Pystypuiden puuaineen ominaisuuksien mittaus on yleensä työlästä ja tämä rajoittaa saatavilla olevien havaintojen määrää erilaisista metsistä. Tässä väitöskirjassa tutkittiin kahden ajankohdan laserkeilauksen (LS) potentiaalia pystypuiden puuaineen ominaisuuksien arvioimiseen yhdistämällä puun sisäiset ominaisuudet ja ulkoisten puun piirteiden kehitys. Väitöskirja koostuu Etelä-Suomessa toteutetuista tutkimuksista I–III.
Tutkimuksessa I arvioitiin kahden ajankohdan lentolaserkeilauksen (ALS) soveltuvuutta latvusmuutosten havaitsemiseen viiden vuoden aikana. Merkittäviä muutoksia havaittiiin eri latvustunnuksissa. Puulajien välisiä eroja havaittiin myös latvusmittausten suhteellisissa muutoksissa. Tutkimuksessa II seitsemän vuoden seuranta-ajalta määritettyjä puun pituuden ja latvusmittausten muutoksia käytettiin puun alkutilan mittausten lisäksi selittämään rungon tilavuuskasvua (ΔV). Pistepilvien kattavuuden parantamiseksi helikopterista kerätty ALS-pistepilvi yhdistettiin maasta kerättyihin laserkeilauspistepilviin. Männyillä havaittiin vahvimmat yhteydet ΔV:n ja puun pituuden, latvuksen projektioalan sekä latvuksen piirin välillä. Kuusen ja koivun osalta latvustilavuuden ja latvuksen pinta-alan muutokset olivat keskeisiä ΔV:n selittäjiä.
Tutkimuksessa III hyödynnettiin kahden ajankohdan ALS:ää puun sisäisten ominaisuuksien ja niiden vaihtelun arvioimiseen puiden ja metsikköjen välillä. Puun sisäisiä ominaisuuksia mitattiin röntgenmikrodensitometrialla 15 kasvukauden ajalta, joka vastasi ALS-havaintoja. Keskimääräinen vuosikasvu puun pituudessa liittyi kohtuullisesti vuosilustojen keskimääräiseen leveyteen sekä puu- että koealatasolla. Sen sijaan keskimääräisen puuaineen tiheyden ja kasvumittareiden välillä ei havaittu merkittäviä yhteyksiä.
Kokonaisuudessaan tämä väitöskirja osoittaa kahden ajankohdan pistepilvien käytön mahdollisuuden puun ja latvuksen mittausten muutosten kuvaamiseen. Se tarjoaa menetelmiä kasvun arviointiin ja lisää ymmärrystä kuinka hyödyntää puu- ja latvusmittauksia selittämään puun sisäisiä ominaisuuksia ja niiden vaihtelua.
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.