Dissertationes Forestales 2015

Md. Kamrul Hassan. (2015). Supply and demand of biomass based energy: rural people's perspectives in Bangladesh. https://doi.org/10.14214/df.210

Biomassaan perustuvan energian kysyntä ja tarjonta: maaseudun ihmisten tulevaisuudennäköalat Bangladeshissa

Biomassa on yleisin ja merkittävin energialähde Bangladeshin maaseutualueilla. Laajalle levinnyt biomassan energiakäyttö on huolenaihe, koska se voi johtaa metsävarojen ylihyödyntämiseen ja metsämaan siirtymiseen muihin kuin metsätaloustarkoituksiin, millä on mahdollisesti kielteisiä vaikutuksia ilmastonmuutokseen, mutta myös paikalliseen elintarvikkeiden ja polttoaineen tuotantoon. Lisäksi kattavien tietojen puute koskien resurssien käytettävyyttä, biomassan kulutustottumukset sekä tiedon puute koskien yleisiä asenteita ja tietoa biomassapolttoaineista on yleensä todettu suurimmiksi esteiksi nykyaikaisen ja tehokkaan biomassapohjaisen energiakäytön kehittymiselle Bangladeshissa. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan neljää bioenergianäkökohtaa Bangladeshissa: bioenergiapotentiaalia, maaseudun kotitalouksien energiankulutustottumuksia, maaseudun kotitalouksien mieltymyksiä ja suhtautumista biopolttoaineita kohtaan sekä väestön tietoja ja käsityksiä kestävän energian kehittämisestä.

Tuloksista kävi ilmi, että hyödynnettävissä oleva bioenergiapotentiaali maatalouskasvien korjuutähteistä ja puupolttoaineista oli 762 miljoonaa GJ vuonna 2009. Kuitenkin tämän potentiaalin on ennustettu yltävän 946 miljoonaan GJ vuoteen 2020 mennessä "status quo" mittapuulla ja nousevan enintään 1236 miljoonaan GJ korkeimpien BKT:n kasvukäyrien mukaan (artikkeli I). Biomassapolttoaineet todettiin pääasiallisiksi primäärienergian lähteiksi. Primäärienergian kulutukseksi asukasta kohti arvioitiin 6,45 GJ vuodessa, josta biopolttoaineiden osuus oli arviolta 6,03 GJ (vastaa 93 prosenttia energian kokonaiskulutuksesta) (artikkeli II). Tutkimus osoitti, että biomassapolttoaineen kulutukseen vaikuttivat perhekoko, tulot henkeä kohti sekä maapinta-ala henkeä kohti. Suosituin biomassapolttoaine oli polttopuu, jonka jälkeen tulivat lehmän lanta, bambu ja juutin varsi (artikkeli III). Toisaalta puuresurssien jatkuvasta vähenemisestä johtuen polttopuun saatavuudessa on ongelmia. Maatiloilla ja niiden ulkopuolella tapahtuvasta puiden istutuksesta on tullut yhä tärkeämpää maaseudun kotitalouksien keskuudessa vastauksena polttopuun akuuttiin puutteeseen.

Yleisen tietoisuuden tärkeyteen ja uusiutuvien energialähteiden kehittämiseen liittyen tutkimuksessa havaittiin, että maaseudun kotitalouksissa oli hyvä tietämys perinteisistä biopolttoaineista; heillä oli kuitenkin suhteellisen vähän tietoa uudemmista biopolttoaineista ja muista uusiutuvista energialähteistä (artikkeli IV). Tämä merkitsee sitä, että tarvitaan tietoisuuden lisäämistä bioenergiasta ja muista uusiutuvista energiateknologioista maaseudun asukkaiden keskuuteen. Puuresurssien ehtyminen, riittämättömät metsitysohjelmat ja aloitteiden puute kesannointimaiden hyödyntämiseksi puuenergiaistutuksiin on todettu suurimmiksi esteiksi biomassapohjaisen energian kehittymiselle Bangladeshissa. Analyysi osoitti että metsitysohjelmien parantaminen, julkisen energiateknologiatietoisuuden parantaminen sekä "maaseudun biomassapohjaisten energiastrategioiden" valmistelu ja toteuttaminen ovat keskeisiä tekijöitä kestävään biomassaan perustuvan energian kehittämiseksi Bangladeshissa. Tulokset antavat yksityiskohtaista tietoa bioenergian ja muun uusiutuvan energian dynamiikasta, mikä on hyödyllistä kehitettäessä metsä- ja energia-alan mikrohankkeita paikallisella, alueellisella ja kansallisella tasolla.

  • Hassan, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti kamrul.hassan@uef.fi (email)
Markus Melin. (2015). Studying habitat use and behavior of moose (Alces alces) by integrating airborne laser scanning and GPS tracking. https://doi.org/10.14214/df.209

Hirven elinympäristökäytön tutkiminen yhdistämällä laserkeilausaineistoa GPS-panta-aineistoon

Laserkeilausperusteinen metsien inventointi ja -maanpinnan kartoitus ovat tänä päivänä yleisiä menetelmiä joka puolella maailmaa. Tätä aineistoa kerätään yleensä maanmittauksen ja metsätalouden tarpeisiin, mutta se sisältää paljon tietoa, josta voivat hyötyä muutkin toimijat. Eläinten ekologian kannalta metsien ja kasvillisuuden kolmiulotteisen rakenteen tunteminen on tärkeää, koska sen perusteella voidaan arvioida, kuinka hyvän elinympäristön tietty alue voi tietylle lajille tarjota. Laserkeilausaineisto antaa kolmiulotteisen, tarkan ja alueellisesti kattavan kuvauksen tästä rakenteesta.

Tässä väitöskirjatyössä olen yhdistänyt laserkeilausaineistoa GPS-pannoitettujen hirvien sijainteihin. Analysoimalla laseraineistoa näiden sijaintien ympäriltä olen voinut tutkia kuinka metsän rakenne hirvien ympärillä vaihtelee esimerkiksi vuodenaikojen mukaan ja millä tavalla lämpötila vaikuttaa hirven käyttäytymiseen. Lisäksi käytetty aineisto on mahdollistanut sukupuolten sekä mukana kulkevan vasan vaikutusten tutkimisen. Viimeisessä osatutkimuksessa laseraineistoa käytettiin tunnistamaan hirven aiheuttamia metsätuhoja nuorissa taimikoissa.

Saadut tulokset näyttävät selvästi, että laserkeilaus tuottaa tietoa, mistä voi olla suurta hyötyä ekologisessa tutkimuksessa. Tulokset todistivat, että metsän rakenne elinympäristöissä, joita hirvi käyttää vaihtelee merkittävästi eri vuodenaikojen mukaan. Tämä selittyy sillä mitä ravintoa hirvi eri vuodenaikoina käyttää ja millaisissa metsissä tämä ravinto kasvaa. Myös lämpötilan vaikutusta hirvien käyttäytymiseen tutkittiin, ja nämä tulokset näyttivät, että kuumina kesäpäivinä hirvi joutuu hakeutumaan sille epätyypillisiin metsiin saadakseen suojaa lämpöstressiä vastaan. Nämä alueet olivat metsiä, joissa latvusto oli huomattavan korkea ja tiheä. Tulokset antoivat myös uusia näkökulmia metsän rakenteen merkityksestä vasomisaikaan. Tutkitut hirvet synnyttivät avoimilla mailla (suot), mutta pian tämän jälkeen siirtyivät metsiin, joissa oli huomattavan tiheä ja runsas aluskasvillisuus mikä ilmeisesti tarjosi suojaa sekä ruokaa kasvavalle vasalle ja imettävälle emälle. Viimeisessä osatutkimuksessa vakavat hirvituhot pystyttiin onnistuneesti tunnistamaan laserkeilausaineistosta. Tämä väitöskirja antoi esimerkkejä kuinka laserkeilaus- ja GPS-panta-aineiston yhteiskäyttö voidaan toteuttaa ja millaisia tuloksia näin voidaan saavuttaa. Käytetyt menetelmät ovat helposti sovellettavissa myös muihin lajeihin.

  • Melin, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti markus.melin@uef.fi (email)
Juho Aalto. (2015). Seasonal and spatial variation of VOC emissions from boreal Scots pine forest. https://doi.org/10.14214/df.208

Boreaalisen mäntymetsän haihtuvien hiilivetyjen emissioiden ajallinen ja paikallinen vaihtelu

Boreaaliset metsät ovat Pohjois-Euroopan merkittävin haihtuvien hiilivetyjen (VOC) lähde. Haihtuvat hiilivedyt ovat reaktiivisia kaasuja, jotka ottavat osaa kemiallisiin reaktioihin ilmakehässä ja vaikuttavat siten mm. hiukkasmuodostukseen ja ilmastoon.

Työn tavoitteena oli kuvata haihtuvien hiilivetyjen emissioiden ajallista ja paikallista vaihtelua sekä selittää emissioita ajavia ilmiöitä ja niihin vaikuttavia prosesseja. Työtä varten suoritettiin laajoja kenttämittauksia jotka sisälsivät sekä kaasukromatografiaa että massaspektrometriaa. Dynaamista kammiomenetelmää sovellettiin sekä metsänpohjan että metsämännyn versojen hiilivetyemissioiden tutkimiseen.

Tutkimuksissa havaittiin, että metsämännyllä on yksilöllistä vaihtelua emittoidussa terpenoidiseoksessa, millä on vaikutusta ilmakehän koostumukseen. Metsänpohjasta haihtuvilla hiilivedyillä on selvä vaikutus ekosysteemitason voihin. Metsämaassa havaitun suuren paikallisen vaihtelun lisäksi myös männyn hiilivetyemissioilla on suurta vaihtelua mm. suhteessa neulasten ikään, vuodenaikaan sekä kasvuprosesseihin. Uudet neulaset ovat hallitseva hiilivetylähde männyn latvustossa keväällä ja alkukesästä, jolloin kasvuprosessit vapauttavat suuria määriä hiilivetyjä. Keväisen fotosynteesin toipumisen aikaan männynversot ovat voimakas monoterpeenilähde; tämä jakso kestää vain joitain päiviä tai viikon ja on nähtävästi suojaamassa valostressiä vastaan toipumisen kriittisinä hetkinä.

