Artikkelit jotka sisältävät avainsanan 'optimointi'.

Syed Adnan. (2020). Improvements in forest structural type assessment using airborne laser scanning. https://doi.org/10.14214/df.306

Metsien rakennetyyppien (FST) arviointi tarjoaa työkaluja erilaisten metsiköiden erotteluun, kestävään metsäsuunnitteluun ja tehokkaaseen päätöksentekoon. Tässä työssä hyödynnettiin neljää aineistoa kolmelta kasvillisuusvyöhykkeeltä, jotka olivat pohjoinen havumetsävyöhyke, lauhkean vyöhykkeen metsä ja välimerellinen metsä. Rakennetyyppien arvioinnissa tarkasteltiin seuraavia menetelmiä. Puiden kokovaihteluun perustuvaa Gini-kerrointa (GC) hyödynnettiin metsän rakenteen määrittelyyn pohjoisen havumetsävyöhykkeen tutkimusaineistossa. Lisäksi tarkasteltiin koealakoon, puuston kasvatustiheyden ja lentolaserkeilauksen (ALS) pistetiheyden vaikutusta ALS pohjaiseen Gini-kertoimen estimointiin. Toisekseen neljää rakennetunnusta, jotka olivat neliökeskiläpimitta (QMD); GC, keskineliöläpimittaa suurempien puiden pohjapinta-ala (BALM) ja puuston runkoluku (N), hyödynnettiin kehitettäessä kasvillisuusvyöhykkeistä riippumatonta metsien rakennetyyppien arviointia. Lopuksi määritettiin maksimaalinen entropia-arvo, joka luokittelee erilaisia pohjoisen havumetsävyöhykkeen metsien rakennetyyppejä suoraan lentolaserkeilauksen korkeustunnusten perusteella. Sen jälkeen puuston biomassaa ennustettiin erikseen rakennetyypeittäin ja koko aineistossa.

Tulokset osoittivat, että koealan koolla on suurin vaikutus Gini-kertoimen estimointiin ja että 250–450 m2 (ympyräkoealan säde 9–12 m) on optimaalisin koko. Edelleen Gini-kerroin ja keskineliöläpimittaa suurempien puiden pohjapinta-ala ovat luotettavimpia tunnuksia erottelemaan läpimittajakaumaltaan laskevat sekä yksi- ja monihuippuiset metsiköt. Neliökeskiläpimittaa ja runkolukua voidaan puolestaan hyödyntää erotellessa nuoria ja vanhoja sekä tiheitä ja harvoja metsiköitä. Lentolaserkeilaustunnusten perusteella määritettävä maksimaalinen entropia-arvo on 0,33, kun taas hyödynnettäessä puuston pohjapinta-alaa päädytään arvoon 0,5. Jos lentolaserkeilaukseen perustuvaa arvoa hyödynnetään aineiston osittamisessa, johtaa se biomassan ennustamisen vähäiseen tarkentumiseen. Osittamisella päädytään myös erilaisten ALS-piirteiden valintaan eri ositteiden malleissa. Esimerkiksi suuria korkeuskvantiileja käytetään eri-ikäisrakenteisten ja nuorten metsien biomassan ennustamisessa, kun taas latvuspeittoon ja keskimääräisiin korkeuskvantiileihin perustuvia ALS-piirteitä hyödynnetään tasaikäisrakenteisten ja sulkeutuneiden metsiköiden biomassojen ennustamisessa. Tuloksia voidaan hyödyntää lentolaserkeilaukseen perustuvien piirteiden valinnassa erityisesti puustoltaan heterogeenisissä metsissä.

  • Adnan, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti adnan.adnan@uef.fi (email)
Syed Adnan. (2020). Improvements in forest structural type assessment using airborne laser scanning. https://doi.org/10.14214/df.306

Metsien rakennetyyppien (FST) arviointi tarjoaa työkaluja erilaisten metsiköiden erotteluun, kestävään metsäsuunnitteluun ja tehokkaaseen päätöksentekoon. Tässä työssä hyödynnettiin neljää aineistoa kolmelta kasvillisuusvyöhykkeeltä, jotka olivat pohjoinen havumetsävyöhyke, lauhkean vyöhykkeen metsä ja välimerellinen metsä. Rakennetyyppien arvioinnissa tarkasteltiin seuraavia menetelmiä. Puiden kokovaihteluun perustuvaa Gini-kerrointa (GC) hyödynnettiin metsän rakenteen määrittelyyn pohjoisen havumetsävyöhykkeen tutkimusaineistossa. Lisäksi tarkasteltiin koealakoon, puuston kasvatustiheyden ja lentolaserkeilauksen (ALS) pistetiheyden vaikutusta ALS pohjaiseen Gini-kertoimen estimointiin. Toisekseen neljää rakennetunnusta, jotka olivat neliökeskiläpimitta (QMD); GC, keskineliöläpimittaa suurempien puiden pohjapinta-ala (BALM) ja puuston runkoluku (N), hyödynnettiin kehitettäessä kasvillisuusvyöhykkeistä riippumatonta metsien rakennetyyppien arviointia. Lopuksi määritettiin maksimaalinen entropia-arvo, joka luokittelee erilaisia pohjoisen havumetsävyöhykkeen metsien rakennetyyppejä suoraan lentolaserkeilauksen korkeustunnusten perusteella. Sen jälkeen puuston biomassaa ennustettiin erikseen rakennetyypeittäin ja koko aineistossa.

