Kuiva vai uiva metsä? Veden vaikutukset metsien hiilen kiertoon ja metsätuhoihin Mikko Peltoniemi. Tieteiden talo, Helsinki 13.9.

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Kuiva vai uiva metsä? Veden vaikutukset metsien hiilen kiertoon ja metsätuhoihin Mikko Peltoniemi. Tieteiden talo, Helsinki 13.9."

Vilho Laaksonen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Kuiva vai uiva metsä? Veden vaikutukset metsien hiilen kiertoon ja metsätuhoihin Mikko Peltoniemi Tieteiden talo, Helsinki

2 Sisältö Taustaa: Ilmastonmuutos, kasvit ja vesi (kuivuus) Kuivuus ja 1. metsikön hiilitase ja sen ennustaminen 2. vaikuttaako kuivuus myös kasvuun? 3. metsätuhot

3 Ilmastonmuutos: Kuiva vai uiva metsä? Haihdunta kasvaa kun lämpötila nousee Sadanta kasvaa erityisesti talvella Kesäsadanta entisellään tai kasvaa hieman Sateet intensiivisempiä, harvempia Erittäin kosteat ja kuivat jaksot yleistynevät Miten metsät reagoivat? Pienilläkin ilmastollisilla muutoksilla voi olla suuria seurannaisvaikutuksia

Kesäsadanta entisellään tai kasvaa hieman Sateet intensiivisempiä, harvempia

4 Kasvit ja kuivuus Puilla useita erilaisia selviytymiskeinoja kuivuuden sietämiseen Adaptaatio / akklimaatio Toiminnalliset / rakenteelliset piirteet Nopeat / hitaat vasteet

5 Sulkeako ilmaraot vai yhteyttääkö? Eri puulajit voidaan karkeasti jakaa kahteen ryhmään niiden kuivuusstrategian perusteella Hydraulic failure Ilmarakoja ei suljeta, isot neg. lehtien vesipotentiaalit Energiasta ei pulaa Vesipotentiaaliero lehtien ja maan välillä kasvaa kestämättömäksi Veden kuljetuksen katkeaminen Carbon starvation Ilmaraot suljetaan jo aikaisessa vaiheessa kun maa kuivuu / VPD kasvaa, heikko vedenkuljetusrakenne Yhteytys lakkaa, varastoitu energia kuluu ylläpitoon

6 Keinoja selviytyä kuivassa Toiminnallisia keinoja, mm Ilmarakojen optimaalinen säätö (Max{A-λE}) Osmoottinen kontrolli solutasolla Rakenteellisia keinoja, mm Lehti-juuristo suhteen optimointi Latvuksen ja lehtien rakenne Kasvin osien, erit. lehtien, tiputtaminen (modulaarisuus) Energiavarastodynamiikka todennäköisesti tärkeä Kasvu, suojautuminen patogeeneiltä jne. Vrt. Carbon starvation-strategia/hypoteesi

Latvuksen ja lehtien rakenne Kasvin osien, erit.

7 Mallikehitys VEDEN VAIKUTUKSET METSIEN HIILITASEELLE

8 Mitä kuivuuden vaikutuksien ennustaminen vaatii? Sadanta haihdunta -tasetta Haihdunnan ennustaminen hankalampaa kuin fotosynteesin Evaporaatio Transpiraatio Maaperätekijöistä usein heikkoa tietoa Yksinkertainen GPP-pohjainen lähestymistapa hedelmällinen?

kuin fotosynteesin Evaporaatio Transpiraatio Maaperätekijöistä

9 GPP-haihdunta-vesitase malli PRELES Yksinkertainen semi-empiirinen malli (Peltoniemi et al., käsikirjoitus) Soveltuu esim. kuivuusindeksin laskemiseen

Mallin sovitus eddy-dataan Fotosynteesiin (GPP), haihduntaan (ET) ja maaperän vesipitoisuus θ ET myös valuma-alueen vesitaseesta Vuotuisen eddy-et:n ja vesitase-et:n erot huomattavat Mikä on

10 Mallin sovitus eddy-dataan Fotosynteesiin (GPP), haihduntaan (ET) ja maaperän vesipitoisuus θ ET myös valuma-alueen vesitaseesta Vuotuisen eddy-et:n ja vesitase-et:n erot huomattavat Mikä on potentiaalisen eddy-et:n harhan vaikutus mallin ennusteille? Sovitettiin kaikki vasteet (GPP, ET, θ) yhtä aikaa (Bayes-sovitus) VALUMA SADE Mallin sovittaminen vaste (GPP ja ET) kerrallaan ilman informaatiota maaperän vedestä Δθ Ratkaise ET

eddy-et:n harhan vaikutus mallin ennusteille?

11 Maaperän vesipitoisuuden ennusteet Mittaukset Kun GPP, ET, θ yhdessä sovituskriteereinä saatiin kohtuullinen vesiennuste vaikka haihdunta harhainen Osa kerrallaan sovitettu malli herkempi harhalle

12 Kuivuusvaste Kuivuuden vaikutuksen ennustaminen onnistuu erinomaisesti vaikka vesitaseen ennusteeseen jää harhaa GPP- ja ET-mallit kompensoivat harhan vesiennusteessa

13 KASVU JA SÄÄMUUTTUJAT

14 Kasvu ja säämuuttujat Kasvu vaihtelee vuosittain jopa 30 % Kasvuun vaikuttaa vesi solujen turgor-paineen (solujakautuminen) ja fotosynteesikertymän kautta Aiemmin selitetty kasvun vaihtelua lämpötiloilla ja sadannoilla Selittyykö kasvunvaihtelu ennustetulla maaperän kuivuudella?