Tutkimus haastaa perinteisen näkemyksen vakioisista emissiopotentiaaleista, joka on nykyisten emissiomallien keskeinen oletus. Ilmakehän hiilivetykoostumus on tulosta lähteiden emissioista ja niiden vaihtelusta; siksi yksityiskohdat ovat merkittäviä kokonaisuuden kannalta. Löydöksen avaavat mahdollisuuksia kehittää hiilivetyemissiomalleja, jotka perustuvat fysiologisiin ja kemiallisiin prosesseihin.

  • Aalto, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti juho.aalto@helsinki.fi (email)
Anas Zyadin. (2015). Prospects for renewable energy education (REE) in elevating youth energy and environmental awareness in Jordan. https://doi.org/10.14214/df.207

Uusiutuvan energian koulutuksen tavoitteena on lisätä tietoisuutta ja siten saada aikaan yhteisön tuki uusiutuvan energian kehittämiselle. Viime aikoina tämä on ollut merkittävä lähestymistapa julkisessa koulutuksessa. Jos nuorilla kansalaisilla on riittävästi tietoja ja taitoja, he voivat toimia uusiutuvan energian kehittämisen kirittäjinä. Olemassa olevasta tutkimuskirjallisuudesta ovat kuitenkin puuttuneet tutkimukset, jotka olisivat kehitysmaiden kontekstissa pyrkineet tutkimaan ja ymmärtämään nuorten kansalaisten käsityksiä ja asenteita uusiutuvaa energiaa kohtaan. Jordania on esimerkki fossiilisista polttoaineista riippuvaisesta maasta, jolla on samaan aikaan suuret uusiutuvaan energiaan liittyvät mahdollisuudet.

Tässä väitöskirjassa kootaan yhteen osatutkimusten havainnot ja niiden pohjalta rakennetaan synteesi Jordanian uusiutuvan energian koulutukseen liittyen. Artikkeleissa 1 ja 4 on tutkittu koululaisten tietoja, käsityksiä ja asenteita uusiutuvaa energiaa kohtaan sekä heidän näkemyksiään ympäristön suojeluun liittyen. Asiaa täydentävät havainnot yläkoulun opettajien tiedoista, käsityksistä ja asenteista uusiutuvaa energiaa kohtaan (artikkeli 2). Kolmannessa artikkelissa tutkitaan opiskelijoiden tietoja ja asenteita energiaa ja ympäristökysymyksiä koskien ja tarkastellaan kodin, koulun ja joukkotiedotuksen välisiä yhteyksiä näihin. Artikkeleiden tulokset osoittavat naisten, kaupungissa asuvien sekä yksityisten yhteiskoulujen oppilaiden tietävän paremmin millaisia uusiutuvien energioiden teknologioita on olemassa sekä myös sen miten niitä voidaan hyödyntää (artikkeli 1). Sukupuolten välillä havaittiin selvä ero siinä, että pojat näyttivät tukevat enemmän ydinvoimaa, kun tytöt puolestaan ilmaisivat suosivansa uusiutuvaa energiaa. Tyttöjen mukaan ympäristön suojelusta on vastuussa koko yhteiskunta, kun pojat/miehet näkivät ympäristön suojeluvastuun olevan pääasiassa hallituksella. Tytöt epäilivät tieteen, teknologian sekä kehittyneiden maiden tekemien interventioiden merkitystä ympäristön suojelulle (artikkeli 4). Tulosten mukaan oppilaiden tietämys bioenergiasta oli hyvin heikkoa (artikkeli 1). Vaikka opettajat tutkimuksen mukaan tukivat uusiutuvaa energiaa, he olivat hyvin skeptisiä miten tämä tulisi kehittymään Jordaniassa (artikkeli 2). Tämän vuoksi opettajat pitivät ydinvoimaa sekä liuskeöljyvarantojen hyödyntämistä parempina keinoina saada aikaa taloudellista kehitystä Jordaniassa. Oppilaat arvioivat vanhempiensa olevan keskeisin tiedon lähde uusiutuvaan energiaan liittyvissä kysymyksissä, vaikka samaan aikaan totesivat, että internet oli tärkeä väline tiedon hankkimisessa.

Tutkimuksen mukaan koulutetut ja hyvin informoidut nuoret kansalaiset saattavat toimia myös tiedon välittäjinä uusiutuvan energian kysymyksissä lukutaidottomille vanhemmilleen. TV ja koulun opetussuunnitelman ulkopuoliset muut toiminnot olivat tärkeitä tiedon lähteitä tytöille, kun taas pojat halusivat saada tietoa vanhemmiltaan ja koulun opettajilta (artikkeli 3).

Väitöskirjan havainnot viittaavat siihen, että Jordanian olisi uudistettava nykyisiä julkisen koulutuksen toimintatapoja. Uusien toimintamallien luomisen myötä voitaisiin lisätä tietämystä uudistuvasta energiasta, sen käytöstä ja eduista. Näiden toimintatapojen luomisessa olisi kiinnitettävä erityistä huomiota naisten mieltymyksiin ja tarpeisiin. Uusien toimintamallien onnistuminen edellyttää opettajien uusiutuvaan energiaan liittyvän tietämyksen tason nostamista. Tutkimus kannustaa myös kehittämään ja hyödyntämään joukkotiedotusta suuren yleisön kampanjoinnin välineenä. Näin voitaisiin vähentää kansalaisten epätietoisuutta tulevaisuuden energiamuoto valintoihin liittyen.

  • Zyadin, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti anas.zyadin@uef.fi (email)
Maija Kymäläinen. (2015). Moisture sorption properties and fungal degradation of torrefied wood in storage. https://doi.org/10.14214/df.206

Torrefioidun puun kosteusominaisuudet ja lahoaminen varastoinnin aikana

Globaalia ilmastonmuutosta pyritään hidastamaan korvaamalla fossiilisia polttoaineita uusiutuvilla energianlähteillä ja tähän liittyvä tutkimus on yhä tärkeämmässä asemassa. Suomessa puuta on perinteisesti hyödynnetty biopolttoaineena ja sen ominaisuudet tunnetaan hyvin. Puulla, kuten kaikilla selluloosapohjaisilla biomassoilla, on kuitenkin joitain ongelmallisia ominaisuuksia. Kosteus vaikuttaa näiden polttoaineiden toimitusketjuun negatiivisesti hankaloittaen logistiikkaa ja polttoa. Puun hygroskooppisuus johtaa varastoinnin yhteydessä lahoamiseen, josta seuraa kuiva-ainetappioita. Tähän ongelmaan on etsitty ratkaisua lämpökäsittelyllä, torrefioinnilla, jossa puun hygroskooppisuutta vähenee. Torrefioidun materiaalin on sanottu olevan biologisesti lahoamatonta, eikä se siten ole alttiina kuiva-ainehäviölle. Aiheesta ei kuitenkaan ole monia tutkimuksia ja torrefioidun materiaalin varastointiominaisuuksien selvittämisen on osoitettu olevan tärkeä tutkimusalue. Tämä väitöskirja pyrkii vastaamaan kysymyksiin torrefioidun puun ja hiilen varastointiominaisuuksista ja erityisesti kosteuden vaikutuksesta varastoitavuuteen.

Tämä väitöskirja koostuu neljästä osajulkaisusta, joissa tutkitaan monipuolisesti torrefioidun kuusen ja koivun, sekä samoista lähdemateriaaleista valmistetun hiilen, kosteusominaisuuksia. Yhdessä osajulkaisussa verrataan torrefioitujen ja höyryräjäytettyjen pellettien ominaisuuksia tiivistämättömään materiaaliin. Tutkimusmateriaali otti itseensä vain pieniä määriä vesihöyryä ja hiukkaskoko sekä materiaalin hydroksyyliryhmien saavutettavuus pienenivät. Vaikka kapillaarinen absorptio hidastui, vedenottokapasiteetti kasvoi. Tämä johti korkeisiin kosteusprosentteihin varastointikokeiden aikana. Torrefioidusta materiaalista eristettiin runsaasti erilaisia sieniä ulkovarastointikokeen aikana. Moni tunnistetuista suvuista piti sisällään tunnettuja allergeenejä. Kokeissa myös osoitettiin, että torrefioidut pelletit eivät siedä vettä ja ne tulisi varastoida katettuina. Tutkimuksissa osoitettiin oikeanlaisen, katetun varastoinnin sekä työturvallisuuden tärkeys.

  • Kymäläinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti Maija.kymalainen@helsinki.fi (email)
Rubén Valbuena. (2015). Forest structure indicators based on tree size inequality and their relationships to airborne laser scanning. https://doi.org/10.14214/df.205

Tämä väitöskirja käsittelee ei-spatiaalisia metsän rakenteen indikaattoreita, erityisesti puiden kokojakaumat huomioon ottavia indeksejä. Yhteenvedossa keskitytään indikaattoreihin, kun taas osajulkaisuissa tarkastellaan indikaattoreiden estimointia laserkeilausaineistolla. Tutkimuksen viitekehyksenä on yleiseurooppalaisten indikaattoreiden kehittäminen, koska maanlaajuiset laserkeilausaineistot yleistyvät nopeasti.

Työssä testattiin erilaisia kirjallisuudessa esitettyjä indikaattoreita metsien rakenteen kuvaukseen. Informaatioteoriaan perustuvat indikaattorit osoittautuivat epäjohdonmukaisiksi ja riittämättömiksi kuvaamaan puiden kokovaihtelua. Tämän takia Shannonin tai vastaavien yleistettyyn entropiaan perustuvien indikaattoreiden käyttöä ei suositella, vaikka niitä onkin yleisesti hyödynnetty. Tässä tutkimuksessa majorisoinnin ja Lorenzen järjestyksen yhteys esitetään puiden kokojakaumien tapauksessa sekä tarkastellaan sen luotettavuutta puupopulaation kokovaihtelun kuvaamisessa.