Tulokset osoittivat, että koealan koolla on suurin vaikutus Gini-kertoimen estimointiin ja että 250–450 m2 (ympyräkoealan säde 9–12 m) on optimaalisin koko. Edelleen Gini-kerroin ja keskineliöläpimittaa suurempien puiden pohjapinta-ala ovat luotettavimpia tunnuksia erottelemaan läpimittajakaumaltaan laskevat sekä yksi- ja monihuippuiset metsiköt. Neliökeskiläpimittaa ja runkolukua voidaan puolestaan hyödyntää erotellessa nuoria ja vanhoja sekä tiheitä ja harvoja metsiköitä. Lentolaserkeilaustunnusten perusteella määritettävä maksimaalinen entropia-arvo on 0,33, kun taas hyödynnettäessä puuston pohjapinta-alaa päädytään arvoon 0,5. Jos lentolaserkeilaukseen perustuvaa arvoa hyödynnetään aineiston osittamisessa, johtaa se biomassan ennustamisen vähäiseen tarkentumiseen. Osittamisella päädytään myös erilaisten ALS-piirteiden valintaan eri ositteiden malleissa. Esimerkiksi suuria korkeuskvantiileja käytetään eri-ikäisrakenteisten ja nuorten metsien biomassan ennustamisessa, kun taas latvuspeittoon ja keskimääräisiin korkeuskvantiileihin perustuvia ALS-piirteitä hyödynnetään tasaikäisrakenteisten ja sulkeutuneiden metsiköiden biomassojen ennustamisessa. Tuloksia voidaan hyödyntää lentolaserkeilaukseen perustuvien piirteiden valinnassa erityisesti puustoltaan heterogeenisissä metsissä.

  • Adnan, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti adnan.adnan@uef.fi (email)
Aino Assmuth. (2020). Economics of carbon storage in heterogeneous forests. https://doi.org/10.14214/df.304

Kansainvälisiin ilmastotavoitteisiin pääseminen edellyttää metsien hiilinielujen vahvistamista. Tässä väitöskirjassa tutkitaan, miten hiilensidontaa voidaan lisätä muuttamalla metsänhoitoa. Toistaiseksi hiilensidonnan taloudellinen analyysi on rajoittunut yhden puulajin tasaikäisrakenteisiin metsiin. Väitöskirjassa kehitetään uudenlainen taloustiedettä ja ekologiaa yhdistävä mallikehikko, joka huomioi metsikön koko- ja puulajirakenteen sekä mahdollistaa valinnan jatkuvapeitteisen ja jaksollisen (päätehakkuisiin perustuvan) metsänhoidon välillä.

Ensimmäinen artikkeli esittelee optimointimallin, jossa kannattavinta metsänkäytön tapaa etsittäessä huomioidaan sekä puuntuotannon että hiilensidonnan taloudellinen arvo. Jälkimmäinen sisällytetään malliin hinnoittelemalla hiilidioksidin sitominen ja vapauttaminen. Mallilla ratkaistaan optimiohjausteoriaa hyödyntäen taloudellisesti kannattavin tapa harventaa metsää ja kiertoajan pituus eli kahden päätehakkuun välinen aika. Toisin kuin aiemmissa vastaavissa malleissa, tuottoisin kiertoaika voi olla ääretön, jolloin metsää kannattaa hoitaa jatkuvapeitteisenä päätehakkuun sijaan. Toisessa artikkelissa kysymystä tarkastellaan numeerisen laskennan keinoin kuusikoissa, sisällyttäen tarkka kuvaus metsänhoidon rahavirroista sekä hiilivarastoista elävissä puissa, lahopuussa ja puutuotteissa. Kolmannessa artikkelissa laskentakehikko laajennetaan monen puulajin metsiköihin. Puulajeihin kuuluvat kaupallisesti arvokkaiden kuusen ja koivun lisäksi myös muut lehtipuut, joilla ei ole kaupallista arvoa.

