Artikkelit jotka sisältää sanan 'maa'

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

Ilmaraot ovat tärkeä yhteys puiden fysiologisten prosessien ja ympäristön välillä, joten ilmarakosäädön mallintaminen on kriittisen tärkeää puiden toiminnan ja kasvun ymmärtämiseksi. Eräs ilmarakosäädön malli, jota on laajalti testattu, perustuu ilmarakosäädön optimointiin Lagrangen menetelmällä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli laajentaa optimaalinen ilmarakosäätömalli koko puun tasolle, ja yhdistää se rungon paksuuskasvun malliin. Tässä työssä kehitelty uusi malli yhdistää ilmarakosäädön yhteyttämisen ei-ilmarakoisille rajoitteille, maan vesipitoisuuteen, entsymaattiseen aktivaatioon ja rungon paksuuskasvun fenologiaan. Malli tarvitsee syötteenä meteorologisia suureita, valon määrää, sekä maan vesipitoisuutta, ja se ennustaa haihdunnan, yhteyttämisen sekä paksuuskasvun 30 minuutin aikaresoluutiolla. Malli parametrisoitiin Bayesilaista päättelyä käyttäen, ja sen ennusteita verrattiin mittauksiin männyn (Pinus sylvestris) ja kuusen (Picea abies) toiminnasta Suomessa suolla sekä kivennäismaalla. Malli onnistui hyvin simuloimaan puiden haihduntaa ja rungon läpimitanmuutoksia. Malliparametrien tilastollinen analyysi osoitti, että nuorilla/lyhyillä puilla oli aina suurempi ilmarakojohtavuus vanhoihin/pitkiin puihin verrattuna tyypillisillä ilman kyllästysvajeen ja valon määrän arvoilla. Analyysi osoitti myös, että puiden hydraulinen johtavuus maasta juuriin sekä minimaalinen marginaalinen vedenkäyttötehokkuus korreloi positiivisesti lehtipinta-alan ja mantopuupinta-alan suhteeseen. Paksuuskasvun mallinnettu kesto korreloi positiivisesti lehtipinta-alaspesifisen kasvukauden kokonaisyhteyttämismäärän kanssa kostealla suolla, mutta samaa korrelaatiota ei havaittu kuivemmalla kivennäismaalla. Lisäksi muut paksuuskasvun fenologiset parametrit eivät korreloineet yhteyttämisen kanssa kummallakaan kasvupaikalla, mikä viittaa siihen, että yhteyttäminen yksin ei riitä kuvaamaan boreaalisten puiden paksuuskasvun fenologiaa. Malli antaa helposti käytettävän työkalun puiden ekofysiologian ja paksuuskasvun mallintamiseen, sekä näkemystä laajemman skaalan hiilinielujohteiseen kasvillisuuden mallintamiseen.

• Liu, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0002-8353-1354 Sähköposti: che.liu@helsinki.fi

Kuluttajilla maailmanlaajuisesti on pitkä historia osallistumisestaan syötävien metsäntuotteiden kulutukseen ja keräilyyn sekä maaseutu- että kaupunkiympäristöissä. Syötävät metsäntuotteet ovat tärkeitä erityisesti ravinnon ja kulttuuristen ekosysteemipalvelujen näkökulmasta, ja siirtävät kulttuurista ja henkistä merkitystä yksilöille ja yhteisöille vaikka niiden perinteisenä roolina on toimia ruoan ja muiden hyödykkeiden lähteenä. Nykyinen tutkimus keskittyy pääasiassa ei-puupohjaisten metsäntuotteiden taloudelliseen ja elinkeinolliseen merkitykseen maaseutualueilla. On siten tarvetta tutkia kaupunkikuluttajien kokemuksia ja vaatimuksia näistä tuotteista, erityisesti siirtymätalousmaiden markkinoilla.

Tämä väitöskirja pyrkii tutkimaan erilaisia muotoja ja syitä kaupunkilaiskuluttajien syötävien metsäntuotteiden taustalla kokemusten ja kulutuskäyttäytymisen näkökulmasta Kiinan alueellisilla markkinoilla. Tutkimus tarkastelee kuluttajien käyttäytymistä kolmesta keskeisestä näkökulmasta: osto-käyttäytymisessä, kuluttajien kokemukset metsäntuotteiden keräämisessä ja ympäristöystävällisyyden merkityksestä kulutuskäyttäytymisessä. Teoreettinen tausta liittyy pääasiassa ekosysteemipalveluihin ja Motivaatio–Mahdollisuus–Kyky -malliin sekä suunnitellun käyttäytymisen teoriaan. Tämä väitöskirja esittää käsitteellisen viitekehyksen kaupunkilaiskuluttajien kokemuksen ja kulutuskäyttäytymisen ajureista. Työ yhdistää kvalitatiivista haastattelumenetelmää ja kvantitatiivistä kyselymenetelmää kehitetyn kehyksen selvittämiseksi ja validointiin.

Tulokset joita on raportoitu artikkeleissa I-III paljastavat monipuolisuuden kaupunkikuluttajien kulutuskäyttäytymisen syötävien metsätuotteiden suhteen, korostaen vahvistuvaa kaupunki-maaseutu-yhteyttä näiden tuotteiden ympärillä. Tulokset (I) korostavat motivaatiota merkittävänä kuluttajakäyttäytymisen ajurina. Yhteys löytyy kiinalaiseen kulttuurin ja kaupunkikuluttajien motiivien välillä teen ostamisen yhteydessä. Kestävyys ja pragmaattisuus ovat hallitsevia motivaatioita omaan käyttöön tulevaan ostokäyttäytymiseen liittyen, kun taas lahjaostoksissa kiinalainen mianzi ja renqing olivat vallitsevia motiiveja. Marjojen keräämistä koskevissa toimissa havaittiin monipuolisempia motiiveja erityisesti lapsiperheissä ja tiettyihin demografisiin ryhmiin kuuluvien kaupunkilaiskuluttajien keskuudessa (II). Yhteiskunnalliset normit ja kulttuuri vaikuttivat kuluttajien asenteisiin ja uskomuksiin (I, II, III). Lisäksi laadukkaat tuotteet ja palvelut sekä tuottajien ja jakelijoiden tarjoamat sosiaalisen median markkinointikanavat loivat uusia kulutusmahdollisuuksia (II, III). Tutkimus osoitti myös, että kaupunkilaiskuluttajien henkilökohtainen tietämys ja tapojen rakentuminen ovat metsäntuotteissa keskeisiä tekijöitä. Nämä tulokset tarjoavat uusia näkökulmia siihen, miten kaupunkilaiskuluttajat osallistuvat ei-puupohjaisten metsäntuotteiden markkinoihin, mikä luo pohjaa lisätutkimuksia tällä alueella.