Tämän tutkimuksen sovelluksessa Lorenzen käyrä yhdistää painottamattoman ja pohjapinta-alalla painotetun kokojakauman. Lorenzen käyrään perustuvia indikaattoreita ovat esimerkiksi Gini-kerroin (GC), käyrän asymmetria ja puuston neliökeskiläpimittaa (QMD) suuremman puuston suhteellinen pohjapinta-ala (BALM). Lorenzen käyrän käännepisteen avulla saadaan selville neliökeskiläpimitta ja siitä voidaan edelleen määrittää BALM. Neliökeskiläpimitan kulloisenkin sijainnin avulla voidaan määrittää myös jakauman maksimaalinen entropia verrattaessa sitä tasajakauman vastaavaan kohtaan. Lorenzen käyrän asymmetriaa puolestaan hyödynnettiin puuston alikasvoksen kuvauksessa.

Sovelluksia varten suositelluimmat indikaattorit ovat GC ja BALM, koska ne määrittävät puuston rakenteen kaksiulotteisesti, mitä voidaan hyödyntää puiden kokovaihtelun yksityiskohtaisessa kuvaamisessa. Parhaaksi menetelmäksi indikaattoreiden ennustamiseksi laserkeilauksella osoittautui epäparametrinen k lähimmän naapurin menetelmä.

  • Valbuena, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti rubenval@uef.fi (email)
Emmi Haltia. (2015). Contingent valuation and choice experiment of citizens’ willingness to pay for forest conservation in southern Finland. https://doi.org/10.14214/df.204

Kansalaisten maksuhalukkuus Etelä-Suomen metsien suojelusta ehdollisen arvottamisen menetelmällä ja valintakokeella

Ympäristön tila vaikuttaa ihmisten hyvinvointiin suoraan ja välillisesti. Tämän väitöskirjan neljässä artikkelissa mitataan Etelä-Suomen metsien suojelun lisäämisen hyvinvointivaikutusta kahdella eri menetelmällä. Nämä menetelmät, ehdollinen arvottaminen ja valintakoe, perustuvat uusklassiseen taloustieteeseen, jota täydennetään psykologian ja psykologisen taloustieteen käsitteillä ja teorioilla.

Ehdollisen arvottamisen menetelmä ja valintakoe ovat menetelmiä, joilla arvotetaan kansalaisten kokemaa hyödynlisäystä ehdotetusta ympäristön tilaa parantavasta hankkeesta. Näitä menetelmiä käytetään erityisesti tilanteissa, joissa ympäristöhyödykkeen arvoon liittyy paljon olemassaoloarvoja. Tällöin arvoa ei voida mitata esimerkiksi retkeilykohdevalintojen tai muun toteutuneen käyttäytymisen perusteella, vaan tarvitaan hypoteettisiin valintoihin perustuvia menetelmiä, jotka arvottavat ympäristön muutosta mittaamalla kansalaisten maksuhalukkuutta.

Mitattaessa metsiensuojelun hyötyjä ehdollisen arvottamisen menetelmällä tarkasteltiin vastaajien vastausepävarmuuteen vaikuttaneita tekijöitä ja epävarmuuden vaikutusta keskimääräiseen maksuhalukkuuteen. Lisäksi arvioitiin kyselyyn vastaamatta jättäneistä tehtävien oletusten vaikutusta keskimääräisen maksuhalukkuuden estimaatteihin sekä korkeimman hintapyynnön suhteettoman suuren hyväksymisosuuden käsittelyvaihtoehtoja. Valintakokeella puolestaan mitattiin suojeluohjelman ominaisuuksien vaikutuksia vastaajien valintoihin.

Tulosten perusteella metsien suojelun lisäämisellä oli aineiston keräämisajankohtana vuonna 2002 vahva kansalaisten tuki. Ehdollisen arvottamisen menetelmällä laskettu mediaanimaksuhalukkuus oli 72 euroa, eli 50 prosenttia vastaajista hyväksyi metsien suojelun lisäämisen, jos kustannukset kotitalouksille olivat korkeintaan 72 euroa vuodessa. Vastaajien valintoihin maksuhalukkuuskysymyksissä vaikuttivat suojelusta kotitaloudelle aiheutuvat kustannukset sekä vastaajan sosioekonomiset ominaisuudet. Valintojen mallinnuksessa tehtävät oletukset vaikuttivat merkittävästi keskimääräiseen maksuhalukkuuteen, samoin kuin vastaamatta jättäneistä tehtävät oletukset. Koska analyysissä tehtävien valintojen vaikutus maksuhalukkuusestimaatteihin voi olla merkittävä, täytyy vaikutuksista tehdä riittävät herkkyysanalyysit. Tämä on erityisen tärkeää, jos tuloksia käytetään poliittisen päätöksenteon tukena.

  • Haltia, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti emmi.haltia@ptt.fi (email)
Heikki Korpunen. (2015). Activity-based costing method in forest industry – modelling the production and costs of sawing, the pulp and paper industry, and energy production. https://doi.org/10.14214/df.203

Suomessa korjataan vuosittain noin 50 miljoonaa kuutiometriä puuta teollisuuden tarpeisiin tämä vastaa noin 1,6 miljardin euron kantorahatuloa metsänomistajille. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tutkia ja mallintaa sahan, sellu- ja paperitehtaiden sekä sähkön- ja lämmöntuotantolaitoksen (CHP) tuotanto- ja kustannusrakenteita. Nämä laitokset ovat useimmiten metsäteollisuuden raakapuutoimitusten kohteina. Mallinnusmenetelmänä käytettiin toimintoperusteista kustannuslaskentaa ja laskennan tuloksia testattiin virtuaalisilla tuotantolaitoksilla suomalaisissa toimintaympäristöissä.

Ensin laitosten tuotanto jaettiin prosesseihin: sahalaitoksella oli kahdeksan, sellu- ja paperitehtailla molemmilla kymmenen, ja CHP-laitoksella neljä tuotantoprosessia. Seuraavaksi prosessien toimintojen edellyttämät resurssit määriteltiin. Resurssien aiheuttamat kustannukset kohdistettiin lopuksi raaka-aineille ja tuotteille erillisten kustannusajureiden mukaan.

Mallinnusten ja esimerkkilaskelmien perusteella eri laitosten kustannusrakenteissa oli joitain yhteneväisyyksiä: sahalla noin 40 %, sellutehtaalla noin 39 % ja paperitehtaalla noin 18 % tuotantokustannuksista aiheutui kuivauksesta. CHP-laitoksella ei ollut varsinaista kuivausta ja polttoprosessi aiheutti suurimmat kustannukset, noin 47 prosenttia tuotantokustannuksista. Vaikka tutkimuksessa esitetyt laskelmat perustuivat osin teoreettisten virtuaalilaitosten kustannuslaskelmiin, tuloksista voitiin päätellä, että sellutehdas, paperitehdas ja CHP-laitos voivat toimia taloudellisesti kannattavasti. Sahauksen kannattavuutta ei tässä tutkittu, koska tarvittavia markkinatietoja ei ollut riittävästi saatavilla.

Toimintoperusteinen kustannuslaskenta soveltui menetelmänä hyvin metsäteollisuuteen. Tässä tutkimuksessa esitettyjä malleja ja laskelmia voidaan käyttää metsäteollisuuden päätöksenteon tukena. Tulosten perusteella voidaan todeta, että sahausasete on tärkeä kustannuksiin vaikuttava tekijä sahauksessa, samoin energian tuotanto sellu- ja paperiteollisuudessa sekä kapasiteetin käyttöaste energiantuotannossa. Mallien ja laskelmien avulla voidaan analysoida teollisuuden suorituskykyä, esimerkiksi suuret kuivauskustannukset viittaavat siihen, että taloudellisesti kannattavimpia kehittämiskohteita kannattaa etsiä energian tuotannosta ja käytöstä. Kirjallisuuskatsauksen mukaan energiaan liittyvät kehittämisprojektit ovatkin olleet merkittäviä viime vuosina metsäteollisuudessa.

Tämän tutkimuksen tuloksia voidaan käyttää myös puunhankinnan kehittämisessä. Puunjalostuksen kustannusperusteinen arviointi voi parantaa puun katkonnan ohjausta: metsässä tapahtuvia katkontapäätöksiä voidaan vertailla taloudellisten kannattavuuksien mukaan ja puu voidaan ohjata kannolta tehtaalle käyttäen parasta katkontaa.

  • Korpunen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti heikki.korpunen@gmail.com (email)
Ming Yang. (2015). The use of lignocellulosic biomass for fermentative butanol production in biorefining processes. https://doi.org/10.14214/df.202

Lignoselluloosabiomassan käyttö fermentoinnilla tuotetun biobutanolin biojalostusprosesseissa

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli käyttää lignoselluloosabiomassaa - ohran olkea - biobutanolin tehokkaassa tuotannossa. Ohran oljen hemiselluloosa erotettiin selluloosasta laimealla rikkihappo- esikäsittelyllä. Esikäsittelyssä syntynyt hydrolysaatti fermentoitiin yhdessä tärkkelys biomassan kanssa (yhteisfermentointi) asetoni-butanoli-etanoli (ABE) liuokseksi. Työssä tutkittiin kaksi erilaista yhteisfermentointiprosessia: I) Ohran olki sekoitettiin yhteen ohran jyvien kanssa ja seos käsiteltiin laimea happo -esikäsittelyllä. Hemiselluloosasta ja tärkkelyksestä hydrolysaattiin vapautuneet sokerit fermentoitiin biobutanoliksi; II) esikäsitelty ohran olki hydrolysaatti ja gelatinoitu tärkkelys liuos sekoitettiin ja fermentoitiin. Esikäsittelyssä syntynyt kiinteä jäännös, joka pääosin sisältää selluloosaa, hydrolysoitiin fermentoituviksi sokereiksi yhtäaikaisesti sellulaasilla ja ksylanaasilla yhdessä pinta-aktiivisten lisäaineiden kanssa. Syntynyt liuos fermentoitiin ABE fermentoinnilla. Kypsymättömästä ohrasta tehtyä tuoretta säilörehua tutkittiin esimerkkinä tärkkelyksen ja lignoselluloosan yhteisfermentoinnista biobutanoliksi.

