Dissertationes Forestales

Sampo Pihlainen. (2017). On the economics of boreal Scots pine management under climate change. https://doi.org/10.14214/df.246

Avainsanat: ilmastonmuutos; optimointi; hiilivarasto; Metsikkötason optimointi; metsäekonomia; luonnonvarataloustiede; hiilinielu; prosessipohjainen kasvumalli; ilmastonmuutokseen sopeutuminen; hiilensidontakustannukset

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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

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

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

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

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

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

Aino Korrensalo. (2017). Behind the stability of boreal bog carbon sink: Compositional and functional variation of vegetation across temporal and spatial scales. https://doi.org/10.14214/df.240

Avainsanat: fotosynteesi; rahkasammal; biomassatuotto; keidasräme; hiilinielu; hiilidioksidinvaihto

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Boreaaliset suot ovat merkittäviä hiilen varastoja ja nieluja. Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli tutkia, miten suon sisäinen vaihtelu kasvillisuuden rakenteessa vaikuttaa suoekosysteemin hiilinieluun. Tutkimuksessa mitattiin kasvilajin, kasviyhteisön ja ekosysteemin mittakaavatasoilla suon hiilinielun prosesseja: Fotosynteesiä, respiraatiota, kasvibiomassan koostumusta ja tuottoa, sekä nettohiilidioksidinvaihtoa.

Suon sisäinen vedenpinnan tason vaihtelu aiheutti voimakasta vaihtelua kasvilajikoostumuksessa ja elävän kasvibiomassan määrässä. Vedenpintagradientin kuivassa päässä varpuvaltaisilla mättäillä kasvillisuuden elävä biomassa oli suurempi kuin saravaltaisissa märissä kuljuissa. Hiilidioksidinvaihdon osaprosessit, respiraatio ja bruttofotosynteesi, olivat korkeimmillaan kuivissa kasviyhteisöissä. Tästä huolimatta nettohiilidioksidinvaihto ja biomassan tuotto olivat saman suuruisia kaikissa rahkasammalten vallitsemissa kasviyhteisöissä läpi koko vedenpintagradientin. Tämä tasainen biomassatuotto on seurausta kasvilajien toiminnallisista eroista; märkien habitaattien kasvilajien biomassatuotto oli mätäslajeja tehokkaampaa. Nettohiilidioksidinvaihdon tasaisuus vedenpintagradientilla puolestaan johtui respiraation ja bruttofotosynteesin hyvin symmetrisestä vasteesta vedenpinnan tasoon. Vain sammalettomilla ruoppapinnoilla biomassatuotto oli pienempää kuin muissa kasviyhteisöissä, ja ne toimivat pääasiassa hiilen lähteenä. Rahkasammalten peittämien kuljujen ja ruoppapintojen välillä on vain pieni ero vedenpinnan tasossa. Siksi muutokset kosteusoloissa saattaisivat muuttaa näiden kasviyhteisöjen määrää ekosysteemissä, ja aiheuttaa muutoksen ekosysteemin hiilinieluun.

Tässä tutkimuksessa havaittu saman suuruinen hiilinielu läpi suon vedenpintagradientin on ristiriidassa aiemman tutkimuksen kanssa. Toisaalta hiilinielun osaprosessien vaste ympäristötekijöihin oli samankaltainen kuin aiemmissa tutkimuksissa. Toiminnallisesti erilaisten kasvilajien määräsuhteet vaihtelevat soiden välillä. Tulosten perusteella suon sisäinen hiilinielun vaihtelu näyttää olevan voimakkaasti riippuvainen kyseiselle suolle ominaisesta kasvillisuuden rakenteesta.

