Artikkelit jotka sisältää sanan 'maaperä'

Boreaaliset suometsät ovat tärkeä puunlähde. Viimeaikainen puunkorjuun laajeneminen sulan maan aikaan, on lisännyt maaperälle aiheutuvia häiriötä, kuten syvien korjuu-urien muodostumista. Tästä huolimatta korjuun aiheuttaminen häiriöiden vaikutuksista turpeen fysikaalisiin ominaisuuksiin ja maaperän biokemiaan tiedetään vähän. Tämän puutteen korjaamiseksi tutkin puunkorjuukoneiden harvennustöiden aikana aiheuttamien maaperän häiriöiden vaikutuksia ojitettujen boreaalisten suometsien kasvillisuuteen ja maaperän fysikaalisiin, kemiallisiin ja biologisiin ominaisuuksiin. Palautumisnopeuden arvioimiseksi otin näytteitä kuudelta alalta, jotka muodostivat aikasarjan, joka kattoi 15 vuotta harvennuksesta. Tulokset osoittivat korjuun lisäävän turpeen tiheyttä ja vedenpidätyskykyä sekä pienentävän kokonaishuokoisuutta. Kasvillisuuden sammalbiomassa ja juurituotanto vähenivät, mutta sarojen peittävyys lisääntyi. Lisäksi äskettäin häirityillä aloilla oli suurempi maaperän CO₂-tuotantopotentiaali sekä korkeammat maaperän CO₂- ja CH₄-pitoisuudet verrattuna kontrollialueisiin. Korjuu ei kuitenkaan vaikuttanut CO₂- ja CH₄-päästöihin, mikrobiyhteisöihin ja selluloosan hajoamisnopeuteen. Vaikka palautumisnopeus vaihteli, kaikki tutkitut ominaisuudet olivat täysin palautuneet 15 vuoden kuluttua. Koska vedenpidätysominaisuus (WRC) kuvaa maaperän rakennetta ja sen muutoksia, sitä voidaan käyttää häiriöiden arviointiin. Tutkimuksessani osoitan kuinka WRC:n voidaan arvioida keinotekoisten neuroverkkojen avulla. Kaiken kaikkiaan tutkimus osoitti, että vaikka ojitetut boreaaliset suot ovat häiriöherkkiä, ne myös palautuvat hyvin harvennusten aiheuttamista mekaanisista maaperän häiriöistä.

• Lepilin, University of Eastern Finland, Faculty of Science, Forestry and Technology, School of Forest Sciences Sähköposti: dmitrii.lepilin@uef.fi

Prosessipohjaiset maaperän hiilimallit voivat simuloida pieniä, lyhytaikaisia ​​muutoksia maaperän orgaanisen hiilen (SOC) varastoissa rekonstruoimalla maaperän CO₂- ja CH₄-päästöjen vasteen samanaikaisesti muuttuviin ympäristötekijöihin. Malleista puuttuu kuitenkin edelleen yhtenäinen teoria maaperän lämpötilan, kosteuden ja ravinnetilan vaikutuksista boreaalisissa ympäristöissä. Näin ollen jopa pieni systemaattinen virhe mallinnetuissa hetkellisissä maaperän CO₂- ja CH₄-päästöissä voi lisätä pitkän aikavälin SOC-varastojen ennusteiden vinoutuneisuutta.

Tutkimme ympäristötekijöitä, jotka säätelevät CO₂- ja CH₄-päästöjä ekosysteemien vaihettumisvyöhykkeellä Suomessa (metsä-suo-ekotonilla) kosteuden ja maaperän hiilen lisääntyessä (I ja II); maaperän CO₂-päästöjä ja SOC-varastoja neljällä metsäalueella Suomessa (III); ja maaperän hiilen sitomista kansallisessa mittakaavassa käyttämällä vuoden 2020 metsäkoealoja Ruotsin kansallisesta metsämaaperäluettelosta (IV). CO₂- ja CH₄-päästöjä sekä SOC-varastoja säätelevät ympäristötekijät arvioitiin soveltamalla epälineaarista regressio- ja korrelaatioanalyysiä empiirisiin aineistoihin ja maaperän hiilimalleilla (Yasso07, Q ja CENTURY).

Metsä-suo-ekotonilla maaperän hiilidioksidipäästöjen hetkellistä vaihtelua selitti lähinnä maaperän lämpötila (eikä niinkään maaperän kosteus), mutta SOC-varastot korreloivat pitkäaikaisen kosteuden kanssa. Äärimmäisten sääilmiöiden aikana, kuten pitkittyneessä kesän kuivuudessa, maaperän CO₂-päästöt mineraalimailla ja CH₄-päästöt suoalueilla vähenivät merkittävästi. Siirtymässä metsästä suolle ei havaittu CO₂- ja CH₄-päästöjen erityistä aktiivisuutta. Hiilidioksidipäästöt olivat vertailukelpoisia metsä- ja suotyyppien välillä, mutta CH₄-päästöt muuttuivat metsien pienistä nieluista suhteellisen suuriksi päästöiksi soilla. Soiden CH₄-päästöt eivät kuitenkaan kompensoineet niiden CO₂-nieluja. Ruotsalaisessa aineistossa metsien SOC-varastot kasvoivat selvästi kosteuden ja ravinnetilan ollessa korkeampia. Maaperän hiilimallit rekonstruoivat SOC-varastot hyvin mesotrofisille maaperille, mutta epäonnistuivat korkeamman hedelmällisyyden maaperille sekä kosteille maaperille, joissa oli turpeista humusta. Mitattujen ja mallinnettujen SOC-varastojen ja maaperän kausiluonteisten CO₂-päästöjen vertailu osoitti, että arvioiden tarkkuus vaihteli suuresti riippuen siitä, millaiset hajoamiseen vaikuttavien ympäristötekijöiden matemaattiset muotoilut mallissa oli ja miten ne oli kalibroitu.