Ohran olki ja jyvä sekoituksen (prosessi I) optimaalinen sokerisaanto saatiin esikäsittelyolosuhteissa jossa käytettiin 1,5 % rikkihappoa 60 minuuttia. Yksiprosenttinen rikkihappo tuotti kuitenkin paremman ABE fermentointituloksen hydrolysaattisekoituksena kuin 1,5 % rikkihappo.  Tämän liuoksen (1% rikkihappokäsittely) fermentointi tuotti 11,3 g/l ABE liuosta mutta vain 19 % pentoosisokereista oli kulutettu. Prosessi II:ssa jossa fermentointiin liuosta joka oli esikäsitellystä olki ja jyvä sekoituksesta tuotti enemmän ABE liuosta (13,5 g/l) kuin prosessi I, ja 95 % pentoosisokereista oli kulutettu. Kypsymättömän ohran esikäsittelystä syntyvä hydrolysaatti, johon lisättiin gelatinoitua tärkkelystä, tuotti 9,0 – 10,9 g/l ABE liuosta. Ksylanaasin, sellulaasin ja pinta-aktiivisten aineiden (PEG 4000) yhteiskäyttö esikäsittelystä jäävän kiinteän aineen hydrolyysissä lisäsi glukoosin ja ksyloosin tuottoa verrattuna käsittelyyn ilman ksylanaasia ja PEG 4000. Lisääntynyt sokereiden saanto lisäsi ABE tuottoa 93,8 g/kg 135 g/kg esikäsiteltyä olkea.

Tulokset viittaavat siihen, että olkibiomassasta tuotettu hemiselluloosa lisättynä sopivalla määrällä tärkkelystä sisältävää biomassaa on käyttökelpoinen raaka-aine biobutanolin tuotannossa. Hemiselluloosan tehokkaassa hyödyntämisessä prosessi II näyttää parhaimmalta erityisesti kun on useita biomassoja käytössä. Ksylanaasin ja pinta-aktiivisten aineiden lisäys sellulaasilla tehtyyn hydrolyysiin tuotti hyvälaatuista materiaalia biobutanolifermentointiin. Vihreä ohrasäilörehu tuotti selvitetyillä esikäsittelymenetelmillä hyvin biobutanolia, mikä indikoi vihersäilörehun potentiaalia biojalostusprosesseissa.

  • Yang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti ming.yang@uef.fi (email)
Svetlana Saarela. (2015). Use of remotely sensed auxiliary data for improving sample-based forest inventories. https://doi.org/10.14214/df.201

Kaukokartoitusaputiedon hyödyntäminen otantapohjaisten metsien

inventointien parantamisessa

Viime vuosikymmeninä kaukokartoituksen avulla hankitulla aputiedolla

on potentiaalia lisätä otantapohjaisen metsien inventoinnin

tärkeimpien estimaattoreiden täsmällisyyttä. Tämän opinnäytetyön

motivaatio perustuu kaukokartoitusaineistojen lisääntyvään

saatavuuteen ja tavoitteena oli selvittää miten tämän tyyppistä

aputietoa voidaan käyttää parantamaan otantapohjaisten tutkimusten

asetelmaa ja estimaattoreita. Tutkittiin kahta erilaista

lähestymistapaa: malliperusteista ja asetelmaperusteista. Tutkimuksia varten kerättiin empiirinen aineisto boreaalisesta metsäalueelta Kuortaneelta Länsi-Suomesta. Aineisto käsitti yhdistelmän aputietona hyödynnettyjä laserkeilaus- ja Landsat-aineistoja, maastokoeala-aineisto kerättiin 10. valtakunnan metsien inventoinnin muunnelmana. Tutkittavana metsikkötunnuksena oli runkotilavuus.

Tämän opinnäytetyön tulokset ovat tärkeitä metsien inventoinnin

kehittämisessä vastaamaan vaatimuksia, jotka pohjautuvat kasvavaan

määrään metsiin liittyviä kansainvälisiä sopimuksia ja velvoitteita.

Användning av fjärranalysdata för att förbättra stickprovsbaserade skogsinventeringar

Under de senaste årtiondena har det visat sig att hjälpdata från fjärranalys har potential att öka precisionen för skattningar i stickprovsbaserade skogsinventeringar. Denna avhandling motiverades av den ökade tillgängligheten av fjärranalysdata, och målet var att undersöka hur den här typen av hjälpdata kan användas för att förbättra både stickprovsdesign och skattningar vid stickprovsbaserade inventeringar. Två olika typer av statistisk inferens studerades: modellbaserad inferens och designbaserad inferens. Empiriska data för studierna förvärvades från ett borealt skogsområde i Kuortane regionen i västra Finland. Data bestod av en kombination av hjälpinformation från luftburen LiDAR, Landsat och fältdata från provytor som samlats in med hjälp av en intensifierad version av Riksskogstaxeringen. Det attribut som studerades var volym för skogsbeståndet.

Resultaten från denna avhandling är viktiga för utvecklingen av skogsinventeringar så att de kan uppfylla de krav som följer av ett ökande antal internationella åtaganden och överenskommelser med anknytning till skogen.

  • Saarela, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti svetlana.saarela@helsinki.fi (email)
Aarne Hovi. (2015). Towards an enhanced understanding of airborne LiDAR measurements of forest vegetation. https://doi.org/10.14214/df.200

Väitöskirja käsittelee metsien mittausta ilma-aluksesta tehdyn laserkeilauksen avulla. Perustutkimusluonteisessa työssä selvitettiin, miten metsän rakenne ja heijastusominaisuudet sekä keilain- ja keilauskohtaiset parametrit vaikuttavat laserkeilaimella tehtyihin mittauksiin. Lisäksi selvitettiin aaltomuotolaserkeilainten käyttömahdollisuuksia verrattuna yleisemmin käytettyihin kaikulaserkeilaimiin.

Osajulkaisussa I tutkittiin alikasvospuustosta kaikulaserkeilaimella tehtyjä mittauksia. Energiahäviöt ylempiin latvuskerroksiin vaikuttivat todennäköisyyteen saada kaikuja alikasvospuista ja vääristivät kaikujen jakaumaa siten, että kaikuja saatiin eniten voimakkaasti heijastavista kohteista. Laserkaikujen intensiteetti ei soveltunut alikasvoksen puulajin tunnistukseen, mutta alikasvospuuston määrää pystyttiin ennustamaan kaikujen korkeusjakauman avulla.

Osajulkaisussa II kehitettiin maastofotogrammetriaan perustuva menetelmä laserkeilaustutkimuksen tueksi. Maastossa otettujen digikuvien avulla pystyttiin visualisoimaan laserkaikuja ja -aaltomuotoja sekä tutkimaan niiden geometrista tarkkuutta. Kuvilta laskettu kasvillisuuden silhuettiala oli yhteydessä lasersignaalin voimakkuuteen.

Osajulkaisussa III kehitettiin simulointimalli lasermittausten mallintamiseen ja verrattiin simuloituja aineistoja taimikkokasvillisuudesta aaltomuotolaserkeilaimella tehtyihin mittauksiin. Simuloimalla näytettiin, miten kasvillisuuden rakenne ja laserkeilaimen ominaisuudet vaikuttavat mittauksiin. Tulokset osoittivat, että aaltomuotolaserkeilaimella tehdyt mittaukset kuvaavat taimikkokasvillisuuden rakennetta ja niitä on mahdollista hyödyntää taimikkokasvillisuuden kartoituksessa.

Osajulkaisussa IV tutkittiin aaltomuotolaserkeilaimella tehtyjen mittausten käyttöä puulajin tunnistuksessa. Aaltomuotolaserkeilaus paransi tuloksia verrattuna kaikulaserin tallentaman intensiteetin käyttöön. Lisäksi selvitettiin, mitkä muut tekijät puulajin lisäksi vaikuttavat lasermittauksiin. Tunnetuista tekijöistä puuyksilöiden välistä lasersignaalin vaihtelua selittivät parhaiten puun pituus ja fenologinen tila, mutta aineistoon jäi paljon puuyksilöstä riippuvaa selittämätöntä vaihtelua.

Väitöskirjan tulokset lisäävät ymmärrystä metsäkasvillisuudesta tehtyhin laserkeilausmittauksiin vaikuttavista tekijöistä ja luovat perustaa keilainlaitteiden sekä aineistojen tulkintamenetelmien jatkokehitykselle.

  • Hovi, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti aarne.hovi@helsinki.fi (email)
Miguel Fabra-Crespo. (2015). Perceptions, realities and forest communication. https://doi.org/10.14214/df.199

Metsätalouden ja yhteiskunnan välisessä suhteessa yhteiskunnalliset vaatimukset vaikuttavat metsäsektoriin enemmän kuin sektorin sisäiset kehitystavoitteet. Tällöin tapa luoda maksimaalista ymmärrystä metsäsektorin ja yhteiskunnan välillä on kehittää tulevaisuutta yhdessä. Täten viestinnästä on tullut keskeinen tekijä nykyajan metsätaloudessa. Viestintä metsään liittyvistä asioista on vieläkin tärkeämpää kuin muilla aloilla, koska tertiäärinen sektori (palvelut) ja ympäristöarvot ovat paljon tärkeämpiä kaupunkilaisväestölle kuin primäärinen metsätuotanto.

Tämän tutkimuksen päätarkoitus on tuoda lisätietoutta metsäsektorin toimijoille yhteiskunnan kanssa viestimiseen. Muut tavoitteet ovat analysoida julkisen mielikuvan vaikutusta ja vaikutusta julkiseen mielikuvaan (Artikkeli I), analysoida kuinka julkinen mielipide eroaa metsäpoliittisista mielipiteistä (Artikkeli II), mallintaa sidosryhmien vaikuttamisstrategioita (Artikkeli III), ja tutkia joukkoviestimiä julkisen keskustelun tarkastelemiseksi (Artikkeli IV). Tutkimus toteutettiin useassa vaiheessa ja päämääränä oli, ettei se ole ainoastaan teoreettinen vaan perustuisi pääosin käytännön esimerkkeihin Espanjassa, Suomessa ja Euroopassa.

Tässä tutkimuksessa käytetty materiaali ja metodit ovat olleet monipuolisia. Teoreettinen tarkastelu, kirjallisuuskatsaus ja tilastollinen analyysi (Artikkelit I ja II), kyselylomakkeet ja haastattelut (Artikkeli III) ja sisällön analyysimenetelmät (Artikkeli IV) ovat keskeisimmät.

