Light use capacity and carbon and nitrogen budget of plants: remote assessment and physiological determinants

Date

2013-09-09

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Globaalsed kliimamuutused mõjutavad taimede kasvu, liigilist koosseisu ja tihedust ning seega ka toidutaimede ja puidu varusid. Oluliselt mõjutab inimesi ja looduskeskkonda ka ökosüsteemi võime siduda õhust süsinikku, kuna osaliselt inimtegevuse tulemusena atmosfääris kasvav süsinikdioksiidi hulk mõjutab samuti meie kliimat. Seetõttu uuritakse taimkatte süsinikuvarusid ja –voogusid järjest enam. Taimkatte omaduste globaalsete muutuste tõhusamaks hindamiseks kasutatakse kaugseire meetodit, mõõtes Maa kohalt taimkattelt peegelduvat valguskiirgust. Rahvusvaheliste projektide raames uuritigi, millised tegurid mõjutavad taimkatte süsiniku omastamist ja selle hindamist kaugseire meetodeil. Käesolev doktoritöö keskendub taimede valguskasutuse efektiivsuse uurimisele. Uuriti, kuidas reageerivad taimed valgustingimuste erinevustele ja kuidas taimede paigutus ning ehituslikud ja füsioloogilised erinevused mõjutavad lehtede ja taimede valguskasutuse mõõtmisi. Uurides erinevaid Euroopa puhmastikke, selgus, et niiskemas ja jahedamas kliimas võivad puhmastikud süsinikku neelata; kuivemad lõunapoolsed puhmastikud aga eraldavad süsinikku rohkem, kui fotosünteesi käigus omastatakse. Taimkatte omadusi (sh valguskasutuse efektiivsust) kajastavate peegeldumisindeksite kasutatavust taimkatte omaduste hindamisel mõjutas oluliselt puhmastike erinev struktuur. Samuti mõjutasid taimevõra ja lehtede struktuur ning füsioloogilised parameetrid lehe valguskasutuse mõõtmisi taimeliigiti erinevalt. Kõige enam reageeris valgustingimuste erinevustele lämmastiku jaotus taime erinevate osade vahel. Kokkuvõtvalt näitas käesolev uurimistöö, et taimede valguskasutuse efektiivsuse optilisel hindamisel tuleb arvesse võtta nii taimelehe, taime võra kui ka kogu taimkatte struktuuri ning liikidevahelisi valguskohanemise strateegiate erinevusi.
Changes in global climate influence growth, species composition and density of plants and thus have a strong effect on global food and timber supplies. Additionally the ecosystem capacity to sequestrate carbon from the atmosphere influences our environment, since the partly human-induced rise in the carbon dioxide concentration of the atmosphere has a strong impact on global climate. Thus the investigations of plant carbon assimilation become more and more relevant. In order to increase the effectiveness of detecting changes in global vegetation, remote sensing methods, measuring optical reflectance of vegetation from space, are extensively used. During international projects the factors that influence the carbon budget of vegetation and the remote estimations of carbon production were investigated, while this thesis focused on differences in the light use efficiency of plants. The thesis investigated which parameters of plant structure and physiology are most responsive to changes in light environment, and how differences in those parameters affect optical estimations of light use efficiency of vegetation and single leaves. Research on different European shrublands revealed that moist northern shrublands may function as carbon sinks, while dry southern shrublands emit more carbon than is assimilated through photosynthesis. The remote estimations of vegetation parameters, such as light use efficiency, were strongly influenced by differences in vegetation structure. Leaf-level optical estimations of light use efficiency were affected by leaf and canopy structure and physiology as well, while the effect was dependent on plant species. Most responsive to differences in light conditions, appeared to be the distribution of nitrogen between different functional compartments of plants. In conclusion, this study revealed that if light use efficiency of leaves, plants or vegetation is estimated remotely using optical methods, leaf and canopy structure and species-specific differences in light-acclimation strategies must be considered.

Description

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone.

Keywords

taimkate, süsiniku assimilatsioon, lämmastik, valguse toime, optilised meetodid, vegetation, carbon assimilation, nitrogen, light effect, optical methods

Citation