Dissertationes Forestales

Iñaki Urzainki. (2023). Process-based ecosystem models to support management of drained peatland forests. https://doi.org/10.14214/df.345

Avainsanat: soiden ennallistaminen; kunnostusojitus; suohydrologia; prosessipohjainen ekosysteemimallinnus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Metsäiset suot ovat maailmanlaajuisesti merkittäviä hiilivarastoja, mutta ne ovat myös tärkeitä metsän ja muun biotuotannon alueita. Suometsien hoidolla on osin ristiriitaisia tavoitteita, kuten taloudellinen hyöty, ilmastonmuutoksen hillitseminen ja siihen sopeutuminen, sekä vesiensuojelu. Tasapainottaminen näiden tavoitteiden välillä edellyttää ekosysteemiprosessien perusteellista ymmärtämistä sekä mallinnustyökaluja, jotka pystyvät kuvaamaan käsittelyvaihtoehtojen monimutkaiset vaikutukset ekosysteemiin. Tässä työssä esitellään kolme prosessipohjaista ekosysteemimallia, ja niiden sovelluksia ojitettujen turvemaiden konkreettisiin käsittelyskenaarioihin.

Kaikki kolme artikkelia rakentuvat yhteiselle hydrologiselle mallille. Kahdessa tutkimuksessa käsitellään patojen vaikutusta pohjaveden suoveden pinnan korkeuteen ja hiilidioksidipäästöihin trooppisilla soilla. Ensimmäinen tutkimusartikkeli osoittaa, että optimointialgoritmien käyttö ennallistettavan suoalueen patojen sijoittelussa parantaa merkittävästi suon uudelleen vettämistä. Toisessa tutkimusartikkelissa analysoidaan patojen vaikutusta trooppisten suon vedenpinnan korkeuteen ja arvioidaan patojen toimintaa erilaisissa sääolosuhteissa ja erilaisilla turpeen ominaisuuksilla. Kolmannessa tutkimusartikkelissa esitellään ekosysteemimalli, joka keskittyy kuivatuksen vaikutukseen ravinnedynamiikkaan ja metsän kasvuun boreaalisilla soilla. Yhdistämällä hydrologiset ja biogeokemialliset prosessit tämä ekosysteemimalli mahdollistaa toisiinsa liittyvien ilmiöiden, kuten puuston kasvua rajoittavan tekijän tunnistamisen sekä tyypillisten ojaverkoston hoitotoimenpiteiden vaikutuksen ravinnetaseeseen ja metsän tuottavuuteen.

Urzainki, University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0002-9079-1269 Sähköposti: iurzainki@gmail.com

Boris Ťupek. (2020). Environmental controls of boreal forest soil CO₂ and CH₄ emissions and soil organic carbon accumulation. https://doi.org/10.14214/df.303

Avainsanat: ilmastonmuutos; Hiilidioksidi; metaani; hydrologia; ekotoni; turvemaat; prosessimallinnus; maaperän hiilimallit

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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

Mari Selkimäki. (2020). Integrating erosion risk into forest management in Catalonia, Spain. https://doi.org/10.14214/df.290

Avainsanat: optimointi; eroosiomallinnus; luokittelupuu; maaperän suojelu; monikäyttömetsä; raviini

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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

Helena Haakana. (2017). Multi-source forest inventory data for forest production and utilization analyses at different levels. https://doi.org/10.14214/df.243

Avainsanat: metsäsuunnittelu; kaukokartoitus; k; Landsat satelliittikuva; skenaariomallinnus; n lähimmän naapurin estimointimenetelmä; puuntuotannon rajoitus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Valtakunnalliset ja alueelliset arviot metsien vaihtoehtoisista käyttömahdollisuuksista ja tulevista hakkuumahdollisuuksista perustuvat yleensä Valtakunnan metsien inventoinnin (VMI) tuottamaan koeala-aineistoon. Tarve vastaavanlaisille skenaariolaskelmille paikallisella tasolla on lisääntynyt kuten myös tarve sisällyttää laskelmiin paikkaan sidottua tietoa. VMI:n suhteellisen harvan otannan takia skenaariolaskelmia ei kuitenkaan voi tehdä pelkästään VMI-koealojen perusteella maakuntatasoa pienemmillä alueilla. Väitöskirjassa selvittiin mahdollisuutta tuottaa laskelmien lähtöaineisto VMI-koealoja, satelliittikuvia ja k:n lähimmän naapurin estimointimenetelmää käyttäen. Menetelmää hyödynnettiin ensin arvioitaessa metsien hallinnollisten ja teknisten käyttörajoitusten vaikutusta puuntuotantoon kahden kylän alueella Itä-Suomessa. Toisessa sovelluksessa arvioitiin liito-oravalle sopivien elinympäristöjen määrän kehittymistä kolmessa eri hakkuuskenaariossa metsäkeskusalueittain.

