Andmebaasi logo
 

Plantations of Native and Introduced Tree Species in the Reclamation of Oil Shale Post-mining Areas

Pisipilt

Failid

Thesis (1.31 MB)

Kuupäev

2011

Kättesaadav alates

Autorid

Ajakirja pealkiri

Ajakirja ISSN

Köite pealkiri

Kirjastaja

Eesti Maaülikool

Abstrakt

Kaevandamisega rikutud maade taastamine on tänapäeval väga aktuaalne probleem nii majanduslikus kui ka keskkonnakaitselises tähenduses. Põ- levkivi, Eesti põhilise energiatoorme pealmaakaevan damisel tekib jätkuvalt rekultiveerimist vajavaid puistanguid. Tavaliselt on taastamise eesmärk saada kaevandatud piirkonnale võimalikult eelnevaga sarnane pikaajali- ne jätkusuutlik ökosüsteem. Karjääriviisilisel kaevandamisel hävitatakse taimkate ja mullakiht, seetõttu võib mulla ja kogu ökosüsteemi arengut karjääripuistangutel vaadelda kui primaar suktsessiooni. Põlevkivi kaevan- damise tagajärjel tekkinud pinnastel on ekstreemsed kasvutingimused. Karjääripuistangu kui kasvukoha spetsiii lisus seisneb selles, et see on kivine, vähese lämmastiku ja orgaanilise aine sisaldusega, leeliseline ja rikutud veerežiimiga. Kuna looduslikult arenevad taimkate ja muld karjää- ripuistangutel aeglaselt ja kivisuse pärast ei sobi need põllumajanduslikuks kasutamiseks, siis on eelistatud puistangute metsastamine. Metsastami- ne on ökoloogilisest ja majanduslikust aspektist lähtuvalt otstarbekas ja perspektiivne rekultiveerimise viis. Karjääripuistangute metsastamisega taastatakse taimkate ja mulla viljakus, samuti on metsad efektiivsed sü- sihappegaasi sidujad, võimaldades tasakaalustada antropogeenset CO2 emissiooni, millel on suur lokaalne ja globaalne tähtsus. Majanduslikult on metsad puidu ja potentsiaalse taastuvenergia allikaks. Vaatamata eelnevale edukale metsastamisele on tänaseks üles kerkinud mõ- ned aspektid, millele tuleb tähelepanu pöörata. Esiteks on rekultiveeritud aladel kujunenud liiga suur hariliku männi osakaal. Teiseks probleemiks on tehnogeense mulla kvaliteedi halvenemine seoses sügavama põlevkivi- kihi kaevandamisega, mis suurendab puistangumulla kivisust. Seetõttu võib halveneda kultuuride kasvamaminek ning puistute edasine areng. Lahendamaks neid probleeme, on vajalik välja selgitada ökoloogiliselt ja majanduslikult otstarbekamad rekultiveerimisviisid. Tähtis on ka sobivate puuliikide valik. Erinevate puuliikide kasvatamine suurendab rekultivee- ritavate alade bioloogilist mitmekesisust, vähendades seal monokultuu- ride osatähtsust. Karjääripuistangute metsastamiseks sobivamate liikide valikul on kohalike liikide kõrval kasutatud ka võõrpuuliike, sealhulgas 74 keerdmändi. Eriliigiliste puistute rajamisega kiirenevad rikutud aladel mullatekkeprotsessid. Okaspuupuistutega võrreldes on lehtpuu- või sega- puistute rajamine keskkonnakaitselisest ja sotsiaalmajanduslikust aspektist efektiivsem, sest lehtpuud on kiiremakasvulised, suurema haiguskindluse ja väiksema tuleohuga. Käesolevas töös on esitatud komplekssed uurimustulemused kaevandus- järgsete alade taastamiseks rajatud erinevate puuliikide kultuuride kohta. Käesoleva töö tulemused on innovatiivsed, sest biomassi produktsioon ja juurte morfoloogilised adaptatsioonid, samuti aineringe karjääripuis- tangute puistutes, on