Dissertationes Forestales vol. 2017 | 2017

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

Tämä väitöskirja tutkii jatkuvapeitteisen metsänhoidon taloutta. Tutkimuksessa yhdistetään jatkuvapeitteisen metsänhoidon taloudellinen kuvaus metsien kasvua kuvaaviin empiirisesti estimoituihin kokoluokkarakenteisiin ja puukohtaisiin malleihin. Optimointiongelma ratkaistaan yleisessä muodossa käyttäen gradientteihin perustuvia sisäpistemenetelmiä. Tulosten riippuvuus ekologisista ja ekonomisista parametreista selvitetään herkkyysanalyysilla. Väitöskirja koostuu yhteenvedosta sekä neljästä artikkelista, joissa ratkaistaan taloudellisesti optimaalinen jatkuvapeitteinen metsänhoito yhden ja monen puulajin metsille. Tulokset esitetään optimaalisille harvennuksille ja puuston rakenteelle, sekä biodiversiteettirajoitteella että ilman. Lisäksi tutkitaan optimaalista transitiota eri alkutiloista kohti pitkän aikavälin tasapainotilaa, korkokannan ja harvennuskustannusten vaikutusta taloudellisesti optimaaliseen puuston rakenteeseen ja hakkuiden ajoitukseen, sekä kuinka tulokset vertautuvat Suomen ja Ruotsin lainsäädäntöihin. Tulosten mukaan hakkuut yleensä kohdistuvat suurimpiin puihin. Monen puulajin metsissä paremmilla kasvupaikoilla lajimonimuotoisuus kasvaa korkokannan noustessa, pitkän aikavälin tasapainotilan ollessa sekametsä. Lajimonimuotoisuus lisääntyy myös, kun biodiversiteetti huomioidaan metsänhoidon optimoinnissa. Hakkuiden ajoitus ja voimakkuus riippuvat sekä korkokannasta sekä kiinteistä hakkuukustannuksista, ja jos alkutila on kaukana pitkän aikavälin tasapainotilasta, laeista löytyvät rajat rikotaan etenkin transitiovaiheessa

• Rämö, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: janne.ramo@helsinki.fi

Luonnontilaisten ekosysteemien heikentyminen ja häviäminen ovat maailmanlaajuisesti merkittävimpiä syitä biologisen monimuotoisuuden heikkenemiselle. Koska suuri osa luonnon monimuotoisuudesta esiintyy metsäekosysteemeissä, on niiden ennallistamisesta tullut yksi tärkeimmistä keinoista hillitä maailmanlaajuista lajien häviämistä. Ennallistamisella tarkoitetaan yleisesti toimenpiteitä, joilla pyritään nopeuttamaan ekosysteemien palautumista lähemmäs niiden arvioitua luonnontilaa.

Tässä väitöskirjassa selvitettiin metsien ennallistamisen ekologisia vaikutuksia boreaalisissa metsissä. Käytetyt ennallistamismenetelmät (ennallistamispoltto, pienten latvusaukkojen tekeminen ja lahopuun lisäys) pyrkivät palauttamaan luonnonmetsien tyypillisiä rakennepiirteitä aikaisemmin talouskäytössä olleisiin metsiin. Ennallistamisen vaikutuksia tutkittiin suhteessa metsän ikärakenteen ja puulajisuhteiden muutoksiin sekä lahopuun määrään ja laatuun. Työssä selvitettiin myös muutoksia tutkittujen kohteiden lahottajasienilajistossa, erityisesti kääpäyhteisöissä. Tarkoituksena oli selvittää, voidaanko ennallistamisella parantaa myös harvinaisten ja uhanalaisten lajien asemaa metsissä.

