Artikkelit jotka sisältää sanan 'hiili'

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

Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia haavan (Populus) ja pajun (Salix) taimien elävyyttä, kasvua ja maan kunnostuspotentiaalia saastuneessa maassa. Ensimmäisessä osatyössä selvitettiin kahden eurooppalaisen haavan (Populus tremula L.) kloonin ja neljän hybridihaavan (Populus tremula L. × Populus tremuloides Michx.) kloonin elävyyttä ja kasvua ei-saastuneessa (kontrolli) ja kreosootin ja dieselöljyn saastuttamassa maassa kolmessa eri istutustiheydessä kasvihuoneolosuhteissa kahden kasvukauden ajan (Artikkeli I). Toisessa osatyössä selvitettiin kolmen eurooppalaisen haavan kloonin ja seitsemän hybridihaavan kloonin elävyyttä, kasvua ja maan kunnostuspotentiaalia kreosootin saastuttamassa maassa 4-vuotisessa kenttäkokeessa (Artikkeli II). Kolmannessa osatyössä selvitettiin pajun (Salix psammophila) taimien kasvua ja raskasmetallien maasta poistokykyä erilaisilla bambubiohiili (BBC, 0-7% maan tilavuudesta) maan käsittelyillä Cd:n ja Zn:n saastuttamassa maassa kasvihuoneolosuhteissa 180 vuorokauden ajan (Artikkeli III).

Ensimmäisessä osatyössä (Artikkeli I) eurooppalaisen haavan ja hybridihaavan kloonien taimien elävyys oli 70–100% kontrollissa, 99 % kreosootin ja 22–59% dieselöljyn saastuttamassa maassa erilaisissa istutustiheyksissä. Haavan taimien pituus oli 5–44% ja 9–38% pienempi ja rungon kuivamassa 9–93% ja 34–63% pienempi dieselöljyn ja kreosootin saastuttamassa maassa kontrolliin verrattuna. Alhainen istutustiheys lisäsi taimien elävyyttä ja kasvua. Kaikista klooneista hybridihaavan klooneilla 14 ja 291 sekä eurooppalaisen haavan kloonilla R3 oli keskimääräistä parempi elävyys ja kasvu, riippumatta käsittelystä. Maaperän saastuminen, istutustiheys ja klooni vaikuttivat merkittävästi taimien elävyyteen, pituuteen ja rungon kuivamassaan (p < 0.05).

Osatyössä II (Artikkeli II) taimien elävyys oli suurin kreosootin saastuttamassa maassa hybridihaavan klooneista kloonilla 291 (72 %) ja eurooppalaisen haavan klooneista kloonilla R3 (70 %). Hybridihaavan klooneilla 14 ja 34 taimien pituus oli 16–211% suurempi kuin muilla hybridihaavan klooneilla. Myös eurooppalaisen haavan kloonin R3 taimien pituus oli 25‒35% suurempi kuin muilla eurooppalaisilla haavan klooneilla. Klooni ei kuitenkaan vaikuttanut merkittävästi taimien elävyyteen tai pituuteen (p > 0.05). Hybridihaavan klooneista kloonilla 134 oli paras kyky poistaa kreosootin saastuttamasta maasta PAH- ja TPH-yhdisteitä 5–10 cm:n syvyydestä ja kloonilla 191 10–50 cm:n syvyydestä. Myös hybridihaavan klooni 14, sekä eurooppalaisen haavan klooneista klooni R2, osoitti hyvää kyky poistaa PAH- ja TPH-yhdisteitä maasta molemmissa syvyyksissä. Toisaalta kaikki kloonit kykenivät poistamaan PAH- ja TPH-yhdisteitä maasta, eritoten 5–10 cm syvyydestä (p < 0.05).

Osatyössä III (Artikkeli III) BBC 1–5% käsittelyt vaikuttivat vain vähäisessä määrin S. psammophila:n taimien pituuteen tai kuivamassaan verrattuna kontrolliin. Sen sijaan BBC 7% käsittely vähensi taimien pituutta (16%) ja kuivabiomassaa (26%) merkittävästi verrattuna kontrolliin. Bambubiohiilikäsittelyt lisäsivät Cu:n, Cd:n ja Zn:n kertymistä eri kasvinosiin, ja eritoten Cd:n ja Zn:n kertymistä (23‒30% ja 13‒24%) BBC 3% käsittelyssä kontrolliin verrattuna. Bambubiohiilen lisääminen maahan ei kuitenkaan vaikuttanut merkittävästi taimien juuriston, rungon ja lehtien raskasmetallikertymiin (p > 0.05), lukuun ottamatta Pb:n kertymistä juuristoon ja Cu:n kertymistä runkoon (p < 0.05). Saatujen tulosten perusteella S. psammophila yhdessä bambubiohiilikäsittelyn kanssa osoitti hyvää potentiaalia raskasmetallien poistamisessa saastuneesta maasta.

Tässä tutkimuksessa mukana olleiden puulajien taimet osoittivat kaiken kaikkiaan kohtuullisen hyvää elävyyttä ja kasvua sekä hyvää PAH- ja TPH-yhdisteiden tai raskasmetallien poistokykyä saastuneesta maasta kasvihuoneolosuhteissa ja kenttäkokeessa. Tämän työn tulosten perusteella niitä voitaisiin käyttää saastuneiden maiden kunnostamisessa. Toisaalta pidempiaikaisia jatkotutkimuksia tarvitaan kenttäkokeissa tämän asian varmistamiseksi.

• Salam, University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences Sähköposti: salam@student.uef.fi

Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi EU on asettanut ilmasto- ja energiapolitiikkatavoitteet energiatehokkuuden parantamiseksi. Kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen edellyttää myös metsäteollisuuden puunhankinnan energiatehokkuuden parantamista. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää puunkorjuussa energiatehokkuuden lähtötilanne, polttoaineen kokonaiskulutus ja siitä aiheutuvat päästöt sekä arvioida energiatehokkuutta parantavat toimenpiteet.

