Artikkelit jotka sisältää sanan 'hajotus'

Metsien häviäminen ja köyhtyminen tropiikissa on johtanut tärkeiden metsävarojen ja ekosysteemipalvelujen ehtymiseen. Metsäeläimistölle ja -kasveille sopivat elinympäristöt ovat paikoin lähes hävinneet sekä metsäekosysteemeistä riippuvaiset ihmisyhteisöt ovat kärsineet. Trooppisten alueiden metsäkadon nopea eteneminen vaatii kiireellisiä ja käytännöllisiä toimia, että metsäkadon perimmäisiin syihin voidaan puuttua, ja ennallistaa vahingoittuneita ekosysteemejä ja maisemaa. Tutkimuksen tavoitteena oli verrata ennallistamistehokkuutta vanhojen hoitamattomiksi jääneiden istutusmetsien ja samanikäisten sekundäärisukkession metsien välillä, vertailukohtana primaarimetsät. Tutkimuskohteina olivat metsikön rakenne, floristinen monimuotoisuus, putkilokasvien lajidiversiteetti sekä tärkeät ekologiset toiminnat. Lisäksi arvioitiin puun rahallinen arvo tutkittujen kolmen metsätyypin välillä.

Tutkimus suoritettiin 11 metsiköissä Ghanan kosteilla ja runsassateisilla ilmasto-/metsäalueilla. Systemaattinen satunnaisotos sisälsi 93 koealaa, joista jokainen oli kooltaan 20 m × 20 m (puille), sisältäen osaruudut 5 m × 5 m taimille sekä 2 m × 2 m pintakasvillisuudelle.

Neljäkymmentäkaksi vuotta perustamisen ja/tai hylkäämisen jälkeen sekä istutus- että sekundäärimetsät osoittivat rakennepiirteitä, jotka olivat verrattavissa primaarimetsään. Istutusmetsissä oli suurempi runkoluku ja suurempi puun pohjapinta-ala kuin sekundäärimetsissä. Sekundaarimetsät, istutus- ja luonnontilaiset metsät olivat lajikoostumukselta samankaltaisia ja niissä esiintyi useita harvinaisia ja rauhoitettuja lajeja. Merkittävä osa primaarimetsien kasvilajeista, 60 % ja 77 %, esiintyi myös sekundaarisissa metsissä ja istutusmetsissä. Shannon-Wienerin monimuotoisuusindeksissä (H') ja Simpsonin indeksissä (S), jotka kuvaavat kasvilajien monimuotoisuutta, ei ollut merkitsevää eroa primaari- (H'=3,07, S = 0,91) ja sekundaari-(H'=2,95, S = 0,87) ja istutus- (H' = 2,85, S = 0,87) metsien välillä. Yleisesti primääri- ja sekundaarimetsät olivat runsaslajisempia kuin istutusmetsät. Viljelmien keskimääräisten maanpäällisten hiilivarastojen (159,7 ± 14,3 Mg ha^-1 ) todettiin olevan samanlaiset kuin primaarimetsien (173,0 ± 25,1 Mg ha^-1 ), mutta molemmat olivat paljon korkeampia kuin sekundaarimetsillä (103,4 ± 12,0 Mg ha^-1 ).

Maaperän pH-tasot runsassateisilla tutkimuspaikoilla olivat alhaisemmat kuin kosteilla alueilla. Märällä vyöhykkeellä pH:n vaihteluväli oli 4,2 - 4,6, kun taas kostealla vyöhykkeellä 4,6 - 5,4. Maaperän fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, hiilivarastot, ravinteikkuus, mikrobien aktiivisuus ja karikkeen hajoamisnopeus olivat samankaltaisia primääri-, sekundaari- ja istutusmetsissä. Merkittäviä eroja havaittiin ilmastovyöhykkeiden välillä. Toisin kuin aikaisemmissa trooppisissa tutkimuksissa, havaitsimme että karikkeen hajoamisnopeus oli suurempi kostealla vyöhykkeellä kuin runsassateisella vyöhykkeellä. Tulokset viittaavat siihen, että ero johtui erityisesti karikkeen vaikeasti hajoavasta hiilifraktiosta. Vastaavasti maaperän mikrobien biomassa ja mikrobipopulaatio olivat suurempia kostealla vyöhykkeellä. Keskimääräiset maaperän hiilivarastot (0 - 50 cm) olivat merkittävästi korkeammat runsassateisella vyöhykkeellä (106,8 Mg ha^-1 ) verrattuna kosteaan ilmastovyöhykkeeseen (56,9 Mg ha^-1 ).