Eestis senini olnud suhteliselt väheuuritud teema. Saadud uuringutulemuste põhjal on võimalik anda soovitusi puuliikide valikuks põlevkivikarjääride metsastamisel ökoloogilisest ja majandusli- kust aspektist lähtuvalt. Käesoleva uuringu põhieesmärgiks oli hinnata sanglepa, arukase, hariliku männi ja keerdmänni sobivust põlevkivikarjääripuistangute rekultiveerimi- seks, analüüsides nende kasvu, biomassi, toitainete sisaldust ja peenjuurte morfoloogilist adaptatsiooni (I–VII). Käesolevas uuringus olid püstitatud järgmised hüpoteesid: 1) sanglepp on sobivaim puuliik puistangute rekultiveerimiseks ja mul- laomaduste parandamiseks (I–III); 2) keerdmänd, võrreldes hariliku männiga, võib kaevandusjärgsel maas- tikul paremini kasvada, arvestades tema suuremat okka pindala ja pikkust (IV–VII); 3) erinevad liigid arendavad erinevaid imijuurte morfoloogiliste adaptat- sioonide strateegiaid, mis on tähtsad mineraalse toitumise tagamiseks ja biomassi produtseerimiseks ebasoodsate kasvutingimustega karjää- ripuistangutel. Doktoritöö detailsed eesmärgid olid: 1) analüüsida puude kasvama mineku, kasvu, biomassi allokatsiooni ja produktsiooni dünaamikat sanglepa, aru- kase ja hariliku männi kultuurides (I; III); 2) hinnata toitainete sisaldust, kogunemist, allokatsiooni ja kasutamise efektiivsust sanglepa, arukase ja hariliku männi kultuurides (I; III); 3) analüüsida peenjuurte morfoloo- gilisi parameetreid ja nende muutusi sõltuvalt kultuuri vanusest noortes sanglepa, arukase ja hariliku männi kultuu rides (I; II); 4) analüüsida ja võrrelda kodumaise hariliku männi ja võõrliigilise keerdmänni kasvu, biomassi ja toitainete sisaldust (I–IV).75 Tulemused ja arutelu Taimede kasv ja biomassi moodustumine karjääripuistangutel on olulised parameetrid, hindamaks liigi sobivust taastamisprotsessil. Meie tulemused näitasid, et esimese 7 aasta jooksul uuritud kultuuride kasvamaminek ja kasv põlevkivi karjääripuistangutel erinesid oluliselt puuliigiti (III). Pärast seitsmendat kasvuaastat oli parima kasvama minekuga ning parima kõrgus- ja jämeduskasvuga sanglepp, talle järgnesid harilik mänd ja arukask. Kui 7-aastases sanglepakultuuris oli puude säilivus 85%, keskmine kõrguskasv 217,6 cm ja jämeduskasv 4,8 cm, siis hariliku männi kultuuris olid vas- tavad näitajad 68,3%, 118,4 cm ja 3,1 cm, ning arukasekultuuris 40,7%, 123,1 cm ja 1,8 cm. Kase väiksem ellujäämus võib olla seotud sellega, et noortel puudel on pindmine juurestik ja külmakahjustus on tõenäoline. Sanglepa kultuuridel olid ka maapealne biomass ja produktsioon tundu- valt suuremad arukase ja hariliku männi näitajatest. Kultuuride suhtelises kasvukiiruses olulist erinevust puuliikide vahel ei olnud (III). Ilmnesid puuliikidevahelised erinevused maapealse ja maa-aluse biomassi fraktsioonidesse jaotumuses (I; III). Uuritud lehtpuude biomassi allo- katsioon oli sarnane. Kui lehtpuudel oli enamik biomassist koondunud tüvedesse ja jämejuurtesse, siis männil oli see koondunud okastesse ja peenjuurtesse. Puude maapealse biomassi jaotumus sõltus puu vanusest ja suurusest. Vanuse ja kõrguse kasvades suurenes võrsete ja tüve osakaal ning vähenes lehtede osatähtsus. Leiti, et arukasel oli esimestel istutus- järgsetel aastatel