Mallinnustulosten epätarkkuudet osoittivat, että maaperän kosteuden ja ravinteikkuuden roolit boreaalisen metsämaaperän pitkäaikaisessa hiilen sitomisessa ovat matemaattisesti puutteellisesti edustettuina prosessipohjaisissa malleissa. Tämä johtaa sekä SOC-varastojen että kausiluonteisten CO₂-päästöjen epäsuhtaan. Näiden vaikutusten uudelleenmuotoilu malleissa niin, että mikrobien ja entsyymien dynamiikka hajoamisen katalysaattoreina otettaisiin paremmin huomioon, parantaisi maaperän hiilimallien luotettavuutta ennustettaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia maaperään hiileen.

• Ťupek, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: boris.tupek@luke.fi

Metsien ja maaperän merkitys hiilen sidonnassa ja varastoina korostuu jatkuvasti. Luontaiset häiriötekijät, kuten myrskyt ja hyönteisten joukkoesiintymät, ovat metsän toiminnan oleellisia muokkaajia. Joidenkin puita tappavien häiriöiden on arvioitu yleistyvän ilmastonmuutoksen myötä, millä voi olla merkittäviä paikallisia vaikutuksia metsien hiilinieluun. Metsiä häiriöille altistavista ympäristötekijöistä, sekä häiriöiden monimutkaisista vaikutuksista metsän hiilen kiertoon ei kuitenkaan tiedetä tarpeeksi. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin maaperä-, puusto- ja pinnanmuototekijöitä, jotka altistavat metsiköitä pilkkumäntypistiäisen (Diprion pini L.) ja kirjanpainajan (Ips typographus L.) joukkoesiintymille ja niistä aiheutuville puustotuhoille Etelä- ja Itä-Suomessa sijaitsevissa metsissä. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin myrsky- ja kirjanpainajahäiriöiden vaikutusta maahengitykseen, puiden ja maaperän hiilivarastoihin sekä maaperän mikrobiyhteisöjen koostumukseen ja hiilen fraktioihin Etelä-Suomessa sijaitsevassa metsässä.

Pilkkumäntypistiäisen aiheuttaman metsämännyn (Pinus sylvestris L.) neulaskadon havaittiin olevan talousmetsissä pääosin voimakkaampaa alueilla, joiden maaperätekijät viittasivat korkeampaan ravinteikkuuteen (esim. pienempi hiili/typpi suhde ja suurempi hienojen maapartikkelien osuus). Suurimmat todennäköisyydet kirjanpainajan voimakkaalle esiintymiselle metsäkuusella (Picea abies (L.) Karst.) löydettiin kaupunkimetsissä puille, jotka kasvoivat itään viettävillä, ravinteikkailla kasvupaikoilla (lehto tai lehtomainen kangas) ja joihin liittyi joko kaltevimpia pinnanmuotoja, ohut moreenimaa tai maaperän korkea hiili/typpi suhde.

Myrskyn (5–7 vuoden jälkeen) ja kirjanpainajan (noin 1–4 vuotta puustokuoleman jälkeen) vaikutuksia metsän hiileen ja maaperän mikrobeihin tarkasteltiin metsäkuusivaltaisessa myrskyn jälkeen suojellussa metsässä. Kokonaismaahengitys, heterotrofinen maahengitys ja pintamaan hiilivarastot eivät juuri eronneet

myrskyn tappamien puiden, kirjanpainajan tappamien puiden ja häiriöttömien (elävät puut) alueiden välillä, vaikka molemmilla häiriöalueilla puuston hiilivarastot koostuivat pääosin kuolleista puista ja kirjanpainajan tappamien puiden alueilla oli suurimmat pintakarikkeen hiilivarastot. Autotrofinen maahengitys oli pääosin vähäisempää häiriöalueilla kuin elävien puiden alueilla. Selkeimmät erot humuskerroksen mikrobiologiassa olivat pienempi ektomykorritsasienten hyyfistön kasvu, sienibiomassa ja mikrobibiomassahiili myrskyn sekä kirjanpainajan tappamien puiden alueilla verrattuna elävien puiden alueisiin. Kuolleiden puiden joukossa sekä lähialueilla olevat elävät puut todennäköisesti hieman lievensivät häiriöiden aiheuttamia muutoksia metsämaassa.

Tämän tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että tietyt maaperän ja kasvupaikan ominaisuudet ja pinnanmuodot voivat altistaa metsiköitä pilkkumäntypistiäis- ja kirjanpainajahäiriöille, mikä voi tarvittaessa auttaa kyseisten hyönteisten joukkoesiintymille alttiiden metsäalueiden tunnistamisessa. Lisäksi tutkimus tarjoaa uutta tietoa myrsky- ja kirjanpainajahäiriöiden lyhytaikaisista vaikutuksista boreaalisen metsän hiilen kiertoon ja maaperän mikrobiologiaan, mikä on oleellista, jotta ilmastonmuutoksen mahdollisia monimutkaisia vaikutuksia metsien hiilensidontaan voidaan ymmärtää paremmin.