Yksi tulos on havainto uusien viestien levittämisen vaikeudesta yhteiskuntaan, koska toimittajat viestimissä ja opettajat kouluissa ovat yleensä olleet vastahakoisia ottamaan vastaan viestejä metsänhoitajilta (Artikkeli I). Toinen tulos on julkisen hallinnon ja yleisen mielipiteen välisen ison eron esiin nostaminen (Artikkeli II). Kolmas tulos on, että kokeneet viestintäorganisaatiot ja sektorit tultaisiin enemmissä määrin ottamaan vertailutasoksi metsäsektorin toimesta (Artikkeli III). Viimeisenä tuloksena on, että metsäpaloihin liittyvät viestit tarvitsevat syvällisempää pohdintaa ja keskustelua ja niitä ei pitäisi liittää ainoastaan riski- ja hätätilannekäsitteisiin (Artikkeli IV).

  • Fabra-Crespo, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti mfabracrespo@yahoo.com (email)
Osmo Mattila. (2015). Towards service-dominant thinking in the Finnish forestry service market. https://doi.org/10.14214/df.198

Palvelukeskeistä logiikkaa kohti Suomen metsäpalvelumarkkinoilla

Metsät tarjoavat monipuolisia, käyttötavasta riippuen myös keskenään ristiriitaisia hyötyjä. Maailmalla metsänomistuksen jakautuminen vaihtelee laidasta toiseen yksityisten ja julkisten tahojen välillä. Euroopassa etenkin Pohjoismaissa, Itävallassa ja Ranskassa merkittävä osa metsistä on yksityisten ihmisten hallussa. Pienten, itsenäisten omistajien ympärille on syntynyt omanlaisensa metsäpalvelumarkkina palvelemaan omistajia etenkin metsänhoidossa ja puukaupassa.

Suomessa puun tuottaminen teollisuuden tarpeisiin on pitkään määritellyt metsäpalvelumarkkinoita ja ‑politiikkaa. Metsätilojen periytyessä entistä hajanaisemmalle omistajakunnalle myös metsäpalveluiden kysyntä on sirpaloitunut. Tämä on ollut haaste perinteisille palveluntarjoajille. Uusi metsälaki, sekä alan organisaatioita koskevan lainsäädännön uudistaminen käynnistäneet murroksen kohti aiempaa vapaampaa kilpailua.

Perustuen Suomen metsäpalvelumarkkinan tasolla institutionaaliseen muutokseen, arvontuotannon tasolla palvelukeskeiseen logiikkaan, ja toimijatasolla liiketoimintamalleihin, tämän väitöskirjan teoreettisena tavoitteena on kuvata meneillään olevaa metsäpalvelumarkkinoiden uusiutumista. Laadullisin ja määrällisin tutkimusmenetelmin on tarkasteltu sekä yksityisiä että julkisia metsänomistajia asiakkaina ja merkittävimpiä nykyisiä organisaatioita palveluntarjoajina ja pyritty tunnistamaan metsäpalvelumarkkinoiden uusiutumisen tarjoamia mahdollisuuksia sekä esteitä uusiutumiselle.

Tulosten perusteella metsäpalvelut ja palvelutarpeet eivät nykyisin täysin kohtaa markkinoilla. Puuntuotantoon tähtääville organisaatioille on ollut haasteellista uusiutua näkemään metsänomistajien arvontuotantoa puukauppaa ja sitä tukevia palveluita laajemmassa kontekstissa. Toimijoiden vakiintuneet asemat, yhteistyön vähäisyys alan toimijoiden keskuudessa sekä dynaamisten, keskisuurten toimijoiden puute ovat hidastaneet uusiutumista. Lakiuudistusten seurauksena liikkeelle lähtenyt murros yhdistettynä teknologiamurrokseen tarjoavat mahdollisuuden uudistaa metsäpalveluita aiempaa palvelukeskeisempään suuntaan.

  • Mattila, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti osmo.mattila@helsinki.fi (email)
Pieter Johannes Verkerk. (2015). Assessing impacts of intensified biomass removal and biodiversity protection on European forests. https://doi.org/10.14214/df.197

Intensiivisen puubiomassan korjuun ja biodiversiteetin suojelun vaikutus Euroopan metsiin

Metsät tarjoavat yhteiskunnalle monia hyötyjä. On tärkeää ymmärtää, kuinka ohjausjärjestelmät vaikuttavat ekosysteemipalveluiden tuotantoon. Tämä väitöskirja analysoi ja arvioi tehostetun biomassan tuotannon ja biodiversiteetin suojelun vaikutuksia Euroopan metsien tarjoamiin ekosysteemipalveluihin.

Artikkeli I arvioi metsien suojelun ja hakkuurajoituksien vaikutusta potentiaaliseen vuosittaiseen hakkuukertymään. Nykyisin suojeltuihin metsäalueisiin kohdistuvat hakkuurajoitukset vähentävät pitkällä aikavälillä potentiaalista hakkuukertymää 35 miljoonalla kuutiometrillä vuodessa. Rajoituksista huolimatta puuta voidaan korjata melko paljon myös suojelluissa metsissä.

Artikkelit II-V arvioivat puuperäisen biomassan tulevaa tuotantopotentiaalia ja erilaisten skenaarioiden vaikutusta metsiin käyttäen EFISCEN-simulointiohjelmistoa (European Forest Information SCENario). Artikkelissa II korjattavan puuperäisen biomassan määräksi vuodelle 2010 arvioitiin 741 miljoonaa kuutiometriä ja vuodelle 2030 vastaava luku on 620–891 miljoonaa kuutiometriä. Tämä luku sisältää runkojen, hakkuutähteiden ja kantojen biomassan. Näiden lukujen saavuttaminen vaatisi radikaaleja muutoksia Euroopan metsien hoidossa.

Artikkelien III-V mukaan tehostettu biomassan keruu saattaa johtaa ristiriitatilanteisiin muiden metsien ekosysteemipalveluiden kanssa. Puuperäisen biomassan sisältämän hiilen ja kuolleen puun määrän arvioitiin pienenevän metsien käyttöasteen nostamisen myötä. Talouteen perustuva arvio osoitti, että biomassan korjuun lisääminen voi johtaa nettotuoton kasvuun, kun otetaan huomioon viiden ekosysteemipalvelun yhteenlaskettu arvo ja verrataan sitä arvioihin, joissa biomassan käyttöastetta ei nosteta. Laajemmat yhteiskunnalliset hyödyt voitaisiin saavuttaa, jos Euroopan metsien biodiversiteetin suojelua lisättäisiin.

Tässä väitöksessä esitetyt tulokset osoittavat, että tarvitaan huolellista suunnittelua, jotta biodiversiteetin suojelu, lisääntyvä puuraakaaineen tarve ja ekosysteemipalveluiden tuotanto voidaan ottaa huomioon.

  • Verkerk, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti hans.verkerk@efi.int (email)
Liisa Vihervuori. (2015). Ecological interactions between herbivores and silver birch and aspen trees genetically modified for fungal disease resistance. https://doi.org/10.14214/df.196

Ekologiset vuorovaikutukset kasvinsyöjien ja siirtogeenisten sienitautikestävyystutkimusta varten muunneltujen rauduskoivujen ja haapojen välillä

Siirtogeenisten puiden (GM-puut) kasvatukseen liittyy riskejä ja ympäristöongelmia. Yksi suurimmista riskeistä liittyy siirtogeenisen aineksen pleiotrooppisiin tai tahattomiin vaikutuksiin, jolloin yksi geeni voi vaikuttaa useampaan kuin yhteen fenotyypin ominaisuuteen. Siirtogeenin vaikutuksia on vaikeaa ennakoida monimutkaisessa metsäekosysteemissä kasvaviin pitkäikäisiin puihin ja niitä ravintonaan käyttäviin eläimiin. Tässä väitöskirjassa tarkasteltiin kasvinsyöjähyönteisten ja -nisäkkäiden ja siirtogeenisten puiden, rauduskoivun (Betula pendula Roth) ja haapojen (Populus sp.) välisiä vuorovaikutuksia. Koivuun oli siirretty sokerijuurikkaan kitinaasia ja haapoihin männyn pinosylviinisyntaasia tuottava geeni. Siirtogeenit oli siirretty puihin sienitautiresistenssin parantamisen tutkimiseksi. Tutkittujen siirtogeenien tuottamat aineet saattavat tahattomasti vaikuttaa puiden kasvi-kasvinsyöjävuorovaikutukseen, kuten kasvinsyöjäkestävyyteen. Tämä johtuu kitinaasin kyvystä hajottaa kitiiniä, joka on paitsi sienten soluseinän myös hyönteisten keskeinen rakenneosa. Pinosylviini taas on puun puolustusaine mm. sieniä ja nisäkkäitä vastaan.

Kenttäkokeella selvitettiin, poikkeavatko siirtogeenisten koivujen kasvulliset ja laadulliset ominaisuudet ja niiden kohtaama hyönteissyönti kontrollipuista. Syöttökokeissa tutkittiin siirtogeenisten puiden kelpaavuutta ravintona perhosille täplätupsukas ja härkäpää (Orgyia antiqua L., Phalera bucephala L.) sekä nisäkkäille metsäjänis ja metsäkauris (Lepus timidus L., Capreolus capreolus L.).

Sokerijuurikkaan kitinaasi IV -siirtogeeni aiheutti puille ennakoimattomia vaikutuksia: Niiden kasvu oli heikompaa kuin kontrollien ja niiden lehtien punainen väritys indikoi stressiä. Heikompi kasvu selitti koivun ruskotäpläkärpäsen alempaa esiintymistiheyttä siirtogeenisillä puilla. Herbivoripaine erosi siirtogeenisten ja kontrollipuiden välillä: Siirtogeenisillä puilla esiintynyt lajisto ja lehtivauriot olivat yksipuolisempia, mutta kirvatiheys suurempi kuin kontrollipuilla. O. antiquan suhteellinen kasvu oli heikompaa siirtogeenisellä kuin kontrolliravinnolla. Nisäkkäiden syöttökokeissa siirtogeenisten ja kontrollipuiden välillä ei ollut eroa maistuvuudessa. Tulokset viittaavat siihen, että tutkittujen GM-puiden vaikutukset herbivoreihin ovat lajiriippuvaisia. Vaikutusten taustalla voivat olla siirtogeenin pleiotrooppiset vaikutukset, jotka vaikuttivat kasvi-herbivori-vuorovaikutukseen. Tulokset tulisi ottaa huomio! on GM-puiden riskinarvioinnissa.