Valtaosin puunkorjuuyrittäjien asenne energiatehokkuutta kohtaan oli positiivinen. Puunkorjuukoneiden polttoaineenkulutus oli matalin päätehakkuissa, kun vastaavasti ensiharvennushakkuissa se oli suurin korjattua kiintokuutiometriä kohden. Keskimääräinen kiintokuutiometripohjainen polttoaineenkulutus ja kasvihuonekaasupäästöt olivat ensiharvennuksella yli kaksinkertaiset päätehakkuuseen verrattuna. Puunkorjuuresurssien paremmalla suuntaamisella olisi mahdollista vähentää polttoaineen kulutusta ja kasvihuonekaasupäästöjä. Tuntikohtaiseen polttoaineenkulutukseen vaikuttavat eniten metsäkoneiden moottoritehot ja puunkorjuuolosuhteet. Kiintokuutiometrikohtaiseen polttoaineen kulutukseen puunkorjuussa vaikuttavat eniten puunkorjuuolosuhteet ja koneyksiköt.

Laskennallinen energiatehokkuus oli suurin päätehakkuissa. Energiatehokkuusyhtälössä polttoaineen kulutusta (panos) merkittävämpi tekijä on korjatun puun määrä (tuotos). Energiatehokkuutta voidaan parantaa kuljettajakoulutuksella. Lisäksi metsäkonesiirroilla oli merkittävä vaikutus puunkorjuun polttoaineen kokonaiskulutukseen ja päästöihin. Tästä syystä puunkorjuukoneiden siirtojen määrää tulisi minimoida, sekä toiminta- ja resurssisuunnittelua kehittää. Tulevaisuudessa polttoaineenkulutuksen ja kasvihuonekaasupäästöjen tarkastelu tulisi laajentaa koko puunkorjuuketjuun, mukaan lukien kaukokuljetus ja puukauppa, sekä esimerkiksi kuljettajan vaikutusta tulisi selvittää tarkemmin. 

• Haavikko, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0002-5626-1248 Sähköposti: hanna.haavikko@gmail.com

Boreaaliset metsämaat ovat yksi suurimmista hiilen varastoista maailmanlaajuisesti, kun taas maahengitys (hiilidioksidipäästöt) muodostaa suurimman hiilivirran ekosysteemistä ilmakehään. Ilmastonmuutoksella voi olla arvaamattomia vaikutuksia maanalaisiin hiiliprosesseihin ja sitä kautta boreaalisten metsien hiilitaseeseen.

Maaperän erilaisten prosessien ymmärtämiseksi ja mahdollisten hiilenkierron muutosten arvioimiseksi muuttuvassa ilmastossa metsänpohjan kokonaismaahengitys jaettiin viiteen eri komponenttiin ja puun juurten hengitys arvioitiin neljällä eri menetelmällä keski-ikäisessä boreaalisessa mäntymetsikössä (Pinus sylvestris L.) Etelä-Suomessa. Varastosokerien ja tärkkelyksen pitoisuudet puiden juurissa määritettiin ja juurien varastosokereiden syötteen määrä maaperään ja symbionttisille mikrobeille (sienijuurille eli mykorritsoille) arvioitiin koko puun hiilitasemallilla ’CASSIA’. Lisäksi puun juurten hengitys ja maan heterotrofisten mikrobien maahengitys erotettiin toisistaan seitsemässä eri havumetsässä mittaamalla hengitystä tavanomaisissa ympäristöissä sekä maaperässä, jossa ei ollut eläviä juuria.

Puiden juurten hengitys muodosti lähes puolet kokonaismaahengityksestä, heterotrofinen maahengitys lähes kolmanneksen, ja pintakasvillisuuden sekä sienijuurten hengitys loput viidenneksen boreaalisessa mäntymetsikössä. Vuotuinen puiden juurten hengitys laski kolmen ensimmäisen tutkimusvuoden ajan, kun taas heterotrofinen maahengitys nousi niin kutsutun ’Gadgil’-ilmiön vuoksi, kun sienijuuret eristettiin pois maasta. Puiden juurten hengitys ja suurin osa varastohiilihydraattien pitoisuuksista olivat korkeampia lämpiminä vuosina ja alhaisempia kylmempinä. Juuret ovat alati vuorovaikutuksessa maaperän kanssa ja niiden erottaminen toisistaan on menetelmällisesti haastavaa. Kolme eri menetelmää arvioi juurten hengityksen olevan melko saman tasoista, kun taas juurihengitys yksittäisistä kaivetuista ja leikatuista juurista oli merkittävästi alhaisempaa. Leikatut juuret kaivettiin melko läheltä maan pintaa, kun taas muilla menetelmillä arvioitu juurten hengitys oli peräisin myös syvemmistä maan kerroksista, jossa kosteutta oli todennäköisesti enemmän. Juurten hengitys oli yli 50 % vuotuisesta yhteytyksestä pohjoisimmassa metsikössä, kun taas eteläisimmässä metsikössä se oli vain 15 %. Koko puun hiilitasemallilla mallinnettu hiilisyöte maahan oli keskimäärin kolmannes vuotuisesta yhteytyksestä ja lähes 5 % symbioottisille sienijuurille.

