Dissertationes Forestales

Muhammad Mohsin. (2023). Phytoremediation of potentially toxic elements and rare earth elements by perennial plants in floating wetlands. https://doi.org/10.14214/df.347

Avainsanat: biomassa; putkilokasvit; fytostabilointi; rehevöityminen; hulevesi; pajut; Phragmites australis; Iris pseudacorus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Kaupungistumisen, teollistumisen, maatalouden, kaivostoiminnan ja hulevesien vaikutukset ekosysteemeihin ovat johtaneet merkittäviin vesien saastumisongelmiin maailmanlaajuisesti. Kuitenkin vain vähän tutkimusta on julkaistu kadmiumin (Cd), kromin (Cr) ja eri kasviravinteiden samanaikaisesta erottamisesta hulevesistä ns. kelluvia kosteikkoja (FTW) käyttämällä tai harvinaisten maametallien (REE) keräämisestä ja talteenotosta biomassaviljelmien avulla. Tämä tutkimus lisää tietämystä REE:n talteenotosta vesistä käyttämällä lyhytkiertoisia pajuja (Salix spp.) ja simuloitua Cd:n ja Cr:n keruuta hulevesistä Phragmites australis- ja Iris pseudacorus -kasvilajeilla. Tässä yhteydessä tehtiin kolme erilaista ns. mikrokosmoskoetta monivuotisilla kasveilla (P. australis ja I. pseudacorus) FTW:ssä. Kasvien kasvua, juuren pituutta, klorofyllipitoisuusindeksiä (CCI), anatomisia kasvien kudosmuutoksia, Cd:n kertymistä sekä kasvien kasvua ja typen ja fosforin poistamista simuloiduissa hulevesissä tutkittiin 50 vuorokauden pituisenkokeen aikana eri Cd-annoksilla (0, 1, 2 ja 4 mg l^-1). Lisäksi tutkittiin FTW:ssä 50 päivän ajan Cr-annoksen (0, 500, 1000 ja 2000 μg l^-1) vaikutuksia P. australis- ja I. pseudacorus -lajien kasvuun ja anatomiaan sekä Cr:n kertymiseen kasvien biomassaan; lisäksi selvitettiin typen ja fosfaatin poistoa vesistä. REE-annosten vaikutuksia kasvien varren kasvuun, biomassaan ja juurten pituuteen tutkittiin kahdella pajulajilla (S. myrsinifolia ja S. schwerinii) ja kahdella pajun viljelylajikkeella (Klara ja Karin) FTW:ssä 28 vuorokauden aikana. Kokeissa vesi sisälsi REE kerta-annoksen lantaania (La: 50 mg l^-1) ja 6-REE:n moniliuosta (La: 11,50 + yttrium (Y: 11) + neodyymi (Nd) 10,50) + dysprosium (Dy: 10) + cerium (Ce: 12) ja terbium (Tb: 11,50 mg l^-1)). Kokeissa oli lisäksi kontrollikäsittelyt ilman REE:tä. Lisäksi tutkittiin REE:n talteenottoa biomassatuhkasta biomassan polton jälkeen. Tässä tutkimuksessa Cd-stressi ei haitannut P. australis tai I. pseudacorus -lajien kasvua; kasvien juuret keräsivät enemmän Cd:tä kuin versot. Kasvit pystyivät alentamaan typpi- ja fosforipitoisuuksia vesissä. Cr:n vaikutus kasvien kasvuun oli selvä jo pienillä ja keskisuurilla annoksilla (500 ja 1000 μg Cr l^-1) ja anatomisia muutoksia havaittiin suurella annoksella (2000 μg Cr l^-1). Molemmat lajit pystyivät poistamaan huomattavan määrän (98–99 %) typpeä ja fosforia 10 päivän aikana lisääntyneen Cr-kuormituksen aikana. Suurin määrä Cr:a säilyi P. australis- ja I. pseudacorus -juurissa. Pajulajit ja lajikkeet eivät osoittaneet REE-toksisuusoireita. Noin 80 % REE:stä säilyi pajun tuhkassa polton jälkeen. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että nämä monivuotiset kasvit voisivat olla sopivia ehdokkaita kontrolloimaan valumavesien Cd-, Cr- ja REE -päästöjä vesistä samalla kun ne tuottavat biomassaa tehokkaasti.

Mohsin, University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0003-1211-5211 Sähköposti: muham@uef.fi

Dmitrii Lepilin. (2023). Impacts of thinning activities on boreal peatland forests. https://doi.org/10.14214/df.346

Avainsanat: biomassa; hajotus; vedenpidätys; huokoskokojakauma; maaperän CO2-, CH4- ja N2O-pitoisuudet; maaperän CO2- ja CH4-päästöt

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Boreaaliset suometsät ovat tärkeä puunlähde. Viimeaikainen puunkorjuun laajeneminen sulan maan aikaan, on lisännyt maaperälle aiheutuvia häiriötä, kuten syvien korjuu-urien muodostumista. Tästä huolimatta korjuun aiheuttaminen häiriöiden vaikutuksista turpeen fysikaalisiin ominaisuuksiin ja maaperän biokemiaan tiedetään vähän. Tämän puutteen korjaamiseksi tutkin puunkorjuukoneiden harvennustöiden aikana aiheuttamien maaperän häiriöiden vaikutuksia ojitettujen boreaalisten suometsien kasvillisuuteen ja maaperän fysikaalisiin, kemiallisiin ja biologisiin ominaisuuksiin. Palautumisnopeuden arvioimiseksi otin näytteitä kuudelta alalta, jotka muodostivat aikasarjan, joka kattoi 15 vuotta harvennuksesta. Tulokset osoittivat korjuun lisäävän turpeen tiheyttä ja vedenpidätyskykyä sekä pienentävän kokonaishuokoisuutta. Kasvillisuuden sammalbiomassa ja juurituotanto vähenivät, mutta sarojen peittävyys lisääntyi. Lisäksi äskettäin häirityillä aloilla oli suurempi maaperän CO₂-tuotantopotentiaali sekä korkeammat maaperän CO₂- ja CH₄-pitoisuudet verrattuna kontrollialueisiin. Korjuu ei kuitenkaan vaikuttanut CO₂- ja CH₄-päästöihin, mikrobiyhteisöihin ja selluloosan hajoamisnopeuteen. Vaikka palautumisnopeus vaihteli, kaikki tutkitut ominaisuudet olivat täysin palautuneet 15 vuoden kuluttua. Koska vedenpidätysominaisuus (WRC) kuvaa maaperän rakennetta ja sen muutoksia, sitä voidaan käyttää häiriöiden arviointiin. Tutkimuksessani osoitan kuinka WRC:n voidaan arvioida keinotekoisten neuroverkkojen avulla. Kaiken kaikkiaan tutkimus osoitti, että vaikka ojitetut boreaaliset suot ovat häiriöherkkiä, ne myös palautuvat hyvin harvennusten aiheuttamista mekaanisista maaperän häiriöistä.

Lepilin, University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences Sähköposti: dmitrii.lepilin@uef.fi

Xiaoqian Xu. (2023). Land-use patterns of energy crops in the agricultural landscape. https://doi.org/10.14214/df.337

Avainsanat: bioenergia; maankäytön muutos; biomassan tuotantojärjestelmä; nopeakasvuiset puuviljelmät; lignoselluloosa biomassa

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Lignoselluloosa energiakasvit voivat tuottaa huomattavia määriä biomassaa energian tuotantoon, mutta niiden käyttöönottoon liittyy usein maankäytön muutoksia, koska niitä viljellään pääasiassa maatalouden hallitsemissa maisemissa. Väitöskirjassa käsitellään energiakasvien esiintyvyyttä ja analysoidaan niiden maankäytön muotoja Ruotsin maatalousmaisemissa. Tavoitteena on erityisesti i) arvioida eri energiakasveja tuotannon, sijainnin sekä ilmastoprofiilien suhteen, ii) karakterisoida ja määritellä ympäröivää maatalousmaisemaa sekä iii) tutkia maankäytön yleisiä muutoksia, jotka johtuvat energiakasvi viljelmien perustamisesta. Analyysi perustuu empiirisiin tietoihin kaupallisista nopeakasvuisista puuviljelmistä (paju, poppeli ja hybridihaapa) sekä energiaruohosta (ruokohelpi) useilla spatiaalisilla mittakaavoilla aina peltokuvioilta maisematasolle vuosina 1986–2018. Peltotasolla suuntaus on pienempiin ja säännöllisen muotoisiin kuvioihin energiakasvien osalta, samalla niiden viljelyalueet ovat siirtyneet kohti tuottavampia maita, mikä heijastaa maankäytön muutosta. Pajuviljelmiä perustettiin aluksi pääasiassa kesannoille, mutta myöhemmin monet viljelyksistä korvattiin viljakasveilla maailmanlaajuisten viljan hintojen muutosten vuoksi. Ruokohelven kohdalla maankäytön muutos oli samansuuntainen, vaikkakin muutokset ilmestyivät myöhemmin eivätkä olleet niin ilmeisiä. Maisematasolla energiakasvit monipuolistavat merkittävästi maatalousmaisemaa, sillä nopeasti kasvavia puuviljelmiä istutetaan pääasiassa viljan viljelyalueille ja ruokohelpeä metsävaltaisiin maisemiin. Väitöskirjassa käytetyt menetelmät ja analyysit auttavat ymmärtämään paremmin energiakasveihin liittyviä maankäytön muutoksia ja auttavat määrittelemään niiden osuuden merkitystä maatalousmaiseman monipuolistamisessa.

