Seisovien puiden puun sisäisiä ominaisuuksia mitataan yleensä tuhoisin ottein, mikä on työlästä ja rajoittaa havaintojen määrää monimuotoisissa metsästruktuureissa. Tässä väitöskirjassa tutkittiin kahden ajankohdan laserkeilauksen (LS) potentiaalia näiden rajoitteiden ylittämiseen yhdistämällä puun sisäiset ominaisuudet ja ulkoisten puun piirteiden kehitys. Se koostuu Etelä-Suomessa toteutetuista tutkimuksista I–III.
Tutkimuksessa I arvioitiin kahden ajankohdan ilmasta tehtävän laserkeilauksen (ALS) soveltuvuutta latvusmittausten muutosten havaitsemiseen viiden vuoden aikana. Merkittäviä muutoksia saatiin eri latvuksen mittareissa. Lajien välisiä eroja havaittiin myös latvuksen mittausten suhteellisissa muutoksissa. Tutkimuksessa II seitsemän vuoden seuranta-ajalta saadut puun korkeuden ja latvusmittausten muutokset sekä niiden lähtötila käytettiin selittämään rungon tilavuuskasvua (ΔV). Pistepilvien peiton välttämiseksi helikopterista tehty ALS yhdistettiin maasta tehtyihin laserkeilauspistepilviin. Mänty-yksilöillä havaittiin vahvimmat yhteydet ΔV:n ja puun korkeuden, latvuksen projektioalan sekä latvuksen piirin välillä. Kuusen ja koivun osalta latvusvolyymin ja latvuksen pinta-alan muutokset olivat keskeisiä ΔV:n ennustajia.
Tutkimuksessa III hyödynnettiin kahden ajankohdan ALS:ää puun sisäisten ominaisuuksien ja niiden vaihtelun arvioimiseen puuyksilöiden ja metsikköjen välillä. Puun sisäisiä ominaisuuksia mitattiin röntgenmikrodensitometrialla 15 kasvukauden ajalta, jotka vastasivat ALS-havaintoja. Keskimääräinen vuosikasvu puun korkeudessa liittyi kohtuullisesti keskiarvoon vuosilustojen leveydestä kaikilla lajeilla sekä yksilö- että koealatasolla. Sen sijaan runkoalan painottama keskimääräinen puutiheys osoitti rajoitettuja yhteyksiä kasvumittareihin.
Kokonaisuudessaan tämä väitöskirja osoittaa kahden ajankohdan pistepilvien käytön mahdollisuuden puun ja latvuksen mittausten muutosten kuvaamiseen. Se tarjoaa menetelmiä kasvun kohdentamisen arviointiin ja korostaa puun ja latvuksen mittausten potentiaalia selittää puun sisäisiä ominaisuuksia ja niiden vaihtelua tuhoamattomasti ja toistuvasti.
Tässä työssä tutkittiin kasvun sekä puuaineksen tiheyden ja anatomian fenotyyppistä vaihtelua ja niiden välisiä korrelaatioita 41-vuotiailla kuusen (Picea abies (L.) Karst.) klooneilla ja provenanssihybridi-klooneilla. Lisäksi tutkittiin pituuden kehitystä yhden kasvukauden ajan ja pakkaskestävyyden kehitystä ensimmäisen kasvukauden lopussa niiden siemensyntyisillä jälkeläisillä erilaissa ilmastokäsittelyissä (lämpötilan ja/tai hiilidioksidin nousu) kasvihuoneolosuhteissa.
Yhdellä suomalaisella kloonilla (V43) ja kahdella suomalais-saksalaisella hybridillä (V449 ja V381) oli keskimääräistä suurempi runkotilavuus verrattaessa 25 tutkimuksessa mukana ollutta alkuperää keskenään (Artikkeli I). Niillä oli myös selvästi suurempi puuaineksen tiheys verrattuna kaikkien alkuperien keskimääräiseen puuaineksen tiheyteen. Lisäksi kloonin isän havaittiin vaikuttavan puuaineksen tiheyteen.
Viidellä alkuperällä, joiden puuaineksen anatomiaa tutkittiin, havaittiin eroja trakeidien pituudessa, niiden soluseinien (mitattiin kaksinkertaisena) paksuudessa, kevät- ja kesäpuun leveydessä sekä kesäpuun trakeidien ontelon läpimitassa (Artikkeli II). Edellä mainitut muuttujat, kuten myös ydinsäteiden lukumäärä, korreloivat kevät- ja kesäpuun leveyden ja tiheyden kanssa. Lisäksi pihkatiehyeiden vieressä sijaitsevien trakeidien soluseinän paksuus erosi muiden trakeidien soluseinien paksuudesta (Artikkeli II). Alkuperien maantieteellinen kotiseutu voi vaikuttaa näihin eroihin.
Kasvihuonekokeessa kohotettu lämpötila lisäsi taimien pituuskasvua sekä viivästytti ja lyhensi syksyistä pakkaskestävyyden kehitystä kaikilla alkuperillä (Artikkeli III). Hiilidioksidipitoisuuden kohotus ei vaikuttanut pituuskasvuun eikä pakkaskestävyyden kehittymiseen.
Tulevaisuudessa tämän työn tulokset eri genotyyppien ja alkuperien puuaineksen ominaisuuksien vaihtelusta voivat olla hyödyksi metsänjalostustyön tukena. Lisäksi jatkossa vaikuttaisi olevan tarpeen selvittää alkuperän vaikutusta myös puuaineksen kemialliseen koostumukseen.
Juurikääpä (Heterobasidion annosum s.l) aiheuttaa merkittäviä taloudellisia tappioita erityisesti pohjoisen pallonpuoliskon metsätaloudessa. Suomessa sekä männynjuurikääpä (H. annosum) että kuusenjuurikääpä (H. parviporum) lahottaa kuusen puuainesta ja haittaa puuaineksen teollisuuskäyttöä. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin eri kuusigenotyyppien puuaineen sekä puun eri osien hajoamista juurikäävällä sekä puuta hajottavilla entsyymeillä laboratorio-oloissa. Lisäksi selvitettiin kuusen latvusmuodon, puun kasvun ja iän sekä puun kemiallisten ominaisuuksien vaikutusta puun lahoamiseen ja pelkistävien sokereiden vapautumiseen puuaineksesta.
Kapealatvaiset kuusigenotyypit ja tavalliset kuusigenotyypit lahosivat samalla tavoin, mutta tavallisten kuusialkuperien välillä oli eroja lahon syntymisessä. Männyn juurikääpä lahotti kuusta nopeammin kuin kuusen juurikääpä. Vanhemmissa puissa rungon keskiosa lahosi nopeammin kuin rungon pintapuu, kun taas nuoremmissa puissa pintapuu lahosi nopeammin kuin rungon keskiosa. Nuorissa puissa puuaineksen tiheys korreloi negatiivisesti lahoamisnopeuden kanssa. Lisäksi todettiin, että kuusten pelkistävien sokereiden tuoton ja lahomaisen välillä oli positiivinen korrelaatio - eli mitä helpommin puusta irtosi pelkistäviä sokereita laboratoriossa, sitä nopeammin puu lahosi myös juurikäävällä. Johtopäätöksenä todettiin, että kuusten genotyyppinen vaihtelu lahoamisessa antaa mahdollisuuksia puiden kestävyysjalostukseen muiden jalostettavien ominaisuuksien rinnalla erityisesti silloin, kun otetaan huomioon metsänhoidon käytännöt, kuten harvennusten ajoitus ja kiertoajan pituus.