Artikkelit jotka sisältää sanan 'päästöt'

Boreaaliset suometsät ovat tärkeä puunlähde. Viimeaikainen puunkorjuun laajeneminen sulan maan aikaan, on lisännyt maaperälle aiheutuvia häiriötä, kuten syvien korjuu-urien muodostumista. Tästä huolimatta korjuun aiheuttaminen häiriöiden vaikutuksista turpeen fysikaalisiin ominaisuuksiin ja maaperän biokemiaan tiedetään vähän. Tämän puutteen korjaamiseksi tutkin puunkorjuukoneiden harvennustöiden aikana aiheuttamien maaperän häiriöiden vaikutuksia ojitettujen boreaalisten suometsien kasvillisuuteen ja maaperän fysikaalisiin, kemiallisiin ja biologisiin ominaisuuksiin. Palautumisnopeuden arvioimiseksi otin näytteitä kuudelta alalta, jotka muodostivat aikasarjan, joka kattoi 15 vuotta harvennuksesta. Tulokset osoittivat korjuun lisäävän turpeen tiheyttä ja vedenpidätyskykyä sekä pienentävän kokonaishuokoisuutta. Kasvillisuuden sammalbiomassa ja juurituotanto vähenivät, mutta sarojen peittävyys lisääntyi. Lisäksi äskettäin häirityillä aloilla oli suurempi maaperän CO₂-tuotantopotentiaali sekä korkeammat maaperän CO₂- ja CH₄-pitoisuudet verrattuna kontrollialueisiin. Korjuu ei kuitenkaan vaikuttanut CO₂- ja CH₄-päästöihin, mikrobiyhteisöihin ja selluloosan hajoamisnopeuteen. Vaikka palautumisnopeus vaihteli, kaikki tutkitut ominaisuudet olivat täysin palautuneet 15 vuoden kuluttua. Koska vedenpidätysominaisuus (WRC) kuvaa maaperän rakennetta ja sen muutoksia, sitä voidaan käyttää häiriöiden arviointiin. Tutkimuksessani osoitan kuinka WRC:n voidaan arvioida keinotekoisten neuroverkkojen avulla. Kaiken kaikkiaan tutkimus osoitti, että vaikka ojitetut boreaaliset suot ovat häiriöherkkiä, ne myös palautuvat hyvin harvennusten aiheuttamista mekaanisista maaperän häiriöistä.

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

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

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

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

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

Työn tavoitteena oli tutkia metsien hiilen sidonnan ja metsäbiomassan (kuitu- ja tukkipuu) käytön ilmastovaikutuksia sen korvatessa fossiilista energiaa (esim. kivihiili ja öljy) ja fossiilispohjaisia tuotteita (esim. betoni, teräs ja muovi) boreaalisissa olosuhteissa. Työssä käytettiin ekosysteemimallinnusta ja elinkaarityökalua yhdistettynä, jolloin voitiin tarkastella metsäbiosysteemin nettohiilenvaihtoa. Ilmastovaikutuksia ja biomassan tuotannon taloudellista kannattavuutta tutkittiin käyttämällä puuston eri harvennustiheyksiä, typpilannoitusta, erilaisia kiertoaikoja ja biomassan korjuun voimakkuutta päätehakkuulla (ainespuu, hakkuutähteet ja/tai kannot ja juuret). Nykyiset harvennussuositukset, jotka tähtäävät ainespuun tuotantoon, toimivat työssä verrokkikäsittelynä. Näiden lisäksi tutkittiin ilmastovaikutuksien herkkyyttä laskennassa käytetyille substituutiokertoimille ja puun käytön tehokkuuksille. Työssä käytettiin simulointiaineistoja, jotka oli tehty kuviotasolla (alkutilana uudistuskypsä metsikkö), maisematasolla (alkutiloina erilaiset metsäalueen ikärakenteet) ja aluetasolla (alkutilana valtakunnan metsien inventointiaineisto Etelä-Suomessa)