• Ryhti, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: kira.ryhti@helsinki.fi

Arktinen alue lämpenee muuta maapalloa nopeammin ilmastonmuutoksen seurauksena, ja tämän vaikutus ulottuu boreaalisella vyöhykkeellä erityisesti pohjoisosiin. Vyöhykkeen kasvuolosuhteet ovat pysyneet vuosituhansia samankaltaisina ennen käynnissä olevaa murrosta, mutta vuoden keskilämpötilan odotetaan yhä nousevan, sadannan lisääntyvän ja kasvukauden pidentyvän. Lisäksi sään ääri-ilmiöiden, kuten kuivuuden, rankkasateiden ja kasvukauden aikaisten pakkasjaksojen odotetaan yleistyvän. Pohjoisboreaalinen vyöhyke sijaitsee Suomessa pääasiassa Lapissa, johon kohdistuu alueena myös erilaista maankäytön muutoksen painetta muun muassa kaivostoiminnan kautta. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan pohjoisboreaalisten metsien kasvillisuuden suhdetta sekä sen alla olevan maaperän ravinteisiin, että yllä olevaan ilmakehään kasvillisuuden ja ilmakehän välisen hiilidioksidivaihdon kautta. Tutkin kasvillisuuden ja maaperän välisiä yhteyksiä Itä-Lapissa Soklin koekaivosalueen fosfaattimalmion lähellä, missä maaperän fosforipitoisuus vaihtelee runsaasti myös malmion ulkopuolella. Kasvillisuuden ja ilmakehän välistä hiilidioksidin vaihtoa puolestaan tutkin sekä erittelemällä männikön eri ositteiden (puusto, aluskasvillisuus) hiilivuota, että analysoimalla erilaisten metsiköiden (kuusikko ja männikkö) vastustuskykyä sään ääri-ilmiöille.

Fosfaattimalmion läheisissä metsissä ruohovartisten kukkakasvien, heinien ja sarojen lajimäärät nousivat maaperän humuskerroksen typpi- ja erityisesti fosforipitoisuuden kohoamisen kanssa. Humuksen fosforipitoisuus puolestaan oli muita koealoja (männiköt ja kuusikot) korkeampi niillä tutkimuskoealoilla, joiden valtapuu oli hieskoivu. Aluskasvillisuudella oli tärkeä osa myös männikön hiilidioksidivaihdossa. Pohjoisboreaalisissa metsiköissä latvusto on usein avoin, jolloin valoa on verraten paljon saatavilla myös aluskasvillisuudelle. Latvuston ja aluskasvillisuuden hiilenvaihdon vuosisykli vaihteli, sillä aluskasvillisuus oli yleensä vielä lumen alla silloin, kun puusto alkoi keväällä yhteyttää. Verratessa pohjoisboreaalista kuusikkoa ja männikköä, huomattiin männikön sietävän sään ääri-ilmiöitä kuusikkoa paremmin. Kuusikon hengitys väheni äärimmäisen kuumana ja kuivana kesänä vaikka sen yhteyttäminen jopa kiihtyi. Tämä saattaa johtua hidastuneesta eloperäisen aineen hajonnasta, mutta lopullisen syyn selvittäminen vaatisi lisätutkimusta.

• Matkala, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: laura.matkala@helsinki.fi

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

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

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

• Assmuth, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: aino.assmuth@helsinki.fi

Prosessipohjaiset maaperän hiilimallit voivat simuloida pieniä, lyhytaikaisia ​​muutoksia maaperän orgaanisen hiilen (SOC) varastoissa rekonstruoimalla maaperän CO₂- ja CH₄-päästöjen vasteen samanaikaisesti muuttuviin ympäristötekijöihin. Malleista puuttuu kuitenkin edelleen yhtenäinen teoria maaperän lämpötilan, kosteuden ja ravinnetilan vaikutuksista boreaalisissa ympäristöissä. Näin ollen jopa pieni systemaattinen virhe mallinnetuissa hetkellisissä maaperän CO₂- ja CH₄-päästöissä voi lisätä pitkän aikavälin SOC-varastojen ennusteiden vinoutuneisuutta.

Tutkimme ympäristötekijöitä, jotka säätelevät CO₂- ja CH₄-päästöjä ekosysteemien vaihettumisvyöhykkeellä Suomessa (metsä-suo-ekotonilla) kosteuden ja maaperän hiilen lisääntyessä (I ja II); maaperän CO₂-päästöjä ja SOC-varastoja neljällä metsäalueella Suomessa (III); ja maaperän hiilen sitomista kansallisessa mittakaavassa käyttämällä vuoden 2020 metsäkoealoja Ruotsin kansallisesta metsämaaperäluettelosta (IV). CO₂- ja CH₄-päästöjä sekä SOC-varastoja säätelevät ympäristötekijät arvioitiin soveltamalla epälineaarista regressio- ja korrelaatioanalyysiä empiirisiin aineistoihin ja maaperän hiilimalleilla (Yasso07, Q ja CENTURY).

Metsä-suo-ekotonilla maaperän hiilidioksidipäästöjen hetkellistä vaihtelua selitti lähinnä maaperän lämpötila (eikä niinkään maaperän kosteus), mutta SOC-varastot korreloivat pitkäaikaisen kosteuden kanssa. Äärimmäisten sääilmiöiden aikana, kuten pitkittyneessä kesän kuivuudessa, maaperän CO₂-päästöt mineraalimailla ja CH₄-päästöt suoalueilla vähenivät merkittävästi. Siirtymässä metsästä suolle ei havaittu CO₂- ja CH₄-päästöjen erityistä aktiivisuutta. Hiilidioksidipäästöt olivat vertailukelpoisia metsä- ja suotyyppien välillä, mutta CH₄-päästöt muuttuivat metsien pienistä nieluista suhteellisen suuriksi päästöiksi soilla. Soiden CH₄-päästöt eivät kuitenkaan kompensoineet niiden CO₂-nieluja. Ruotsalaisessa aineistossa metsien SOC-varastot kasvoivat selvästi kosteuden ja ravinnetilan ollessa korkeampia. Maaperän hiilimallit rekonstruoivat SOC-varastot hyvin mesotrofisille maaperille, mutta epäonnistuivat korkeamman hedelmällisyyden maaperille sekä kosteille maaperille, joissa oli turpeista humusta. Mitattujen ja mallinnettujen SOC-varastojen ja maaperän kausiluonteisten CO₂-päästöjen vertailu osoitti, että arvioiden tarkkuus vaihteli suuresti riippuen siitä, millaiset hajoamiseen vaikuttavien ympäristötekijöiden matemaattiset muotoilut mallissa oli ja miten ne oli kalibroitu.

