Metla Hanke 3422

Ihmistoiminnan vaikutus metsien hiilitaseeseen ja monimuotoisuuteen

Kesto: 2006-2011   Asiasanat: biodiversiteetti, biodiversiteettisopimus, ilmastosopimus, maan hiilivaraston muutos, maaperän orgaaninen aines, metsien hiilinielu, seurantamenetelmien kehitys
Tutkimushankeryhmä: Erillishankkeet 1 - Metsäekosysteemien rakenne ja toiminta

Tavoitteet

Tutkimus tuottaa uutta tietoa metsäluonnon monimuotoisuudesta sekä monimutoisuuden säilyttämisen ja hiilen sidonnan välisistä kytkennöistä. Hankkeessa kehitettävät ja täydennettävät mallit auttavat ennustamaan metsien kehitystä ympäristöolosuhteissa, jotka poikkeavat nykyisistä esim. ilmastonmuutoksen tai muuttuvien metsänhoitomenetelmien johdosta.

Tavoitteiden toteuttamiseksi hankkeessamme työskennellään kolmella tasolla:

I. Kohdelajien ekologia ja lajiston suhde ekosysteemin toimintaan

• Mallitetaan kääpälajien elinympäristövaatimuksia.
• Analysoidaan lahopuusta eristetyn DNA:n sekä itiöemähavaintojen perusteella sienilajiston monimuotoisuus lahoamisen eri vaiheissa.
• Mallitetaan kääpälajiston sukkessio lahoavalla puulla.

II. Metsikön kehitys

• Testataan ja edelleen kehitetään lahopuuston dynamiikkaa kuvaavia malleja sekä arvioidaan lahopuun määrän ja laadun muutoksia eri käsittelyskenaarioissa.
• Täydennetään metsikön kehitystä kuvaavaa prosessipohjaista kasvumallia liittämällä siihen maan vesitasetta ja hajotustoimintaa kuvaavat osamallit.
• Tutkitaan ilmasto-olosuhteiden vaikutusta biomassan allokaatioon ja biomassan virtoihin.
• Analysoidaan erilaisten metsänkäsittelyketjujen vaikutusta puuston ja maaperän hiilen sidontaan sekä lajiston monimuotoisuuteen muuttuvassa ilmastossa.

III. Alueellinen vaihtelu

• Tutkitaan kääpälajien esiintymisen alueellista vaihtelua.
• Analysoidaan elinympäristölaikkujen pirstoutumisen vaikutusta lajien esiintymiseen.
• Analysoidaan metsäpalojen ja muiden metsätuhojen alueellisia ja ajallisia muutoksia sekä muutosten syitä.
• Kuvataan nettoprimaarituotoksen (NPP:n) alueellinen vaihtelu Suomessa ja hyödynnetään tietoa metsien hiilivaraston muutosten laskennassa.

Hiilen sitoutuminen metsien biomassaan, lahopuustoon ja maaperään hidastaa ilmastonmuutosta (video)

Tulokset

I. Kohdelajien ekologia ja lajiston suhde ekosysteemin toimintaan

• Lahopuussa elävä sienilajisto muuttuu lahoamisen edetessä Lue juttu
• Kuusipuun lahotessa sen ligniini-, typpi- ja kosteuspitoisuus kasvaa tiheyden pienentyessä (katso posteri ja esitelmä)
• Lahopuun sieniyhteisön RNA-analyysi osoitti, että katkolahottajat ja muut kotelosienet olivat yleisiä lahosukkession alussa, valko- ja ruskolahottajia esiintyi runsaasti keskimääräiseen lahovaiheeseen asti, kun taas mykorritsasienet olivat valtaryhmä pitkälle lahonneissa puun rungoissa. Sienilajiston monimuotoisuus lisääntyi puun lahotessa. Katso julkaisu Rajala et al. 2011 (pdf)
• Puulajien sienilajistot poikkeavat toisistaan. Katso julkaisu Rajala et al. 2010 (pdf)
• Kääpäsienien itiöemien runsaus ei indikoi koko sienilajiston runsautta puussa. Se, miten kattavasti koko puussa elävä sienilajisto voidaan tunnistaa, riippuu käytetystä DNA menetelmästä sekä referenssikirjastosta. Katso julkaisu Ovaskainen et al. 2010 (pdf)