• Kosunen, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences Sähköposti: maiju.kosunen@helsinki.fi

Välimeren alueella maaperän eroosioprosessit ovat yleisiä johtuen alueen ilmastosta, vaihtelevasta topografiasta sekä ihmisten pitkästä historiallisesta vaikutuksesta sekä intensiivisestä maankäytöstä. Metsillä on tärkeä suojaava rooli kamppailussa eroosiota sekä maaperän köyhtymistä vastaan. Tutkimus keskittyi i) arvioimaan metsätunnusten yhteyttä maaperän eroosioon metsissä, ja ii) sisällyttämään eroosioriski osaksi metsäsuunnittelua. Ensimmäinen tavoite keskittyi eroosion esiintymiseen mahdollisesti vaikuttavien tekijöiden, kuten metsän rakenteen ja koostumukseen, kasvupaikan sekä maankäytön tunnuksiin. Toinen tavoite oli sisällyttää eroosioriskin osaksi monitavoitteista metsäsuunnittelua. Aineistona käytettiin Espanjan kansallista metsä inventointi tietoa, joka sisälsi perinteisten puu ja koeala tietojen lisäksi maaperän eroosion havaintoja. Mallintamismenetelminä käytettiin luokittelupuu sekä logistisen regression analyyseja. Eroosioriskimallit kehitettiin sekä metsikkö että maisematasolle, lisäksi mallien avulla tuotettiin alueellisia todennäköisyyskarttoja. Lopuksi mallit integroitiin simulointi optimointi järjestelmään, jonka avulla eri metsänkäsittely vaihtoehtoja arvioitiin.

Tulosten mukaan eroosion esiintyminen metsikkötasolla oli yhteydessä metsätyyppiin sekä metsän rakenteeseen. Esimerkiksi eroosio riski oli kohonnut semiarid alueiden harvapuustoisilla rinteillä sekä toisaalta tiheissä Abies alba ja Facus sylvatica metsissä. Maisematasolla eroosioriskiä kasvattivat metsikön matala pohjapinta-ala, maaperätyyppien andisol ja cambisol esiintyminen, valuma-alueen suuri pinta-ala sekä kaltevuus, päällystämättömien teiden esiintyminen sekä kaupunkimaisen maankäyttömuodon kasvu. Kehitettyjen mallien avulla eroosioriski integroitiin metsikkötasolla monitavoitteisen metsäsuunnittelun tavoitteeksi yhdessä puuntuotannon ja rakenteellisen monimuotoisuuden kanssa. Tulokset osoittivat, että tarkasteltujen kolmen ekosysteemipalveluiden välillä on riippuvuuksia, jotka vaihtelevat rinteen kaltevuuden sekä kiertoajan mukaan. Tutkimuksen tulokset voivat auttaa eroosiolle alttiiden metsien tunnistamisessa Välimeren alueilla, jolloin eroosioriski ja sen pienentäminen voidaan ottaa huomioon metsäsuunnittelussa.

• Selkimäki, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: mari.selkimaki@uef.fi

Maaperä on metsäekosysteemin rakenteen ja toiminnan perusta. Maaperän biologiset, kemialliset ja fysikaaliset prosessit säätelevät koko metsän hiilen, ravinteiden ja veden kiertoa. Ihmisen toimenpiteet muuttavat suomalaisten metsämaiden rakennetta ja toimintaa ja edelleen metsäekosysteemin häiriödynamiikkaa.

Tässä väitöskirjassa määritettiin kahden maaperän rakenteeseen ja kemialliseen koostumukseen vaikuttavan toimenpiteen − kantojen korjuun ja tekopohjaveden muodostamisen – pitkäaikaisvaikutuksia metsämaaperän ja -kasvillisuuden rakenteeseen, toimintaan ja toipumiseen. Kantojen korjuussa maaperän pintakerros häiriintyy ja siitä poistuu hiiltä ja ravinteita korjattavien juurten ja kantojen mukana. Tekopohjaveden muodostaminen sadettamalla ravinnerikasta järvivettä harjualueille puolestaan lisää maaperään hiiltä ja ravinteita, ja käsittelyn tuloksena maaperän kemiallinen koostumus muuttuu ja metsäekosysteemi rehevöityy. Aiemmat kotimaiset tutkimukset näiden toimenpiteiden vaikutuksista on tehty korkeintaan muutamia vuosia toimenpiteiden päättymisen jälkeen eikä vaikutusten kestoa ja ekosysteemien toipumisnopeutta tunneta.

Kantojen korjuun vaikutuksia tutkittiin Keski- ja Etelä-Suomessa sijaitsevilla metsäalueilla ja tekopohjaveden ekosysteemivaikutuksia Keski-Suomessa sadetusimeytystä käyttävällä tekopohjavesilaitoksella. Tutkimuksissa tarkasteltiin metsäekosysteemin toipumista toimenpiteistä, jotka olivat päättyneet yli 10 vuotta aiemmin. Tulokset osoittavat, että kantojen korjuun ja sen jälkeen tehtävän maanmuokkauksen seurauksena kuusikoiden maaperän pintakerros häiriintyy laajalti rakenteeltaan ainakin yli 10 vuoden ajaksi. Orgaanisen aineen jakauman muuttuminen heijastuu maaperän hiilen ja typen dynamiikkaan. Suomalaisten havupuiden kannot ja paksujuuret ovat huomattava hiilen ja ravinteiden pitkäaikaisvarasto maaperässä, ja kantojen korjuun merkittävin ekologinen vaikutus on lahopuun ja sen hiilivaraston määrän väheneminen.

Tekopohjaveden muodostaminen sadettamalla muutti maaperän happamuuden ja ravinteisuuden sekä edelleen kasvilajiston, ja muutokset kestivät pitkään imeytyksen lopettamisen jälkeen. Tekopohjavesialueilla maaperän pH ja ravinteiden pitoisuudet olivat 12−15 vuoden jälkeen sadetuksen päättymisestä edelleen huomattavasti korkeampia sadetetuilla koealoilla kuin vertailualoilla. Myös aluskasvillisuuden lajien runsaussuhteet ja dynamiikka olivat edelleen muuttuneita.

