Punase aruheina (Festuca rubra L.) vastus põuale ja mulla mikrobioomi roll põuataluvuse kujundamisel

Abstract

Kliimamuutuste tõttu prognoositakse maailmas põudade sagenemist ja intensiivistumist. Kuivast kliimast pärit taimedel ja mulla mikrobioomil on kujunenud erinevad kohastumused põuastressi üle elamiseks, samas kui niiskest kliimast pärit taimedel ja mullakooslustel puuduvad spetsiifilised kohastumused põua talumiseks. Siiski niiske kliimaga kohastunud organismid võivad omada head taastumisvõimet põuajärgsel perioodil tänu nende kiirele kasvustrateegiale. Samuti on taim-muld interaktsioonid tagasisidestatud, kus mulla mikrobioomil on oluline roll taimede põuataluvuse kujundamisel ja vastupidi, kuid taimede ja mullakoosluste kohastumuste koosmõju põuavastuse kontekstis on veel suuresti uurimata. Antud töös uuriti punase aruheina (Festuca rubra L.) näitel kuidas taimede ja mullakoosluste päritolu eri sademete hulgaga kliimast mõjutab taimede ja mikroobikoosluste aktiivsust põua ajal ja sellest taastumisel. Kuivast kliimast pärit mullakooslustega inokuleerimine tagas taimedel parema põuataluvuse, kus fotosünteesi tase oli kõrgem võrreldes niiskest kliimast pärit mullaga. Põuast taastumine oli kiirem kuivast kliimast pärit taimede ja mullakoosluste puhul. Taimede vastus põuale oli plastiline, kus põua järgselt tootsid taimed vähem kaitstud kudesid, samas juurte koetihedus oli suurem kuivast kliimast pärit taimedel, mis viitab taime päritolu mõjule. Kuivemast kliimast pärit mulla mikrobioom oli niisketes tingimustes vähem aktiivne ja reageeris põuajärgsele ressursside vabanemisele pikemalt kui niiskest kliimast pärit mikrobioom. Kuivemast kliimast pärit taimede kujundatud muldade respiratsioon oli stabiilsem pärast põuda, samas kui niiskematelt aladelt pärit taimed stimuleerisid tugevalt mullakoosluste aktiivsust põua järel läbi suurenenud orgaanilise süsinikuvoo mulda. Taimede ja mullakoosluste päritolu mõjutavad oluliselt teineteise vastust põuale. Sagenevad põuad võivad destabiliseerida põuale tugevalt reageerivaid taime- ja mullakooslusi, kus põuajärgne ressursside rohkus toob kaasa reaktsioone, mis on soodsad haruldasest põuast taastumisel, kuid mis viivad pikemas perspektiivis stressitaluvuse vähenemiseni. Mitme lühikeste ajaliste vahedega ja/või intensiivse põua järel võib koosluse püsimine ohustatud olla ning mullakooslus võib nihkuda, mõjutades omakorda laiemalt ökosüsteemi toimimist.

Due to climate change, droughts are projected to become more frequent and severe worldwide. Plants and soil microbiomes originating from dry climates have developed various adaptations to tolerate drought stress, whereas plants and soil communities originating from wet climates lack specific adaptations for drought tolerance. However, organisms adapted to wet climates may possess better post-drought resilience due to their fast life history strategies. Plant-soil interactions are also driven by feedbacks, with both plants and soil microbiome playing a key role in shaping plant drought tolerance. However, these combined effects of both plant and soil community adaptations to drought remain largely unexplored. This thesis used red fescue (Festuca rubra L.) as a model species to investigate how plants and soil communities originating from climates with varying precipitation levels affect the activity of plants and microbial communities during drought and recovery. Inoculation with soil communities from dry climates provided plants with better drought tolerance, with photosynthesis levels remaining higher compared with soils from wet climates. Recovery from drought was faster in plants and soil communities originating from dry climates. Plant responses to drought were plastic, producing less protected tissues after drought. However root tissue density remained higher in plants from dry climates, indicating an effect of plant origin. Soil microbiomes originating from drier climates were less active under moist conditions and responded to post-drought release of resources more slowly than those from wet climates. Soils conditioned by plants from drier climates were more stable in their respiration following drought, whereas plants from wetter sites strongly stimulated soil microbiome activity following drought through increased organic carbon flux into the soil. The origins of both plants and soil communities jointly influence their responses to drought. Increasing drought frequency may destabilise plant and soil communities that respond strongly to drought, as post-drought resource pulses trigger responses that aid recovery from rare drought events but could erode stress tolerance over time. Consecutive droughts occurring at short intervals and/or high intensity might disrupt community stability and cause community shifts, that in turn, affect ecosystem functioning.