Skenaariolaskelmissa käytettiin MELA (Metsälaskelma) -ohjelmistoa. Laskentakuviot puuston kehitys- ja käsittelyvaihtoehtojen simulointia varten muodostettiin satelliittikuvien segmentoinnin ja puuntuotannon rajoitustietojen avulla. Laskentakuvioille haettiin satelliittikuvien avulla sävyarvoiltaan lähimmät VMI-koealat, joille estimoitiin uudet painot eli edustavuus kyseisellä laskentakuviolla. Työssä tarkasteltiin erilaisten segmentointimenetelmien ja sävyarvopiirteiden käyttöä estimoinnissa. Metsikkökuvioita mahdollisimman hyvin vastaavien segmenttien ansiosta liito-oravalle sopivien elinympäristöjen ennustamisessa voitiin käyttää kuvio- ja maisematason malleja.

Laskenta-aineiston tuottaminen satelliittikuviin perustuvalla koealapainojen estimoinnilla osoittautui käyttökelpoiseksi menetelmäksi, joka mahdollistaa skenaariolaskelmat pienemmillä alueilla kuin olisi mahdollista pelkän VMI-koeala-aineiston avulla, esimerkiksi kuntatasolla. Hyvän maantieteellisen kattavuuden ja jatkuvuuden ansiosta satelliittikuvat ja VMI ovat kustannustehokkaita tietolähteitä ja esitetyn menetelmän avulla VMI-aineistoa voidaan käyttää metsien käyttö- ja tuotantomahdollisuuksien arvioinnissa myös paikallistasolla.

Haakana, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: helena.haakana@luke.fi

Juha Honkaniemi. (2017). Integrating mechanistic disturbance models and stand dynamics of Norway spruce. https://doi.org/10.14214/df.241

Avainsanat: Picea abies; tuuli; metsätuho; juurikääpä; kirjanpainaja; mekanistinen mallinnus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Abioottiset ja bioottiset häiriöt ovat ajallisesti hetkellisiä ja satunnaisia tapahtumia, jotka muuttavat ekosysteemiä vähentäen sen biomassaa. Ne ovat avainasemassa metsäekosysteemissä, mutta kasvatusmetsissä aiheuttavat riskin metsän tuottavuudelle. Ilmastonmuutos tullee lisäämään eri metsätuhojen riskiä boreaalisissa metsissä. Euroopassa merkittävimmän tuhoriskin kuusivaltaisille metsille (Picea abies) aiheuttavat juurikääpä (Heterobasidion annosum s.l.), tuuli ja kirjanpainaja (Ips typographus). Juurikääpä aiheuttaa metsiköissä kasvutappioita, kuolleisuutta sekä vähentää puutavaran arvoa. Lisäksi se vähentää puiden mekaanista vastustuskykyä tuulta vastaan ja lisää metsiköin alttiutta tuulituhoille. Kirjanpainajat hyötyvät heikoista puista, kuten tuulenkaadoista, silloin kun niiden kanta on pieni ja voivat hyvissä olosuhteissa aiheuttaa massiivisiakin tuhoja. Väitöskirja esittää uuden WINDROT-mallikonaisuuden, jonka avulla voidaan simuloida eri tuhoaiheuttajien välisiä yhdysvaikutuksia. WINDROT-mallikokonaisuus koostuu neljästä simulaatiomallista, joista jokainen vastaa joko metsikön tai tuhonaiheuttajan dynamiikasta. MOTTI-ohjelmisto simuloi metsikön kasvua ja dynamiikkaa ottaen huomioon metsänhoidon. Hmodel-, HWIND- ja BBDYN –mallit simuloivat kukin yhden tuhonaiheuttajan kehitystä metsikkötasolla. Mallikokonaisuuden tarkastelu puu- ja metsikkötasolla osoitti, että: i) juurikäävän dynamiikkan merkittävin tekijä ovat itiö- ja juuristotartunnat suuriin kantoihin, ii) juurikäävän lisääntyvä määrä metsikössä lisää metiskön alttiutta tuulituhoille; sekä iii) tuulituhojen määrä vaikutti niitä seuraaviin kirjanpainajatuhoihin. Mallikokonaisuutta voidaan jatkossa käyttää eri metsänkasvatusketjujen riskiarviointiin erilaisissa skenaarioissa.