fotosynteesikertymän kautta Aiemmin selitetty kasvun vaihtelua

15 Kasvulustojen ja kuivuusmallin ennusteiden vertailu (H.Henttonen et al.) Pohjoiskarjalan-alue, lustot Hiidenmaa, lustot muuta aluetta Kuivia kasvupaikkoja, mänty Aikasarjojen korrelaatioanalyysi: Vuotuiset kasvuindeksit vs. Lämpötila-aikasarja Sadanta-aikasarja PRELES-mallinnettu kuivuus -aikasarja

aluetta Kuivia kasvupaikkoja, mänty Aikasarjojen korrelaatioanalyysi: Vuotuiset

16 KASVUINDEKSI, MÄNTY, CT, POHJOIS-KARJALA

17 KASVUINDEKSI, MÄNTY, CT, HIIDENMAA

18 Ilmasto METSÄTUHOT

19 Metsätuhot ja kuolemankierrehypoteesi Altistaako kuivuus metsätuhoille? Kilpailu tappaa harvoin puita Useimmat kuolevat seurannaistuhoihin kilpailun heikentämänä Kuivuuskin tappaa harvoin Kuivuus voi silti laukaista saman kierteen Puiden energiavarastot ratkaisevia Kilpailuasetelman vaikutus? Carbon starvation, hydraulic failure Abiotic stress: e.g. drought Fig: Franklin 1987

Kuivuuskin tappaa harvoin Kuivuus voi silti laukaista saman kierteen Puiden energiavarastot

20 Mäntypistiäinen ja ilmasto Predators Birds, mammals, ants, etc. Egg parasites eggs Winter N. sertifer N. Summer Climate factors Winter min. T (-36C) Summer T Rainfall Parasites Diseases SURROUNDING LANDSCAPE N Resin Needle quality /tree vitality Scots pine tree / stand Soil factors Phenological changes

T (-36C) Summer T Rainfall Parasites Diseases SURROUNDING LANDSCAPE N Resin

21 Indeksi, standardoitu Ruskomäntypistiäinen (Neodiprion sertifer) KUIVAA LÄMMINTÄ PALJON TUHOJA 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Southern Savo / Puumala Kuiva jakso (PRELES-ennustettu) Laajamittaisia Drought mäntypistiäishavaintoja Winter_Min_T 0, ,5 European_Pine_Sawfly_ outbreak_indice -1,0-1,5-2,0-2,5 MÄRKÄÄ KYLMÄÄ VÄHÄN TUHOJA Lämpimiä talvia Seppo Neuvonen et al, work in progress Laajamittaisia mäntypistiäistuhoja havaitaan ( ) Ei kovia talvipakkasia ennen tuhoja, talvehtivat munat eivät kuole Altistava kuivuus ennen tuhoja, heikentynyt defenssi? TUHOT SEURAAVAT VIIVEELLÄ SÄÄILMIÖITÄ

22 Pistiäisten (Diprionidae) esiintyminen ja ympäristötekijät Hypoteesi: Kuivuus vaikuttaa pistiäistuhojen esiintymiseen männyllä ICP I materiaali ( , yht. 707 koealaa, mittausta, joista valittu kangasmaan männyt e-suomessa) Logistinen sekamalli, puut koealoilla, (tuho 0/1) Kuivuus PRELES-ennustettu: Mittauskesän, edellisen kesän ja sitä edellisen kesän kuivuus (kesän pienin kk-keskiarvo) Standardoitu ennustepistekohtaisesti Lisäksi kovariaatit: puun koko, kilpailuasetelma, pohjoiskoordinaatti

Malliennusteet ja kuivuus Mallin kuivuusennuste osoittautui merkittäväksi selittäjäksi eri lag-efekteillä Kuluvan kesän kuivuus * Vuosi - 1 * Vuosi 2.

23 Malliennusteet ja kuivuus Mallin kuivuusennuste osoittautui merkittäväksi selittäjäksi eri lag-efekteillä Kuluvan kesän kuivuus * Vuosi - 1 * Vuosi 2. Kuivuutta ennustavat topografiatekijät korreloituneita puustoa kuvaavien tunnuksien kanssa, efekti epäselvä (työ jatkuu) Conseq. years. * * Dbh=20cm, PPA=30m2

24 Yhteenveto Kuivuus vaikuttaa kokonaisvaltaisesti puihin/metsiin Sateiden jakautumisella kasvukaudella voi olla iso merkitys Seurannaismerkitykset potentiaalisesti dramaattisia (erit. tuhot) Seurannaisvaikutusten fysiologista ja ekologista mekaniikkaa täytyy selvittää lisää Yksinkertaisilla malleilla päästään kuitenkin alkuun Ilmastollisten ääritilanteiden vaikutuksien arviointi vaatii Hyvät kasvillisuuden vastemallit, kilpailun vaikutus Altistavat spatiaaliset tekijät - puulajikohtaisesti Kasvit sopeutuneita: Anomaliatilanteet suhteessa niiden säähistoriaan, ääriarvojen tilastotiede

Samankaltaiset tiedostot

Kuinka ilmasto vaikuttaa metsien hiilinieluihin ja metsätuhoihin? Climforisk

Kuinka ilmasto vaikuttaa metsien hiilinieluihin ja metsätuhoihin? Climforisk Mikko Peltoniemi Tieteiden talo 29.11.2011 www.metla.fi/life/climforisk LIFE09 ENV/FI/000571 Climate change induced drought