• Tong, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0002-4155-9017 Sähköposti: lingyun.tong@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

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

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

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

Suometsät muodostavat tärkeän puuvarannon suomalaiselle metsäteollisuudelle, mutta samaan aikaan suoekosysteemit ovat tärkeitä metsien monimuotoisuuden, hiilensidonnan, vesiensuojelun ja virkistyskäytön kannalta. Suometsiä ojitettiin laaja-alaisesti kasvavan metsäteollisuuden tarpeisiin 1960–70 -luvuilla, mikä lisäsi merkittävästi puuston kasvua turvemailla. Ojitukset heikensivät kuitenkin suometsien monimuotoisuutta ja lisäsivät huomattavasti vesistöjen kiintoaine- ja ravinnekuormitusta, mikä on aiheuttanut järvien ja jokien rehevöitymistä, samentumista ja tummentumista.

Tämä väitöskirja esittelee käytännönläheisiä mahdollisuuksia, joiden avulla suometsien hoidossa voidaan kustannustehokkaasti huomioida erityisesti metsien monimuotoisuus ja vesiensuojelu. Suometsien hakkuita ja ojituksia kritisoidaan laajasti, joten suometsänhoidon yleisen hyväksyttävyyden lisääminen ympäristöasioiden paremmalla huomioimisella on tarpeen. Lentolaserkeilauksen tuottama 3D-pistepilvi tarjoaa erinomaisen aineiston muun muassa biomassan määrän ja laadun arviointiin, heikkotuottoisten alueiden tunnistamiseen ja rajaamiseen, pintavesien virtauksen mallintamiseen sekä kosteiden maastonkohtien kartoittamiseen. Laserkeilauksen vahvuus muihin kaukokartoitusmenetelmiin verrattuna on sen kyky tuottaa maanpinnasta erittäin tarkka korkeusmalli, sillä keilaimen lähettämät pulssit pystyvät läpäisemään metsän latvuskerroksen.

Korkeusmallista laskettujen, kohteen lähiympäristöä kuvaavien tekstuuripiirteiden käyttö maaston kantavuuden ennustamisesta on uusi idea, joka kannattaa huomioida jatkotutkimuksissa ja käytännössä, koska tekstuuripiirteet kuvasivat lupaavasti hyvin pienialaista, leimikon sisäistä kantavuuden vaihtelua. Toinen uusi idea tässä väitöskirjassa on vesiensuojelurakenteiden automaattiseen sijoitteluun tähtäävä laskentamenetelmä, jonka on tarkoitus helpottaa ojituksen suunnittelijan työtä, koska etenkin pintavalutuskentille on yleisesti ollut vaikea löytää sopivia sijoituspaikkoja. Ylipäätään laserkeilausaineistoista voidaan johtaa paljon sellaista tietoa, joka auttaa merkittävästi suometsänhoidon ja ojien kunnostuksen suunnittelua. Paikkatiedon avulla valtaosa suunnittelusta voidaan jatkossa tehdä toimistotyönä, jolloin suunnittelun maastotyöt pystytään etukäteen kohdistamaan tärkeimpiin maastonkohtiin.

• Niemi, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: mikko.t.niemi@helsinki.fi

Suomessa on kiinnostusta pidentää istutuskautta keväästä syksyyn sekä käyttää suljettua pahvilaatikko varastointimenetelmää kaikille taimityypeille kaikkina istutusajankohtina. Tässä väitöskirjassa tarkasteltiin istutuskäytäntöjen ja kasvuympäristön vaikutuksia taimien varhaiseen maastomenestymiseen ja erityisesti: i) Mitkä ovat turvalliset varastointiajat aktiivisesti kasvussa/karaistumisvaiheessa olevilla kuusen (Picea abies (L.) Karst.) ja männyn (Pinus sylvestris L.) taimilla suljetuissa ja avoimissa varastointimenetelmissä eri istutusajankohtina (I); ii) Kuinka yksivuotiaat kuusen ja männyn istutukset onnistuivat käytännön metsätalouden istutusaloilla keväällä, kesällä ja syksyllä (II); iii) Miten istutussyvyys ja/tai istutusajankohta vaikutti pienikokoisten koivun (Betula pendula Roth) ja männyn taimien maastomenestymiseen (III) ja iv) Kuinka lämpimämmät kasvuolosuhteet vaikuttivat taimien kasvuun ja biogeenisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöihin kontrolloidussa kenttäkokeessa (IV). Aktiivisesti kasvussa/karaistumisvaiheessa olevia havupuiden taimia voidaan säilyttää suljetuissa laatikoissa kolme päivää elokuussa ja enintään viikon toukokuussa, syyskuussa ja lokakuussa, kun taas avoimissa varastointimenetelmissä säilytysaika on pari päivää pidempi (I). Kuusen istutukset voivat onnistua keväästä syksyyn, jos taimien varastointiin ja eri istutusajankohtiin liittyviä ohjeita noudatetaan huolellisesti. Mänty on edelleen suositeltavaa istuttaa vain keväällä ja alkukesästä suuremman epäonnistumisriskin vuoksi (II). Syväistutuksella (60-80% versosta maan alla) voidaan parantaa pienten taimien maastomenestymistä (III). Koivu hyötyy ilmaston lämpenemisestä havupuun taimia enemmän (IV). Metsänuudistamisen onnistumisen varmistamiseksi on tärkeää noudattaa huolellisesti taimimateriaaliin, taimien varastointiin ja istutukseen eri istutusajankohtina liittyviä suosituksia.

• Pikkarainen, University of Eastern Finland Sähköposti: laura.pikkarainen@uef.fi