II. Metsikön kehitys

• Metsänkäsittelyvalinnat vaikuttavat metsien hiilitaseeseen. Kasvillisuuden ja maaperän hiilivarastot ovat muuttuvassa ilmastossa suurempia kuin nykyilmastossa. Hiilivarastot kasvavat sekä talous- että luonnonmetsissä. Luonnontilaisen metsän hiilivarasto on suurempi kuin käsitellyn talousmetsän. Katso julkaisu Mäkipää et al 2011 (pdf)
• Tulosten mukaan puuston kasvu korreloi neulaskarikkeen kanssa Kivalon tutkimusalueen männikössä heikosti, mutta merkitsevästi 4 vuoden viiveellä. Varsinkin sääolot 4 ja 6 vuotta aiemmin vaikuttivat neulaskarikkeen määrään. Tutkimuksessa huomattiin myös että kevään vesisateet korreloivat negatiivisesti neulaskarikkeen kanssa. Katso julkaisu Lehtonen et al 2008 (pdf)
• Hakkuutähteiden korjuu energiapuuksi vähentää metsikön kierrossa olevien ravinteiden mm. typen määrää, mutta kokeellista tietoa energiapuun korjuun vaikutuksesta puiden kasvuun ja maaperään on vähän saatavilla. Tutkimme miten korjuun vaikutusten arvioinnissa käytettyjen mallien kuvaus maaperän ravinnekierron ja puuston kasvun takaisinkytkennästä vaikuttaa ennusteisiin. Tulosten mukaan hakkuutähteiden korjaaminen metsästä vähentää kasvua ja siten metsikön biomassaan sitoutuneen hiilen määrää. Mallitettaessa puuston kasvu ja maan hiilitase ilman takaisinkytkentää näyttää korjuun kasvua alentava vaikutus pienemmältä. Katso julkaisu Palosuo et al 2008 (pdf)
• Luonnontilaisissa - harventamattomina kehittyneissä - kuusikoissa puiden kuolemistodennäköisyyteen vaikuttavat käytännössä vain niitä 4-5 cm rinnankorkeusläpimitaltaan suuremmat puut. Puiden välisestä kilpailusta johtuva luonnonpoistuma voidaan kuvata yksinkertaisella läpimitan neliöjuureen perustuvan indeksin avulla. Laatimamme yksinkertainen ja ekologisesti järkevä kilpailuindeksi voidaan helposti sisällyttää vanhojen metsien kehitystä kuvaaviin metsikkömalleihin. (katso julkaisu ja esitelmä).

III. Alueellinen vaihtelu

• Etelä-Karjalan ja Karjalan Kannaksen metsät eroavat huomattavasti toisistaan. Landsat-satelliittiaineiston perusteella havaittiin, että metsikkölaikut ovat Suomen puolella rajaa oleellisesti pienempiä kuin Venäjän puolella. Lisäksi saman metsätyypin laikut sijaitsevat kauempana toisistaan. Näin ollen Suomen puolen metsämaiseman voidaan sanoa olevan pirstaleisempaa. Tämä vaikuttaa erityisesti Suomen metsien eliöstön yhteyttä laajojen venäjän boreaalisten metsien eliöpopulaatioihin. Karjalan Kannas on yksi kolmesta kapeasta käytävästä, jotka yhdistävät Suomen populaatiot laajempiin Venäjän populaatioihin. Katso julkaisu Muukkonen et al 2009 (pdf)
• Järvien pohjasedimentteihin kerrostuneen siitepölyn runsauden perusteella voidaan rekonstruoida muinoin vallinneen puuston biomassaa ja puuston populaatioita. Katso julkaisu Seppä et al 2009 (pdf)
• Kuusi (Picea abies) on yksi Euraasian vallitsevista puulajeista ja se on levinnyt Pohjois-Eurooppaan hitaasti länteen päin saavuttaen Itä-Suomen noin 6500 ennen nykyaikaa. Keski-Ruotsiin kuusi saapui puolestaan noin 2700 vuotta sitten ja Etelä-Norjan 1000 vuotta sitten. Tulostemme perusteella kuusi saavutti levitessään kulloisillakin paikoilla asemansa yleensä noin 100-550 vuodessa. Erityisen huomioitavaa on se, että levitessään laajemmalle kuusi näyttää syrjäyttäneen varsinkin lehmuksen kilpailussa kasvupaikoista. Näin ollen lehmuksen häviäminen ei johdukaan pelkästään ilmaston lämpenemisestä, vaan myös siitä, että kuusi on ollut lehmukselle liian vahva kilpailija samalla osin päällekkäisessä ekolokerossa. Katso julkaisu Seppä et al 2009 (pdf)
• Puuston biomassan alueellista vaihtelua on kuvattu kartalla, joka tuotettiin yhdistämällä VMI10 aineistoja, puiden dimensiomallit, uudet biomassamallit ja k-NN estimointi . Keski-Suomen biomassakartta tuotettiin yhteistyössä Sakari Tuomisen, Kalle Eerikäisen ja Anett Schibalskin kanssa.
  Puustobiomassan alueellista vaihtelua kuvaavaa menetelmää ja alustavia tuloksia esiteltiin Montpellierin ForestSat'07 kokouksessa. Katso posteri (pdf)
• Analysoimme metsänomistajan tekemien metsänkäsittelyratkaisujen kuten kokopuukorjuun, kiertoajan, harvennusten ja lannoituksen sekä erilaisten häiriöiden merkitystä metsien hiilitaseeseen. Lisäksi selvitimme Euroopan eri osien metsien mahdollisuuksia ilmastonmuutoksen hillitsemisessä. Etelä-Euroopassa metsien hiilitaseeseen voidaan vaikuttaa metsäpaloja säätelemällä, Keski-Euroopassa voidaan mm. kasvattaa metsien biomassan hiilivarastoa ja hyödyntää puustobiomassaa bioenergian lähteenä. Katso artikkeli Nabuurs et al. 2008. FEM 256: 194-200.
• Useimmissa Euroopan maissa on jo käytettävissä metsävaratietoa, jonka perusteella voidaan laskea metsien puuston ja maaperän hiilitase suuraluetasolla. Laskennassa tarvittavat mallit, jotka soveltuvat puuston sekä kangasmaiden maaperän hiilitaselaskentaan, ovat jo käytettävissä ja niiden validisuutta on testattu. Katso artikkeli Mäkipää ym. 2008. Teoksessa Dolman et al. The Continental-Scale Greenhouse Gas Balance of Europe.