Honkaniemi, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: juha.honkaniemi@helsinki.fi

Aarne Hovi. (2015). Towards an enhanced understanding of airborne LiDAR measurements of forest vegetation. https://doi.org/10.14214/df.200

Avainsanat: kaukokartoitus; laserkeilaus; metsien inventointi; kalibrointi; pulssilaser; fysikaalinen mallinnus; säteenseuranta

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Väitöskirja käsittelee metsien mittausta ilma-aluksesta tehdyn laserkeilauksen avulla. Perustutkimusluonteisessa työssä selvitettiin, miten metsän rakenne ja heijastusominaisuudet sekä keilain- ja keilauskohtaiset parametrit vaikuttavat laserkeilaimella tehtyihin mittauksiin. Lisäksi selvitettiin aaltomuotolaserkeilainten käyttömahdollisuuksia verrattuna yleisemmin käytettyihin kaikulaserkeilaimiin. Osajulkaisussa I tutkittiin alikasvospuustosta kaikulaserkeilaimella tehtyjä mittauksia. Energiahäviöt ylempiin latvuskerroksiin vaikuttivat todennäköisyyteen saada kaikuja alikasvospuista ja vääristivät kaikujen jakaumaa siten, että kaikuja saatiin eniten voimakkaasti heijastavista kohteista. Laserkaikujen intensiteetti ei soveltunut alikasvoksen puulajin tunnistukseen, mutta alikasvospuuston määrää pystyttiin ennustamaan kaikujen korkeusjakauman avulla. Osajulkaisussa II kehitettiin maastofotogrammetriaan perustuva menetelmä laserkeilaustutkimuksen tueksi. Maastossa otettujen digikuvien avulla pystyttiin visualisoimaan laserkaikuja ja -aaltomuotoja sekä tutkimaan niiden geometrista tarkkuutta. Kuvilta laskettu kasvillisuuden silhuettiala oli yhteydessä lasersignaalin voimakkuuteen. Osajulkaisussa III kehitettiin simulointimalli lasermittausten mallintamiseen ja verrattiin simuloituja aineistoja taimikkokasvillisuudesta aaltomuotolaserkeilaimella tehtyihin mittauksiin. Simuloimalla näytettiin, miten kasvillisuuden rakenne ja laserkeilaimen ominaisuudet vaikuttavat mittauksiin. Tulokset osoittivat, että aaltomuotolaserkeilaimella tehdyt mittaukset kuvaavat taimikkokasvillisuuden rakennetta ja niitä on mahdollista hyödyntää taimikkokasvillisuuden kartoituksessa. Osajulkaisussa IV tutkittiin aaltomuotolaserkeilaimella tehtyjen mittausten käyttöä puulajin tunnistuksessa. Aaltomuotolaserkeilaus paransi tuloksia verrattuna kaikulaserin tallentaman intensiteetin käyttöön. Lisäksi selvitettiin, mitkä muut tekijät puulajin lisäksi vaikuttavat lasermittauksiin. Tunnetuista tekijöistä puuyksilöiden välistä lasersignaalin vaihtelua selittivät parhaiten puun pituus ja fenologinen tila, mutta aineistoon jäi paljon puuyksilöstä riippuvaa selittämätöntä vaihtelua. Väitöskirjan tulokset lisäävät ymmärrystä metsäkasvillisuudesta tehtyhin laserkeilausmittauksiin vaikuttavista tekijöistä ja luovat perustaa keilainlaitteiden sekä aineistojen tulkintamenetelmien jatkokehitykselle.