Mallinnustulosten epätarkkuudet osoittivat, että maaperän kosteuden ja ravinteikkuuden roolit boreaalisen metsämaaperän pitkäaikaisessa hiilen sitomisessa ovat matemaattisesti puutteellisesti edustettuina prosessipohjaisissa malleissa. Tämä johtaa sekä SOC-varastojen että kausiluonteisten CO₂-päästöjen epäsuhtaan. Näiden vaikutusten uudelleenmuotoilu malleissa niin, että mikrobien ja entsyymien dynamiikka hajoamisen katalysaattoreina otettaisiin paremmin huomioon, parantaisi maaperän hiilimallien luotettavuutta ennustettaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia maaperään hiileen.

• Ťupek, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: boris.tupek@luke.fi

Ilmastonmuutosta voidaan hillitä vähentämällä ilmakehän kasvihuonekaasuja. Metsät lieventävät ilmastonmuutosta sitomalla ilmakehän hiilidioksidia biomassaan. Tätä biomassaa voidaan käyttää useisiin tuotteisiin, jotka toimivat siten hiilivarastoina. Hiilen sitominen on päinvastainen tapahtuma hiilidioksidipäästölle, mutta ei täysin. Hiilivarastot ovat epävarmoja ja ajallisesti rajattuja toisin kuin päästöt. Silti näillä väliaikaisilla hiilivarastoilla, kuten metsillä, on edelleen arvoa myös ilmastonmuutoksen hillinnässä. Ilmastopolitiikassa ja hiilinielujen laskennassa on kuitenkin otettava huomioon metsien hiilivarastojen epävarmuus ja ajallinen rajallisuus.

Tämä väitöskirja koostuu neljästä artikkelista ja tiivistelmästä. Artikkelit käsittelevät metsäsektoria eri näkökulmista painottuen metsien ja puutuotteiden käyttöön ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Ne kattavat metsien käytön puiden kasvusta puutuotteiden kulutukseen.

Ensimmäisessä artikkelissa analysaan ikäluokkamallilla, kuinka metsänomistajat muuttavat metsänhoitoa, jos he saavat lisäansiona vuokraa puustoon hiilestä. Tulokset osoittavat, että investoinnit puuston kasvuun lisääntyvät ja metsien kiertoaika pitenee. Lisäksi tutkittiin investointitukien vaikutusta metsien hiilivarastoon. Investointituki näyttäisi soveltuvan nuoriin metsiin. On kuitenkin mahdollista, että nämä investointituet johtavat hiilinielun pienenemiseen.

Toisessa artikkelissa analysoidaan puun kulutusta ja puutuotteiden hiilivarastoa Suomessa vuoteen 2050 saakka. Tärkein puutuotteiden hiilivarasto on sahatavarasta valmistetut tuotteet. Puutuotteiden hiilivarasto näyttää lisääntyvän vuoteen 2050 saakka, myös tilanteessa, jossa kulutus vähenee.

Kolmas artikkeli käsittelee optimaalista metsänhoitoa, jossa metsän kasvua kuvataan matriisimallilla. Tulokset osoittavat kokoluokiteltujen matriisimallien ominaisuuden, joka vähentää merkittävästi näiden mallien metsätalouden tulosten vertailukelpoisuutta. Metsän optimaalinen harvennusintensiteetti ja kiertoaika ovat erittäin riippuvaisia mallin määrittelyistä.

Neljännessä artikkelissa analysoidaan nykyistä metsiä koskevaa ilmastopolitiikkaa EU:ssa. Koska politiikka koskee vain yhtä jaksoa, voimme käyttää yksinkertaista kahden periodin mallia kuvaamaan politiikan vaikutuksia. Tulokset osoittavat, että nykyisen ilmastopolitiikan rajoitukset vähentävät metsien käytön mahdollisuuksia hillitä ilmastonmuutosta.

Tiivistelmä täydentää artikkelien johtopäätöksiä ja rakentaa kattavan kokonaisnäkemyksen metsien käytöstä ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi.

• Laturi, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Economics and Management Sähköposti: jani.laturi@luke.fi

Maankäyttö vaikuttaa ilmastoon useaa eri kautta. Väitöskirjassa tarkastellaan, kuinka maankäytön ilmastovaikutuksia voidaan ohjata optimaalisesti (eli hyvinvoinnin maksimoivalla tavalla) markkinapohjaisia välineitä (kuten tukia ja veroja) hyödyntäen. Väitöskirja koostuu neljästä osajulkaisusta ja yhteenvedosta. Kukin osajulkaisuista käsittelee erillistä maankäyttösektorin ilmasto-ohjaukseen liittyvää aihetta.

Ensimmäisessä osajulkaisussa kuvataan kattava biomassan, maaperän ja tuotteiden hiilivarastoja ohjaava politiikka. Erityistä huomiota kiinnitetään maaperän hiilivarastoihin kohdistuvaan ohjaukseen.

Toinen osajulkaisu koskee hakkuutähteiden energiakäytöstä aiheutuvien hiilidioksidipäästöjen ohjausta. Näiden päästöjen haitallisuutta verrataan fossiilisten päästöjen haitallisuuteen. Vertailuun perustuen esitetään, kuinka hakkuutähteiden ja fossiilisten polttoaineiden hiilidioksidiverot voitaisiin yhdenmukaistaa.