Xu, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: xiaoqian.xu@uef.fi

Yiyang Ding. (2021). Fine root dynamics and below- and above-ground carbon inputs into soil in boreal forests. https://doi.org/10.14214/df.321

Avainsanat: hienojuuribiomassa; hienojuurten elinikä; karikkeen määrä; hiilen allokaatio; juurten kasvun ajoittuminen; abioottiset rajoitteet

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Hiilen kulkeutumista maaperään juuristokarikkeessa on tutkittu vähän boreaalisissa metsissä, ja tiedon puute hienojuurten uusiutumisnopeudesta on vaikeuttanut maaperään tulevan hiilimäärän arviointia. Boreaalisten metsien hienojuurten ja sienijuurten rihmastojen karikevirtojen määrittäminen on siksi ensiarvoista hiilitaseiden määrittämiselle ja hiilen kierron mallintamiselle.

Väitöskirjassa määritettiin maanpäällisen ja maanalaisen karikkeen hiilivirtoja kasvupaikkagradientilla eteläsuomalaisissa männiköissä sekä pohjoissuomalaisessa koivikossa. Lisäksi männyn kuljetus- ja ravinteidenottojuurten kasvun ajoittumista mitattiin ja verrattiin maanpäällisten ositteiden kasvun mallinnustuloksiin, jotka ennustettiin dynaamisella Cassia-mallilla. Tämä tutkimus tehtiin Etelä-Suomessa vuonna 2018, jolloin oli poikkeuksellinen kasvukautinen kuivuusjakso. Hienojuurten uusiutumista mitattiin ns. miniritsotroneilla ja juurten kasvun ajoittumista jatkuvatoimisilla skannereilla. Kummallakin menetelmällä seurattiin samojen juurten kasvua metsämaassa ajan kuluessa.

Päivittäiset mittaukset osoittivat, että intensiivinen juurten kasvu ajoittui sekä kuljetus- että ravinteidenottojuurissa myöhemmäksi kuin maanpäällisissä ositteissa (puuaine, versot silmut, neulaset). Juurten kasvu alkoi lisääntyä keskikesällä neulasten kasvun vähentyessä ja jatkui syksyllä pitkään. Loppukesän kuivuus vaikutti enemmän ohuimpiin ravinteidenottojuuriin kuin paksumpiin kuljetusjuuriin, jotka ovat kestävämpiä sään vaihtelulle.

Heikompi ravinteiden saatavuus lisää hiilen allokaatiota juuriin. Tutkimuskohteemme, kuivan kankaan kanervatyypin, kuivahkon kankaan puolukkatyypin ja tuoreen kankaan mustikkatyypin metsät on nimetty A.K. Cajanderin kasvupaikkaluokittelun mukaan kuvaten lisääntyvää ravinteiden saatavuutta. Ravinneköyhimmällä kuivalla kankaalla juuret elivät pitempään ja niitä oli enemmän kuin ravinteikkaammilla kuivahkolla ja tuoreella kankaalla. Sekä hienojuurten että niiden sienijuurten osuus puustossa lisääntyi siirryttäessä ravinteikkailta kasvupaikoilta ravinneköyhiin ja etelästä pohjoiseen.

Maanalainen karike sekä puista että aluskasvillisuudesta oli 21-58% tutkimusmetsien kokonaiskarikkeesta. Männiköissä keskimäärin kolmasosa kokonaiskarikkeesta ja sen mukana maahan tulevasta hiilimäärästä oli peräisin juurista, mutta Pohjois-Suomen koivikossa juurikarikkeen osuus oli yli puolet kokonaiskarikkeeesta.

Määritettäessä kasvua, sen ajoittumista ja karikevirtoja sekä niiden mukana maaperään tulevaa hiiltä tulisi aina tarkastella sekä puiden että aluskasvillisuuden maanpäällisiä ja maanalaisia osia. Jatkotutkimuksissa tulisi huomioida myös juurieritteiden mukana maaperään tuleva hiili.

Ding, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: yiyang.ding@helsinki.fi

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

Avainsanat: Gini-kerroin; neliökeskiläpimitta; metsän rakenne; lentolaserkeilaus; suurempien puiden pohjapinta-ala; rakenteellinen heterogeenisyys; koealan koon optimointi; otoskoon optimointi; laserpistetiheyden vaikutukset; puuston biomassa; kasvillisuusvyöhykkeiden metsien rakenne

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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 Sähköposti: adnan.adnan@uef.fi

Robert Prinz. (2019). Improving performance and energy efficiency of biomass supply through machine alteration and organisational redesign. https://doi.org/10.14214/df.276

Avainsanat: simulointi; metsäbiomassa; hakkuri; hakeauto; biomassan tuotantoketju; työtutkimus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Väitöskirjassa esitetään yhteenveto neljästä tapaustutkimuksesta, joissa keskityttiin metsähakkeen toimitusketjun uudelleenmuotoiluun erityisesti terminaaliratkaisujen osalta ja toimitusketjun suorituskyvyn parantamiseen koneiden parannetun teknologian ja säädön avulla. Työn tavoitteena oli analysoida ja parantaa metsähakkeen toimitusketjun polttoainetaloutta ja energiatehokkuutta muuttamalla harvesterin asetuksia, tutkia uuden innovaation, hybridihakkurin, suorituskykyä ja kehittää vaihtoehtoisia tapoja hyödyntää syöttöterminaaleja hakkeen toimitusketjussa. Työssä käytettiin kahta tutkimusmenetelmää: työntutkimusta ja diskreettiä tapahtumasimulointia (DES). Työntutkimus keskittyi yksittäisten koneiden suorituskyvyn ja niiden muutosten tutkimiseen, DES-menetelmää käytettiin metsähakkeen koko tuotantoketjun organisointivaihtoehtojen tutkimiseen. Tutkimuksen tuloksena saatiin seuraavat havainnot ja päätelmät: 1) yksioteharvesterin asetuksilla on tilastollisesti merkittävä vaikutus polttoainetalouteen; 2) hybridihakkuri parantaa haketuksen energiatehokkuutta, vaikka analysoidun prototyypin tuottavuus olikin alhaisempi kuin perinteisten hakkureiden; 3) syöttöterminaalit metsähakkeen toimitusketjussa tehostavat koneiden käyttöastetta ja mahdollistavat toimitusten tehostamisen erityisesti korkean kysynnän talvikuukausina ja siten alentavat tukipolttoaineiden tarvetta ja 4) erilaisilla hakkuri- ja kuorma-autoyhdistelmillä voidaan parantaa kustannuskilpailukykyä. Nykyisen metsähakkeen toimitusketjun suorituskykyä ja energiatehokkuutta voidaan parantaa integroidulla lähestymistavalla, jossa huomioidaan fysikaalisen tason, teknologisen tason, yritystason ja teollisuustason energiatehokkuuksia.

Prinz, Natural Resources Institute Finland (Luke), Production systems Sähköposti: robert.prinz@luke.fi

Karthikeyan Natarajan. (2019). Mapping investment environment by optimizing the forest bioenergy production plant locations. https://doi.org/10.14214/df.273

Avainsanat: biomassa; toimitusketju; nestemäiset biopolttoaineet; CHP; energian kysyntä

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Metsä uusiutuvana luonnonvarana tarjoaa mahdollisuuksia edistää biotaloutta, energiaturvallisuutta ja ympäristöhyötyjä. Väitöskirjan tavoitteena on analysoida metsäbiomassaan perustuvan bioenergiatuotannon kasvavaa potentiaalia (metanoli, Fischer Tropsch biodieseli, CHP) Suomessa. Tutkimuksessa sovellettiin spatiaalisesti täsmällistä, teknillis-taloudellista Mixed Integer Linear Programming (MILP) -mallia, jolla optimoitiin uusien bioenergian jalostusyksiköiden sijoituspaikkakuntia minimoimalla tuotantoketjun kokonaiskustannuksia. Samalla otettiin huomioon metsäresurssin tarjonta, teollisuuden kilpailutekijät ja energian kysyntä. Optimointimallin soveltamisen lisäksi toteutettiin Puolassa 210 maanviljelijän kyselytutkimus, jolla tunnistettiin keskeisiä yhteiskunnallisia parametrejä, joiden hyödyntäminen auttaa tulevaisuudessa optimoimaan tuotantoyksiköiden sijaintia, kun otetaan huomioon bioenergiatuotannon arvoketjun taloudelliset, ympäristöön liittyvät sekä yhteiskunnalliset näkökohdat.

