|
|
 |
 |
Osahanke 1:
Kangasmetsien ravinnedynamiikka
Kangasmaiden ominaisuudet ja niihin vaikuttavat tekijät - metsämaiden happamoitumisesta vain heikkoja merkkejä
Hankkeessa selvitettiin, ovatko kangasmaiden ominaisuudet muuttuneet 12 - 28 vuoden pituisena seuranta-aikana (Tamminen & Derome 2005). Aineisto koostui 54 eteläsuomalaiselta koealalta otetuista maanäytteistä, jotka olivat peräisin kangasmetsän eloperäisessä pintakerroksesta ja sen alapuolella olevasta kivennäismaakerroksesta. Varhaisimmat näytteet oli otettu vuosina 1965 - 1981 ja uusimmat vuonna 1993. Maanäytetietojen lisäksi arvioitiin myös mm. rikin ja typen vuotuiset laskeumat ja kokonaislaskeumat tutkimusaikana.
Orgaanisen aineen pitoisuus oli noussut tutkimusaikana eloperäisessä kerroksessa ja kivennäismaakerroksessa, mikä vaikutti useimpien tutkittujen maaperämuuttujien muutoksiin. Metsämaan happamoituminen ilmeni 12 - 28 vuoden tutkimusjakson aikana mm. lievänä pH-arvon alenemisena sekä alumiinin pitoisuuden nousuna kivennäismaakerroksessa. Toisaalta maanäytteiden vesilietoksen pH-arvojen muutokset eivät viitanneet maan happamoitumiseen.
Maaperän muutoksia, rikkipitoisuutta lukuun ottamatta, ei voitu selittää rikki- tai typpilaskeumalla. Eloperäisen kerroksen rikkipitoisuuksien aleneminen lienee yhteydessä 1980-luvulla alkaneeseen rikkilaskeuman vähenemiseen. Maan typpipitoisuuksien muuttumattomuus tai aleneminen seurantajakson aikana viittaisivat siihen, että liiallinen typpilaskeuma ei uhkaa lähitulevaisuudessa Etelä-Suomen metsiä.
- Tamminen, P. & Derome, J. 2005 . Temporal trends in chemical parameters of upland forest soils in southern Finland . Silva Fennica 39(3): 313-330.
- Tamminen, P., Starr, M. & Kubin, E. 2004 . Element concentrations in boreal, coniferous forest humus layers in relation to moss chemistry and soil factors. Plant and Soil 259 (11):51-58.
Metsikkösadannan mukana metsämaahan tulevat ravinnemäärät sekä ravinteiden huuhtoutuminen metsämaasta ja siihen vaikuttavat tekijät
Sadeveden määrä ja laatu muuttuu voimakkaasti veden kulkeutuessa latvuskerroksen läpi maaperään. Metsikkösadannan ja maaveden ravinteiden ja raskasmetallien pitoisuudet ovat yleensä korkeammat kuin avoimen paikan sadannassa (lukuunottamatta typpiyhdisteitä), mikä johtuu latvustosta liukenevien ja kuivalaskeuman mukana kertyneiden aineiden huuhtoutumisesta sekä maaperässä tapahtuvista prosesseista kuten kationinvaihdosta ja rapautumisesta. Orgaanisen hiilen (TOC) pitoisuutta, määrää ja eri fraktioita tutkittiin havupuuvaltaisissa metsissä eri puolilla Suomea. Tulokset osoittivat, että myös orgaanisen hiilen pitoisuus suurenee veden kulkeutuessa latvuksen läpi maaperään (Starr & Ukonmaanaho 2004). Fraktiointitulokset osoittivat, että vaikeasti hajoavat hydrofobiset hapot ovat vallitsevana fraktiona metsikkösadannan ja maaveden liuenneessa orgaanisessa hiilessä havupuuvaltaissa metsissä. Kuusen neulaset ovat tärkeitä hydrofobisten happojen lähteitä. Suomalaisessa kuusikossa (Picea abies) ja kanadalaisessa kuusikossa (Picea mariana) tutkittiin metsikkösadantaa ja miten sen laatuun ja määrään vaikutti keräinten tyyppi, koko, lukumäärä ja koejärjestys. Tulokset osoittivat, että sekä keräintyypillä, -lukumäärällä ja -jaksolla oli merkittävä vaikutus metsikkösadannan laatuun ja määrään, sen sijaan koejärjestyksen (systemaattisen/satunnainen) vaikutus oli vähäinen (Starr ym. 2007).