Arvioiduista menetelmistä metsien ennallistamispoltto yhdistettynä pienten latvusaukkojen tekoon vaikutti lupaavimmalta menetelmältä kohteiden taimettumisen parantamiseksi sekä puulajiston monipuolistamisen kannalta. Lahopuun ennallistaminen - tuottamalla pysty- ja maalahopuuta - lisäsi kohteilla olleiden lahottajasienten määrää verrattuna ennallistamattomiin metsiin, mutta lahottajalajisto koostui pääosin tavanomaisista kääpälajeista. Syy lajiston yksipuolisuudelle arvioidaan olevan lahopuun laadussa, koska tuotetut lahopuut olivat vielä lahoamissukkessionsa alkuvaiheessa - suuri osa uhanalaisista kääpälajeista kykenee hyödyntämään ainoastaan pidemmälle lahonneiden puiden runkoja. Tulosten mukaan lahopuuta on syytä tuottaa tekemällä sekä pysty- että maalahopuita, koska niillä elää osin eri lahottajalajistoa.

Yhteenvetona voidaan sanoa, että monia luonnonmetsille tyypillisiä rakennepiirteitä, kuten lahopuun määrää, voidaan palauttaa talouskäytön seurauksena yksipuolistuneisiin metsiin. Lahopuun ennallistaminen lisää myös useiden lahottajasienten elinmahdollisuuksia ennallistetuissa metsissä. Lyhyellä aikavälillä toimenpiteet eivät kuitenkin näytä hyödyttävän harvinaisia ja uhanlaisia kääpälajeja. Tulosten perusteella näyttää, että metsien kaikkien rakennepiirteiden palauttamiseen menee huomattavasti tässä työssä käytettyä aikaväliä (5-10 vuotta toimenpiteistä) pidempi aika johtuen pohjoisten havumetsien suhteellisen hitaasta kasvusta ja puiden lahoamisesta. Tämä työ pyrkii antamaan lisätietoa metsien ennallistamisen lyhyen aikavälin vaikutuksista, mutta kokonaisvaltainen kuva ennallistamisen vaikutusten ymmärtämiseksi edellyttää huomattavasti pidemmän aikavälin seurantatutkimuksia.

• Pasanen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: hpasanen@live.com

Valtakunnalliset ja alueelliset arviot metsien vaihtoehtoisista käyttömahdollisuuksista ja tulevista hakkuumahdollisuuksista perustuvat yleensä Valtakunnan metsien inventoinnin (VMI) tuottamaan koeala-aineistoon. Tarve vastaavanlaisille skenaariolaskelmille paikallisella tasolla on lisääntynyt kuten myös tarve sisällyttää laskelmiin paikkaan sidottua tietoa. VMI:n suhteellisen harvan otannan takia skenaariolaskelmia ei kuitenkaan voi tehdä pelkästään VMI-koealojen perusteella maakuntatasoa pienemmillä alueilla. Väitöskirjassa selvittiin mahdollisuutta tuottaa laskelmien lähtöaineisto VMI-koealoja, satelliittikuvia ja k:n lähimmän naapurin estimointimenetelmää käyttäen. Menetelmää hyödynnettiin ensin arvioitaessa metsien hallinnollisten ja teknisten käyttörajoitusten vaikutusta puuntuotantoon kahden kylän alueella Itä-Suomessa. Toisessa sovelluksessa arvioitiin liito-oravalle sopivien elinympäristöjen määrän kehittymistä kolmessa eri hakkuuskenaariossa metsäkeskusalueittain.

Skenaariolaskelmissa käytettiin MELA (Metsälaskelma) -ohjelmistoa. Laskentakuviot puuston kehitys- ja käsittelyvaihtoehtojen simulointia varten muodostettiin satelliittikuvien segmentoinnin ja puuntuotannon rajoitustietojen avulla. Laskentakuvioille haettiin satelliittikuvien avulla sävyarvoiltaan lähimmät VMI-koealat, joille estimoitiin uudet painot eli edustavuus kyseisellä laskentakuviolla. Työssä tarkasteltiin erilaisten segmentointimenetelmien ja sävyarvopiirteiden käyttöä estimoinnissa. Metsikkökuvioita mahdollisimman hyvin vastaavien segmenttien ansiosta liito-oravalle sopivien elinympäristöjen ennustamisessa voitiin käyttää kuvio- ja maisematason malleja.