Tutkimuksen tulokset tarjoavat investoijille ja päätöksentekijöille arvokasta tietoa, kun hahmotellaan energiaa koskevaa maantieteellistä suunnittelustrategiaa, ja kohdataan samalla nestemäisten liikennepolttoaineiden ja metsähakkeen osalta Suomen 2020 -luvun energiatuotannon tavoitteet. Mallin tulokset sisältävät kustannusperusteisesti optimaalisen laitospaikkakunnan, teknologiavalinnan, raaka-ainevarannon allokoinnin mukaan lukien tuontimahdollisuus, raaka-aineen tarjontaketjun, sivutuotteiden myyntitulot ja hiilidioksidipäästöjen vähenemisen. Malliparametrien herkkyystarkastelu osoitti, että investointikustannukset, konversiotehokkuus ja lämmön hintavaihtelut olivat yksikkövaikutuksien osalta merkittävimpiä parametrejä. Seuraavia vaikutusten merkittävyyden suhteen olivat raaka-aineen hinta, sähkön hinta, tuet ja kuljetuskustannukset. Havaitut parametrimuutokset epävarmoissa markkinaolosuhteissa, joita epävakaat politiikkatoimet ruokkivat, aiheuttaisivat tulevaisuudessa biopolttoaineisiin ja CHP-tuotantoon perustuvalle teollisuudelle merkittäviä haasteita niiden edistäessä metsäbiomassan käyttöä. Kyselytutkimus osoitti, että maanviljelijöiden halukkuus tarjota biomassaa saattaisi olla saatavuuden suhteen olennainen tuotannollinen varmuustekijä nestemäisten biopolttoaineiden tuotannolle ja CHP-teollisuudelle. Sosiaalisesti kattavien politiikkatoimien aikaan saaminen on siksi välttämätöntä pitkän aikavälin markkinavakautta ja tulevaisuuden menestymistä tavoittelevalle bioenergiateollisuudelle.

Natarajan, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: karthikeyan.natarajan@uef.fi

Aino Korrensalo. (2017). Behind the stability of boreal bog carbon sink: Compositional and functional variation of vegetation across temporal and spatial scales. https://doi.org/10.14214/df.240

Avainsanat: fotosynteesi; rahkasammal; biomassatuotto; keidasräme; hiilinielu; hiilidioksidinvaihto

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Boreaaliset suot ovat merkittäviä hiilen varastoja ja nieluja. Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli tutkia, miten suon sisäinen vaihtelu kasvillisuuden rakenteessa vaikuttaa suoekosysteemin hiilinieluun. Tutkimuksessa mitattiin kasvilajin, kasviyhteisön ja ekosysteemin mittakaavatasoilla suon hiilinielun prosesseja: Fotosynteesiä, respiraatiota, kasvibiomassan koostumusta ja tuottoa, sekä nettohiilidioksidinvaihtoa.

Suon sisäinen vedenpinnan tason vaihtelu aiheutti voimakasta vaihtelua kasvilajikoostumuksessa ja elävän kasvibiomassan määrässä. Vedenpintagradientin kuivassa päässä varpuvaltaisilla mättäillä kasvillisuuden elävä biomassa oli suurempi kuin saravaltaisissa märissä kuljuissa. Hiilidioksidinvaihdon osaprosessit, respiraatio ja bruttofotosynteesi, olivat korkeimmillaan kuivissa kasviyhteisöissä. Tästä huolimatta nettohiilidioksidinvaihto ja biomassan tuotto olivat saman suuruisia kaikissa rahkasammalten vallitsemissa kasviyhteisöissä läpi koko vedenpintagradientin. Tämä tasainen biomassatuotto on seurausta kasvilajien toiminnallisista eroista; märkien habitaattien kasvilajien biomassatuotto oli mätäslajeja tehokkaampaa. Nettohiilidioksidinvaihdon tasaisuus vedenpintagradientilla puolestaan johtui respiraation ja bruttofotosynteesin hyvin symmetrisestä vasteesta vedenpinnan tasoon. Vain sammalettomilla ruoppapinnoilla biomassatuotto oli pienempää kuin muissa kasviyhteisöissä, ja ne toimivat pääasiassa hiilen lähteenä. Rahkasammalten peittämien kuljujen ja ruoppapintojen välillä on vain pieni ero vedenpinnan tasossa. Siksi muutokset kosteusoloissa saattaisivat muuttaa näiden kasviyhteisöjen määrää ekosysteemissä, ja aiheuttaa muutoksen ekosysteemin hiilinieluun.

Tässä tutkimuksessa havaittu saman suuruinen hiilinielu läpi suon vedenpintagradientin on ristiriidassa aiemman tutkimuksen kanssa. Toisaalta hiilinielun osaprosessien vaste ympäristötekijöihin oli samankaltainen kuin aiemmissa tutkimuksissa. Toiminnallisesti erilaisten kasvilajien määräsuhteet vaihtelevat soiden välillä. Tulosten perusteella suon sisäinen hiilinielun vaihtelu näyttää olevan voimakkaasti riippuvainen kyseiselle suolle ominaisesta kasvillisuuden rakenteesta.

Suokasvilajien ympäristövasteet ja kasvukaudenaikainen lehtialankehitys eroavat. Tässä tutkimuksessa kasvilajien ja –yhteisöjen fotosynteesin ja nettohiilidioksidinvaihdon havaittiin olevan suurimmillaan eri vaiheissa kasvukautta. Nämä lajien väliset erot puolestaan vähensivät kasvukaudenaikaista vaihtelua ekosysteemitason hiilinielussa. Tutkittujen kolmen vuoden välillä kasviyhteisöjen roolit ekosysteemin hiilinielussa vaihtelivat. Tutkimuksen perusteella toiminnallisesti vaihteleva kasvilajikoostumus saattaa lisätä suoekosysteemin toiminnan palautuvuutta (resilienssiä) muuttuvissa olosuhteissa. Tämä empiirinen tulos voidaan varmentaa prosessimallien avulla, jotka pyrkivät ennustamaan soiden hiilinielun muutoksia muuttuvassa ilmastossa. Tämän tutkimuksen tulokset korostavat, että toiminnallisesti erilaisten kasvillisuuskomponenttien vaste ympäristötekijöihin tulee huomioida näissä prosessimalleissa, jotta ennusteet soiden hiilinieluista olisivat mahdollisimman tarkkoja.

Korrensalo, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences http://orcid.org/0000-0002-0320-8689 Sähköposti: aino.korrensalo@uef.fi

Ai-Fang Wang. (2017). Effect of waterlogging on boreal forest tree seedlings during dormancy and early growing season. https://doi.org/10.14214/df.224

Avainsanat: biomassa; boreaalinen metsä; ravinteet; fotosynteesi; dormanssi; Fv/Fm; hypoksia; ilmaraot; juuri; lehtikarvat; tulva; tärkkelys

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Ilmastonmuutoksen aiheuttama talvisateiden lisääntyminen saattaa altistaa pohjoiset havumetsät talvi- tai kevättulville erityisesti ojitetuilla turvemailla. On tärkeää tuntea pääpuulajien vasteet tulvalle, jotta voidaan parantaa ennusteita metsien tuottavuudesta sekä kunnostusojituksen tarpeesta. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää vuoden ikäisten kuusen (Picea abies (L.) Karst.), rauduskoivun (Betula pendula Roth) ja hieskoivun (Betula pubescens Ehrh.) taimien fysiologisia ja kasvuvasteita kuukauden mittaiselle tulvalle lepokauden lopulla sekä koivulajien vasteita kuukauden mittaiselle tulvalle kasvukauden alussa.

Lepokauden tulva (LT) johti pienempään juuritilavuuteen kuusella, mutta ei vaikuttanut klorofyllifluoressenssiin eikä neulasten, rankojen tai juurten biomassaan. LT vähensi rauduskoivun juurten biomassaa ja juurten vedenjohtavuutta, mutta ei vaikuttanut maanpäällisiin kasvinosiin. Hieskoivussa LT vähensi ilmarakojohtavuutta ja nettofotosynteesiä, mutta eri kasvinosien biomassaan se ei vaikuttanut. Kokeessa tutkitut puulajit selviytyivät kuukauden mittaisesta talvitulvasta hyvin.