Tulokset osoittavat, että maan pintakerroksen rakenne ja toiminta häiriintyy pitkäaikaisesti molempien käsittelyjen seurauksena. Ympäristövaikutusten keston ja niistä toipumisen tunteminen on ensiarvoisen tärkeää, jotta toimenpiteitä, kuten metsäenergian korjuuta ja sen päätöksentekoa ja vastaavasti tekopohjavesilaitosten toimintaa voidaan suunnitella mahdollisimman pienin ympäristöhaitoin.

• Kaarakka, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: lilli.kaarakka@helsinki.fi

Luonnontilansa menettäneitä metsäekosysteemeitä voidaan palauttaa lähemmäs luonnontilaa ennallistamalla. Ennallistaminen voidaan tehdä joko aktiivisesti palauttamalla luontaisia rakennepiirteitä tai passiivisesti jättämällä alue kehittymään itsekseen. Erityyppisten ennallistamiskeinojen vaikutukset metsien rakenteeseen ja ekologisiin prosesseihin, esimerkiksi maaperän tai kasvillisuuden ominaispiirteisiin, tunnetaan huonosti. Tässä tutkimuksessa selvitetään metsien erityyppisten ennallistamiskeinojen vaikutuksia maaperän orgaanisen aineen määriin sekä kasvillisuuteen itäsuomalaisissa havupuuvaltaisissa metsissä.

Tutkimuksen aineisto kerättiin suojelualueilta ja talouskäytössä olevista metsistä Pohjois-Karjalassa. Tutkimusalueilta mitattiin useita maaperän ja kasvillisuuden rakennetta kuvaavia tunnuksia. Lisäksi tutkittiin erityisesti lahoavien puunrunkojen vaikutuksia maaperän orgaanisen aineen hajotukseen ennallistamistoimien jälkeen.

Aktiivisessa ennallistamisessa sovellettiin metsän polttoa yhtenä ennallistamismenetelmänä, yhdessä erilaisten puuston hakkuiden kanssa. Osittain hakattujen, poltettujen metsien maaperän humus ja orgaanisen aineen määrä olivat alhaisempia kuin hakatuissa, mutta polttamattomissa vastaavissa metsissä. Myös kasvillisuuden biomassa väheni poltetuilla alueilla selvemmin kuin muilla alueilla. Metsän polton jälkeen monet kasvilajit vähenivät tai hävisivät alueellisesti yhdenmukaisesti, eikä kasvillisuuden rakenne vielä 10 vuoden kuluessa palautunut ennalleen. Säästöpuiden jättäminen käsitellyille alueille lievensi osittain palon vaikutuksia kasvillisuuden monimuotoisuuteen. Maaperän orgaanisen aineen hajotusta lisäsi läheisyys maassa makaavaan puunrunkoon, mutta tämä vaikutus näkyi vain polttamattomien runkojen lähellä. Poltettujen ja hiiltyneiden runkojen lähellä vastaavaa lisäystä hajotusnopeudessa ei havaittu, mikä viittaa aiemmin tuntemattomaan mekanismiin, joka kytkee metsäpalon maaperän hajotusprosesseihin hiiltyneen puuaineksen välityksellä. 

Passiivista ennallistamista tutkittiin yli sata vuotta sitten kaskiviljelyä varten poltettujen alueiden, mutta sen jälkeen luonnontilaan jätettyjen alueiden maaperän ja kasvillisuuden palautumisena. Kaskiviljelyn ja metsänpolttojen vaikutukset olivat havaittavissa metsän kasvillisuuden ja maaperän rakenteessa vielä yli sadan vuoden kuluttua. Kaskiviljelyyn käytetyillä alueilla koivujen määrä (tilavuus) oli edelleen suurempi ja maaperän orgaanisen aineen määrä alhaisempi kuin kontrollimetsissä. Tulosten mukaan pohjoisissa havumetsissä metsän passiivinen palautuminen voi siten kestää yli 100 vuotta, ennen kuin ekosysteemin ominaispiirteet palautuvat samaan tilaan, jossa ne olivat ennen häiriöitä. Erityisesti maaperän palautuminen ennalleen kestää pitkään ja ilmeisesti pitempään kuin kasvillisuuden palautuminen.

Tulokseni viittaavat siihen, että aktiivinen ja passiivinen ennallistaminen voivat johtaa hyvinkin erilaisiin ekosysteemin ominaispiirteisiin. Ennallistaminen esimerkiksi metsää polttamalla toteutetaan melko alhaisella palon voimakkuudella. Tällaiset palot eivät näytä aiheuttavan suuria tai pitkäkestoisia haitallisia muutoksia metsien maaperässä. Etenkään syvemmällä oleva kivennäismaa ei näiden polttojen yhteydessä muokkaudu, minkä vuoksi ekosysteemin toipuminen on mahdollista. Tutkimuksessani ei kuitenkaan ollut mahdollista koota tai pystytty kattavasti analysoimaan pitkiä aikasarjoja, jotka liittyvät metsien aktiiviseen ja passiivisen ennallistamiseen. Tällaisiin tutkimuksiin jää ilmeinen tarve jatkossa. Tulokseni kuitenkin merkitsevät sitä, että erilaiset ennallistamistavat voivat tuottaa ekologisesti erilaisia tuloksia: passiivisessa ennallistamisessa tavoitellaan koko ekosysteemin palautumista kokonaisuutena, kun taas aktiivisessa ennallistamisessa voidaan palauttaa tiettyjä yksittäisiä ekosysteemin piirteitä tai lajeja. Näiden ennallistamismenetelmien ero tulisi jatkossa tunnistaa aiempaa paremmin.

