Artikkelit jotka sisältävät avainsanan 'ilmastonmuutos'.

Sampo Pihlainen. (2017). On the economics of boreal Scots pine management under climate change. https://doi.org/10.14214/df.246

Tässä väitöskirjassa tutkitaan taloudellisesti kannattavinta tapaa hyödyntää mäntymetsiköitä. Laskennassa määritetään optimaalinen metsikön alkutiheys, harvennushakkuiden optimaalinen ajoitus, lukumäärä, intensiteetti ja tyyppi (ylä- vai alaharvennus), sekä päätehakkuun ajankohta. Työssä käytetään tarkkoja uudistamis- ja hakkuukustannuksia sekä puutavaran laadusta riippuvia hintoja. Metsänomistaja saa tuloja paitsi puun myynnistä, myös hakkuutähteiden myynnistä bioenergiaksi sekä hiilen sitomisesta kasvavaan metsään. Jälkimmäinen tulo perustuu Uudessa-Seelannissa jo käytössä olevaan hiilitukijärjestelmään, jollaista on ehdotettu Suomeenkin. Väitöskirjan viimeisessä osassa otetaan huomioon muuttuvan ilmaston vaikutus puiden kasvuun.

Väitöskirjan optimointitulokset on ratkaistu monitieteisellä ekologis-taloudellisella mallilla. Mäntymetsiköiden kasvua yksityiskohtaisesti kuvaava prosessipohjainen ekologinen malli yhdistetään taloudelliseen kuvaukseen mäntypuustojen hoidon yksityiskohdista. Prosessipohjaisessa mallissa metsikön kasvu lasketaan hyödyntäen ekologista tietämystä puun yhteytystuotoksen jakaantumisesta puun eri toimintojen välillä. Tällainen malli tuottaa luotettavampia tuloksia kuin metsäkoealojen kasvun perusteella rakennetut tilastollis-empiiriset mallit, kun metsän kasvua arvioidaan ennen kokemattomissa metsän kasvuolosuhteissa tai kun metsää käsitellään uusilla käsittelyketjuilla ja toimenpiteillä.

Tulokset on määritetty erikseen kaikille Fennoskandian puuntuotannon kannalta olennaisille männyn kasvuolosuhteille. Tulosten perusteella vaikuttaa välttämättömältä, että käytössä on riittävän yksityiskohtainen malli, ja että kaikki metsänkäsittelyä määrittävät muuttujat (puuston alkutiheys ja hakkuuvalinnat) optimoidaan samanaikaisesti. Taloudellisiin optimiratkaisuihin vaikuttavat tulosten mukaan puuston kasvuolosuhteet, käytetty diskonttokorko, ja käytössä olevan hiilitukijärjestelmän tyyppi sekä tuen taso.

Hiilitukijärjestelmä muuttaa taloudellista optimiratkaisua hiilensidontaa lisäävään suuntaan mutta samalla puunmyyntitulot alenevat. Näitä hiilensidonnan kustannuksia tarkastellaan väitöskirjassa myös kansallisella tasolla mäntyvaltaisissa metsiköissä ja niitä verrataan hiilipäästöjen vähentämiskustannuksiin energiantuotannossa. Vertailusta käy ilmi, että Suomen mäntyvaltaisten metsiköiden hiilensidonnan lisääminen esimerkiksi hiilitukijärjestelmän avulla näyttää kustannustehokkaalta verrattuna päästöjen vähentämiseen talouden muilla sektoreilla.

Ilmastonmuutoksen myötä muuttuvat sekä metsiköiden kasvuolosuhteet että metsien taloudellisesti kannattavin käsittely. Metsänkäsittelyn sopeuttaminen muuttuvaan ilmastoon tuo merkittävän lisän metsänomistajan tuloihin.

  • Pihlainen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti sampo.pihlainen@helsinki.fi (email)
Parvathy Venugopal. (2016). Effects of climate, wood quality and fungal diversity on coarse wood decomposition of Scots pine. https://doi.org/10.14214/df.226

Puita lahottavat sienet ovat keskeisiä metsien puuainekseen sitoutuneen hiilen kierrättäjiä. Niiden roolia ei kuitenkaan kovin hyvin tunneta eikä lahottajasienien merkitystä esimerkiksi metsiin liittyvissä ilmastomalleissa tai metsien kyvyssä vastata ilmastonmuutokseen ole kattavasti tutkittu. Tätä varten tulee aiempaa paremmin selvittää lahottajasienien toimintaan ja vuorovaikutuksiin liittyviä tekijöitä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin lämpötilan, ilman kosteuden, sienilajiston monipuolisuuden (lajimäärän ja lajiston koostumuksen) sekä puuaineksen laadun (talousmetsän ja vanhan luonnonmetsän puut) vaikutuksia lahottajasienen aiheuttamaan puuaineksen hajoamiseen männyllä. Puuaineksen laatua mitattiin myös puun fenolipitoisuuksilla käyttäen kaasukromatografiaa (HPLC). Puuaineksen hajoamista tutkittiin kahdessa lämpötilassa ja kosteudessa. Kokeissa vertailtiin kolmea vanhoista luonnometsistä ja talousmetsistä peräisin olevaa puuainesta. Sienilajisto koostui 1-4 lajin sieniyhteisöistä. Hajoamista seurattiin kontrolloiduissa olosuhteissa yhdeksän kuukautta kestäneissä laboratoriokokeissa.

Tulosten mukaan puuaineksen laadulla – jota mitattiin sydänpuun fenoliaineiden koostumuksella ja pitoisuuksilla – ja lahottajasienilajiston koostumuksella on suurempi merkitys lahoamiseen kuin ilmastollisilla tekijöillä tai sienilajiston lajimäärällä. Ilmastollisten tekijöiden merkitys oli lisäksi selvästi riippuvainen lahottajasienilajista, ja yksittäiset lajit olivat avainasemassa eri tilanteissa. Tämän vuoksi lajien ekologiset ominaisuudet ja lajien vaihteleva suhde ilmastotekijöihin tulee ottaa huomioon, kun lahottajasienien merkitystä arvioidaan osana metsäekosysteemin toiminnallisia prosesseja. Tulosten mukaan kelopuut lahoavat hitaammin kuin muut puun laadut myös ilmastotekijöiden muuttuessa. Kelopuu onkin ilmeisen pysyvä puuaineksen muoto metsäekosysteemissä, koska sienet kykenevät lahottamaan sitä varsin hitaasti.

Tulokset korostavat erilaisten ekologisten vuorovaikutustekijöiden merkitystä puuaineksen lahoamiseen vaikuttavina tekijöinä. Lisäksi tuloksissa korostuu, että eri lahottajasienilajien toiminnallinen asema ja merkitys puun lahoamisessa vaihtelee merkittävästi. Osalla lajeista on hyvin suuri merkitys, mikä tulisi aiempaa paremmin ottaa huomioon, kun arvioidaan puuhun sitoutuneen hiilen kiertoa metsissä. Metsien monimuotoisuuden säilyttämisen kannalta harvinaiset lahopuun muodot – kuten kelopuut – ovat tulosten mukaan lahottajasienille merkittäviä ja muusta puuaineksesta poikkeavia kasvualustoja, mutta niiden ekologisista ominaisuuksista kaivataan vielä enemmän tietoa muun muassa metsien ennallistamisen tarpeisiin.