Puukerrosrakentamisen leviämistä rakennusalalla on Suomessa tuettu yli 20 vuoden ajan, mikä on ollut perusteltua ottaen huomioon metsäsektorin kulttuurisen ja taloudellisen arvon.  Edistämistoimista huolimatta puukerrostalorakentamisen markkinaosuus on edelleen matala Suomen koko kerrostalorakentamisen markkinoilla. Väitöskirjassa tutkitaan puukerrostalorakentamisen leviämistä analysoimalla suomalaiskuntien maankäytön ja rakentamisen suunnittelusta vastaavien asiantuntijoiden käsityksiä sekä laadullisen haastattelu- että määrällisen kyselytutkimuksen menetelmin.  Tämän henkilöryhmän näkemyksiä on toistaiseksi tutkittu kansainvälisestikin vain niukasti huolimatta heidän keskeisestä merkityksestään paikallistason suunnittelussa ja rakentamisessa. Kuntatason asiantuntijanäkemysten analysoinnissa tutkimuksessa sovelletaan suunnitellun käyttäytymisen teoriaa (ns. Theory of Planned Behavior), jonka ytimessä on käsitys asenteista ja uskomuksista ihmisen toiminnan perustana. Tämä väitöstutkimus tunnistaa (artikkeli I) ja kuvaa (artikkeli II-III) kuntatason asiantuntijoiden puukerrostalorakentamiseen liittyviä asenteita ja uskomuksia. Artikkeli I hahmottaa  puukerrostalorakentamiseen liittyviä uskomuksia siihen liittyvien esteiden ja hyötyjen kautta. Hyötyjen nähdään kohdistuvan asukkaiden elämänlaadun parantamiseen ja paikallisen puuhun liittyvän liiketoiminnan edistämiseen. Sen sijaan käsitykset esteistä yhdistyvät toimintaympäristöön, joka koetaan puurakentamisen suhteen edelleen riskialttiiksi. Puurakentaminen mielletään myös kalliiksi. Näiden tekijöiden nähdään johtavan siihen, että puukerrostaloprojektien markkinaosuus ei ole kohonnut merkittävästi. Artikkelin II mukaan puukerrostalorakentamisen toteutus vertautuu betonirakentamiseen. Suurilta osin puukerrostaloilla uskotaan olevan useita erinomaisia ominaisuuksia ja laajempia myönteisiä vaikutuksia esimerkiksi ympäristölaadun tai aluetaloudellisen kehityksen kautta. Näistä myönteisistä seikoista huolimatta vallitsee edelleen käsityksiä riskitekijöistä (esim. rakentamisen ja ylläpidon kalleus, tulipaloalttius). Asiantuntijoiden taustatekijät, erityisesti heidän ammattinsa, ovat avainasemassa useiden uskomusten muovautumisessa. Artikkeli III mallintaa vastaajien uskomuksien (mm. puukerrostalorakentamisen ympäristösuorituskyvystä, vaikutuksista taloudelliseen kehitykseen, kustannuksista, teknisistä ominaisuuksista) ja asenteiden muodostumisen yhteyksiä. Tulosten perusteella kuntatason asiantuntijoiden ammatillinen tausta vaikuttaa siihen, miten puukerrostalorakentamiseen liittyviä uskomuksia painotetaan. Vastaajien alaryhmänä suunnittelijoiden asenteet muodostuvat kokonaisvaltaisesti perustuen näkemyksiinsä puukerrostalojen ympäristöllisten ja teknisten ominaisuuksien sekä taloudellisten vaikutusten perusteella. Muissa tehtävissä toimivien asiantuntijoiden asenteet  rakentuvat ensisijaisesti näkemyksiin hankkeiden taloudellisista vaikutuksista ja puukerrostalojen teknisistä ominaisuuksista. Kaikkiaan kyselyyn vastanneet asiantuntijat näyttävät olevan myönteisiä puukerrostalorakentamiselle kunnissaan, mutta alan jatkokehitys riippuu rakentamishankkeiden tuloksista ja siitä kuinka eri vastaajat painottavat hankkeiden tuottamia yhteiskunnallisia hyötyjä. Vaikka puukerrostalorakentamisella katsottaisiin olevan erinomaisia ominaisuuksia, kuten rakennusten hyvä ympäristösuorituskyky, eivät nämä ominaisuudet välttämättä vaikuta riittävän voimakkaasti puukerrostalorakentamisen lisääntymiseen. Kuntatason virkahenkilöiden erilaiset uskomukset ja asenteet puurakentamiseen liittyen saattavat lisätä rakennetun ympäristön suunnitteluun liittyviä jännitteitä. Jää siten nähtäväksi, miten nämä jännitteet vaikuttavat tulevaisuudessa  puukerrostalorakentamisen  yleistymiseen Suomessa.

• Franzini, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: florencia.franzini@helsinki.fi

Tässä tutkimuksessa pyrittiin hyödyntämään metsäteollisuuden sivuvirtoja, kuten rehevöityvää (EL) ja mesotrofista (ML) järvenpohjan biomassaa sekä kahdeksaa sellun ja paperin valmistuksen sivuvirtaa (PPMS) sellunvalmistusprosessin eri vaiheista (PI – PVIII) biopolttoaineiden tuottamiseksi. Teoreettisia biokaasun ja bioetanolin tuotantomuotoja mallinnettiin Aspen Plus® -simulaatiolla 1) sokeroinnin ja käymisen, 2) kaasutuksen ja sekaalkoholisynteesin, 3) kaasutus-synteesikaasukäymisen ja (4) anaerobisten mädätysprosessien kautta. Lisäksi massan ja paperin sivuvirtojen eri prosessivaiheita tutkittiin ABE-fermentoinnilla Clostridium acetobutylicum DSM 1731:llä. Korkea tuhkapitoisuus ML:ssä (79,6 %) oli epäedullista bioetanolin tuotannolle; 57,1L/t (kuiva-aine) supistui suurempaan etanolin saantoon 244,5L/t (kuiva-aine) EL-biomassan kaasutuksesta. Alkuaineanalyysitulokset osoittivat, että sekä EL- että ML-biomassan tuhkaa voitaisiin käyttää lannoitteena metsätaloudessa. ML- ja EL-biomassat tuottivat biokaasua, jonka pitoisuus oli 38,9 ml/g haihtuvaa kiinteää ainetta ja 136,6 ml/g haihtuvaa kiinteää ainetta. Laimennettu happo 0,2 % H2SO4 180 oC:ssa 10 minuuttia oli tehokas esikäsittelymenetelmä ABE-fermentaatiossa. PI-näytteen korkein sokeripitoisuus oli mahdollinen substraatti butanolin valmistukseen. Lisäksi pesemätön PI-sivuvirta tuotti korkeimman ABE-pitoisuuden, 12,8 g/l, verrattuna vastaavasti pesemättömiin PII- ja PIII-sivuvirtoihin, 5,2 g/l ja 6,3 g/l. Märkä primääriliete (PII), jota muodostuu 300 000 tonnia/vuosi (72 600 kuivatonnia), tuotti vedetöntä etanolia noin 3011 kg/h (24 090 tonnia/vuosi) kaasutus-synteesikaasukäymisprosessimallilla. PII:n etanolin tuotannon taloudellinen kannattavuus voidaan saavuttaa joko ottamalla käyttöön ESP 0,61–0,71 €/l etanoliavustuksen kanssa 150 €/t eri verokannoilla tai ottamalla käyttöön ESP 0,60–0,70 €/l porttimaksun 20 €/t kanssa.

• Sandar, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: sandra.sandar@uef.fi

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

Luonnonilmiöiden taustalla olevien prosessien ymmärtämiseksi tarvitaan tarkkoja havaintoja ja mittauksia. Metsäekosysteemin hierarkkisen rakenteen vuoksi sen toiminnalliset ominaisuudet määräytyvät suurelta osin puiden ja puujoukkojen toiminnallisten ominaisuuksien kautta. Siksi metsäekosysteemin toiminnallista rakennetta ja siinä tapahtuvia muutoksia voidaan tarkastella puiden toiminnallisilla ominaisuuksilla ja niissä tapahtuvilla muutoksilla. Kolmiulotteiset lähikartoitusmenetelmät ovat mahdollistaneet puiden yksityiskohtaisen tarkastelun pistepilvien avulla. Tämän tutkielman tavoitteena oli kehittää pistepilvi​​menetelmiä elävien ja kaatuneiden puiden kartoitukseen sekä testata kehitettyjen menetelmien toimivuutta ja sovellettavuutta metsän rakenteen tarkasteluun boreaalisissa metsissä.

