*Name in English Long term effects of stump harvesting on nutrient and carbon balances

Transkriptio

1 1. Hankkeen yleistiedot *Tunnus Aloitusv Lopetusv Vetäjä Tyyppi (tutkimus/yrt/eu/palveluhanke) Eero Kubin TUT *Nimi Kantojen noston pitkäaikaisvaikutukset ravinne- ja hiilitaseisiin *Name in English Long term effects of stump harvesting on nutrient and carbon balances Tutkimusohjelma, johon hanke kuuluu ForestEnergy2020. Metsäenergian tutkimus ja innovaatio-ohjelma eurooppalaisia kehityspolkuja vuoteen 2020 (Teema-alue 1. Improved and more reliable sustainability assessment and regulatory procedures and legislation of the biomass production, conversion and end use. Hannu Ilvesniemi). *Asiasanat Metsähakkeen energiakäyttö, kantojen nosto, vesistövaikutukset, taimettuminen, hiilen kierto kasvillisuuden sukkessio, biomassa, ravinnekierto, metsien kestävä käyttö *Keywords Bioenergy, forest-based energy, stump harvesting, effects on the water system, restocking, carbon balance, succession, biomass, nutrient cycle, sustainable use of forests *Hankkeen tieteenalat 12 Metsätalouden ympäristövaikutukset (60 %), 6 metsän uudistaminen (30%), 17 Metsäluonnon monimuotoisuus (5%), 10 puun jalostus- ja energiakäyttö (5 %) *Hankkeen vaikuttavuusalue 1. metsiin perustuva yritys- ja elinkeinotoiminta 20 % 2. metsät ja yhteiskunta 20 % 3. kestävät metsänkasvatusketjut 60 % 4. metsätalouden ja metsäympäristön tietovarannot 0 % 5. ei kuulu edellä oleviin painoaloihin 0 % Painoalat yhteensä 100 % *Hanke tulostetaan painoalan numero 3 hankeluetteloon julkisessa viestinnässä *Hankkeen tiivis kuvaus/esittelyteksti Suomessa Uusiutuvan energian velvoitepaketissa tavoitteena on nostaa metsähakkeen vuotuinen lämpöja voimalaitoskäyttö 8-12 milj. m 3 vuoteen 2020 mennessä. Pienpuun ohella raaka-aineen lähteitä ovat kannot ja latvusmassa. Metsäenergian talteenoton lisääminen ja erityisesti kantojennosto on noussut kriittisen tarkastelun kohteeksi puutteellisesti tunnettujen pitkäaikaisten ympäristö- ja kasvupaikkavaikutusten vuoksi. Tästä johtuen, tutkimuksen lisääminen ja syventäminen erityisesti vesistövaikutuksista on tärkeää. Osana Metlan BIO-ohjelmaa perustetut kantojennostokoealat ja hankkeen taustalla oleva pitkäaikainen yhteistyö metsänuudistamisen kasvupaikka- ja vesistövaikutuksien tutkimuksessa UPM-Kymmene Oyj:n kanssa luo hankkeelle maassamme ainutlaatuisen tietopohjan sekä toteuttamisen edellytykset. Hankkeen merkitystä korostavat EU:n ilmasto- ja energiapolitiikan tavoitteet, joiden mukaan uusiutumattomia energiavaroja korvataan enenevässä määrin biomassaan perustuvilla raaka-aineilla. Hankkeessa tutkitaan vähentääkö kantojen nosto yhdessä hakkuutähteiden keruun kanssa ravinteiden huuhtoutumista ja mikä on vaikutuksen kesto verrattuna perinteiseen ainespuunkorjuuseen. Ainutlaatuinen, eri kasvillisuusvyöhykkeille ulottuva koeasetelma ja aikaisempi tutkimus sekä sen huolellinen analysointi muodostavat tähän erinomaisen lähtökohdan. Tutkimusta on kohdistettu myös valuma-alueille, joilla seurataan avohakkuun ja kantojen noston vaikutusta valuman muuttumiseen ja ravinteiden huuhtoutumiseen. Kantojen noston laaja-alaisia pohjavesivaikutuksia tutkitaan seuraamalla pohjaveden ravinnepitoisuuksia vanhoilla pohjavesikoealoilla niiden yläpuolella tehtävän kantojennoston jälkeen. Valuman ja pohjaveden pinnan vaihtelua kuvataan myös mallintamalla. Kasvipeitteen palautuminen on ravinnehuuhtoutuman ja hiilen kierron kannalta olennaisen tärkeää. Tätä tutkitaan kasvilajien sukkession, biomassojen mittaamisen ja taimettumisinventointien avulla Etelä-, 1

2 Keski- ja Pohjois-Suomessa olevilla intensiivikoealoilla, joihin myös muu ravinnekiertotutkimus keskittyy. Hanke toteutetaan yhteistyössä UPM Kymmene Oyj:n kanssa, joka on kehittänyt voimakkaasti metsäenergian talteenottoa. Yhteistyötä tehdään myös Metsähallituksen, Yara Suomi Oy:n, muiden tutkimuslaitosten sekä kotimaisten ja ulkomaisten yliopistojen kanssa. Tutkimus palvelee metsäorganisaatioita ja poliittisia päättäjiä metsäenergian talteenottoa koskevassa päätöksenteossa. Hanke tuottaa sekä tieteellisiä että muita julkaisuja. Tulokset viedään käytännön metsätalouteen seminaarien, esitelmien ja retkeilyjen avulla. *Brief description of the project The use of logging residues as a source of energy is estimated to increase in Finland up to 15 million cubic meters until However, the environmental impacts especially when harvesting stumps are still inadequately understood. Because of this, more long-term research is needed. The project is planned to be implemented in three geographical areas in the form of an intensive study: Southern Finland, Central Finland, and Northern Finland. In addition, forested catchments from Kuusamo and Taivalkoski are implemented to the project. The study will examine the