Laskenta-aineiston tuottaminen satelliittikuviin perustuvalla koealapainojen estimoinnilla osoittautui käyttökelpoiseksi menetelmäksi, joka mahdollistaa skenaariolaskelmat pienemmillä alueilla kuin olisi mahdollista pelkän VMI-koeala-aineiston avulla, esimerkiksi kuntatasolla. Hyvän maantieteellisen kattavuuden ja jatkuvuuden ansiosta satelliittikuvat ja VMI ovat kustannustehokkaita tietolähteitä ja esitetyn menetelmän avulla VMI-aineistoa voidaan käyttää metsien käyttö- ja tuotantomahdollisuuksien arvioinnissa myös paikallistasolla.

• Haakana, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: helena.haakana@luke.fi

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, millainen metsä koetaan kauniina, ja miten metsänkäsittely vaikuttaa maisemaan. Kiinnostuksen kohteena olivat myös maisemavaikutuksiin liittyvät mielikuvat, mahdolliset arvioijaryhmien väliset erot ja vuodenajan vaikutus maisemaan. Tutkimus oli psykofyysinen preferenssitutkimus, jossa metsikkötason maisema-arvostuksia ja sen muutoksia selitettiin puustoa, käsittelyä ja vuodenaikaa kuvaavilla muuttujilla. Tutkimus oli käyttäjälähtöinen, eli siinä selvitettiin asiantuntijanäkemysten sijaan kansalaisten ja matkailijoiden yleisiä maisemamieltymyksiä.

Kaikissa osatutkimuksissa käytettiin metsästä otettuja valokuvia näkymien arviointiin. Käytetty kuva-aineisto sisälsi puulajikoostumukseltaan, metsänkäsittelyltään ja puuston kehitysvaiheeltaan tyypillisiä suomalaisia talousmetsiä. Kohteena olivat talousmetsien ohella kaupunkimetsät ja matkailualueet. Kuva-arviointeja kerättiin sekä suomalaisilta että Lappiin saapuneilta ulkomaalaisilta matkailijoilta.

 Tutkimuksen mukaan ihmiset pitävät eniten järeästä ja suhteellisen harvapuustoisesta metsästä. Metsän uudistamisen koettiinkin aina rumentavan maisemaa. Uudistamisen aiheuttama maisema-arvon romahtaminen jää kuitenkin verraten lyhytaikaiseksi, jos se suhteutetaan metsän koko kiertoaikaan. Luontainen uudistaminen siemenpuustolla on maisemallisesti selvästi parempi vaihtoehto kuin uudistaminen viljelemällä. Metsän maisema-arvoa voidaan myös lisätä metsänkäsittelyllä, etenkin jos se kohdistuu tiheään, hoitamattomaan puustoon. Puuston tiheys haittaa erityisesti suomalaisia. Muilta osin suomalaisten ja ulkomaalaisten matkailijoiden metsämaisema-arvostukset näyttäisivät olevan hyvin samansuuntaisia.

Mielikuvat metsänkäsittelyjen maisemavaikutuksista olivat pääpiirteissään hyvin yhtenevät koettujen vaikutusten kanssa – kaikki käsittelyt, joiden arveltiin lisäävän metsien kauneutta, lisäsivät sitä kuva-arviointien perusteella myös käytännössä.

Maisema-arvon ennustaminen ei ole yksiselitteistä, sillä ryhmien ja etenkin yksilöiden välillä on selkeitä eroja maisema-arvostuksissa. Ryhmistä esimerkiksi metsänomistajat ja metsäalan ammattilaiset kokevat metsänkäsittelyjen maisemavaikutukset myönteisempinä kuin muut. Suhtautuminen metsänkäsittelyyn näyttää siten vaikuttavan myös käsittelystä aiheutuvan maisemavaikutuksen kokemiseen.