Väitöskirjassa osoitetaan, että hiilen hinnoittelun vaikutus metsän kannattavimpaan hoitotapaan riippuu korkokannasta ja nopeudesta, jolla hiili vapautuu puutuotteista hakkuiden jälkeen. Realistisilla oletuksilla hiilen hinnan nostaminen lykkää kannattavinta päätehakkuuhetkeä ja johtaa lopulta siihen, että on tuottoisinta siirtyä jaksollisesta jatkuvapeitteiseen metsänhoitoon. Harvennukset kannattaa poikkeuksetta kohdistaa kunkin puulajin suurimpiin kokoluokkiin. Hiilen hinnoittelu lykkää harvennuksia, minkä seurauksena sekä korjattavat että pystyyn jätettävät puut ovat suurempia. Ilman hiilen hinnoittelua kaikki kaupallisesti arvottomat muut lehtipuut kaadetaan jokaisen hakkuun yhteydessä. Kun hiilensidonnan arvo huomioidaan, osan näistä annetaan kasvaa suuriksi ennen kaatamista, mikä lisää puulajimonimuotoisuutta ja kuolleen puun määrää metsikössä. Tulosten mukaan maltillinen hiilen hinnoittelu tyypillisesti kasvattaa keskimääräistä puuntuotosta erityisesti tukkipuun osalta. Hiilensidonnan lisääminen metsänkäsittelyn muutoksilla paljastuu suhteellisen edulliseksi, varsinkin monen puulajin metsissä. Väitöskirja osoittaa, että ilmastokestävän metsätalouden tulee pohjautua monitieteiseen ymmärrykseen metsän ekologiasta, hoidosta ja taloudesta.

  • Assmuth, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti aino.assmuth@helsinki.fi (email)
Mari Selkimäki. (2020). Integrating erosion risk into forest management in Catalonia, Spain. https://doi.org/10.14214/df.290

Välimeren alueella maaperän eroosioprosessit ovat yleisiä johtuen alueen ilmastosta, vaihtelevasta topografiasta sekä ihmisten pitkästä historiallisesta vaikutuksesta sekä intensiivisestä maankäytöstä. Metsillä on tärkeä suojaava rooli kamppailussa eroosiota sekä maaperän köyhtymistä vastaan. Tutkimus keskittyi i) arvioimaan metsätunnusten yhteyttä maaperän eroosioon metsissä, ja ii) sisällyttämään eroosioriski osaksi metsäsuunnittelua. Ensimmäinen tavoite keskittyi eroosion esiintymiseen mahdollisesti vaikuttavien tekijöiden, kuten metsän rakenteen ja koostumukseen, kasvupaikan sekä maankäytön tunnuksiin. Toinen tavoite oli sisällyttää eroosioriskin osaksi monitavoitteista metsäsuunnittelua. Aineistona käytettiin Espanjan kansallista metsä inventointi tietoa, joka sisälsi perinteisten puu ja koeala tietojen lisäksi maaperän eroosion havaintoja. Mallintamismenetelminä käytettiin luokittelupuu sekä logistisen regression analyyseja. Eroosioriskimallit kehitettiin sekä metsikkö että maisematasolle, lisäksi mallien avulla tuotettiin alueellisia todennäköisyyskarttoja. Lopuksi mallit integroitiin simulointi optimointi järjestelmään, jonka avulla eri metsänkäsittely vaihtoehtoja arvioitiin.

Tulosten mukaan eroosion esiintyminen metsikkötasolla oli yhteydessä metsätyyppiin sekä metsän rakenteeseen. Esimerkiksi eroosio riski oli kohonnut semiarid alueiden harvapuustoisilla rinteillä sekä toisaalta tiheissä Abies alba ja Facus sylvatica metsissä. Maisematasolla eroosioriskiä kasvattivat metsikön matala pohjapinta-ala, maaperätyyppien andisol ja cambisol esiintyminen, valuma-alueen suuri pinta-ala sekä kaltevuus, päällystämättömien teiden esiintyminen sekä kaupunkimaisen maankäyttömuodon kasvu. Kehitettyjen mallien avulla eroosioriski integroitiin metsikkötasolla monitavoitteisen metsäsuunnittelun tavoitteeksi yhdessä puuntuotannon ja rakenteellisen monimuotoisuuden kanssa. Tulokset osoittivat, että tarkasteltujen kolmen ekosysteemipalveluiden välillä on riippuvuuksia, jotka vaihtelevat rinteen kaltevuuden sekä kiertoajan mukaan. Tutkimuksen tulokset voivat auttaa eroosiolle alttiiden metsien tunnistamisessa Välimeren alueilla, jolloin eroosioriski ja sen pienentäminen voidaan ottaa huomioon metsäsuunnittelussa.