Osajulkaisuissa I–III kehitettiin pistepilvi​​menetelmiä metsän eri rakenteiden havaitsemiseen ja niiden ominaisuuksien kartoittamiseen. Kaatuneet kuolleet puunrungot pystyttiin erottamaan aluskasvillisuudesta niiden säännöllisen, sylinterimäisen geometrian avulla (I). Tasaiset ja sylinterimäiset pinnat sekä pystysuoruus olivat toisaalta ominaisuuksia, joiden perusteella elävien puiden rungot voitiin erottaa lehdistä ja oksista (II). Näiden menetelmällisten periaatteiden pätevyys sekä niihin perustuvien pistepilvimenetelmien toimivuus testattiin rakenteellisesti vaihtelevissa boreaalisissa metsissä.

Osajulkaisuissa II–V tutkittiin kehitettyjen pistepilvimenetelmien sovellettavuutta puiden ja puujoukkojen tarkasteluun sekä niissä tapahtuvien muutosten havaitsemiseen. Metsikön rakenteellisen monimuotoisuuden havaittiin olevan tärkein puun tarkastelun tarkkuuteen vaikuttavista tekijöistä (II). Väitöskirjassa kehitetyn pistepilvimenetelmän havaittiin toimivan parhaiten tasarakenteisissa metsissä. Puuston rakenteen vaikutusta kyseisen pistepilvimenetelmän tarkkuuteen tutkittiin tarkemmin kontrolloiduissa olosuhteissa harvennuskokeiden avulla (III). Niissä harvennusvoimakkuuden havaittiin olevan merkittävämpi tarkkuuteen vaikuttava tekijä kuin harvennustapa (ts. yläharvennus, alaharvennus ja systemaattinen harvennus). Latvuston yläpuolelta kerätyn ilmakuvapistepilven yhdistäminen maastolaserkeilauspistepilveen paransi puiden ja puujoukkojen pituusominaisuuksien tarkastelun tarkkuutta pelkkään maastolaserkeilauspistepilveen perustuvaan menetelmään verrattuna (IV). Lopuksi havaittiin, että viiden vuoden tarkastelujakson aikana puiden ja puujoukkojen rakenteissa tapahtuneita keskimääräisiä muutoksia pystyttiin mittaamaan kahden eri ajankohdan maastolaserkeilauksella (V).

Tämän tutkielman tulokset parantavat tietämystä pistepilvimenetelmien sovellettavuudesta puiden ja puujoukkojen ominaisuuksien sekä niissä tapahtuvien muutosten tarkasteluun. Metsäympäristön yksityiskohtainen kolmiulotteinen mallinnus pistepilvien avulla parantaa puun ominaisuuksien tarkastelua, kun puiden kasvua ja puujoukkojen dynamiikkaa voidaan havainnoida entistä tarkemmin. Tämän tutkielman perusteella metsistä kerättyjen pistepilvien ja niitä hyödyntävien analyysimenetelmien avulla voidaan siis ymmärtää metsäekosysteemejä ja niitä muokkaavia prosesseja paremmin.

• Yrttimaa, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: tuomas.yrttimaa@uef.fi

Tämä tutkimus keskittyy puuston dynamiikkaan ja ekologiseen palautumiseen Miombon metsämailla, Morogorossa, Tansaniassa. Tutkimuksessa käytetään Kitulangalon pysyviä näytekäyriä (PSP) puulajien paikkakohtaisen kasvun, uudistumisdynamiikan ja puuston kehityksen analysointiin empiiristen ja mallintamismenetelmien avulla. Puulajien suuri määrä miombossa edellytti kolmen lajiryhmän muodostamista, mukaan lukien 1) puut, jotka kasvavat suhteellisen nopeasti hallitseviksi ylimmissä latvuskerroksissa 2) puut, jotka pysyvät pääasiassa alemman ja keskimmäisen latvuksen tasolla ja 3) hitaasti kasvavat mutta pysyvästi ja voi lopulta nousta hallitseviin ja kodominantteihin katosasemiin, joita sovelletaan tutkimuksissa I ja III. Tutkimuksessa III käytetään myös kolmea puunkorjuuvaihtoehtoa, jotka sopivat näiden metsien suositeltuihin korjuukäytäntöihin.

Halkaisijan kasvu vaihteli peruspinta-alan kasvun muutoksen mukaan lajien ryhmissä, ja se saavutti vuosina 2008-2016 korkeintaan 3,2 cm (ryhmä 1). Tiheydestä riippuvainen kuolleisuus ja ingrowth vaihtelivat myös lajiryhmittäin, koska korkeammat kuolleisuusasteet hallitsivat alemman ja keskimmäisen katoksen kerroksia epäsymmetristen kilpailujen vuoksi. Tonttien aidat aiheuttivat paksun ruohon peitteen. Uudistumisvarsien kokonaismäärän lasku ja samanaikainen päävarsien määrän kasvu aidatuilla alueilla ja tiheillä tontilla osoittivat kilpailun aiheuttaman itsestään ohenevan prosessin. Tämä liittyy monivarren uudistumiseen, joka on morfologisesti muuttumassa yhden varren taimiksi (päävarret) ja lopulta pieniksi puiksi. Sadonkorjuun intensiteetti, tiheydestä riippuva kuolleisuus ja kasvut säätelivät puuston pohjapinta-alaa ja siten kasvun ja kehityksen simulaation aikana. Puiston rakenteellista kehitystä hallitsivat lajiryhmät 1 ja 2, mikä osoitti lajien koostumuksen ja rakenteiden kestävyyttä. Puuston kehitykseen vaikutti uusien lajien lisääminen kustakin lajista jokaisena simulointivuonna.

Miombon puistot ovat osoittaneet potentiaalin saavuttaa vakaan tilan keskipitkällä aikavälillä huonosti säänneltyjen puiden olosuhteissa ja metsänhoitomenetelmissä. Kehitetyt mallit, käsittelyt ja sadonkorjuuvaihtoehdot voivat olla rajoitettuja Kitulangaloon ja vastaaviin Tansanian alankoisiin miombo-metsiin. Tulevat puuston olosuhteita, metsänhoitomenetelmiä ja sadonkorjuuvaihtoehtoja koskevat tutkimukset ovat elintärkeitä, jotta ymmärrettäisiin paremmin metsän dynamiikkaa Tansanian miombo-metsissä.

