemisele tunduvalt tundlikumad ja esimesel kasvuaastal põhjustavad taimede stressi palju väiksemad mudakogused. Üheks olulisemaks puude kasvu pidurdavaks teguriks võib pidada mudas sisalduva orgaanilise aine lagunemisega kaasnevaid protsesse, mille tagajärjel halveneb oluliselt mulla õhustatavus. Mulda viidud orgaanilise aine lagunemisel vabaneb rohkesti CO2, mistõttu rikastuvad mulla õhk ja maapinnalähedased õhukihid CO2-ga (Raudväli 1996). Anaeroobsetes muldades võivad mullaõhus esineda ka CH4, H2S jt (Kitse 1963). Mullaõhu küsimused vajavad edasisi uuringuid, sest see võib osutuda oluliseks jääkmuda kasutamist takistavaks teguriks. Stressitingimustes tõusis juurte ja lehtede osatähtsus taimede kuivmassist, langes tüve ja okste osakaal.
Teisel kasvuaastal intensiivistus puude kasv kõigi ellujäänud variantide korral. Reoveesette positiivne mõju ilmnes mudaga töödeldud turbasubstraatidel P1 (turbale lisatud reoveemuda 8,9 kg m–2) ja P3 (turbale lisatud reoveemuda 26,6 kg m–2). Nende variantide korral ületas kaskede kuivmassi juurdekasv kontrolli oma vastavalt 4,1 ja 3,7 korda. Oluliselt suuremad olid ka puude kõrguse juurdekasv ja juurekaela läbimõõt. Mudaga töötlemise positiivset mõju puude morfoloogilistele näitajatele mullasegudel ei täheldatud. Kõigil variantidel tõusis juurte osatähtsus puude üldmassist. Esimese aastaga võrreldes tõusis variandil P3 juurte kuivmass 30, variandil P1 15,5, turba kontrollvariandil 6,2, mulla kontrollil 9,1 ja variandil S1 (mullale lisatud reoveemuda 8,9 kg m–2) 7,6 korda. Juurte intensiivset kasvu tuleb seostada eelkõige paranenud mineraaltoitumisega, mis mõjutab tugevalt juurte kasvu. See on eriti seotud lämmastiku, kuid vähem fosfori kasutamisega. Teiste toitainetega puudub sageli seos (Marschner 2002).
Täiendavalt vajab uurimist settega töötlemise mõju puude organite keemilisele koostisele. Kuna töödeldud substraadid on suure toitainesisaldusega ja elementide vahekord erineb tavapärasest, ei ole välistatud mõne elemendi kõrge sisaldus taimes, mis võib taime organitele ohtlikuks muutuda (Jones 1967).
Anatomical features and localization of lignin in needles
of Scots pine (Pinus sylvestris L.) on dunes in South-West Estonia; 173–184
Aljona Lukjanova and Malle Mandre
Abstract. Anatomical features, including localization of lignin in needles of different age, were studied in Scots pines growing in extreme growth conditions (deficit of water and nutrients in soil) on dunes in South-West Estonia. Analyses showed that the anatomy and level of lignification depend on the location of sampled trees (in the plain, on slopes, or at the top of the dune) and needle age. It was found that the average total cross-section area of needles of the trees growing on the dune decreases with age. Also the areas of xylem, sclerenchyma, and mesophyll are the largest in current-year needles. Needles of trees growing on the slope of a dune have the greatest proportion of sclerenchyma, xylem, and mesophyll in the total area of the cross-section. Their proportion is the smallest on the top of the dune. Lignification starts already in the current year and first in xylem. The structure of lignin changes over years being more compact in older needles.
Key words: Pinus sylvestris, dune, needle anatomy, lignin.
Edela-Eesti
luidetel kasvavate mändide (Pinus sylvestris) okaste anatoomilised
iseärasused ja lignifikatsioon
Männiokaste anatoomilist ehitust ja ligniini lokalisatsiooni uuriti Edela-Eesti luitestiku tüüpilisel luitel Tõotusemäel (58°4¢59² N, 24°29¢39² E) 2003. a. Luite tipus on kujunenud puude kasvuks ekstreemsed tingimused ja toitainete ning vee defitsiit on olulisemateks puude füsioloogilist seisundit mõjutavateks teguriteks. On selgunud, et okaste anatoomia ja lignifikatsioon on oluliselt sõltuv puude kasvukohast luitel ja okaste vanusest. Luite tipus kasvavate mändidega võrreldes on luite nõlval kasvavate puude okastel täheldatud tunduvalt suuremat ksüleemi, sklerenhüümi ja mesofülli osa üldises okka ristlõikes. Samas on ksüleemi, sklerenhüümi ja mesofülli osa okaste ristlõikes suurim noorimates, jooksva aasta okastes. Kuigi okaste lignifikatsioon algab juba jooksva aasta okastes, muutub ligniini struktuur kompaktseks mändide vanemates, kaheaastastes okastes. Luite tipus vee ja toitainete defitsiidi tingimustes kasvavate mändide okaste lignifikatsioon on vähem intensiivne kui luite nõlvadel ja jalamil kasvavatel mändidel.