Artikkelit jotka sisältää sanan 'hiilen kierto'

Metsänhoidon kestävistä käytännöistä tarvitaan tietoa, jotta voidaan minimoida mahdollisia ympäristövaikutuksia ja turvata metsän ja metsämaan elinvoimaisuus. Tiedon avulla voidaan varmistaa metsän tuotoskykyä, auttaa metsiä sopeutumaan ilmastonmuutokseen ja hyödyntämään metsiä myös ilmastonmuutoksen hillinnässä. Erityisesti hiilen ja typen kiertokulku on keskeisessä roolissa metsäekosysteemin toiminnassa.

Tämän väitöskirjan yleisenä tavoitteena oli saada tietoa hakkuutähteiden vaikutuksesta metsämaan typen- ja hiilenkierron pääprosessien dynamiikasta ensimmäisinä vuosina päätehakkuun jälkeen. Erityisenä tavoitteena oli verrata eri puulajien eli männyn, kuusen ja rauduskoivun hakkuutähteiden vaikutuksia. Hakkuutähdekasojen vaikutusta maahan määritettiin vertaamalla tuoreita hakkuutähteitä sisältäviä koealoja ja ilman hakkuutähteitä olevia koealoihin keskenään. Kenttäkokeet sijaitsivat kivennäismailla eteläisen Suomen alueella.

Hakkuutähteen vaikutus maaperän kemiallisiin ominaisuuksiin ja prosesseihin oli voimakkaampaa orgaanisessa kerroksessa kuin mineraalimaakerroksessa. Hakkuutähteet kiihdyttivät voimakkaasti typen kierron prosesseja jo ensimmäisen vuoden aikana erityisesti niiden hakkuutähdekasojen alla, joissa oli suurin määrä hakkuutähdettä. Tämän seurauksena tapahtui typen hävikkiä kaasumaisina typpioksiduulipäästöinä ja nitraattitypen huuhtoutumisena. Typpioksiduulipäästöt olivat pieniä, mutta kuitenkin korkeampia hakkuutähdekoealoilla. Kuusen hakkuutähteet kiihdyttivät typpioksiduulipäästöjä muita puulajeja pidempään. Maaveden typpipitoisuudet nousivat jo vuoden kuluttua hakkuutähdekasojen perustamisesta. Hakkuutähteet lisäsivät maaveden typen pitoisuuksia voimakkaimmin koivun hakkuutähteiden alta. Kaiken kaikkiaan hakkuutähdekasojen vaikutus maaperään oli voimakkaampaa verrattuna lievempiin puulajivaikutuksiin. Biologista typen sidontaa havaittiin kaikissa hakkuutähdemateriaaleissa ja se oli yleensä voimakkaampaa oksissa kuin neulasissa tai lehdissä ja havupuiden hakkuutähteissä kuin koivun hakkuutähteessä.

Hakkuutähteen levittäytyminen, määrä ja hajoamisvaihe sekä metsämaan kasvillisuuden kehitys voivat yhdessä määrittää maaperän hiilen ja typenkierron prosessien ja typen häviöiden dynamiikkaa. Tulokset korostavat hakkuutähteiden tasaisemman levittämisen tärkeyttä metsänpohjalla niiden kasaamisen sijaan. Tasaisella levittämisellä voidaan välttää haitallisia ympäristövaikutuksia ja pitää yllä maaperän ravinnetasapainoa. Typen pysymiseen metsämaassa tulisi kiinnittää enemmän huomiota käytännön metsänhoidon toimenpiteissä erityisesti boreaalisilla alueilla, joilla typpi rajoittaa metsien kasvua.

• Törmänen, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: tiina.tormanen@tapio.fi

Ilmastonmuutoksen vaikutus boreaalisten suoekosysteemien vesitalouteen ja kasvihuonekaasujen päästöihin sekä ruokohelven kasvuun tuotannosta vapautuneilla turvekentillä Väitöskirjatyössä tutkittiin, miten ilmastonmuutos vaikuttaa boreaalisten suoekosysteemien vesitalouteen ja kasvihuonekaasujen päästöihin sekä ruokohelven kasvuun tuotannosta vapautuneilla turvekentillä. Tätä varten laadittiin simulointimalleja, jotka kuvaavat kohosoiden ja aapasoiden hydrologisia olosuhteita ja niiden herkkyyttä ilmastotekijöiden vaihtelulle ja ilmastonmuutokseen (ilman hiilidioksidipitoisuuden ja lämpötilan kohoaminen sekä sadannan muuttuminen) Suomen eri osissa. Tehtyjen mallilaskelmien avulla arvioitiin miten ilmastonmuutos vaikuttaa luonnontilaisten ja turvetuotannosta vapautuneilta soilta tapahtuviin kasvihuonekaasupäästöihin sekä ruokohelven kasvuun tuotannosta vapautuneilla turvekentillä, ja miten ruokohelpeä voidaan tällaisissa olosuhteissa käyttää hyväksi ilmastonmuutoksen hillinnässä. Koko Suomen yli ulottuneet mallilaskelmat osoittivat, että luonnontilaisten soiden pohjaveden pinta voi laskea ilmaston lämmetessä sadannan lisääntymisestä huolimatta tämän vuosisadan loppuun mennessä verrattuna nykyilmastoon. Tämän seurauksena soiden merkitys hiilidioksidin sidonnassa vähenisi samalla, kun metaanipäästöt lisääntyisivät. Koko maan tasolla nämä muutokset vähentäisivät tuntuvasti luonnontilaisten soiden merkitystä ilmastonmuutoksen hillinnässä. Erityisesti maan etelä- ja länsiosissa suot voivat muuttua hiilen nieluista hiilen lähteiksi tämän vuosisadan loppupuolella. Tehdyt mallilaskelmat osoittivat myös, että ruokohelven kasvu on suuresti riippuvainen pintaturpeen kosteudesta. Tämän vuoksi ruokohelven kasvu tuotannosta vapautuneilla turvekentillä on herkkä suhteessa pohjavedenpinnan syvyyteen sekä sateiden määrään ja toistuvuuteen. Ilman hiilidioksidipitoisuuden ja lämpötilan kokoaminen voi lisätä ruokohelven kasvua tulevaisuudessa, mutta samanaikaisesti tapahtuva pohjavedenpinnan lasku ja pintaturpeen kuivuminen voivat vähentää tuntuvasti ruokohelven kasvua verrattuna potentiaaliseen kasvuun. Ruokohelpikasvuston kyky sitoa hiiltä oli tehtyjen mallilaskemien mukaan kuitenkin vielä tämän vuosisadan loppupuolella likimain yhtä suuri kuin vastaavan luonnontilaisen suokasvuston. Riittävän korkea pohjavedenpinta on avainasemassa pyrittäessä maksimoimaan ruokohelven kasvua tuotannosta vapautuneilla turvekentillä, olipa kysymyksessä nykyinen tai nykyistä lämpimämpi ilmasto.