• Njoghomi, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: elisha.njoghomi@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

Metsien ja maaperän merkitys hiilen sidonnassa ja varastoina korostuu jatkuvasti. Luontaiset häiriötekijät, kuten myrskyt ja hyönteisten joukkoesiintymät, ovat metsän toiminnan oleellisia muokkaajia. Joidenkin puita tappavien häiriöiden on arvioitu yleistyvän ilmastonmuutoksen myötä, millä voi olla merkittäviä paikallisia vaikutuksia metsien hiilinieluun. Metsiä häiriöille altistavista ympäristötekijöistä, sekä häiriöiden monimutkaisista vaikutuksista metsän hiilen kiertoon ei kuitenkaan tiedetä tarpeeksi. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin maaperä-, puusto- ja pinnanmuototekijöitä, jotka altistavat metsiköitä pilkkumäntypistiäisen (Diprion pini L.) ja kirjanpainajan (Ips typographus L.) joukkoesiintymille ja niistä aiheutuville puustotuhoille Etelä- ja Itä-Suomessa sijaitsevissa metsissä. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin myrsky- ja kirjanpainajahäiriöiden vaikutusta maahengitykseen, puiden ja maaperän hiilivarastoihin sekä maaperän mikrobiyhteisöjen koostumukseen ja hiilen fraktioihin Etelä-Suomessa sijaitsevassa metsässä.

Pilkkumäntypistiäisen aiheuttaman metsämännyn (Pinus sylvestris L.) neulaskadon havaittiin olevan talousmetsissä pääosin voimakkaampaa alueilla, joiden maaperätekijät viittasivat korkeampaan ravinteikkuuteen (esim. pienempi hiili/typpi suhde ja suurempi hienojen maapartikkelien osuus). Suurimmat todennäköisyydet kirjanpainajan voimakkaalle esiintymiselle metsäkuusella (Picea abies (L.) Karst.) löydettiin kaupunkimetsissä puille, jotka kasvoivat itään viettävillä, ravinteikkailla kasvupaikoilla (lehto tai lehtomainen kangas) ja joihin liittyi joko kaltevimpia pinnanmuotoja, ohut moreenimaa tai maaperän korkea hiili/typpi suhde.

Myrskyn (5–7 vuoden jälkeen) ja kirjanpainajan (noin 1–4 vuotta puustokuoleman jälkeen) vaikutuksia metsän hiileen ja maaperän mikrobeihin tarkasteltiin metsäkuusivaltaisessa myrskyn jälkeen suojellussa metsässä. Kokonaismaahengitys, heterotrofinen maahengitys ja pintamaan hiilivarastot eivät juuri eronneet

myrskyn tappamien puiden, kirjanpainajan tappamien puiden ja häiriöttömien (elävät puut) alueiden välillä, vaikka molemmilla häiriöalueilla puuston hiilivarastot koostuivat pääosin kuolleista puista ja kirjanpainajan tappamien puiden alueilla oli suurimmat pintakarikkeen hiilivarastot. Autotrofinen maahengitys oli pääosin vähäisempää häiriöalueilla kuin elävien puiden alueilla. Selkeimmät erot humuskerroksen mikrobiologiassa olivat pienempi ektomykorritsasienten hyyfistön kasvu, sienibiomassa ja mikrobibiomassahiili myrskyn sekä kirjanpainajan tappamien puiden alueilla verrattuna elävien puiden alueisiin. Kuolleiden puiden joukossa sekä lähialueilla olevat elävät puut todennäköisesti hieman lievensivät häiriöiden aiheuttamia muutoksia metsämaassa.

Tämän tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että tietyt maaperän ja kasvupaikan ominaisuudet ja pinnanmuodot voivat altistaa metsiköitä pilkkumäntypistiäis- ja kirjanpainajahäiriöille, mikä voi tarvittaessa auttaa kyseisten hyönteisten joukkoesiintymille alttiiden metsäalueiden tunnistamisessa. Lisäksi tutkimus tarjoaa uutta tietoa myrsky- ja kirjanpainajahäiriöiden lyhytaikaisista vaikutuksista boreaalisen metsän hiilen kiertoon ja maaperän mikrobiologiaan, mikä on oleellista, jotta ilmastonmuutoksen mahdollisia monimutkaisia vaikutuksia metsien hiilensidontaan voidaan ymmärtää paremmin.

• Kosunen, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: maiju.kosunen@helsinki.fi

Välimeren alueella maaperän eroosioprosessit ovat yleisiä johtuen alueen ilmastosta, vaihtelevasta topografiasta sekä ihmisten pitkästä historiallisesta vaikutuksesta sekä intensiivisestä maankäytöstä. Metsillä on tärkeä suojaava rooli kamppailussa eroosiota sekä maaperän köyhtymistä vastaan. Tutkimus keskittyi i) arvioimaan metsätunnusten yhteyttä maaperän eroosioon metsissä, ja ii) sisällyttämään eroosioriski osaksi metsäsuunnittelua. Ensimmäinen tavoite keskittyi eroosion esiintymiseen mahdollisesti vaikuttavien tekijöiden, kuten metsän rakenteen ja koostumukseen, kasvupaikan sekä maankäytön tunnuksiin. Toinen tavoite oli sisällyttää eroosioriskin osaksi monitavoitteista metsäsuunnittelua. Aineistona käytettiin Espanjan kansallista metsä inventointi tietoa, joka sisälsi perinteisten puu ja koeala tietojen lisäksi maaperän eroosion havaintoja. Mallintamismenetelminä käytettiin luokittelupuu sekä logistisen regression analyyseja. Eroosioriskimallit kehitettiin sekä metsikkö että maisematasolle, lisäksi mallien avulla tuotettiin alueellisia todennäköisyyskarttoja. Lopuksi mallit integroitiin simulointi optimointi järjestelmään, jonka avulla eri metsänkäsittely vaihtoehtoja arvioitiin.

Tulosten mukaan eroosion esiintyminen metsikkötasolla oli yhteydessä metsätyyppiin sekä metsän rakenteeseen. Esimerkiksi eroosio riski oli kohonnut semiarid alueiden harvapuustoisilla rinteillä sekä toisaalta tiheissä Abies alba ja Facus sylvatica metsissä. Maisematasolla eroosioriskiä kasvattivat metsikön matala pohjapinta-ala, maaperätyyppien andisol ja cambisol esiintyminen, valuma-alueen suuri pinta-ala sekä kaltevuus, päällystämättömien teiden esiintyminen sekä kaupunkimaisen maankäyttömuodon kasvu. Kehitettyjen mallien avulla eroosioriski integroitiin metsikkötasolla monitavoitteisen metsäsuunnittelun tavoitteeksi yhdessä puuntuotannon ja rakenteellisen monimuotoisuuden kanssa. Tulokset osoittivat, että tarkasteltujen kolmen ekosysteemipalveluiden välillä on riippuvuuksia, jotka vaihtelevat rinteen kaltevuuden sekä kiertoajan mukaan. Tutkimuksen tulokset voivat auttaa eroosiolle alttiiden metsien tunnistamisessa Välimeren alueilla, jolloin eroosioriski ja sen pienentäminen voidaan ottaa huomioon metsäsuunnittelussa.

