Dissertationes Forestales vol. 2005 | 2005

Maanmuokkauksen vaikutus podsoloituneen metsämaan alumiinikemiaan Maanmuokkaus metsänuudistamisen yhteydessä yleistyi Suomessa 1960-luvulta lähtien. Suomen metsämaasta (21.9 milj. ha) noin 18% (3,94 milj. ha) on muokattu. Muokatusta maasta noin kolmasosa on aurattu tai mätästetty. Tässä tutkimuksessa selvitettiin maanmuokkauksen pitkäaikaisvaikutuksia podsoloituneen metsämaan kemiallisiin ominaisuuksiin. Erityisesti tutkittiin maaperän alumiinia (Al) ja sen liukenemiseen vaikuttavia tekijöitä, sillä muokattaessa maan pintaan kääntyy podsolimaannoksen rikastumiskerrosta, johon on runsaasti saostunut alumiinia. Muuttuneissa ympäristöolosuhteissa tämä alumiini saattaa alkaa liueta. Vaikutuksia tutkittiin kahdella koealalla, jotka oli aurattu ja istutettu kuuselle (Picea abies (L.) Karst.) 17 ja 31 vuotta ennen näytteenottoa. Tutkimuksen perusteella alumiinia oli vapautunut auratusta metsämaasta. Tämän osoitti se, että sekundääristen Al-yhdisteiden määrä oli pienempi palteen rikastumiskerroksessa kuin vastaavassa muokkaamattomassa metsämaassa. Sen sijaan palteen alle jääneessä humuskerroksessa Al-pitoisuudet olivat korkeampia kuin vastaavassa muokkaamattomassa metsämaassa. Orgaanisen aineen kertyminen palteen pinnalle ja kivennäismaahan sekä kuusen hienojuurten suuri määrä palteessa osoittivat, että alumiinin liukeneminen johtui pääasiassa maata luontaisesti happamoittavista tekijöistä kuten orgaanisista hapoista. Näitä happoja syntyy orgaanisen aineen hajotessa ja niitä vapautuu myös puiden juurista. Maanmuokkaus ei vaikuttanut maaveden Al-pitoisuuksia sääteleviin tekijöihin. Sekundääristen mineraalien liukoisuus sääteli maaveden Al-pitoisuuksia sekä muokatussa että muokkaamattomassa rikastumiskerroksessa, kun taas humus- ja huuhtoutumiskerroksessa maaveden Al-pitoisuudet olivat orgaaniseen aineeseen sitoutuneen Al:n määräämiä. Vaikka maan vaihtuvan Al:n määrä oli selkeästi pienempi kuin orgaanisen aineesen kompleksoituneen Al:n määrä, Al:n kationinvaihtoreaktiot selittivät myös maaveden kationipitoisuuksia. Vaihtuvalla Al:lla ei havaittu olevan heikon hapon ominaisuuksia humuskerroksessa, ja maaveden pH selittyi orgaanisten happojen dissosioitumisella. Maan kemiallisten ominaisuuksien muutokset auratussa metsämaassa olivat yhdenmukaisia Al:n liukoisuutta podsolimaannoksessa määräävien tekijöiden kanssa. Voidaankin olettaa, että pidemmällä aikavälillä maata muuttavat tekijät johtavat muokatun kivennäismaan uudelleen podsoloitumiseen. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että maaperän ja kasvillisuuden välinen vuorovaikutus muuttaa muokatun metsämaan kemiallisia ominaisuuksia jo muutaman vuosikymmenen aikana.

• Tanskanen, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: niina.tanskanen@helsinki.fi

Metsitettyjen peltojen maan vedenpidätysominaisuudet ja ravinteisuus Peltojen metsitys on ollut merkittävä viime vuosikymmenien aikana tapahtunut maankäyttömuodon muutos. Metsitettyjen peltojen maan kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet tunnetaan huonosti puuston kasvatuksen kannalta. Siksi tässä väitöskirjassa tutkittiin metsitettyjen peltojen maan matriisin koostumus, vedenpidätysominaisuudet ja ravinteisuus sekä arvioitiin näiden maan ominaisuuksien vaikutusta puuston kasvuun. Tulokset osoittivat, että metsitettyjen peltojen maan ominaisuudet poikkeavat merkittävästi metsämaiden ominaisuuksista. Maanviljelyn aiheuttamat muutokset maan koostumuksessa ilmenivät kivennäismailla orgaanisen aineksen lisääntyneenä määränä, mutta toisaalta turvemailla kivennäisaineksen lisääntyneenä määränä. Metsitetyille pelloille oli ominaista maan korkea ravinteiden määrä, korkea orgaanisen aineksen määrä, korkea pH ja alhainen ilmatila kenttäkapasiteetissa. Maan alhainen ilmatila oli seuraus siitä, että huokostila koostui pääasiassa läpimitaltaan pienistä huokosista. Ilmatila oli maan pintaosassa yleisesti alle 20% ja ilmatila pieneni maakerroksen syvyyden kasvaessa. Tulokset viittasivat siihen, että peltomaan ilmatila on yleensä liian alhainen puuston hyvän kasvun kannalta. Metsitettyjen peltojen maan ravinteisuustaso oli korkeampi verrattuna metsämaiden luontaiseen ravinteisuuteen johtuen maan aiemmasta maatalouskäytöstä. Metsitetyistä pelloista savi- ja hiesumaat olivat kaikkein ravinteikkaimpia. Maan korkea ravinteisuus oli myös osaksi seuraus hienojakoisten kivennäismaiden luontaisesta ravinteisuudesta. Kaikki tutkitut metsitetyt pellot luokiteltiin maan 0-10 cm kerroksen kalsiumin, fosforin, ja hiesun pitoisuutta sekä pH:ta erottelijoina käyttävien funktioiden avulla viljaviin metsätyyppeihin. Tulosten mukaan maanviljelyn aiheuttamat muutokset maan fysikaalisissa ja kemiallisissa ominaisuuksissa ovat merkittäviä ja vaikutuksiltaan niin pitkäaikaisia, ettei maan luontainen ravinteisuutaso ilmeisti palaudu pitkänkään ajan kuluessa.