• Gong, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: jinnang@student.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

Suon kuivumisen vaikutukset boreaalisten soiden hiilen kiertoon osallistuvien hapellisten mikrobien yhteisöihin Ilmaston lämpenemisen tai maankäytön muutosten, kuten metsäojituksen, vaikutuksesta suon vedenpinnantaso laskee ja suo kuivuu. Jos hiilen kiertoon osallistuvien mikrobien toiminta voimistuu kuivumisen seurauksena, suon hiilivarastoista saattaa vapautua ilmakehään enemmän kasvihuonekaasuja, hiilidioksidia ja metaania. Kuivuminen muuttaa suon kasvillisuutta, joka muodostaa kullekin suolle tyypillisen turpeen koostumuksen. On perusteltua olettaa, että kuivumisen vaikutukset ulottuvat myös suon mikrobiyhteisöön, joka on vastuussa turpeen orgaanisen aineen hajotuksesta. Väitöskirjatutkimus selvitti erilaisten boreaalisten suotyyppien mikrobiyhteisöjen rakennetta ja herkkyyttä suon kuivumiselle. Näytteenottosyvyys ja suotyyppi vaikuttivat suuresti turpeen mikrobiyhteisöön. Bakteeriryhmät olivat runsaampia ravinteikkaammalla suolla ja syvemmissä näytekerroksissa, kun taas sienien osuus oli suurin vähäravinteisemman suotyypin kuivalla pienmuodolla ja ylemmissä näytekerroksissa. Suotyyppi ja näytesyvyys vaikuttivat sienten ja metaania hapettavien bakteerien lajistoon, kun taas aktinobakteerilajisto näyttäisi reagoivan vain näytesyvyyteen. Kuivuminen vaikutti mikrobiyhteisöön. Muutos tuli näkyviin jo lyhytkestoisen kuivumisen jälkeen, ja voimistui pitkäkestoisen kuivumisen jälkeen. Eri suotyyppien mikrobiyhteisöt muuttuivat keskenään samankaltaisemmiksi pitkäkestoisen kuivatuksen seurauksena. Muutokset ovat samansuuntaisia kasvillisuuden muutosten kanssa sillä suurin muutos havaittiin runsasravinteisimmalla suotyypillä ja vähäisin muutos vähäravinteisimmalla suotyypillä. Yleisesti sienet näyttäisivät hyötyvän kuivumisesta, vaikka suotyyppi näytti suuresti vaikuttavan siihen, miten eri sieniryhmät muuttuivat. Aktinobakteerit näyttivät kärsivän runsasravinteisimmilla soilla. Mikrobiaktiivisuus lisääntyi kuivumisen seurauksena runsasravinteisella ja vähentyi vähäravinteisella suolla. Sienet näyttivät olevan tehokkaimpia orgaanisen aineen hajottajia. Aktiivisuusmittaukset osoittivat, että ilmaston lämpeneminen kiihdyttää orgaanisen aineen hajotusta ainakin pohjoisen runsasravinteisella suotyypillä. Kenttäaktiivisuuden ja tiettyjen hajottajasienisekvenssien välinen yhteys osoittaa, että lajiston koostumus voi vaikuttaa hajotuksen tehokkuuteen. Karikkeen laatu ja maatumisaste vaikuttivat enemmän kuin suotyyppi tai vedenpinnantason lasku aktiiviseen sieni- ja aktinobakteeriyhteisöön. Sienisekvenssit edustivat laajaa sienitaksonien joukkoa, kun taas suurin osa aktinobakteerisekvensseistä oli samankaltaisia vielä tieteelle tuntemattomien aktinobakteerien kanssa. Ensimmäistä kertaa mikrobiyhteisöjä ja niiden muutoksia suon kuivumisen seurauksena tutkittiin näin laajasti vaihtelevilla boreaalisilla suotyypeillä. Tulokset osoittavat, että suon kuivuminen vaikuttaa suon mikrobiyhteisöön, mutta muutokset ovat vaihtelevia ja vaikeasti tulkittavia. Muutoksia arvioitaessa on otettava huomioon tarkasteltava suotyyppi, karikkeen laatu ja tutkittava mikrobiryhmä.

• Peltoniemi, University of Helsinki, Department of Biological and Environmental Sciences Sähköposti: krista.peltoniemi@metla.fi