• Selkimäki, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: mari.selkimaki@uef.fi

Pohjoisen pallonpuoliskon ikiroudan alueet varastoivat noin 50 % maapallon maaperän hiilivaroista. Noin neljänneksen ikiroudasta on ennustettu sulavan vuosisadan loppuun mennessä ja sulaminen altistaa jäätyneet hiilivarat hajoamiselle, jolloin nämä varastot muuttuvat hiilen nieluista kasvihuonekaasulähteiksi. Suuri osa ikiroudan alueesta sijaitsee boreaalisella metsävyöhykkeellä, joka tällä hetkellä toimii merkittävänä hiilinieluna. Ilmastonmuutoksen myötä metsäpalot voivat kuitenkin yleistyä. Metsäpalot edesauttavat ikiroudan sulamista, jolloin nämä metsämaat muuttuvat hiilinieluista lähteiksi. 

Tässä väitöskirjassa tutkitaan, kuinka metsäpalot vaikuttavat maan orgaanisen aineksen laatuun ja kasvihuonekaasupäästöihin ikiroudan alueella. Tutkimustapoina on käytetty orgaanisen aineksen kemiallista fraktiointia, maainkubointeja ja kasvihuonekaasujen manuaalisia kammiomittauksia.

Tutkimuksissa havaittiin, että metsäpalot kasvattivat aktiivisen kerroksen (kausittaisesti sulava ja jäätyvä kerros) paksuutta ikiroudan päällä, muuttivat kasvillisuussuhteita, maan orgaanisen aineksen paksuutta ja hiilivarastoja. Palot huononsivat maan orgaanisen aineksen laatua, joka ilmeni helppoliukoisen orgaanisen aineksen suhteellisena vähentymisenä, ja nostivat orgaanisen aineksen lämpötilaherkkyyttä. Myös raskaampien isotooppien (¹³C ja ¹⁵N) suhteellinen osuus oli suurempi palon jälkeen. Kammiomittaukset osoittivat, että palo aluksi pienensi hiilidioksidipäästöjä ja nämä päästöt palasivat alkuperäiselle tasolleen noin 50 vuotta palon jälkeen. Sen sijaan metsäpaloilla ei ollut merkittävää vaikutusta metaani- ja dityppimonoksidivoihin.

Metsäpalot vaikuttavat kasvihuonekaasujen vapautumiseen ikiroudan maista. Tulevaisuudessa ikiroudan varastoiman orgaanisen aineksen kohtalo on riippuvainen sen hajoamisherkkyydestä, metsäpalojen esiintyvyydestä ja metsien uudistumiskyvystä, joka mahdollistaa ikiroudan uusiutumisen muuttuvassa ilmastossa. Kokonaisvaltaisen käsityksen muodostaminen ikiroudan ekosysteemien tulevista päästöistä vaatii lisätutkimuksia, jotka ottavat huomioon kunkin ekosysteemin erityispiirteet.

• Aaltonen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: heidi.m.aaltonen@helsinki.fi

Maailman metsät altistuvat uudenlaiselle stressille ilmastonmuutoksen myötä. Tuhohyönteiset sekä patogeenit siirtyvät uusille leveysasteille ja kuumuuden aiheuttama stressi lisääntyy, mikä johtaa lisääntyneeseen puiden kuolleisuuteen sekä kasvaneeseen metsäpalojen määrään maailmanlaajuisesti. On vaikeaa arvioida, kuinka voimakasta metsien heikentyminen ilmastonmuutoksen myötä on minkä vuoksi tarvitaan uusia harhattomia menetelmiä metsien kunnon arviointiin. Kaukokartoitusmenetelmillä voidaan mitata useita eri muuttujia metsistä, mutta stressin havaitseminen aikaisessa vaiheessa on ollut haastavaa muutoksien hienovaraisuudesta johtuen. Monikanavalaserkeilausteknologialla on potentiaalia havaita aikaisia puun heikentymisen merkkejä tarjoamalla tarkkaa kolmiulotteista tietoa sekä informaatiota puun heijastuvuudesta useilla eri aallonpituuksilla samanaikaisesti.

Tämän väitöskirjan päätavoitteena oli tutkia monikanavalaserkeilauksen kykyä havaita ja arvioida useiden eri stressitekijöiden aiheuttamaa puun heikentymistä. Tämä tehtiin tutkimalla kaukokartoituksen avulla havaittavaa puiden heikentymisen indikaattoria, lehtien vesipitoisuutta. Väitöskirjassa kehitettiin uusia menetelmiä lehtien vesipitoisuuden arviointiin monikanavalaserkeilauksen avulla useilla eri mittakaavoilla yksittäisistä lehdistä kokonaisiin latvuksiin. Myös lehtien vesipitoisuuden ja erilaisten puun heikentymistä aiheuttavien stressitekijöiden välistä suhdetta tutkittiin, jotta stressin ja vesipitoisuuden välistä riippuvuutta voitaisiin ymmärtää paremmin.

Osatutkimukset I-III keskittyivät tutkimaan lehtien vesipitoisuuden sekä laserintensiteetin, eli laserin heijastaman valon, välistä yhteyttä usealla aallonpituudella. Ensin, hyperspektrilaserkeilainta, joka havaitsee kahdeksaa eri aallonpituutta, käytettiin muutosten havaitsemiseen tuoreiden sekä kuivuuskäsiteltyjen mäntyjen sekä kuusten välillä (osatutkimus I). Sitten tehtiin tutkimus yksittäisillä lehdillä sekä neulasryhmillä (osatutkimus II) käyttäen mäntyä, kuusta, metsälehmusta, vaahteraa sekä rauduskoivua ja havaittiin vahva riippuvuus lehtien vesipitoisuuden sekä 1550 nm ja 690 nm aallonpituuksista lasketun indeksin välillä. Tämän jälkeen osatutkimuksessa III tutkittiin neulasten kosteuspitoisuuden arviointia monikanavalaserkeilauksen avulla sekä patogeenin ja kuivuuden aiheuttamaa lehtien vesipitoisuuden vaihtelua kuusen taimilla. Sinistäjäsienellä infektoitujen taimien neulasten vesipitoisuus vähentyi nopeasti, kun taas kuivuuskäsiteltyjen taimien vesipitoisuus pysyi tasaisempana erittäin voimakkaaseen kuivuuteen asti. Neulasten kosteuspitoisuus sekä heikentyneet taimet pystyttiin ennustamaan hyvällä tarkkuudella käyttäen indeksiä, joka oli laskettu 1550 nm ja 905 nm aallonpituuksista.