Suokasvilajien ympäristövasteet ja kasvukaudenaikainen lehtialankehitys eroavat. Tässä tutkimuksessa kasvilajien ja –yhteisöjen fotosynteesin ja nettohiilidioksidinvaihdon havaittiin olevan suurimmillaan eri vaiheissa kasvukautta. Nämä lajien väliset erot puolestaan vähensivät kasvukaudenaikaista vaihtelua ekosysteemitason hiilinielussa. Tutkittujen kolmen vuoden välillä kasviyhteisöjen roolit ekosysteemin hiilinielussa vaihtelivat. Tutkimuksen perusteella toiminnallisesti vaihteleva kasvilajikoostumus saattaa lisätä suoekosysteemin toiminnan palautuvuutta (resilienssiä) muuttuvissa olosuhteissa. Tämä empiirinen tulos voidaan varmentaa prosessimallien avulla, jotka pyrkivät ennustamaan soiden hiilinielun muutoksia muuttuvassa ilmastossa. Tämän tutkimuksen tulokset korostavat, että toiminnallisesti erilaisten kasvillisuuskomponenttien vaste ympäristötekijöihin tulee huomioida näissä prosessimalleissa, jotta ennusteet soiden hiilinieluista olisivat mahdollisimman tarkkoja.

Korrensalo, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences http://orcid.org/0000-0002-0320-8689 Sähköposti: aino.korrensalo@uef.fi

Pauliina Schiestl-Aalto. (2017). Modelling intra- and inter-annual growth dynamics of Scots pine in the whole-tree carbon balance framework. https://doi.org/10.14214/df.234

Avainsanat: hiilitase; fenologia; dynaaminen mallitus; kasvun vaihtelu; nielu-lähde -dynamiikka

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

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

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

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

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

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

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

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

Sannamaija Susiluoto. (2013). Growth limitation of trees and carbon balance of the vegetation in the treeline zone in north eastern Lapland. https://doi.org/10.14214/df.161

Avainsanat: nielu; lähde; resurssi; porot; laidunnus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Puiden kasvua rajoittavat tekijät ja kasvillisuuden hiilitase Koillis-Lapin puurajalla Väitöskirjan aiheena oli tutkia mitkä tekijät rajoittavat puiden kasvua puurajalla Värriössä, sekä miten poronlaidunnus vaikuttaa puurajan kasvillisuuteen ja puurajaekotonin hiilitaseeseen. Puiden kasvua rajoittavia tekijöitä tutkittiin kahden hypoteesin kautta, jotka olivat nielun ja resurssien rajoitushypoteesit. Resurssien rajoitushypoteesi piti sisällään sekä typen että hiilen aiheuttamat rajoitukset. Tutkimuksessa käytettiin kolmea eri manipulaatiokoetta, jotka olivat silmujen poisto, neulasten poisto sekä lannoitus. Tulokset osoittivat, että kasvu oli selkeästi resurssirajoitteista. Tuloksista resurssirajoitteisuutta tukivat lannoituksen ja silmujen poiston aiheuttamat lisäykset kasvussa sekä hidastunut rungon läpimitan kasvu neulasten poiston seurauksena. Lisäksi, haihduntavirtaus ei hidastunut silmujen poiston seurauksena. Lannoitus myös lisäsi hiili-isotooppi suhdetta (p=0.054), joka myös tuki resurssin rajoitushypoteesia. Poronlaidunnus vaikutti kasvillisuuteen sitoutuneisiin hiilivarantoihin 85 % alhaisemman jäkäläbiomassan kautta. Myös lajien peittävyydet muuttuivat laidunnuksen ansiosta. Hiilen nettovaihto korreloi varpupeitteen kanssa, mutta varpujen peittävyys ei muuttunut laidunnuksen seurauksena. Kokonaisuudessaan laidunnus ei vaikuttanut hiilen virtoihin tutkimusalueella, koska jäkälien tuottavuus on alhaista ja laidunnuksella ei ollut vaikutusta myöskään maahengitykseen tai maahan sitoutuneisiin hiilivarantoihin. Tulokset osoittivat että puiden kasvu tutkimusalueella on resurssien rajoittamaa. Poronlaidunnus vaikuttaa eri kasvilajien peittävyyteen ja kasvillisuuteen varastoituneeseen kokonaishiilen määrään, mutta ei tuottavuuteen tai maan hiilivarantoihin. Sekä puurajan mahdollinen eteneminen ja puurajan puubiomassan kasvu voivat potentiaalisesti vaikuttaa huomattavasti näiden ekosysteemien hiilivarastoihin. Koska porot saattavat vaikuttaa puurajapuiden taimiaineksen vakiintumiseen, lisätutkimus laidunnuksen ja puurajan etenemisen vuorovaikutuksesta olisi tarpeen.