Työn tulokset osoittivat, että suurimmat metsäbiomassan tuotannon ja käytön ilmastohyödyt saavutettiin käyttämällä 20% suosituksia suurempaa puuston tiheyttä, typpilannoitusta ja 80-100 vuotta pitkiä kiertoaikoja. Nämä lisäsivät sekä hiilen sitoutumista metsiin että korjattavan aines- ja energiabiomassan määrää. Tulosten perusteella suurinta ilmastohyötyä ja biomassan tuotannon taloudellista kannattavuutta ei kuitenkaan pystytty saavuttamaan yhtä aikaa. Tukkipuusta valmistetuilla tuotteilla saavutettiin parhaat korvaushyödyt pitkällä aikavälillä ja niillä voitiin lisätä myös hiilen varastoja. Tämän lisäksi metsäbiomassan käytön korvaushyödyt ja puunkäytön tehokkuus vaikuttivat ilmastovaikutuksiin enemmän kuin työssä käytetyt harvennuskäsittelyt. Metsäbiomassan tuotannon ja käytön ilmastohyödyt olivat suurimmat kun ainespuun lisäksi käytettiin energiapuuta, ja hyötyjä voitiin lisätä erityisesti Suomen etelä- ja itäosissa 40-vuoden aikajänteellä. Tulosten perusteella ilmastovaikutuksien ajoittuminen oli herkkä valitusta tarkastelun aloitusajankohdasta, ja tämä vaikutti myös metsänhoitotoimenpiteiden keskinäiseen paremmuuteen. Tämän vuoksi metsien kokonaisvaltaisten ilmastovaikutuksien analysoinnissa tulee huomioida sekä metsänhoitotoimenpiteiden vaikutukset että tarkastelun aloitusajankohta, jotta voidaan arvioida tehokkaita keinoja lisätä metsien ja metsäbiomassan käytön ilmastohyötyjä.

• Baul, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0002-0805-0657 Sähköposti: tarit.baul@uef.fi

Pohjoiset suot ovat tärkeitä hiilen nieluja sitoessaan sitä hitaasti kertyviin turvekerroksiin. Samalla ne vapauttavat kasvihuonekaasu metaania (CH₄), jota syntyy kasvimateriaalin hajotessa hapettomissa oloissa. Näiden soiden yleisin kasvi, rahkasammal (Sphagnum), on oleellinen paitsi turpeen kertymiselle, myös metaanipäästöjen torjunnalle: Se tarjoaa asuinympäristön metaania hapettaville bakteereille, metanotrofeille, jotka suodattavat osan metaanista rajoittaen sen vapautumista ilmakehään. Samalla metaanin hapetuksessa syntyvä hiilidioksidi (CO₂) siirtyy rahkasammalen käyttöön. Rahkasammalien ja metanotrofien muodostama ”metaanisuodin” on havaittu useammassa tutkimuksessa, mutta muun muassa sen herkkyys ympäristön muutoksille tunnetaan huonosti.

Tässä väitöstutkimuksessa selvitettiin rahkasammalien ja niissä elävien metanotrofien vuorovaikutuksen tarkempaa luonnetta. Metanotrofien yhteisörakennetta ja aktiivisuutta tarkasteltiin suhteessa suoekosysteemissä tapahtuviin muutoksiin. Vertailun vuoksi tutkittiin myös sammalten alapuolisten turvekerrosten metaaninhapetusta. Metanotrofien molekyylibiologisessa analysoinnissa hyödynnettiin erityisesti metaaninhapetuksen mahdollistavaa pmoA-geeniä sekä siihen perustuvaa koetinsirutekniikkaa.

Ensimmäisessä osatyössä metanotrofien ja niiden hapetusaktiivisuuden osoitettiin leviävän rahkasammalesta toiseen veden välityksellä. Työn perusteella nämä metanotrofit kykenevät elämään myös sammalien ulkopuolella eli niiden välillä näyttäisi olevan ns. fakultatiivinen symbioosi. Kahdessa muussa osatyössä rahkasammalten metanotrofien dynamiikan havaittiin olevan hyvin samankaltaista kahdella erilaisella suon kehitysgradientilla: sekä luonnontilaisilla soistuvilla aloilla, että eri-ikäisillä, uudelleen kasvittuneilla turvetuotantoaloilla. Metanotrofien yhteisöt olivat monimuotoisia kaikissa kehitysvaiheissa, mutta niiden valtaryhmät erosivat nuorten, vedenpinnaltaan epävakaiden alojen ja vanhojen, täysin sammalpeitteisten alojen välillä. Huolimatta yhteisöjen eroista metaaninhapetusaktiivisuus ei eronnut merkitsevästi eri kehitysvaiheissa, lukuun ottamatta aivan vanhimpien alojen heikompaa aktiivisuutta. Tämä viittaa ns. toiminnalliseen päällekkäisyyteen, jossa tietystä toiminnosta vastaa useampi, eri olosuhteisiin erikoistunut eliöryhmä. Toisin kuin elävässä sammalkerroksessa, sen alapuolisessa turpeessa hapetuspotentiaali kasvoi turpeentuotantoalojen kasvipeitteen kehityksen mukana.