  • Venugopal, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti parvathy.venugopal@uef.fi (email)
Sini Niinistö. (2015). Soil CO2 efflux in boreal pine forests in the current climate and under CO2 enrichment and air warming. https://doi.org/10.14214/df.194

Hiilidioksidivuo maaperästä pohjoisen havumetsävyöhykkeen männiköissä nykyisessä ilmastossa ja kohotetussa ilman hiilidioksidipitoisuudessa ja lämpötilassa Tutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa metsämaan hiilidioksidivuon ajalliseen ja paikalliseen vaihteluun vaikuttavia tekijöitä, vertailla mittauskammioita ja testata ilmastonmuutoskokeen vaikutuksia metsämaan hiilidioksidivuohon. Tutkimus perustui neljän vuoden mittauksiin mäntykangasmetsiköissä.

Maaperän hiilidioksidivuon hetkelliset koealakeskiarvot vaihtelivat välillä 0,04–1,12 gCO2m−2 h−1 ja metsäalueen vuosisummat välillä 1750–2050 gCO2m−2 h−1. Maan lämpötila oli maaperän hiilidioksidivuon ajallisen vaihtelun merkittävin selittäjä (R2=76–82 %). Malli, jossa lämpötila ja lämpösumma olivat selittäjinä, ennusti erillisen aineiston maaperän hiilidioksidivuon keskimäärin 15 prosentin sisälle mitatusta. Malli kuitenkin aliarvioi huippuvuon aikaan heinä-elokuussa, mahdollisesti juurien ja sienijuurien kasvun vuodenaikaisvaihtelun takia. Osatutkimuksen mukaan maaperän hiilidioksidivuon mittausten luotettavuus ei riippunut mittauskammioiden toimintaperiaatteesta.

Maaperän hiilidioksidivuon spatiaalinen vaihtelu oli suurta 400 m2:n suuruisten koealojen sisällä; variaatiokertoimet vaihtelivat välillä 0,10–0,80 ja niiden lumettoman kauden keskiarvot välillä 0,22–0,36. Positiivista autokorrelaatiota ilmeni lyhyillä etäisyyksillä (3-8 m). Humuskerroksen paksuus selitti 28 prosenttia maaperän hiilidioksidivuon vaihtelusta yhdistetyssä usean metsikön aineistossa, ja lähimpien puiden keskimääräisen etäisyyden kanssa se selitti 40 prosenttia. Maaperän hiilidioksidivuo korreloi myös humuskerroksen juurimassan kanssa. Koealojen väliset erot maaperän hiilidioksidivuossa olivat pieniä.

Kohotetut ilman hiilidioksidipitoisuus ja lämpötila lisäsivät metsämaaperän hiilidioksidivuota ilmastonmuutoskenttäkokeessa johdonmukaisesti, mutta ei aina tilastollisesti merkitsevästi. Niiden yhteisvaikutus oli additiivinen, ilman interaktiota; +23–37 % (kohotettu CO2), +27–43 % (kohotettu lämpötila) ja +35–59 % (yhdistetty käsittely), riippuen vuodesta. Kohotettu lämpötila oli tilastollisesti merkittävä tekijä neljän vuoden aineistoon perustuvassa varianssianalyysissä. Maaperän hiilidioksidivuon lämpötilavaste laski kuitenkin lämmityskäsittelyissä toisena koevuotena.

  • Niinistö, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti sini.niinisto@stat.fi (email)
Piritta Torssonen. (2015). Potential of forest biomass production and utilization for mitigation of climate change in boreal conditions. https://doi.org/10.14214/df.192

Metsäbiomassan tuotannon ja käytön mahdollisuudet ilmastonmuutoksen hillinnässä boreaalisissa metsissä

Tämän työn tavoitteena oli tutkia metsäbiomassan tuotannon ja käytön mahdollisuuksia ilmastonmuutoksen hillinnässä boreaalisissa metsissä hyödyntämällä metsäekosysteemimallinnuksen ja elinkaariarvioinnin menetelmiä. Työssä tutkittiin metsänhoidon (harvennusohjelman intensiteetin, typpilannoituksen ja kiertoajan), harvennusintensiteetin (ainespuu, hakkuutähteet, kannot) ja ilmastonmuutoksen vaikutuksia Suomessa ainespuun ja energiabiomassan tuotokseen kiertoajan yli. Lisäksi tutkittiin hiilineutraalisuutta ja metsäbiomassan tuotannon ja käytön nettoilmastovaikutuksia korvattaessa fossiilis-intensiivisiä materiaaleja ja polttoaineita. Näiden lisäksi tutkittiin myös tarvetta sopeuttaa kuusen, männyn ja koivun uudistamista eri kasvupaikkatyypeillä ja alueilla Suomessa ilmaston lämmetessä.

Tulokset osoittivat, että muuttamalla nykyistä metsänhoitoa (harvennukset ja lannoitus) ja harvennusintensiteettiä (ainespuu, hakkuutähteet, kannot) voidaan lisätä metsäbiomassan tuotosta, metsien hiilen sidontaa ja varastoja kuten myös metsäbiomassan tuotannon ja käytön ilmastohyötyjä. Suurin ilmastohyöty saavutettiin, kun ylläpidettiin korkeampaa puustopääomaa verrattuna nykyisiin metsänhoitosuosituksiin ja käytettiin typpilannoitusta kiertoajan kuluessa (60 – 80 vuoden kiertoaika). Ilmastohyödyt kasvoivat myös kun ainespuuta ja energiabiomassaa (hakkuutähteet ja kannot päätehakkuusta) käytettiin korvaamaan fossiilis-intensiivisiä materiaaleja ja polttoaineita.

Tämän työn mukaan metsäbiomassan tuotannon ja käytön ilmastohyötyjen lisääminen voi toisaalta vähentää jossain määrin metsäbiomassan tuotannon kannattavuutta. Ilmastovaikutukset vaihtelivat myös ajan yli riippuen ympäristöolosuhteista (ilmasto ja kasvupaikka), metsien rakenteesta ja fossiilisten materiaalien ja polttoaineiden korvauksessa käytetystä metsäbiomassaositteesta (ainespuu ja energiabiomassa). Tulosten mukaan vähittäinen metsänhoidon sopeuttaminen ilmastonmuutokseen on tarpeen tulevaisuudessa. Paikalliset ympäristöolosuhteet, metsien rakenne (ikä- ja puulajisuhteet) ja ilmastonmuutoksen mahdolliset vaikutuksen eri aikajänteillä on huomioitava, jotta voidaan täysin hyödyntää ilmastonmuutoksen hyödyt ja vähentää haittoja.

  • Torssonen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti piritta.torssonen@uef.fi (email)
Vadim Goltsev. (2014). Estimation of potential production of energy wood in the Leningrad region of Russia. https://doi.org/10.14214/df.171

Arvio energiapuun tuotannon mahdollisuuksista Leningradin alueella Venäjällä

Venäjän metsissä on maailman suurin puuvaranto eri tarkoituksiin. Puun kasvavan kysynnän tyydyttämiseksi metsätaloutta on tehostettava Venäjällä. Tässä tutkimuksessa analysoitiin energiapuuvaroja Leningradin alueella metsätalouden tehostamisen kannalta ja ottamalla huomioon teknisiä, yhteiskunnallistaloudellisia ja ilmastoon liittyviä kysymyksiä. Arvio tehtiin käyttämällä resursseihin perustuvaa lähestymistapaa ja tilastollisia, spatiaalisia ja kustannustehokkuuden analyyseja. Alueellisesti ja piiritasolla analysoitiin kolmea energiapuuvarojen potentiaalin skenaariota, jotka perustuivat erilaiseen metsätalouden tehokkuuteen. Tarkoituksena oli vertailla puunhankintaketjujen tehokkuutta, arvioida metsähakkeen tuotannon työllisyysvaikutuksia ja analysoida metsähakkeen kustannuskilpailukykyä. Ilmastonmuutoksen vaikutuksia analysoitiin metsien tekniseen saavutettavuuteen ja korjattavaan teollisuus- ja energiapuun tilavuuteen.