Susiluoto, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: Sanna.Susiluoto@gmail.com

Mari Pihlatie. (2007). Nitrous oxide emissions from selected natural and managed northern ecosystems. https://doi.org/10.14214/df.36

Avainsanat: typpioksiduuli; lähde- ja nieluprosessit; maatalousmaat; kaatopaikat; metsäekosysteemit; kasvillisuuden ja maaperän N<sub>2</sub>O-päästöt; mittausmenetelmät

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Typpioksiduuli (N₂O) on voimakas kasvihuonekaasu alailmakehässä ja osallistuu otsonia tuhoaviin reaktioihin yläilmakehässä. Sen pitoisuus alailmakehässä on jatkuvasti kohonnut. Maan mikrobitoiminta on merkittävin typpioksiduulin lähde ilmakehään, mutta maaperän prosessit typpioksiduulin lähteinä ja nieluina ja typpioksiduulin kuljetusmekanismit maasta ilmakehään tunnetaan huonosti. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli määrittää N₂O-päästöjä erilaisissa pohjoisen ilmastovyöhykkeen maaekosysteemeissä ja tutkia typpioksiduulin tuotto- ja kuljetusprosesseja maasta ilmakehään. Typpioksiduulipäästöjä mitattiin maatalous- ja metsämailla sekä kaatopaikalla. Mittauspaikoiksi valittiin sellaisia ekosysteemejä, joiden arvioitiin olevan merkittäviä typpioksiduulin päästölähteitä, mutta joista oli olemassa vain vähän aikaisempaa mittaustietoa. Mittaukset tehtiin gradientti-, kammio- ja kovarianssimenetelmillä. Typpioksiduulin tuotto- ja kuljetusprosesseja tutkittiin laboratorio- ja kenttäkokein. Laboratoriokokeissa havaittiin, että maatalousmaiden typpioksiduulin tuotto lisääntyy radikaalisti maan kosteuden kasvaessa. Maan mikrobiologisten prosessien, nitrifikaation ja denitrifikaation, osuudet typpioksiduulin tuotossa olivat riippuvaisia maalajista. Laboratorio-oloissa tehdyissä kokeissa havaittiin myös, että puiden taimet pystyvät kuljettamaan maaperässä tuotettua typpioksiduulia ilmakehään. Mikäli merkittävä osa maassa tuotetusta typpioksiduulista kulkeutuu ilmakehään puiden kautta, nykyiset arviot metsämaiden N₂O-päästöistä voivat olla aliarvio todellisista ekosysteemitason päästöistä. Typpioksiduulipäästöt metsämailta ja kaatopaikalta olivat hyvin vaihtelevia ajan ja mittauspaikan suhteen. Pinta-alallisesti keskiarvoistava kovarianssimenetelmä osoittautui erittäin käyttökelpoiseksi mittausmenetelmäksi ekosysteemitason päästöjen arvioinnissa sekä metsämaalla että kaatopaikalla. Boreaalisen vyöhykkeen kangasmetsän päästöt olivat erittäin pieniä, ja ajoittain metsämaa toimi typpioksiduulin nieluna. Pienistä päästöistä huolimatta, gradienttimenetelmällä havaittiin selkeää vuodenaikaisvaihtelua typpioksiduulin tuotossa. Pääosa typpioksiduulin mikrobiologisesta tuotosta ja kulutuksesta tapahtui maan orgaanisessa pintakerroksessa. Kaatopaikkojen typpioksiduulipäästöt olivat yhdestä kahteen kertaluokkaa suuremmat kuin päästöt maatalousmailta. Kaatopaikkojen pienen pinta-alan vuoksi niiden merkitys Suomen kokonaispäästöihin on kuitenkin pieni. Tutkimus osoitti, että N₂O-päästöt erilaisista ekosysteemeistä vaihtelevat huomattavasti ajan ja paikan suhteen. Päästöjen suuren vaihtelun vuoksi lisää päästömittauksia sekä päästövertailuja eri menetelmillä tarvitaan jotta typpioksiduulin virrat maasta ilmakehään voidaan arvioida tarkemmin.

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

Artikkelit jotka sisältää sanan 'nielu'

Kategoria : Articles