impact of stump and logging residue harvesting on the nutrient cycle, microbiology, restocking, carbon balance, and vegetation succession. All the earlier measured data that is available from ongoing projects will be applied in order to obtain results as soon as possible. The work will be done in close cooperation with UPM-Kymmene plc and Forest and Park Service. Moreover, cooperation with various universities will play a significant role in the project. The results of the project will be of benefit to forestry organisations and political decision-makers in connection with decisions involving the recovery of forest-based energy. The project will produce scientific and other publications, and the results obtained will be made known to practical forestry through seminars, excursions and other presentations. 2. Tausta EU:n ilmasto- ja energiapolitiikan tavoitteet ovat lisänneet tarvetta myös metsäbiomassan laajamittaiseen hyödyntämiseen. Metsähaketta käytetäänkin nykyisin noin 7 milj. m³ vuodessa, kun teknis-taloudellinen tuotantopotentiaali on Metlan mukaan noin 16 milj. m³. Metsäluonnonvaroja hyödynnetään siis tulevaisuudessa yhä suuremmalla intensiteetillä, mutta riittävää tutkimustietoa varsinkin kantojen noston pitkäaikaisista vesistö- ja muista ympäristövaikutuksista ei ole vielä käytettävissä. Käynnissä olevan seurantatutkimuksen jatkamisella ja tulosten nopealla raportoinnilla on merkittävä tarve myös siitä näkökulmasta, että vuosittainen arvioitu kantojennostoala on noin hehtaaria eli kantoja nostetaan lähes viidenneksellä vuosittaisista avohakkuualoista. Tutkimuksen haaste on siten tuoda osaltaan aineksia metsien kestävän käytön turvaamiseen. Metsäntutkimuslaitos perusti yhteistyössä UPM Kymmene Oyj:n ja Yara Suomi Oy:n kanssa vuonna 2007 intensiivikokeita kolmelle eri maantieteelliselle alueelle kantojen noston ja hakkuutähteiden keruun ympäristövaikutusten tutkimusta varten. Tutkimukseen sisältyy lisäksi Koillismaalla sijaitsevia valumaalueita, joiden perustaminen saatiin päätökseen syksyllä Intensiivikoealat valittiin siten, että niiden metsikkörakenne vastasi käytännön kantojennostokohteita. Tutkimusta varten kohteiden maapeitteen vahvuus sekä pohjaveden esiintyminen varmistettiin maatutkaluotauksella. Koetoiminnan taustalla on pitkäaikainen tutkimus uudistamistavan ja hakkuutähteiden talteenoton vaikutuksista pohjaveteen UPM Kymmene Oyj:n kanssa Paltamon Kivesvaarassa, Kainuussa. Uutta tutkimustietoa tarvitaan metsänhoitosuositusten tarkistamiseen ja hallinnon tarpeisiin. Intensiivikoealojen viiden ensimmäisen seurantavuoden aikana ravinteiden huuhtoutuminen pohjaveteen on lisääntynyt vuosi vuodelta eikä tasaantumista ole vielä havaittavissa. Myös valuma-alueilta purkautuvan pintaveden ravinnepitoisuudet ovat lähteneet nousuun verrattuna aiempaan kalibrointijaksoon. Aiempien tutkimuksien perusteella maanmuokkauksen tiedetään näkyvän pintavesien ravinnehuuhtoumissa noin viiden vuoden ajan (Kubin 1995a), kun taas vaikutus pohjaveteen on huomattavasti pitkäaikaisempaa. Kohonneita ravinnepitoisuuksia on mitattu Kivesvaaran vanhemmilta pohjavesikoekentiltä vielä yli 20 vuotta käsittelyjen jälkeen (Kubin 1992, 1995b, 1998, 2006, 2008, 2012). Kantojen noston seurannaisvaikutukset ovat myös hyvin todennäköisesti pitkäaikaisia, joten tutkimustyö on vasta alussa. Tästä johtuen ja ottaen huomioon koekenttien perustamiseen tehdyt investoinnit, seurantatutkimuksen jatkaminen jo perustetuilla koealoilla tuo nopeasti uutta luotettavaa tietoa kantojennoston pitkäaikaisista kasvupaikka- ja vesistövaikutuksista. 2

3 3. Hankkeen tavoitteet ja tutkimussuunnitelma 3.1 Hankkeen tavoitteet ja tutkimushypoteesit Hankkeen tavoitteena on tuottaa pitkäaikaista seurantatietoa kantojen noston ja hakkuutähteiden keruun ympäristövaikutuksista. Tutkimushypoteesit ovat: 1) Kantojen ja hakkuutähteiden poistaminen vähentää metsänuudistamisen aiheuttamaa ravinnekuormitusta vesistöihin ja lyhentää vaikutusten kestoa verrattuna perinteiseen ainespuun korjuuseen 2) Kantojen noston vesistövaikutus rajoittuu käsittelyalueelle 3) Kantojen nosto ja hakkuutähteiden keruu muuttaa maaperäeliöstön vuorovaikutussuhteita ja vaikuttaa sitä kautta ravinteiden ja hiilen kiertoon 4) Kantojen nosto ja hakkuutähteiden keruu vähentää kasvupaikan ravinteisuutta ja muuttaa kasvilajisuhteita heikentäen taimien alkukehitystä Hanke palvelee metsäorganisaatioita sekä poliittisia päättäjiä metsäenergian talteenottoa koskevassa päätöksenteossa erityisesti metsien kestävän käytön näkökulmasta. 