• Čugunovs, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: mihails.cugunovs@uef.fi

Rappeutuneiden kuivien puolivihantien metsäekosysteemien palauttaminen Ghanaan: Afrikkalaisten mahonkilajien vaikutukset maaperän kemiaan, puiden monimuotoisuuteen ja lehtien morfometrian soveltamiseen tilapäisillä siemenvyöhykkeillä Kuivat puolivihannat metsät Ghanassa ja muualla Länsi-Afrikassa tuottavat runsaasti erilaisia ekosysteemipalveluja alueelle turvaamalla suurten jokien vesivaroja, toimimalla tärkeässä roolissa hiilen kierron dynamiikassa ja puskurina savannivyöhykkeen leviämiselle sekä turvaamalla kotoperäisiä kasviekosysteemejä. Ihmisen aiheuttamat toistuvat pensaspalot ja väestönkasvun aiheuttama lisääntynyt maataloustoiminta ovat muuntaneet tai uhkaavat muuttaa suuren osan näitä puskurimetsiä puuttomaksi tai vähäpuustoiseksi savanniksi, jotka eivät sitten kelpaa enää maatalousmaaksikaan. Alueiden luontaista palautumista erilaisista häiriöistä vaikeuttavat monet tulokasrikkakasvit, jotka haittaavat puuston luonnollista uudistumista ja osaltaan siten lisäävät näiden metsien häviämisvauhtia. Alueiden ennallistamisessa ja metsittämisessä pyritään käyttämään paikallisiin ympäristöolosuhteisiin parhaiten sopeutuneita kotoperäisiä puulajeja ja siten edesauttamaan ekosysteemien luontaista uudistumista sekä edistämään paikallisten puulajien hyötykäyttöä; erityisesti afrikkalaiset mahonkilajit ovat tässä työssä kiinnostava mahdollisuus. Väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia afrikkalaisten mahonkien (Khaya anthotheca ja K. ivorensis) sopeutumispotentiaalia ja käyttöä hävitettyjen tai rappeutuneiden kuivien puolivihantien puskurimetsäekosysteemien ennallistamisessa ja uudistamisessa. Tätä tutkittiin selvittämällä eri mahonkipopulaatioiden fenotyyppisen plastisuuden tasoja, ekogeografista ja morfometristä vaihtelua sekä geneettistä samankaltaisuutta. Lisäksi työssä arvioitiin metsiköiden rakenteen ja luontaisen puuston tiheyden vaikutuksia mahonkilajien käyttöön, ja arvioitiin mahonkien vaikutuksia paikallisen puulajiston monimuotoisuuteen ja maaperän kemiallisiin ominaisuuksiin. K. ivorensis -mahongin fenotyyppi muuttui sademäärän mukaan, mikä osoittaa lajin suurta fenotyyppistä plastisuutta. K. antotheca -mahongin fenotyyppinen plastisuus oli puolestaan pieni. Käytännössä K. ivorensis -mahonkia voitaisiin siis käyttää metsityksessä paljon useammalla eri ekologisella alueella kuin K. antotheca -mahonkia. Tulokset viittasivat myös etelä-pohjoissuuntaiseen klinaaliseen (clinal) suhteeseen lehtien ominaisuuksissa, jolloin korkeammilta leveysasteilta kerättyjä siemeniä voidaan istuttaa samalle vyöhykkeelle tai siirtää alemmille leveysasteille, joissa on suuremmat sademäärät. Tulokset osoittivat, että sekametsänä kasvavat mahonkilajit edistävät erilaisten kotoperäisten puulajien kasvua ja nopeuttavat metsäekosysteemien ennallistumista. Lisäksi todettiin, että sekakasvustona kasvava mahonkiviljelmä voi parantaa maaperän laatua ja lisätä kasvullista monimuotoisuutta prosessissa, jossa pyritään palauttamaan kuiva puolivihanta metsävyöhyke Ghanaan.

• Danquah, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: jones.abrefa@uef.fi

Tässä väitöskirjassa erilaisten maaperän orgaanisen aineen fraktioiden hajotuksen lämpötilaherkkyyttä tutkittiin laboratorioinkuboinneilla, joissa eri-ikäisen orgaanisen aineen hajotuksesta peräisin oleva hiilidioksidi (CO2) eroteltiin käyttäen 13C ja 14C isotooppeja. Eri ilmasto-olosuhteissa syntyneen orgaanisen aineen laatua, sen hajotuksen lämpötilaherkkyyttä ja hajotuksesta vastaavan mikrobiyhteisön rakennetta ja toimintaa tutkittiin vertaamalla toisiinsa maanäytteitä Etelä- ja Pohjois-Suomesta. Metsämaan orgaanista kerrosta siirrettiin pohjoisesta etelään, tarkoituksena mallintaa sitä, miten lämpenevä ilmasto muuttaa pinta-kasvillisuutta, maaperän mikrobistoa ja orgaanisen aineen hajotuksen lämpötilaherkkyyttä. Kaikkein nuorin, ja helpoimmin hajoava hiili ei ollut juurikaan lämpötilaherkkää, mikä kertoo siitä, että mikrobit pystyivät hyödyntämään sitä lämpötilasta riippumatta. Keskipitkällä aikavälillä, muutamien vuosien – vuosikymmenten aikaskaalassa kiertävän hiilen hajotus kasvoi voimakkaasti lämpötilaa nostettaessa. Satoja vuosia vanhan hiilen hajoaminen oli taas vähemmän herkkää lämpötilalle, mikä indikoi, että jokin stabiloitumismekanismi rajoitti sen hajotusta myös korkeammissa lämpötiloissa. Merkittävä osa boreaalisten metsien pintakerrosten hiilestä on keskipitkällä aikavälillä hajoavaa, hyvin lämpötilaherkkää ainesta, mistä johtuen näistä maista voi ilmaston lämpenemisen seurauksena seuraavien vuosien ja vuosikymmenten aikana vapautua ilmakehään enemmän hiiltä, kuin on aikaisemmin arvioitu. Tulokset eivät myöskään tue hypoteesia, jonka mukaan orgaanisen aineksen hajotuksen kiihtyminen lämpötilan seurauksena olisi nopeasti ohimenevää, koska mikrobit tottuisivat korkeampaan lämpötilaan. Hajotuksen lämpötilaherkkyys oli samanlaista orgaanisen kerroksen näytteille, jotka olivat peräisin Etelä- ja Pohjois-Suomesta, eikä pohjoisten maiden siirto etelään muuttanut CO2 -tuoton lämpötilaherkkyyttä. Boreaalisten metsämaiden hiilivarasto on enemmän uhattuna ilmastonmuutoksen vuoksi lämpimämpien ilmastojen maaperään verrattuna myös siksi, että hajotuksen lämpötilaherkkyyttä kuvaava Q10 arvo (kuinka moninkertaiseksi hajotus kasvaa, kun lämpötilaa nostetaan 10 astetta) pienenee lämpötilan kasvaessa. Eli hajotuksen lämpötilaherkkyys itsessäänkin riippuu lämpötilavälistä, jolla sitä mitataan. Koska pohjoisissa maissa lämpeneminen tapahtuu alhaisella lämpötilavälillä, jossa Q10 on suurempi, sama lämpötilan nousu asteissa kiihdyttää orgaanisen aineksen hajotusta suhteellisesti enemmän. Eroja lämpötilaherkkyyden muodossa (lämpötilasta riippuvan Q10 käyrän jyrkkyydessä) oli myös metsämaan eri kerrosten välillä. Alhaisissa lämpötiloissa Q10 kasvoi orgaanisen aineksen laadun huonotessa ja korkeammissa lämpötiloissa helposti hajotettavan substraatin saatavuus alkoi enenevässä määrin rajoittaa CO2-tuottoa.