Kasvukauden tulva (KT) johti alempaan ilmarakojohtavuuteen ja nettofotosynteesiin sekä pienempään lehtipinta-alaan molemmissa koivulajeissa. Lehtien kalium-, kalsium-, magnesium-, mangaani- ja booripitoisuudet olivat pienempiä KT-käsittelyn rauduskoivuissa, mutta hieskoivussa ainoastaaan kalsium- ja magnesiumpitoisuudet olivat pienemmät. Hieskoivussa KT lisäsi voimakkaasti ohutjuurten haarautumista (klusterijuuria), lehtien karvoja ja rangan korkkihuokosia. Rauduskoivussa taas ei esiintynyt vastaavia sopeutumisilmiöitä. Kasvukauden tulva vaikutti haitallisemmin molempiin koivulajeihin kuin lepokauden tulva. Morfologisten piirteiden sopeutuminen tulvaan selitti lajien välisiä eroja paremmin kuin fysiologiset vasteet. Tulokset selittävät osaltaan hieskoivun parempaa menestymistä märässä maassa verrattuna rauduskoivuun.

Wang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: aifang.wang@luke.fi

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

Avainsanat: tiedot; käsitykset; Asenteet; Bioenergiapotentiaali; maaseudun kotitaloudet; biomassan kulutus; preferenssi

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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 Sähköposti: kamrul.hassan@uef.fi

Ming Yang. (2015). The use of lignocellulosic biomass for fermentative butanol production in biorefining processes. https://doi.org/10.14214/df.202

Avainsanat: Biopolttoaine; asetoni-butanoli-etanoli; ohran olki; vihreä peltobiomassa; esikäsittely; entsymaattinen hydrolysointi; sokeri

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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 Sähköposti: ming.yang@uef.fi

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

Avainsanat: ilmastonmuutos; metsänhoito; boreaaliset metsät; metsäbiomassan tuotos; substituutio; ilmastovaikutus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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 Sähköposti: piritta.torssonen@uef.fi

Liisa Maanavilja. (2015). Restoration of ecosystem structure and function in boreal spruce swamp forests. https://doi.org/10.14214/df.191

Avainsanat: suometsä; fotosynteesi; Kasvillisuus; rahkasammal; biomassatuotto; biogeokemia

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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 Sähköposti: liisa.maanavilja@helsinki.fi

Kalle Karttunen. (2015). Added-value innovation of forest biomass supply chains. https://doi.org/10.14214/df.186

Avainsanat: metsänhoito; Innovointi; strategia; toimitusketju; metsäbiomassa

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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 Sähköposti: kalle.karttunen@helsinki.fi

Jaana Leppälammi-Kujansuu. (2014). Norway spruce fine root dynamics and carbon input into soil in relation to environmental factors. https://doi.org/10.14214/df.183

Avainsanat: ektomykorritsa; juuribiomassa; juurten elinikä; kariketuotoksen hiili; hiilen ikä

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Kuusen hienojuuridynamiikka ja karikkeen hiilisyöte metsämaahan erilaisissa ympäristöoloissa Ilmastosopimuksen mukaisesti Suomi raportoi vuosittain metsien kasvihuonekaasupäästöt ja -nielut. Metsien maaperän hiilivaraston muutoslaskelmiin liittyy kuitenkin suuri epävarmuus puiden hienojuurten eliniästä sekä vuotuisen juurikarikkeen myötä maahan kulkeutuvan hiilen määrästä. Tässä väitöskirjassa määritettiin kuusen (Picea abies L. (Karst.)) hienojuurten elinikä sekä maanalainen ja maanpäällinen kariketuotanto erilaisissa maaperän ravinteisuus- ja lämpötilaoloissa. Myös aluskasvillisuuden osuutta kariketuotannossa tarkasteltiin. Lisäksi väitöskirjassa verrattiin hienojuurten sisältämän isotooppisen hiilen (14C) ikää suhteessa hienojuurten elinikään. Ravinteisuuden lisääntyminen ja lämpötilan nousu lyhensivät kuusen hienojuurten elinikää sekä metsikkökokeessa että luonnollisella gradientilla. Lannoitus paransi puiden kasvua ja lisäsi sekä maanpäällistä että maanalaista kariketuotantoa. Maaperän lämpötilan kohottaminen sen sijaan lisäsi ainoastaan hienojuurten kariketuotosta, mutta puiden kasvu ei pitkällä aikavälillä lisääntynyt. Muutokset lämmitetyn maaperän hienojuurten juurenkärkien morfologiassa viittasivat puiden ravinnepuutokseen. Tulokset osoittavat, että ilmaston lämpeneminen ei välttämättä lisää puiden maanpäällistä kasvua pitkäaikaisesti mikäli metsämaan ravinteisuus sitä rajoittaa. Maaperän ravinteisuuden vähentyessä hienojuurikarikkeen määrä kasvoi suhteellisesti enemmän kuin maanpäällinen kariketuotanto, erityisesti aluskasvillisuuden suuremman osuuden vuoksi. Hienojuurten rakenteellinen hiili-14 oli isotooppimäärityksissä 3 - 6 vuotta vanhempaa kuin miniritsotronimenetelmällä määritetty hienojuurten elinikä, mikä osoittaa juurten käyttävän kasvuunsa äskettäin ilmakehästä yhteytetyn hiilen lisäksi myös varastoitua tai kierrätettyä hiiltä. Lähes kaikissa metsiköissä maanalaisen karikkeen määrä ulottui maanpäällisen kariketuotannon tasolle, mikä osoittaa juurikariketuotannon olevan merkittävä osa boreaalisten metsiemme hiilenkiertoa. Myös aluskasvillisuuden kariketuotanto oli merkittävä. Maanpäällisen ja maanalaisen kariketuotannon suhteiden muutos maaperän ympäristötekijöiden muuttuessa voi vaikuttaa maaperän hiilivarastoon ja sen pitkäaikaiseen pysyvyyteen. Tämä aihepiiri on tärkeä jatkotutkimuskohde.

Leppälammi-Kujansuu, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: jaana.leppalammi-kujansuu@helsinki.fi

Aaron Petty. (2014). Opportunities for cost mitigation and efficiency improvements through rationalization of small-diameter energy wood supply chains. https://doi.org/10.14214/df.175

Avainsanat: Energiapuun hankinta; integroidut korjuuoperaatiot; kuormainvaakamittaus; tuottavuus; kannattavuus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Mahdollisuuksia kustannusten hillitsemiseen ja tehostamiseen pieniläpimittaisten energiapuun toimitusketjujen rationalisoinnilla Suomessa energiapuun hankinnan kustannuskilpailukyky pienirunkoisista (d1,3 < 9 cm) nuorista metsistä erilliskorjuuna ja energia- ja kuitupuun integroituna korjuuna on usein heikko, mikä estää näiden harvennuskohteiden kannattavan korjuun ja markkinoille tulon. Nuorissa metsissä haasteelliset korjuuolot, kuten pieni poistuman rungon koko, matala hehtaarikohtainen hakkuukertymä ja korkea lähtöpuuston ja jäävän puuston tiheys, laskevat korjuun tuottavuutta ja nostavat kustannuksia erityisesti hakkuussa. Väitöskirjatyössä kartoitettiin nykyistä tehokkaamman ja kustannuksiltaan alhaisemman pieniläpimittaisen energia- ja kuitupuun hankinnan kannalta optimaaliset hankintamenetelmät ja -teknologiat sekä optimaalinen tukipolitiikka. Karsitun rankapuun integroidut hakkuumenetelmät -osatutkimuksissa hyödynnettiin joukkokäsittelyä ja eri puutavaralajit hakattiin yhteen kasaan, eli ei tehty puutavaralajien erilleen hakkuuta. Osatutkimukset tehtiin nuorissa harvennusmetsissä, joissa poistuman rungon koko oli rinnankorkeusläpimitaltaan 5–17 cm. Tutkimustulokset osoittivat, että karsitun rankapuun integroidut korjuumenetelmät, joissa hyödynnetään joukkohakkuuta, pienensivät korjuukustannuksia 0,1–52,4% verrattuna perinteiseen kuitupuun korjuuseen (hakkuu tehdään yksinpuin) poistuman rinnankorkeusläpimitan ollessa 7–17 cm, ja erityisesti rinnankorkeusläpimitan ollessa alle 11 cm. Kun puutavaralajeja ei korjata puulajipuhtaina, puutavaralajien yhdistäminen tuo 1,5–8,0%:n kustannussäästöt poistuman rungon järeyden ollessa 5–17 cm. Väitöskirjatyössä tarkasteltiin kuormainvaa’an teknistä soveltuvuutta energia- ja ainespuun mittaukseen. Tutkimuksessa kuormainvaakamittauksen todettiin olevan luotettava, tarkka ja kustannustehokas mittausmenetelmä, joka vähentää puun mittauskustannuksia 18,2–45,5%, kun verrataan perinteiseen pinomittaukseen vuotuisen mittausmäärän ollessa 20 000 – 30 000 m3. Kolmas osa-alue, johon väitöskirjatyössä keskityttiin, oli valtiovallan tukipolitiikka nuorten metsien hoitoon ja energiapuun korjuuseen. Tukien vaikutusta ja tarvetta energiapuun hankinnan kannattavuuteen selvitettiin poistuman rungon koon suhteen. Tutkimustulokset osoittivat, että energiapuun korjuutuet ovat korkeat ja niiden tasoa voidaan pienentää, tosin rungon rinnankorkeusläpimitan ollessa alle 7 cm tukien lisäsivät tuottoisuutta Valtiovallan tarjoamat taloudelliset kannustimet energiapuun korjuuseen PETU-tukien muodossa lisäsivät energiapuun hankinnan kannattavuutta 3,8–19,9% riippuen poistuman järeydestä; erityisesti poistuman rungon koon ollessa rinnankorkeusläpimitaltaan 5–7 cm. Väitöskirjassa esille nostetut kustannussäästöpotentiaalit liittyen hankintaketjujen, korjuumenetelmien ja -teknologioiden rationalisointiin sekä tukipolitiikkaan pitäisi hyödyntää viipymättä ja täysmääräisesti pienpuuhakkeen tuotannossa.