biomassi suhe lehed/peened juured oluliselt suurem (I). Võrreldes käesolevas uuringus puistute algset kasvu ja biomassi kirjandus- andmetega, võib järeldada karjääripuistangutel kasvavate puude aeglase- mat kasvu ja väiksemat produktiivsust. Kuigi peaks arvestama, et nendel puudel on kiire kasvuperiood veel ees ja et praegune väike biomass võib olla tingitud ka puude aeglasest adaptatsioonist raskete kasvutingimustega. Äsjatasandatud põlevkivikarjääride puistangutel on esialgu väga väike lämmastiku ja orgaanilise aine sisaldus ning mulla kõrge pH taseme tõttu on raskendatud P omastamine. Meie tulemused näitasid kasvu- kohatingimuste paranemise trendi juba esimese 7 aasta jooksul (III). Mulla uuringud näitasid, et mulla pH väärtus ja fosforisisaldus mullas vähenesid ning lämmastikusisaldus suurenes puistu vanuse suurenedes ja mulla arenedes. Olulist erinevust toitainete sisalduses erinevate puuliikide all kasvusubstraadis aga ei täheldatud (III).76 Toitainete sisalduses olid erinevused puuliikide, erinevate fraktsioonide ja erineva vanusega puistute vahel. N, P ja K sisaldus oli suurem lehtedes ja väiksem tüvedes. N sisaldus biomassi fraktsioonides erines oluliselt puuliigiti. Näiteks 2- ja 4-aastastes kultuurides oli N sisaldus lehtedes ja jooksva aasta võrsetes sarnane sanglepal ja arukasel, olles oluliselt suurem hariliku männi näitajatest. Seitsme-aastastes kultuurides oli sanglepal kõr- geim N sisaldus igas fraktsioonis, võrreldes arukase ja männi näitajatega (III). Samuti täheldati N ja P sisalduse suurenemist sanglepa lehtedes ja P sisalduse suurenemist kase lehtedes puistu vanuse kasvades. Akumuleeru- nud N, P ja K hulk suurenes puistu vanusega kõikide uuritud puuliikide puhul, kõrgemad näitajad olid sanglepikutes. Suurimad NPK varud olid kõikide puuliikide puhul lehtedes. Akumuleerunud toitainete osatähtsus suurenes tüvedes ja vähenes lehtedes puistu vanuse suurenemisel. Lämmas- tiku ja fosfori kasutamise efektiivsus puistutes erines puuliigiti. Lehtpuud karjääri puistangutel vajavad rohkem toitaineid biomassi produtseerimiseks, mis on kooskõlas ka kirjandusandmetega. Toitainete varud 7-aastases sanglepapuistus olid sarnased kirjanduses esitatud tulemustele noortes arukase- ja hübriidhaavakultuurides endistel põllumaadel. Võrreldes aga toitainete sisaldust lehtedes nende optimaalse sisalduse skaaladega, sel- gus, et kõikide uuritud puuliikide noored puistud kannatavad toitainete puuduse all (III). Taime ja mikroobikoosluse koosmõju on eriti oluline taimekasvuks eba- soodsate tingimustega kasvukohas, nagu põlevkivikarjääride puistangud, kus kivine põuakartlik pinnas on algselt leeliselise reaktsiooniga ja väga vähese orgaanika- ning lämmastikusisaldusega. Mulla, mikroorganismide ja juurte koosmõjul luuakse risosfääris üksteist toetav süsteem, mis lõpp- kokkuvõttes tagab mineraaltoitainete parema kättesaadavuse ja omasta- mise. Puude juurtoitumist mõjutab ka toitaineid ja vett omastavate juurte morfoloogia. Puude veevarustuse ja mineraaltoitumise tagavad primaarse ehitusega (elusa esikoorega) imijuured, mis adapteeruvad kasvukoha mul- latingimustega anatoomilis-morfoloogiliste muutuste kaudu. Muutusi imijuurte ehituses peegeldavad