”Sallittu” –skenaariossa energiapuun saatavuus kasvoi 4,1 miljoonasta kuutiometristä 6,3 miljoonaan kuutiometriin (+54 %) ”Viimeaikainen” -skenaarioon verrattuna. ”Mahdollisuuksien” –skenaariossa energiapuun kokonaistilavuus oli 9,2 miljoonaa kuutiometriä (+124 % verrattuna ”Viimeaikaiseen” -skenaarioon). Piiritasolla vastaavat lisäykset energiapuupotentiaalissa olivat +50 % ja +83 %. Venäläisissä hakkuuyrityksissä keskimääräinen hakkuutyön tuottavuus oli 20-30% pienempi kuin Suomessa. Energiapuun saatavuusskenaario ja metsähakkeen tekemiseen käytetyn hakkurin tyyppi vaikuttivat työllisyyteen. ”Mahdollisuuksien” –skenaario lisäsi työpaikkojen määrää 84 %:lla ”Viimeaikaiseen” –skenaarioon verrattuna. Metsähake oli 2-3 kertaa kalliimpaa kuin maakaasu ja kivihiili, mutta halvempaa kuin raskas polttoöljy. Talvihakkuukausi lyhenee 3-4 päivällä vuosikymmenessä. Metsien teknisen saavuttamattomuuden vuoksi tyypillisen suuremman puunkorjuuyrityksen tappiot voivat olla noin 360 000 euroa vuodessa jo vuoteen 2015 mennessä.

Tutkimusalueella on paljon energiapuuta, mutta sen käyttöä rajoittavat tekniset ja taloudelliset tekijät. Tässä tutkimuksessa ehdotettu menetelmä voisi auttaa hakkuuyrityksiä ja paikallisviranomaisia ennustamaan energiapuun hyödyntämisen taloudellisia ja sosiaalisia vaikutuksia.

  • Goltsev, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti goltsev@student.uef.fi (email)
Jinnan Gong. (2013). Climatic sensitivity of hydrology and carbon exchanges in boreal peatland ecosystems, with implications on sustainable management of reed canary grass (Phalaris arundinacea, L.) on cutaway peatlands. https://doi.org/10.14214/df.166

Ilmastonmuutoksen vaikutus boreaalisten suoekosysteemien vesitalouteen ja kasvihuonekaasujen päästöihin sekä ruokohelven kasvuun tuotannosta vapautuneilla turvekentillä

Väitöskirjatyössä tutkittiin, miten ilmastonmuutos vaikuttaa boreaalisten suoekosysteemien vesitalouteen ja kasvihuonekaasujen päästöihin sekä ruokohelven kasvuun tuotannosta vapautuneilla turvekentillä. Tätä varten laadittiin simulointimalleja, jotka kuvaavat kohosoiden ja aapasoiden hydrologisia olosuhteita ja niiden herkkyyttä ilmastotekijöiden vaihtelulle ja ilmastonmuutokseen (ilman hiilidioksidipitoisuuden ja lämpötilan kohoaminen sekä sadannan muuttuminen) Suomen eri osissa. Tehtyjen mallilaskelmien avulla arvioitiin miten ilmastonmuutos vaikuttaa luonnontilaisten ja turvetuotannosta vapautuneilta soilta tapahtuviin kasvihuonekaasupäästöihin sekä ruokohelven kasvuun tuotannosta vapautuneilla turvekentillä, ja miten ruokohelpeä voidaan tällaisissa olosuhteissa käyttää hyväksi ilmastonmuutoksen hillinnässä.

Koko Suomen yli ulottuneet mallilaskelmat osoittivat, että luonnontilaisten soiden pohjaveden pinta voi laskea ilmaston lämmetessä sadannan lisääntymisestä huolimatta tämän vuosisadan loppuun mennessä verrattuna nykyilmastoon. Tämän seurauksena soiden merkitys hiilidioksidin sidonnassa vähenisi samalla, kun metaanipäästöt lisääntyisivät. Koko maan tasolla nämä muutokset vähentäisivät tuntuvasti luonnontilaisten soiden merkitystä ilmastonmuutoksen hillinnässä. Erityisesti maan etelä- ja länsiosissa suot voivat muuttua hiilen nieluista hiilen lähteiksi tämän vuosisadan loppupuolella. Tehdyt mallilaskelmat osoittivat myös, että ruokohelven kasvu on suuresti riippuvainen pintaturpeen kosteudesta. Tämän vuoksi ruokohelven kasvu tuotannosta vapautuneilla turvekentillä on herkkä suhteessa pohjavedenpinnan syvyyteen sekä sateiden määrään ja toistuvuuteen. Ilman hiilidioksidipitoisuuden ja lämpötilan kokoaminen voi lisätä ruokohelven kasvua tulevaisuudessa, mutta samanaikaisesti tapahtuva pohjavedenpinnan lasku ja pintaturpeen kuivuminen voivat vähentää tuntuvasti ruokohelven kasvua verrattuna potentiaaliseen kasvuun. Ruokohelpikasvuston kyky sitoa hiiltä oli tehtyjen mallilaskemien mukaan kuitenkin vielä tämän vuosisadan loppupuolella likimain yhtä suuri kuin vastaavan luonnontilaisen suokasvuston. Riittävän korkea pohjavedenpinta on avainasemassa pyrittäessä maksimoimaan ruokohelven kasvua tuotannosta vapautuneilla turvekentillä, olipa kysymyksessä nykyinen tai nykyistä lämpimämpi ilmasto.

  • Gong, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti jinnang@student.uef.fi (email)
Päivi Mäkiranta. (2012). Heterotrophic soil respiration in drained peatlands: Abiotic drivers, and changes after clearfelling and afforestation. https://doi.org/10.14214/df.140

Mitä tapahtuu ojitettujen soiden turvevarastoille — muuttuvien ympäristötekijöiden sekä metsityksen ja avohakkuiden vaikutukset

Pohjoiset suot ja erityisesti niiden turvekerrokset toimivat merkittävinä hiilivarastoina. Näiden hiilivarastojen säilyminen voi olla vaarassa, kun ilmaston tai maankäytön muutos muokkaa suon olosuhteita. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena on ollut kerätä tietoa turpeen hajoamisesta metsäisillä ojitetuilla turvemailla. Tutkimuksessa määritettiin vanhan turpeen hajoamisnopeutta mittaamalla maasta turpeen hajotuksen seurauksena vapautuvaa hiilidioksidia. Mittauksilla selvitettiin turpeen hajotuksen riippuvuutta vallitsevista ympäristöolosuhteista; lämpötilasta ja pohjaveden syvyydestä. Lisäksi tutkittiin sitä, millaisia muutoksia ojitusalueiden hakkuut ja toisaalta suopeltojen metsitys aiheuttavat turpeen hajoamisnopeuteen.

