Artikkelit jotka sisältää sanan 'ekosysteemimalli'

Metsäiset suot ovat maailmanlaajuisesti merkittäviä hiilivarastoja, mutta ne ovat myös tärkeitä metsän ja muun biotuotannon alueita. Suometsien hoidolla on osin ristiriitaisia tavoitteita, kuten taloudellinen hyöty, ilmastonmuutoksen hillitseminen ja siihen sopeutuminen, sekä vesiensuojelu. Tasapainottaminen näiden tavoitteiden välillä edellyttää ekosysteemiprosessien perusteellista ymmärtämistä sekä mallinnustyökaluja, jotka pystyvät kuvaamaan käsittelyvaihtoehtojen monimutkaiset vaikutukset ekosysteemiin. Tässä työssä esitellään kolme prosessipohjaista ekosysteemimallia, ja niiden sovelluksia ojitettujen turvemaiden konkreettisiin käsittelyskenaarioihin.

Kaikki kolme artikkelia rakentuvat yhteiselle hydrologiselle mallille. Kahdessa tutkimuksessa käsitellään patojen vaikutusta pohjaveden suoveden pinnan korkeuteen ja hiilidioksidipäästöihin trooppisilla soilla. Ensimmäinen tutkimusartikkeli osoittaa, että optimointialgoritmien käyttö ennallistettavan suoalueen patojen sijoittelussa parantaa merkittävästi suon uudelleen vettämistä. Toisessa tutkimusartikkelissa analysoidaan patojen vaikutusta trooppisten suon vedenpinnan korkeuteen ja arvioidaan patojen toimintaa erilaisissa sääolosuhteissa ja erilaisilla turpeen ominaisuuksilla. Kolmannessa tutkimusartikkelissa esitellään ekosysteemimalli, joka keskittyy kuivatuksen vaikutukseen ravinnedynamiikkaan ja metsän kasvuun boreaalisilla soilla. Yhdistämällä hydrologiset ja biogeokemialliset prosessit tämä ekosysteemimalli mahdollistaa toisiinsa liittyvien ilmiöiden, kuten puuston kasvua rajoittavan tekijän tunnistamisen sekä tyypillisten ojaverkoston hoitotoimenpiteiden vaikutuksen ravinnetaseeseen ja metsän tuottavuuteen.

• Urzainki, University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences https://orcid.org/0000-0002-9079-1269 Sähköposti: iurzainki@gmail.com

Tässä tutkimuksessa analysoitiin metsänhoidon ja ilmastonmuutoksen voimakkuuden vaikutusta metsien ainespuuntuotantoon ja hiilivarastoon Suomessa, käyttäen metsikkötason (I)  ja metsäaluetason (II, III) metsäekosysteemimallilaskelmissa 28 maailmanlaajuisen ilmastonmuutosmallin tuloksia (CMIP5 tietokanta, RCP4.5 ja RCP8.5, vuodet 2010-2099.  Eri osatöissä selvitettiin ilmastonmuutoksen voimakkuuden ja puuston harvennusohjelmien (I, III) ja eri puulajien suosimisen (II) sekä hakkuiden ulkopuolelle jätettävän metsäpinta-alan (I) vaikutusta metsien tilavuuskasvuun, hiilenvarastoihin, ainespuutuotantoon ja sen taloudelliseen kannattavuuteen (I) sekä lahopuun määrään metsissä (III).  

Ilmastonmuutoksen vaikutus  metsien tilavuuskasvuun, hiilenvarastoihin, ainespuutuotantoon ja sen taloudelliseen kannattavuuteen sekä metsien lahopuun määrään vaihteli suuresti, riippuen maantieteellisestä alueesta, puulajista ja ilmastonmuutoksen voimakkuudesta. Eri puulajien ja alueiden vaste-erot kasvoivat myös ilmastonmuutoksen voimakkuuden lisääntyessä. Ilmastonmuutoksen kasvuvaikutukset olivat puulajista riippumatta Pohjois-Suomessa positiivisempia kuin Etelä-Suomessa. Koivun kasvu hyötyi eniten ilmastonmuutoksesta Etelä-Suomessa ja sen kasvu lisääntyi myös hyvin voimakkaan ilmastonmuutoksen vallitessa, toisin kuin kuusella ja osin myös männyllä. Hakkuiden ulkopuolelle jätettävän metsäpinta-alan määrän kasvu lisäsi metsien tilavuuskasvua, hiilenvarastoja ja lahopuun määrää, mutta alensi ainespuutuotantoa. Riippuen maantieteellisestä alueesta, puulajista ja ilmastonmuutoksen voimakkuudesta, hyvin erilaisia metsien hoidon sopeuttamiskeinoja voidaan tarvita, tulevaisuudessa jotta voidaan hyödyntää ilmastonmuutoksen positiiviset vaikutukset ja vähentää sen haitallisia vaikutuksia.