• Wall, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: antti.wall@metla.fi

Koivu on puutuoteteollisuuden näkökulmasta katsoen tärkein kotimainen lehtipuulajimme. Rauduskoivun (Betula pendula Roth) istutustoiminta käynnistyi Suomessa laajamittaisena 1960-luvulla. Lähitulevaisuudessa istutusrauduskoivun osuus saha- ja vaneriteollisuudessa tulee kasvamaan merkittävästi ensimmäisten istutuskoivikoiden ehtiessä harvennus- ja päätehakkuuvaiheeseen. On todennäköistä, että istutuskoivuista saatava puumateriaali on ominaisuuksiltaan erilaista kuin luontaisesti syntyneiden, puhtaiden tai sekametsissä kasvaneiden koivujen, johtuen istutusalojen suuremmasta kasvunopeudesta ja erilaisesta metsänhoidosta. Myös erilaisten ympäristötekijöiden, kuten kasvupaikan, korjuuajankohdan ja puutavaran varastoinnin, tiedetään vaikuttavan puun ominaisuuksiin, mutta näiden tekijöiden vaikutusmekanismista ja niiden hallinnasta jalostusprosessissa ei ole riittävästi tietoa. Koivusahatavaran jatkojalostuksessa kuivaus on yksi vaikeimmin hallittavista tuotantovaiheista; värinmuutokset, muodonmuutokset ja kosteuden vaihtelu kuivatussa sahatavarassa ovat tyypillisiä kuivauksessa syntyviä vikoja. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia istutuskoivusahatavaran käyttäytymistä kuivauksessa ja siihen liittyen puuaineen ja sahatavaran ominaisuuksia puutuoteteollisuuden raaka-aineena. Korjuuajankohdan ja varastoinnin vaikutusta tukittiin puuaineen ominaisuuksien ja kuivauskäyttäytymisen vaihtelun aiheuttajana. Työssä käytettiin kuivausmenetelminä koivusahatavaralle yleistä lämminilmakuivausta eli kamarikuivausta sekä alipainekuivausta. Kuivausmenetelmittäin tutkittiin puun väriä, kutistumista, kuivatiheyttä, loppukosteutta, Brinell-kovuutta ja puun tasapainokosteutta. Värinmuutosten kemiallisen taustan selvittämiseksi tutkittiin proantosyanidiinejä (kondensoituneita tanniineja) ja niiden polymerisoitumista kuivauksen aikana. Korjuuajankohtien välinen puun ominaisuuksien vaihtelu aiheutti eroja sahatavaran kuivauskäyttäytymiseen. Lisäksi kuivausprosessit erityisesti lämminilmakuivauksessa erosivat eri ajankohtina toisistaan kuivausprosessin alussa käytetyn alhaisen lämpötilan vuoksi. Puun lähtökosteus, kuiva-tuoretiheys ja proantosyanidiinipitoisuus vaihtelivat korjuuajankohtien välillä. Tämä vaihtelu oli seurausta puiden fysiologisesta vuodenaikaisvaihtelusta ja sillä havaittiin olevan vaikutusta kuivatun puun väriin, tiheyteen, tasapainokosteuteen ja Brinell-kovuuteen. Värinmuutosten mekanismi oli erilainen eri kuivaustavoilla. Lämminilmakuivauksessa värinmuutos oli voimakkainta kesällä korjatulle puutavaralle kun taas alipainekuivauksessa muutos oli voimakkainta talvella korjatulle puutavaralle. Lämminilmakuivauksessa värinmuutos oli voimakkainta saheiden sisäosissa kun taas alipainekuivauksessa se oli voimakkainta saheiden pintakerroksessa. Puutavaran varastointi tukkeina ennen sahausta lisäsi kuivauksenaikaisen värinmuutoksen voimakkuutta sekä kesällä että talvella korjatuista puista peräisin olevalla sahatavaralla. Istutuskoivusahatavaran käytön lisääntyminen voi lisätä koivupuutuotteiden ominaisuuksien vaihtelua mikä tulisi ottaa huomioon jatkojalostuksen eri vaiheissa.

• Möttönen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: veikko.mottonen@joensuu.fi