  • Vihervuori, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti Liisa.Vihervuori@helsinki.fi (email)
Ville Kankare. (2015). The prediction of single-tree biomass, logging recoveries and quality attributes with laser scanning techniques. https://doi.org/10.14214/df.195

Laserkeilaus puutason biomassan, puutavaralajien sekä laatutiedon ennustamisessa

Yksityiskohtainen metsävaratieto on merkittävässä roolissa metsänomistajien päätöksenteon, metsänhoidon suunnittelun sekä puunhankintaketjun optimoinnin tukena. Laserkeilaus on yksi lupaavimmista kaukokartoitustekniikoista, jolla on mahdollista ennustaa metsävaratietoa yksittäisen puun tasolta laajoihin

alueisiin. Väitöskirjatyön päätavoitteina oli kehittää laserkeilauspohjaisia menetelmiä yksittäisten puiden kartoitukseen ja mittaamiseen.

Osajulkaisuissa I ja II selvitettiin laserkeilausmenetelmien tarkkuutta puutason biomassaositteiden mallinnuksessa. Kokonaisbiomassan mallinnustarkkuus maastolaserkeilaukseen perustuen oli männylle 12,9 % ja kuuselle 11,9 %. Maastolaserkeilauksen hyödyntäminen biomassan mallintamisessa tarkensi erityisesti latvusbiomassan mallinnustarkkuutta verrattuna läpimittaan ja pituuteen perustuviin biomassamalleihin. Lentolaserkeilauksen tarkkuudet olivat hieman heikompia verrattuna maastolaserkeilaukseen. Kokonaisbiomassan tarkkuudet olivat männylle 26,3 % ja kuuselle 36,8 %.

Osajulkaisuissa III ja IV tavoitteena oli ennustaa puutavaralajikohtaisia tilavuuksia sekä laatutietoa maastolaserkeilauksen ja lentolaserkeilauksen avulla. Tukkipuun tilavuuden ennustetarkkuudet olivat maastolaserkeilausta käytettäessä 17,5 % ja maasto- ja lentolaserkeilauksen yhdistelmää käytettäessä 16,8 %. Puuston laatu on erittäin tärkeä tekijä metsikköä arvioitaessa. Maastolaserkeilauksen avulla yksittäiset puut luokiteltiin puunhankinnan kannalta tärkeisiin laatuluokkiin 76,4 % – 83,6 % tarkkuudella.

Osajulkaisuissa V ja VI tavoitteena oli kehittää uusia automaattisia menetelmiä maastolaserkeilausaineiston käsittelyyn, sekä monilähdemenetelmiä läpimittajakauman ennustamiseen. Automaattisten menetelmien avulla maastolaserkeilausaineiston käsittelyä on mahdollista tehostaa ja jopa tarkentaa manuaaliseen aineiston käsittelyyn verrattuna. Osajulkaisussa V runkokäyrän mittaustarkkuus oli automaattista aineistonkäsittelymenetelmää käytettäessä ~ 1 cm. Osajulkaisussa VI hyödynnettiin monilähdemenetelmää, jossa tarvittu puustokartta mitattiin automaattisesti maastolaserkeilausaineistosta ja läpimittajakaumat ennustettiin maasto- ja lentolaserkeilausaineistojen avulla. Läpimitan ennustetarkkuus oli 1,4 cm ja 4,7 cm välillä puustoltaan hyvin vaihtelevissa metsiköissä.

Väitöskirjatyön osajulkaisuissa kehitetyt menetelmät ja esitetyt tulokset osoittivat laserkeilausmenetelmien olevan varteenotettava vaihtoehto yksittäisten puiden kartoitukselle ja mittaamiselle tulevaisuudessa.

  • Kankare, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti ville.kankare@helsinki.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)
Inka Pippuri. (2015). Airborne laser scanning based forest inventory for forest management by applying novel metrics and multiple data source. https://doi.org/10.14214/df.193

Laserkeilausperusteisen metsien inventoinnin kehittäminen metsänhoidon päätöksenteon tueksi hyödyntäen uudenlaisia lasermuuttujia sekä useita aineistolähteitä

Suomessa on hiljattain siirrytty uuteen laserkeilausperusteiseen metsien inventointiin, jonka avulla puustotunnukset voidaan ennustaa aiempaa tarkemmin ja kustannustehokkaammin. Laserkeilausperusteinen inventointi ei ole kuitenkaan vielä pystynyt täyttämään kaikkia metsänhoidon tietotarpeita. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää laserkeilausperusteista metsien inventointia metsänhoidon tueksi soveltaen uudenlaisia lasermuuttujia ja useita aineistolähteitä. Työssä tutkittiin erityisesti metsämaan luokittelua, puulajikohtaisten puustotunnusten ennustamista ja puiden tilajärjestyksen sekä metsänhoitotarpeiden,kuten ensiharvennuksen ja taimikonhoidon, tunnistamista.

Laserkeilausaineistoon perustuvassaa aluepohjaisessa inventoinnissa hyödynnettiin useita aineistolähteitä, kuten laserkeilaus-, satelliitti-, ilmakuva- ja olemassa olevaa kuviotietoaineistoa. Lisäksi testattiin valtakunnan metsien inventoinnin maastoaineiston soveltuvuutta mallinnusaineistoksi. Erityisesti tutkittiin horisontaalisten lasermuuttujien soveltuvuutta metsämaan, puiden tilajärjestyksen sekä ensiharvennustarpeen luokittelussa.

Tulokset osoittivat, että metsämaan luokittelu sekä puuston tilajärjestyksen ja metsänhoitotarpeen tunnistaminen on mahdollista laserkeilausperusteiseen metsien inventointimenetelmään perustuen. Erityisen hyvin onnistui maankäytön luokittelu, mutta myös kasvupaikkojen, sekä kuivatustilanteen luokittelu onnistui kohtuullisen hyvin. Puulajikohtaisten puustotunnusten ennustaminen useamman kuin kolmen puulajin tapauksessa tarkentui, kun ennustamisessa hyödynnettiin puulajitietoa olemassa olevasta kuviotietoaineistosta. Puuston tilajärjestyksen sekä ensiharvennustarpeen tunnistaminen onnistui erityisen hyvin ja taimikonhoitotarpeen kohtuullisesti. Horisontaalisten lasermuuttujien havaittiin olevan tärkeimpiä selittäviä muuttujia maankäyttöluokkien, metsämaan päätyypin, kuivatustilanteen, puiden tilajärjestyksen sekä ensiharvennustarpeen ennustamisessa.

Tässä työssä tuotettiin uutta metodologista tietotaitoa horisontaalisten lasermuuttujien sekä useiden aineistolähteiden yhtäaikaisesta hyödyntämisestä kustannustehokkaassa metsien inventoinnissa ja metsänhoidon suunnittelussa. Osaa kehitetyistä menetelmistä on jo sovellettu metsien inventointiin Suomessa.

  • Pippuri, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti inka.pippuri@uef.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)
Liisa Maanavilja. (2015). Restoration of ecosystem structure and function in boreal spruce swamp forests. https://doi.org/10.14214/df.191

Korpiekosysteemin rakenteen ja toiminnan ennallistaminen

Korvet ovat puustoisia, kuusivaltaisia soita. Luonnontilaiset boreaaliset korvet ovat arvokkaita luonnon monimuotoisuuden keskittymiä, hiilen varastoja ja hyödyllisiä orgaanisen aineksen suodattajia valuma-alueen vesistä ennen niiden päätymistä vesistöihin. Aiemmin yleisten korpien määrä on Pohjois-Euroopassa vähentynyt rajusti viime vuosikymmeninä, pääasiassa metsätaloudellisten ojitusten vuoksi. Ennallistamisessa vedenpinta nostetaan uudelleen tukkimalla kuivatusojat. Tavoite on palauttaa luonnontilaisen korven rakenne ja toiminta ja sitä kautta korven tarjoamat hyödyt. Tämä tutkimus mittaa rakenteen ja toiminnan palautumista ekosysteemin eri osa-alueilla ja palautumiseen vaikuttavia tekijöitä. Tutkittavina ovat korven pohjan kasviyhteisörakenne, rahkasammalten yhteyttäminen ja kasvu sekä pintaturpeen biogeokemia. Tutkimuskohteina toimivat 18 ennallistettua korpea, joissa ojat on tukittu 1−15 vuotta aiemmin, sekä yhdeksän luonnontilaista ja yhdeksän ojitettua korpea Etelä-Suomessa. Mukana on myös korpia Šumava-vuorilta Tšekin tasavallasta. Otannassa luonnontilaiset korvet edustavat ennallistamisen tavoitetta ja sen sisäistä vaihtelua. Ojitetut korvet kuvaavat tilannetta ennen ennallistamista.

Vedenpinnan noston oli oltava riittävän suuri, jotta muutoksia ilmeni missään mitatuista tunnuksista; toisaalta riittävää vedenpinnan nostoa seuraavat muutokset olivat nopeita. Onnistunut vedenpinnan nosto loi edulliset olosuhteet rahkasammalten yhteyttämiselle ja käynnisti rahkasammalen nopean leviämisen ja korkeuskasvun. Uusi kasvu alkoi kerryttää korpeen soille tyypillistä huokoista pintakerrosta, mikä kiihdytti pinnan mikrobiaktiivisuutta kohti luonnontilaista tasoa. Samaan aikaan kuitenkin korkean vedenpinnan ja ojitetulta kaudelta periytyvän tiiviin, pitkälle hajonneen turpeen yhdistelmä loi aivan uudenlaiset olosuhteet kasveille ja mikrobeille. Tämä johti opportunistikasvilajien runsastumiseen sekä ammoniumtypen vapautumisen ja metaanintuoton lisääntymiseen. Vaativat korpilajit puuttuivat ennallistetuilta korpikohteilta, mutta vedenpinnan nosto palautti yleiset lajit. Onnistunut vedenpinnan nosto ja sitä seurannut rahkasammalten paluu sysäsivät korpiekosysteemin toiminnan pois ojitetusta tilasta luonnontilaisen kaltaiseen suuntaan.