morfoloogilised parameetrid (imijuurte keskmine pikkus (mm), läbimõõt (mm), eripind (m2 /kg), eripikkus (m/g) ning kudede tihedus (kg/m3 )). Juurtoitumist mõjutavad peenjuurte mor- foloogilised adaptatsioonid ja risosfääriefekt on olulised protsessid metsa ökosüsteemi arenguks ja funktsioneerimiseks. Uurisime imijuurte morfoloogia ajalist dünaamikat rekultiveeritud põ- levkivikarjääride sanglepikute, kaasikute ja männikute vanusereas (ühe, 77 kahe, kolme ja viie aasta vanustes puistutes) (I; II). Tulemused näitasid, et puude imijuurte morfoloogilised adaptatsioonid on liigi spetsiii lised. Selgus, lehtpuude imijuure keskmine eripind (SRA) ja eripikkus (SRL) on suuremad ning pindtihedus (RTD) ja diameeter (D) väiksemad, võrreldes hariliku männiga (I). Lehtpuude imijuurte suurem eripind ja eripikkus näitavad, et toitainete omastamiseks kasutavad lehtpuud intensiivset tak- tikat, moodustades võimalikult suure toitaineid omastava pinna imijuurte massiühiku kohta. Männi puhul on olulisim ekstensiivne adaptiivne stra- teegia, mis viib peenjuurte süsteemi suurenemisele, mis leidis kinnitust ühe- ja kaheaastaste puistute biomassi allokatsiooni uurimisel, nimelt peente, <2 mm juurte osatähtsus juurestikus on männil kaks korda suurem kui lehtpuudel (I). Samuti selgus, et arukasel oli suurem imijuurte SRL ja SRA kui sanglepal. Noores eas panustab arukask intensiivse strateegia osas rohkem imijuurte morfoloogilisele adapteerimisele ja sanglepp mikroobide toetusele. Morfoloogilistel parameetritel ilmnesid ajalised trendid, mis on lisaks puu vanuse kasvamisele arvatavasti seotud ka mullatingimuste paranemisega. Imijuure keskmine kudede tihedus suurenes ning eripikkus ja eripind vähenesid puistu vanuse kasvades. Käesolevas töös võrreldi 8- ja 21–25-aastaste kodumaise hariliku männi (Pinus sylvestris L.) ja introdutseeritud keerdmänni (Pinus contorta var. latifolia) kultuuride kasvu põlevkivikarjääri puistangutel (IV–VII). Ka- heksa-aastase hariliku männi ja keerdmänni puistu kasvu võrdlusel selgus, et hariliku männi keskmine kõrgus on oluliselt suurem kui keerdmänni kõrgus. Kahe liigi keskmise juurekaeladiameetri võrdlusel usaldusväärset statistilist erinevust ei täheldatud. Liigisiseselt ei erine nud hariliku männi ega ka keerdmänni biomassi jaotumus fraktsiooniti. Ka liikidevaheline biomassi fraktsioonide võrdlus statistilist erinevust ei näidanud. Statisti- liselt olulisi erinevusi kahe puuliigi maapealses bio massis ei olnud, kuid keerdmännil oli veidi suurem biomass ja okaste osatähtsus maapealsest biomassist (V). Biomassi allokatsiooni poolest olid harilik mänd ja keerd- mänd sarnased kirjanduses leitud tulemustega vastavate liikide kohta. 21–25-aastase hariliku männi ja keerdmänni kasvu võrdlus näitas, et kõrgus- ja jämeduskasvu poolest olulist erinevust männiliikide vahel polnud (IV; VI; VII). Meie tulemused on kooskõlas kirjandusandmete- ga, kus leiti, et Eesti tingimustes keerdmänni ja hariliku männi kasv mustika kasvukohatüübis on sarnane. Samuti võib järeldada, et keerd- männi kasv karjääripuistangutel on sarnane mustika kasvukohatüübis kasvava keerdmänniga. Keerdmänni kasv karjääris oli sarnane endisel 78 põllumaal kasvava keerdmänniga, olles parem toitainevaeses