Petty, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: aaron.petty@helsinki.fi

Sergio Demiguel. (2014). Growth and yield modelling for optimal multi-objective forest management of eastern Mediterranean Pinus brutia. https://doi.org/10.14214/df.170

Avainsanat: metsäsuunnittelu; metsän kehitysdynamiikka; sekamalli; kalibrointi; biomassa ja hiili; ei-puuaineiset tuotteet

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Pinus brutia -männiköiden kasvun ja tuotoksen mallinnus monitavoitteista metsänhoitoa varten itäisen Välimeren maissa P. brutia -mänty on tärkeä puulaji Välimeren maiden metsissä. Se on merkittävä sekä ekologiselta että sosioekonomiselta kannalta, koska P. brutia -metsät tuottavat puun lisäksi ei-puuaineisia tuotteita sekä erilaisia ekosysteemipalveluja. Puulajin tärkeydestä huolimatta P. brutia -männyn hoidosta on vasta vähän tutkimustietoa. Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli lisätä tietoa P. brutia -männyn kasvusta ja tuotoksesta monitavoitteista metsätaloutta silmällä pitäen. Tutkimuksessa kehitettiin puutason kasvumallit sekä tasa- että eri-ikäismetsätaloutta varten. Lisäksi sovitettiin runkokäyräyhtälöt eri puutavaralajien tilavuuden ennustamista varten, sekä biomassamallit puun eri osien biomassan laskemiseksi. Tutkimuksessa vertailtiin vaihtoehtoisia ennustamisstrategioita, joita voidaan soveltaa kiinteäparametrisiin malleihin ja sekamalleihin.

Demiguel, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: sergio.demiguel@uef.fi

Zhang Chao. (2013). Seasonal response of biomass growth and allocation of a boreal bioenergy crop (Phalaris arundinacea L.) to climate change. https://doi.org/10.14214/df.162

Avainsanat: Hiilidioksidi; lämpötila; veden saanti; viljelmän ikä; biomassan kasvu; biomasssan allokointi; ruokohelpi

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Ilmastonmuutoksen vaikutus ruokohelven (Phalaris arundinacea L.) kasvun ajoittumiseen ja kasvun suuruuteen boreaalisissa olosuhteissa Ruokohelpeä (Phalaris arundinacea L.) on viime vuosina viljelty energiabiomassaksi turvetuotannosta vapautuneilla soilla. Tutkimuksessa analysointiin, miten ilmastonmuutos ja veden saatavuus tällaisissa olosuhteissa vaikuttavat ruokohelven kasvusykliin sekä kokonaiskasvuun ja sen jakautumiseen kasvin eri osiin. Kasvihuoneessa tehdyssä faktorikokeessa ruokohelpeä kasvatettiin kohotetussa lämpötilassa (+3,5 °C korkeampi kuin kontrolliolosuhteissa) sekä kohotetussa hiilidioksidipitoisuudessa (700 ppm). Myös veden saatavuus vaihteli siten, että pohjaveden pinta osassa käsittelyitä oli 40 cm ja 20 cm syvyydessä sekä osassa maanpinnan tasalla.

Kaikki käsittelyt toistettiin neljä kertaa vuosina 2009 ja 2010. Lämpötilan kohottaminen aikaisti kasvun alkua sekä lisäsi kasvua nopeuttamalla fotosynteesiä ja lisäämällä lehtipinta-alan kasvua alkukesällä. Samalla kasvusykli nopeutui siten, että kasvu päättyi aikaisemmin kuin muissa käsittelyissä. Kasvujakson lyhentymisen vuoksi koko kasvukauden sato jäi pienemmksi kuin kohotetussa hiilidioksidipitoisuudessa tai olosuhteissa, jossa hiilidioksipitoisuuttta ja lämpötilaa kohotettiin samanaikaisesti. Lämpötilan kohottaminen nopeutti kasvua erityisesti silloin, kun pohjaveden pinta oli alhaalla. Hiilidioksidipitoisuuden kohottaminen vähensi kuitenkin alhaisen pohjaveden vaikutusta. Vastaavasti korkea pohjavesi yhdessä kohotetun hiilidioksipitoisuuden kanssa lisäsi kokonaiskasvua. Tällaisissa olosuhteissa kasvukausi pidentyi ja lehtipinta-ala kasvoi suuriksi. Myös fotysynteesinopeus oli pitempään suurempi kuin muissa käsittelyissä. Kaiken kaikkiaan pohjaveden syvyys vaikutti ruokohelven kehitykseen ja kasvuun enemmän kuin kohotettu lämpötila ja hiilidioksidipitoisuus yksin tai yhdessä. Ruokohelpiviljelmän iällä ei ollut vaikutusta vuotuisen kasvun etenemiseen tai kasvun kokonaismäärään.

Ruokohelven lehtien kasvu oli alkukesästä suurempi kuin juurten, kun taas varsi kasvoi nopeimmin kasvukauden keskivaiheilla. Juurten kasvu oli puolestaan suurimmillaan kasvukauden loppupuolella. Hiilidioksidipitoisuuden kohottaminen lisäsi juurten kasvua suhteellisesti enemmän kuin lehtien ja varren kasvua pohjaveden syvyydestä riippumatta. Korkean pohjavesipinnan vallitessa juurten kasvu jäi suhteellisesti pienemmäksi kuin lehtien ja varren kasvu. Pohjavesipinnan syvyys vaikutti biomassan jakautumiseen kasvin eri osiin enemmän kuin kohotettu lämpötila ja hiilidioksidi yksin tai yhdessä. Ruokohelven viljelyssä pohjaveden syvyyden säätely näytti olevan ratkaisevassa asemassa pyrittäessä lisäämään ruokohelven kasvua.

Chao, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: Chao.zhang@uef.fi

Jaakko Repola. (2013). Modelling tree biomasses in Finland. https://doi.org/10.14214/df.158

Avainsanat: kuusi; koivu; mänty; Puun biomassa; biomassamallit

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Puun biomassan mallinus Suomessa Tässä työssä laadittiin männylle (Pinus sylvestris L), kuuselle (Picea abies [L.] Karst) ja koivulle (Betula pendula Roth and Betula pubescens Ehrh.) biomassan ennustemallit. Mallien avulla voidaan ennustaa puun maanpäällisen kokonaisbiomassan sekä puun eri osien kuten rungon, kuoren, oksien, neulasten, lehtien, kannon ja juurten biomassat (kuivamassat). Mallien laadinta-aineisto koostuu 102 eri puolella Suomea sijaitsevista kivennäismaan metsiköistä, joista oli kerätty kaikkiaan 1648 koepuuta (908 mäntyä ja 613 kuusta ja 127 koivua). Regressiomallit laadittiin puun eri osille sekä maanpäälliselle kokonaisbiomassalle. Maanpäällisille puun osille laadittiin kolme erilaista malliperhettä ja kanto- ja juuribiomassalle kummallekin yksi. Yksinkertaisimmassa mallissa selittäjinä käytettiin puun läpimittaa ja pituutta. Yksityiskohtaisemmat mallit perustuivat pituuden ja läpimitan lisäksi yleisesti metsäninventoinnissa mitattaviin muuttujiin (latvusraja, rinnankorkeusikä, 5-vuoden sädekavu, kuoren paksuus) Mallien taustaoletuksena oli, että puun eri osien väliset biomassasuhteet vaihtelevat puusta ja metsiköstä toiseen. Nämä tekijät huomioitiin soveltamalla mallien laadinnassa menetelmää, jossa puun eri osamallien parametrit estimoitiin yhtäaikaisesti. Monivastemallinuksella voitiin hyödyntää parametrien estimoinnissa tehokkaasti osamallien välisiä korrelaatioita. Laadituilla monivastemalleilla saavutettiin etuja verrattuna menetelmään, jossa puun eri osamallit oletetaan riippumattomaksi. Ennusteiden kalibroiminen uuteen metsikköön on joustavampaa, parametrien keskivirheet ovat pienemmät ja osamallien ennusteiden summautuvuus kokonaisbiomassaan (additiivisyys) toteutuu paremmin. Lisäksi monivastemallin rakenne mahdollistaa ennustevirheiden laskennan mille tahansa puun eri osien kombinaatioille. Laaditut mallit tuottavat johdonmukaisia ennusteita puun eri osien biomassoista ja niiden suhteista. Yleisperiaatteena mallien soveltamiselle on, että aina tulisi käyttää malleja jotka perustuivat pituuden ja läpimitan lisäksi muihin yleisesti metsien inventoineissa käytettyihin muuttujiin. Näin voidaan paremmin ottaa huomioon eri tekijöiden vaikutus puun biomassaan tai puun eri osien välisiin biomassasuhteisiin ja pienentää aineiston edustavuudesta aiheutuvaa harhaa.