• Karhu, Helsingin yliopisto, Metsätieteiden laitos Sähköposti: kristiina.karhu@helsinki.fi

Metsien maaperä on merkittävä hiilen varasto. Ilmastonmuutos ja erilaiset metsänkäsittelyt vaikuttavat paitsi puuston biomassan myös maaperän hiilivarastoon. Näitä vaikutuksia ei kuitenkaan vielä täysin tunneta. Kansainvälinen ilmastosopimus kuitenkin velvoittaa sopijamaat raportoimaan myös maaperän hiilivarastossa tapahtuvat muutokset. Maaperän hiilivaraston muutosten arviointi mittaamalla on hyvin vaikeaa ja työlästä, koska varaston spatiaalinen vaihtelu on suurta verrattuna ajallisiin muutoksiin. Tämän vuoksi hiilivaraston ja sen muutosten arvioinnissa käytetään usein malleja. Tässä väitöskirjassa kehitettiin ja testattiin kivennäismaiden metsien orgaanisen aineen hajoamista ja maaperän hiilivaraston dynamiikkaa kuvaava YASSO-malli. Mallilla pyrittiin kuvaamaan tärkeimmät hiilivaraston dynamiikkaan vaikuttavat tekijät, mutta silti pitämään malli niin yksinkertaisena, että sen toimintaperiaatteiden ymmärtäminen ja käyttö sovelluksissa olisi helppoa. Väitöskirja sisältää mallin rakenteen ja oletusten kuvauksen sekä mallin parametrien määrityksen mittausten avulla. Mallin toimintaa arvioitiin tarkastelemalla mallitulosten herkkyyttä parametriarvojen muutoksille, tutkimalla mallitulosten tarkkuutta epävarmuusanalyysin avulla ja vertaamalla mallituloksia mitattuihin havaintoihin ja toisen maamallin antamiin tuloksiin. Väitöskirjassa esitetään lisäksi kolme erilaista mallin sovellusta, joista kaksi käsittelee hakkuutähteiden talteenoton ja energiakäytön vaikutusta maaperän hiilivarastoon metsikkötasolla. Kolmannessa mallia käytetään osana metsien inventointitietoihin perustuvaa hiilitaseen arviointimenetelmää kansallisella tasolla. Kyseisessä osatutkimuksessa Suomen metsien kasvillisuuden ja kivennäismaiden maaperän hiilitase arvioitiin vuosina 1922-2004. Epävarmuus- ja herkkyysanalyysien mukaan YASSO-mallin hiilivarastoarviot ovat epävarmoja, sillä näihin arvioihin vaikuttavat malliparametrit tunnetaan huonosti. Hiilivarastomuutosten arviot sen sijaan ovat verrattain tarkkoja, sillä näihin vaikuttavat parametrit tunnetaan paremmin. Mallin testaus laajalla kanadalaisella karikepussiaineistolla osoitti, että malli onnistui kohtalaisesti kuvaamaan erilaisten karikkeiden hajoamisen erilaisissa ilmasto-olosuhteissa. Mallin dynaaminen lähestymistapa osoittautui tehokkaaksi sovelluksissa, joissa se yhdistettiin metsikkömalliin tai inventointitietoihin ja biomassa- ja karikemalleihin. Jotta malli paremmin soveltuisi maaperän hiilivaraston dynamiikan arvioimiseen laajemmilla maantieteellisillä alueilla, erilaisilla maankäyttömuodoilla ja laajemmissa tutkimuskysymyksissä, mallin oleellisia kehitysalueita ovat ilmastotekijöiden vaikutusten kuvauksen tarkentaminen sekä typpidynamiikan ja maalajin huomioiminen. Mallisovellusten mukaan hakkuutähteiden keruu hakkuiden jälkeen vähentää maaperään siirtyvää hiilen määrää ja tämä hiilivarastomuutos on merkittävä verrattuna muihin hakkuutähteiden energiakäytön aiheuttamiin kasvihuonekaasupäästöihin. Kansallisella tasolla metsien maaperän hiilivarastolla on merkittävä rooli metsien hiilitaseessa.

