Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

This master thesis has been a pilot study preceding a forthcoming project of a larger scale with the long term objective to separate the direct effect of added nitrogen on soil processes from indirect effects via trees. The aim of this study has been to investigate the allocation of nitrogen following direct injection of liquid solutions into the xylem of 40 year old Norway spruce. The field site is located at Flakaliden (64°07’N, 19°27’E), approximately 60 km northwest of Umeå, Sweden. A total of 18 trees were selected for treatment, equally divided between three treatments, potassium nitrate, glutamine and water (control). The solutions were labelled with 15N in order to enable assessment of how the injected nitrogen compounds are distributed within the crown, as well as speed of translocation. Allocation was measured over time during three subsequent sampling occasions as well as through spatial distribution in the canopy.
Needle samples were taken on two different levels and four different directions within the crown of each tree, at three subsequent sampling occasions after stem injection on August 25, 2009. Needles were analysed through an EA-IRMS (Elemental Analyzer - Isotope Ratio Mass Spectrometer), for atom percent 15N and total nitrogen concentration.
No significant differences were found regarding sampling direction or interactions between sampling direction and level, treatment nor sampling occasion. For neither of the treatments was labelled nitrogen detected anywhere in the foliage until the second sampling occasion, 13 days after stem injection. Labelling was consistently significantly higher for the trees treated with nitrate compared to the trees treated with glutamine and more labelled nitrogen was detected in the lower third of the foliage compared to the upper third. For the glutamine treatment only the lower canopy was successfully labelled. No significant increases for either level between the second or the third sampling occasion were detected.
Considerable rises in atom percent 15N were detected for both treatments but not in total nitrogen concentrations. A comparison between the theoretical increases in nitrogen concentrations, based on the amount of added nitrogen, and the observed increases showed that the theoretical increase for both crown levels were considerably higher than the achieved rise in nitrogen concentration. Possible explanations are high variations in natural concentrations of nitrogen between and within individual trees and seasonal fluctuations in nitrogen levels in needles.

Detta examensarbete har varit en pilotsudie inför ett kommande projekt i större skala med det långsiktiga målet att särskilja den direkta effekten av kvävegödsling på markprocesser från den indirekta effektan via träden. Syftet med denna studie har varit att undersöka kvävets allokering efter direkt injektion in i 40-åriga träds xylem. Försöksområdet är beläget vid Flakaliden (64°07’N, 19°27’E), cirka 60 kilometer nordväst om Umeå, Sverige. Sammanlagt utvaldes 18 provträd, jämnt fördelade mellan behandlingarna kaliumnitrat, glutamin och vatten (kontroll). Lösningarna var inmärkta med 15N för att göra det möjligt att spåra hur det injicerade kvävet spreds inom kronan, liksom att bedöma spridningshastighet. Allokering mättes över tid samt i olika positioner inom kronan.
Barrprover togs på två olika höjdnivåer samt fyra olika riktningar inom kronan på varje träd, vid tre på varandra följande tillfällen efter staminjktion den 25 augusti 2009. Barren analyserades med hjälp av EA-IRMS (Elemental Analyzer - Isotope Ratio Mass Spectrometer) för atomprocent 15N samt totalkväve.
Inga signifikanta skillnader upptäcktes gällande provtagningsriktning eller interaktionen mellan riktning, nivå, behandling eller provtagningstillfälle. Inte för någon av behandlingarna kunde något inmärkt kväve detekteras i barren förrän vid det andra provtagningstillfället, 13 dagar efter behandling. Inmärkningen var signifikant högre för träd injicerade med nitrat jämfört med glutamin och mer inmärkt kväve återfanns i den nedre tredjedelen av kronan jämfört med den övre tredjedelen. För de träd behandlade med glutamin kunde inmärkning endast detekteras i den nedre tredjedelen av kronan. Inga signifikanta skillnader för någon av nivåerna kunde ses mellan det andra och det tredje provtagningstillfället.
Markanta förhöjningar gällande atomprocent 15N kunde detekteras för såväl nitrat som glutamin, men ej gällande totalkvävekoncentrationer. En jämförelse mellan den teoretiskt möjliga ökningen i kvävekoncentration, baserat på mänden injicerat kväve, och den verkligt uppmätta ökningen visade att den teoretiska ökningen för båda nivåerna betydligt översteg den åstadkomna ökningen. Möjliga förklaringar till detta är stora variationer i den naturligt förekommande kvävekoncentrationen mellan och inom trädindivider liksom barrs årstidsvariationer gällande kvävekoncentrationer.