3.2 Hankkeen tutkimussuunnitelma Työn kuvaus ja käytettävät menetelmät Hanke perustuu maastossa tehtävään kokeelliseen tutkimukseen, jonka koejäsentelyssä on mukana voimassa olevien metsänhoitosuositusten mukainen biomassan keruu sekä myös intensiivisemmin toteutettu kantojen ja hakkuutähteiden keruu. Tuloksia mallinnetaan ja analysoidaan tilastomatemaattisin menetelmin. Tutkimuksessa jatketaan ja kehitetään BIO-ohjelman hankkeessa Kantojen noston ja hakkuutähteiden keruun ekologiset ja metsänhoidolliset vaikutukset aloitettua työtä. Hankkeen koekentillä tehdään intensiivitutkimusta sekä laaja-alaisempaa valuma-aluekohtaista tutkimusta. Havaintosarjat mahdollistavat myös mallintamisen ja tavoitteena on laatia sadantaan ja virtaamaan perustuvia valuma-alue- ja pohjavesimalleja (pareittaisten valuma-alueiden menetelmä, HEC- HMS, HBV) osana Ph. D. student Jiri Kremsan väitöskirjatyötä Tsekin teknillisessä yliopistossa. Hankkeessa otetaan uuteen käyttöön kaksi vanhaa pohjavesikoekenttää Paltamon Kivesvaarassa. Hautalan ja Pahalouhen koekenttien yläpuolisten alueiden kantojennoston vaikutuksia tutkitaan vanhoja koejärjestelyjä hyödyntäen, jolloin uusia perustamisinvestointeja ei tarvita. Näin saadaan käytännön mittakaavaisista tietoa kantojen noston ja biomassan korjuun aiheuttamasta ravinteiden huuhtoutumisesta pohjavedessä kantojennostopaikan alapuolisiin vesistöihin minimaalisin kustannuksin Koekentät Intensiivikoekentät sijaitsevat kolmella eri kasvimaantieteellisellä vyöhykkeellä, Etelä-Suomessa, Keski-Suomessa ja Pohjois-Suomessa (kuva 1). Koekentät on perustettu UPM Kymmene Oyj:n ja Yara Suomi Oy:n maille, jotka olivat ennen käsittelyitä puustoltaan samankaltaisia, kuusivaltaisia päätehakkuuleimikoita. Koekentät ovat topografialtaan kaltevia ja maaperästä saadaan kerättyä pohjavesinäytteitä. Koekentät on valittu yhteistyössä maat omistavan UPM-Kymmene Oyj:n sekä GTK:n kanssa vuosien 2005 ja 2006 aikana. Alueiden sopivuus tutkimuskäyttöön on varmistettu maaperäluotauksilla (kuva 2), joiden avulla saadaan todettua pohjaveden pinnantaso, maa-aineksen jakautuminen alueella sekä suhteellinen karkeusaste ja kallion pinnan sijainti. Luotauksien tuloksia on hyödynnetty koeruutujen ja pohjavesikaivojen sijoittelussa. Kuva 1. Koekenttien maantieteellinen sijainti. 3

4 { { { 10,0 m 5,0 m 5,0 m 5,0 m 5,0 m 10,0 m Yksittäinen intensiivikoekenttä muodostuu kolmesta lohkosta, joilla kullakin on kuusi erilaista käsittelyä eli koejäsentä (taulukko 1). Koejäsenten eli käsittelyruutujen koko on 40 x 50 m ja niiden sijainti lohkolla on arvottu (kuva 3). Jokaiselle käsittelyruudulle on sijoitettu systemaattisesti viisi pohjavesikaivoa ravinnekierron tutkimusta varten. Pohjavesikaivoja on asennettu koekentille yhteensä 249 kpl.! = kaivonpaikkaa siirretty maaperän tai muun tekijän vuoksi.!!!! Kuva 2. Esimerkki pohjavesikaivojen sijoittelusta luotauksen perusteella Kuva 3. Esimerkki koeruutujen ja niille asennettujen pohjavesikaivojen sijoittamisesta Etelä-Suomen koekentällä Taulukko 1. Koejäsenet intensiivikoekentillä 1. Hakkaamaton metsä (kontrolli) 2. Avohakkuu 3. Avohakkuu + laikkumätästys + kuusen istutus 4. Avohakkuu + laikkumätästys + latvusmassasta kerätty 70 % + kuusen istutus 5. Avohakkuu + laikkumätästys + latvusmassasta kerätty 70 % + kantojen nosto, jätetty 25 kpl/ha + kuusen istutus 6. Avohakkuu + laikkumätästys + latvusmassasta kerätty 100 % + kantojen nosto, 100 % + kuusen istutus Koealueiden elävän puuston ja lahopuun määrä on mitattu ennen hakkuita VMI:n ja Biosoil -hankkeen ohjeita ja luokituksia hyödyntäen. Koekenttien hakkuut on tehty syksyllä 2007 ja kantojen nosto keväällä Koeruuduille jätettävän latvusmassan määrä on määritelty erikseen jokaiselle koekentälle koekentän koeruutujen kokonaispuuston keskitilavuuden mukaan. Jätettävien kantojen määrä on määritelty UPM Kymmene Oyj:n suositusten (25 kpl/ha) ja koealojen runkolukujakauman perusteella. Koeruudut on laikkumätästetty ja istutettu koneellisesti (1800 kuusta/ha) syksyllä Koealueille on myös asennettu vuoden 2009 aikana automaattiset sääasemat, joiden avulla voidaan seurata koealueiden sadantaa, ilman lämpötilaa sekä maan lämpötilaa 10 cm syvyydeltä. Koealueiden maaperän lämpötilanvaihteluita eri käsittelyillä ja syvyyksillä seurataan myös automaattitoimisten dataloggereiden avulla, jotka on sijoitettu koealueille kasvukauden 2011 aikana. Valuma-alueet sijaitsevat Kuusamon Oijusluomassa ja Taivalkosken Katajavaarassa (kuva 4) pääosin Metsähallituksen omistuksessa olevilla mailla. Sekä Oijusluomassa että Katajavaarassa on tehty luvulla Hakkuun ja maamuokkauksen vesistövaikutukset -hankkeen yhteydessä perusteellinen puustoja maaperäkartoitus. Veden ravinnepitoisuuksia sekä valuman määriä on seurattu kaikilta valuma-alueilta vuosien aikana ja seuranta on aloitettu uudelleen taustatiedon keräämiseksi vuoden 2007 syksyllä. Kuva 4. Kuusamon Oijusluoman valuma-alueet 1 6 (vasemmassa kuvassa) ja Taivalkosken Katajavaaran valuma-alueet 7, 8 ja 10 (oikealla). Karttaan punaisella merkityiltä mittapadoilta seurataan virtaaman määrää ja muutoksia sekä kerätään vesinäytteitä. 4