Kolmannessa osajulkaisussa tarkastellaan lisäisyysperiaatteen soveltamista metsien hiilitukiin. Ainoastaan lisäisen hiilenvarastoinnin tukeminen vaikuttaa metsikkötason tarkastelussa onnistuvan kiertoaikaa vääristämättä, jos ohjaus toteutetaan hinnoittelemalla kaikki hiilivuot ja keräämällä ylimääräiset (ei-lisäiset) hiilituet pois verottamalla metsämaata tuottavuuden mukaan. Markkinatasolla näin muotoiltu ohjaus kuitenkin vääristää kiertoaikoja ja maan jakautumista eri käyttöihin. Vääristymät voidaan välttää, jos maan verotus kohdistetaan kaikkeen muuhunkin maankäyttöön metsien ohella.

Neljännessä osajulkaisussa esitellään uusi käsite: säteilypakotteen yhteiskunnallinen rajakustannus (engl. Social Cost of Forcing (SCF)). SCF on säteilypakotteen voimistamisesta aiheutuvan yhteiskunnallisen rajahaitan rahallinen arvo. Se on säteilypakotteen perushinta, jonka avulla voidaan arvottaa erilaisia ilmastoa lämmittäviä tekijöitä (kuten kasvihuonekaasupäästöjä tai metsän albedon lämmittävää tehoa). SCF:iin perustuvat hinnat ovat keskenään johdonmukaisia, joten ne soveltuvat käytettäväksi kustannus-hyötyanalyysissa hiilidioksidinpäästöjen yhteiskunnalliseen kustannukseen perustuvan hinnan rinnalla. Niitä voidaan myös hyödyntää erilaisiin ilmastoa lämmittäviin tekijöihin kohdistuvan ohjauksen yhdenmukaistamiseen.

Yhdessä väitöskirjan neljä osajulkaisua tukevat maankäyttösektorin ilmastopolitiikan suunnittelua.

• Rautiainen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: aapo.rautiainen@luke.fi

Maaperä on metsäekosysteemin rakenteen ja toiminnan perusta. Maaperän biologiset, kemialliset ja fysikaaliset prosessit säätelevät koko metsän hiilen, ravinteiden ja veden kiertoa. Ihmisen toimenpiteet muuttavat suomalaisten metsämaiden rakennetta ja toimintaa ja edelleen metsäekosysteemin häiriödynamiikkaa.

Tässä väitöskirjassa määritettiin kahden maaperän rakenteeseen ja kemialliseen koostumukseen vaikuttavan toimenpiteen − kantojen korjuun ja tekopohjaveden muodostamisen – pitkäaikaisvaikutuksia metsämaaperän ja -kasvillisuuden rakenteeseen, toimintaan ja toipumiseen. Kantojen korjuussa maaperän pintakerros häiriintyy ja siitä poistuu hiiltä ja ravinteita korjattavien juurten ja kantojen mukana. Tekopohjaveden muodostaminen sadettamalla ravinnerikasta järvivettä harjualueille puolestaan lisää maaperään hiiltä ja ravinteita, ja käsittelyn tuloksena maaperän kemiallinen koostumus muuttuu ja metsäekosysteemi rehevöityy. Aiemmat kotimaiset tutkimukset näiden toimenpiteiden vaikutuksista on tehty korkeintaan muutamia vuosia toimenpiteiden päättymisen jälkeen eikä vaikutusten kestoa ja ekosysteemien toipumisnopeutta tunneta.

Kantojen korjuun vaikutuksia tutkittiin Keski- ja Etelä-Suomessa sijaitsevilla metsäalueilla ja tekopohjaveden ekosysteemivaikutuksia Keski-Suomessa sadetusimeytystä käyttävällä tekopohjavesilaitoksella. Tutkimuksissa tarkasteltiin metsäekosysteemin toipumista toimenpiteistä, jotka olivat päättyneet yli 10 vuotta aiemmin. Tulokset osoittavat, että kantojen korjuun ja sen jälkeen tehtävän maanmuokkauksen seurauksena kuusikoiden maaperän pintakerros häiriintyy laajalti rakenteeltaan ainakin yli 10 vuoden ajaksi. Orgaanisen aineen jakauman muuttuminen heijastuu maaperän hiilen ja typen dynamiikkaan. Suomalaisten havupuiden kannot ja paksujuuret ovat huomattava hiilen ja ravinteiden pitkäaikaisvarasto maaperässä, ja kantojen korjuun merkittävin ekologinen vaikutus on lahopuun ja sen hiilivaraston määrän väheneminen.

Tekopohjaveden muodostaminen sadettamalla muutti maaperän happamuuden ja ravinteisuuden sekä edelleen kasvilajiston, ja muutokset kestivät pitkään imeytyksen lopettamisen jälkeen. Tekopohjavesialueilla maaperän pH ja ravinteiden pitoisuudet olivat 12−15 vuoden jälkeen sadetuksen päättymisestä edelleen huomattavasti korkeampia sadetetuilla koealoilla kuin vertailualoilla. Myös aluskasvillisuuden lajien runsaussuhteet ja dynamiikka olivat edelleen muuttuneita.

Tulokset osoittavat, että maan pintakerroksen rakenne ja toiminta häiriintyy pitkäaikaisesti molempien käsittelyjen seurauksena. Ympäristövaikutusten keston ja niistä toipumisen tunteminen on ensiarvoisen tärkeää, jotta toimenpiteitä, kuten metsäenergian korjuuta ja sen päätöksentekoa ja vastaavasti tekopohjavesilaitosten toimintaa voidaan suunnitella mahdollisimman pienin ympäristöhaitoin.