Puuviljelmien keskimääräinen kantoarvo oli 8577 dollaria hehtaarilta verrattuna primaari- ja sekundaarimetsiin, joiden arvot olivat 3112 dollaria ja 1870 dollaria hehtaarilta.

Trooppiset metsäviljelmät, jotka on perustettu pitkällä rotaatiokierrolla ja matalan intensiteetin metsänhoidolla, sekä sekundaarimetsät voivat kehittyä ekosysteemiksi, jotka osoittavat rakenteellista ja floristista monimuotoisuutta, ekologista toimivuutta ja omavaraisuutta, samoja piirteitä kuin primaarimetsissä. Tällaiset metsäistutukset ja sekundaarimetsät ovat käyttökelpoisia reittejä maisemien ennallistamiseen ja ilmastonmuutoksen hillitsemiseen, samalla kun ne voivat tarjota maanomistajille kohtalaista taloudellista tuottoa valikoivan puunkorjuun avulla.

• Brown, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0002-7478-2258 Sähköposti: hugh.brown@helsinki.fi

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

Luonnontilansa menettäneitä metsäekosysteemeitä voidaan palauttaa lähemmäs luonnontilaa ennallistamalla. Ennallistaminen voidaan tehdä joko aktiivisesti palauttamalla luontaisia rakennepiirteitä tai passiivisesti jättämällä alue kehittymään itsekseen. Erityyppisten ennallistamiskeinojen vaikutukset metsien rakenteeseen ja ekologisiin prosesseihin, esimerkiksi maaperän tai kasvillisuuden ominaispiirteisiin, tunnetaan huonosti. Tässä tutkimuksessa selvitetään metsien erityyppisten ennallistamiskeinojen vaikutuksia maaperän orgaanisen aineen määriin sekä kasvillisuuteen itäsuomalaisissa havupuuvaltaisissa metsissä.

Tutkimuksen aineisto kerättiin suojelualueilta ja talouskäytössä olevista metsistä Pohjois-Karjalassa. Tutkimusalueilta mitattiin useita maaperän ja kasvillisuuden rakennetta kuvaavia tunnuksia. Lisäksi tutkittiin erityisesti lahoavien puunrunkojen vaikutuksia maaperän orgaanisen aineen hajotukseen ennallistamistoimien jälkeen.

Aktiivisessa ennallistamisessa sovellettiin metsän polttoa yhtenä ennallistamismenetelmänä, yhdessä erilaisten puuston hakkuiden kanssa. Osittain hakattujen, poltettujen metsien maaperän humus ja orgaanisen aineen määrä olivat alhaisempia kuin hakatuissa, mutta polttamattomissa vastaavissa metsissä. Myös kasvillisuuden biomassa väheni poltetuilla alueilla selvemmin kuin muilla alueilla. Metsän polton jälkeen monet kasvilajit vähenivät tai hävisivät alueellisesti yhdenmukaisesti, eikä kasvillisuuden rakenne vielä 10 vuoden kuluessa palautunut ennalleen. Säästöpuiden jättäminen käsitellyille alueille lievensi osittain palon vaikutuksia kasvillisuuden monimuotoisuuteen. Maaperän orgaanisen aineen hajotusta lisäsi läheisyys maassa makaavaan puunrunkoon, mutta tämä vaikutus näkyi vain polttamattomien runkojen lähellä. Poltettujen ja hiiltyneiden runkojen lähellä vastaavaa lisäystä hajotusnopeudessa ei havaittu, mikä viittaa aiemmin tuntemattomaan mekanismiin, joka kytkee metsäpalon maaperän hajotusprosesseihin hiiltyneen puuaineksen välityksellä. 

Passiivista ennallistamista tutkittiin yli sata vuotta sitten kaskiviljelyä varten poltettujen alueiden, mutta sen jälkeen luonnontilaan jätettyjen alueiden maaperän ja kasvillisuuden palautumisena. Kaskiviljelyn ja metsänpolttojen vaikutukset olivat havaittavissa metsän kasvillisuuden ja maaperän rakenteessa vielä yli sadan vuoden kuluttua. Kaskiviljelyyn käytetyillä alueilla koivujen määrä (tilavuus) oli edelleen suurempi ja maaperän orgaanisen aineen määrä alhaisempi kuin kontrollimetsissä. Tulosten mukaan pohjoisissa havumetsissä metsän passiivinen palautuminen voi siten kestää yli 100 vuotta, ennen kuin ekosysteemin ominaispiirteet palautuvat samaan tilaan, jossa ne olivat ennen häiriöitä. Erityisesti maaperän palautuminen ennalleen kestää pitkään ja ilmeisesti pitempään kuin kasvillisuuden palautuminen.

