Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The largest known natural input of nitrogen (N) into the boreal forests occurs through biological fixation by cyanobacteria that live in association with the moss Pleurozium schreberi. There is currently limited knowledge about the factors responsible for the variation in N fixation rates, and specifically what factors drive variability between stands. In this study I have studied the N fixation rate on P. schreberi in a watering experiment and a litter extract experiment. In the water experiment the effect of frequency of water additions were studied, while in the litter experiment the effects of litter extracts of the three most common tree species and three of the most common dwarf shrub species of the boreal forest were studied. The moss was collected from three young successional sites and three old successional sites after fire. The study was performed in a greenhouse for a period of 45 days and N fixation rates were estimated after 13, 21 and 45, 43 days for water experiment and litter experiment respectively using a calibrated acetylene reduction technique. I found that the mosses collected from young stands had significantly lower N fixation rates compared to mosses collected from old stands. Watering treatments had a significantly positive effect on N fixation rates in mosses originating from old, but not from young stands. The watering effect on the N fixation rate was increasing from measurement on the 13th day of treatment to day 45. For the litter extract experiment, no significant effect of any litter type was detected. These results suggest that micro variation at the stand level in water availability is likely a more important determinant of ecosystem N fixation rates in old successional forests than is the deposition of foliar compounds on moss carpets.

SAMMANFATTNING

Det största kända naturliga tillskottet av kväve (N) till boreala skogar sker genom biologisk kvävefixering hos cyanobakterier som lever i nära association med väggmossa (Pleurozium schreberi). Kunskapen om de ekologiska faktorer som påverkar cyanobakteriernas kvävefixering är begränsad och detta gäller i synnerhet de faktorer som kan förklara den stora variationen i kvävefixering mellan olika skogsbestånd. Syftet med detta arbete var att studera hur vattentillgång och olika förnaextrakt påverkar kvävefixeringen hos P. schreberi. Detta gjordes dels genom ett bevattningsexperiment där mossor vattnades med olika tidsintervall och dels genom ett förnaextraktexperiment där mossor vattnades med förnaextrakt framställt från förna hos de tre vanligaste trädarterna och de tre vanligaste risväxterna i de studerade bestånden. Mossan som användes i försöken var insamlad från tre unga och tre gamla brandsuccessioner nära Arvidsjaur i Norrbottens län. Experimenten utfördes i ett växthus under en 45 dagars period. För vattenexperimentet beräknades kvävefixeringen (med hjälp av kalibrerad acetylenreduktionsteknik) efter 13 och 45 dagars behandling och för förnaextrakt¬experimentet efter 21 och 43 dagar. Resultaten visade en signifikant lägre kvävefixering hos de mossor som var insamlade i de yngre brandsuccessionerna jämfört med mossor som samlats in från de äldre successionerna. Vatten hade en generellt signifikant positiv effekt på kvävefixeringen hos mossor som var insamlade från äldre successioner, men inte hos mossor från yngre successioner. Effekten av vattenbehandlingen ökade från dag 13 till dag 45. Tillsats av förnaextrakt hade ingen signifikant effekt på kvävefixeringen. Resultaten från denna studie antyder att vattentillgången i äldre brandsuccessioner förmodligen har en större betydelse för att förklara den mikovariation i kvävefixering hos P. schreberi som finns i olika bestånd än vad läckage (eller urlakning) av ämnen från döda blad av olika arter har.

Det största kända naturliga tillskottet av kväve (N) till boreala skogar sker genom biologisk kvävefixering hos cyanobakterier som lever i nära association med väggmossa (Pleurozium schreberi). Kunskapen om de ekologiska faktorer som påverkar cyanobakteriernas kvävefixering är begränsad och detta gäller i synnerhet de faktorer som kan förklara den stora variationen i kvävefixering mellan olika skogsbestånd. Syftet med detta arbete var att studera hur vattentillgång och olika förnaextrakt påverkar kvävefixeringen hos P. schreberi. Detta gjordes dels genom ett bevattningsexperiment där mossor vattnades med olika tidsintervall och dels genom ett förnaextraktexperiment där mossor vattnades med förnaextrakt framställt från förna hos de tre vanligaste trädarterna och de tre vanligaste risväxterna i de studerade bestånden. Mossan som användes i försöken var insamlad från tre unga och tre gamla brandsuccessioner nära Arvidsjaur i Norrbottens län. Experimenten utfördes i ett växthus under en 45 dagars period. För vattenexperimentet beräknades kvävefixeringen (med hjälp av kalibrerad acetylenreduktionsteknik) efter 13 och 45 dagars behandling och för förnaextrakt-experimentet efter 21 och 43 dagar. Resultaten visade en signifikant lägre kvävefixering hos de mossor som var insamlade i de yngre brandsuccessionerna jämfört med mossor som samlats in från de äldre successionerna. Vatten hade en generellt signifikant positiv effekt på kvävefixeringen hos mossor som var insamlade från äldre successioner, men inte hos mossor från yngre successioner. Effekten av vattenbehandlingen ökade från dag 13 till dag 45. Tillsats av förnaextrakt hade ingen signifikant effekt på kvävefixeringen. Resultaten från denna studie antyder att vattentillgången i äldre brandsuccessioner förmodligen har en större betydelse för att förklara den mikovariation i kvävefixering hos P. schreberi som finns i olika bestånd än vad läckage (eller urlakning) av ämnen från döda blad av olika arter har.