Kehitettyä menetelmää sekä neulasten kosteuspitoisuuden ja puun heikentymisen välistä yhteyttä tutkittiin osatutkimuksessa IV kirjanpainajan (Ips typographus L.) heikentämässä metsässä. Monikanavalaserkeilauksen avulla pystyttiin erottamaan hyvällä tarkkuudella (90% yleistarkkuus) kirjanpainajan saastuttamat puut jo silloin kun latvus ei vielä osoittanut visuaalisia heikentymisen merkkejä. Laserintensiteetin avulla pystyttiin havainnoimaan pihkavuotoja rungossa, mikä auttoi terveiden puiden luokittelussa. Huomattiin myös, että neulasten kosteuspitoisuus laskee jo pian kirjanpainajan iskeytymisen jälkeen.

Tämä väitöskirja edistää sekä objektiivisen ja automatisoitavan menetelmän kehitystä, jolla voidaan havaita ja mitata puiden heikentymistä, että lehtien vesipitoisuuden ja puiden heikentymisen välisen yhteyden ymmärtämistä. Väitöskirjan tuloksista julkaistaan myös populääri musiikki- ja videoteos nimellä: Idän Proffa feat. Linda Ilves – Keilaa puita. Video julkaistaan täällä: http://bit.ly/keilaapuita.

• Junttila, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: samuli.junttila@helsinki.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

Tutkin väitöskirjassani metsien polton ja hakkuun voimakkuuden vaikutusta lahottajasieniin, kääpiin, 10 vuoden aikana polton ja hakkuun jälkeen. Metsien hakkuiden yhteydessä valtaosa puusta korjataan metsistä, ja tämän takia monet kuolleesta puusta riippuvaiset eliölajit ovat uhanalaisia. Lajien elinmahdollisuuksia voidaan parantaa uusien keinojen, kuten hakkuualoille jätettävien säästöpuiden ja metsän hallitun polttamisen avulla, mutta toimenpiteiden merkitystä kääville ei juuri ole tutkittu.

Aineistoni kerättiin samoilta tutkimusalueilta viitenä eri vuotena: 2000, 2003, 2005, 2008 ja 2011. Laaja-alaisessa kokeellisessa asetelmassa oli mukana 24 tutkimusmetsikköä, joissa toteutettiin erilaisia hakkuita, ja joista puolet poltettiin. Käsittelyt toistettiin (replikoitiin) eri metsiköissä. Aineisto sisältää 98 136 kuolleiden puiden mittaustulosta ja 22 150 havaintoa niillä kasvaneista 122 eri kääpälajista.

Työni päähavainnot ovat:

1) Jätettävän säästöpuumäärän on oltava suuri, jotta kääpien monimuotoisuus säilyy hakkuualalla. Havaitsin enemmän kääpiä tutkimusaloilla, joille oli jätetty säästöpuuta 50 m³ ha^-1, kuin aloilla, joille säästöpuuta oli jätetty vain 10 m³ ha^-1. Hakattujen alojen polttaminen nopeutti säästöpuiden kuolemista ja kaatumista ja monipuolisti kuolleen puuston laatua. Uhanalaisia kääpälajeja löydettiin pääasiassa poltetuilta aloilta, joilla oli enemmän säästöpuita.

2) Hakkuualoilla on paljon erityyppisiä kuolleita puita: vanhaa hakkuuta edeltänyttä maapuuta, kantoja, latvuksia ja kuolleita säästöpuita. Kaikki nämä eri kuolleen puun laadut ovat tärkeitä kääville ja ylläpitävät lajiston monipuolisuutta talousmetsissä. Käsittelyjen vaikutus kääpälajistoon on nähtävissä tavallisesti vasta usean vuoden kuluttua. Erilaiset kuolleet puut lahoavat eri nopeuksilla ja ovat siten kääville sopivia kasvualustoja eri pituisia ajanjaksoja.

3) Metsän polttaminen lisäsi kääpälajien määrää ja monipuolisuutta sekä hakatuilla että hakkaamattomilla tutkimusaloilla. Hakatuissa metsissä poltto lisäsi lajimäärää erityisesti kannoilla.

Väitöskirjani tulokset osoittavat uusia keinoja kuolleesta puusta riippuvaisen lajiston suojelemiseksi suojelualueiden ulkopuolella. Säästöpuiden jättäminen, hakkuutähteiden korjuun välttäminen ja hakkuita edeltävän vanhan lahopuun säästäminen hakkuualoilla ovat erityisen hyviä keinoja monimuotoisuuden kannalta. Kontrolloiduilla metsänpoltoilla voidaan luoda aiempaa monipuolisempi ja myös ajallisesti vaihteleva kuollut puusto käsiteltyihin metsiin.

• Suominen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: mai.suominen@gmail.com

Liuenneen orgaanisen hiilen ja typen (DOC ja DON) kulkeutuminen boreaalisesta metsämaasta vesistöihin on lisääntynyt. Tästä huolimatta hajoavan maa-aineksen ja maan ravintoverkkojen vaikutus DOCin ja DONin vapautumisnopeuteen ja laatuun on vielä huonosti tunnettu. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli määrittää hiilen ja typen vapautumisen määrää kangashumuksesta ja turpeesta, jotka ovat boreaalisen metsämaan tavallisimmat orgaaniset maatyypit. Myös maaperäeläimistön vaikutusta vapautumisprosesseihin arvioitiin. Hajotus jaettiin välituotteisiin (DOC ja DON) ja mineralisoituneisiin lopputuotteisiin (CO₂-C ja NH₄⁺-N). Inkubaatiokokeissa mitattiin hiilen ja typen vapautumista maaliuokseen ja uutettavaan fraktioon, sekä hiilidioksidin vapautumista ilmaan. DOC ja DON jaettiin edelleen molekyylipainoltaan painavaan ja kevyeen fraktioon.

Eri maatyyppien välillä oli eroja hiilen vapautumisessa. Turve vapautti absoluuttisesti vähemmän, mutta suhteellisesti enemmän hiiltä DOC-muodossa kuin kangashumus. Kunttamato (Cognettia sphagnetorum) vaikutti hajoamistuotteiden koostumukseen edistämällä mineralisaatiota ja suurimolekyylipainoisen DOCin vapautumista.

Heikosti maatuneessa turpeessa typen nettovapautumista tapahtui DON-muodossa, kun taas muissa maatyypeissä vapautunut typpi oli pääasiassa ammoniumia. Heikosti maatuneet turpeet sijaitsevat usein pintamaassa lähellä vesialueita, jossa veden virtaama on suurinta. Tästä syystä heikosti maatuneilla turpeilla voi olla merkittävä rooli typen kulkeutumisen säätelyssä.