Väitöskirjan tulokset osoittavat, että turpeen hajotusnopeuden vaihtelu ojitetuilla metsäisillä turvemailla riippuu lähinnä vain turpeen lämpötilaolosuhteista. Lämpötilan tärkeys johtuu alueiden hyvästä kuivatuksesta ja siitä, että maan hiilidioksidia tuottavat prosessit ovat keskittyneet pintaturpeeseen, jolloin vaihtelut pohjavedenpinnan syvyydessä syvemmissä turvekerroksissa eivät olennaisesti vaikuta vapautuvan hiilidioksidin määrään. Tulokset osoittavat myös, että tehokkaasti kuivatuilla alueilla pintaturpeen kuivuminen voi rajoittaa turpeen hajotusta. Tällaisissa olosuhteissa myös lämpötilan nousun aiheuttama turpeen hajotuksen lisääntyminen on vähäisempää. Tulosten perusteella voidaan arvioida tulevan ilmastonmuutoksen ja sitä seuraavan lämpötilan nousun kasvattavan ojitettujen turvemaiden maan hiilidioksidipäästöjä. Jos lämpenemisen yhteydessä kuitenkin esiintyy pitkiä pintaturvetta kuivattavia jaksoja, päästöjen lisäys voi jäädä vähäisemmäksi.

Väitöskirjan tulokset hakkuiden vaikutuksista osoittavat, että hakkuiden jälkeen metsäojitetuilla soilta vapautuu huomattava määrä hiilidioksidia ilmakehään. Elpyvän pintakasvillisuuden kyky sitoa hiilidioksidia on rajallinen ja vasta uuden puusukupolven tehokas uudistuminen voi muuttaa alueen uudelleen hiilinieluksi. Toisin kuin arveltiin, hakkuiden aiheuttamat muutokset maan lämpö- ja kosteusolosuhteissa eivät kuitenkaan näytä kiihdyttävän vanhan turpeen hajotusta. Turpeen hajotusta hakkuun jälkeen rajoittaa puiden poiston aiheuttama pohjaveden pinnan nousu sekä toisaalta pintaturpeen kuivuminen suorassa auringon paisteessa.

Turpeen hajotus voi hakkuiden jälkeen kuitenkin kiihtyä voimakkaasti, jos hakkuutähdekasat jäävät avohakkuualalle. Tämä johtuu mitä ilmeisimmin siitä, että hakkuutähdekasat tarjoavat suojaa, joka estää pintaturpeen kuivumisen ja siten mahdollistaa korkeamman hajotusaktiivisuuden. Tulosten perusteella hakkuutähteiden keräys turvemailta olisi suositeltavaa ilmastonmuutoksen torjunnan kannalta; keräämällä hakkuutähteet turpeesta tulevat hiilidioksidin lisäpäästöt voidaan välttää ja samalla saadaan fossiilisia polttoaineita korvaavaa energiaa.

Väitöskirjan tulokset osoittavat lisäksi, että suopeltojen turpeen voimakas hajoaminen hidastuu metsityksen jälkeen. Maatalouskäytön vaikutukset ovat kuitenkin havaittavissa vielä vuosikymmenienkin kuluttua ja ne näkyivät metsitysalueiden turpeen laadussa sekä hajotusnopeudessa. Turpeen hajotusnopeus olikin tutkituilla alueilla edelleen niin voimakasta, että ne metsityksestä huolimatta toimivat hiilen lähteinä.

  • Mäkiranta, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti paivi.makiranta@metla.fi (email)
Xiao Zhou. (2011). Seasonal responses of photosynthesis and growth of a bioenergy crop (Phalaris arundinacea L.) to climatic change under varying water regimes. https://doi.org/10.14214/df.127

Väitöskirjatyössä tutkittiin, miten ruokohelven (Phalaris arundinacea L.) fotosynteesi ja kasvu reagoivat ilmastonmuutokseen (kohotettu lämpötila, kohotettu hiilidioksidipitoisuus) ja veden saatavuuteen. Kasvihuoneessa tehdyssä faktorikokeessa ruokohelpiä kasvatettiin kahtena kasvukautena (2009–2010) neljänä toistona olosuhteissa, joissa lämpötila edusti joko kasvihuoneen ulkopuolella vallinnutta lämpötilaa tai kohottamalla tätä 3,5 °C: lla. Hiilidioksidipitoisuus oli puolestaan sama kuin kasvihuoneen ulkopuolella (380 ppm) tai liki kaksinkertainen (700 ppm) tähän verrattuna. Samaan aikaan kasvualustan (turve) kosteus osakasvustoittain oli hyvin kostea (100 % tilavuudesta), tavanomainen (50 %) tai kuiva (30 %). Kohotettu lämpötila nopeutti fotosynteesiä ja kasvua kasvukauden alkupuolella sekä nopeutti kasvun etenemistä, jolloin fotosynteesi ja kasvu hidastuivat aikaisemmin kuin kohottamattomassa lämpötilassa. Fotosynteesissä tapahtuneet muutokset olivat yhteydessä fotosynteesin biokemiassa tapahtuviin muutoksiin: kasvukauden alkupuolella kohotettu kasvatuslämpötila hidasti fotosynteesin entsymaattisia reaktiota ja valon sidontaa alhaisessa mittauslämpötilassa verrattuna tilanteeseen, jossa kasvatuslämpötilaa ei kohotettu. Korkeissa mittauslämpötiloissa tilanne oli päinvastainen. Kasvukauden loppupuolella fotosynteesin entsymaattiset reaktiot hidastuivat ja valon sidontaa väheni kaikissa mittauslämpötiloissa, jos kasvatuslämpötilaa kohotettiin. Hiilidioksidipitoisuuden kohottaminen puolestaan nopeutti kaikissa mitattuuslämpötiloissa fotosynteesiä, jos kohta fotosynteesiin entsymaattiset reaktiot ja valon sidonta hidastuivat korkeassa hiilidioksidi-pitoisuudessa kasvaneissa kasveissa. Samalla klorofyllin määrää ja typpipitoisuus vähenivät lehdissä. Veden niukka saatavuus vähensi selkeästi ruokohelven fotosynteesiä ja kasvua sekä hiilen sitoutumista kasveihin. Vaikutus oli erityisen suuri silloin, kun ruokohelpi kasvoi kohotetussa lämpötilassa. Toisaalta hiilidioksidipitoisuuden kohottaminen kompensoi kuivuuden vaikutusta, mikä vähensi korkean lämpötilan ja kuivuuden aiheuttamaa stressiä. Tutkimus osoitti, että ruokohelpi hyötyy ilmastonmuutoksesta (kohonnut lämpötila, kohonnut hiilidioksidipitoisuus), jos veden saatavuus on riittävän hyvä. Yli kasvukauden ulottuneet mittaussarjat tuottivat puolestaan aineistoa estimoida ruokohelven fysiologiaa ja kasvua kuvaavien keskeisten parametrien dynamiikkaa suhteessa kasvuolosuhteiden muutokseen, jossa lämpötila ja hiilidioksidin kohoavat mutta vaihtelevat kasvukauden eri vaiheissa. Tällaista aineistoa voidaan käyttää hyväksi mm. laadittaessa mekanistisia malleja ruokohelven kasvun simuloimiseksi vaihtelevissa olosuhteissa yli koko kasvukauden

  • Zhou, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti xiao.zhou@uef.fi (email)
Zhen-Ming Ge. (2011). Effects of climate change and management on growth of Norway spruce in boreal conditions – an approach based on ecosystem model. https://doi.org/10.14214/df.122

Ilmastonmuutoksen ja metsänhoidon vaikutus kuusen kasvuun boreaaliisssa olosuhteissa - mallilaskelmiin perustuva analyysi

Väitöskirjatyössä tutkittiin, miten ilmastonmuutos ja metsänhoito vaikuttavat kuusen (Picea abies Karst L.) kasvuun boreaalisissa olosuhteissa. Tutkimuksessa käytettiin hyväksi prosessipohjaista ekosysteemimallia, jossa puiden kasvu ja kehitys perustuvat puiden ekofysiologiaan. Mallissa ekofysiologiset prosessit ovat kiinteässä yhteydessä ilmasto-oloihin (säteily, ilman lämpötila, sadanta, ilman kosteus, ilman hiilidioksidipitoisuus) ja maaperäoloihin (veden ja typen saatavuus, maan lämpötila). Ilmaston oletettiin muuttuvan siten, että 2000-luvun lopulla hiilidioksidipitoisuus oli 840 ppm (nyt 351 ppm) sekä vuotuisen keskilämpötila 4o C ja vuotuinen sadanta 6–37 % (pohjoisessa enemmän kuin etelässä) suurempia kuin nykyilmastossa.