Tutkimus osoittaa, kuinka ainutkertainen ja hetkeen sidottu kokemus maisema on. Sama metsikkö saatetaan kokea hyvin erilaisena kesä- ja talviasussaan. Keskimäärin talousmetsät näyttävät soveltuvan virkistys- ja matkailukäyttöön selvästi paremmin talvella lumen aikaan kuin kesällä sulanmaan aikaan. Ero on erityisen selvä maisemaa voimakkaasti muuttavien metsänkäsittelyjen, kuten metsän uudistamisen kohdalla.

• Silvennoinen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: harri.silvennoinen@uef.fi

Abioottiset ja bioottiset häiriöt ovat ajallisesti hetkellisiä ja satunnaisia tapahtumia, jotka muuttavat ekosysteemiä vähentäen sen biomassaa. Ne ovat avainasemassa metsäekosysteemissä, mutta kasvatusmetsissä aiheuttavat riskin metsän tuottavuudelle. Ilmastonmuutos tullee lisäämään eri metsätuhojen riskiä boreaalisissa metsissä. Euroopassa merkittävimmän tuhoriskin kuusivaltaisille metsille (Picea abies) aiheuttavat juurikääpä (Heterobasidion annosum s.l.), tuuli ja kirjanpainaja (Ips typographus). Juurikääpä aiheuttaa metsiköissä kasvutappioita, kuolleisuutta sekä vähentää puutavaran arvoa. Lisäksi se vähentää puiden mekaanista vastustuskykyä tuulta vastaan ja lisää metsiköin alttiutta tuulituhoille. Kirjanpainajat hyötyvät heikoista puista, kuten tuulenkaadoista, silloin kun niiden kanta on pieni ja voivat hyvissä olosuhteissa aiheuttaa massiivisiakin tuhoja. Väitöskirja esittää uuden WINDROT-mallikonaisuuden, jonka avulla voidaan simuloida eri tuhoaiheuttajien välisiä yhdysvaikutuksia. WINDROT-mallikokonaisuus koostuu neljästä simulaatiomallista, joista jokainen vastaa joko metsikön tai tuhonaiheuttajan dynamiikasta. MOTTI-ohjelmisto simuloi metsikön kasvua ja dynamiikkaa ottaen huomioon metsänhoidon. Hmodel-, HWIND- ja BBDYN –mallit simuloivat kukin yhden tuhonaiheuttajan kehitystä metsikkötasolla. Mallikokonaisuuden tarkastelu puu- ja metsikkötasolla osoitti, että: i) juurikäävän dynamiikkan merkittävin tekijä ovat itiö- ja juuristotartunnat suuriin kantoihin, ii) juurikäävän lisääntyvä määrä metsikössä lisää metiskön alttiutta tuulituhoille; sekä iii) tuulituhojen määrä vaikutti niitä seuraaviin kirjanpainajatuhoihin. Mallikokonaisuutta voidaan jatkossa käyttää eri metsänkasvatusketjujen riskiarviointiin erilaisissa skenaarioissa.

• Honkaniemi, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: juha.honkaniemi@helsinki.fi

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

Koneellisen metsänistutuksen kysynnän odotetaan kasvavan tulevaisuudessa. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tutkia koneellista metsänistutusta Suomessa ja etsiä keinoja sen tuottavuuden kehittämiseksi. Väitöskirja koostui viidestä vertaisarvioidusta tieteellisestä julkaisusta (I-V). Näiden pohjalta luotiin neljä osatavoitetta, jotka keskittyvät tuottavuuteen ja kustannustehokkuuteen, automatisointiin, kapasiteetin käyttöön ja koneellisen istutuksen laatuun.

