Ostonen, Ivika, juhendajaRewald, Boris, juhendajaTruu, Marika, juhendajaBhattarai, BiplabiTartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond2025-07-012025-07-012025-07-01978-9916-27-917-5978-9916-27-918-2 (pdf)1406-12952806-2302 (pdf)https://hdl.handle.net/10062/111817Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsiooneSubarktilised rohumaad soojenevad kliimamuutuste käigus võrreldes teiste maailma ökosüsteemidega keskmisest kiiremini. Sealsed taimekooslused ja mullaelustik on suure orgaanilise aine varuga ning kuhjunud orgaanika hoiab endas palju süsinikku, lämmastikku ja teisi mineraalaineid. Tasakaalus ökosüsteemis lisandub ja laguneb osa orgaanilisest ainest igal aastal, ent kliima soojenemise mõjul saab ülekaalu lagunemine, mulla orgaanilise aine varu väheneb ning elustik ja aineringe muutuvad. Viimaste aastakümnete üks olulisimaid uurimissuundi on olnud ökosüsteemide maa-aluste protsesside parem mõistmine. Kui senini on taimede maa-alust biomassi ja mulla mikroobikooslusi analüüsitud rohkem tervikuna, siis tänaseks on selge, et olulisem on vaadelda muutusi taimede organite ja mikroobide funktsionaalsete gruppide tasemel. Rohumaade maa-aluses biomassis tuleb eristada juuri risoomidest, sest need on maa-alused varred ja ei talitle juurtena. Juured elavad risoomidega võrreldes lühemat aega ning eritavad mulda suhkruid ja orgaanilisi aineid, mis on toiduks mullamikroobidele. Rohumaa taimekoosluste juurte, risoomide ja ka juurtega seotud mullabakterite ja arhede reaktsioon mulla soojenemisele võib olla erinev või suisa vastassuunaline. Käesolevast doktoritöös selgus 11 aastat ja üle 60-ne aasta geotermaalselt soojendatud Islandi subarktilistel rohumaadel kasvanud taimekoosluste maa-aluses biomassis on suhteliselt rohkem risoome ning vähem juuri just pika-ajaliselt soojal mullal kasvanud rohumaal. Selline talituslik nihe ehk suhteliselt väiksem juurte biomass soojemas mullas tähendab vähem toitu mullamikroobidele. Vastav bakterikoosluste analüüs näitas pikaajalise mulla soojenemise mõju mikroobikoosluste struktuurile ning erinevat tüüpi juurtega seotud bakterite aktiveerumist. Taimede maa-aluses massis talletatud suhkruvarud sõltusid nii taimeliigist kui organist, näiteks lõhnaval maarjaheinal (Anthoxanthum odoratum) suurenes koos mullasoojenemisega suhkruvaru juurtes ja risoomides, tulikatel ja osjadel pigem vähenes. Kokkuvõttes, maa-aluste taimeorganite biomassi, suhkrute, süsiniku ja toitainete muutused olid tihedalt seotud taimekoosluse ja mulla mikroobikooslsute struktuuri muutustega, kuid kohastumuslikke muutusi taimekoosluse maa-alustes taimeorganites täheldati alles rohkem kui 60 aastat soojemas mullas kasvanud rohumaakoosluses.Subarctic regions are warming faster than most other ecosystems globally as a result of climate change. Subarctic grasslands store significant amounts of carbon and nutrients in plant roots and soil microbes, which help maintain the overall ecosystem balance. Climate warming alters these belowground systems, accelerating decomposition and potentially amplifying the impacts of climate change. Previous scientific studies have primarily focused on broad community-level responses of plants and soil microbes to rising temperatures. However, the specific responses of different underground plant structures (for example, fine roots and rhizomes) and distinct microbial groups to warming have remained poorly understood. Moreover, the implications of these changes for carbon and nutrient storage and the timescale over which the ecosystems adapt to warming were unclear. This doctoral thesis revealed how fine roots, rhizomes, and soil microbes respond to soil warming in geothermally warmed subarctic grasslands. Measurements included biomass, carbon, nitrogen, and sugar content of fine roots and rhizomes, microbial growth rates both in the presence and absence of plant roots, and the dynamics of root growth over time. Belowground changes were linked to shifts in the overall plant community composition observed above ground. Novel outcomes from this study include: 1) Fine roots and rhizomes responded differently to warming: fine root biomass declined with warming, while rhizome biomass remained unchanged; 2) Plant roots stimulated microbial activity in ambient conditions, but such plant-root-microbe interaction was lost with long-term warming; 3) Sugar storage in belowground organs was dependent on both species and organ type, and of the three studied species, only Anthoxanthum odoratum increased sugar content in fine roots and rhizomes under warming; 4) The effect of warming on plant root growth was dependent on soil depth and season; 5) Changes in biomass, sugars and carbon and nitrogen content in belowground plant organs were closely associated with shifts in the plant community and soil microbial structure; 6) After about 60 years of soil warming, the amount of carbon and nitrogen stored in belowground plant organs returned to ambient levels, as the plant community adapted to long-term warming.enAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Estoniahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ee/doktoritöödlähisarktikavöödemullatemperatuurglobaalsoojeneminerohumaadtaimekooslusedökosüsteemidjuurestiksubarctic beltsoil temperatureglobal warminggrasslandsplant communitiesecosystemsroot systemThesis