Väitöskirjassa tutkittiin hajoavien hakkuutähteiden ja kehittyvän pintakasvillisuuden roolia avohakkuualan ravinnedynamiikassa. Päätavoitteena oli tutkia kuinka paljon ravinteita vapautuu hakkuutähteistä kolmen ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen ja mikä on pintakasvillisuuden merkitys ravinteiden pidättämisessä kasvupaikalle avohakkuun jälkeen. Tutkimus tehtiin Itä-Suomessa kuusivaltaisessa sekametsässä, josta osa hakattiin ja osa jätettiin hakkaamatta. Kuusen, männyn ja koivun hakkuutähteiden: lehtien, ohutjuurien (läpimitta ≤ 2 mm) ja oksien (läpimitta ≤ 1 cm) hajoamista tutkittiin karikepussimenetelmällä. Pintakasvillisuuden maanpäällinen ja maanalainen biomassa kerättiin yhdeltä hakkaamattomalta koealalta ja kahdelta hakatulta koealalta yksi vuosi ennen hakkuuta ja viisi vuotta avohakkuun jälkeen. Kaiken kaikkiaan 33 % hakkuutähteiden kuivamassasta ja hiilestä, 49 % fosforista, 90 % kaliumista ja 8 % kalsiumista vapautui kolmessa vuodessa, mutta typen nettovapautumista ei tapahtunut koska typpeä kertyi enemmän juuriin ja oksiin kuin vapautui lehdistä. Massan väheneminen sekä hiilen, fosforin ja kaliumin vapautuminen oli suurinta ensimmäisen vuoden aikana, mutta kalsiumin nettovapautumista tapahtui vasta kolmantena vuonna. Suurin osa vapautuneista ravinteista oli peräisin lehdistä. Pintakasvillisuuden kokonaisbiomassa ja ravinnevarastot vähenivät avohakkuun jälkeen puoleen tai jopa alle sen, mutta palautuivat ennen hakkuuta vallinneelle tasolle 4-5 vuodessa ja fosforin ja kaliumin varastot kasvoivat jopa suuremmiksi. Ensimmäisenä vuonna avohakkuun jälkeen enemmän typpeä ja kalsiumia kertyi hakkuutähteisiin kuin oli varastoituneena pintakasvillisuuteen. Tulokset osoittavat, että hakkuutähteet voivat olla pintavesissä havaittujen kohonneiden hiili-, fosfori-, kalium- ja kalsiumpitoisuuksien lähde, mutta ne eivät ole typen lähde kolmen ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen. Pintakasvillisuus kykenee ottamaan vain murto-osan hakkuutähteistä vapautuvista ravinteista kahden ensimmäisen vuoden aikana avohakkuun jälkeen ja kuollut hajoava pintakasvillisuus voi olla huuhtoutuvien ravinteiden lähde. Tulokset antavat viitteitä siitä, että hakkuutähteistä vapautuvat ravinteet pidättyvät aluksi kasvupaikalle pääasiassa maaperäprosessien ja mikrobitoiminnan tuloksena. Pelkästään mikrobien immobilisaatiolla hakkuutähteissä voi olla tärkeämpi merkitys typen ja kalsiumin pidättäjänä kuin pintakasvillisuudella. Pintakasvillisuus kuitenkin toipuu nopeasti avohakkuun jälkeen ja siitä tulee merkittävä ravinteiden pidättäjä.

• Palviainen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: marjo.palviainen@metla.fi

Ilmastosopimus velvoittaa sopijamaat raportoimaan kasvihuonekaasupäästöjen lisäksi myös metsien hiilivaraston muutokset, koska metsien hiilitase vaikuttaa merkittävästi ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuuksiin ja kasvihuoneilmiön voimakkuuteen. Kioton sopimuksen ja sitovien päästövähennystavoitteiden myötä metsien hiilitaseen kattava ja luotettava arviointi on tullut välttämättömäksi, sillä metsien hiilinieluilla voidaan kompensoida osa päästövähennystavoitteista. Suomessa metsien hiilinieluraportointi on aikaisemmin koskenut vain puustoa eikä käytettyjen mallien edustavuutta ole testattu. Väitöskirjan tavoitteena oli kehittää menetelmiä, joilla voidaan määrittää metsien hiilivarastoja ja virtoja kansallisella tasolla perustuen metsien inventointiaineistoihin. Puuston biomassan arviointia varten kehitettiin biomassan muuntokertoimet (BEF) Suomelle. Lisäksi tutkimuksessa selvitettiin muuntokertoimien epävarmuudet. Myös oksakarikkeen muodostama hiilivirta puustosta maahan arvioitiin uusien mallien avulla. Sekä biomassan, että oksakarikkeen estimointimenetelmiä testattiin riippumattomilla mittausaineistoilla. Kehitettyjä biomassan muuntokertoimia ja kariketuotantokertoimia sovellettiin suomalaiseen inventointiaineistoon vuosilta 1922 − 2004 metsien hiilivarastojen ja niiden muutosten selvittämiseksi. Laskennassa otettiin huomiin tärkeimmät karikkeen lähteet (biomassan karike, hakkuutähteet ja luonnonpoistuma), joiden vaikutus maan hiilivarastoon mallinnettiin dynaamisella maamallilla. Aikasarjat metsien hiilivarastoista vuosille 1922 − 2004 laskettiin biomassan muuntokertoimien, kariketuotannon ja maamallin yhdistämisellä. Tulosten mukaan puuston hiilivarasto oli 20-luvun alkupuolella 510 Tg hiiltä ja vuonna 2004 se oli puolestaan 780 Tg hiiltä. Samalla jaksolla mineraalimaiden maaperän hiilivarasto kasvoi 110 Tg, ollen vuonna 2004 noin 960 Tg hiiltä. Tutkimuksessa huomattiin myös että kasvillisuuden ja maaperän hiilivarastojen vaihtelut olivat suuria ja usein erisuuntaisia vuosien välillä. Nämä vaihtelut johtuivat pääosin lämpötilan ja hakkuiden vuosittaisista vaihteluista. Lisäksi Suomen metsien vuotuinen nettoprimäärituotos kasvoi 0.1 kg m-2 82 vuoden jakson aikana, ollen jakson lopussa 0.4 kg m-2 vuodessa. Suomen metsien kasvillisuus ja mineraalimaat yhdessä toimivat hiilinieluna 1970-luvulta lähtien. Suomen metsien rooli kansallisessa kasvuhuonekaasutaseessa edellyttää kattavaa laskentaa − on tärkeää laskea metsän kaikki hiilivarastot, kuten puusto, karike, maaperä ja kuolleet puut, ja niissä tapahtuvat muutokset. Näiden hiilivarastojen muutosten määrittäminen on erityisen tärkeää, jos metsänhoitomenetelmiä ja -suosituksia muutetaan metsien hiilensidonnan lisäämiseksi.