Tulokseni viittaavat siihen, että aktiivinen ja passiivinen ennallistaminen voivat johtaa hyvinkin erilaisiin ekosysteemin ominaispiirteisiin. Ennallistaminen esimerkiksi metsää polttamalla toteutetaan melko alhaisella palon voimakkuudella. Tällaiset palot eivät näytä aiheuttavan suuria tai pitkäkestoisia haitallisia muutoksia metsien maaperässä. Etenkään syvemmällä oleva kivennäismaa ei näiden polttojen yhteydessä muokkaudu, minkä vuoksi ekosysteemin toipuminen on mahdollista. Tutkimuksessani ei kuitenkaan ollut mahdollista koota tai pystytty kattavasti analysoimaan pitkiä aikasarjoja, jotka liittyvät metsien aktiiviseen ja passiivisen ennallistamiseen. Tällaisiin tutkimuksiin jää ilmeinen tarve jatkossa. Tulokseni kuitenkin merkitsevät sitä, että erilaiset ennallistamistavat voivat tuottaa ekologisesti erilaisia tuloksia: passiivisessa ennallistamisessa tavoitellaan koko ekosysteemin palautumista kokonaisuutena, kun taas aktiivisessa ennallistamisessa voidaan palauttaa tiettyjä yksittäisiä ekosysteemin piirteitä tai lajeja. Näiden ennallistamismenetelmien ero tulisi jatkossa tunnistaa aiempaa paremmin.

• Čugunovs, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: mihails.cugunovs@uef.fi

Vedenpinnan alenemisen vaikutukset karikkeen laatuun, mikrobiaktiivisuuteen ja hajoamisnopeuteen boreaalisilla soilla Luonnontilaiset suot ovat hiiltä sitovia ekosysteemejä. Niissä maaperän märkyydestä johtuva hapen niukkuus hidastaa orgaanisen aineen hajotusta. Ilmaston tai maankäytön muutos voi aiheuttaa suon pitkäkestoisen kuivumisen. Se vaikuttaa sekä suorasti että epäsuorasti hajotukseen ja sitä kautta hiilen kiertoon ja hiilitaseeseen. Merkittävin suora vaikutus on maaperän hapekkuuden lisääntyminen, mikä nopeuttaa hajotusta. Epäsuorasti kuivuminen vaikuttaa muuttamalla suon kasviyhteisöä: tyypillisten suokasvien, kuten rahkasammalten ja sarojen, biomassa, tuotos ja karikesyöte vähenevät, kun taas varpujen ja puiden lisääntyvät. Kasviyhteisössä ja sen karikesyötteessä tapahtuvilla muutoksilla voi olla suurempi vaikutus hiilen kiertoon kuin vedenpinnan alenemisella sinänsä. Näiden muutosten suuntaa ja merkitystä koko ekosysteemin hiilitaseelle ei kuitenkaan vielä tunneta riittävästi. Tässä työssä tarkasteltiin vedenpinnan tason vaikutusta suohon tulevan karikkeen määrään, kemiallisiin ominaisuuksiin, mikrobiaktiivisuuteen ja hajoamisnopeuteen, ja näiden lopputulemana tapahtuvaan uuden orgaanisen aineen kertymään. Kuivumisen suorien ja epäsuorien vaikutusten merkitystä arvioitiin vertailemalla ympäristötekijöiden (vedenpinnan taso sekä maan lämpötila ja kemialliset ominaisuudet) ja kasvillisuuden koostumuksen selitysvoimaa. Tätä tietoa tarvitaan, kun mallinnetaan soiden hiilen kiertoa muuttuvissa olosuhteissa. Lyhyt- (muutamia vuosia) ja pitkäkestoisen (muutamia vuosikymmeniä) kuivumisen vaikutuksia tutkittiin kolmella eri ravinteisuustasolla. Ilmaston vaikutusta arvioitiin lisäksi vertailemalla Pohjois- ja Etelä-Suomessa sekä Virossa sijaitsevia koealoja. Karikkeen kemiallisen koostumuksen ja hajotettavuuden arviointiin kokeiltiin perinteisten uuttomenetelmien ja regressiomallien lisäksi nopeaa ja edullista infrapunaspektroskopiaa ja monimuuttuja-analyysiä. Vedenpinnan aleneminen vaikutti kasvilajitasolla karikkeen laatuun, kariketta hajottavaan mikrobiyhteisöön ja karikkeen hajoamisnopeuteen. Nämä kuivumisen suorat vaikutukset olivat kuitenkin vähäisiä verrattuina karikkeen määrän ja koostumuksen muutosten epäsuoriin vaikutuksiin. Lyhytkestoisen kuivumisen vaikutukset tutkittuihin tunnuksiin olivat kaikkinensa melko vähäisiä. Pitkäkestoisen kuivumisen aikana karikesyöte kasvoi merkittävästi. Se johti orgaanisen aineen kertymän lisääntymiseen, vaikka hajotus samalla nopeutui. Kertyvän aineen laatu myös poikkesi selvästi luonnontilaisten soiden kertymän laadusta. Vaste vedenpinnan alenemiseen sekä nopeutui että voimistui suon ravinteisuustason noustessa. Tulokset osoittavat, että metsäojituksesta ja ilmaston kuivumisesta aiheutuvat muutokset soiden kasviyhteisöissä vaikuttavat oleellisesti hiilen kiertoon. Siksi kasvillisuusmuutokset on sisällytettävä malleihin, joilla arvioidaan hiilivirtojen vasteita muuttuviin olosuhteisiin. Muutokset on myös huomioitava riittävän pitkällä aikajänteellä. Työssä esitetään karikkeen kemiallisiin ominaisuuksiin ja hajoamisnopeuteen perustuvat soille tyypillisten kasvien toiminnalliset ryhmät, joita malleissa voidaan hyödyntää. Lisäksi työ osoittaa kuivumisen alentavan maan lämpötilaa huomattavasti, mitä malleissa ei ole otettu huomioon.