  • Maanavilja, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti liisa.maanavilja@helsinki.fi (email)
Sari Holopainen. (2015). Duck habitat use and reproduction in boreal wetlands: importance of habitat quality and population density. https://doi.org/10.14214/df.190

Elinympäristön laadun ja populaatiotiheyden vaikutus sorsien lisääntymiseen ja elinympäristön käyttöön boreaalisilla kosteikoilla

Suurin osa maailman makeasta vedestä on boreaalisen biomin vesistöissä. Boreaaliset kosteikot ovat monien sorsien tärkeimpiä lisääntymisympäristöjä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin sorsien elinympäristön käyttöä ja lisääntymismenestystä boreaalisilla kosteikoilla Evolla Hämeessä. Lisäksi boreaalisten alueiden sorsia käsittelevistä julkaisuista koottiin kirjallisuuskatsaus.

Boreaalisia järviä pidetään yleensä vakaina ympäristöinä, mutta sorsien kannalta sekä ravinnon saatavuus että ympäristön laatu voivat vaihdella vuodesta toiseen. Tässä tutkimuksessa havaittiin järvikasvillisuuden muuttuneen hitaasti 20 tutkimusvuoden aikana. Amerikanmajavan (Castor canadensis) aiheuttama tulva muutti kasvillisuutta nopeasti ja voimakkaasti. Tulvaaminen lisäsi järvien kasvillisuuden rehevyyttä ja houkutteli varsinkin sorsapoikueita. Sorsapoikueiden elinympäristönkäytössä korostuivat rantakasvillisuuden ja kuoriutuvien hyönteisten sekä veden selkärangattomien määrä. Näiden tekijöiden merkitys kuitenkin vaihteli sorsilla lajikohtaisesti. Eri sorsalajien elinympäristövaatimukset tulisi huomioida kosteikkojen hoidossa.

Erilaisten ravintoresurssien käyttö sekä territoriaalisuus heijastuvat myös lajien ympäristön käytön vakauteen. Telkän (Bucephala clangula) ympäristönkäytön havaittiin olevan paljon vakaampaa kuin tavin (Anas crecca). Territoriaalisen telkän poikuetuottoa sääteli suora tiheysriippuvuus, mutta myös vuotuinen ravintoresurssien vaihtelu heijastui alueelliseen poikuemäärään. Tavilla suoraa tiheysriippuvuutta ei havaittu, vaan poikuetuotto vaihteli elinympäristön laadun mukaan. Sekä ravinto että tulvat vaikuttivat positiivisesti tavipoikueiden määrään, mutta tekijät toimivat eri tavoin eri lisääntymisvaiheissa.

Boreaalisilla alueilla sorsien elinympäristön valintaa ja lisääntymismenestykseen vaikuttavia tekijöitä tunnetaan vielä varsin huonosti. Varsinkaan poikasten selviytymiseen vaikuttavia tekijöitä ja puolisukeltajasorsien pesäpaikan valintaa ei tunneta. Samoin ihmistoiminnan vaikutusta sorsien elinympäristöjen käyttöön ei ole tutkittu lähes lainkaan.

Tämä tutkimus korostaa hyvälaatuisten elinympäristöjen, kuten tulvikoiden merkitystä boreaalisilla alueilla lisääntyville sorsille. Tulvikoiden määrä maisemassa on suhteellisen pieni ja lisäksi ilmastonmuutoksen otaksutaan vähentävän kausikosteikoiden määrää ja heikentävän niiden laatua. Majava-tulvikoita voidaan lisätä suosimalla majavaa kosteikoiden ennallistajana.

  • Holopainen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti sari.holopainen@helsinki.fi (email)
Johannes Windisch. (2015). Process redesign in development of forest biomass supply for energy. https://doi.org/10.14214/df.189
  • Windisch, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti Johannes.windisch@tum.de (email)
Terhi Vilén. (2015). Effects of changes in land-use, age-structure and management on carbon dynamics of European forests. https://doi.org/10.14214/df.188

Maankäytön ja metsien ikärakenteen muutoksen sekä metsien hoidon vaikutus Euroopan metsien hiilidynamiikkaan

Euroopan metsien hiilivarasto on kasvanut viimeiset 60 vuotta, mutta eri tekijöiden, kuten metsien ikärakenteen, metsänhoidon ja ympäristötekijöiden vaikutus siihen on vielä epäselvä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia maankäytön muutoksen, metsien ikärakenteen ja metsänhoidon vaikutuksia Euroopan metsien hiilidynamiikkaan. Eri osatöiden tavoitteet olivat: i)rekonstruoida Euroopan metsien ikärakenne 1950 - 2010 ja tutkia metsien keski-iän muutosta tällä aikavälillä; ii)arvioida metsityksen vaikutusta keski-iän kehitykseen ja metsien pinta-alan ja rakenteen muutoksen vaikutusta metsien hiilivarastoihin, iii)määritellä kiertoajan vaikutusta metsien hiilivarastoihin ja mahdollisuuteen hillitä ilmastonmuutosta ja iv) arvioida metsäpalojen aiheuttamia vuosittaisia hiilidioksidipäästöjä Välimeren alueella ja mahdollisuuksia vähentää niitä ennaltaehkäisevän kulotuksen avulla.

Tulokset osoittavat että vaikka puuston tilavuus ja hiilivarasto ovat kasvaneet Euroopan metsissä, niiden keski-ikä on nyt alhaisempi kuin 1950-luvulla ja vanhojen metsien osuus on laskenut. Maakohtaiset erot ovat kuitenkin suuria. Metsitys on myös vaikuttanut jonkin verran puuston keski-iän kehitykseen, mutta ei ole muuttanut sen kehityssuuntaa, mikä oli nähtävissä Suomessa ja Tšekin tasavallassa tehdyssä tutkimuksessa. Kummassakin maassa puuston keskitilavuuden kasvu oli myös vaikuttanut enemmän hiilivaraston kasvuun kuin metsäpinta-alan muutos. Tulokset osoittavat myös, että pidempiä kiertoaikoja käyttämällä puuston keskimääräistä hiilivarastoa voidaan lisätä, mikä toisaalta voi vähentää maaperän ja puutuotteiden varastoimaa hiilen määrää. Lisäksi tässä työssä havaittiin, että Välimeren maissa ennaltaehkäisevän kulotuksen avulla voidaan vähentää metsäpaloista aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä ja siten merkittävästi vaikuttaa LULUCF-sektorin hiilitaseeseen.

Huolimatta tutkimusaineistoon ja käytettyihin menetelmiin liittyvistä epävarmuustekijöistä, tämä työ tuotti arvokasta tietoa maankäytönmuutoksen, metsien ikärakenteen ja hoidon vaikutuksista Euroopan metsien hiilidynamiikkaan ja hiilitaseeseen. Puuston kasvua selvästi alhaisemmat hakkuut selittävät suurelta osin Euroopan metsien hiilivaraston kasvua, mutta eri tekijöiden vaikutus vaihtelee suuresti maittain. Tämän työn perusteella Euroopan metsien hiilidynamiikan ja hiilitaseen sekä niihin vaikuttavien tekijöiden nykyistä systemaattisempi arviointi on tarpeen, jotta kyetään arvioimaan ja hyödyntämään tehokkaasti metsien tarjoamat mahdollisuudet ilmastonmuutoksen hillinnässä.

  • Vilén, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti terhi.vilen@gmail.com (email)
Titta Majasalmi. (2015). Estimation of leaf area index and the fraction of absorbed photosynthetically active radiation in a boreal forest. https://doi.org/10.14214/df.187

Boreaalisen metsän lehtialaindeksin ja sen sitoman fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn arviointi

Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli kehittää LAI:n ja fPAR:in maastomittausmenetelmiä ja arvioida nykyisten satelliittipohjaisten LAI- ja fPAR-tuotteiden toimivuutta boreaalisissa metsissä. Lehtialaindeksi (leaf area index, LAI) kuvaa lehtien toispuolista pinta-alaa maapinta-alaa kohden (m2/m2). Akronyymi fPAR on lyhennelmä sanoista fraction of absorbed photosynthetically active radiation (PAR) ja se kuvaa kasvillisuuden kykyä sitoa auringosta saapuvaa säteilyä. fPAR määräytyy LAI:n ja auringon kulman perusteella. LAI:ta ja fPAR:ia voidaan arvioida avaruudesta tehtävällä kaukokartoituksella ja mielenkiinnon kohteena voi olla esimerkiksi globaali ympäristön seuranta. Tällä hetkellä kaukokartoitusmenetelmien kehittymistä hidastaa maastoaineistojen puute, sillä maastoaineistot ovat välttämättömiä mallien tarkkuuden arvioinnissa. Koska LAI on yksi tärkeimpiä fPAR:iin vaikuttavia muuttujia, väitöskirjan ensimmäinen osio keskittyi LAI:n maastomittausmenetelmien tarkkuuden arviointiin. Ensimmäisen osan tarkoituksena oli selvittää, kuinka erilaiset LAI:n arviointitavat ja otanta-asetelmat toimivat boreaalisissa metsissä. Satelliitista mitattujen LAI-arvojen kelpoisuutta arvioitiin vertaamalla niitä maastossa mitattuihin arvoihin. Tulosten mukaan erilaiset LAI:n arviointitavat tuottavat systemaattisesti poikkeavia arvioita ja arvioiden tarkkuus riippuu paitsi käytetystä menetelmästä, myös maastomittausten otanta-asetelmasta. Tutkimuksessa havaittiin, että satelliitista mitattuihin LAI-arvoihin sisältyy paljon ajallista ja paikallista vaihtelua, joka johtuu osin satelliitin mittaaman signaalin saturoitumisesta. Väitöskirjan toinen osa keskittyi fPAR:in mittaamiseen ja mallintamiseen. Tutkimuksen aluksi esiteltiin uusi fPAR-malli, joka soveltuu laajojen alueiden fPAR-arviointiin. Mallin toimivuutta arvioitiin vertaamalla mitattuja ja mallinnettuja fPAR-arvoja toisiinsa. fPAR-mallin todettiin toimivan hyvin. Tämän jälkeen tutkittiin, kuinka hyvin nykyiset satelliittimittauksiin perustuvat fPAR-tuotteet vastaavat maastomittauksiin perustuvaa fPARia. Yleensä satelliittituotteiden toimivuutta arvioitaessa on keskitytty vain metsän latvuskerroksen sitoman säteilymäärän arviointiin, mutta tässä tutkimuksessa huomioitiin myös aluskasvillisuuden sitoma säteily. Tulokset osoittivat, että satelliittimittauksiin perustuva fPAR voi vastata paremmin metsikön latvuksen ja aluskasvillisuuden yhteenlaskettua fPAR:ia kuin pelkän latvuskerroksen fPAR:ia.