• ALRahahleh, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: laith.alrahahleh@uef.fi

Metsäsektori on kyennyt kehittämään monia uusia biopohjaisia ja kestäviä tuotteita yritysasiakasmarkkinoille, mutta sektorilla ei ole vielä nähty uusien metsätuotteiden ja -palveluiden läpimurtoja kuluttajamarkkinoille. Tämä johtuu puutuotteiden korkeammasta hinnasta verrattuna kilpaileviin materiaaleihin, kuten betoniin, teräkseen ja muoviin, mutta sektorilla on myös vain vähän kuluttajamarkkinoille kohdistuvaa innovaatiokehitystä. Jotta pystymme ymmärtämään biotalouden kehitystä, joka tuo myös uusia mahdollisuuksia metsäsektorin kuluttajamarkkinoille, on meidän ymmärrettävä uutta liiketoimintaekosysteemiä. Liiketoimintaekosysteemimalli on kokonaisvaltainen näkymä tämänhetkisistä instituutioista huomioiden sidosryhmien suhteita ja mahdollisuuksia, sekä resursseja ja teknologioita. Näiden käsitteiden parempi ymmärtäminen auttaa kuluttajalähtöisessä metsätuotteiden ja -palveluiden kehityksessä luoden myös kilpailuetua sektorille. Tämä väitöskirja esittelee kokonaisvaltaisen tutkimus- ja kehitysmallin uusien tuote- ja palveluinnovaatioiden synnyttämiseksi metsäsektorille. Koska viimeaikainen metsäsektorin innovaatiotoiminta on ollut teknologialähtöistä, tämä tutkimus keskittyy kuluttajalähtöiseen tuote-, palvelu- ja liiketoimintamallikehitykseen ja näin pyrkii vastaamaan vallitseviin kuluttajatrendeihin. Tutkimuksessa keskeisessä roolissa ovat metsätuotteiden ja -palveluiden vastuullisuus ja kestävyys, sillä nämä ovat yhä tärkeämpiä kuluttajille ja metsäsektorilla on potentiaalia vastata tähän kysyntään. Väitöskirja koostuu yhdestä kirjakappaleesta ja kolmesta vertaisavioidusta artikkelista, joissa jokaisessa on käytössä eri tutkimusmenetelmät. Näiden osajulkaisujen aiheet ja tulokset ovat ryhmiteltynä kolmeen teemaan viitekehyksessä Kuluttajalähtöinen liiketoimintaekosysteemi tutkimus- ja kehitysmalli. Malli laajentaa perinteistä teknologialähtöistä ja kysyntävetoista innovaatiomallia ottaen paremmin huomioon kuluttajien arvot, mahdollistavat resurssit sekä vallitsevat logiikat. Mallissa huomioidaan myös sujuva informaation kulku jokaisessa tutkimus- ja kehitysprosessin vaiheessa tavoitellen uusia kuluttajalähtöisiä ratkaisuja.

• Holopainen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: jani.m.holopainen@helsinki.fi

Ilmastonmuutoksen ja metsänhoidon vaikutus kuusen kasvuun boreaaliisssa olosuhteissa - mallilaskelmiin perustuva analyysi Väitöskirjatyössä tutkittiin, miten ilmastonmuutos ja metsänhoito vaikuttavat kuusen (Picea abies Karst L.) kasvuun boreaalisissa olosuhteissa. Tutkimuksessa käytettiin hyväksi prosessipohjaista ekosysteemimallia, jossa puiden kasvu ja kehitys perustuvat puiden ekofysiologiaan. Mallissa ekofysiologiset prosessit ovat kiinteässä yhteydessä ilmasto-oloihin (säteily, ilman lämpötila, sadanta, ilman kosteus, ilman hiilidioksidipitoisuus) ja maaperäoloihin (veden ja typen saatavuus, maan lämpötila). Ilmaston oletettiin muuttuvan siten, että 2000-luvun lopulla hiilidioksidipitoisuus oli 840 ppm (nyt 351 ppm) sekä vuotuisen keskilämpötila 4o C ja vuotuinen sadanta 6–37 % (pohjoisessa enemmän kuin etelässä) suurempia kuin nykyilmastossa. Mallilaskelmat osoittivat, että Etelä-Suomessa ilmaston lämpeneminen voi lisätä veden haihtumista enemmän kuin sadanta lisääntyy, jolloin vettä virtaisi maaperään nykyistä vähemmän. Tämän seurauksena veden puute rajoittaisi vuosisadan loppupuolella (2050 eteenpäin) kuusen yhteyttämistä ja kasvu nykyistä useammin verrattuna nykyilmastolle tehtyihin laskelmiin. Mallilaskelmat osoittivat, että Etelä-Suomessa kuusen kasvu voi vähentyä 5–20 %, vaikka kasvu voi vielä lähivuosikymmeninä lisääntyä kohoavan lämpötilan ja hiilidioksidipitoisuuden seurauksen. Myös Pohjois-Suomessa ilmaston lämpeneminen vaikututti veden saatavuuteen vuosisadan loppupuolella, mutta veden saatavuudessa tapahtuvat muutokset vaikuttivat vain vähän tai ei lainkaan kuusen kasvuun näissä olosuhteissa. Päinvastoin: ilmastonmuutos voi Pohjois-Suomessa lisätä kuusen kasvua 5–38% verrattuna nykyilmastolle tehtyihin laskelmiin. Mallilaskelmat osoittivat, että vedensaatavuutta voitiin Etelä-Suomessa lisätä tekemällä harvennukset nykyistä voimakkaampina ja kasvattamalla puustoja nykyistä harvempina. Myös Pohjois-Suomessa harvennusvoimakkuus vaikututti veden saatavuuteen, mutta siellä harvennusvoimakkuuden valinnalla ei ollut samaa merkitystä kuin Etelä-Suomessa ilmastonmuutoksen vaikutusten hillinnässä.