• Lehtonen, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: aleksi.lehtonen@metla.fi

Metsänkäytön suunnittelu muodostaa hierarkian, jossa ylinnä on normatiivinen suunnittelu ja sen alapuolella strategisen tason suunnittelu, taktisen tason metsäsuunnittelu ja alimpana töiden toteutukseen johtava operatiivinen suunnittelu. Normatiivinen suunnittelu on tyypillistä yhteiskunnan ja yhteisöjen taholla tehtävää suunnittelua säädöksineen ja suosituksineen. Metsänomistajan metsänkäytön tavoitteet määritetään strategisen tason suunnittelussa. Tilakohtainen metsäsuunnitelma sisältää siten metsänomistajan tavoitteet ja normatiivisen suunnittelun tavoitteita. Metsänomistajan näkökulmasta metsäsuunnitelman tärkein tavoite on tukea hänen päätöksentekoaan. Yhteiskunta puolestaan pitää metsäsuunnittelua tärkeänä keinona vaikuttaa yksityismetsien käyttöön. Tutkimuksen tavoite oli selvittää, miten metsäsuunnitelma vaikuttaa metsänkäyttöpäätökseen. On otettava huomioon, että tutkimuksessa selvitettiin metsäsuunnitelman, mutta ei metsäsuunnittelun vaikutuksia. Tutkimus koostuu neljästä tutkimusartikkelista ja yhteenvedosta. Ensimmäisessä tutkimusartikkelissa selvitettiin kyselytutkimuksen keinoin suunnitelmien käyttöä metsäammattilaisten työssä. Kyselyyn vastasi 135 eteläsavolaista metsäammattilaista. Muissa artikkeleissa tarkastellaan suunnitelman vaikutusta metsikkötasolla. Metsikkötason aineisto muodostui 131 suunnitelman omistavan ja 51 suunnitelmaa omistamattoman eteläsavolaisen metsänomistajan metsävaratiedoista, kymmenen vuoden metsänkäyttötiedoista ja metsänomistajille tehdyn haastattelun ja kyselyn vastauksista. Aineiston analysointiin käytettiin logistista regressiomallia ja monitasoista logistista regressiomallia. Tulosten mukaan metsäammattilaiset käyttivät metsänomistajien suunnitelmia, kun se vain oli mahdollista. Samoin käytettiin suunnittelun tuottamaa välialuetietoa suunnitelmaa omistamattomien metsistä. Tuloksia tarkasteltaessa on otettava huomioon, että tämä käyttö vähensi suunnitelman omistavien ja suunnitelmaa omistamattomien metsänkäytön eroja. Noin puolet ammattilaista pyrki noudattamaan suunnitelmaa ja kolme neljästä arvioi noudattamisesta olevan hyötyä metsänomistajalle. Puunostajien ja metsänhoitoyhdistysten toimihenkilöiden näkemykset erosivat jonkin verran toisistaan. Suunnitelmien käyttö oli laajasti ammattilaisten vastuulla. Metsäsuunnitelmat lisäsivät taimikonhoitoa ja hakkuita, aktivoivat jonkin verran töiden aloittamiseen ja vaikuttivat uudistushakkuiden kohdentumiseen. Suunnitelman omistavat ja suunnitelmaa omistamattomat olivat yhtä huonosti tietoisia metsiensä hoito- ja harvennushakkuutarpeista. Vain pieni osa metsänomistajista pyrki aktiivisesti toteuttamaan suunnitelman esityksiä. Metsäsuunnitelman kehittämisessä olisikin kiinnitettävä nykyistä enemmän huomiota asiakaslähtöisyyteen ja suunnitelman käytön helppouteen.

• Niskanen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: iinuski@pp.inet.fi

Manuaaliset ja automaattiset ilmakuvatulkintamenetelmät kuvioittaisten puustotietojen ajantasaistamisessa. Yksityismetsien metsäsuunnittelu Suomessa perustuu työvoimavaltaiseen kuvioittaiseen maastoarviointiin. Jotta resursseja voitaisiin siirtää metsänomistajien neuvontaan, tarvitaan kustannustehokkaampia inventointimenetelmiä kuvioittaisen arvioinnin täydentäjiksi tai korvaajiksi. Lisäksi aktiiviset metsänomistajat kaipaavat entistä ajantasaisempaa tietoa metsistään. Väitöskirjassa selvitettiin erilaisten ilmakuviin perustuvien inventointi- ja ajantasaistusmenetelmien soveltuvuutta yksityismetsien alueelliseen metsäninventointiin Suomessa. Neljä tutkittua lähestymistapaa olivat: 1) kuvioittainen muutosten visuaalinen tulkinta ja puuston kehityksen simulointi, 2) automaattinen kuvioittainen ilmakuvatulkinta yhdistettynä ei-parametriseen estimointiin, 3) automaattinen fotogrammetrinen puuston keskipituuden estimointi sekä 4) automaattinen, monoskooppinen yksittäisten puiden tunnistaminen. Kaksi ensimmäistä ovat inventointi-tai ajantasaistusmenetelmiä, kun taas kahta jälkimmäistä voidaan pitää tällaisten menetelmien osina. Menetelmä 1 soveltuu välialuetiloille, mikäli tiukat vaatimukset inventoitavalle alueelle täyttyvät. Menetelmä 2 on erittäin edullinen, mutta sen tarkkuus ei riitä operatiiviseen käyttöön. Jos tarkkuutta saadaan hieman parannettua, menetelmä voi osoittautua käyttökelpoiseksi. Menetelmä 3 perustuu stereokuvien yhteensovitukseen ja on käyttökelpoinen muiden inventointimenetelmien osana. Vaikka menetelmä 4 käsittikin vain puiden tunnistamisen, koko yksittäisen puun monoskooppiseen tulkintaan perustuvan inventointiketjun soveltuvuutta arvioitiin. Tulosten perusteella suhteellisen suuret kustannukset ja heikko luotettavuus rajoittavat menetelmän käyttöä.