Vaikka koneellisen istutuksen tuottavuus on korkeampi kuin käsin istutuksessa, ei se vielä ole kustannustehokkaampaa. Kuitenkin koneellisen istutuksen tehokkuutta on mahdollista nostaa ammattitaitoisilla kuljettajilla ja työkohteiden valinnalla, jolloin on mahdollista päästä kaivinkoneella tehtävää laikkumätästystä ja käsinistutusta matalampiin kustannuksiin. Tuottavuuden nostaminen ja siten käyttökustannuksien pienentäminen on mahdollista tehokkaalla taimien automaattisyöttölaitteella, mutta tutkimuksessa mukana ollut Risutec APC ei vielä tähän tavoitteeseen yltänyt. Istutuskonekapasiteettiä voitaisiin hyödyntää tehokkaammin, jolloin koneellisen istutuksen tuottavuus ja kustannustehokkuus parantuisivat. Koneiden tekninen käyttöaste oli hyvä ja koneellisen istutuksen laatu oli korkea. Optimoimalla ja tehostamalla koko koneellisen metsänuudistamisen ketjua taimitarhalta aina istutukseen saakka voitaisiin minimoida koneellisen istutuksen kokonaiskustannuksia.

Jotta koneellinen istutus olisi tehokasta, yhteenvetona voidaan sanoa, että seuraavien kriteereiden täytyy täyttyä: istutuskoneiden täytyy olla toimintavarmoja, kuljettajien ammattitaitoisia, työmaiden sopivia, taimimateriaalin laadukasta ja saatavilla sekä taimihuollon toimia. Tulevaisuudessa on tärkeää jatkaa sekä olemassa olevien istutuskoneiden että kokonaan uusien koneratkaisujen, kuten jatkuvatoimisen istutuskoneen, kehittelyä, joilla saadaan tuottavuutta nostettua.

• Laine, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: tiina.laine@luke.fi

Tutkimuksessa analysoitiin hiilen, veden ja energian vaihdon dynamiikkaa ja niihin vaikuttavia biofysikaalisia tekijöitä aavikkoisella pensasarolla Pohjois-Kiinassa, vuosina 2012-2014 tehtyjen hiilivuomittausten avulla. Alhainen maan vesipitoisuus vaikutti voimakkaasti hiilen assimilaatioon ja energiataseeseen eri vuorokauden ja vuoden aikoina. Alhainen vesipitoisuus vähensi päivällä ekosysteemin nettohiilenvaihtoa. Se vähensi myös kokonaishengityksen lämpötilariippuvuutta. Sadekuurot lisäsivät välittömästi hiilen vapautumista ekosysteemistä. Ne lisäsivät myös 1-2 päivän viiveellä hiilen sitoutumista ekosysteemiin. Kasvillisuuden lehtipinta-ala selitti 45 ja 65 % ekosysteemin nettohiilenvaihdon ja kokonaistuotannon kausittaisesta vaihtelusta. Vuosittaiset sääolosuhteet vaikuttivat voimakkaasti siihen, oliko ekosysteemi hiilen lähde vai nielu. Tarkastelujakson 2012-2014 kuluessa ekosysteemi muuttui hiilen nielusta (77 ± 10 g C m^-2 yr^-1 vuonna 2012) hiilen lähteeksi (-22 ± 5 g C m^-2 yr^-1 vuonna 2014). Tämä tutkimus osoitti, että biofysikaaliset tekijät säätelevät vahvasti aavikkoisen pensasaroekosysteemin hiilen, veden ja energian vaihdon dynamiikkaa. 

• Jia, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: xinjia@bjfu.edu.cn

Maankäyttömuutos, joka usein sisältää suoalueen kuivatuksen sekä alkuperäisen suosademetsän korvaamisen vähemmän biomassaa tuottavalla kasvillisuudella, on muuttanut Kaakkois-Aasian suoalueet hiilen nieluista hiilen lähteiksi. Suolta vapautuvan hiilidioksidin (CO₂) määrän on havaittu riippuvan maankäyttömuutoksesta, mikä johtunee turpeen hajotettavuuden heikentymisestä, mutta yhteys hajotusprosessien ja maankäyttömuutoksen välillä on heikosti tunnettu.