• Straková, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: strakova@helsinki.fi

Maaperän mikro-organismit ovat avainasemassa boreaalisten metsiemme kasvun ja hyvinvoinnin kannalta, sillä ne edistävät puiden ravinteiden ja veden saantia ja hajottavat kuollutta orgaanista ainesta vastaten siten ravinteiden vapautumisesta. Vaikka maaperän mikrobiyhteisö on hyvin monimuotoinen, on mikrobien kanssa vuorovaikutussuhteessa elävien puulajien lukumäärä pohjoisen boreaalisissa metsissä pieni. Syitä maaperän mikrobiyhteisön monimuotoisuuteen ja laikuittaisuuteen jopa yhden puulajin metsiköissä ei ole täysin osattu selittää. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, vaikuttavatko saman puulajin eri yksilöt maaperän mikrobiyhteisöön sekä, onko puiden kasvu yhteydessä mikrobiyhteisön rakenteeseen ja aktiivisuuteen. Tutkimus tehtiin 1994 perustetulla kuusikloonikokeella, joka sijaitsee Pieksänmaalla Keski-Suomessa. Kuusikloonipistokkaat oli istutettu 1991 avohakatulle alueelle satunnaisesti kolmeen lohkoon. Nyt tutkittujen kahdeksan eri kuusikloonin pituuserot ovat keskimäärin kaksinkertaisia. Tutkimuksessa havaittiin, että nopeakasvuisilla kuusiklooneilla oli suhteellisesti enemmän symbionttisia mykorritsasienilajeja kuin hidaskasvuisilla klooneilla. Myös mykorritsalajisto erosi nopea- ja hidaskasvuisilla kuusiklooneilla. Lisäksi kasvunopeudeltaan poikkeavat kuusikloonit erosivat maan mykorritsasienirihmaston määrän ja siihen liittyvän bakteeriston, sekä humuksen mikrobiyhteisön rakenteen suhteen. Mikrobibiomassassa ja mikrobiaktiivisuuksissa ei havaittu merkitseviä eroja kuusikloonien välillä, kuten ei myöskään neulaskariketta hajottavan sieniyhteisön rakenteessa ja hajotusnopeudessa. Laboratoriokokeessa tutkittiin endofyyttisienten neulaskarikkeen hajotusta. Hidaskasvuisten kuusikloonien neulasissa eli runsaammin endofyyttisieniä kahden vuoden kasvatuksen päätteeksi. Tulokset myös osoittivat, että endofyyttisienet pystyvät tehokkaasti hajottamaan neulaskariketta ja että ne ovat mahdollisesti luonnossakin tärkeitä hajottajia. Tämä tutkimus osoitti yhteyden kuusikloonien kasvun ja maaperämikrobiston rakenteen välillä. Koska eri kuusikloonit vaikuttivat eri tavalla maaperän mikrobiyhteisön rakenteeseen, saattaa puulajin sisäinen vaihtelu osittain selittää mikrobien laikuittaisuutta ja lajirunsautta metsämaassa. Lisätutkimuksia kuitenkin tarvittaisiin, jotta voitaisiin arvioida syy-seuraussuhteita kuusien kasvun ja mykorritsamonimuotoisuuden välillä.

• Rajala, University of Helsinki, Department of Applied Chemistry and Microbiology Sähköposti: tiina.rajala@metla.fi