5 Molemmilta tutkimusalueilta on otettu vuoden 2010 aikana käsiteltäväksi yksi valuma-alueista. Loput alueet säilytetään luonnontilaisina verrokkialueina. Oijusluoman valuma-alue 1 on käsitelty vallitsevien metsänhoitosuositusten mukaisesti. Katajavaaran valuma-alue 10 on käsitelty tutkimustarpeiden vuoksi intensiivisemmin; hakkuu on tehty ilman suojavyöhykkeitä ja kaikki energiapuu on poistettu tutkimusalueelta. Molempien käsittelyalueiden puusto sekä poistettujen kantojen ja latvusmassan määrä on mitattu perustamistöiden yhteydessä. Käsittelyt on saatettu loppuun syksyn 2011 aikana, jolloin alueet on laikkumätästetty ja istutettu kuuselle. Käsitellyille valuma-alueille on asennettu syksyn 2010 aikana sääasemat, jotka mahdollistavat jatkuvan sadannan sekä ilman- ja maaperän lämpötilan seurannan. Uuteen käyttöön otettavat vanhat koekentät. Tutkimustietoa tarvitaan yksittäisten koeruutujen lisäksi myös ravinteiden liikkumisesta pohjaveden mukana. Tätä varten hankkeessa otetaan käyttöön kaksi vanhaa pohjavesikoekenttää Paltamon Kivesvaarassa. Hautalan ja Pahalouhen vanhojen koekenttien yläpuoliset alueet käsitellään, jolloin voidaan tutkia kantojen noston ja hakkuutähteiden korjuun laaja-alaisia pohjavesivaikutuksia (kuvat 5 ja 7, kohdat 1-2). Hakkuu ja kantojen nosto tehdään myös Kivesvaaran Itkonrinteessä sijaitsevalla vanhalla lysimetrikoekentällä, (kuvat 5 ja 7, kohta 3) jolta mitattavat aineistot ovat tärkeitä muodostettaessa käsitystä kantojennoston vaikutuksesta alempaan vesistöön. Kuva 5. Koealueiden sijainti Paltamon Hautalan ja Pahalouhen koekentillä hyödynnetään jo olemassa Kivesvaarassa olevia kaivojärjestelyjä pohjavesinäytteiden keräämiseksi. Aiempien kokeiden käsittelyiden seurauksena kohonneet ravinnepitoisuudet ovat pitkäaikaisen seurannan ( ) perusteella palanneet käsittelyitä edeltäneelle tasolle (kuva 6). Koekentiltä on kerätty vuodesta 1985 lähtien pitkä tausta-aineisto, jota vasten tulevien käsittelyiden vaikutuksia voidaan tarkastella. Koekenttien yläpuolisten alueiden käsittelyt suoritetaan loppuun vuoden 2013 aikana. 800 NO - N µg/l NO - N µg/l Hakkuutähteet jää Kontrolli Hakkuutähteet kerätty Kontrolli Avohakkuu: Avohakkuu: Kuukausi, vuosi Kuukausi, vuosi Kuva 6. Pohjaveden ravinnepitoisuuden kehitys Hautalan koekentällä avohakkuun ja hakkuutähteen talteenoton jälkeen ajanjaksolla Kuva 7. Vanhojen pohjavesikoekenttien rajaukset Hautalassa (1) ja Pahalouhessa (2). Kantojen noston ja latvusmassan keruun koealueet sijoitetaan olemassaolevien koekenttien yläpuolelle. Alue 3 on toistaiseksi hakkaamatonta metsää, jossa voidaan tutkia hienojakoisilla mailla tehtävän kantojennoston vaikutusta valumaveteen. Alueella 1 ja 3 nostettavat kannot ovat kuusta ja alueella 2 pääasiassa mäntyä. 5

6 3.2.3 Aineistot ja kokeiden käyttösuunnitelma Hankkeessa hyödynnetään pohjatietoina intensiivi- ja valuma-aluekoekentiltä vuosina kerättyjä aineistoja, ja aineiston keruuta jatketaan vaikutusten keston selvittämiseksi samoilta koekentiltä myös vuosina Vesinäytteiden keruuta tehdään myös Kivesvaarassa uudelleen käyttöön otettavilta vanhoilta koealueilta. Vuonna 2016 aineistoa ei enää kerätä, vaan keskitytään pelkästään kertyneiden aineistojen tieteelliseen julkaisemiseen. Valuma-alue- ja pintavesikohteiden tutkimus. Kantojen noston vesistövaikutusten laajuutta tutkitaan Oijusluoman ja Katajavaaran valuma-aluekoekentillä sekä myös Paltamon Kivesvaarassa uuteen tutkimuskäyttöön otettavalla lysimetrikoekentällä. Valuma-alueilla selvitetään metsänuudistamistoimenpiteiden vaikutusta valuman määrään, laatuun ja valuma-aluekohtaisiin ainetaseisiin. Samalla tutkitaan myös suojavyöhykkeiden toimivuutta vesistövaikutusten vähentämisessä. Vedenpinnantason vaihtelua seurataan ympärivuotisesti limnigrafien ja virtaamamittarien avulla. Mittapadoilta kerätään vesinäytteet vähintään kerran kuukaudessa. Pohjavesitutkimus. Intensiivikoekenttien koejäseniltä on poistettu eriasteisesti (taulukko 1) kantoja ja latvusmassaa, ja siten on muodostettu ainutlaatuinen vertailuasetelma ravinnekierron tutkimiseksi. Pohjaveden ravinnepitoisuuksien muutoksia tutkitaan pohjavesikaivoista otettavien näytteiden avulla. Näytteitä kerätään kolme kertaan vuodessa: kevään sulamisvesien aikaan, heinä-elokuun alimman pohjavesitason aikaan ja lokakuussa syyssateiden aikaan. Hautalan ja Pahalouhen koekentillä tehtävässä käytännön mittakaavaisen alueen tutkimuksessa selvitetään, vaikuttako kantojennosto nostoalueen alapuolella pohjaveden laatuun ja sitä kautta laajemminkin vesistöön. Hautalan ja Pahalouhen koealueilla vuosittainen vesinäytteiden keruu voidaan rajoittaa 1-2 kertaan. Kasvipeitteen ja siihen vaikuttavien tekijöiden merkitys ravinnekierrolle. Kasvilajeja ja niiden runsaussuhteiden muutoksia sekä kasvillisuuden palautumista