kanarbiku kasvukohatüübis kasvavast sama vanast keerdmännist (VII). Hariliku männi kultuurid on üldiselt hästi kasvanud, uuritud puistud kuuluvad II boniteediklassi (VI). Käesolevas uurimistöös oli hariliku männi kasv võrreldav teiste autorite uuringute tulemustega karjääripuistangutele is- tutatud männikultuuride kohta. Nii 8- kui ka 21–25-aastaste mändide okka- ja võrseparameetrite hinda- mise tulemusena võib järeldada, et karjääripuistangutel kasvaval keerd- männil on pikemad ja raskemad okkad ning lühemad ja paksemad võrsed kui harilikul männil (IV–VII). Käesoleva töö tulemused on kooskõlas kirjanduses leitud andmetega. Hariliku männi ja keerdmänni okaste toitumise iseloomustamiseks kasutati elementide optimaalsete kontsentratsioonide skaalasid. Leiti, et mõlema liigi ja uuritud vanuste puhul oli N, P ja K sisaldus optimumist väiksem (IV–VII). Toiteelementide vahekorrast ilmnes, et nii harilik mänd kui keerdmänd kannatavad fosfori- ja kaaliumipuuduse all. Samuti leidsime, et keerdmänni okkad sisaldavad hariliku männiga võrreldes veidi vähem lämmastikku, samas on okaste mass ja pikkus tunduvalt suuremad. See annab võimaluse väita, et keerdmänd suudab väiksema lämmastikuhulga juures moodustada suurema okkapinna kui harilik mänd, mis võib olla seotud keerdmänni lämmastiku kasutamise suurema efektiivsusega. Järeldused ja vajadus edasiseks uurimiseks 1. Mulla heterogeensuse mõju oli nõrk noortes kultuurides (I). Mulla keemiliste näitajate osas ilmnes mulla pH ja mulla P sisalduse vähe- nemise ja mulla N sisalduse suurenemise trend puistu vanuse suure- nedes (III). Erinevate puuliikide mõju mulla toitainete sisaldusele oli sarnane (III; IV; VI; VII). 2. Kultuuride kasvu uuring esimese 7 aasta jooksul näitas, et sanglepa kasvamaminek, kõrguskasv ja jämeduskasv ning maapealne bio mass olid tunduvalt suuremad arukase ja hariliku männi vastavatest näi- tajatest (I; III). 3. Biomassi allokatsioon puudes oli liigispetsiii line. Harilikus männis on okaste ja peenjuurte osatähtsus biomassist suurem lehtpuudega võrrel- des (I). Väiksem lehed/peenjuured biomassi suhe oli pro portsionaalne parema puude kasvamaminekuga; väikseim vastav näitaja oli sanglepal ja suurim arukasel (I).79 4. Uurimistulemuste põhjal võib järeldada, et olulisi erinevusi harili- ku männi ja keerdmänni kasvus (IV–VII), maapealses biomassis ja biomassi allokatsioonis (V) karjääripuistangutel ei esinenud, kuigi keerdmännikultuuris täheldati veidi suuremat puude maapealse osa biomassi ja okaste osatähtsust hariliku männiga võrreldes (V). 5. Puistu maapealse osa NPK varud ja aastane kogunemine olid suu- rimad sanglepakultuurides, tulenevalt nende suurimast biomassist ja produktsioonist. Siiski selgusid erinevused puuliikide vahel toitainete kasutamise efektiivsuses biomassi ühiku moodustamiseks. Sanglepal ja arukasel oli N ja P kasutamise efektiivsus biomassi produtseerimiseks väiksem, harilik mänd oli kõige efektiivsem toitainete kasutamises (III). 6. Hariliku männi ja keerdmänni lämmastiku- ja fosforisisaldus jooksva aasta okastes ei erinenud oluliselt, kuigi keerdmänni okkad sisaldasid natuke vähem lämmastikku kui hariliku männi okkad ja olid oluli- selt pikemad ja raskemad (IV–VII). See annab võimaluse oletada, et keerdmänd suudab väiksema lämmastikuhulga juures moodustada suurema okkapinna kui harilik mänd, seega on ta suurema lämmastiku kasutamise efektiivsusega. 