Mallilaskelmat osoittivat, että Etelä-Suomessa ilmaston lämpeneminen voi lisätä veden haihtumista enemmän kuin sadanta lisääntyy, jolloin vettä virtaisi maaperään nykyistä vähemmän. Tämän seurauksena veden puute rajoittaisi vuosisadan loppupuolella (2050 eteenpäin) kuusen yhteyttämistä ja kasvu nykyistä useammin verrattuna nykyilmastolle tehtyihin laskelmiin.

Mallilaskelmat osoittivat, että Etelä-Suomessa kuusen kasvu voi vähentyä 5–20 %, vaikka kasvu voi vielä lähivuosikymmeninä lisääntyä kohoavan lämpötilan ja hiilidioksidipitoisuuden seurauksen. Myös Pohjois-Suomessa ilmaston lämpeneminen vaikututti veden saatavuuteen vuosisadan loppupuolella, mutta veden saatavuudessa tapahtuvat muutokset vaikuttivat vain vähän tai ei lainkaan kuusen kasvuun näissä olosuhteissa. Päinvastoin: ilmastonmuutos voi Pohjois-Suomessa lisätä kuusen kasvua 5–38% verrattuna nykyilmastolle tehtyihin laskelmiin. Mallilaskelmat osoittivat, että vedensaatavuutta voitiin Etelä-Suomessa lisätä tekemällä harvennukset nykyistä voimakkaampina ja kasvattamalla puustoja nykyistä harvempina. Myös Pohjois-Suomessa harvennusvoimakkuus vaikututti veden saatavuuteen, mutta siellä harvennusvoimakkuuden valinnalla ei ollut samaa merkitystä kuin Etelä-Suomessa ilmastonmuutoksen vaikutusten hillinnässä.

  • Ge, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti zhenming.ge@uef.fi (email)
Ashraful Alam. (2011). Effects of forest management and climate change on energy biomass and timber production with implications for carbon stocks and net CO2 exchange in boreal forest ecosystems. https://doi.org/10.14214/df.117

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella metsänhoidon ja ilmastonmuutoksen vaikutuksia energiabiomassan ja ainespuun tuotantoon boreaalisissa metsäekosysteemeissä Suomessa. Tämän lisäksi tutkittiin sekä metsänhoidon että ilmastonmuutoksen vaikutuksia metsäekosysteemien hiilivarastoihin ja hiilidioksidivaihtoon. Ensiksi tarkasteltiin ekosysteemimallin avulla eri harvennuskäsittelyjen vaikutuksia metsien kasvuun, ainespuun tuotantoon ja hiilen varastoihin sekä nykyilmastossa että muuttuneessa ilmastossa 90 vuoden ajanjaksolla (Artikkeli I). Samalla tavalla tutkittiin energiabiomassan potentiaalia ja harvennusten ja muuttuneiden ilmasto-olosuhteiden vaikutuksia samanaikaisesti ainespuun tuotantoon ja hiilen varastoihin (Artikkeli II). Työssä kehitettiin myös elinkaarityökalu, jolla voidaan arvioida metsätuotannon CO2-vaihtoa (Artikkeli III). Työkalua käytettiin ekosysteemimallisimulointien yhteydessä eri metsänhoitotoimenpiteiden (istutustiheys ja harvennuskäsittelyt) vaikutuksien arvioimiseen energiabiomassan tuotannossa ja tuotannon CO2-päästöjen arvioimisessa 80 vuoden kiertoaikaa käyttäen (Artikkeli III&IV). Tulosten perusteella muuttuneet ilmasto-olosuhteet lisäsivät energiabiomassapotentiaalia, ainespuun tuotantoa ja hiilen sitoutumista ja hiilen varastoja metsäekosysteemeissä koko Suomessa. Vaikutukset olivat suhteellisesti suurempia Pohjois-Suomessa kuin Etelä-Suomessa (Artikkelit I&II). Kun harvennusrajojen pohjapinta-aloja laskettiin nykysuosituksista, ainespuun hakkuut ylittivät kasvun, ja metsäekosysteemien hiilen varastot pienenivät (Artikkeli I). Kun rajoja puolestaan nostettiin, tämä lisäsi samanaikaisesti energiabiomassaa, ainespuuta ja hiilen varastoja sekä nykyilmastossa että muuttuneissa ilmasto-olosuhteissa (Artikkeli II). Tässä työssä kehitetty elinkaarityökalu mahdollisti myös metsätuotannon CO2-vaihdon tarkastelut (Artikkeli III). Kun työkalua käytettiin ekosysteemimallisimulointien yhteydessä, havaittiin, että muuttuneissa ilmasto-olosuhteissa lisääntynyt biomassan kasvu ei kompensoinut hajotuksen ja biomassan polton päästöjä Etelä-Suomessa. Tämän lisäksi metsänhoitotoimenpiteiden aiheuttamien päästöjen vaikutus CO2-vaihtoon oli pieni verrattuna ekosysteemin aiheuttamiin vaikutuksiin (Artikkeli III). Näiden lisäksi havaittiin, että istutustiheyden lisääminen yleisesti käytetystä tiheydestä, 2000 tainta ha−1, lisäsi energiabiomassan tuotantoa energiapuuharvennuksessa, mutta se vähensi myös metsänhoitotoimenpiteistä johtuvia CO2-päästöjä (Artikkeli IV). Tulosten perusteella voidaan sanoa, että metsänhoidolla voidaan vaikuttaa ratkaisevasti metsäekosysteemien tuotannon ilmastovaikutuksiin. Yhdistetyt ekosysteemimallisimuloinnit ja elinkaaritarkastelut mahdollistavat ekologisesti kestävän energiabiomassan ja ainespuun tuotannon tarkastelut yhdessä metsien muiden ilmastonmuutoksen sopeutumisvaihtoehtojen kanssa.

  • Alam, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti ashraful.alam@uef.fi (email)
Krista Peltoniemi. (2010). Aerobic carbon-cycle related microbial communities in boreal peatlands: responses to water-level drawdown. https://doi.org/10.14214/df.101

Suon kuivumisen vaikutukset boreaalisten soiden hiilen kiertoon osallistuvien hapellisten mikrobien yhteisöihin

Ilmaston lämpenemisen tai maankäytön muutosten, kuten metsäojituksen, vaikutuksesta suon vedenpinnantaso laskee ja suo kuivuu. Jos hiilen kiertoon osallistuvien mikrobien toiminta voimistuu kuivumisen seurauksena, suon hiilivarastoista saattaa vapautua ilmakehään enemmän kasvihuonekaasuja, hiilidioksidia ja metaania. Kuivuminen muuttaa suon kasvillisuutta, joka muodostaa kullekin suolle tyypillisen turpeen koostumuksen. On perusteltua olettaa, että kuivumisen vaikutukset ulottuvat myös suon mikrobiyhteisöön, joka on vastuussa turpeen orgaanisen aineen hajotuksesta. Väitöskirjatutkimus selvitti erilaisten boreaalisten suotyyppien mikrobiyhteisöjen rakennetta ja herkkyyttä suon kuivumiselle.