• Palosuo, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: taru.palosuo@efi.int

Metsien kasvillisuuden biomassa ja maaperä ovat merkittäviä hiilen varastoja. Ilmakehän hiilidioksidia sitoutuu metsiin hitaasti metsien kasvun myötä, mutta sitä voi vapautua ilmakehään nopeasti ja hyvinkin suuria määriä esimerkiksi ihmisen toiminnan tai ilmastonmuutoksen vaikutuksesta. Kioton sopimuksen allekirjoittaneet maat ovat velvollisia seuraamaan metsiensä hiilivarastoja ja arvioimaan niiden luotettavuutta. Väitöskirjassa arvioitiin Suomen metsien kasvillisuuden ja kangasmaiden maaperän hiilitasetta vuosina 1922–2004, sekä verrattiin menetelmän tuottamia ennusteita metsikkökohtaisiin mittauksiin maaperän hiilivarastoista. Väitöskirjassa tarkasteltiin Suomen metsien vuotuisten hiilivarastojen muutoksien (nielujen) luotettavuuksia, niihin vaikuttavia tekijöitä, sekä arvioitiin niiden epävarmuuksien merkitystä Suomen koko kasvihuonekaasutaseelle. Väitöskirjassa esitettiin myös laskentamenetelmän sovellus, jossa malliennusteita käytettiin hyväksi maaperän hiilivarastojen näytteenotannan tehostamisessa. Laskentamenetelmä käyttää lähtötietoinaan inventointitietoa metsistä (tai simuloitua metsikkötietoa), liittää sen tilastollisiin biomassa- ja karikemalleihin, sekä dynaamiseen maaperän karikkeen ja hiilen hajotusmalliin. Keskimääräinen vuotuinen hiilivaraston muutos Suomen metsien kasvillisuudessa vuosien 1922–2004 aikana oli 3.3 Tg C a^-1, ja kangasmaiden maaperän hiilivarastossa 0.7 Tg C a^-1. Suomen kasvillisuuden ja maaperän nielut olivat huomattavia verrattuina kasvihuonekaasujen päästöihin muilla sektoreilla. Metsien kasvillisuuden ja maaperän nielut vaihtelivat kuitenkin vuosittain hyvin paljon. Menetelmän ennusteet metsikkökohtaisista maaperän hiilivarastoista ja niiden pitkän ajan muutoksista olivat yhteneväisiä metsiköistä mitattuihin keskiarvoihin. Suomen metsien vuotuiset nielut olivat silti lähes kertaluokkaa epävarmempia kuin esimerkiksi fossiilisten polttoaineiden poltosta johtuvat hiilidioksidipäästöt, ja ne heikensivät oleellisesti Suomen kasvihuonekaasutaseen luotettavuutta. Mikäli Suomen kangasmaiden maaperän nielua arvioitaisiin toistuvilla metsikkökohtaisilla mittauksilla maaperän hiilivarastoista, mallipohjaisella näytteenotannan osituksella voitaisiin saavuttaa kohtuullisia parannuksia näytteenotannan tehokkuudessa. Suomen metsien nieluja raportoitaessa ja käytettäessä on nykyisin perustellumpaa tukeutua keskiarvoihin, jotka on laskettu useampien vuosien nieluarvioista. Metsien vuotuisia nieluarvioita ja niiden luottamusrajoja voidaan tarkentaa tulevaisuudessa yhdistämällä useampia tietolähteitä ja malleja. Tarkempia vuotuisia ennusteita metsien hiilinieluista saatetaan tarvita esimerkiksi Kioton jälkeisillä raportointikausilla, sekä ilmastomallinnuksen tukena.

• Peltoniemi, University of Helsinki, Faculty of Biosciences Sähköposti: mikko.peltoniemi@gmail.com

Typpioksiduuli (N₂O) on voimakas kasvihuonekaasu alailmakehässä ja osallistuu otsonia tuhoaviin reaktioihin yläilmakehässä. Sen pitoisuus alailmakehässä on jatkuvasti kohonnut. Maan mikrobitoiminta on merkittävin typpioksiduulin lähde ilmakehään, mutta maaperän prosessit typpioksiduulin lähteinä ja nieluina ja typpioksiduulin kuljetusmekanismit maasta ilmakehään tunnetaan huonosti. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli määrittää N₂O-päästöjä erilaisissa pohjoisen ilmastovyöhykkeen maaekosysteemeissä ja tutkia typpioksiduulin tuotto- ja kuljetusprosesseja maasta ilmakehään. Typpioksiduulipäästöjä mitattiin maatalous- ja metsämailla sekä kaatopaikalla. Mittauspaikoiksi valittiin sellaisia ekosysteemejä, joiden arvioitiin olevan merkittäviä typpioksiduulin päästölähteitä, mutta joista oli olemassa vain vähän aikaisempaa mittaustietoa. Mittaukset tehtiin gradientti-, kammio- ja kovarianssimenetelmillä. Typpioksiduulin tuotto- ja kuljetusprosesseja tutkittiin laboratorio- ja kenttäkokein. Laboratoriokokeissa havaittiin, että maatalousmaiden typpioksiduulin tuotto lisääntyy radikaalisti maan kosteuden kasvaessa. Maan mikrobiologisten prosessien, nitrifikaation ja denitrifikaation, osuudet typpioksiduulin tuotossa olivat riippuvaisia maalajista. Laboratorio-oloissa tehdyissä kokeissa havaittiin myös, että puiden taimet pystyvät kuljettamaan maaperässä tuotettua typpioksiduulia ilmakehään. Mikäli merkittävä osa maassa tuotetusta typpioksiduulista kulkeutuu ilmakehään puiden kautta, nykyiset arviot metsämaiden N₂O-päästöistä voivat olla aliarvio todellisista ekosysteemitason päästöistä. Typpioksiduulipäästöt metsämailta ja kaatopaikalta olivat hyvin vaihtelevia ajan ja mittauspaikan suhteen. Pinta-alallisesti keskiarvoistava kovarianssimenetelmä osoittautui erittäin käyttökelpoiseksi mittausmenetelmäksi ekosysteemitason päästöjen arvioinnissa sekä metsämaalla että kaatopaikalla. Boreaalisen vyöhykkeen kangasmetsän päästöt olivat erittäin pieniä, ja ajoittain metsämaa toimi typpioksiduulin nieluna. Pienistä päästöistä huolimatta, gradienttimenetelmällä havaittiin selkeää vuodenaikaisvaihtelua typpioksiduulin tuotossa. Pääosa typpioksiduulin mikrobiologisesta tuotosta ja kulutuksesta tapahtui maan orgaanisessa pintakerroksessa. Kaatopaikkojen typpioksiduulipäästöt olivat yhdestä kahteen kertaluokkaa suuremmat kuin päästöt maatalousmailta. Kaatopaikkojen pienen pinta-alan vuoksi niiden merkitys Suomen kokonaispäästöihin on kuitenkin pieni. Tutkimus osoitti, että N₂O-päästöt erilaisista ekosysteemeistä vaihtelevat huomattavasti ajan ja paikan suhteen. Päästöjen suuren vaihtelun vuoksi lisää päästömittauksia sekä päästövertailuja eri menetelmillä tarvitaan jotta typpioksiduulin virrat maasta ilmakehään voidaan arvioida tarkemmin.

