Maaülikooli dendrokronoloogid vaatavad puu raku sisse

Dendrokronoloogia labori töö aitab mõista, kuidas puud oma kasvukohal muutustega kohanevad ja olla valmis erinevate häiringute mõjudeks, mida toob kaasa muutuv kliima.

Dendrokronoloogiliste uurimuste suund aastarõngaste põhjal sai alguse juba Eesti Põllumajandusakadeemia ajal, kuid praeguse labori ajalugu ei ole väga pikk. Uuesti hakati aastarõngaid laialdasemalt uurima Eesti Maaülikoolis 2008. aastal. Sel ajal alustas dotsent Maris Hordo ka esimese taasiseseisvumisejärgse suuremamahulise puude aastase juurdekasvu uurimise alase teadusprojektiga. Dendrokronoloogiliste uuringute teostamist võimaldas värskelt soetatud spetsiaalne aastarõngastele kohandatud liigutav mõõtmislaud LINTAB (Rinn Tech, Saksamaa). Samal aastal liitus projektiga Sandra Metslaid. Enne seda käisid Maaülikooli teadlased mõõtmisi tegemas Tartu Ülikooli ökoloogia ja maateaduste instituudis, kus Alar Läänelaidi töörühm tegeles samuti dendrokronoloogiliste uuringutega.

„Nemad uurivad samuti aastarõngaid ja nende laiuse seoseid kliimanäitajatega, kuid nende fookus on veidi mujal,“ räägib Metslaid. „Tartu Ülikooli teadlased tegelevad arheoloogiliste leidude ja muude esemete, nagu näiteks maalitahvlite dateeringutega, samuti määravad põlispuude vanust. Meie uurime aastarõngaid pigem metsanduslikust aspektist, et näha, kuidas on puude kasvukäik ajas muutunud, samuti looduslike (kliima, putukad) ja inimtekkeliste häiringute (näiteks harvendusraied, kuivendus) mõju puude radiaalkasvule või istutusmaterjali päritolu mõju puude kasvudünaamikale.“

„Mujal maailmas elab aastarõngaste uurimine praegu üle renessanssi,“ ütleb Metslaid. „Need uuringud on väga populaarsed, sest puude aastarõngaste mustrites on peidus palju informatsiooni, mis on seotud puude kasvukeskkonnaga. Näiteks põhineb väga palju kliimamuutustega seotud uuringuid just aastarõngaste uurimisel.“

Teadusuuringuteks võetakse puudelt erineva suurusega puurproove, samuti leidub laboris palju erinevatelt puuliikidelt (näiteks harilik mänd, harilik kuusk, kask, haab, võõrliikidest erinevad lehiseliigid ja nulud) võetud analüüsikettaid, mis võimaldab uurida erinevate tegurite mõju puude kasvule. Isegi kõrvuti kasvavate puude aastarõngad ei ole täiesti sarnased. „Üks puu saab rohkem valgust ja niiskust, teine vähem, näiteks siis, kui mõni kõrval olev puu jääb teisele kasvus alla või on kasvukoht liigniiske,“ selgitab Metslaid.

Statistilised mudelid toetuvad aastarõngastele

Toetudes kogutud proovidelt mõõdetud aastarõnga laiuste andmetele, koostavad laboris töötavad Sandra Metslaid, Maris Hordo ja Aleksei Potapov statistilisi mudeleid, kuidas on ilmastik ja muud tegurid erinevatel aastatel puude kasvu mõjutanud.

Pärast seda, kui laboriga liitus doktorant Aleksei Potapov, suunati fookus aastarõngastele lisaks puiduanatoomiale. „Kasutades puiduanatoomiat, vaatame sügavamale, mis toimub aastarõnga sees,“ selgitab Metslaid. „Puud ei kasva aasta ringi. Aastarõngas moodustub kasvuperioodil, mis algab kevadel, kui ilmad lähevad soojemaks, ja lõpeb puhkeperioodiga sügisel, mil ilmad muutuvad jahedamaks. Seda on näha ka aastarõnga sees, kus on selgelt eristatav vara- ja hilispuit. Eriti hästi on see näha okaspuudel, lehtpuudel see alati nii ei ole.“