Repola, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: jaakko.repola@metla.fi

Dominik Röser. (2012). Operational efficiency of forest energy supply chains in different operational environments. https://doi.org/10.14214/df.146

Avainsanat: biomassa; puupolttoaineden logistiikka; metsäkoneet; bioenergian hankinta

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Metsäenergiaketjujen toiminnallinen tehokkuus eri toimintaympäristöissä Metsäbiomassan käyttö energiantuotannossa on noussut merkittäväksi vaihtoehdoksi ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi useissa maissa. Jotta biomassan energiakäytölle asetettavat kunnianhimoiset tavoitteet voidaan saavuttaa tulevaisuudessa, on olemassa olevien tuotantoketjujen tehokkuutta kyettävä nostamaan ja osaamista ja teknologiaa on siirrettävä uusiin toimintaympäristöihin ja kohdemaihin. Väitöskirjassa sovellettiin kolmiulotteista metsäenergian toimitusketjujen analysointimenetelmää, jossa ketjuja arvioidaan ja kehitetään ottaen huomioon toimitusketjun taloudellinen, sosiaalinen ja tekninen suorituskyky. Kehitettyä menetelmää testattiin neljässä tapaustutkimuksessa, jotka toteutettiin Suomessa, Skotlannissa, Saksassa ja Italiassa. Ensimmäisessä tapaustutkimuksessa kehitettiin menetelmiä energiabiomassan kuivaamiseksi toimitusketjun eri osissa käyttämällä osittaista kuorintaa, kasojen peittämistä sekä säähavaintoaineistoja. Nämä kuivauskokeet tehtiin Skotlannissa, Suomessa ja Italiassa. Toisessa tapaustutkimuksessa vertailtiin haketuksen tuottavuutta Suomessa ja Saksassa, joissa sekä hakkeen raaka-aineet että laatuvaatimukset poikkeavat toisistaan. Haketuksen tuottavuutta Saksassa voitiin nostaa välttämällä hakkeen loppukäyttäjän kannalta tarpeettoman ylilaadun tuotantoa mm. palakoon suhteen. Kolmas osatutkimus keskittyi metsähakkeen hankintaketjuihin liittyvän kommunikaation mallintamiseen Process Mapping –tekniikalla Suomessa ja Saksassa. Tutkimuksessa havaittiin, että yhden hake-erän haltuunsaanti ja toimittaminen metsästä asiakkaalle vaati yli 200 fyysistä ja informaationvälityksen toimenpidettä (yhteydenotot, maastokäynnit, maksut, sopimukset, koneiden siirrot, jne.). Neljännessä osatutkimuksessa tutkittiin toimitusketjujen taloudellista tehokkuutta ja kilpailukykyä sekä toimintaympäristön analyysiin perustuvaa teknologiavalintaa. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että metsähakkeen operatiivisen tehokkuuden kehittämiseksi teknologisten, taloudellisten ja sosiaalisten tekijöiden huomioonottamisella voidaan tutkia valitun teknologian ja sen käyttäjien ja käyttöympäristön monimutkaisia suhteita sekä kehittää teknologiaa toimintaympäristön vaatimukset huomioon ottaen. Tutkimuksessa sovellettu menetelmä ja tapaustutkimuksen tulokset ovat hyödynnettävissä, kun suomalaista metsäenergiateknologiaa siirretään uusiin toimintaympäristöihin ja kohdemaihin.Tutkittujen kolmen tarkastelunäkökulman lisäksi tutkimuksessa havaittiin toimintojen suunnittelun ja erityisesti ajoittamisen tärkeys mm. laadunhallinnan näkökulmasta neljänneksi edellytykseksi metsäenergian toimitusketjun kilpailukyvylle.

Röser, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: dominik.roser@metla.fi

Johanna Routa. (2011). Effects of forest management on sustainability of integrated timber and energy wood production - scenario analysis based on ecosystem model simulations. https://doi.org/10.14214/df.123

Avainsanat: biomassa; metsänhoito; lannoitus; energiapuu; CO2; päästöt

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Metsänhoidon vaikutukset kestävään yhdistettyyn aines- ja energiapuun tuotokseen- skenaarioanalyysi perustuen ekosysteemimalli simulointeihin Väitöskirjan tavoitteena oli tutkia metsänhoidon vaikutusta kestävään aines- ja energiapuun yhdistettyyn tuotantoon kuusella (Picea abies (L.) Karst.) ja männyllä (Pinus sylvestris L.) erilaisilla kasvupaikoilla. Työssä tutkittiin ekosysteemimallilla tehtävien simulointien avulla metsänhoidon vaikutusta aines- ja energiapuun tuotokseen, käyttäen erilaisia taimikonhoidon jälkeisiä lähtöpuuston tiheyksiä, harvennusten ajoituksia ja voimakkuuksia sekä typpilannoitusta eri kiertoajoilla. Lisäksi tutkittiin kuusella alkuperän vaikutusta maanpäällisen biomassan tuotokseen kokeellisen aineiston avulla. Tutkimuksessa havaittiin, että metsänhoitoskenaariot, joissa taimikonhoidon jälkeinen tiheys oli suurempi kuin perusmetsänhoitoskenaarioissa ja käytettiin typpilannoitusta, tuottivat selvästi enemmän sekä aines- (tukki- ja kuitupuu) että energiapuuta (hakkuutähteet, pieniläpimittainen runkopuu, kannot ja juuret). Myös metsänkasvatuksen taloudellinen kannattavuus oli korkeampi kiertoajan yli laskettuna sekä kuusella että männyllä riippumatta kasvupaikkatyypistä tai käytetystä kiertoajasta. Aines- ja energiapuun tuotokseen vaikutti myös energiapuuhakkuun ajoitus. Vaikka typpilannoitus lisäsi tuotosta, käytetyllä lannoitteen määrällä (100-200 kgN/ha) tai lannoituskertojen lukumäärällä (2-3 kertaa kiertoajalla) oli hyvin vähän vaikutusta. Energiapuun käytöstä aiheutuneet hiilidioksidipäästöt olivat selvästi alhaisempia silloin kun taimikonhoidon jälkeinen tiheys oli suuri ja typpilannoitusta käytettiin riippumatta puulajista, kasvupaikkatyypistä tai käytetystä kiertoajan pituudesta. Korkea puuntuotos indikoi myös keskimäärin korkeampaa taloudellista kannattavuutta ja matalampia hiilidioksidipäästöjä energiayksikköä kohden. Metsäaluetasolla suurin aines- ja energiapuun tuotos sekä paras taloudellinen kannattavuus saatiin kuusella silloin kun metsäalueella oli paljon vanhoja metsiä. Toisaalta alhaisimmat hiilidioksidipäästöt saatiin kun metsäalueella oli paljon nuoria metsiä ja käytetty kiertoaika oli 60 ja 80 vuotta. Kiertoajan ollessa 120 vuotta saatiin alhaisimmat hiilidioksidipäästöt puuston normaalijakaumaa noudattavalla ikärakenteella. Tämän tutkimuksen mukaan, taimikonhoidon jälkeisiä puuston kasvatustiheyksiä voitaisiin pitää ainakin jonkin verran nykyisiä metsänhoitosuosituksia korkeammalla männyllä ja kuusella. Tämä yhdessä ajallaan tehtyjen puuston harvennusten ja lannoitusten kanssa voisi lisätä merkittävästi puuntuotosta ja metsänkasvatuksen taloudellista kannattavuutta. Samalla myös energiapuun käytön hiilidioksidipäästöt energiayksikköä kohden pienenisivät. Lisäksi eri alkuperien biomassan tuotantopotentiaalia tulisi selvittää jatkossa tarkemmin, sillä sopivia alkuperiä käyttäen voisi olla mahdollista lisätä puuntuotosta huomattavasti yhdistetyssä aines- ja energiapuun kasvatuksessa.