- Starr, M. & Ukonmaanaho, L. 2004. Levels and characteristics of TOC in throughfall, forest floor leachate and soil solution in undisturbed boreal forest ecosystems. Water, Air, and Soil Pollution: Focus 4: 715-729.
- Starr, M., Ukonmaanaho, L., Sibley, P.K., Hazlett, P.W. & Gordon, A.M. 2007. Deposition in boreal forests in relation to type, size, number and placement of collectors. Environmental Monitoring and Assessment 125: 123-136.
Ravinteiden rapautuminen mineraaleista
Maaperän mineraalien rapautuminen on tärkeä emäsravinteiden saatavuudelle ja maaperän puskurikyvylle happamoitumista vastaan. Tähän mennessä rapautumista on määrällisesti arvioitu muutamista metsiköistä (Starr ym. 2003, Starr & Lindroos 2006).
- Starr, M., Lindroos, A.-J., Ukonmaanaho, L., Tarvainen, T. & Tanskanen, H. 2003. Weathering release of heavy metals from soil in comparison to deposition, litterfall and leaching f lux es in a remote, boreal coniferous forest. Applied Geochemistry 18(4): 607-613.
- Starr, M. & Lindroos, A.-J. 2006. Changes in the rate of release of Ca and Mg and normative mineralogy due to weathering along a 5300-year chronosequence of boreal forest soils. Geoderma 133: 269-280.
Suomen männiköiden ja kuusikoiden puustokarikkeen määrää voidaan ennustaa puusto- ja ilmastotunnusten avulla
Hankkeissa 3340 ja 3324 (Hiilen varastot ja virrat kangas- ja turvemailla) identifioitiin eri puolella Suomea sijaitsevan 34 männikön karikeaineiston avulla niitä kasvupaikka-, puusto- ja ilmastotunnuksia, jotka parhaiten selittävät puuston karikesatoa. Maantieteellinen leveysaste, puuston pohjapinta-ala ja pituus selittivät 82 % männyn neulas- ja kokonaiskarikkeen vaihtelusta (Starr et al. 2005). Kun vuotuiset ilmastomuuttujat (kuluvan ja/tai edellisen vuoden lämpösumma / heinäkuun keskilämpötila) otettiin käyttöön leveysasteen asemasta, yhtälöiden selitysaste oli 70-76 %.
Hankkeessa 3340 ja hankkeessa 3324 idenfioitiin eri puolella Suomea sijaitsevan 18 kuusikon karikeaineistojen avulla niitä kasvupaikka-, puusto- ja ilmastotunnuksia, jotka parhaiten selittävät puuston karikesatoa. Puuston keskipituus ja ikä selittivät 82 % kuusen neulaskarikkeen vaihtelusta, ja puuston keskipituus ja keskiläpimitta selittivät 87% kuusen kokonaiskarikkeen vaihtelusta. Kun vuotuisia ilmastomuuttujia otettiin mukaan yhtälöihin, yhtälöiden selitysaste oli 69-80 % (Saarsalmi et al. 2007).
Karikesadon regressiomalleja ja karikkeen ravinnepitoisuusaineistoja hyödynnetään määrittämään karikkeessa metsämaahan tulevia ravinnevirtoja.