Näytteenottosyvyys ja suotyyppi vaikuttivat suuresti turpeen mikrobiyhteisöön. Bakteeriryhmät olivat runsaampia ravinteikkaammalla suolla ja syvemmissä näytekerroksissa, kun taas sienien osuus oli suurin vähäravinteisemman suotyypin kuivalla pienmuodolla ja ylemmissä näytekerroksissa. Suotyyppi ja näytesyvyys vaikuttivat sienten ja metaania hapettavien bakteerien lajistoon, kun taas aktinobakteerilajisto näyttäisi reagoivan vain näytesyvyyteen. Kuivuminen vaikutti mikrobiyhteisöön. Muutos tuli näkyviin jo lyhytkestoisen kuivumisen jälkeen, ja voimistui pitkäkestoisen kuivumisen jälkeen. Eri suotyyppien mikrobiyhteisöt muuttuivat keskenään samankaltaisemmiksi pitkäkestoisen kuivatuksen seurauksena. Muutokset ovat samansuuntaisia kasvillisuuden muutosten kanssa sillä suurin muutos havaittiin runsasravinteisimmalla suotyypillä ja vähäisin muutos vähäravinteisimmalla suotyypillä. Yleisesti sienet näyttäisivät hyötyvän kuivumisesta, vaikka suotyyppi näytti suuresti vaikuttavan siihen, miten eri sieniryhmät muuttuivat. Aktinobakteerit näyttivät kärsivän runsasravinteisimmilla soilla.

Mikrobiaktiivisuus lisääntyi kuivumisen seurauksena runsasravinteisella ja vähentyi vähäravinteisella suolla. Sienet näyttivät olevan tehokkaimpia orgaanisen aineen hajottajia. Aktiivisuusmittaukset osoittivat, että ilmaston lämpeneminen kiihdyttää orgaanisen aineen hajotusta ainakin pohjoisen runsasravinteisella suotyypillä. Kenttäaktiivisuuden ja tiettyjen hajottajasienisekvenssien välinen yhteys osoittaa, että lajiston koostumus voi vaikuttaa hajotuksen tehokkuuteen. Karikkeen laatu ja maatumisaste vaikuttivat enemmän kuin suotyyppi tai vedenpinnantason lasku aktiiviseen sieni- ja aktinobakteeriyhteisöön. Sienisekvenssit edustivat laajaa sienitaksonien joukkoa, kun taas suurin osa aktinobakteerisekvensseistä oli samankaltaisia vielä tieteelle tuntemattomien aktinobakteerien kanssa.

Ensimmäistä kertaa mikrobiyhteisöjä ja niiden muutoksia suon kuivumisen seurauksena tutkittiin näin laajasti vaihtelevilla boreaalisilla suotyypeillä. Tulokset osoittavat, että suon kuivuminen vaikuttaa suon mikrobiyhteisöön, mutta muutokset ovat vaihtelevia ja vaikeasti tulkittavia. Muutoksia arvioitaessa on otettava huomioon tarkasteltava suotyyppi, karikkeen laatu ja tutkittava mikrobiryhmä.

  • Peltoniemi, University of Helsinki, Department of Biological and Environmental Sciences ORCID ID:Sähköposti krista.peltoniemi@metla.fi (email)
Terhi Riutta. (2008). Fen ecosystem carbon gas dynamics in changing hydrological conditions. https://doi.org/10.14214/df.67

Pohjoisten soiden arvioidaan sisältävän kolmannes kaikesta maaperän hiilestä. Suot ovat paitsi hiilen nieluja myös maapallon suurimpia luonnollisia metaanin lähteitä. Ilmastonmuutos saattaa vaikuttaa sekä soiden hiilenkiertoon että hiilivarastoihin. Korkea vedenpinnan taso vaikuttaa merkittävästi sekä hiilen kertymiseen soihin että metaanipäästöihin soista. Siksi hydrologiset muutokset ovat erityisen tärkeitä arvioitaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia suoekosysteemiin.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli määrittää sarasuoekosysteemin hiilidioksidi- ja metaanidynamiikka eri spatiaalisilla tasoilla: kasvilajiryhmätasolla, kasviyhdyskuntatasolla sekä ekosysteemitasolla, sekä normaaleissa kosteusolosuhteissa että alhaisen vedenpinnan vallitessa. Hiilivirtoja mitattiin kahdella sarasuolla Etelä-Suomessa käyttäen suljetun kammion menetelmää sekä eddy kovarianssi –tekniikkaa.

Normaaleissa kosteusolosuhteissa suoekosysteemi oli hiilidioksidin nielu ja metaanin lähde. Rahkasammalet (Sphagnum) sekä saramaiset kasvit olivat ekosysteemin tärkeimmät yhteyttäjät. Saramaisten kasvien läsnäolo lisäsi selvästi metaanipäästöjä kun taas varpujen läsnäolo pienensi niitä. Hiilivirrat vaihtelivat huomattavasti kasviyhdyskuntien välillä, joten ekosysteemitason hiilivirrat määräytyivät kasviyhdyskuntien osuuksien mukaan.

Vedenpinnanlaskukäsittely pienensi huomattavasti saramaisten kasvien ja rahkasammalten fotosynteesiä ja respiraatiota ja toisaalta hyödytti varpuja. Siksi muutokset ekosysteemitasolla olivat pienempiä kuin kasvilajiryhmätasolla. Pienentyneen fotosynteesin ja suurentuneen respiraation (lähinnä suurentuneen turpeen respiraation) vuoksi sarasuosta tuli aikaisempaa pienempi hiilidioksidin nielu. Metaanipäästöt pienenivät merkitsevästi, lähelle nollaa. Luonnollisten kuivuusjaksojen vaikutus oli samankaltainen mutta vähäisempi kuin vedenpinnanlaskukäsittelyn. Tulokset soveltuvat lyhytaikaisen vedenpinnan laskun vaikutusten tarkasteluun ja ilmasto-olosuhteisiin joissa kuivuusjaksot yleistyvät.

  • Riutta, University of Helsinki, Department of Forest Ecology ORCID ID:(email)
Eugene Lopatin. (2007). Long-term dynamics in growth of Scots pine and Siberian spruce in Komi Republic (European part of Russia). https://doi.org/10.14214/df.53

Työn tavoitteena oli tutkia männyn (Pinus sylvestris L.) ja kuusen (Picea obovata Lebed.) pitkäaikaista kasvunvaihtelua Komin tasavallassa Luoteis-Venäjällä muuttuvissa ympäristöolosuhteissa.

Pitkäaikainen nouseva kasvutrendi havaittiin sekä männyllä että kuusella empiirisissä lustoaineistoissa ja pituuskasvuaineistoissa boreaalisen havumetsävyöhykkeen etelä-, keski- ja pohjoisosissa sekä vaihettumisvyöhykkeellä tundraan.