Routa, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: johanna.routa@metla.fi

Ashraful Alam. (2011). Effects of forest management and climate change on energy biomass and timber production with implications for carbon stocks and net CO₂ exchange in boreal forest ecosystems. https://doi.org/10.14214/df.117

Avainsanat: ilmastonmuutos; metsänhoito; boreaaliset metsät; ekosysteemimalli; energiabiomassa; CO2-vaihto

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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

Alam, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: ashraful.alam@uef.fi

Chunjiang Liu. (2009). From a tree to a stand in Finnish boreal forests: Biomass estimation and comparison of methods. https://doi.org/10.14214/df.88

Avainsanat: Puun biomassa; boreaaliset metsät; arviointimenetelmät; jäkälä

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Erilaisten puuston biomassa-arviointimenetelmien vertailu on yhä tärkeämpää, jotta metsien biomassan hiilimäärää voidaan arvioida entistä luotettavammin. Tässä tutkimuksessa selvitettiin kahden eri ikäisen havupuumetsikön puuston biomassa Etelä-Suomessa (61°50' N, 24°22' E). Nuorempi metsikkö oli 30-vuotiasta mäntymetsää (Pinus sylvestris) ja vanhempi metsikkö 130-vuotiasta mänty–kuusi (Picea abies) sekametsää. Tutkimuksessa keskityttiin erityisesti vertailemaan erilaisten arviointimenetelmien luotettavuutta ja soveltuvuutta. Vanhan metsikön runkobiomassan vuosittainen kasvu vaihteli sigmoidaalisen yhtälön mukaisesti. Sovitettu käyrä saavutti huipputason puiden ollessa satavuotiaita, jolloin aluskasvustona olevien kuusten biomassa kasvoi 1 kg v^–1 ja valtapuuston muodostavien mäntyjen biomassa 7 kg v^–1. Nuoren metsikön puuston biomassaksi arvioitiin noin 70 Mg ha^–1 ja vanhan metsikön puuston biomassaksi noin 220 Mg ha^–1. Tutkimusmetsiköitä ympäröivän alueen (58.00–61.13° N, 14–34° E, 300 m m.p.y.) havupuumetsiköiden puuston biomassakertymä seurasi sigmoidaalisesti metsikön ikää. Korkeimmillaan puustobiomassa oli 140-vuotiaissa metsiköissä 200 Mg ha^–1. Vanhassa tutkimusmetsikössä puilla kasvavan jäkälän biomassa oli 1,63 Mg ha^–1, josta yli puolet oli kuolleilla oksilla. Maassa karikkeella jäkälää kasvoi 0,09 Mg ha^–1. Vertailun mukaan erilaisilla arviointimenetelmillä saatujen biomassatulosten välillä saattaa olla huomattavia eroja. Sen vuoksi puuston biomassan arviointimenetelmiä käytettäessä onkin syytä kiinnittää huomioita niiden soveltuvuuteen ja virhearviointiin.

Liu, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry Sähköposti: chunjiang.liu@hotmail.com

Mikko Peltoniemi. (2007). Country-scale carbon accounting of the vegetation and mineral soils of Finland. https://doi.org/10.14214/df.50

Avainsanat: luotettavuus; maaperä; hiilitase; epävarmuus; kasvihuonekaasuinventaario; maamalli; Monte Carlo; ositettu otanta

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Metsien kasvillisuuden biomassa ja maaperä ovat merkittäviä hiilen varastoja. Ilmakehän hiilidioksidia sitoutuu metsiin hitaasti metsien kasvun myötä, mutta sitä voi vapautua ilmakehään nopeasti ja hyvinkin suuria määriä esimerkiksi ihmisen toiminnan tai ilmastonmuutoksen vaikutuksesta. Kioton sopimuksen allekirjoittaneet maat ovat velvollisia seuraamaan metsiensä hiilivarastoja ja arvioimaan niiden luotettavuutta. Väitöskirjassa arvioitiin Suomen metsien kasvillisuuden ja kangasmaiden maaperän hiilitasetta vuosina 1922–2004, sekä verrattiin menetelmän tuottamia ennusteita metsikkökohtaisiin mittauksiin maaperän hiilivarastoista. Väitöskirjassa tarkasteltiin Suomen metsien vuotuisten hiilivarastojen muutoksien (nielujen) luotettavuuksia, niihin vaikuttavia tekijöitä, sekä arvioitiin niiden epävarmuuksien merkitystä Suomen koko kasvihuonekaasutaseelle. Väitöskirjassa esitettiin myös laskentamenetelmän sovellus, jossa malliennusteita käytettiin hyväksi maaperän hiilivarastojen näytteenotannan tehostamisessa. Laskentamenetelmä käyttää lähtötietoinaan inventointitietoa metsistä (tai simuloitua metsikkötietoa), liittää sen tilastollisiin biomassa- ja karikemalleihin, sekä dynaamiseen maaperän karikkeen ja hiilen hajotusmalliin. Keskimääräinen vuotuinen hiilivaraston muutos Suomen metsien kasvillisuudessa vuosien 1922–2004 aikana oli 3.3 Tg C a^-1, ja kangasmaiden maaperän hiilivarastossa 0.7 Tg C a^-1. Suomen kasvillisuuden ja maaperän nielut olivat huomattavia verrattuina kasvihuonekaasujen päästöihin muilla sektoreilla. Metsien kasvillisuuden ja maaperän nielut vaihtelivat kuitenkin vuosittain hyvin paljon. Menetelmän ennusteet metsikkökohtaisista maaperän hiilivarastoista ja niiden pitkän ajan muutoksista olivat yhteneväisiä metsiköistä mitattuihin keskiarvoihin. Suomen metsien vuotuiset nielut olivat silti lähes kertaluokkaa epävarmempia kuin esimerkiksi fossiilisten polttoaineiden poltosta johtuvat hiilidioksidipäästöt, ja ne heikensivät oleellisesti Suomen kasvihuonekaasutaseen luotettavuutta. Mikäli Suomen kangasmaiden maaperän nielua arvioitaisiin toistuvilla metsikkökohtaisilla mittauksilla maaperän hiilivarastoista, mallipohjaisella näytteenotannan osituksella voitaisiin saavuttaa kohtuullisia parannuksia näytteenotannan tehokkuudessa. Suomen metsien nieluja raportoitaessa ja käytettäessä on nykyisin perustellumpaa tukeutua keskiarvoihin, jotka on laskettu useampien vuosien nieluarvioista. Metsien vuotuisia nieluarvioita ja niiden luottamusrajoja voidaan tarkentaa tulevaisuudessa yhdistämällä useampia tietolähteitä ja malleja. Tarkempia vuotuisia ennusteita metsien hiilinieluista saatetaan tarvita esimerkiksi Kioton jälkeisillä raportointikausilla, sekä ilmastomallinnuksen tukena.

Peltoniemi, University of Helsinki, Faculty of Biosciences Sähköposti: mikko.peltoniemi@gmail.com

Aki Villa. (2007). Fuel switching, energy saving and carbon trading – three ways to control carbon dioxide emissions in the Finnish forest industry. https://doi.org/10.14214/df.35

Avainsanat: päästökauppa; energiatehokkuus; kokeellinen taloustiede; integroitu korjuu; hakkuutähde; sellu- ja paperiteollisuus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Tämä työ koostuu kolmesta osasta, jotka ovat 1) ainespuun ja energiapuun yhdistetty (integroitu) korjuu kolmen, Suomessa sijaitsevan monikansallisessa omistuksessa olevan tehtaan tarpeisiin, 2) energiansäästö liittyneenä kolmen tehtaan energian tuotantoon ja 3) ei-asiantuntijoiden (yliopisto-opiskelijat) tietämyksen testaus energiansäästön ja päästökaupan yhdistämiseksi metsäteollisuudessa kokeellisen taloustieteen keinoin. Työn tarkoitus oli vertailla hiilidioksidin (CO₂) vähentämisen vaihtoehtoja kolmen tehtaan tapauksessa ja tarjota tietoa tulosten yleistämiseksi Suomessa ja muualla vastaavissa olosuhteissa. Päätehakkuiden leimikkotietoa käytettiin hakkuutähteiden tuotantokustannusten laskemiseen kolmen eri tehtaan tapauksessa. Hakkuutähteiden korjuumenetelmänä käytettiin joko välivarastohaketusta tai risutukki -menetelmää. Risutukin tuotantokustannukset tehtaalla olivat hieman halvemmat kuin välivarastohaketuksen. Tutkimuksessa kehitettiin myös yleinen hakkuutähteiden yhdistetyn korjuun kertymämalli 100 kilometrin maksimietäisyydellä tehtaalta. Kolmen tehtaan energiansäästöraportteja käytettiin energiansäästöinvestointien kustannusten ja näin säästettyjen CO₂ –päästöjen laskentaan, kun energiansäästön seurauksena tehtaiden polttoaineen käyttö väheni. Kun hakkuutähteiden korjuun tuotantokustannuksia tehtailla verrattiin energiansäästön vastaavilla tehtailla aiheuttamiin kustannuksiin, voitiin todeta yleisesti hakkuu-tähteiden yhdistetyn korjuun tulevan taloudellisesti halvemmaksi CO₂ –päästöjen vähentämisessä kuin tehtailla tapahtuvan energiansäästön. Kuitenkin kumpiakin edellä kuvattuja keinoja maailmanlaajuisten CO₂ –päästöjen vähentämiseksi tarvitaan. Ei-asiantuntijoiden täytyi valita pelaamissaan hiilikauppakokeissa kahden eri vaihtoehdon välillä – joko tehdä energiansäästöinvestointi omalla tehtaalla ja myydä näin saadut ylimääräiset päästöoikeudet muille tehtaille – tai ostaa päästörajoitteen täyttämiseksi vaadittavat päästöoikeudet muilta tehtailta. Useimmille kokeisiin osallistuneille opiskelijoille ei ollut helppoa saavuttaa taloudellisesti kannattavaa tulosta edustamansa puuta jalostavan ja päästökauppaan osallistuvan tehtaan kannalta. Kuitenkin yleisesti voidaan todeta, että kokeet ovat perusteltuja kasvihuoneilmiöön liittyvien taloudellisten seurausten osoittamiseksi ihmisille.