- Starr, M., Saarsalmi, A., Hokkanen, T., Merilä, P. and Helmisaari, H.-S. 2005. Models of litterfall production for Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Finland using stand, site and climate factors. Forest Ecology and Management 205: 215-225.
- Saarsalmi, A., Starr, M., Hokkanen, T., Ukonmaanaho, L., Kukkola, M., Nöjd, P. & Sievänen, R. 2007. Predicting annual canopy litterfall production for Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) stands. Forest Ecology and Management 242(2-3): 578-586.
Hienojuurten määrä ja dynamiikka
Helmisaaren ym. (2007) tutkimuksessa identifioitiin niitä kasvupaikka- ja puustotunnuksia, jotka parhaiten selittävät puuston ja aluskasvillisuuden hienojuuribiomassan (läpimitaltaan alle 2 mm juuret) vaihtelua. Tulosten perusteella on mahdollista entistä luotettavammin arvioida hienojuurten osuutta hiilen kierrossa ja ravinnedynamiikassa. Kuusikoiden puiden ja aluskasvillisuuden hienojuuribiomassa vaihteli maassamme välillä 2070 - 5520 kg/ha ja männiköiden 2300 - 4930 kg/ha. Eniten juuria oli pohjoisilla ja/tai karuilla kasvupaikoilla. Hienojuuribiomassa korreloi puutasolla selkeästi mm. pohjapinta-alan ja neulasmassan kanssa. Aluskasvillisuuden juuribiomassa oli suurin männiköissä ja Pohjois-Suomen kuusikoissa.
Hienojuurten ja niiden sienijuurten eli mykoritsojen määrää ja morfologiaa (Ostonen ym. 2007) tutkittiin gradientilla Eestistä Pohjois-Suomeen Kivalon puulajikokeelle yhteistyössä hankkeen 3252 ("Puulajin merkitys metsämaan viljavuudessa")
kanssa. Tutkimus oli osa pohjoismaista hanketta "Hienojuurten merkitys hiilen dynamiikassa metsämaassa (Helmisaari-Lõhmus-Majdi)".
Kivalon puulajikokeella tutkitaan myös hienojuurten kasvua ja uusiutumisnopeutta sekä juurten kasvukolonneilla että ns. miniritsotroneilla (digitaalikuvia maassa läpinäkyvässä putkessa liikutettavalla kameralla):
|
Kuvat: Heljä-Sisko Helmisaari |
- Helmisaari, H-S., Derome, J., Nöjd, P. & Kukkola, M. 2007 . Fine root biomass in relation to site and stand characteristics in Norway spruce and Scots pine stands. Tree Physiology
27: 1493-1504.
- Ostonen, I., Lohmus, K., Helmisaari, H-S., Truu, J. & Alama, S. 2007 . Fine root morphological adaptations in Scots pine, Norway spruce and silver birch along a latitudinal gradient in boreal forests. Tree Physiology
27: 1627-1634.
Verkostoyhteistyö
Cost Action E38 "Woody Root Processes"
Häiriintyneen metsän ravinnedynamiikka
Tiina Niemisen Helsingin yliopistoon tekemän väitöstutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää pahoin saastuneiden alueiden kunnostamisessa sekä vaurioiden ennaltaehkäisemisessä lievemmin saastuneilla alueilla. Tulokset antavat myös tietoa saastumisen leviämisen ehkäisytoimien suunnitteluun.
- Nieminen, T.M. 2005. Response of Scots pine (Pinus sylvestris L.) to a long-term Cu and Ni exposure. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja - The Finnish Forest Research Institute, Research Papers 942. 63 s. + 6 osajulk.
- Derome, J., Nieminen, T. & Saarsalmi, A. 2004 . Sulphur dioxide adsorption in Scots pine canopies exposed to high anmonia emissions near a CU-NI smelter in SW Finland . Environmental Pollution 129(1): 79-88.
- Nieminen, T.M. 2004. Effects of copper and nickel on survival and growth of Scots pine. Journal of Environmental Monitoring 6: 888-896.
