Taimikkosimulaattori: tila, kehittäminen ja yhdistäminen MOTTI- tai MELA -ohjelmistoihin

Transkriptio

1 Taimikkosimulaattori: tila, kehittäminen ja yhdistäminen MOTTI- tai MELA -ohjelmistoihin Tapio Räsänen Taimikonhoitohankkeen menetelmät tutkijaseminaari

2 Mihin Taimikkosimulaattori on tarkoitettu? Käytännön metsänhoidon kehittämisen apuvälineeksi taimikoiden käsittelyvaihtoehtojen vertailuun taimikonhoito-ohjeiden laatimiseen koulutuksen tueksi pidemmälle kehitettynä liitettäväksi metsätalouden suunnittelun ja seurannan tietojärjestelmiin (muut metsikkösimulaattorit) Tutkimus- ja kehitystyöhön kasvumallien laadintaan ja testauksiin taimikoiden ja nuoren metsän kasvatusvaihtoehtojen vertailuihin taimikonhoidon työmenetelmien kehittämiseen

3 Taimikoiden kehittymistä ja hoitoa koskevat tietotarpeet Taimikoiden käsittelypäätökset koskevat useimmiten perkauksen ja harvennuksen ajoitusta ja poistettavien puiden valinnan voimakkuutta ja valintatapaa perkauskertojen määrä ja uudelleenperkauksen välttäminen toimenpiteiden kustannukset Taimikoiden käsittelyt vaikuttavat ensiharvennuksen ajoitukseen, hakkuukertymiin ja kannattavuuteen sekä energiapuun hankintamahdollisuuksiin nuorista metsistä käsittelyillä vaikutetaan puulajisuhteisiin ja järeyskehitykseen ennustaminen malleilla: syntyykö perkauksen jälkeen vielä ensiharvennusta haittaavaa alikasvosta? Käytännön haasteita: töiden kohdentaminen hoidon kannalta tärkeimpiin taimikoihin tai taimikon osiin, perkaustyön minimointi ja oikea ajoitus perkauskohteet voidaan löytää inventoinneilla, ilmakuvatulkinnalla tai pyrkiä ennustamaan perkaustarve kasvumalleilla

4 Taimikkosimulaattorin toiminnallisuus Toimenpideohjelma Hoitotoimet Uudistamistapa Kasvupaikka Sijainti Taimikon tila Taimikon tulos Ensiharvennusmetsikön rakenne Yksikkökustannukset Kustannuslaskenta Poistetut puut Talous Taimikonhoidon kannattavuus

5 Taimikon kehityksen simulointi Acrobas -mallilla Tilajärjestyksen generointi Annettu läpimittajakauma Sää k=k+1 Puiden kasvu vuonna k Alkutila: lajit, tilajärjestys Uudistamistapa Sijainti Kuolleisuus Tuotosparametrit: Etelä-Suomi ACROBAS: mänty, koivu Perkaukset ja harvennukset Uusi tila: metsikkö Hoitotoimet met

6 Taimikkosimulaattorin kasvumallit Empiiriset mallit kuusen viljelytaimikko viljelykuusikon aukkoja täydentävä koivu vapautettu kuusialikasvos mänty-rauduskoivu sekataimikko koivun kantovesojen pituuskasvu Acrobas -prosessimallit (ei parametrisoitu koko Suomeen) mänty koivu Valmisteilla olevat mallit (voidaan liittää simulaattoriin myöhemmin?) kuusen Acrobas malli kuusi-koivu sekataimikoiden empiirinen malli luontaisesti syntynyt mäntytaimikko, jossa mäntysäästöpuita männyn viljelytaimikoiden puukohtainen malli (Metla)

7 Taimikkosimulaattorin päänäkymä

8 Taimikkosimulaattorin kehittämistarpeet 1. Taimikon tilajärjestyksen kuvaus 2. Taimikoiden rakenne- ja kasvumallien kehittäminen ja vienti simulaattoriin 3. Vesakkomallien kehittäminen 4. Taimikonhoidon ja ensiharvennuksen menetelmävaihtoehtovertailut ja kustannuslaskenta 5. Ohjelmiston ja käyttöliittymän kehittäminen 6. Simulaattorin tai sen toimintojen integrointi muihin metsikkösimulaattoreihin

9 1. Taimikon tilajärjestyksen kuvaus vakiintuneessa taimikossa, jossa uusia puita ei enää synny, voidaan tilajärjestys luoda puuston alkutilan mukaan taimien sijainnin säännöllisyyden ja ryhmittyneisyyden malli hankkeessa kehitetty malli (Kokkila) perustuu teoriaan puiden välisestä kasvutilan kilpailusta (puuparien kilpailupotentiaalien laskenta) maanmuokkausmenetelmä ym. tekijät vaikuttavat tilajärjestykseen

10 1. Tilajärjestyksen yleisen luontimallin kehittäminen tilajärjestyksen ryhmittyneisyyttä ja satunnaisuutta säätelevien tekijöiden valinta (maanmuokkausmenetelmä, ilmastollinen alue, kasvupaikka- ja vesitaloustekijät, säästöpuut ja ryhmät, reunametsä) erilaisia maanmuokkausmenetelmiä paremmin kuvaava menetelmä (mätästys: mätästyskohtien lkm/ha ja koko, satunnaisuuden säätö) yleisesti: paljastetun maan osuus eri menetelmillä ja mikä osuus luontaisista taimista sijoittuu muokkauskohtiin 2. Lehtipuuston tilajärjestysmalli lehtipuuston (vesakon) tilajärjestys eri uudistamis- ja maanmuokkausmenetelmillä ja erilaisissa kasvupaikka- ja vesitalousolosuhteissa (tilajärjestykseen vaikuttavien tekijöiden selvittäminen) vesakon tilajärjestys perkauksen jälkeen valuma-aluemallin käyttö mallinnuksessa?