Pituuskasvussa tilastollisesti merkitsevä lisäys oli kuusella 40 % ja männyllä 30 % koko Komin alueella. Havumetsävyöhykkeen keskiosissa kuusen pituuskasvun lisäys oli 240 % ja männyn 140 %. Pohjoisosissa kuusen pituuskasvun lisäys oli 164 %. Läpimitan kasvussa (sädekasvussa) kasvunlisäys oli kuusella 134 % vaihettumisvyöhykkeellä tundraan ja havumetsävyöhykkeen pohjoisosissa se oli 35 % kahden viimeisen 50 vuoden ajanjakson aikana (periodit 1901 – 1950 ja 1951 – 2000). Havumetsävyöhykkeen keskiosissa kuusen sädekasvussa havaittiin 76 % lisäys viimeisen sadan vuoden aikana mutta vastaavaa tilastollisesti merkitsevää kasvunmuutosta ei vyöhykkeen eteläosissa havaittu. Männyn sädekasvussa havaitut kasvunlisäykset olivat pohjoisosissa 32 % ja keskiosissa 55 %. Havumetsävyöhykkeen eteläosissa ei myöskään männyllä havaittu tilastollisesti merkitsevää kasvunmuutosta.

Viimeisen 20 vuoden aikana ilman lämpötilan nousu on rekisteröity Komin tasavallan kaikilla ilmastoasemilla ja vastaavasti sademäärät ovat nousseet viimeisen 40 vuoden aikana. Nämä muutokset ovat nähtävissä kuusen ja männyn sädekasvussa. Muutos ilmastossa osin selittää lisääntynyttä kasvupaikan tuottokykyä. Lämpötila selitti 22 – 42 % kokonaisvaihtelusta ja sademäärä 19 – 28 %.

  • Lopatin, University of Joensuu, Faculty of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti eugene.lopatin@joensuu.fi (email)
Katri Kostiainen. (2007). Wood properties of northern forest trees grown under elevated CO2, O3 and temperature. https://doi.org/10.14214/df.47

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ilmastonmuutoksen vaikutuksia rauduskoivun (Betula pendula Roth), amerikanhaavan (Populus tremuloides Michx.), paperikoivun (Betula papyrifera Marsh.), sokerivaahteran (Acer saccharum Marsh.) ja kuusen (Picea abies (L.) Karst.) läpimitan kasvuun sekä puuaineen rakenteeseen ja kemiaan. Tutkimuksen aineistot kerättiin Suomessa, Yhdysvalloissa ja Ruotsissa toteutetuista ilmastonmuutoskokeista.

Kohotettu CO2- ja O3-pitoisuus sekä lämpötila vaikuttivat metsäpuiden puuaineen ominaisuuksiin. Rauduskoivulla kohotettu CO2 lisäsi luston leveyttä ja uuteaineiden ja tärkkelyksen pitoisuutta, kun taas selluloosan ja gravimetrisen ligniinin pitoisuus laski. Vasteet kohotetulle otsonille riippuivat kloonista: putkilo-osuus ja typpipitoisuus laskivat, kun taas soluseinäosuus nousi yhdellä kloonilla. Kohotettu CO2 kompensoi otsonin vaikutuksesta tapahtuvaa putkilo-osuuden pienenemistä.

Vasteet kohotetulle CO2- ja O3-pitoisuudelle erosivat 3- ja 5-vuotiaalla haavalla ja paperikoivulla. Kolmevuotiailla haapaklooneilla ja paperikoivulla ligniinipitoisuus lisääntyi kohotetussa O3-pitoisuudessa. Kohotettu CO2 kuitenkin kompensoi tätä vaikutusta eikä ligniinivastetta enää havaittu 5-vuotiailla puilla. Kohotettu CO2 vähensi haavalla uronihappojen pitoisuutta ja lisäsi kloonista riippuen uuteaineiden ja tärkkelyksen pitoisuutta. Kohotettu O3 vähensi haavalla rungon läpimitan kasvua ja putkiloiden soluontelon läpimittaa, mutta lisäsi soluseinän paksuutta. Viisivuotiaalla paperikoivulla kohotettu CO2 lisäsi uuteaineita ja vähensi tärkkelystä, kun taas kohotettu O3 lisäsi molempien pitoisuutta. Kolmivuotias vaahtera reagoi puulajeista vähiten niin kohotettuun CO2- kuin O3-pitoisuuteen.

Kohotettu CO2 vähensi 40-vuotiaalla kuusella typpipitoisuutta, kevätpuun soluseinän paksuutta ja kuitujen soluontelon läpimittaa, kun taas luston leveys lannoittamattomilla puilla ja kesäpuukuidun soluontelon läpimitta kasvoivat. Kohotettu lämpötila vähensi uuteaineiden ja liukoisten sokereiden pitoisuutta, ja lisäsi soluseinän paksuutta ja puun tiheyttä.

Altistuskokeiden tulokset osoittavat, että puuaineen ominaisuudet voivat muuttua ilmastonmuutoksen seurauksena, mutta vasteet kohoaville CO2- ja O3-pitoisuuksille sekä kohoavalle lämpötilalle voivat riippua puulajista ja puun iästä. Puiden pitkäikäisyyden takia lisätietoa pitkäaikaisista tutkimuksista tarvitaan, ennen kuin puuaineen ominaisuuksia ja käyttömahdollisuuksia eri lopputuotteissa voidaan ennustaa tulevaisuuden ilmastossa.

  • Kostiainen, University of Oulu, Department of Biology ORCID ID:Sähköposti katri.kostiainen@metla.fi (email)
Jordi Garcia-Gonzalo. (2007). Effects of management on timber production and carbon stock in a boreal forest ecosystem under changing climate: a model based approach. https://doi.org/10.14214/df.42

Työssä tutkittiin prosessipohjaiseen kasvu- ja tuotosmalliin perustuvien simulointien avulla, miten metsänhoito vaikuttaa boreaalisen metsäekosysteemin ainespuun tuotantoon ja hiilensidontaan muuttuvassa ilmastossa.

Mallitarkasteluissa käytettiin kuutta erilaista metsänhoito-ohjelmaa (käsittelemätön vaihtoehto ja viisi erilaista harvennusohjelmaa, jotka ovat variaatioita nykyisestä harvennuskäytännöstä) ja kolmea eri ilmastoskenaariota (nykyilmasto ja kaksi muuttuvan ilmaston vaihtoehtoista skenaariota) seuraavan 100 vuoden ajalla. Samalla tutkittiin myös, miten puuston ikäluokkajakauma metsäaluetasolla (vertailussa vasemmalle ja oikealle vino, tasainen ja normaalisti jakautunut ikäluokkajakauma) vaikuttaa ainespuun tuotantoon ja hiilensidontaan sekä hiilensidonnan mahdollisiin kustannuksiin verrattuna nykyisten käytäntöjen mukaiseen metsien käsittelyyn. Näiden laskelmien lisäksi tutkittiin, millainen metsänkäsittely on järkevää muuttuvassa ilmastossa, kun metsiä pyritään samanaikaisesti hyödyntämään eri tarkoituksiin (ainespuunpuun tuotos, hiilensidonta ja lahopuun tuottaminen). Tutkimuksen lähtöaineistona käytettiin metsäsuunnitelmatietoa Keski-Suomessa sijaitsevalta metsäalueelta, jonka metsät olivat kuusi- ja mäntyvaltaisia.