- Nieminen, T.M., Derome, J. & Saarsalmi, A. 2004. The applicability of needle chemistry for diagnosing heavy metal toxicity to trees. Water, Air, and Soil Pollution 157: 269-279.
Maija Salemaan väitöskirjassa tutkittiin, miten raskasmetallit (mm. kupari, nikkeli, sinkki ja lyijy) ovat muuttaneet kangasmetsien kasvilajistoa, miten aluskasvillisuus toipuu päästöjen pienentymisen jälkeen ja millaisia kasvilajeja voidaan käyttää hyväksi vaurioalueiden uudelleen kasvittamisessa. Tutkimus tehtiin Harjavallassa, jossa raskasmetallit ovat saastuttaneet kupari-nikkeli -sulaton lähiympäristöä yli 50 vuoden ajan. Aluskasvillisuudella on suuri merkitys pohjoisten metsäekosysteemien ainekierrossa. Saastuneilla alueilla kasvipeite sitoo maata, vähentää raskasmetallihiukkasten leviämistä tuulen mukana ja voi vähentää myrkyllisten aineiden huuhtoutumista pohjavesiin.
- Salemaa, M., Derome. J. Helmisaari, H.-S., Nieminen, T. & Vanha-Majamaa, I. 2004. Element accumulation in boreal bryophytes, lichens and vascular plants exposed to heavy metal and sulfur deposition in Finland . The Science of the Total Environment 324: 141-160.
- Salemaa, M. 2003. Response of the understorey vegetation of boreal forests to heavy metal loading. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja - The Finnish Forest Research Institute, Research Papers 905. 43 s. + 6 osajulk.
- Salemaa, M. & Monni, S. 2003. Copper resistance of the evergreen dwarf shrub Arctostaphylos uva-ursi: an experimental exposure. Environmental Pollution 126: 435-443.
Raskasmetalleista saastuneen metsämaan ekologinen kunnostaminen
Kymmenvuotisen tutkimuksen tulokset osoittavat raskasmetalleista saastuneen metsämaan ekologisen kunnostamisen mahdolliseksi ilman maaperän poistoa. Kunnostaminen tehtiin lisäämällä metsämaan pinnalle uusi orgaaninen kateainekerros (yhdyskuntien kompostoidun biojätteen ja sahausjätteen seosta) ja kasvittamalla alue kestävillä, kotimaisilla kasvilajeilla.
Kotimaisia puuvartisia kasvilajeja (mänty, koivu, variksenmarja, sianpuolukka) istutettiin raskasmetalleilla saastuneeseen metsämaahan kateaineella täytettyihin maataskuihin kateaineella peitetyille ja vertailukoealoille vuonna 1996. Kateaineen levittäminen oli välttämätöntä luontaisen kasvillisuuden leviämiselle. Se myös lisäsi istutettujen varpukasvien hengissä pysymistä, osittain kuivuuden estymisen vuoksi. Vaikka kasveja kuoli välittömästi istutuksen jälkeen, kasvit menestyivät hyvin kymmenen vuoden aikana. Puut säilyivät varpulajeja paremmin hengissä, mutta varvut peittivät suuremman maa-alueen kokeen lopussa. Erityisesti variksenmarja ja mänty osoittautuivat sopiviksi lajeiksi kasvittamaan raskasmetalleilla saastuneita ja vaurioituneita metsiä. Myös luontaiset pioneerikasvilajit ilmestyivät ja runsastuivat kateaineella peitetyillä koealoilla, kun taas vertailualat olivat täysin vailla kasvillisuutta.
- Helmisaari, H-S., Salemaa, M., Derome, J., Kiikkilä, O., Uhlig, C. & Nieminen, T. 2007 . Remediation of heavy-metal contaminated forest soil using recycled organic matter and native woody plants. Journal of Environmental Quality
36: 1145-1153.
Alkuun
|