• Anttila, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: perttu.anttila@joensuu.fi

Nykyisten ja tulevien hakkuumahdollisuuksien sekä metsänhoitotarpeiden selvittäminen on olennainen osa nykyistä metsäsuunnittelua. Nämä tiedot tuotetaan erilaisia kasvu- ja tuotosmalleja sisältävillä metsäsuunnitteluohjelmistoilla, joiden tuottamien kasvu- ja kertymäennusteiden luotettavuutta on vaikea selvittää ohjelmistojen monimutkaisuuden ja mallien monimutkaisten vuorovaikutussuhteiden vuoksi. Laskentajärjestelmien metsävaratieto tuotetaan maastotyönä kuvioittaisella arvioinnilla. Myös arviointimenetelmän subjektiivisuus ja suuri luotettavuuden vaihtelu vaikeuttavat edelleen luotettavuusennusteiden laatimista. Lisäksi luotettavuuden arviointia hankaloittaa kattavien ja pitkäaikaisten riippumattomien metsikkökoealojen puute. Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella metsävaratietoihin liittyvää epävarmuutta. Työssä tarkasteltiin nykyisen puusto-ositteittaisen kuvioittaisen arvioinnin luotettavuutta. Lisäksi tutkimuksessa käsiteltiin kasvu- ja tuotosennusteiden luotettavuuden arviointia sekä metsävaratietojen laskennallista ajantasaistusta. Laskennallisesti ajantasaistetun metsävaratiedon käyttökelpoisuutta suunnittelulaskelmien lähtötietona tutkittiin sekä puustotunnusten luotettavuuden että päivitetyistä tunnuksista johdettujen toimenpide-ehdotusten kannalta. Tutkimusaineistojen puutteellisuuden vuoksi tutkimuksessa vertailtiin myös erilaisia tapoja tuottaa mahdollisimman lähellä käytännön metsävara-aineistoja olevia lähtöaineistoja arviointivirheineen. Tutkimuksessa kuvioittaisen arvioinnin puustotunnusten luotettavuudet olivat tyydyttävällä tasolla. Arvioinnin maastotöiden kustannukset ja ajanmenekki ovat kuitenkin melko korkeita. Mittaajien ja eri aineistojen välillä oli suurta vaihtelua. Mittaus- ja arviointivirheet osoittautuivat ajantasaistettujen puustotunnusten ja niistä johdettujen toimenpide-ehdotusten suurimmaksi virhelähteeksi. Toisaalta kuvioittaisen arvioinnin virhettä sisältävien ajantasaistettujen puustotunnusten luotettavuus pysyi jokseenkin samalla tasolla ajantasaistuksen jälkeen kuin ennen ajantasaistusta. Kasvuennusteiden luotettavuutta ennustettiin kahdella eri menetelmällä: havaittuja virheitä mallittamalla sekä k-lähimmän naapurin menetelmällä. Molemmilla menetelmillä saatiin käyttökelpoisia metsäalueen kasvuennusteiden luotettavuusarvioita. Menetelmät ovat helposti liitettävissä metsäsuunnittelu-ohjelmistoihin, eikä niiden käyttö lisää merkittävästi laskenta-aikaa. Menetelmien käytön rajoitteena on tarvittavien riippumattomien mallitus- ja referenssiaineistojen puute. K-lähimmän naapurin menetelmässä referenssiaineistoa voidaan kuitenkin täydentää jatkuvasti. Tutkimuksen mukaan kasvumallien avulla ajantasaistettu inventointiaineisto voisi soveltua metsäsuunnittelun lähtöaineistoksi sekä puustotunnusten luotettavuuden että päivitetyistä tunnuksista johdettujen toimenpide-ehdotusten käyttökelpoisuuden kannalta.

• Haara, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: arto.haara@metla.fi

Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää tilastopohjaista kasvu- ja tuotosmallia siten, että sillä voitaisiin tarkastella metsien kasvua ja metsien käsittelyn optimointia ilmastonmuutoksen olosuhteissa Suomen alueella. Työssä hyödynnettiin myös fysiologisiin prosesseihin perustuvaa kasvumallia ilmastonmuutoksen aiheuttaman kasvureaktion lähteenä. Aluksi tilastollisen ja fysiologisen kasvumallin ominaisuuksia ja kehitysmahdollisuuksia tarkasteltiin vertailemalla malleilla simuloituja metsiköitä keskenään nykyilmastossa. Seuraavaksi fysiologisella mallilla tehtyjen simulointien perusteella muodostettiin niin sanotut siirtomuuttujamallit, joilla kohoavan lämpötilan ja hiilidioksidipitoisuuden aiheuttama kasvureaktio oli mahdollista siirtää osaksi tilastomallia. Nämä siirtomuuttujamallit tehtiin erikseen pääpuulajeillemme ja niissä puiden tilavuuskasvun lisäystä suhteessa nykykasvuun selitettiin lämpötilan ja hiilidioksidipitoisuuden nousulla, metsikön tiheydellä, puun kilpailuasemalla, metsikön sijainnilla ja metsätyypillä. Lopuksi menetelmää sovellettiin metsäaluetason metsänhoidon optimointilaskelmissa erilaisilla ilmasto- ja metsien käsittelyskenaarioilla käyttäen MELA-ohjelmistoa ja VMI-aineistoa Pohjois-Karjalan alueella. Tilastollinen ja fysiologinen malli tuottivat puun kilpailuaseman suhteen samankaltaisia kasvuja, mutta tilastomalli todettiin kasvureaktioiden kannalta vähemmän herkäksi lähtöpuuston ominaisuuksille ja metsien käsittelylle. Siirtomuuttujamalleja laadittaessa ilmastonmuutoksen aiheuttaman kasvureaktion havaittiin voimistuvan pohjoiseen siirryttäessä. Siirtomuuttujamallit tuottivat loogisia kasvutuloksia tilastomallin osana, joskin myös tilastomallin alkuperäiset ominaisuudet vaikuttivat metsikkötason tuloksiin. Metsäaluetason optimointilaskelmissa ilmastonmuutoksen aiheuttama kasvunlisäys lisäsi, kuten oli oletettavissa, myös suurinta mahdollista kestävää hakkuumäärää aluetasolla. Kasvun lisäntyminen lisäsi myös harvennushakkuiden määrää suhteessa päätehakkuisiin, koska metsiköt saavuttivat harvennusrajat aiemmin. Optimointi lisäsi myös hakkuita kivennäismailla ilmastonmuutoksen olosuhteissa, koska lisäkasvu oli edullisemmin hyödynnettävissä kuin turvemailla. Työssä kehitetty menetelmä on jatkossa sovellettavissa vastaavien laskelmien tekoon halutuilla ilmastoskenaarioilla koko Suomen osalta.