  • Selkimäki, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti mari.selkimaki@uef.fi (email)
Adrian Pascual Arranz. (2018). Improving forest management planning by means of airborne laser scanning and dynamic treatment units based on spatial optimization. https://doi.org/10.14214/df.257

Ilmasta tehtävä laserkeilaus on tehostanut metsänarviointia viime vuosikymmenten aikana, koska sen avulla voidaan tuottaa 3D-tietoa metsien rakenteesta. Tämä tutkimus keskittyy laserkeilauspohjaisen metsänarvioinnin ja metsäsuunnittelun integrointiin kun tavoitteena on luoda dynaamisia käsittelykuvioita (DTU, dynamic treatment units). Käsittelykuviot eivät ole kiinteitä ja ennalta määrättyjä, vaan ne muodostetaan yhdistämällä pienempiä laskentayksiköitä. Yhdistely suoritetaan metsänhoitotavoitteiden ja metsien dynamiikan perusteella. Tutkimus suoritettiin kahdessa mäntymetsässä Kastilian ja Leónin alueella Espanjassa, joilta kerättiin sekä maastomittauksia että laserkeilausaineistoa. Tämä väitöskirja sisältää neljä artikkelia jotka käsittelevät dynaamisten käsittelykuvioiden muodostamista (artikkelit I ja III), vaihtoehtoisten inventointiyksiköiden (FIU, forest inventory unit) vaikutuksia kun ongelma muotoillaan kahdella eri tavalla (artikkelit I, II ja IV), ja koealojen paikannusvirheiden vaikutuksia aina otantavaiheesta päätöksentekoon asti (artikkeli II). Puustotunnukset estimoitiin kaikissa artikkeleissa laserkeilauksen perusteella, ja läpimittajakaumia sekä metsikön dynamiikkaa kuvaavia malleja sovellettiin pysyvillä koealoilla havaittujen puustotunnusten muutoksen ennustamiseen. Simulointien lopputuloksena saatiin käsittelyketjuja, jotka pyrkivät maksimoimaan ei-spatiaalisia (artikkeli III) ja spatiaalisia (kaikki artikkelit) vastemuuttujia sisältävien hyötyfunktioiden arvoja. Tulokset osoittavat epäsäännöllisten inventointiyksiköiden tuottavan hyviä tuloksia ja korostavat segmentointimenetelmien avulla saatavia hyötyjä, kun tavoitteena on luoda kompakteja käsittelykuvioita. Spatiaalinen optimointi paransi metsäsuunnitelmissa tarvittavaa kuviointia ja lisäsi suunnittelun kustannuksia vain vähän verrattuna ilman spatiaalista optimointia laadittuihin suunnitelmiin. Spatiaaliset tavoitteet ja spatiaalisuuden huomioivat korjuukustannusfunktiot helpottavat inventointiyksiköiden koostamista kuvioiksi. Heuristiset optimointimenetelmät toimivat tehokkaasti kombinatoristen ongelmien ratkaisemisessa. Väitöskirja osoittaa kuinka laajasti käytettyjen laserkeilauspohjaisten menetelmien ja spatiaalisen optimoinnin yhdistäminen auttaa parempien metsäsuunnittelumenetelmien kehittämisessä.

  • Pascual Arranz, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti adrian.pascual.arranz@uef.fi (email)
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)
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)
Janne Rämö. (2017). On the economics of continuous cover forestry. https://doi.org/10.14214/df.245

Tämä väitöskirja tutkii jatkuvapeitteisen metsänhoidon taloutta. Tutkimuksessa yhdistetään jatkuvapeitteisen metsänhoidon taloudellinen kuvaus metsien kasvua kuvaaviin empiirisesti estimoituihin kokoluokkarakenteisiin ja puukohtaisiin malleihin. Optimointiongelma ratkaistaan yleisessä muodossa käyttäen gradientteihin perustuvia sisäpistemenetelmiä. Tulosten riippuvuus ekologisista ja ekonomisista parametreista selvitetään herkkyysanalyysilla. Väitöskirja koostuu yhteenvedosta sekä neljästä artikkelista, joissa ratkaistaan taloudellisesti optimaalinen jatkuvapeitteinen metsänhoito yhden ja monen puulajin metsille. Tulokset esitetään optimaalisille harvennuksille ja puuston rakenteelle, sekä biodiversiteettirajoitteella että ilman. Lisäksi tutkitaan optimaalista transitiota eri alkutiloista kohti pitkän aikavälin tasapainotilaa, korkokannan ja harvennuskustannusten vaikutusta taloudellisesti optimaaliseen puuston rakenteeseen ja hakkuiden ajoitukseen, sekä kuinka tulokset vertautuvat Suomen ja Ruotsin lainsäädäntöihin. Tulosten mukaan hakkuut yleensä kohdistuvat suurimpiin puihin. Monen puulajin metsissä paremmilla kasvupaikoilla lajimonimuotoisuus kasvaa korkokannan noustessa, pitkän aikavälin tasapainotilan ollessa sekametsä. Lajimonimuotoisuus lisääntyy myös, kun biodiversiteetti huomioidaan metsänhoidon optimoinnissa. Hakkuiden ajoitus ja voimakkuus riippuvat sekä korkokannasta sekä kiinteistä hakkuukustannuksista, ja jos alkutila on kaukana pitkän aikavälin tasapainotilasta, laeista löytyvät rajat rikotaan etenkin transitiovaiheessa

  • Rämö, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti janne.ramo@helsinki.fi (email)
María Pasalodos-Tato. (2010). Optimising forest stand management in Galicia, north-western Spain. https://doi.org/10.14214/df.102

Metsikön käsittelyn optimointi Galiciassa, Luoteis-Espanjassa

Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena on kehittää ohjeet Galician mäntymetsien optimaaliselle käsittelylle, kun maksimoidaan taloudellista kannattavuutta. Galiciassa metsien kasvu on hyvä, ja alueen tärkeimmät havupuut ovat Pinus pinaster, Pinus radiata ja Pinus sylvestris. Metsien hoidon suunnittelussa ei ole tähän saakka juuri käytetty analyyttisiä menetelmiä. Väitöskirjatutkimuksen päätavoite oli kehittää työvälineitä, joiden avulla männiköiden käsittelyn suunnittelu on helppoa ja joiden käyttö parantaa metsätalouden kannattavuutta.