Tuloksia käytettiin ROMUL-hajotusmallin kehittämisessä tarkentamalla DOCin ja DONin prosesseja ja lisäämällä malliin hajoamistuotteiden jako välituotteisiin ja lopputuotteisiin. Mallin parametrisointia ja rakennetta analysoitiin GLUE-menetelmällä (Generalised Likelihood Uncertainty Estimation) sekä hyödyntämällä useita yhtä aikaa mitattuja muuttujia. Tällainen mallin analysointi oli uutta tällä tutkimusalalla.

• Lappalainen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: mjlappalainen@gmail.com

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

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

Tutkimuksessa analysoitiin maahengityksen temporaalista ja spatiaalista vastetta bioottisiin ja abioottisiin tekijöihin eri aikajänteillä (vuorokausi, vuodenaika) aavikkoisella pensasarolla Luoteis-Kiinassa vuosina 2012-2014. Maan lämpötila selitti hyvin eri vuorokauden aikoina ja vuoden aikoina maahengityksen vaihtelua, kun maan vesipitoisuus oli korkea tai kohtalainen. Alhaisella vesipitoisuudella maahengitys reagoi suuremmalla viiveellä lämpötilaan. Maahengitys lisääntyi lämpötilan lisääntyessä, kun pohjakerroksessa ei ollut lainkaan kasvillisuutta tai siellä oli jäkälää. Vastaavasti se väheni kun pohjakerroksessa oli sammalta. Kasvillisuuden juuristobiomassa ja kariketuotanto sekä maan typpipitoisuus vaikuttivat myös maahengityksen ajalliseen ja spatiaaliseen vaihteluun hiekkadyynillä. Maahengityksen vaihtelu riippui myös pensaskerroksen fenologisesta kehitysvaiheesta. Tämän tutkimuksen perusteella tulisi maan lämpötilavaikutusten lisäksi ottaa huomioon maan vesipitoisuuden ja pohja- ja pensaskerroksen kasvillisuuden vaikutukset maahengityksen temporaaliseen ja spatiaaliseen lämpötilavasteeseen, arvioitaessa aavikkoekosysteemien hiilitasetta ja mallinnettaessa globaalia hiilenkiertoa.  

• Wang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: benwang918@gmail.com

• Uotila, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: karri.uotila@luke.fi

Hiilen ja ravinteiden kierto on edellytys ekosysteemin toiminnalle. Hiilen (C) ja typen (N) biogeokemiallisessa kierrossa kasvien, karikkeen ja maan kemiallinen koostumus, mikrobiyhteisöt, entsyymikoneisto ja ilmastolliset olosuhteet ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan terpeenien merkitystä boreaalisten metsämaiden hiilen ja typen kierrossa. Terpeenit ovat yleisiä kasvin sekundääriyhdisteitä. Väitöskirjassa keskitytään joihinkin mono-, di- ja triterpeeneihin.

Laboratoriokokeet osoittivat, että tutkitut terpeenit kiihdyttivät metsämaan hiilen mineralisaatiota, mutta samalla ne hidastivat typen nettomineralisaatiota ja nettonitrifikaatiota. Lisäksi terpeenit lisäsivät mikrobibiomassassa olevat hiilen ja typen määrää todennäköisesti siitä syystä, että ne kiihdyttivät bakteerien kasvunopeutta; sienten kasvunopeus sen sijaan hidastui terpeenien vaikutuksesta. Tulokset viittasivat siihen, että terpeenit toimivat hiilen lähteenä joillekin mikrobeille. Lisäksi terpeenit estivät hiilen, typen, fosforin ja rikin kiertoon liittyvien entsyymien toimintaa, johtuen ainakin osaksi terpeenien kyvystä sitoa entsyymejä.
Kuusen avohakkuulla tutkittiin sekä hakkuutähteen että puun tuhkan vaikutusta maan terpeenikoostumukseen ja hiilen ja typen kierron toimintoihin viisi vuotta hakkuun jälkeen. Hakkuutähde lisäsi joidenkin terpeenien pitoisuutta orgaanisessa kerroksessa. Sekä hakkuutähde että tuhka kiihdyttivät typen nettomineralisaatiota ja nettonitrifikaatiota. Joidenkin terpeenien pitoisuudet korreloivat hiilen ja typen kierron aktiivisuuksien kanssa, mutta kenttäolosuhteissa suhde jäi silti epäselväksi.

Väitöskirja osoitti, että terpeeneillä on kyky vaikuttaa metsämaan hiilen ja typen kiertoon. Todennäköisesti terpeenit muuttavat typen kiertoa niin, että suurempi osa typestä jää orgaaniseen muotoon ja mahdollisesti typpihäviöt metsäekosysteemistä pienentyvät.

• Adamczyk, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: sylwia.adamczyk@luke.fi

• Heikkala, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: osmo.heikkala@uef.fi

• Vuorio, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: ville@honkavuori.fi

• Hassan, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: kamrul.hassan@uef.fi

• Yang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: ming.yang@uef.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

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

• Myllyviita, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: tanja.myllyviita@ymparisto.fi

• Saarinen, Helsingin yliopisto, Metsätieteiden laitos Sähköposti: markku.saarinen@metla.fi

• Aaltonen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: hermanni.aaltonen@helsinki.fi

• Danquah, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: jones.abrefa@uef.fi

• Damnyag, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: ldamnyag@yahoo.com

• Mäkiranta, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: paivi.makiranta@metla.fi

• Toivonen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: ritva.toivonen@dnainternet.net

• Pesonen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: annukka.pesonen@uef.fi

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

• Komulainen, Aalto University, Department of Architecture Sähköposti: minna.komulainen@proagria.fi

• Kojola, Helsingin yliopisto, Metsäekologian laitos Sähköposti: soili.kojola@metla.fi

• Mousavi Mirkala, University of Joensuu, Faculty of Forest Sciences Sähköposti: mousavi@cc.joensuu.fi

• Huttunen, University of Joensuu, Faculty of Forest Sciences Sähköposti: liisa.huttunen@joensuu.fi

• Porcar-Castell, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: joan.porcar@helsinki.fi

• Vainio, University of Helsinki, Faculty of Biosciences Sähköposti: eeva.vainio@metla.fi

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

• Kanerva, University of Helsinki, Department of Applied Chemistry and Microbiology Sähköposti: sanna.kanerva@metla.fi

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

• Pihlatie, University of Helsinki, Faculty of Biosciences Sähköposti: mari.pihlatie@helsinki.fi

• Heinonen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: tero.heinonen@joensuu.fi

• Sarkkola, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: sakari.sarkkola@helsinki.fi

• Hokkanen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: paivi.hokkanen@joensuu.fi

• González Olabarria, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: gonzalez@cc.joensuu.fi

• Tanskanen, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: niina.tanskanen@helsinki.fi

• Wall, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: antti.wall@metla.fi

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

• Helenius, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: pekka.helenius@metla.fi