Kuid puidu juurdekasvu ei mõjuta mitte ainult ilmastik, vaid ka muud tingimused. „Näiteks kui teeme harvendusraiet, siis vähendame puude omavahelist konkurentsi ning kasvama jäänud puudele lisandub rohkem valgust ja ruumi juurte arenguks,“ räägib Metslaid. „Samuti muutuvad puistus mikroklimaatilised tingimused ning kasvama jäänud puudele jääb ka rohkem toitaineid ja vett.“

„Hiljuti lõppenud Keskkonnainvesteeringute Keskuse finantseeritud projektis näiteks uurisin, kuidas reageerivad erinevat päritolu kuusepuud põuale,“ jätkab Metslaid. „Millised on geneetilised eeldused, kui toome meie metsadesse kuuski lõuna või põhja poolt. Tulemuseks sain, et puu päritolust hoolimata on kasvukoha mõju puudele tugev ja radiaaljuurdekasv langeb põua-aastail ikkagi. Mõnel juhul väheneb radiaalkasv aastaks, mõnel juhul aga kestab kasvu taastumine kaks aastat või isegi kauem. Kasvu reaktsioon põuale sõltub tugevasti ka puu vanusest ‒ noored puud elavad põua üle kergemini, sest nad vajavad väiksemaid veevarusid. Andmed näitavad, et kui põuaseid aastaid tuleb tihedamalt, siis on vanemate puude vastupanu põuale ja hilisem taastumine raskendatud. Lisaks ei teki põua-aastatel kuuskedel vajalikul määral vaiku ning nad ei jaksa edukalt vastu panna putukate rünnakutele. See teeb murelikuks. Kui me tahame säästa vanu metsi, siis kas suudame seda, kui klimaatilised tingimused muutuvad selliselt, et nendega kohanemine käib vanadele puudele lihtsalt üle jõu.“

Dendrokronoloogia labori uuringud aitavad muuhulgas prognoosida, kuidas võiksid meie metsad tulevikus reageerida muutuvale kliimale ning anda aimu, mida saaksime ette võtta, et mets jaksaks kesta. „Klimaatilised mudelid ennustavad, et äärmuslikud kliimatingimused hakkavad sagenema,“ ütleb Metslaid. „Edaspidi näeme tihedamini äärmuslikke kliimatingimusi, näiteks kuiva suve või pakaselist talve. Selleks et meil oleks tulevikus ka metsa mida hoida, on oluline, et meie metsad oleksid mitmekesised ning esindatud oleksid erineva vanusega metsad ja puuliigid. Peame juba praegu mõtlema, millist puuliiki valida ja kuhu istutada ning millal on õige aeg metsa hooldada, et see püsiks terve ja elujõuline.“

Teadusele eelneb pikk ettevalmistav töö

Lisaks aastarõngaste uuringutele on dendrokronoloogia labori teadurid hakanud uurima puidu moodustumist kasvuperioodil. Sandra Metslaidile ja Aleksei Potapovile teadaolevalt keegi teine sellega Baltimaades ei tegele. Kuna puidu moodustumine (ehk ksülogenees) toimub puukoore all, kus paikneb rakkude jagunemise eest vastutav kambiumikiht, pole seda protsessi võimalik palja silmaga jälgida. Selleks kogutakse kasvuperioodi jooksul välja valitud puude tüvedelt igal nädalal (aprilli lõpust kuni oktoobrini) puude mikro-puursüdamikud (2 mm läbimõõduga ja 5‒7 mm pikkused) spetsiaalse väikese puuriga Trephor (Vitzani, Belluno, Itaalia).

Puidu moodustumise uuringutel on nii väli- kui ka laboritööde maht suur. Võetud proove säilitatakse etanoolilahuses madalal temperatuuril kuni edasise töötlemiseni. Proovide analüüsiks ettevalmistamisel tuleb neist esmalt eemaldada vesi. Puidutükike läbib dehüdreerimisprotsessi, millel on kokku kümme kindla ajalise pikkusega etappi. Algselt tuleb proov asetada lahjasse 50-protsendilisse etanoolilahusesse, seejärel muutub lahus järgmistel sammudel järk-järgult kangemaks.

Vee eemaldamiseks töödeldakse proovi erinevate lahustega ja seejärel asetatakse proov parafiini. „Vee eemaldamise järel läheb parafiin rakkudesse ja muudab need tugevamaks, et rakud hiljem lõikamisel ei puruneks,“ selgitab Metslaid.