• Kaarakka, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: lilli.kaarakka@helsinki.fi

Tässä väitöskirjassa tutkitaan taloudellisesti kannattavinta tapaa hyödyntää mäntymetsiköitä. Laskennassa määritetään optimaalinen metsikön alkutiheys, harvennushakkuiden optimaalinen ajoitus, lukumäärä, intensiteetti ja tyyppi (ylä- vai alaharvennus), sekä päätehakkuun ajankohta. Työssä käytetään tarkkoja uudistamis- ja hakkuukustannuksia sekä puutavaran laadusta riippuvia hintoja. Metsänomistaja saa tuloja paitsi puun myynnistä, myös hakkuutähteiden myynnistä bioenergiaksi sekä hiilen sitomisesta kasvavaan metsään. Jälkimmäinen tulo perustuu Uudessa-Seelannissa jo käytössä olevaan hiilitukijärjestelmään, jollaista on ehdotettu Suomeenkin. Väitöskirjan viimeisessä osassa otetaan huomioon muuttuvan ilmaston vaikutus puiden kasvuun.

Väitöskirjan optimointitulokset on ratkaistu monitieteisellä ekologis-taloudellisella mallilla. Mäntymetsiköiden kasvua yksityiskohtaisesti kuvaava prosessipohjainen ekologinen malli yhdistetään taloudelliseen kuvaukseen mäntypuustojen hoidon yksityiskohdista. Prosessipohjaisessa mallissa metsikön kasvu lasketaan hyödyntäen ekologista tietämystä puun yhteytystuotoksen jakaantumisesta puun eri toimintojen välillä. Tällainen malli tuottaa luotettavampia tuloksia kuin metsäkoealojen kasvun perusteella rakennetut tilastollis-empiiriset mallit, kun metsän kasvua arvioidaan ennen kokemattomissa metsän kasvuolosuhteissa tai kun metsää käsitellään uusilla käsittelyketjuilla ja toimenpiteillä.

Tulokset on määritetty erikseen kaikille Fennoskandian puuntuotannon kannalta olennaisille männyn kasvuolosuhteille. Tulosten perusteella vaikuttaa välttämättömältä, että käytössä on riittävän yksityiskohtainen malli, ja että kaikki metsänkäsittelyä määrittävät muuttujat (puuston alkutiheys ja hakkuuvalinnat) optimoidaan samanaikaisesti. Taloudellisiin optimiratkaisuihin vaikuttavat tulosten mukaan puuston kasvuolosuhteet, käytetty diskonttokorko, ja käytössä olevan hiilitukijärjestelmän tyyppi sekä tuen taso.

Hiilitukijärjestelmä muuttaa taloudellista optimiratkaisua hiilensidontaa lisäävään suuntaan mutta samalla puunmyyntitulot alenevat. Näitä hiilensidonnan kustannuksia tarkastellaan väitöskirjassa myös kansallisella tasolla mäntyvaltaisissa metsiköissä ja niitä verrataan hiilipäästöjen vähentämiskustannuksiin energiantuotannossa. Vertailusta käy ilmi, että Suomen mäntyvaltaisten metsiköiden hiilensidonnan lisääminen esimerkiksi hiilitukijärjestelmän avulla näyttää kustannustehokkaalta verrattuna päästöjen vähentämiseen talouden muilla sektoreilla.

Ilmastonmuutoksen myötä muuttuvat sekä metsiköiden kasvuolosuhteet että metsien taloudellisesti kannattavin käsittely. Metsänkäsittelyn sopeuttaminen muuttuvaan ilmastoon tuo merkittävän lisän metsänomistajan tuloihin.

• Pihlainen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: sampo.pihlainen@helsinki.fi

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

Tutkimuksessa analysoitiin hiilen, veden ja energian vaihdon dynamiikkaa ja niihin vaikuttavia biofysikaalisia tekijöitä aavikkoisella pensasarolla Pohjois-Kiinassa, vuosina 2012-2014 tehtyjen hiilivuomittausten avulla. Alhainen maan vesipitoisuus vaikutti voimakkaasti hiilen assimilaatioon ja energiataseeseen eri vuorokauden ja vuoden aikoina. Alhainen vesipitoisuus vähensi päivällä ekosysteemin nettohiilenvaihtoa. Se vähensi myös kokonaishengityksen lämpötilariippuvuutta. Sadekuurot lisäsivät välittömästi hiilen vapautumista ekosysteemistä. Ne lisäsivät myös 1-2 päivän viiveellä hiilen sitoutumista ekosysteemiin. Kasvillisuuden lehtipinta-ala selitti 45 ja 65 % ekosysteemin nettohiilenvaihdon ja kokonaistuotannon kausittaisesta vaihtelusta. Vuosittaiset sääolosuhteet vaikuttivat voimakkaasti siihen, oliko ekosysteemi hiilen lähde vai nielu. Tarkastelujakson 2012-2014 kuluessa ekosysteemi muuttui hiilen nielusta (77 ± 10 g C m^-2 yr^-1 vuonna 2012) hiilen lähteeksi (-22 ± 5 g C m^-2 yr^-1 vuonna 2014). Tämä tutkimus osoitti, että biofysikaaliset tekijät säätelevät vahvasti aavikkoisen pensasaroekosysteemin hiilen, veden ja energian vaihdon dynamiikkaa. 

• Jia, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: xinjia@bjfu.edu.cn

Ympäristötekijät vaikuttavat puiden kasvuun kahta kautta; ne säätelevät sekä hetkellistä kasvunopeutta (suora vaikutus) että puun sisäisen tilan kehittymistä (epäsuora vaikutus). Fotosynteesi puolestaan on kasvuun, hengitykseen ja muihin elintoimintoihin tarvittavan hiilen lähde. Kahden vastakkaisen teorian mukaan kasvunopeuden määrittävä tekijä on joko 1) rajoitteet käytettävissä olevan hiilen määrässä (lähdeteoria) tai 2) ympäristötekijöiden aiheuttama rajoite kudosten kasvuedellytyksissä (nieluteoria). Jotta voisimme ymmärtää, miten muuttuvat ilmasto-olosuhteet vaikuttavat puiden kasvuun ja hiilitaseeseen, on välttämätöntä tietää, miten puun eri osien (puuaine, neulaset, juuret) kasvu reagoi ympäristö- ja muiden tekijöiden vaihteluun.