Kasvumalleja ja optimointialgoritmia apuna käyttäen kehitettiin mallit männiköiden optimaaliselle käsittelylle. Koska optimikäsittely riippuu mm. puun hinnasta ja korkokannasta, näitä käytettiin mallien selittävinä muuttujina (tutkimukset I-III) yhdessä kasvupaikan pituusboniteetin ja istutustiheyden kanssa. Galician mäntymetsien suurin uhka ovat metsäpalot, joiden aiheuttama riski hankaloittaa sekä metsien hoitoa että taloudellisia analyysejä. Galiciassa metsäpaloriski on niin merkittävä tekijä, että se on sisällytettävä niihin analyyseihin, joiden perusteella metsänkäsittelyohjeet laaditaan. Väitöskirjatyön osatutkimuksessa II riski otettiin huomioon eksogeenisena tekijänä ja osatutkimuksissa III ja IV riski oli endogeeninen. Se, millaiseksi riski oletetaan (eksogeeninen vs. endogeeninen), vaikuttaa optimointituloksiin ja niistä tehtyihin päätelmiin. Osatutkimuksessa IV analysointiin metsälaidunnusta yhdessä puuntuotannon kanssa. Metsäpaloriski otettiin näissäkin analyyseissä huomioon.

Kaikkien osatutkimusten mukaan optimaalinen metsän käsittely riippuu puun hinnasta, korkokannasta ja metsäpaloriskistä. Suureneva korkokanta tai paloriski lyhentää optimikiertoaikaa. Työssä kehitetyt mallit ovat joustavia ja kaikkiin tilanteisiin sopeutuvia, sillä ne ottavat puulajin ja kasvupaikan lisäksi huomioon mm. puun hinnan, korkokannan ja metsäpaloriskin vaikutuksen metsän optimaaliseen käsittelyyn.

  • Pasalodos-Tato, Itä-Suomen yliopisto, Metsätieteiden osasto ORCID ID:Sähköposti pasalodos.maria@inia.es (email)
Veli-Pekka Kivinen. (2007). Design and testing of stand-specific bucking instructions for use on modern cut-to-length harvesters. https://doi.org/10.14214/df.37

Modernissa tavaralajimenetelmän hakkuukoneessa runkojen katkontaa eri puutavaralajien pölkyiksi ohjataan tavaralajeittaisten arvo- ja jakaumamatriisien avulla. Arvomatriisi, jota yleisesti kutsutaan myös hintalistaksi tai hintamatriisiksi, on kaksiulotteinen taulukko, jossa on määritelty tietynpituisen ja -läpimittaisen pölkyn arvo suhteessa muihin kyseisen puutavaralajin pölkkyjen pituus-läpimitta -yhdistelmiin. Jakaumamatriisi on tarvejakaumataulukko, joka kertoo pölkkyjen tavoiteosuuden kullekin pituuden ja läpimitan yhdistelmälle tai vaihtoehtoisesti eri pituuksien tavoiteosuudet kunkin latvaläpimittaluokan sisällä.

Tutkimuksessa tarkastellaan kolmea hakkuukoneapteeraukseen liittyvää keskeistä kysymystä. (1) Johtaisivatko leimikkokohtaisesti säädetyt arvo- ja/tai jakaumamatriisit parempaan toteutuneen tukkijakauman ja tavoitetukkijkauman väliseen yhteensopivuuteen kuin vakiintunut käytäntö, jossa kaikki leimikot niiden ominaisuuksista riippumatta hakataan samoilla arvo- ja jakaumamatriiseilla? (2) Millä tavalla leimikko- ja tavaralajikohtaisia arvo- ja jakaumamatriiseja voidaan tuottaa? (3) Miten tavoitetukkijakauman ja toteutuneen tukkijakauman välistä yhteensopivuutta voidaan mitata ja millainen olisi ideaali yhteensopivuuden mittari?