Hovi, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: aarne.hovi@helsinki.fi

Jinnan Gong. (2013). Climatic sensitivity of hydrology and carbon exchanges in boreal peatland ecosystems, with implications on sustainable management of reed canary grass (Phalaris arundinacea, L.) on cutaway peatlands. https://doi.org/10.14214/df.166

Avainsanat: ilmastonmuutos; mallinnus; hiilen kierto; ruokohelpi; Suoekosysteemi; hydrologia

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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

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

Hanna-Liisa Kangas. (2012). Renewable Energy and Climate Policies: Studies in the Forest and Energy Sector. https://doi.org/10.14214/df.136

Avainsanat: mallinnus; päästökauppa; energiapolitiikka; bioenergia; yhteispoltto; osittaistasapaino

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Uusiutuvan energian tukipolitiikka ja ilmastopolitiikka: Tutkimuksia metsä- ja energiasektoreilla Väitöskirja tarkastelee energia- ja ilmastopolitiikan ohjauskeinojen vaikutuksia metsä- ja energiasektoreihin. Työtä on motivoinut huoli ilmastonmuutoksesta ja erityisesti Euroopan unionin asettamat ilmasto- ja energiapoliittiset tavoitteet. Suomessa metsä- ja energiasektori ovat avainasemassa näiden tavoitteiden saavuttamisessa. Työn tavoitteena on määrittää, kuinka energia- ja ilmastopolitiikan ohjauskeinot vaikuttavat metsä- ja energiasektoreiden toimintaan ja vertailla eri ohjauskeinojen vaikutuksia keskenään. Ilmastopolitiikan ohjauskeinoista työssä keskitytään päästökauppaan. Energiapolitiikan ohjauskeinoista tarkastellaan erilaisia metsäpohjaista uusiutuvaa energiaa tukevia instrumentteja. Väitöskirjan menetelmänä on mikrotaloustieteeseen perustuva numeerinen mallinnus ja sovelluksissa keskitytään Suomen tilanteen tarkasteluun. Väitöskirjan osatutkimukset käsittelevät puun ja turpeen yhteispolttoa, nestemäisen biopolttoaineen tuotantoa ja ilmastopolitiikan vaikutuksia massa- ja paperiteollisuuteen. Väitöskirjan tulokset osoittavat että puupohjaista uusiutuvaa energiaa tukevilla ohjauskeinoilla voi olla odottamattomia negatiivisia vaikutuksia. Jos syöttötariffi on käytössä päästökauppajärjestelmän kanssa, niin tietyissä tuotantolaitoksissa uusiutuvan energian tuotanto saattaa laskea, kun päästöluvan hinta nousee. Biopolttoaineen tuotannossa investointituen käyttö aiheuttaa valtiolle korkeita tukimaksuja ja muita negatiivisia vaikutuksia muihin ohjauskeinoihin verrattuna. Työ osoittaa myös, että ainakin alueellisten päästömarkkinoiden tapauksessa täydellinen kilpailu on ilmastonäkökulmasta kannatettavin puumarkkinamuoto. Johtopäätöksenä voidaan esittää, että puupohjaisen uusiutuvan energian tukimuotona kannattaa käyttää keinoja, jotka tukevat suoraan uusiutuvan energian lopputuotantoa (esimerkiksi tuotantotuki tai syöttöpreemio). Väitöskirjan tulosten perusteella tukitaso on suositeltavaa sitoa päästöluvan hintaan tai lopputuotteen substituutin hintaan. Väitöskirja osoittaa myös, että uusiutuvan energian tukipolitiikkaa suunniteltaessa tulisi politiikan tavoitteiden olla selkeitä ennen kuin ohjauskeinoista päätetään.

Kangas, University of Helsinki, Department of Economics and Management Sähköposti: hanna-liisa.kangas@wwf.fi

Pasi Kolari. (2010). Carbon balance and component CO₂ fluxes in boreal Scots pine stands. https://doi.org/10.14214/df.99