Tämän tutkimuksen tarkoitus oli 1) kvantifioida lämpötilan vaikutusta männyn kasvuun eri aikaskaaloilla ja 2) estimoida hiilen saatavuuden ja lämpötilan aiheuttamien rajoitteiden suhteellisia merkityksiä kasvua määrittelevänä tekijänä.

Näitä tarkoituksia varten muodostettiin dynaaminen kasvumalli CASSIA (Carbon Allocation Sink Source InterAction). Malli kuvaa vuorokausitasolla yksittäisen männyn hiilitaseen, jonka osia ovat fotosynteesi, hengitys, varastoidun hiilen määrä sekä neulasten, puuaineen ja juurten kasvu.

CASSIA ennusti puuaineen primääri- ja sekundäärikasvunopeuden sekä neulasten kasvunopeuden päivittäisen vaihtelun lämpötilan suorien ja epäsuorien vaikutusten perusteella. Lisäksi edellisen vuoden loppukesän lämpötilan ja verson kasvujakson pituuden (lämpösummayksiköissä) välillä havaittiin positiivinen yhteys. Kasvun käynnistyminen keväällä oli pitkäaikainen prosessi, joka selittyi lämpökertymällä hetkellisten lämpötilojen sijaan.

Lyhytaikaisten kasvunvaihtelujen todettiin olevan nielurajoitteisia, koska CASSIA ennusti vuodensisäisen kasvunvaihtelun lämpötilan perusteella ilman fotosynteesin tai varastoidun hiilen suoraa vaikutusta. Toisaalta vuosienvälinen kasvunvaihtelu saatiin ennustettua hiilen lähteen (GPP, bruttoprimäärituotos) perusteella.

Tämän tutkimuksen tulosten mukaan lähde- ja nieluvaikutusten monimutkainen yhdistelmä rajoittaa kasvua. Lisäksi ympäristötekijät vaikuttavat kasvuun useilla aikaskaaloilla, jotka vaihtelevat tunneista vuosiin. Lisää tutkimusta tarvitaan, jotta saadaan tunnistettua tekijät, jotka määräävät eri prosessien nopeudet ja hiilitaseen kehittymisen.

• Schiestl-Aalto, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: piia.schiestl@helsinki.fi

Tutkimuksessa selvitettiin metsäojitettujen soiden ennallistamisen vaikutuksia ravinteiden ja orgaanisen hiilen huuhtoutumiseen ja metaanidynamiikkaan. Työ koostuu neljästä alitutkimuksesta. Kahdessa alitutkimuksessa selvitettiin vaikutuksia veden laatuun ja aineiden huuhtoutumiseen, ja ne toteutettiin valuma-aluetasolla. Yksi alitutkimus oli laboratoriokoe, jossa selvitettiin aineiden liukenemista turpeesta anaerobisessa muhituksessa, jolla jäljiteltiin hakkuuta tai ennallistamista seuraavaa nousevaa vedenpintaa. Neljäs tutkimus oli jälleen maastotutkimus, ja siinä selvitettiin luonnontilaisten, ojitettujen ja ennallistettujen korpien metaanipäästöjen eroavaisuuksia. Kaikkiaan tutkimuksessa käsiteltiin 24:ää eri suota, joista yksi oli mukana kahdessa eri alitutkimuksessa.

Tulokset viittaavat siihen, että ennallistamisella voi olla huomattavia vaikutuksia etenkin ravinnerikkaiden kuusivaltaisten soiden tapauksessa. Niissä havaittiin suurimmat liuenneen orgaanisen hiilen ja ravinteiden kuormitus ennallistamisen jälkeen valuma-aluetason tutkimuksissa. Niiltä havaittiin ennallistamisen jälkeen myös huomattavia metaanipäästöjä, suurempia kuin luonnontilaisilta tai ojitetuilta kohteilta. Tulosten perusteella tulisi edelleen tutkia ennallistamisen menetelmiä ja niitä prosesseja, jotka vaikuttavat havaittujen vaikutusten taustalla.

• Koskinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: markku.koskinen@helsinki.fi

• Rana, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: parvez.rana@uef.fi

• Vehkaoja, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: mia.vehkaoja@helsinki.fi

• Kasurinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: ville.kasurinen@helsinki.fi

Hiilidioksidivuo maaperästä pohjoisen havumetsävyöhykkeen männiköissä nykyisessä ilmastossa ja kohotetussa ilman hiilidioksidipitoisuudessa ja lämpötilassa Tutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa metsämaan hiilidioksidivuon ajalliseen ja paikalliseen vaihteluun vaikuttavia tekijöitä, vertailla mittauskammioita ja testata ilmastonmuutoskokeen vaikutuksia metsämaan hiilidioksidivuohon. Tutkimus perustui neljän vuoden mittauksiin mäntykangasmetsiköissä.

Maaperän hiilidioksidivuon hetkelliset koealakeskiarvot vaihtelivat välillä 0,04–1,12 gCO₂m⁻² h⁻¹ ja metsäalueen vuosisummat välillä 1750–2050 gCO₂m⁻² h⁻¹. Maan lämpötila oli maaperän hiilidioksidivuon ajallisen vaihtelun merkittävin selittäjä (R²=76–82 %). Malli, jossa lämpötila ja lämpösumma olivat selittäjinä, ennusti erillisen aineiston maaperän hiilidioksidivuon keskimäärin 15 prosentin sisälle mitatusta. Malli kuitenkin aliarvioi huippuvuon aikaan heinä-elokuussa, mahdollisesti juurien ja sienijuurien kasvun vuodenaikaisvaihtelun takia. Osatutkimuksen mukaan maaperän hiilidioksidivuon mittausten luotettavuus ei riippunut mittauskammioiden toimintaperiaatteesta.