eri menetelmin käsitellyille koealoille seurataan kasvipeiteanalyysimenetelmällä. Vertailualueina käytetään käsittelemätöntä kontrollia. Kullekin intensiivikoealojen käsittelylle on perustettu viisi 1m x 1m kasvillisuusruutua, joista kasvillisuuden peittävyys arvioidaan lajeittain visuaalisena prosenttipeittävyytenä. Kasvillisuuden inventointi on suoritettu ennen (2007) ja jälkeen (2009) käsittelyitä. Intensiivikoealoilla on suoritettu vuoden 2012 aikana myös biomassan määritys, jonka tarkoituksena on yhdessä kasvilajiston selvityksen kanssa antaa tietoa koealueilla olevan orgaanisen aineen määrästä ja laadusta ravinteiden ja hiilen kierron tutkimuksen tueksi. Biomassan määrän selvitys tehdään toisen kerran vuoden 2014 aikana. Taimettuminen. Taimien alkukehitystä seurataan intensiivikoekenttien eri käsittelyillä (taulukko 1) vuosittain tehtävillä taimi-inventoinneilla. Koejäsenille 3, 4, 5 ja 6 on perustettu kullekin kaksi pysyvää 1,5 aarin puustoympyräkoealaa. Taimet kartoitetaan suunnan ja etäisyyden avulla ja inventoidaan taimen elossaolo, kunto, pituuskehitys sekä lähettyvillä kasvavat luontaiset taimet. Ensimmäisellä inventointikerralla on kirjattu ylös myös kunkin taimen mättään koko ja maalajite, sekä myös koealalla olevien kantojen korkeus, läpimitta, suunta ja etäisyys. Aiemmissa tutkimuksissa (mm. Miljöeffekter 2006) metsäbiomassan korjuun on todettu aiheuttavan etenkin kuusen istutustaimikoissa puuston keskipituuden ja pohjapinta-alan kehityksen hidastumista, mutta kasvun taantuma on alkanut näkyä vasta noin 4-5 vuoden kuluttua istutuksesta, joten seurannan jatkaminen on erittäin tärkeää tulosten saavuttamiseksi. Maaperäeliöstötutkimus. Hankkeessa selvitetään myös miten kantojennosto vaikuttaa varhaiskehitysvaiheessa olevien taimien mykorritsalajistoon ja onko lajiston monimuotoisuudella vaikutusta taimien kasvuun ja kehitykseen. Tutkimusta varten on intensiivikoealoille istutettu pottiputkella muokkaamattomaan maanpintaan sekä mättäälle 4 kpl kuusentaimia neljään eri kohtaan. Taimista mitataan kasvuparametrit ja selvitetään juuristosta sieniyhteisön rakenne. Taimien nosto tutkimusta varten on aloitettu syksyllä 2011 ja seuraavat tutkimustaimet nostetaan vuoden 2014 aikana. Koealueille on asetettu vuonna 2009 myös puukiekkoja hajottajayhteisöjen tutkimusta varten. Nämä nostetaan maasta mykorritsatutkimuksen taimien noston yhteydessä vuonna Maaperäeläintutkimusta varten koekenttien eri käsittelyiltä on vuosina 2007, 2008 ja 2011 kerätty myös maaperänäytteitä, joiden avulla selvitetään kantojen noston ja hakkuutähteiden keruun vaikutusta änkyrimatojen sekä mikro- ja makroniveljalkaisten lajistoon sekä runsaudenvaihteluun. Hiilivuon seuranta. Hiilivuotutkimuksen tarkoituksena on selvittää hakkuutähteiden korjuun ja kantojen noston vaikutusta maasta vapautuvan hiilidioksidin määrään (g CO 2 m 2 h -1 ). Intensiivikoekentillä on ennen ja jälkeen hakkuuta sekä biomassan poistoa tehty vuosittaisia hiilivuomittauksia. Mittauksilla 6

7 selvitetään, miten käsittelyt vaikuttavat maahengityksen määrään hakkuuta ja käsittelyjä seuraavien vuosien aikana. Mittaukset on tehty siirrettävän kammion avulla koejäsenkohtaisesti häiriintymättömältä, häiriintyneeltä ja käännetyltä maalta sekä isoilta ajourilta. Energiapuun korjuussa maaperän varastoon jäävä ja hajoava orgaaninen aines vähenee, ja sillä voi olla merkittävä vaikutus vapautuvaan hiilivuohon. Tietoja eri intensiteetillä toteutetun metsäenergian korjuun vaikutuksista hiilivuohon voidaan hyödyntää esimerkiksi arvioitaessa laajemmin metsänkäsittelytapojen vaikutuksia hiilitaseeseen. Hiilivuotutkimus painottuu jatkossa kerätyn tiedon analysointiin ja tulosten julkaisemiseen. Mallinnus. Pohjavesikoekentiltä ja valuma-alueilta kertyviä aineistoja hyödynnetään myös mallinnuksessa. Ph. D. student Jiri Kremsa laatii sadantaan ja virtaamaan perustuvia valuma-alue- ja pohjavesimalleja (pareittaisten valuma-alueiden menetelmä, HEC-HMS, HBV) osana väitöskirjatyötään Tsekin teknillisessä yliopistossa. Mallintamisen yhteistyömahdollisuuksia selvitetään myös Oulun SYKE:n sekä Metlan FEMMA- ja MOTTI-mallintajien kanssa Laboratoriopalvelut Veden laatuun liittyvä seuranta toteutetaan samoilla yleisesti vesianalytiikassa käytössä olevilla menetelmillä, joita on pitkään käytetty tähänastisessa vedenlaadun seurannan tutkimuksessa. Alkuainepitoisuudet määritetään atomiabsorptiospektrometrisesti joko liekkimenetelmällä (FAAS) tai liekittömällä menetelmällä (GF-AAS). Elohopea määritetään kylmähöyrymenetelmällä käyttäen atomifluoresenssidetektoria (CV-AFS). Kokonaisfosfori määritetään peroksodisulfaattihajotuksen jälkeen spektrofotometrisesti molybdaattimenetelmällä (SFS 3026). Näytteet analysoidaan välittömästi keruun jälkeen Metlan toimesta Oulun Lynet-laboratoriossa Liittyminen Metlan muuhun koetoimintaan Hankkeen koekentät ovat avoinna myös muulle Metlan tutkimukselle. Hankkeen eteneminen ja tavoitteet ovat nähtävissä Metlan julkisilla www-sivuilla. Kantojennoston intensiivikoekentillä on meneillään myös MMT, erikoistutkija Pekka Tammisen lysimetreillä toteuttamaa maavesitutkimus sekä FT, vanhempi tutkija Antti-Jussi Lindroosin mineraaliaineksen rapautumisarvon määritystutkimus, jota toteutetaan osittain Oulun Lynet-laboratoriossa yhteistyössä Oulun yliopiston kanssa. 