Avainsanat: mallinnus; fotosynteesi; hengitys; kammio; eddy covariance

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Työssä analysoitiin eri ikäisten eteläsuomalaisten männiköiden hiilitasetta ja hiilidioksidin vaihdon jakautumista eri biomassaositteiden välillä. Työ perustui suoriin CO₂-vuon mittauksiin kammioilla ja mikrometeorologisella eddy covariance-menetelmällä sekä CO₂-komponenttivoiden mallintamiseen. Avohakkuualue oli hiilidioksidin lähde, voimakkuudeltaan n. 400 g C m⁻² a⁻¹. 12-vuotias taimikko oli muuttumassa hiilen lähteestä hiilen nieluksi. Keski-ikäinen ja lähes hakkuukypsä metsikkö sitoivat hiiltä 200–300 g C m⁻² a⁻¹. Keski-ikäisessä sulkeutuneen latvuston metsikössä puiden osuus fotosynteesituotoksesta oli hallitseva ja pintakasvillisuuden osuus 10–20%. Nuoremmissa metsiköissä pintakasvillisuuden suhteellinen osuus ja absoluuttinen tuotos olivat huomattavasti suuremmat. Keski-ikäisen metsikön suurin maanpäällinen hengityskomponentti oli puiden lehvästön hengitys, joka oli noin kolmannes koko metsikön hengityksestä. Puuaineksen hengitys oli suuruusluokkaa 10% kokonaishengityksestä. Kaikissa metsiköissä CO₂-vuo maasta oli suurin hengityskomponentti. Välittömät ja viiveelliset vasteet selittivät hyvin fotosynteesituotoksen vuodenaikaista vaihtelua. Lyhyellä aikavälillä kasvukauden aikana fotosynteesinopeus seuraa lähinnä valon vaihteluita kun taas vuodenaikaisvaihtelu on voimakkaammin yhteydessä lämpötilaan. Fotosynteesin vuosisyklin ja lämpötilan yhteys oli lähes samanlainen eteläboreaalisen vyöhykkeen ja pohjoisen metsänrajan männyillä. Hengityskomponentit olivat yhteydessä lämpötilan hetkelliseen ja vuodenaikaiseen vaihteluun mutta vuositaseiden vaihtelu korreloi myös fotosynteesituotoksen kanssa.

Kolari, University of Helsinki, Department of Biological and Environmental Sciences Sähköposti: pasi.kolari@helsinki.fi

José Ramón González Olabarria. (2006). Integrating fire risk into forest planning. https://doi.org/10.14214/df.23

Avainsanat: riskinhallinta; metsikön optimaalinen käsittely; spatiaalinen optimointi; maiseman rakenne; palon esiintymismalli; palotuhomalli; asiantuntijamallinnus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Väitöskirjassa käsitellään metsäpaloriskin sisällyttämistä metsäsuunnitteluun Kataloniassa (Koillis-Espanjassa). Väitöskirjan alkuosassa mallitetaan paloriskin riippuvuutta metsikkötunnuksista (tutkimukset I, II, III ja IV), ja jälkimmäisessä osassa kehitetään menetelmien mallien sisältämän tiedon huomioonottamiseksi metsäsuunnittelun analyyseissä (tutkimukset V ja VI). Mallit kehitettiin metsäsuunnittelua varten ja niissä käytettiin selittäjiä, jotka ovat helposti saatavissa inventointitietona tai simuloimalla, ja osa selittäjistä riippui metsikön käsittelystä. Tutkimuksissa I ja II kehitettiin mallit metsäpalon esiintymisen todennäköisyydelle käyttäen palaneiden alueiden rajoja, Espanjan metsäkarttaa (MFE50) sekä toisen valtakunnan metsien inventoinnin koealoja. Tutkimuksessa III kehitettiin tuhon astetta ja puun elossasäilymistodennäköisyyttä ennustavat mallit käyttäen aineistona paloalueiden rajoja sekä toista ja kolmatta valtakunnan metsien inventointia. Tutkimuksessa IV kehitetyt mallit perustuivat asiantuntijamielipiteeseen erilaisten metsiköiden paloherkkyydestä. Tutkimukset I ja II osoittivat että metsikön korkeus merenpinnasta vaikuttaa voimakkaasti palon todennäköisyyteen, alhaalla sijaitsevien metsiköiden palaessa useimmin. Tulosten mukaan varttuneiden metsiköiden, joissa puun pituuden vaihtelu on pientä ja joissa ei ole pensaskerrosta, paloriski on pienin. Suuret valtapuut selviävät parhaiten elossa metsäpalosta. Tutkimuksessa II kehitettyä mallia metsäpalon todennäköisyyden ennustamiseksi käytettiin kahdessa suunnittelusovelluksessa. Ensimmäisessä (tutkimus V) optimoitiin metsikön käsittelyohjelma ottamalla huomioon metsäpaloriski. Toisessa sovelluksessa (tutkimus VI) maisematason suunnitteluongelman analyysissä tavoitemuuttujina käytettiin erilaisia maiseman rakennetta ja koostumusta kuvaavia indeksejä, joiden avulla vaikutettiin paloherkkien ja paloa sietävien metsiköiden määrään ja sijaintiin. Väitöskirjan yhteenvedossa esitetään lisäksi alueellinen skenaarioanalyysi puuston tilavuuden ja hakkuukertymän kehityksestä, käyttäen hyväksi väitöskirjassa esitettyjä malleja metsäpalon todennäköisyydelle, tuhon asteelle ja puiden elossasäilymistodennäköisyydelle. Analyysien mukaan metsikön optimaalinen kiertoaika lyhenee metsäpaloriskin suurentuessa. Alueelliset kertymäennusteet saattavat olla huomattavia (10–20%), jos paloriskiä ei oteta huomioon.