• Matala, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: juho.matala@joensuu.fi

Kiinnostus metsäekosysteemejä kuvaaviin muuttujiin, joita voidaan arvioida optisilla kaukokartoitusmenetelmillä, on kasvanut viime vuosina. Kaukokartoitustekniikoiden yleinen sovellettavuus ja satelliittikuva-aineistojen spatiaalisten ja ajallisten resoluutioiden kirjo mahdollistavat kaukokartoitusmenetelmien soveltamisen terrestristen ekosysteemien rakenteen ja toiminnan laaja-alaisessa tutkimuksessa. Edellytys näiden menetelmien kehittämiselle on kuitenkin ymmärtämys mitattujen spektristen signaalien syntyyn vaikuttavista fysikaalisista tekijöistä. Pohjoisen pallonpuoliskon boreaaliset havumetsät muodostavat maapallon suurimman yhtenäisen metsävyöhykkeen. Kaukokartoituksen näkökulmasta yleisesti tunnustettu, mutta huonosti ymmärretty ilmiö on näiden havumetsien matala heijastussuhde verrattuna lehtimetsiin. Ainoa tapa tämän ilmiön ymmärtämiseen on säteilyn kulun tutkiminen havumetsien latvustossa. Väitöskirjassa tutkittiin havumetsien spektristen ja rakenteellisten tekijöiden välistä riippuvuutta empiirisissä ja simulointitutkimuksissa. Saatua uutta tietoa sovellettiin suomalaisten havumetsien lehtialaindeksin arvioimiseen optisilta satelliittikuvilta. Väitöskirjan ensimmäinen osa keskittyi latvuston mikro- ja makrotason ryhmittymisilmiön ja metsän heijastaman säteilyn välisen riippuvuuden tutkimiseen. Tulokset osoittivat, että latvuskoko ja –muoto ovat tärkeitä metsikön heijastussuhdetta muokkaavia tekijöitä. Lisäksi havaittiin, että havumetsien matalaa heijastussuhdetta lähi-infrapuna-alueella selittää pääasiallisesti versojen sisällä tapahtuva säteilyn sironta. Väitöskirjan toinen osa keskittyi lehtialaindeksin arvoimiseen optisista satelliittikuvista kasvillisuusindeksien ja metsikön fysikaalisen heijastusmallin invertoimisen avulla. Molemmat menetelmät osoittivat soveltuvuutensa lehtialaindeksin arvoimiseen. Yleinen havainto oli, että aiemmin menetelmissä vähän käytetty keskilähi-infrapuna-alue parantaa kaukokartoitettuja lehtialaindeksien estimaatteja havumetsissä.

• Rautiainen, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: miina.rautiainen@helsinki.fi

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella miten salamoiden ominaisuudet vaikuttavat todennäköisyyteen, että yksittäinen salaman isku sytyttää metsäpalon (sytyttämistodennäköisyys), tutkia salaman sytyttämien metsäpalojen ajankohtaa ja sijaintia Suomessa, sekä tarkastella ilmastosta johtuvaa metsän palavan aineksen kosteuden vaihtelua. Tämän tutkimuksen merkittävin aineisto oli Sisäasiainministeriön ylläpitämä onnettomuustietokanta ja siihen ilmoitetut salaman sytyttämät metsäpalot. Yksittäiset metsäpalot liitettiin yksittäisiin salaman iskuihin, jotta kyettiin laskemaan jokaiselle iskulle sytyttämistodennäköisyys. Kehitettiin menetelmä salamoiden ryhmittelemiseksi ukkosiin ja näille ukkosille laskettiin ominaispiirteitä, joita vertailtiin iskujen sytyttämistodennäköisyyksiin. Palavan aineksen kosteus arvioitiin meteorologisten aineistojen perusteella. Tulokset tukivat hypoteesia, jonka mukaan yksittäinen isku pienessä ukkosessa sytyttää todennäköisemmin metsäpalon kuin isku suuressa ukkosessa. Toisaalta tulokset olivat ristiriidassa teorioiden kanssa, joiden mukaan positiiviset iskut (positiivinen napa pilvessä ja negatiivinen maassa) sekä iskut salamoissa, joissa on paljon iskuja sytyttäisivät metsäpalon suuremmalla todennäköisyydellä kuin negatiiviset iskut sekä iskut salamoissa, joissa on vähän iskuja. Tuloksien mukaan positiiviset ja negatiiviset iskut sytyttivät metsäpalon yhtä todennäköisesti ja iskun sytyttämistodennäköisyys oli sitä pienempi mitä enemmän salamassa oli iskuja. Metsien palava aines oli kuivimmillaan toukokuun lopussa ja kesäkuussa Etelä-Suomessa ja kesäkuun lopussa Pohjois-Suomessa. Salamointi kuitenkin sytytti eniten metsäpaloja vasta heinäkuussa. Palava aines oli huomattavasti kuivempaa ja salaman iskut lukuisampia Etelä- kuin Pohjois-Suomessa. Näistä syistä salaman sytyttämien metsäpalojen tiheys oli 20-kertainen Etelä-Suomessa verrattuna Pohjois-Suomeen. Olettaen, että ilman ihmisvaikutusta metsäpalot esiintyisivät tietyllä paikalla Etelä-Suomessa vähintään sadan vuoden välein, olisi vastaava metsäpalojen välinen aika Pohjois-Suomessa useita tuhansia vuosia. Jos luonnollista häiriödynamiikkaa pyritään mukailemaan metsien käsittelyssä ja ennallistamisessa, tämä etelän ja pohjoisen välinen ero tulisi ottaa huomioon.