Villa, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: aki.villa@joensuu.fi

Marjo Palviainen. (2005). Logging residues and ground vegetation in nutrient dynamics of a clear-cut boreal forest. https://doi.org/10.14214/df.12

Avainsanat: biomassa; oksat; lehdet; ravinteiden vapautuminen; ravinteiden pidättyminen; juuret

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Väitöskirjassa tutkittiin hajoavien hakkuutähteiden ja kehittyvän pintakasvillisuuden roolia avohakkuualan ravinnedynamiikassa. Päätavoitteena oli tutkia kuinka paljon ravinteita vapautuu hakkuutähteistä kolmen ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen ja mikä on pintakasvillisuuden merkitys ravinteiden pidättämisessä kasvupaikalle avohakkuun jälkeen. Tutkimus tehtiin Itä-Suomessa kuusivaltaisessa sekametsässä, josta osa hakattiin ja osa jätettiin hakkaamatta. Kuusen, männyn ja koivun hakkuutähteiden: lehtien, ohutjuurien (läpimitta ≤ 2 mm) ja oksien (läpimitta ≤ 1 cm) hajoamista tutkittiin karikepussimenetelmällä. Pintakasvillisuuden maanpäällinen ja maanalainen biomassa kerättiin yhdeltä hakkaamattomalta koealalta ja kahdelta hakatulta koealalta yksi vuosi ennen hakkuuta ja viisi vuotta avohakkuun jälkeen. Kaiken kaikkiaan 33 % hakkuutähteiden kuivamassasta ja hiilestä, 49 % fosforista, 90 % kaliumista ja 8 % kalsiumista vapautui kolmessa vuodessa, mutta typen nettovapautumista ei tapahtunut koska typpeä kertyi enemmän juuriin ja oksiin kuin vapautui lehdistä. Massan väheneminen sekä hiilen, fosforin ja kaliumin vapautuminen oli suurinta ensimmäisen vuoden aikana, mutta kalsiumin nettovapautumista tapahtui vasta kolmantena vuonna. Suurin osa vapautuneista ravinteista oli peräisin lehdistä. Pintakasvillisuuden kokonaisbiomassa ja ravinnevarastot vähenivät avohakkuun jälkeen puoleen tai jopa alle sen, mutta palautuivat ennen hakkuuta vallinneelle tasolle 4-5 vuodessa ja fosforin ja kaliumin varastot kasvoivat jopa suuremmiksi. Ensimmäisenä vuonna avohakkuun jälkeen enemmän typpeä ja kalsiumia kertyi hakkuutähteisiin kuin oli varastoituneena pintakasvillisuuteen. Tulokset osoittavat, että hakkuutähteet voivat olla pintavesissä havaittujen kohonneiden hiili-, fosfori-, kalium- ja kalsiumpitoisuuksien lähde, mutta ne eivät ole typen lähde kolmen ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen. Pintakasvillisuus kykenee ottamaan vain murto-osan hakkuutähteistä vapautuvista ravinteista kahden ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen ja kuollut hajoava pintakasvillisuus voi olla huuhtoutuvien ravinteiden lähde. Tulokset antavat viitteitä siitä, että hakkuutähteistä vapautuvat ravinteet pidättyvät aluksi kasvupaikalle pääasiassa maaperäprosessien ja mikrobitoiminnan tuloksena. Pelkästään mikrobien immobilisaatiolla hakkuutähteissä voi olla tärkeämpi merkitys typen ja kalsiumin pidättäjänä kuin pintakasvillisuudella. Pintakasvillisuus kuitenkin toipuu nopeasti avohakkuun jälkeen ja siitä tulee merkittävä ravinteiden pidättäjä.

Palviainen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: marjo.palviainen@metla.fi

Aleksi Lehtonen. (2005). Carbon stocks and flows in forest ecosystems based on forest inventory data. https://doi.org/10.14214/df.11

Avainsanat: BEF; hiili; biomassa; karike; maaperä; metsäinventointi; kasvihuonekaasuinventaari

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Ilmastosopimus velvoittaa sopijamaat raportoimaan kasvihuonekaasupäästöjen lisäksi myös metsien hiilivaraston muutokset, koska metsien hiilitase vaikuttaa merkittävästi ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuuksiin ja kasvihuoneilmiön voimakkuuteen. Kioton sopimuksen ja sitovien päästövähennystavoitteiden myötä metsien hiilitaseen kattava ja luotettava arviointi on tullut välttämättömäksi, sillä metsien hiilinieluilla voidaan kompensoida osa päästövähennystavoitteista. Suomessa metsien hiilinieluraportointi on aikaisemmin koskenut vain puustoa eikä käytettyjen mallien edustavuutta ole testattu. Väitöskirjan tavoitteena oli kehittää menetelmiä, joilla voidaan määrittää metsien hiilivarastoja ja virtoja kansallisella tasolla perustuen metsien inventointiaineistoihin. Puuston biomassan arviointia varten kehitettiin biomassan muuntokertoimet (BEF) Suomelle. Lisäksi tutkimuksessa selvitettiin muuntokertoimien epävarmuudet. Myös oksakarikkeen muodostama hiilivirta puustosta maahan arvioitiin uusien mallien avulla. Sekä biomassan, että oksakarikkeen estimointimenetelmiä testattiin riippumattomilla mittausaineistoilla. Kehitettyjä biomassan muuntokertoimia ja kariketuotantokertoimia sovellettiin suomalaiseen inventointiaineistoon vuosilta 1922 − 2004 metsien hiilivarastojen ja niiden muutosten selvittämiseksi. Laskennassa otettiin huomiin tärkeimmät karikkeen lähteet (biomassan karike, hakkuutähteet ja luonnonpoistuma), joiden vaikutus maan hiilivarastoon mallinnettiin dynaamisella maamallilla. Aikasarjat metsien hiilivarastoista vuosille 1922 − 2004 laskettiin biomassan muuntokertoimien, kariketuotannon ja maamallin yhdistämisellä. Tulosten mukaan puuston hiilivarasto oli 20-luvun alkupuolella 510 Tg hiiltä ja vuonna 2004 se oli puolestaan 780 Tg hiiltä. Samalla jaksolla mineraalimaiden maaperän hiilivarasto kasvoi 110 Tg, ollen vuonna 2004 noin 960 Tg hiiltä. Tutkimuksessa huomattiin myös että kasvillisuuden ja maaperän hiilivarastojen vaihtelut olivat suuria ja usein erisuuntaisia vuosien välillä. Nämä vaihtelut johtuivat pääosin lämpötilan ja hakkuiden vuosittaisista vaihteluista. Lisäksi Suomen metsien vuotuinen nettoprimäärituotos kasvoi 0.1 kg m-2 82 vuoden jakson aikana, ollen jakson lopussa 0.4 kg m-2 vuodessa. Suomen metsien kasvillisuus ja mineraalimaat yhdessä toimivat hiilinieluna 1970-luvulta lähtien. Suomen metsien rooli kansallisessa kasvuhuonekaasutaseessa edellyttää kattavaa laskentaa − on tärkeää laskea metsän kaikki hiilivarastot, kuten puusto, karike, maaperä ja kuolleet puut, ja niissä tapahtuvat muutokset. Näiden hiilivarastojen muutosten määrittäminen on erityisen tärkeää, jos metsänhoitomenetelmiä ja -suosituksia muutetaan metsien hiilensidonnan lisäämiseksi.

Lehtonen, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: aleksi.lehtonen@metla.fi

Artikkelit jotka sisältää sanan 'biomass'

Kategoria : Articles