Lisätäksemme tietämystä maankäyttömuutoksen vaikutuksista hajotusprosesseihin, tutkimme turpeen fyysisiä (kuivatuoretiheys, huokoisuus, hiukkasjakauma) sekä kemiallisia ominaisuuksia (pH, tuhka, N, P, K, C, Ca, Mg, Mn, Zn, Na, Al, Fe, S, Si sekä liuenneen typen ja hiilen kokonaispitoisuudet ja turpeen kemiallinen rakenne), jotka kummatkin määrittävät turpeen maatumisastetta sekä hajotettavuutta (s.o. substraatin laatu mikrobeille). Turpeen biologisia ominaisuuksia (mikrobibiomassa sekä entsyymiaktiivisuus) käytettiin selittämään hajotusaktiivisuutta useilla maankäyttömuodoilla sekä vasteena turpeen laatua määrittäviin ominaisuuksiin. Tutkimusalueet olivat: lähes luonnontilainen ja kuivatettu suosademetsä, sekä kolme avohakattua ja kuivatettua aluetta, joista yksi oli uudelleen metsitetty, yksi maatalousmaana ja kolmas jättömaana.

Turve oli tiiviimpää, hienompaa ja sisälsi enemmän heikosti hajoavia hiiliyhdisteitä (esim. ligniini) alueilla, jotka oli sekä avohakattu että kuivatettu. Mikrobibiomassa ja hajotusaktiivisuus olivat korkeampia suosademetsän pintaturpeessa, jossa oli myös eniten helposti hajoavia hiiliyhdisteitä (esim. hemiselluloosa). Kuusi vuotta sitten uudelleen metsitetyllä alueella turpeen ominaisuudet eivät olleet palautuneet metsän kaltaiseksiTähän vaikuttivat luultavasti puuston ikä ja pieni koko, jolloin se ei vielä tuottanut riittävästi kariketta, sekä mikrobeihin negatiivisesti vaikuttava kemiallinen heinäntorjunta.

Kasvillisuus, ja erityisesti sen puuttuminen maankäyttömuutoksen myötä, sekä maanmuokkaus ovat tärkeimmät turpeen hajotukseen vaikuttavat tekijät. Voimakkaimmin muokatuilla alueilla, jotka on kuivatettu ja avohakattu, turpeen kemiallinen laatu heikkenee, mikä johtaa pienempään mikrobiaktiivisuuteen.

• Könönen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: mari.kononen@helsinki.fi

Tutkimuksessa analysoitiin maahengityksen temporaalista ja spatiaalista vastetta bioottisiin ja abioottisiin tekijöihin eri aikajänteillä (vuorokausi, vuodenaika) aavikkoisella pensasarolla Luoteis-Kiinassa vuosina 2012-2014. Maan lämpötila selitti hyvin eri vuorokauden aikoina ja vuoden aikoina maahengityksen vaihtelua, kun maan vesipitoisuus oli korkea tai kohtalainen. Alhaisella vesipitoisuudella maahengitys reagoi suuremmalla viiveellä lämpötilaan. Maahengitys lisääntyi lämpötilan lisääntyessä, kun pohjakerroksessa ei ollut lainkaan kasvillisuutta tai siellä oli jäkälää. Vastaavasti se väheni kun pohjakerroksessa oli sammalta. Kasvillisuuden juuristobiomassa ja kariketuotanto sekä maan typpipitoisuus vaikuttivat myös maahengityksen ajalliseen ja spatiaaliseen vaihteluun hiekkadyynillä. Maahengityksen vaihtelu riippui myös pensaskerroksen fenologisesta kehitysvaiheesta. Tämän tutkimuksen perusteella tulisi maan lämpötilavaikutusten lisäksi ottaa huomioon maan vesipitoisuuden ja pohja- ja pensaskerroksen kasvillisuuden vaikutukset maahengityksen temporaaliseen ja spatiaaliseen lämpötilavasteeseen, arvioitaessa aavikkoekosysteemien hiilitasetta ja mallinnettaessa globaalia hiilenkiertoa.  