• Larjavaara, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: markku.larjavaara@helsinki.fi

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

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, voidaanko kuusen [Picea abies (L.) Karst.] paakkutaimien istutuskautta pidentää toukokuusta kesä – heinäkuulle ilman merkittävää, kuivuudesta johtuvaa kuolleisuuden lisääntymistä ja kasvun hidastumista. Tämän lisäksi selvitettiin pakkasvarastoitujen kuusen paakkutaimien sulatukseen liittyviä riskejä ja niiden vaikutusta taimien elossa oloon ja kasvuun. Kuivuuden vaikutusta kasvussa olevien 1,5-vuotiaiden taimien maasto-menestymiseen tutkittiin kuivattamalla taimia ennen istutusta kasvihuoneessa ja altistamalla eriasteisesti kuivatettuja taimia istutuksen jälkeisille kuivuusjaksoille taimitarhapellolla. Istutuksen jälkeisille kuivuusjaksoille altistettiin myös pidennetyn pakkasvarastoinnin avulla lepotilaisina (merkityksessä versot eivät kasva pituutta) pidettyjä taimia. Pakkasvarastoitujen taimien sulatukseen liittyviä riskejä tutkittiin sulattamalla 1-vuotiaita taimia eripituisia aikoja erilaisissa lämpötiloissa ennen istutusta kasvihuoneeseen, taimitarhapellolle ja avohakkuuaukealle. Istutusta seuranneet kuivuusjaksot hidastivat kesä-heinäkuun vaihteessa kasvavina istutettujen taimien pituuskasvua ja juurtumista. Kuivuusjaksojen lisäksi istutusta edeltävä paakkujen ja etenkin taimien kuivuminen, hidasti taimien pituuskasvua ja juurtumista sekä lisäsi kuolleisuutta istutuksen jälkeen. Sääolojen vuotuisesta vaihtelusta johtuva maan kuivuuden ja haihdunnan voimakkuuden vaihtelu, ja siten myös taimien elossa olon ja kasvun vaihtelu kuivuusjaksojen aikana oli suurta. Vuodesta riippumatta kuitenkin vasta yli kahden viikon pituinen kuivuusjakso kesä-heinäkuussa lisäsi merkittävästi hyvin kasteltujen, kasvavina istutettujen taimien kuolleisuutta. Pakkasvarastoinnin pidentäminen kesäkuun lopulle ei vähentänyt havaittavasti taimien neulasten hiilihydraattipitoisuutta eikä heikentänyt taimien maasto-menestymistä. Poiketen saman taimierän kasvavina istutetuista taimista, kuivuus-jaksoilla ei ollut vaikutusta kesäkuun lopussa lepotilaisina istutettujen taimien juurtumiseen ja klorofyllin fluoresenssiin. Kuivuusjaksoilla oli myös vähäisempi vaikutus lepotilaisina istutettujen taimien vesipotentiaaliin. Kasvavina istutetut taimet kuitenkin juurtuivat lepotilaisina istutettuja taimia paremmin lukuun ottamatta pisimpiä (>= 3 viikkoa) kuivuusjaksoja. Pakkasvarastoitujen taimien istuttaminen sulattamatta voi haitata taimien kasvua ja lisätä kuolleisuutta maan lämpötilasta riippumatta, etenkin jos maa kuivaa istutettaessa. Paakkujen sulamisen ja taimien maasto-menestymisen kannalta turvalliset sulatusajat ja -lämpötilat olivat 4–8 vrk ja 9–12 ºC.

• Helenius, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: pekka.helenius@metla.fi

