Fine-Root Functional Distribution and Morphology in Norway Spruce (Picea Abies) and Silver Birch (Betula pendula) in Future Climate

Anticipated climate change scenarios for northern latitudes include enhanced precipitation and increased atmospheric humidity, potentially exerting significant effects on forest management practices. This research investigates the response of the functional distribution of absorptive, transport, and pioneer roots in Norway spruce (Picea abies) and Silver birch (Betula pendula) to the effects of elevated air humidity and increased precipitation or soil moisture. The primary objective of the study is to determine whether shifts in the functional distribution of fine roots, indicative of functional adaptation response through change in share of absorptive, pioneer or transport roots, are primarily influenced by the changing environment or if they exhibit species-specificity. To examine the patterns and adaptive strategies of the investigated species at the Free-Air Humidification Manipulation Site (FAHM), samples were collected from the manipulation plots at the end of the 2023 growing season and compared to those from the control plots. Fine roots were separated into their functional types and their morphological parameters were analysed individually. The results of this study imply that while the overall functional distribution of fine roots did not exhibit significant changes in both species, notable effects on morphological traits such as branching intensity (BI) were observed, indicating acclimation at the physiological level. These morphological adaptations result in significant changes at the stand level, underscoring the importance of root morphology even when the relative proportions of different functional groups remain close to constant. Additionally, the absence of a treatment effect on the functional distribution of fine roots in Norway spruce might indeed simplify the modelling of fine root responses in forest ecosystems under changing environmental conditions. However, our study also found significant differences in morphological traits among fine root functional types, highlighting the importance of considering these trait variations and advocating for fine root separation in future studies. This research contributes to a deeper understanding of tree adaptation mechanisms, shedding light on broader ecological implications, and informing strategies for mitigating the effects of climate change on forest ecosystems.

Põhjalaiuskraadide eeldatavad kliimamuutuste stsenaariumid ennustavad sademete suurenemist ja õhuniiskuse suurenemist, mis võib avaldada märkimisväärset mõju metsamajandamise tavadele. Käesolev magistritöö analüüsib kahe domineeriva puuliigi, hariliku kuuse (Picea abies) ja arukase (Betula pendula) imi-, kasvu- ja juhtejuurte funktsionaalse jaotuse ja morfoloogia muutust kõrgema õhuniiskuse ja suurenenud sademete tingimustes. Uuringu peamine eesmärk on teha kindlaks kas muutuv ilmastik põhjustab nihkeid peenjuurte funktsionaalses jaotuses, mis viitavad talituslikule kohanemisele imi-, kasvu- ja juhtejuurte osakaalu muutumise kaudu ning kas muutused on puuliigi spetsiifilised. Kuuse ja kase peenjuurte kohanemisstrateegiate analüüsimiseks koguti 2023. aasta kasvuperioodi lõpus Metsaökosüsteemi õhuniiskusega manipuleerimise eksperimendi (FAHM) proovialadelt peenjuurte proovid. Kontrolltingimustega võrreldes analüüsiti kõrgema õhu- ja mullaniisutamise mõju peenjuurte funktsionaalsele jaotusele ja morfoloogilistele parameetritele. Magistritöö tulemused viitavad sellele, et kuigi peente juurte üldine funktsionaalne jaotus ei muutunud oluliselt õhu- ja mullaniiskuse suurenedes, mõlema uuritud liigi puhul, siis täheldati ilmastikutingimuste mõju imi-, kasvu- ja juhtejuurte morfoloogilistele tunnustele. Näiteks suurenes imijuurte hargnevus kõrgema õhu-, ja mullaniiskusega metsas, mis näitab pigem peenjuurestiku kohanemist talituslikul tasemel. Samas kumuleerus imijuurte morfoloogiliste tunnuste muutumise trend niiskemates tingimustes olulisteks erinevuseks imijuurte biomassis puistu tasemel, rõhutades juuremorfoloogia tähtsust isegi siis, kui erinevate funktsionaalsete rühmade suhtelised proportsioonid jäävad keskkonnatingimuste muutudes samaks. Küll aga võib õhu- ja mullaniiskuse mõju puudumine hariliku kuuse peenjuurte funktsionaalsele jaotusele lihtsustada peente juurte reaktsioonide modelleerimist metsaökosüsteemides muutuvates keskkonnatingimustes. Käesolevas töös leiti ka olulisi erinevusi morfoloogilistes tunnustes peenete juurte funktsionaalsete tüüpide vahel, rõhutades nende tunnuste variatsioonide arvestamise tähtsust ja peenjuurte funktsionaalsete kategooriate alusel jaotamise olulisust tulevastes uuringutes. See uurimus aitab kaasa puude kohanemismehhanismide sügavamale mõistmisele, avab kliimamuutuste mõju ökoloogilistele protsessidele metsaökosüsteemides ning võimaldab tulevikus välja töötada leevendamismeetmeid.