Kyky levitä veden välityksellä sekä toiminnallinen päällekkäisyys viittaavat rahkasammalten metanotrofien pystyvän sekä sopeutumaan erilaisiin olosuhteisiin, että palautumaan suoekosysteemiä kohtaavista häiriöistä, kuten ilmastonmuutoksen mukana mahdollisesti lisääntyvistä kuivista jaksoista. Rahkasammalkerroksessa jo nuorimmalla turvetuotantoalalla havaittu metaaninhapetuspotentiaali tulisi huomioida näitä aloja ennallistettaessa: rahkasammal-istutusten avulla näyttäisi olevan mahdollista paitsi käynnistää hiilensidonta turpeeksi, myös torjua samanaikaisesti lisääntyviä metaanipäästöjä.

• Putkinen, University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences Sähköposti: anuliina.putkinen@helsinki.fi

Metsänhoidon vaikutukset kestävään yhdistettyyn aines- ja energiapuun tuotokseen- skenaarioanalyysi perustuen ekosysteemimalli simulointeihin Väitöskirjan tavoitteena oli tutkia metsänhoidon vaikutusta kestävään aines- ja energiapuun yhdistettyyn tuotantoon kuusella (Picea abies (L.) Karst.) ja männyllä (Pinus sylvestris L.) erilaisilla kasvupaikoilla. Työssä tutkittiin ekosysteemimallilla tehtävien simulointien avulla metsänhoidon vaikutusta aines- ja energiapuun tuotokseen, käyttäen erilaisia taimikonhoidon jälkeisiä lähtöpuuston tiheyksiä, harvennusten ajoituksia ja voimakkuuksia sekä typpilannoitusta eri kiertoajoilla. Lisäksi tutkittiin kuusella alkuperän vaikutusta maanpäällisen biomassan tuotokseen kokeellisen aineiston avulla. Tutkimuksessa havaittiin, että metsänhoitoskenaariot, joissa taimikonhoidon jälkeinen tiheys oli suurempi kuin perusmetsänhoitoskenaarioissa ja käytettiin typpilannoitusta, tuottivat selvästi enemmän sekä aines- (tukki- ja kuitupuu) että energiapuuta (hakkuutähteet, pieniläpimittainen runkopuu, kannot ja juuret). Myös metsänkasvatuksen taloudellinen kannattavuus oli korkeampi kiertoajan yli laskettuna sekä kuusella että männyllä riippumatta kasvupaikkatyypistä tai käytetystä kiertoajasta. Aines- ja energiapuun tuotokseen vaikutti myös energiapuuhakkuun ajoitus. Vaikka typpilannoitus lisäsi tuotosta, käytetyllä lannoitteen määrällä (100-200 kgN/ha) tai lannoituskertojen lukumäärällä (2-3 kertaa kiertoajalla) oli hyvin vähän vaikutusta. Energiapuun käytöstä aiheutuneet hiilidioksidipäästöt olivat selvästi alhaisempia silloin kun taimikonhoidon jälkeinen tiheys oli suuri ja typpilannoitusta käytettiin riippumatta puulajista, kasvupaikkatyypistä tai käytetystä kiertoajan pituudesta. Korkea puuntuotos indikoi myös keskimäärin korkeampaa taloudellista kannattavuutta ja matalampia hiilidioksidipäästöjä energiayksikköä kohden. Metsäaluetasolla suurin aines- ja energiapuun tuotos sekä paras taloudellinen kannattavuus saatiin kuusella silloin kun metsäalueella oli paljon vanhoja metsiä. Toisaalta alhaisimmat hiilidioksidipäästöt saatiin kun metsäalueella oli paljon nuoria metsiä ja käytetty kiertoaika oli 60 ja 80 vuotta. Kiertoajan ollessa 120 vuotta saatiin alhaisimmat hiilidioksidipäästöt puuston normaalijakaumaa noudattavalla ikärakenteella. Tämän tutkimuksen mukaan, taimikonhoidon jälkeisiä puuston kasvatustiheyksiä voitaisiin pitää ainakin jonkin verran nykyisiä metsänhoitosuosituksia korkeammalla männyllä ja kuusella. Tämä yhdessä ajallaan tehtyjen puuston harvennusten ja lannoitusten kanssa voisi lisätä merkittävästi puuntuotosta ja metsänkasvatuksen taloudellista kannattavuutta. Samalla myös energiapuun käytön hiilidioksidipäästöt energiayksikköä kohden pienenisivät. Lisäksi eri alkuperien biomassan tuotantopotentiaalia tulisi selvittää jatkossa tarkemmin, sillä sopivia alkuperiä käyttäen voisi olla mahdollista lisätä puuntuotosta huomattavasti yhdistetyssä aines- ja energiapuun kasvatuksessa.

• Routa, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: johanna.routa@metla.fi

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