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

Eija Juurola. (2005). Photosynthesis, CO₂ and temperature – an approach to analyse the constraints to acclimation of trees to increasing CO₂ concentration. https://doi.org/10.14214/df.4

Avainsanat: hiilidioksidin diffuusio; ilmastonmuutos; lehden rakenne; lämpötilariippuvuus; mallinnus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Tutkimuksen tavoitteena oli analysoida lämpötilan ja hiilidioksidipitoisuuden vaikutuksia fotosynteesiin ja siihen liittyviin prosesseihin ottaen huomioon lajille tyypillinen lehden kolmiulotteinen rakenne. Lehden rakenne vaikuttaa sekä hiilidioksidin kulkeutumiseen että valon absorptioon lehteen ja siten viherhiukkasten fotosynteesitehokkuuteen. Työssä yhdistetään fotosynteesiin vaikuttavia fysikaalisia ja biologisia tekijöitä. Puiden mukautumista ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen tutkittiin kokeellisesti männyllä ja rauduskoivulla ja tuloksia tulkittiin suhteessa lehden ja neulasen rakenteellisiin eroihin. Tutkimuksessa kehitettiin rauduskoivun lehden kolmiulotteista rakennetta yksityiskohtaisesti kuvaava malli, jonka avulla hiilidioksidin kulkeutumista ja valon absorptiota lehden sisällä voitiin analysoida. Lämpötilan vaikutusta hiilidioksidin sitoutumiseen lehdessä tutkittiin aluksi määrittämällä kokeellisesti fotosynteesin tärkeimpien reaktioiden lämpötilariippuvuus boreaalisella vyöhykkeellä kasvavalle rauduskoivulle. Tässä käytettiin hyväksi perinteistä fotosynteesireaktioita kuvaavaa mallia. Näitä riippuvuuksia hyväksi käyttäen voitiin kolmiulotteisella mallilla analysoida fysikaalisten tekijöiden vaikutuksia lehden fotosynteesin lämpötilariippuvuuteen. Kehitetty malli osoittautui hyväksi työkaluksi kun tutkitaan hiilidioksidin sitoutumista eri lajeilla. Tulosten perusteella määritettiin uudet fotosynteesireaktioiden lämpötilariippuvuudet, joissa lehden rakenteen ja fysikaalisten tekijöiden vaikutus otettiin huomioon. Tulosten perusteella voidaan sanoa että lehden rakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat selvästi lehtitasolla mitatun fotosynteesin lämpötilariippuvuuteen. Tällä on merkitystä kun tarkastellaan lajien välisiä eroja muuttuvassa ympäristössä. Kolmiulotteisen mallianalyysin perusteella voitiin myös todeta, että muiden vaikuttavien tekijöiden lisäksi lehden rakenteella voi olla huomattava vaikutus siihen miten kasvi mukautuu ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen. Puiden mukautumista tutkittiin kahdella eri puulajilla, ja tulosten perusteella voidaan sanoa että mukautuminen ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen eroaa puulajien välillä. Mänty hitaasti kasvavana ikivihreänä puuna suuntaa käytettävissä olevia resursseja fotosynteesin lisäksi myös esimerkiksi talviaikaiseen suojautumiseen ja kuivuuteen mukautumiseen, kun taas koivu nopeasti kasvavana lehtipuuna voi käyttää resurssejaan fotosynteesinopeuden hetkelliseen maksimointiin. Nämä puulajien väliset erot näkyvät myös mukautumisessa muuttuvaan ympäristöön. Hiilidioksidipitoisuuden noustessa saattaa jopa käydä niin, että mänty hyötyy pitoisuuden noususta ainakin väliaikaisesti enemmän kuin rauduskoivu.

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

Artikkelit jotka sisältää sanan 'mallinnus'

Kategoria : Articles