• Pihlatie, University of Helsinki, Faculty of Biosciences Sähköposti: mari.pihlatie@helsinki.fi

Tässä väitöskirjassa on tarkasteltu lehtokasvillisuuden rakennetta, vaateliaiden ja uhanalaisten lajien esiintymistä, lehtojen luokittelua ja kasvillisuuteen vaikuttavia ympäristötekijöitä. Tavoitteena on ollut tuottaa tutkittua tietoa, jota voitaisiin soveltaa sekä käytännön metsätaloudessa että suojelualueiden suunnittelussa. Tutkimusta varten Kolin alueelta, Itä-Suomesta, valittiin 101 lehtometsäkuviota. Lehtokasvillisuuden rakennetta sekä kasviyhdyskuntien ja niihin vaikuttavien ympäristömuuttujien suhteita selvitettiin ja havainnollistettiin ekologisten monimuuttujamenetelmien, kuten kaksisuuntaisen indikaattorilajianalyysin (TWINSPAN), oikaistun korrespondenssianalyysin (DCA) ja kanonisen korrespondenssianalyysin (CCA) avulla. Vaateliaiden ja uhanalaisten lajien esiintymistä, esiintymisen säännönmukaisuutta ja kasviyhdyskuntien sisäkkäistä rakennetta tutkittiin nollamalleihin perustuvien menetelmien RANDNEST:in ja NESTCALC:in avulla. Tulokset olivat seuraavat: 1) Kolin lehtojen kasvillisuus ja tyypit vastasivat melko hyvin muita Itä- ja Pohjois-Suomessa tutkittuja lehtoja. 2) Monimuuttujamenetelmillä tehty luokittelu vastasi melko hyvin maastossa tehtyä luokittelua, ja se täydensi maastoluokittelua. 3) Hyvin tarkkaa luokittelua varten tarvittiin sekä putkilokasveja että sammalia. 4) Kasvupaikan kosteus ja ravinteisuus olivat tärkeimmät lehtokasvillisuuden rakenteeseen vaikuttavat ympäristötekijät. 5) Kasvillisuudessa ja maaperässä oli selviä merkkejä pitkäaikaisesta ihmisen toiminnasta. 6) Tutkittujen lehtojen maaperä oli huomattavasti happamampi kuin aiemmin tutkittujen lehtojen maaperä. 7) Sammalet reagoivat herkemmin pinnanmuotojen vaihteluun ja puuston rakenteeseen kuin putkilokasvit. 8) Suurella laikulla oli keskimäärin enemmän vaateliaita ja uhanalaisia putkilokasveja kuin pienellä laikulla. Kun tarkasteluun otettiin yhteispinta-alaltaan toisiaan vastaava määrä pieniä ja suuria laikkuja, havaittiin että useilla pienillä laikuilla oli enemmän vaateliaita lehtolajeja kuin muutamalla pinta-alaltaan vastaavalla suurella laikulla. Tässä tutkimuksessa tehtyä lehtojen luokittelua ei kuitenkaan voi soveltaa muille alueille, sillä tutkittujen lehtojen kasvillisuudessa ja tyypeissä on useita Kolin alueelle ainutlaatuisia piirteitä. Vaikka sammalet tarkentavatkin lehtojen luokittelua, putkilokasvit ovat riittäviä lehtotyyppien kuvaamiseen, siksi luokittelun tulisi perustua ensisijaisesti putkilokasveihin. Lehtojen luokittelua vaikeuttaa se, että suurin osa alueen lehdoista on jo pitkään ollut ihmisen toiminnan muovaamia ja puustoltaan suhteellisen nuoria. Tämän vuoksi on vaikea ennustaa millaisia lehtoa alueella on tulevaisuudessa; jos ne muuttuvat, muuttuvatko ne toisenlaisiksi lehdoiksi, kangasmetsiksi tai lehtokorviksi. Lehtokasvillisuuden, etenkin uhanalaisten lajien ja harvinaisten lehtotyyppien kannalta on tärkeää suojella riittävän laajoja alueita, mutta pienialaiset suojellut alueet kuten esimerkiksi metsälain tarkoittamat avainbiotoopit ovat merkittäviä täydentämään suojelua.

• Hokkanen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: paivi.hokkanen@joensuu.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