Leimikkokohtaisten arvo- ja jakaumamatriisien tuottamista ja toimivuutta tarkastellaan kolmella tasolla. Yksinkertaisimmalla tasolla tarkastellaan arvomatriisin säätämistä yhdelle tukkitavaralajille yhdessä leimikossa. Arvomatriisin säätö toteutettiin sumeana säätönä (sumea logiikka) sahan tavoitetukkijakauman ja leimikon puustotiedon perusteella. Toisessa vaiheessa tarkastellaan yhden tukkitavaralajin arvomatriisien samanaikaista säätöä useisiin leimikoihin. Arvomatriisien paralleeli säätö toteutettiin genettisellä algoritmilla. Kolmannella tasolla tarkastellaan kahden tukkitavaralajin kokonaistavoitejakaumien osittamista leimikkokohtaisiin tavoitejakaumiin. Leimikkokohtaiset tavoitetukkijakaumat muodostettiin geneettisellä algoritmilla.

Leimikkokohtaisesti säädettyjen arvo- ja jakaumamatriisien suorituskykyä verrattiin ei-leimikkospesifisten referenssimatriisien suorituskykyyn 15 kuusivaltaisessa eteläsuomalaisessa päätehakkuuleimikossa. Vertailussa jokaisen leimikon kuusirungot katkottiin apteeraussimulaattorilla sekä leimikkokohtaisten arvo- ja jakaumamatriisien että referenssimatriisien ohjaamina. Referenssimatriiseina käytettiin kahden suomalaisen sahateollisuusyrityksen arvo- ja jakaumamatriiseja, joko sellaisenaan tai vähäisessä määrin muutettuna. Leimikkokohtaisia matriiseja oli kahta tyyppiä: todellisen, hakkuukoneen keräämän runkodatan ja estimoidun, leimikoiden ennakkomittausdatasta koostetun runkodatan perusteella tuotettuja.

Tavoitetukkijakaumien ja toteutuneiden tukkijakaumien välisen yhteensopivuuden mittaamiseen tarkoitettuja mittareita evaluoitiin sekä teoreettisin että kokeellisin analyysein. Evaluoitavia mittareita oli neljä: (1) perinteinen jakauma-aste, (2) khi-toiseen testistatistiikkaan perustuva mittari, (3) Laspeyres’n määräindeksi ja (4) hintapainotettu jakauma-aste.

Tutkimus vahvistaa, että tavoitetukkijakauman ja toteutuneen tukkijakauman välisen yhteensopivuuden maksimointi johtaa useimmissa tapauksissa suurempaan kuitupuukertymään ja pienempään tukkikertymään. Hintamatriisien etukäteissäätö näyttää parantavan tavoitetukkijakauman ja toteutuneen tukkijakauman välistä yhteensopivuutta leimikkotasolla, edellyttäen että säätöön käytettävä runkodata vastaa täysin leimikon todellista runkodataa. Kumulatiivisella tasolla hintamatriisien etukäteissäädöstä ei näyttäisi olevan hyötyä. Kokonaistavoitejakauman ositus leimikkokohtaisiin osatukkijakaumiin paransi kokonaistavoitejakauman ja kumulatiivisen toteutuneen tukkijakauman välistä yhteensopivuutta riippumatta leimikkokohtaisten tavoitejakaumien generointiin käytetyn runkodatan alkuperästä. Evaluoitujen neljän yhteensopivuusmittarin välillä ei havaittu merkittäviä suorituskykyeroja.

  • Kivinen, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry ORCID ID:Sähköposti veli.kivinen@helsinki.fi (email)
Tero Heinonen. (2007). Developing spatial optimization in forest planning. https://doi.org/10.14214/df.34

Metsäsuunnitteluongelma koostuu yleensä monista ristiriitaisistakin tavoitteista ja useasta suunnittelukaudesta. Lisäksi suunnittelualueeseen kuuluu lukuisia metsikkökuvioita. Optimointiongelman ratkaisuavaruus voi olla valtava. Tällöin ongelma on ratkaistavissa vain numeerisilla menetelmillä. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli kehittää heurististen optimointimenetelmien soveltuvuutta spatiaalisiin metsäsuunnitteluongelmiin ja vertailla eri heuristiikkojen kykyä ratkaista erilaisia ongelmia. Tavoitteena oli myös kehittää uusia ratkaisumenetelmiä yhä vaikeutuviin spatiaalisiin metsäsuunnitteluongelmiin.

Kun perinteisiä paikallisen haun heuristiikkoja sovelletaan metsäsuunnitteluun, tarkastellaan vain yhtä kuviota kerrallaan ja vaihdetaan sen käsittelyä, jos käsittely parantaa ratkaisua. Tässä väitöskirjassa vaihdettiin kahden kuvion käsittelyä samanaikaisesti. Tämä paransi huomattavasti ratkaisun spatiaalista rakennetta varsinkin yksinkertaisempien heuristiikkojen kohdalla. Paikallisen haun heuristiikkojen suorituskyky on riippuvainen hakua ohjaavista parametreista. Tässä väitöskirjassa kehitettiin automatisoitu menetelmä optimaalisten parametrien löytämiseksi. Menetelmällä löydettiin loogiset ja tehokkaat parametrit paikallisen haun menetelmille rajoitetulla hakuajalla.