Tuloksia tutkimusryhmämme edellisistä projekteista: http://www.metla.fi/hanke/3306/

Julkaisut

Esitelmät ja posterit

Final seminar on Forest ecology and challenges in the forest modeling, at the Finnish Forest Research Institute, Vantaa, Finland, 15 December 2011

Presentation at GEO-Carbon Conference: Carbon in a changing world, FAO, Rome, Italy, October 24-26, 2011

• Mäkipää et al. Soil carbon monitoring at large geographical scales - a method based on soil survey combined with modelling (pdf)

Presentation at Metsätieteen Päivä (a Day of Forest Science) Helsinki, Finland, October 26, 2011

• Rajala et al. Community structure of wood-inhabiting fungi in relation to substrate quality of decaying Norway spruces (pdf)
• Valentin et al. Fungal community composition affects the rate of decomposition in Picea abies woody substrate (pdf)
• Linkosalo et al. Voiko metsämaan vesitaseen simuloinneilla selittää ja ennustaa metsän kuivuusvaurioiden esiintymistä? (pdf)

Presentation at 'International Scientific-Practical Conference on INNOVATION AND TECHNOLOGIES IN FORESTRY, 22-23 March, 2011, St.Petersburg, Russia

• Mäkipää and Vapaavuori, Implications of changing climate on forest management (pdf)
• Раиса Макипаа и Элина Вапаавуори, Воздействие климатических изменений на лесопользование (pdf)

Presentation at Metsätieteen Päivä (a Day of Forest Science), Helsinki, Finland, November 4, 2010

• Rajala et al. Sieniyhteisön lajiston ja monimuotoisuuden muutos puun lahotessa (pdf)
• Peltoniemi & Mäkipää. Quantifying distance-independent tree competition for predicting Norway spruce mortality in unmanaged forests (pdf)

Presentation at IMC9 - The Biology of Fungi, Edinburgh, UK, 1-6 August 2010

• Rajala et al. Structure of wood-inhabiting fungal community in relation to quality of decaying Norway spruce logs (pdf)

Presentation at IUFRO Conference on Multipurpose Forest Management, Niigata, Japan, September 20-25, 2009

• Mäkipää et al. How forest carbon sequestration is affected by management and climate change? (pdf)

Presentation at '6th International Symposium on Ecosystem Behavior BIOGEOMON 2009', June 29 - July 3, 2009, Helsinki, Finland

• Makipaa et al. Differences in forest carbon stock and timber supply between management options under changing climate (pdf)
• Linkosalo et al. Predicting the probability of severe droughts and changes in potential GPP under changing climate (pdf)

Presentation at '21st New Phytologist Symposium. The ecology of ectomycorrhizal fungi', 10-12 December 2008, Montpellier, France.

• Rajala et al. Fungal diversity in decaying logs: proportion of ectomycorrhizal fungi revealed by DGGE fingerprinting and pyrosequencing (pdf)

Presentation at '51st Annual Symposium of International Association of Vegetation Science (IAVS) - Frontiers of Vegetation Science', September 7-12, 2008, Stellenbosch University, South-Africa.

• Mäkipää et al. Succession of wood-inhabiting fungi during decomposition of the dead wood (pdf)

Presentation at 'Nordic workshop on habitat structure and nature quality', May 14-15, 2008, Roskilde, Denmark.

• Mäkipää, R. Measuring spatial structure and its effects on biodiversity in Finland (pdf)

Presentation at the ForestSat'07 conference , November 5-7 , 2007, Montpellier, France.

• Lehtonen et al. Biomass mapping for Central Finland with Landsat images (pdf)

Hankkeen vetäjä: Mäkipää, Raisa
Metsäntutkimuslaitos, Vantaan toimipaikka, PL 18, 01301 VANTAA
Puhelin: 029 532 2197
Sähköpostiosoite: raisa.makipaa@metla.fi

Muut tutkijat: Härkönen, Sanna, VA (2009-11), Lehtonen, Aleksi, VA (2007-08), Linkosalo, Tapio, VA (2008-09), Peltoniemi, Mikko, VA (2007-08), Penttilä, Reijo, VA (2008-09), Siitonen, Juha, VA (2008-11)

Sivun alkuun

Tämä sivu on tuotettu Metlan tietokannasta 01.02.2013
Palaute