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli analysoida puun vedenvirtausta dynaamisten mallien avulla. Tämä työ on luonteeltaan poikkitieteellinen: puun vedenvirtausta, joka kuuluu puiden fysiologian tutkimusalaan, tarkastellaan fysiikan alalla yleisesti käytettävällä metodilla. Työssä kehitettiin viisi erilaista mallia, jotka perustuivat vedenvirtauksen ja lämmönsiirtymisen fysikaaliseen taustaan. Malleilla tarkastellaan haihdutuksen aiheuttamaa veden virtausta ja veden jännityksen (=negatiivinen paine) etenemistä, embolismin vaikutusta veden virtaukseen ja embolismin palautumista. puun rungossa. Yhdellä mallilla tarkastellaan lisäksi lämpötasemenetelmään perustuvan virtausmittausjärjestelmän toimivuutta. Veden virtausta ja veden jännityksen etenemistä tarkastellaan kahdella eri mallilla, jotka perustuvat oletukseen, että puun rungon mantopuun läpimitta vaihtelee painemuutosten aiheuttamana. Tätä lähestymistapaa ei ole käytetty aikaisemmissa vedenvirtausmalleissa, jotka pääosin perustuvat veden määrän ja sen paineen yhteydelle eli n.k. kapasitanssikäsitteelle. Tässä työssä käytetty lähestymistapa mahdollistaa mallin tuottamien ennusteiden vertaamisen elävien puiden helposti mitattaviin läpimittamuutoksiin.. Mallitarkastelu tuotti uutta tietoa veden virtauksen dynamiikasta mm. sen että painemuutokset etenevät suhteellisen nopeasti, muutamassa minuutissa puun latvasta tyvelle. Viiveen suuruuteen vaikuttavat puun pituus, mantopuun määrä, mantopuun elastisuus ja vedenläpäisykyky. Mallien tulokset tukevat koheesioteriaa ja mallitulokset antavat viitteitä siitä, millaiseksi puun rakennesuhteet kehittyvät. Nämä tulokset ovat sopusoinnussa kirjallisuudessa esiintyvien mittaustulosten kanssa, mutta ovat ristiriidassa puun rakennesuhteita kuvaavan nk piippumalliteorian kanssa. Embolismin palautumismalli perustuu aikaisemmin kirjallisuudessa esitettyyn hypoteesiin, jonka mukaan embolisoitunut solu voi palautua toiminnalliseksi (= täyttyä uudelleen vedellä), vaikka viereisissä soluissa veden paine on negatiivinen. Mallin tulosten perusteella embolismin palautuminen on mahdollista normaaleissa fysiologisissa olosuhteissa (veden jännitys, elävien solujen osmoottinen paine jne.) edellyttäen, että elävien solujen solukalvojen läpäisevyys on erilainen saman solun eri puolilla. Veden virtauksen mittauksessa käytettävä lämpötasemenetelmä olettaa, että puun runkoa lämmitettäessä rungon sisäinen lämpötila on homogeeninen. Mallitulokset osoittavat, että rungon sisäinen lämpötila on, virtauksen suuruudesta ja virtausprofiilista riippuen, läpimitaltaan muutamaa senttiä paksummalla rungolla hyvinkin epähomogeeninen, ja että lämpötasemenetelmä ei ole näin ollen luotettava paksummilla rungoilla. Tämä tutkimus osoittaa, että fysikaaliseen perustaan rakentuvat yksinkertaisetkin dynaamiset mallit voivat olla erinomaisia työkaluja luonnon prosessien tutkimisessa ja niiden avulla voimme lisätä ymmärrystämme luonnonilmiöiden taustalla olevista mekanismeista. Mallitarkastelun avulla voimme myös saada tietoa siitä, mihin suuntaan mittalaitteita täytyy kehittää ja mihin tutkimuskokonaisuuden olennaisimpiin osa-alueisiin rajalliset mittausresurssit kannattaa kohdentaa.

• Perämäki, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: martti.peramaki@helsinki.fi

Nopeakasvuiset ja tuottoisat istutusmetsät muodostavat yhä tärkeämmän puun lähteen tropiikissa, ja siellä puuntuotoksen lisääminen onkin tärkeä taloudellinen tavoite. Costa Ricassa tai muissa Väli-Amerikan maissa ei useimpienkaan istutusmetsien, eikä etenkään iäkkäämpien istutusmetsien, tuottoisuus ole vastannut odotuksia. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella metsänkäsittelytapojen ja laatupuun tuottamisen välisiä suhteita ja sitä kautta kehittää tehostettuja metsänhoitoskenaarioita, joiden avulla vaihtoehtoisilla puuntuotantotavoilla päästäisiin hyviin taloudellisiin tuloksiin. Tutkimusaineisto kerättiin eri puolilta Costa Ricaa, kattaen lähes kaikki ne ilmastotyypit, joissa T. grandis-metsiköitä on istutettu ja joihin laji on sopeutunut hyvin. Metsikkötasolla tutkimus koostui periaatteessa kasvu- ja tuotosparametrien mittaamisesta ja puutasolla puun ominaisuuksien analysoinnista sekä metsänkäsittelytapojen ja kasvupaikkojen välisten suhteiden tutkimisesta. Hyvin intensiiviset ja oikein ajoitetut harvennukset lisäsivät sekä yksittäisten puiden että metsikön tilavuutta, toisin sanoen mahdollisimman suuren kasvun tavoitteleminen puutasolla ei suurestikaan vähentänyt metsikkötason tuotosta. Karsinta kohtuulliselle korkeudelle ja oikeaan aikaan ei pienentänyt puun kasvua tai metsikön tuotosta. Karsinta saattaa lisäksi parantaa rungon muotoa (korkeampi muotoluku, hitaampi rungon kapeneminen) sekä lisätä sydänpuun osuutta. Tärkeiden ominaisuuksien, kuten sydänpuun osuuden ja puun tiheyden, havaittiin riippuvan enemmän puiden iästä kuin metsänkäsittelytavoista, etenkin nuorissa istutusmetsiköissä. Tutkimuksessa laadittiin kasvuskenaarioita 20 ja 30 vuoden kiertoajoilla korkean, keskitason ja matalan viljavuuden kasvupaikoille tavoitteena korkea kasvu sekä puu- että metsikkötasolla. Erilaiset kasvupaikkatyypit, tuotantotavoitteet, kiertoajat ja diskonttokorot johtivat selviin kannattavuuseroihin kasvuskenaarioiden välillä.

• Pérez, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: diegoperez@racsa.co.cr