  • Majasalmi, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti titta.majasalmi@helsinki.fi (email)
Kalle Karttunen. (2015). Added-value innovation of forest biomass supply chains. https://doi.org/10.14214/df.186

Metsäbiomassan toimitusketjujen arvoa lisäävä innovointi

Työn tavoitteena oli tutkia, kuinka prosessi-innovointia voidaan soveltaa metsäbiomassan toimitusketjuihin vähentämään kustannuksia lisäten arvoa verrattuna perinteisiin toimitusketjuihin. Työ koostui neljästä artikkelista, joissa käytettiin vaihtelevia aineistoja ja menetelmiä.

Metsäbiomassan toimitusketjujen prosessi-innovointi sisältää useita mahdollisuuksia. Tarpeena on tunnistaa, mitä prosesseja pitäisi uudistaa olemassa olevaa järjestelmää hieman parantamalla ja mitkä pitäisi uudistaa kokonaan. Innovoinnin päätyypit, joita tapausartikkeleissa tutkittiin, jaettiin lisäykselliseen, radikaaliin ja verkostomaiseen innovointiin. Kustannussäästöjä voitiin saavuttaa kaikissa tapauksissa innovoimalla perinteisiä toimitusketjuja uudella tavalla. Verkostoinnovoinnin tapaustutkimuksessa, joka esitteli toimitusketjun kokonaisuutta yhdistämällä metsänkasvatuksen ja logistiikan liiketoimintajärjestelmiä yhteen, saavutettiin kuitenkin suurimmat kustannussäästöt. Tähän on syynä se, että verkostoinnovointi sisältää useita rakenteellisia aukkoja, joilla on läheiset yhteydet prosessien ja järjestelmien välillä. Nämä tarjoaa mahdollisuuden löytää enemmän kustannussäästöjä osana kokonaista toimitusketjua.

Tärkein johtopäätös on, ettei innovointia kannata toteuttaa pelkästään yhtiön sisäisenä toimintona, vaan koko toimitusketjun verkoston innovointiprosessin avaaminen on ratkaisevaa. Tässä työssä esiteltyjä menetelmiä voidaan soveltaa pääasiassa metsäbiomassan toimitusketjujen innovoinnissa. Työ lisäsi tietämystä innovoinnin käyttömahdollisuudesta metsäbiomassan toimitusketjuissa.

  • Karttunen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti kalle.karttunen@helsinki.fi (email)
Marjut Turtiainen. (2015). Modelling bilberry and cowberry yields in Finland: different approaches to develop models for forest planning calculations. https://doi.org/10.14214/df.185

Mustikka- ja puolukkasatojen mallintaminen Suomessa: erilaisia lähestymistapoja laatia malleja metsäsuunnittelulaskelmia varten

Työn tavoitteena oli laatia satomalleja kahdelle Suomen tärkeimmälle luonnonmarjalajille, mustikalle ja puolukalle. Tavoitteena oli laatia erityisesti sellaisia malleja, joita voidaan hyödyntää monitavoitteisen metsäsuunnittelun laskelmissa.

Malleja laadittiin käyttäen sekä asiantuntijatietoon että empiirisiin mittauksiin perustuvia lähestymistapoja. Asiantuntijatietämystä hyödyntävissä osatutkimuksissa (3 kpl) käytettiin erilaisia aineistonkeruumenetelmiä: asiantuntijat arvioivat erilaisten metsiköiden marjantuotoskykyä i) dioista, ii) visuaalisesti maastossa ja iii) kyselylomakkeiden perusteella. Empiirisissä osatutkimuksissa (2 kpl) aineisto kerättiin myös erilaisin menetelmin: marjasatomittauksia tehtiin i) systemaattisesti sijoitetuilla koealoilla ja ii) hyviksi havaituissa marjametsiköissä. Aineistojen tilastollinen analysointi ja mallinnusmenetelmä vaihtelivat osatutkimuksesta toiseen. Väitöskirjatyön toinen tavoite olikin testata erilaisia aineistonkeruumenetelmiä ja mallinnustekniikoita, ja arvioida niiden käyttökelpoisuutta.

Mustikkamallien mukaan tuoreet ja kuivahkot kankaat ovat satoisimpia mustikkamaita. Metsikön iällä on positiivinen vaikutus mustikan tuotokseen; parhaat mustikkasadot löytyvät uudistuskypsistä, harvahkoista metsistä. Puolukka on harvojen ja valoisien mäntykankaiden laji, mikä ilmeni selvästi myös tämän työn tuloksista. Kasvupaikoista kuivahkot ja sitä kuivemmat kankaat ovat parhaita puolukkamaita. Näillä kasvupaikoilla puuston kehitysluokan ja puolukan tuotoksen väliset riippuvuudet eivät olleet samanlaisia eri osatutkimuksissa: joidenkin osatutkimusten mallit korostavat avohakkuualueiden, pienten taimikoiden ja siemenpuumetsiköiden satoja, kun taas toisten osatutkimusten mallit antavat hyviä satoja paitsi kiertoajan alun metsiköille, myös harvoille uudistuskypsille metsiköille. Tätä asiaa on syytä selvittää vielä jatkotutkimuksin. Muutoin tämän työn tulokset metsikkötunnusten ja marjan tuotoksen välisistä riippuvuuksista olivat suurelta osin yhtäläisiä aikaisempien tutkimustulosten kanssa.

Väitöskirjatyö osoitti, että asiantuntemuksen mallinnus on varteenotettava keino laatia satomalleja eri luonnonmarjalajeille. Tämä havainto rohkaisee hyödyntämään asiantuntemusta, kun muille metsien ei-puuaineisille tuotteille laaditaan tuotantofunktioita. Erityisesti visuaalisiin maastohavaintoihin perustuva menetelmä osoittautui lupaavaksi menetelmäksi myös muita sovelluksia ajatellen.

  • Turtiainen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti marjut.turtiainen@uef.fi (email)
Cristobal Delgado-matas. (2015). Optimal management of the Umbundu traditional land use system in the central Highlands of Angola. https://doi.org/10.14214/df.178

Maankäytön suunnittelu, Pinus spp., Eucalyptus spp., Lineaarinen ohjelmointi, kasvumallit, Umbundu-maankäyttösysteemi (ULUS)

Väitöskirjan tutkimuskokonaisuus kattaa yhden julkaisun perinteisestä maankäyttösysteemistä Angolan ylänkömailla, kolme julkaisua yhdeksän trooppisen mäntylajin ja kuuden eukalyptuslajin kasvusta ja tuotoksesta, sekä yhden julkaisun maankäytön optimoimisesta Angolan ylänkömailla. Maankäyttösysteemien analyysin aineisto on peräisin kahden vuoden kenttätyöstä ja kirjallisuuskatsauksesta, joka ulottuu aina siirtomaa-aikoihin. Kasvumallit perustuivat 19 388 läpimitankasvuhavaintoon 1 059:sta männystä ja 10 499 läpimitankasvuhavaintoon 803 eukalyptuksesta. Vaihtoehtoisten maankäyttömuotojen optimaalinen kombinaatio haettiin lineaarisella ohjelmoinnilla (LO). LO-ongelmat muodostettiin tämänhetkistä ruokavaliota tavoittelevalle maankäytölle, parannetulle ruokavaliolle sekä vaihtoehdolle, jossa maksimoidaan puuntuotosta niin, että ruoan tuotanto paikalliselle väestölle on samalla riittävää.

Väitöskirjan ensimmäisellä tutkimuksella on vaikutuksia maankäytön suunnitteluun (esim. kesannointiajan pituus) ja konfliktien hallintaan Angolassa ja muualla. Kehitetty kasvumallisarja sisältää mallit metsikön valtapituuden ja puun läpimitan kasvulle, puun pituudelle sekä puiden kuolleisuudelle. Mallisarja mahdollistaa metsikön kehittymisen simuloinnin puukohtaisesti. Mallien havaittiin antavan tarkkoja ennusteita, kun simuloitua puuston kehitystä verrattiin havaittuun kehitykseen. Näin ollen malleja voidaan käyttää metsäsuunnittelun työkaluina trooppisten mänty- ja eukalyptuslajien viljelmillä Angolassa. Kehitettyjä malleja käytettiin tämän työn viimeisessä tutkimuksessa puutavaran tuotannon laskemiseen lyhyen ja pitkän kiertoajan metsätaloudessa. Työn viimeinen tutkimus osoitti, että parhaan taloudellisen tuloksen tuotti maankäyttö, jossa vuorottelivat puiden kasvatus lyhyellä kiertoajalla ja myytävien viljelykasvien (cash crops) kasvatus. Ruokavalion muuttaminen monipuolistamalla hiilihydraatti- ja proteiinilähteitä paransi tuotannon kannattavuutta ja vähensi kausittaista naistyövoiman tarvetta. Puutavaran maksimaalista tuotantoa tavoiteltaessa optimaalinen osuus puuviljelmien maa-alasta oli 57 %, kun samalla tuotettiin riittävä määrä ravintoa paikalliselle väestölle.

  • Delgado-matas, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences ORCID ID:Sähköposti cristobal.delgado-matas@uef.fi (email)

Kirjaudu 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