3.3 Aikataulu Hankkeen onnistuminen edellyttää hyvää hallinnointia siten, että tutkimusryhmä toimii kiinteässä vuorovaikutuksessa. Tätä varten kokoonnutaan 1-2 kertaa vuodessa käyttäen hyväksi myös videoneuvottelumahdollisuuksia. Hankkeen toteutuksen muu keskeinen sisältö (taulukko 2) on vuosittain jatkuva aineiston keruu, analysointi ja raportointi sekä tutkimusjakson loppupuolella järjestettävät seminaarit. Taulukko 2. Hankkeen keskeisten tehtävien ajoittuminen Työkokous hankkeen tutkijoiden ja muun hankehenkilöstön vastuista ja tehtävien toteuttamisesta Vanhojen pohjavesikoealojen ottaminen uuteen tutkimuskäyttöön Paltamon Kivesvaarassa x x x x Aineiston keruu koekentiltä x x x x Hankkeen www-sivujen ylläpito x x x x x Tulosten tieteellinen raportointi x x x x x Tulosten siirtäminen käytäntöön x x x x x Pohjoismainen seminaari kantojen ja hakkuutähteiden korjuun ympäristövaikutuksista x Hankkeen loppuseminaari x x x 7

8 3.4 Avainhenkilöt Hankkeen tutkijaryhmä koostuu Oulun ja Vantaan yksiköissä toimivista tutkijoista. Vesinäytteiden keruuta hoidetaan yhdessä Oulun yliopiston Oulangan henkilökunnan kanssa. Mallintamisessa ja sen raportoinnissa tehdään yhteistyötä Tšekin teknillisen yliopiston kanssa. Taulukko 3. Hankkeen henkilöstön roolit ja vastuut Henkilö Toimintayksikkö Tehtävä hankkeessa Eero Kubin, FT, MMM Oulu Hankkeen vetäjä, ravinnekierto Anne Tolvanen, FT, Professori Oulu Kasvillisuuden sukkessio Hannu Ilvesniemi, MMT, Professori Vantaa Hiilivuo Oili Tarvainen, FT Oulu Mykorritsatutkimus Juha Piispanen, FT Oulu Kemialliset analyysit Markus Hartman, FM Vantaa Hiilivuo Martti Lindgren, FM Vantaa Maaperäeläintutkimus Eila Tillman-Sutela, FT, MML Oulu Taimettuminen Tanja Murto, MMK Oulu Hankesihteeri, aineistojen hallinta, taimettuminen Jorma Pasanen, Mti Oulu Pohjavesinäytteet, taimettuminen, töiden organisointi Reijo Seppänen, tutkimusavustaja Oulu Valumavesinäytteet, töiden organisointi Seppo Pohjola, Mti Oulu Töiden organisointi Ari Kokko, Mti Oulu Aineistojen laskenta, www-sivut Samuli Kemppainen Oulu Viestintä ja resurssien haku Tuula Aspegren, tutkimusmestari Oulu Avustaminen julkaisujen tuottamisessa Laboratoriohenkilökuntaa Oulu/Vantaa Analyysit Pia Rännänen Oulangan tutk.asema Vesinäytteiden keruu Jiri Kremsa Tsekin tekn. yliopisto Vesistövaikutusten mallintaminen (ulkop. rahoitus) 4. Yhteydet muihin hankkeisiin, koti- ja ulkomainen yhteistoiminta Hanke toteutetaan yhteistyössä UPM Kymmene Oyj:n, Yara Suomi Oy:n ja Metsähallituksen kanssa. Hankkeessa hyödynnettävät intensiivikoekentät sijaitsevat UPM Kymmene Oyj:n ja Yara Suomi Oy:n omistamilla mailla. Koekenttien perustaminen on tehty yhteistyössä UPM Kymmene Oyj:n kanssa hyödyntäen myös GTK:n asiantuntemusta. Valuma-aluekoekentät sijaitsevat Metsähallituksen mailla ja käsiteltyjen valuma-alueiden perustamistyöt on tehty yhteistyössä Metsähallituksen ja Oulun seudun ammattiopiston Taivalkosken yksikön metsäkoneenkuljetuksen koulutusohjelman toimijoiden kanssa. Vesinäytteiden keruuta valuma-alueilta tehdään yhteistyössä Oulun Yliopiston Oulangan tutkimusaseman kanssa. Uuteen käyttöön otettavat vanhat koealueet sijaitsevat UPM Kymmene Oyj:n mailla, ja hakkuu ja kantojen nosto tehdään yhteistyössä yhtiön kanssa. Metla vastaa organisoinnista sekä mittaustöistä ja UPM Kymmene Oyj käytännön perustamistöistä. Edellä mainittujen lisäksi muita kotimaisia yhteistyötahoja ovat metsätalouden kehittämiskeskus Tapio, MMM sekä SYKE Oulu. Lynet-yhteistyötä Oulun ympäristötietotaloon sijoittuvien sektoritutkimuslaitosten ja Oulun yliopiston Thule-instituutin kanssa kehitetään. Keskusteluja yhteistyömahdollisuuksista on käyty SYKE:n vesikeskuksen yksikönpäällikkö Seppo Hellstenin kanssa osana jo käynnissä olevaa KORPI-hanketta (Bioenergiakorjuutapojen ekologiset vaikutukset). Myös Tapion Samuli Joensuun kanssa on valmisteltu yhteistyötä Taso-hankkeessa. Tutkimuksessa luodaan kiinteä yhteys Metlan hankkeisiin, joissa tuotetaan täydentävää tietoa kannonnoston vaikutuksista muuttujiin, joita ei tässä hankkeessa ole mahdollista tarkastella. Yhteistyötä tehdään soveltuvin osin Metlan Tulevaisuuden metsät ja metsänhoito -tutkimusohjelman hankkeiden kanssa sekä Metsät ja vesi -tutkimusohjelman kanssa erityisesti pohjavesiselvityksissä. Hankkeen koekentät ovat avoinna myös muiden hankkeiden tutkimuksille ja tutkimustuloksia tarjotaan hyödynnettäväksi myös esimerkiksi lakisääteisissä ympäristöseurannoissa. Tieteellistä yhteistyötä tehdään hankkeessa sekä kotimaisten että ulkomaisten yliopistojen kanssa. Jiri Kremsa Tšekin teknillisestä yliopistosta on jo aloittanut väitöskirjansa osajulkaisujen laatimisen hankkeen aineistoista. Tieteellistä yhteistyötä tehdään soveltuvin osin myös aihealueen ruotsalaisten tutkijoiden kanssa, jolle on jo entuudestaan vahva perusta SLU-Uumajan kanssa mm. väitöskirjayhteistyössä. Yhteistyömahdollisuuksien selvittämisestä hanketasolla on jo sovittu myös SLU Uppsalassa vuosiksi 8