• Ge, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: zhenming.ge@uef.fi

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella metsänhoidon ja ilmastonmuutoksen vaikutuksia energiabiomassan ja ainespuun tuotantoon boreaalisissa metsäekosysteemeissä Suomessa. Tämän lisäksi tutkittiin sekä metsänhoidon että ilmastonmuutoksen vaikutuksia metsäekosysteemien hiilivarastoihin ja hiilidioksidivaihtoon. Ensiksi tarkasteltiin ekosysteemimallin avulla eri harvennuskäsittelyjen vaikutuksia metsien kasvuun, ainespuun tuotantoon ja hiilen varastoihin sekä nykyilmastossa että muuttuneessa ilmastossa 90 vuoden ajanjaksolla (Artikkeli I). Samalla tavalla tutkittiin energiabiomassan potentiaalia ja harvennusten ja muuttuneiden ilmasto-olosuhteiden vaikutuksia samanaikaisesti ainespuun tuotantoon ja hiilen varastoihin (Artikkeli II). Työssä kehitettiin myös elinkaarityökalu, jolla voidaan arvioida metsätuotannon CO₂-vaihtoa (Artikkeli III). Työkalua käytettiin ekosysteemimallisimulointien yhteydessä eri metsänhoitotoimenpiteiden (istutustiheys ja harvennuskäsittelyt) vaikutuksien arvioimiseen energiabiomassan tuotannossa ja tuotannon CO₂-päästöjen arvioimisessa 80 vuoden kiertoaikaa käyttäen (Artikkeli III&IV). Tulosten perusteella muuttuneet ilmasto-olosuhteet lisäsivät energiabiomassapotentiaalia, ainespuun tuotantoa ja hiilen sitoutumista ja hiilen varastoja metsäekosysteemeissä koko Suomessa. Vaikutukset olivat suhteellisesti suurempia Pohjois-Suomessa kuin Etelä-Suomessa (Artikkelit I&II). Kun harvennusrajojen pohjapinta-aloja laskettiin nykysuosituksista, ainespuun hakkuut ylittivät kasvun, ja metsäekosysteemien hiilen varastot pienenivät (Artikkeli I). Kun rajoja puolestaan nostettiin, tämä lisäsi samanaikaisesti energiabiomassaa, ainespuuta ja hiilen varastoja sekä nykyilmastossa että muuttuneissa ilmasto-olosuhteissa (Artikkeli II). Tässä työssä kehitetty elinkaarityökalu mahdollisti myös metsätuotannon CO₂-vaihdon tarkastelut (Artikkeli III). Kun työkalua käytettiin ekosysteemimallisimulointien yhteydessä, havaittiin, että muuttuneissa ilmasto-olosuhteissa lisääntynyt biomassan kasvu ei kompensoinut hajotuksen ja biomassan polton päästöjä Etelä-Suomessa. Tämän lisäksi metsänhoitotoimenpiteiden aiheuttamien päästöjen vaikutus CO₂-vaihtoon oli pieni verrattuna ekosysteemin aiheuttamiin vaikutuksiin (Artikkeli III). Näiden lisäksi havaittiin, että istutustiheyden lisääminen yleisesti käytetystä tiheydestä, 2000 tainta ha⁻¹, lisäsi energiabiomassan tuotantoa energiapuuharvennuksessa, mutta se vähensi myös metsänhoitotoimenpiteistä johtuvia CO₂-päästöjä (Artikkeli IV). Tulosten perusteella voidaan sanoa, että metsänhoidolla voidaan vaikuttaa ratkaisevasti metsäekosysteemien tuotannon ilmastovaikutuksiin. Yhdistetyt ekosysteemimallisimuloinnit ja elinkaaritarkastelut mahdollistavat ekologisesti kestävän energiabiomassan ja ainespuun tuotannon tarkastelut yhdessä metsien muiden ilmastonmuutoksen sopeutumisvaihtoehtojen kanssa.

• Alam, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: ashraful.alam@uef.fi