Kuvionrajat on perinteisesti muodostettu pysyviksi, ja yksittäiset kuviot oletetaan ominaisuuksiltaan homogeenisiksi. Tämä voi rajoittaa metsän resurssien tehokasta hyväksikäyttöä. Kaukokartoitusmenetelmien kyky tuottaa yhä luotettavampaa metsikkötietoa on lisännyt kiinnostusta pienipiirteisemmän tiedon käyttöön metsäsuunnittelussa. Tässä väitöskirjassa tutkittiin rasterisolujen käyttöä ja merkitystä metsäsuunnittelussa. Spatiaalisten tavoitteiden avulla rasterisoluista muodostettiin dynaamisia käsittely-yksiköitä. Spatiaalisen optimoinnin ja rasterisolujen avulla pystyttiin samalla puuntuotannon tasolla tuottamaan enemmän vanhan metsän pinta-alaa kuin ennakkokuvioinnilla.

Suurten suunnitteluongelmien laskennallista taakkaa voidaan vähentää käyttämällä hajautettuja laskentamenetelmiä. Hajautettuun optimointiin perustuvia soluautomaattia ja redusoitujen kustannusten spatiaalista menetelmää sovellettiin tässä väitöskirjassa spatiaalisiin metsäsuunnitteluongelmiin. Hajautetut lähestymistavat pienensivät ratkaisuavaruutta pieneen osaan paikallisen haun menetelmän ratkaisuavaruudesta, ja näin vähensivät spatiaalisen optimoinnin ajan käyttöä parantamalla samanaikaisesti ratkaisujen laatua.

  • Heinonen, University of Joensuu, Faculty of Forestry ORCID ID:Sähköposti tero.heinonen@joensuu.fi (email)
José Ramón González Olabarria. (2006). Integrating fire risk into forest planning. https://doi.org/10.14214/df.23

Väitöskirjassa käsitellään metsäpaloriskin sisällyttämistä metsäsuunnitteluun Kataloniassa (Koillis-Espanjassa). Väitöskirjan alkuosassa mallitetaan paloriskin riippuvuutta metsikkötunnuksista (tutkimukset I, II, III ja IV), ja jälkimmäisessä osassa kehitetään menetelmien mallien sisältämän tiedon huomioonottamiseksi metsäsuunnittelun analyyseissä (tutkimukset V ja VI).

Mallit kehitettiin metsäsuunnittelua varten ja niissä käytettiin selittäjiä, jotka ovat helposti saatavissa inventointitietona tai simuloimalla, ja osa selittäjistä riippui metsikön käsittelystä. Tutkimuksissa I ja II kehitettiin mallit metsäpalon esiintymisen todennäköisyydelle käyttäen palaneiden alueiden rajoja, Espanjan metsäkarttaa (MFE50) sekä toisen valtakunnan metsien inventoinnin koealoja. Tutkimuksessa III kehitettiin tuhon astetta ja puun elossasäilymistodennäköisyyttä ennustavat mallit käyttäen aineistona paloalueiden rajoja sekä toista ja kolmatta valtakunnan metsien inventointia. Tutkimuksessa IV kehitetyt mallit perustuivat asiantuntijamielipiteeseen erilaisten metsiköiden paloherkkyydestä. Tutkimukset I ja II osoittivat että metsikön korkeus merenpinnasta vaikuttaa voimakkaasti palon todennäköisyyteen, alhaalla sijaitsevien metsiköiden palaessa useimmin. Tulosten mukaan varttuneiden metsiköiden, joissa puun pituuden vaihtelu on pientä ja joissa ei ole pensaskerrosta, paloriski on pienin. Suuret valtapuut selviävät parhaiten elossa metsäpalosta.

Tutkimuksessa II kehitettyä mallia metsäpalon todennäköisyyden ennustamiseksi käytettiin kahdessa suunnittelusovelluksessa. Ensimmäisessä (tutkimus V) optimoitiin metsikön käsittelyohjelma ottamalla huomioon metsäpaloriski. Toisessa sovelluksessa (tutkimus VI) maisematason suunnitteluongelman analyysissä tavoitemuuttujina käytettiin erilaisia maiseman rakennetta ja koostumusta kuvaavia indeksejä, joiden avulla vaikutettiin paloherkkien ja paloa sietävien metsiköiden määrään ja sijaintiin. Väitöskirjan yhteenvedossa esitetään lisäksi alueellinen skenaarioanalyysi puuston tilavuuden ja hakkuukertymän kehityksestä, käyttäen hyväksi väitöskirjassa esitettyjä malleja metsäpalon todennäköisyydelle, tuhon asteelle ja puiden elossasäilymistodennäköisyydelle. Analyysien mukaan metsikön optimaalinen kiertoaika lyhenee metsäpaloriskin suurentuessa. Alueelliset kertymäennusteet saattavat olla huomattavia (10–20%), jos paloriskiä ei oteta huomioon.