9 suunnitellun hankkeen Impact of stump harvest on soil carbon, nitogen, CO2 emissions and ground vegetation in 5-10 year-old clear-cuts -hankkeen kanssa. Hankkeen vetäjänä toimii Riitta Hyvönen-Olsson. Hankkeessa tehdään myös yhteistyötä soveltuvin osin SYKE:n Life+ -ohjelmaan valmisteilla olevan Kantojen nosto vedenhankintaan soveltuvilla pohjavesialueilla -tutkimuksen kanssa. Hankkeen valmistelussa on koettu tärkeäksi Metlan ja SYKE:n yhteistyö, koska toteutuksessa tarvitaan sekä metsänhoidon että pohjavesiasioiden asiantuntemusta. 5. Odotetut tulokset ja suunnitelma niiden hyödyntämisestä ja käytäntöön viennistä Hanke lisää tietämystä kantojen noston pitkäaikaisista vaikutuksista vesistöön sekä kasvipeitteen merkityksestä hiilen ja ravinteiden kiertoon. Ajankohtaisuudesta johtuen hankkeeseen kohdistuu suurta mielenkiintoa monelta eri taholta ja saaduille tuloksille on kysyntää sekä päätöksentekijöiden, että alan käytännön toimijoiden keskuudessa. Hanke on ollut toistuvasti esillä eri tiedotusvälineissä, tv-uutisissa, radiossa ja sanomalehdissä. Maa- ja metsätalousministeriö on huomioinut aihealueen tärkeyden sitomattomien yhteistutkimusvarojen käytössä. Edeltävän hankkeen tuloksia on esitelty useilla foorumeilla sekä kotimaassa että kansainvälisesti. Hankesuunnitelma käännettiin jo alkuvaiheessa ruotsalaisten tutkijoiden käyttöön, ja nyt alkavassa hankkeessa jo aloitettua yhteistyötä pyritään syventämään SLU-Uppsalassa käynnissä olevan hankkeen kanssa Hankkeen tieteellinen vaikuttavuus tulee olemaan korkea ja hankkeessa tuotetaan useita tieteellisiä julkaisuja. Hankkeen aineistoja hyödynnetään ainakin kolmessa väitöskirjatyössä, pro-gradu töissä sekä amk -päättötöissä. Tutkimustuloksia viedään eteenpäin päätöksentekijöille sekä tutkijoille (esim. Maa- ja metsätalousministeriö, Metsätalouden kehittämiskeskus Tapio, SYKE) ja käytännön toimijoille (esim. UPM Kymmene, metsänomistajat) julkaisujen, esitelmien, tiedotteiden, radio-, televisio- ja lehtihaastatteluiden sekä maastoretkeilyiden avulla. Tuloksia esitellään myös mahdollisimman laajasti osallistumalla kotimaisiin ja kansainvälisiin kokouksiin sekä konferensseihin. Hankkeelle tehdään myös julkiset www -sivut, joita pidetään ajantasaisina ja informatiivisina. Hankkeen alustava julkaisusuunnitelma vuosille : Kubin, E., Krecek, J., Kremsa, J. & Murto, T Hydrological effects of intensive biomass harvesting and snow melting. In: Kamula, R., Klöve, B. & Arola, H. (eds.). Catchment Restoration and Water Protection. Nordic Water 2012, XXVII Nordic Hydrological Conference, Oulu, Finland August, Abstracts. Oulu. p. 83. Kubin, E., Murto, T. & Kremsa, J Intensive biomass harvesting - leaching of nutrients and hydrological processes. In: Kamula, R., Klöve, B. & Arola, H. (eds.). Catchment Restoration and Water Protection. Nordic Water 2012, XXVII Nordic Hydrological Conference, Oulu, Finland August, Abstracts. Oulu. p. 84. Kubin, E Long-term effects of silvicultural practices on groundwater quality in boreal forest environment. In: Krecek, J., Haigh, M., Hofer, Th., Kubin, E. (eds.) Management of Mountain Watersheds. p ISBN Kubin, E., Hartman, M., Ilvesniemi, H., Kokko, A,. Murto, T., Pasanen, J., Piispanen, J., Pohjola, S., Seppänen, R., Tarvainen, O., Tillman-Sutela, E. ja Tolvanen, A Kantojen noston ja hakkuutähteiden keruun ekologiset ja metsänhoidolliset vaikutukset (3475). Koekenttien perustaminen ja tuloksia. Metlan työraportteja -sarja. Kubin, E., Murto, T. & Kremsa, J Kantojen noston ja hakkuutähteiden keruun valumaaluetasoiset vaikutukset. Artikkeli Metlan BIO-ohjelman koosteena julkaistavassa työraportissa. Kubin, E., Hartman, M., Ilvesniemi, H., Kokko, A,. Murto, T., Pasanen, J., Piispanen, J., Pohjola, S., Seppänen, R., Tarvainen, O., Tillman-Sutela, E. ja Tolvanen, A Ecological and silvicultural impacts of stump removal and collecting of logging residue. Establishment and preliminary results. Esitetään Metlan työraportteja sarjaan. Kremsa, J. et al Effects of forest treatment on hydrological processes in the boreal environment. Preliminary manuscript. Huusko, K. et al Impacts of harvesting stumps and logging residues on mycorrhizal fungal communities of spruce (Picea abies) saplings. Preparing the manuscript Kremsa, J., Kubin, E. Krecek J. & Keskitalo, A Snow dynamic in the boreal spruce forests. Will be submitted to the Journal of the American Geophysical Union Water Resources Research Kubin et al Effects of stump uplifting on groundwater quality. Preparing the manuscript 9