• Wang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: benwang918@gmail.com

Puiden toiminta muuttuu kun veden määrä niissä vähenee. Veden määrän vähetessä elävät solut puun sisällä voivat kokea kuivuusstressiä ja puun kyky kuljettaa vettä vähenee kun ksyleemi-solukkoon alkaa kertymä ilmaa ilmiössä, jota kutsutaan embolisaatioksi. Veden määrä vähenee puissa niiden kokiessa kuivuutta tai kun ne jäätyvät. Jäätymisen tapauksessa, nestemäisen veden määrä puun sisällä alenee tyypillisesti erittäin nopeasti jäätymisen alettua ja jään kemiallisista ominaisuuksista johtuen jää myös kuivattaa eläviä soluja erittäin tehokkaasti vetämällä nestemäistä vettä puoleensa. Veden liikettä puissa kuvataan usein vesipotentiaalin avulla. Vesipotentiaali alenee paineen laskiessa ja osmoottisen konsentraation noustessa, josta seuraa että vesi kulkee kohti alhaisempaa vesipotentiaalia.

Tässä väitöskirjassa pyrittiin ymmärtämään vesipotentiaalin vaikutuksia puiden elävin soluihin ja ksyleemin hydrauliseen vedenjohtavuuteen alentamalla vesipotentiaalia; kuivuuden ja jäädyttämisen keinoin ja nostamalla osmoottista potentiaalia apoplastisessa tilassa. Apoplastisella tilalla tarkoitetaan tilaa joka käsittää ksyleemin putkilot ja muun tilan elävien solujen ulkopuolella. Vaikutuksia tutkittiin käyttämällä läpimitanmuutos-, lämpötila- ja kaasunvaihtomittauksia.

Alhaisen vesipotentiaalien vaikutuksia eläviin soluihin tutkittiin ksyleemin parenkyymi- ja lehtien mesofyllisolujen tapauksessa. Puiden paksuuskasvua ja veden kuljetusta on tutkittu paljon mittaamalla rungon läpimitanmuutoksia ajan suhteen. Parenkyymisoluilla on yleisesti uskottu olevan vain marginaalinen vaikutus ksyleemin läpimitanmuutoksiin, mutta tämän väitöskirjan tuloksista ilmenee että niillä on merkittävä vaikutus, erityisesti puiden jäätyessä. Mesofyllisoluissa tapahtuvan fotosynteesin tiedetään alentuvan lämpötilan painuessa nolla asteen alapuolelle. Tässä väitöskirjassa näytetään ensimmäistä kertaa miten fotosynteesi nopeus alenee nopeasti jäätymisen alettua puissa ja kuinka se tapahtuu samaan tahtiin elävien solujen kokeman kuivuusstressin kanssa.

Väitöskirjassa tutkittiin myös alhaisen vesipotentiaalin, embolisaation ja jäätymisen vaikutuksia ksyleemin hydrauliseen johtavuuteen ja puiden kykyä havaita ja aktiivisesti kontrolloida embolisaation kehittymistä. Väitöskirja paljasti kuinka jäätyminen ja embolisaatio voi saada aikaan paineen nousuja ksyleemissä, jolla voi olla pitkäkestoisia seurauksia puiden toimintaan ja ksyleemin hydrauliseen konduktanssiin ja joilla voi olla myös suuria ekologisia seurauksia. Kaiken kaikkiaan väitöskirja osoitti miten vesipotentiaalin ja sen vaikutusten keskinäinen suhde ei ole niin yksinkertainen ja lineaarinen kun tieteen alalla on yleisesti ymmärretty.

• Lindfors, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: lauri.lindfors@helsinki.fi

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

Hirvi on Fennoscandian tärkeimpiä riistaeläimiä, mutta samalla myös taimikoiden pahin tuhoeläin. Tässä väitöskirjassa tutkin hirvien elinympäristön valintaa ja tekijöitä, jotka vaikuttavat hirvituhoihin usealla eri valinnan tasolla.

Koealatasolla tuhoja oli sitä enemmän, mitä enemmän koelaoilla oli keinollisesti uudistettuja mäntyjä ja mäntyjä pitempiä lehtipuita. Korkein tuhoriski oli taimikoissa, joissa oli tehty voimakas maanmuokkaus.