  • González Olabarria, University of Joensuu, Faculty of Forestry ORCID ID:Sähköposti gonzalez@cc.joensuu.fi (email)
Zeng Hongcheng. (2006). Influence of clear-cutting on the risk of wind damage at forest edges: A GIS-based integrated models approach. https://doi.org/10.14214/df.16

Tämän työn tavoitteena oli tutkia miten avohakkuut vaikuttavat metsäaluetasolla tuulisuuteen ja tuulituhojen esiintymisriskiin avohakkuualojen reunametsissä. Tätä varten GIS-ympäristöön integroitiin tuulikenttää, mekanistista tuulituhoriskiä ja metsän kasvua simuloivat mallit (osatyöt III-IV). Lisäksi käytettiin hyväksi heurestista optimointia pyrittäessä optimoimaan metsänkäsittelyä (uusien avohakkuualojen ajallinen ja spatiaalinen esiintyminen) metsäaluetasolla siten, että asetettujen hakkuutavoitteiden lisäksi pyrittiin samanaikaisesti ottamaan huomioon uusista hakkuista aiheutuva tuulituhoriski.

Integroitua mallinnusta hyväksi käyttäen tutkittiin Keski-Suomessa sijaitsevalla mallimetsäalueella lisäävätkö avohakkuut metsäaluetasolla tuulisuutta paikallisesti ja/tai keskimäärin (osatyö I) ja vaikuttaako nämä mahdolliset muutokset välittömästi hakkuiden jälkeen (osatyö II) ja/tai pidemmän ajan kuluessa tuulituhoriskeihin avohakkuualojen reunametsissä (osatyö III). Em. yhteydessä verrattiin nykyistä metsäaluetta siellä olevine aukkoineen (vaihtoehto I) tilanteisiin joissa toisessa oli hakattu aukoksi kaikki metsiköt jotka täyttivät nykyisin voimassa olevat metsänhoitosuositusten mukaiset uudistamiskriteerit (vaihtoehto II) ja toisessa oli hakattu kaikki yli 100 vuotta vanhat metsiköt vastaavasti (vaihtoehto III). Tuulituhoriskin arvioinnissa tarkasteltiin tuhoille alttiiden metsiköiden määrää, niiden pinta-alaa ja tuhoille alttiiden metsänreunojen kokonaispituutta erilaisilla tuulennopeuksilla ja niiden todennäköisyyksillä (osatyöt II-IV).

Työn tuloksena saatiin selville, että keskimääräinen tuulen nopeus ei merkittävästi muuttunut metsäaluetasolla, vaikka tehtiin huomattavankin intensiivistä aukkohakkuuta (osatyö I). Toisaalta paikallisesti tuulennopeus kasvoi, kuten odottaa saattoi. Lyhyellä tähtäimellä metsäaluetasolla tuulituhoriski (eli alttiiden metsiköiden määrä ja pinta-ala sekä alttiiden metsänreunojen pituus) jopa väheni (vaihtoehto II), kun intensiivisten aukkohakkuiden myötä hakattiin kaikki riskialttiimmat vanhat metsät. Toisaalta, kun hakattiin vain yli 100 vuotta vanhat uudistuskypsät metsiköt, tällöin uudet avohakkuut altistivat muita metsiköitä tuulituhoriskeille ja metsäaluetasolla riskit jopa lisääntyivät (vaihtoehto II). Tarkasteltaessa tuulituhoriskiä pidemmällä aikajänteellä eli 20 vuoden kuluessa em. hakkuista, III. vaihtoehdossa oli keskimäärin vain 7 % vähemmän alttiita metsänreunoja verrattuna II. Vaihtoehtoon (jossa kerralla hakatun puuston määrä oli huomattavasti suurempi).

Jos tavoitteena oli ylläpitää säännöllistä ja tietyn suuruista puun myyntiä (esim. 10 vuoden välein), tämä vaikutti aukkohakkuiden ajalliseen vaihteluun ja spatiaaliseen sijoittumiseen 30 vuoden tarkastelujaksolla sekä rajoitti mahdollisuutta minimoida tuulituhoriskejä metsäalueella (osatyö IV). Toisaalta tuulituhoriskiä voitiin vähentää metsäaluetasolla avohakkuiden järkevällä keskittämisellä ja välttämällä niiden sijoittamista sellaisten varttuneiden metsiköiden naapureiksi, joiden tuhoriski olisi suuri.

Kaiken kaikkiaan tässä tutkimuksessa esitetty integroitu tuulituhoriskin mallintamislähestymistapa voi auttaa metsänhoidossa ja metsäsuunnittelussa ottamaan huomioon nykyistä paremmin metsänkäsittelyn vaikutukset tuulituhoriskeihin sekä lyhyellä että pidemmällä aikajänteellä ja sekä paikallisesti että metsäaluetasolla.

  • Hongcheng, University of Joensuu, Faculty of Forestry ORCID ID:Sähköposti hongcheng.zeng@joensuu.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