Proovi dehüdreerimise ja parafiini sisestamise protsess kestab peaaegu kaks tööpäeva. Edaspidi lõigatakse parafiinis olevatest proovidest õhukesed lõigud, mis värvitakse ja millest valmistatakse mikroskoobislaidid. Kui kõik eelnevad olid nn ettevalmistavad etapid, siis nüüd algab teadustöö põnevam osa.

Mida proovid näitavad?

„Erinevatel kuupäevadel võetud proovidest on näha, mis on rakkude eri tsoonides tekkinud,“ selgitab Metslaid. „Kohe pärast talveperioodi näeme kambiumi tsoonis 3‒5 kambiumirakku. Kui õhutemperatuur tõuseb, algab kasvuperiood – temperatuur on kõige olulisem tegur, mis suunab puud kasvu alustama. Päeva pikkus ehk valgusest saadav energia on ka oluline, aga uuringud näitavad, et temperatuur on kõige tähtsam. Kui näiteks männi puhul ületab kevadel keskmine ööpäeva õhutemperatuur püsivalt 5 kraadi, siis kambium aktiveerub ja rakud hakkavad kambiumi piirkonnas paljunema ning vaikselt hakkab tekkima puit. Siin on erinevad staadiumid. Esmalt rakud paljunevad ja siis suurenevad ning rakuseintes tekib ligniin, lõpuks rakuseinad paksenevad ja tekib nn hilispuit. Kuna iga puidurakk läbib kõik need staadiumid individuaalselt, siis suurema osa ajast arenevad kõik staadiumid paralleelselt.“ Metslaid näitab jooniselt, kus puidus esinevad lignifitseerunud ja ilma ligniinita rakud: „Ligniini sisaldav puit on töötlemise tulemusena värvunud punaseks. Siniseks on värvunud rakkude seinad seal, kus ligniin puudub. Moodustub aastarõngas, enne talve jääb kambiumirakke vähemaks ja kasv seiskub ‒ algab puu puhkeperiood.“

„Me võime ka hinnata, millises staadiumis on rakud, kui palju neid on ja see näitab, milline osa aastarõngast on juba moodustunud,“ ütleb Aleksei Potapov. „Aastarõnga laius sõltub tugevasti rakkude arvust, kuid suurus on samuti oluline. Neid võib olla vähem ja sellisel juhul on rakud suuremad. Ent neid võib olla ka rohkem ja väiksemaid.“

Mis on sinine aastaring?

„Vahel juhtub ka nõnda, et kasvuperioodil toimub näiteks äkiline temperatuuri langus, siis see protsess pidurdub,“ selgitab Aleksei Potapov. „Siniseks värvitud rakusein näitab, et siin on rohkem tselluloosi kui ligniini. Naturaalselt ei ole muidugi puit nii värviline, me kasutame selle värvimiseks laboris erinevaid värve.“ „Sinise aastarõnga“ avastus sündis juhuslikult, vanu proove uurides.

„Uurisime, kas see nähtus ilmneb ainult puu tüükaosas, kust me proove võtame, või ka ülevalpool,“ räägib Potapov. „Avastasime, et see on lausa sinine silinder, mis läheb suures puus ligikaudu 20 meetri kõrgusele välja.“

„Teine anomaalia on inglise keeles frost ring – külmaring,“ jätkab Potapov. „Kui sinine ring tekib kasvuperioodi lõpus temperatuuri languse tõttu, siis külmaring tekib perioodi alguses, kui kasv on alanud, aga temperatuur järsult alaneb. Selle tõttu rakud deformeeruvad.“

„Siis on rakud sellises staadiumis, et ligniini ei pruugi veel olla tekkinud,“ ütleb Metslaid. „Aga see juhtub tavaliselt nooremate puudega, sest kannatavad õhema koorega puud.“ Ent Metslaid on uurinud ka tüvelõhede moodustumist erinevat päritolu kuuskedel. Esialgsed tulemused näitavad, et puud, mis pragunevad või kus tekivad tüvelõhed, ei suuda oma kasvu õigel ajal lõpetada. „Kui kasvuprotsess ei lõpe õigel ajal, siis on see puit teiste omadusega.“

Mis on mis

Ksüleem –  taime juhtkimbu puitosa.

Kambium – mähk, koorealune õhuke paljunevatest rakkudest kude, mille abil toimub taime jämeduskasv.

Ligniin – looduslik polümeerne ühend, maismaataimede teine (peale sahhariidide) põhiline koostisosa (sisaldus kuni 25%), põhjustab rakkude puidustumist.

Eesti Entsüklopeedia