Vähittäinen lämpötilan ja ilman hiilidioksidipitoisuuden kohoaminen 100 vuoden tarkastelujaksolla lisäsi sekä ainespuun tuotosta että metsien hiilensidontaa riippumatta käytetystä metsänhoito-ohjelmasta. Toisaalta, em. lisäys oli suurin pidettäessä metsien puustopääoma korkealla verrattuna nykyiseen käytäntöön. Jos metsiä ei harvennettu lainkaan kiertoajan kuluessa, vaan tehtiin pelkkä päätehakkuu (kun puusto saavutti riittävän uudistamisjäreyden tai iän), hiilensidonta oli suurimmillaan metsäekosysteemissä. Toisaalta tässä tapauksessa hakkuista saatavat tulot olivat pienimmät. Metsäalueen puuston ikäluokkajakauma vaikutti enemmän ainespuun tuotantoon kuin metsien hiilensidontaan. Metsien käytölle asetetut eri tavoitteet (ainespuunpuun tuotos, hiilensidonta ja lahopuun tuottaminen) ja niiden painotukset sekä muuttuva ilmasto vaikuttivat yhdessä metsänhoitoon metsäaluetasolla.

  • Garcia-Gonzalo, University of Joensuu, Faculty of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti Jordi.garcia@joensuu.fi (email)
Elemer Briceño-Elizondo. (2006). Stand level analysis on the effects of management and climate change on the growth and timber yield with implications on carbon stocks in boreal forest ecosystem: a model based approach. https://doi.org/10.14214/df.24

Tutkimuksessa analysoitiin mallisimulointien perusteella, miten metsänhoito ja ilmastonmuutos vaikuttavat boreaalisen metsän kasvuun ja kehitykseen sekä sen kykyyn tuottaa ainespuuta ja sitoa hiiltä. Laskelmat koskivat mänty- (Pinus sylvestris), kuusi- (Picea abies) koivu- (Betula sp) metsiköitä sekä Etelä- että Pohjois-Suomessa. Laskelmissa käytettiin kahta erilaista ilmastonmuutosskenaariota sekä sovellettiin kahdeksaa erilaista harvennusohjelmaa. Harvennusohjelmien laadinnassa puuston pohjapinta-alaan ja valtapituuteen perustuvia harvennussuosituksia muunneltiin siten, että puuston keskimääräinen määrä kiertoajan yli vaihteli nykysuosituksiin verrattuna.

Laskelmat osoittivat, että harventamattomissa metsiköissä kasvu ja hiilensidonta olivat aina suurempia kuin harvennetuissa metsiköissä kasvupaikasta, puulajista ja ilmastoskenaariosta riippumatta. Toisaalta harvennusohjelmat, joissa puuston keskimääräinen määrä säilyi nykyisiä suosituksi korkeampana, tuottivat runsaammin ainespuuta ja sitoivat hiiltä kuin sovellettaessa nykyisiä suosituksia. Ilmastonmuutos lisäsi kasvua, ainespuun tuotosta ja hiilensidontaa, Pohjois-Suomessa suhteellisesti enemmän kuin Etelä-Suomessa puulajista riippumatta. Puuston määrän lisääminen harvennusmetsissä saattaa olla perusteltu vaihtoehto metsästä saatavan kokonaishyödyn lisäämiseksi yhdistäessä ainespuun tuotanto ja hiilensitominen toisiinsa. Samalla voidaan luoda otollisia olosuhteita metsien monimuotoisuuden suojelemiseksi.

  • Briceño-Elizondo, University of Joensuu, Faculty of Forestry ORCID ID:Sähköposti elemer.briceno@joensuu.fi (email)
Eija Juurola. (2005). Photosynthesis, CO2 and temperature – an approach to analyse the constraints to acclimation of trees to increasing CO2 concentration. https://doi.org/10.14214/df.4

Tutkimuksen tavoitteena oli analysoida lämpötilan ja hiilidioksidipitoisuuden vaikutuksia fotosynteesiin ja siihen liittyviin prosesseihin ottaen huomioon lajille tyypillinen lehden kolmiulotteinen rakenne. Lehden rakenne vaikuttaa sekä hiilidioksidin kulkeutumiseen että valon absorptioon lehteen ja siten viherhiukkasten fotosynteesitehokkuuteen. Työssä yhdistetään fotosynteesiin vaikuttavia fysikaalisia ja biologisia tekijöitä. Puiden mukautumista ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen tutkittiin kokeellisesti männyllä ja rauduskoivulla ja tuloksia tulkittiin suhteessa lehden ja neulasen rakenteellisiin eroihin.

Tutkimuksessa kehitettiin rauduskoivun lehden kolmiulotteista rakennetta yksityiskohtaisesti kuvaava malli, jonka avulla hiilidioksidin kulkeutumista ja valon absorptiota lehden sisällä voitiin analysoida. Lämpötilan vaikutusta hiilidioksidin sitoutumiseen lehdessä tutkittiin aluksi määrittämällä kokeellisesti fotosynteesin tärkeimpien reaktioiden lämpötilariippuvuus boreaalisella vyöhykkeellä kasvavalle rauduskoivulle. Tässä käytettiin hyväksi perinteistä fotosynteesireaktioita kuvaavaa mallia.

Näitä riippuvuuksia hyväksi käyttäen voitiin kolmiulotteisella mallilla analysoida fysikaalisten tekijöiden vaikutuksia lehden fotosynteesin lämpötilariippuvuuteen. Kehitetty malli osoittautui hyväksi työkaluksi kun tutkitaan hiilidioksidin sitoutumista eri lajeilla. Tulosten perusteella määritettiin uudet fotosynteesireaktioiden lämpötilariippuvuudet, joissa lehden rakenteen ja fysikaalisten tekijöiden vaikutus otettiin huomioon. Tulosten perusteella voidaan sanoa että lehden rakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat selvästi lehtitasolla mitatun fotosynteesin lämpötilariippuvuuteen. Tällä on merkitystä kun tarkastellaan lajien välisiä eroja muuttuvassa ympäristössä. Kolmiulotteisen mallianalyysin perusteella voitiin myös todeta, että muiden vaikuttavien tekijöiden lisäksi lehden rakenteella voi olla huomattava vaikutus siihen miten kasvi mukautuu ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen.

Puiden mukautumista tutkittiin kahdella eri puulajilla, ja tulosten perusteella voidaan sanoa että mukautuminen ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen eroaa puulajien välillä. Mänty hitaasti kasvavana ikivihreänä puuna suuntaa käytettävissä olevia resursseja fotosynteesin lisäksi myös esimerkiksi talviaikaiseen suojautumiseen ja kuivuuteen mukautumiseen, kun taas koivu nopeasti kasvavana lehtipuuna voi käyttää resurssejaan fotosynteesinopeuden hetkelliseen maksimointiin. Nämä puulajien väliset erot näkyvät myös mukautumisessa muuttuvaan ympäristöön. Hiilidioksidipitoisuuden noustessa saattaa jopa käydä niin, että mänty hyötyy pitoisuuden noususta ainakin väliaikaisesti enemmän kuin rauduskoivu.

  • Juurola, University of Helsinki, Department of Forest Ecology ORCID ID:Sähköposti eija.juurola@helsinki.fi (email)

Rekisteröidy käyttäjäksi
Paina tätä linkkiä Metsätieteen aikakauskirjan käsikirjoituksen tarjoamis- ja seurantajärjestelmään (OJS) kirjautumiseen.
Kirjaudu sisään
Jos olet kirjautunut käyttäjäksi, kirjaudu sisään tallentaaksesi valitsemasi artikkelit myöhempää käyttöä varten.
Ilmoitukset päivityksistä
Kirjautumalla saat tiedotteet uudesta julkaisusta.


Valitsemasi artikkelit