10 Hartman, M., Ilvesniemi, H & Murto, T Net carbon loss from mesic boreal forest sites after timber and stump harvest. Preparing the manuscript. Tolvanen, A. et al. Stump and logging residue removal expose soil surface: vegetation recovery and early sapling growth. Preparing the manuscript. 6. Tutkijakoulutus Hankkeen aineistoja hyödynnetään alkuvaiheessa kolmessa väitöskirjatyössä. Suunnitteilla on myös myöhemmin hankkeen edetessä aloitettava neljäs väitöskirjatutkimus, jossa tullaan laaja-alaisesti hyödyntämään hankkeen aineistoja. Alla esitetyt väitöskirjatyöt on jo aloitettu: Musawenkosi Mlambo. Impact of logging residue removal (LRR) on boreal headwater stream communities and drainage area. Väitöskirjatyö, Oulun Yliopisto. Yhteyshenkilö hankkeessa: Eero Kubin (Työn ohjaaja Oulun yliopistolla Riku Paavola) Jiri Kremsa. Effects of forest treatment on hydrological processes in the boreal environment. Väitöskirjatyö, Czech Technical University. Yhteyshenkilö hankkeessa ja väitöskirjatyön ohjaaja: Eero Kubin Karoliina Huusko. Fungal mediated plant-plant interactions in varying resource availability. Väitöskirjatyö, Oulun yliopisto. Yhteistyössä Uumajan yliopisto. Yhteyshenkilö hankkeessa: Oili Tarvainen (Työn ohjaaja Oulun yliopistolla Annamari Markkola) Hankkeen edetessä ja Oulun Lynet-laitosten toiminnan vakiintuessa opinnäyte- ja muu yhteistyö kasvaa erityisesti tutkijakoulutuksen, mutta myös muiden opinnäytetöiden osalta. 7. Hankkeen edellyttämät resurssit Hankkeeseen osallistuvien tutkijoiden työaikaa on varattu hieman enemmän hankkeen loppuvaiheeseen tutkimustulosten julkaisutyön vuoksi. Muun henkilöstön työpanos vähenee hieman hankkeen loppua kohti kenttätöiden ja laskennan vähetessä. Taulukko 4. Tarkennettu suunnitelma henkilöresurssien käytöstä hankkeessa Henkilö / henkilöstöryhmä Suunniteltu työaika, kk Eero Kubin Anne Tolvanen 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Hannu Ilvesniemi 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Oili Tarvainen Markus Hartman Martti Lindgren Tanja Murto Eila Tillman-Sutela 0,5 Tutkimusta avustava henkilöstö Laboratoriohenkilöstö 9,8 9,8 9,8 9,8 Tekninen henkilöstö Atk-henkilöstö Metlan rahoitus (1000 ) Maastotyöt, sidosryhmäyhteistyö, ostopalvelut (esim. valumavesinäytt. haku), kv-yhteistyö ym. 38 (19) Hinnoitellut analyysipalvelut 10, , ma-palkat Hankkeen kustannukset muodostuvat pääasiassa palkka, matka ja laboratoriokuluista. Vuodelle 2013 arvioidaan tarvittavan noin euroa sitomatonta rahaa maastotöihin, sidosryhmäyhteistyöhön, ostopalveluihin, kv-yhteistyön hoitamiseen sekä laboratorioanalyysi- ja tarvikekuluihin. Hankkeen loppupuolella sitomattoman rahan tarve vähenee ja tutkijatyön osuus kasvaa. Ulkopuolista rahoitusta hankitaan väitöskirja- ja opinnäytetöihin, sekä tarvittaessa myös määräaikaisten työntekijöiden palkkaamiseen. 10

11 Kirjallisuus Kubin, E The effect of clear cutting, waste wood collecting and site preparation on the nitrate nitrogen leaching to groundwater. Julkaisussa: Krecek, J. & Haigh, M.J. (Eds.). Proceedings of the Symposium on Environmental Regeneration in Headwaters. Prague, 1-7 November p a. Site preparation and leaching of nutrients. Proceedings of the Symposium Northern Silviculture and Management, August in Lapland, Finland. Metsäntutkimuslaitos, Research Papers 567: b. The effect of clear cutting, waste wood collecting and site preparation on the nutrient leaching to groundwater. Julkaisussa: Nilsson, L. O., Hüttl, R. F. & Johansson U. T: (eds.). Nutrient uptake and cycling in forest ecosystems, Kluwer Academic Publishers Leaching of nitrate nitrogen into the groundwater after clear felling and site preparation. Boreal Environment Research 3(3): Leaching of nitrogen from upland forest-regeneration sites into wetland areas. In: Krecek, J. & Haigh, M. (eds.). Environmental Role of Wetlands in Headwaters. Springer, p & Krecek, J Impact of forestry practices on groundwater quality in the boreal environment. In: Taniguchi, M., Burnett, W. C., Fukushima, Y, Haigh, M. & Umezawa, Y. From Headwaters to the Ocean. Hydrological changes and management. pp Long-term effects of silvicultural practices on groundwater quality in boreal forest environment. In: Krecek, J., Haigh, M., Hofer, Th., Kubin, E. (eds.) Management of Mountain Watersheds. p ISBN Miljöeffekter av skogsbränsleuttag och askåterföring i Sverige. En syntes av Energimyndighetens forskningsprogram 1997 till Statens energimyndighet. 210 s. 11