Hirvien kesäelinpiireillä oli enemmän ravinteikkaita kasvupaikkoja kuin maisemassa yleensä. Kesäelinpiirien sisällä hirvet käyttivät odotetua enemmän ei-mäntyvaltaisia habitaatteja ja varttuneita metsiä sekä välttivät ihmisasutusta. Talvielinpiireillä oli runsaasti mäntyvaltaisia taimikoita ja suometsiä sekä muita nuoria metsiköitä, mutta vähemmän asutusta ja peltoja kuin tutkimusalueella yleensä. Talvielinpiirien sisällä hirvet käyttivät odotettua enemmän ei-mäntyvaltaisia taimikoita ja varttuneita metsiä, mutta välttivät ihmisasutusta. Elinpiiritasolla sukupuolten välillä ei ollut eroja, mutta elinpiirin sisällä naaraiden ja urosten habitaationvalinta erosi toisistaan sekä kesällä että talvella.

Tuhojen esiintyminen lähiympäristössä ennusti sekä tuhojen esiintymisen että tuhojen määrän lisääntyvän tutkituissa maisemissa. Varttuneiden metsien ja taimikoiden muodostama mosaiikki sisältää runsaasti suojan ja ravintoresurssien vaihtelua, mikä lisäsi ennustettujen tuhojen määrää. Lisääntyvä asutuksen ja teiden määrä vähensivät tuhoja 1 km² ja 5 km² maisemakoolla tarkasteltuina. Tuhoja oli vähemmän alueilla, joilla oli runsaasti mäntyvaltaisia harvennusmetsiä kuin alueilla, joiden puulajikoostumus oli monipuolisempi.

Lapissa tuhoja oli eniten Lounais-Lapissa ja Itä-Lapissa Peräpohjan liuskekivivyöhykkeellä ja Lapin vihreäkivivyöhykkeellä, jotka koostuvat ravinteikkaista kivilajeista. Tuhoja oli eniten taimikoissa, joiden alla oli ravinteikas kallio- ja maaperä. Männyn uudistaminen hienojakoisille maaperille, jotka ovat peräisin ravinteikkaista kallioperistä ja kasvavat luonnostaan kuusta, näyttäisi lisäävän alttiutta hirvituhoille.

• Nikula, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: ari.nikula@luke.fi

Tutkimuksessa selvitettiin metsäojitettujen soiden ennallistamisen vaikutuksia ravinteiden ja orgaanisen hiilen huuhtoutumiseen ja metaanidynamiikkaan. Työ koostuu neljästä alitutkimuksesta. Kahdessa alitutkimuksessa selvitettiin vaikutuksia veden laatuun ja aineiden huuhtoutumiseen, ja ne toteutettiin valuma-aluetasolla. Yksi alitutkimus oli laboratoriokoe, jossa selvitettiin aineiden liukenemista turpeesta anaerobisessa muhituksessa, jolla jäljiteltiin hakkuuta tai ennallistamista seuraavaa nousevaa vedenpintaa. Neljäs tutkimus oli jälleen maastotutkimus, ja siinä selvitettiin luonnontilaisten, ojitettujen ja ennallistettujen korpien metaanipäästöjen eroavaisuuksia. Kaikkiaan tutkimuksessa käsiteltiin 24:ää eri suota, joista yksi oli mukana kahdessa eri alitutkimuksessa.

Tulokset viittaavat siihen, että ennallistamisella voi olla huomattavia vaikutuksia etenkin ravinnerikkaiden kuusivaltaisten soiden tapauksessa. Niissä havaittiin suurimmat liuenneen orgaanisen hiilen ja ravinteiden kuormitus ennallistamisen jälkeen valuma-aluetason tutkimuksissa. Niiltä havaittiin ennallistamisen jälkeen myös huomattavia metaanipäästöjä, suurempia kuin luonnontilaisilta tai ojitetuilta kohteilta. Tulosten perusteella tulisi edelleen tutkia ennallistamisen menetelmiä ja niitä prosesseja, jotka vaikuttavat havaittujen vaikutusten taustalla.

• Koskinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: markku.koskinen@helsinki.fi

• Uotila, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: karri.uotila@luke.fi