7. Leeliseline kasvukeskkond komplitseerib toitainete omastamist ning disbalansseerib toitainete suhteid. Kõik puuliigid karjääripuis tangute noortes kultuurides kannatavad lämmastiku ja kaaliumi (sanglepp lisaks veel fosfori) puuduse all, võrreldes optimaalse toitainete sisal- dusega (III). Selgus, et 21–25-aastase hariliku männi ja keerdmänni jooksva aasta okkad kannatavad N, P ja K dei tsiidi all ja toitainete suhted on tasakaalustamata (IV; VI; VII). 8. Imijuurte morfoloogilised adaptatsioonid karjääripuistangutel on liigispetsiii lised (I). Männi puhul on olulisim ekstensiivne kohane- misstrateegia, mis viib peenjuurte süsteemi suurenemisele. Leht puud parandavad mineraalset toitumist imijuurte morfoloogilise adapteeri- mise kaudu. Lehtpuude imijuurte suurem eripind ja eripikkus näitavad, et toitainete omastamiseks kasutavad lehtpuud intensiivset taktikat, moodustades võimalikult suure toitaineid omastava pinna imijuurte massiühiku kohta (I). Täheldati puistu vanuse mõju imijuurte mor- foloogiale. Ilmnes imijuurte eripinna ja eripikkuse vähenemise ja imi- juurte pindtiheduse suurenemise trend puistu vanuse kasvades (II). 9. Võttes arvesse algset puistute arengut, oli sanglepp paremini koha- nenud rasketes kasvutingimustes kaevandusjärgsetel aladel, samuti oli ta efektiivne toitainete omastamises ja suure biomassi moodus tamises, 80 seega võib sanglepp olla parim valik karjääripuistangute rekultiveeri- miseks (I; III). Käesoleva uuringu tulemustest järeldub, et nii harilik mänd kui ka keerdmänd olid hästi kohanenud karjääripuistangu ekstreemsetes tingimustes. Arvestades kahe puuliigi sarnast kasvu, võib keerdmändi kasutada puistangute esialgseks taastamiseks haljas- tamise eesmärgil, mitte aga hariliku männi asendamiseks (IV–VII). Antud töö põhjal, arvestades ökoloogilist ja majanduslikku aspekti, oleks soovitatav karjääripuistangutele istutada rohkem sangleppa, mis kiiremini rikastab mulda toitainetega ja soodustab mullateket, ning rajada sega- puistuid (näit. männi-sanglepapuistuid), kus sanglepp võib suurendada mändide produktiivsust ja toitainete kättesaadavust. Käesolev töö on pikaajaliste uuringute esialgne osa. Ta annab ülevaate noorte puude adapteerumisest ja kasvust. Uuringutulemused võivad olla metoodiliseks aluseks või lähtematerjaliks rikutud alade rekultivee rimisega seotud töödele. Uuringuid tuleb jätkata puistute kasvukäigu, biomassi pro- duktsiooni ja taim–muld seoste osas, et saaks teha põhjalikumaid järeldusi erinevate puuliikide sobivuse kohta. Arvestades pinnaste heterogeensust, peaks uuringuga hõlmama rohkem puistuid. Edasine uuring tuleb suunata puude kasvu mõjutavate tegurite selgita misele, eriti taim–muld seosele. Tähtis on uurida erinevate puuliikide mõju mulla arengule, samuti juurte arengut karjääripuistangute ekstreemsetes tingimustes.

Kirjeldus

Märksõnad

puistud, võõrliigid, metsakasvatus, põlevkivikarjäärid, rekultiveerimine, metsastamine, dissertatsioonid

Viide

URI

http://hdl.handle.net/10492/142

Kollektsioonid

3. Doktoritööd