Maaperän hiilidioksidivuon spatiaalinen vaihtelu oli suurta 400 m²:n suuruisten koealojen sisällä; variaatiokertoimet vaihtelivat välillä 0,10–0,80 ja niiden lumettoman kauden keskiarvot välillä 0,22–0,36. Positiivista autokorrelaatiota ilmeni lyhyillä etäisyyksillä (3-8 m). Humuskerroksen paksuus selitti 28 prosenttia maaperän hiilidioksidivuon vaihtelusta yhdistetyssä usean metsikön aineistossa, ja lähimpien puiden keskimääräisen etäisyyden kanssa se selitti 40 prosenttia. Maaperän hiilidioksidivuo korreloi myös humuskerroksen juurimassan kanssa. Koealojen väliset erot maaperän hiilidioksidivuossa olivat pieniä.

Kohotetut ilman hiilidioksidipitoisuus ja lämpötila lisäsivät metsämaaperän hiilidioksidivuota ilmastonmuutoskenttäkokeessa johdonmukaisesti, mutta ei aina tilastollisesti merkitsevästi. Niiden yhteisvaikutus oli additiivinen, ilman interaktiota; +23–37 % (kohotettu CO₂), +27–43 % (kohotettu lämpötila) ja +35–59 % (yhdistetty käsittely), riippuen vuodesta. Kohotettu lämpötila oli tilastollisesti merkittävä tekijä neljän vuoden aineistoon perustuvassa varianssianalyysissä. Maaperän hiilidioksidivuon lämpötilavaste laski kuitenkin lämmityskäsittelyissä toisena koevuotena.

• Niinistö, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: sini.niinisto@stat.fi

• Vilén, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: terhi.vilen@gmail.com

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

Tässä työssä kehitettiin menetelmiä, joilla voidaan arvioida Suomen lähes viiden miljoonan metsäojitetun suohehtaarin maaperän kasvihuonekaasutaseita. Lisäksi tutkittiin eri kaasujen ja kasvavan puuston osuutta metsäojitetun suon taseessa.

Tase koostui maaperän hiilidioksidi(CO₂)-, metaani(CH₄)- ja typpioksiduuli(N₂O)lähteestä tai -nielusta ja kasvavan puuston CO₂-nielusta.

Työ koostui neljästä osasta: I) Maaperän CO₂-taseen laskentamenetelmää testattiin yhdellä koealalla. II) Maaperän CH₄- ja N₂O-tasetta sekä maasta kasvien ja hajottajien hengityksessä vapautuvaa CO₂:ta mitattiin 68 koealalla eri puolilla Suomea. III) Suomen metsäojitettujen soiden maaperän CO₂-tase arvioitiin osatutkimuksessa I testatulla menetelmällä. IV) Metsäojitetun suon kasvihuonekaasutase arvioitiin osatutkimuksen II koealoille.

Maaperän CO₂-tase määritettiin maahan karikkeena tulevan ja hajottajien hengityksessä vapautuvan hiilimäärän erotuksena. Rehevien koealojen (ruoho- ja mustikkaturvekankaat) maaperä oli keskimäärin CO₂-lähde (190±70 g/m² vuodessa). Karujen koealojen (puolukka- ja varputurvekankaat) maaperä oli CO₂-nielu (70±30g/m² vuodessa). N₂O-lähde oli sitä pienempi, mitä karumpi koeala oli (0,185–0,029 g/m² vuodessa). Hyvin kuivuneet koealat, joilta suokasvillisuus oli kadonnut, olivat pieniä CH₄-nieluja (0,28±0,04 g/m²/ vuodessa). Märkinä pysyneet alat, joilla suokasvillisuutta oli vielä jäljellä, olivat CH₄-lähteitä (1,16±0,48 g/m² vuodessa). Kun kasvavan puuston CO₂-nielu otettiin huomioon, lähes kaikki koealat olivat kasvihuonekaasunieluja.

Karut metsäojitusalueet eivät näytä olevan merkittäviä kasvihuonekaasulähteitä. Metsätalous voi niillä olla ilmastollisesti yhtä kestävää kuin kivennäismailla. Rehevillä alueilla turve hajoaa vähitellen, ja maaperä on CO₂-lähde todennäköisesti kunnes kaikki turve on hajonnut. Ilmastollisesti kestävä metsätalous edellyttää, että niillä tuotetulla puulla esimerkiksi korvataan saastuttavampia raaka-aineita.

Vaikka keskimääräiset maaperän CO₂-taseet olivat pieniä, kaikkien Suomen metsäojitettujen soiden maaperän CO₂-tase oli suuren maapinta-alan vuoksi merkittävä. Kun otetaan huomioon käytettyjen mallien epävarmuus ja Valtakunnan metsien inventoinnin otoskoko, voidaan vuotuisen taseen arvioida olevan 10 miljoonan tonnin nielun ja 10 miljoonan tonnin lähteen välillä. Tarkempia tuloksia saadaan, kun hiilen kulkeutuminen kasvien juurista maahan opitaan ymmärtämään paremmin.

• Ojanen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: paavo.ojanen@helsinki.fi

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

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

• Rasilo, University of Helsinki, Department of Environmental Sciences Sähköposti: terhi.rasilo@helsinki.fi

• Barua, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: sepul.barua@helsinki.fi

• Karhu, Helsingin yliopisto, Metsätieteiden laitos Sähköposti: kristiina.karhu@helsinki.fi

• Cao, Helsingin yliopisto, Metsätieteiden laitos Sähköposti: tianjian.cao@helsinki.fi

• Riutta, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: tr@nn.fi

• Palosuo, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: taru.palosuo@efi.int

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

• Kostiainen, University of Oulu, Department of Biology Sähköposti: katri.kostiainen@metla.fi

• Muukkonen, University of Helsinki, Faculty of Science Sähköposti: petteri.muukkonen@metla.fi

• Briceño-Elizondo, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: elemer.briceno@joensuu.fi

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

• Juurola, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: eija.juurola@helsinki.fi