11 2. Rakenne- ja kasvumallien kehittäminen Tavoitteena, että simulaattorissa parannetaan taimikon rakenne- ja kasvumallien kattavuutta uusien tutkimustulosten mukaan kasvupaikkaolosuhteet, eri taimikkotyypit, taimikon kehitysvaiheet 1. Acrobas kasvumallien sovittaminen eri alueille ja kasvupaikkaolosuhteisiin mänty- ja koivumallien parametrisointi alueellisesti lämpösummaa ja säädataa käyttäen säätekijöiden vaikutus fotosynteesitasoon alueellisesti alueellinen tuottavuuden vaihtelu testaus laajemmilla aineistoilla 2. Kuusen Acrobas mallin kehittäminen perusmallia kehitetty ja testattu Motti hankkeessa kuusi sekapuuna (tärkeä) ja alikasvoksena (ei niin tärkeä) mallin parantaminen ja laajempi testaus

12 3. Acrobas mallien yhteensovittaminen Acrobasin havu- ja lehtipuumallien toimivuus yhdessä sekataimikoissa; erilliset sekataimikkomallit tavoitteena eri puulajien kasvutapaerot ja keskinäiset yhteydet vaikuttavat mallin parametrien valintaan parametrien ja arvojen valinta bayesilaisella analyysilla mallin kalibrointi mitatuilla aineistoilla 4. Kuusi-koivu -sekataimikoiden mallit (Metlan mallit) vanhan viljelykuusikon mallin korvaaminen kokonaan Etelä- Suomeen vai ainoastaan alkukehityksen osalta? Pohjois-Suomen mallin kalibrointi? 5. Uudistamistuloksen ennustaminen ja taimikon lähtötietojen generointi uudistamismenetelmän ja olosuhteiden mukaan voidaan ottaa simulaattorissa käyttöön, kun on ensin testattu Motissa ja Melassa

13 3. Vesakkomallien kehittäminen Tavoitteena liittää simulaattoriin lehtipuuston syntymisen ja kehityksen mallit erilaisiin taimikoihin ja kasvuolosuhteisiin kenties suurin puute nykyisessä simulaattorissa 1. Vesakon kokojakauman kuvaus simulaattorissa ei toistaiseksi ole taimikon luonnissa erityistä yhtenäistä lehtipuuston kokojakauman kuvauksen mallia, ainoastaan sekataimikoiden lehtipuusekoitusta kuvaavat mallit yksinkertaiset vesakon määrää ja pituus- sekä kantoläpimittajakaumaa kuvaavat mallit tarvitaan

14 2. Perkauksen jälkeistä vesojen kehittymistä kuvaavat mallit perkauskantojen vesominen vesovien kantojen osuus ja vesojen määrä jäävän puuston kilpailun vaikutus vesomiseen vesojen pituus- ja kantoläpimitan paksuuskehityksen prosessimallit (Acrobas)? vesakon itseharvenemisen malli vesakkomallin ja muiden prosessimallien keskinäinen toimivuus vesakon kehittyminen ensiharvennusta haittaavaksi alikasvokseksi? 3. Vesakoitumisherkkyyttä kuvaavat mallit ei keskeinen tämän hankkeen tehtävä mallit vesakoitumisen ennustamiseen eri uudistamistoimenpiteiden ja kasvuolosuhteiden mukaan valuma-aluemallit?

15 4. Taimikonhoidon ja ensiharvennuksen menetelmävaihtoehtovertailut ja kustannuslaskenta Tavoitteena on kehittää taimikkosimulaattoriin toimintoja ja välineitä, joita tarvitaan taimikoiden käsittelyiden simuloimiseksi sekä taimikoiden tilan tarkastelemiseksi ja erilaisten käsittelyvaihtoehtojen vertailemiseksi. 1. Taimikon perkauksen ja harvennuksen menetelmät perattavien/harvennettavien puiden valintamenetelmät spatiaalisuus puiden valinnassa mallit puiden välisen kilpailun laskemiseksi käytännön perkausohjeiden ja tapojen simulointi alikasvoksen raivaus toiminnoksi ( ensiharvennus) hirvituhot taimikoiden harventajina ja pituuskasvussa?

16 2. Taimikonhoidon työlajit ja kustannuslaskennan vaihtoehdot perkauksen ajoituksen ja voimakkuuden analysointi perkauksen työmenetelmien analysointi raivaussahatyön ajanmenekkifunktiot + muut työmenetelmät alkukehityksen hoitotoimenpiteet ja niiden kustannukset perkauskustannusten rakenteiden monipuolistaminen keskimääräisen tuntikustannuksen sijaan 3. Ensiharvennuksen vaihtoehtolaskelmat analysointivälineitä metsikön ainespuu- / energiapuukertymien, korjuukustannusten ja kannattavuuden laskentaan erilaisten harvennusmallien käyttömahdollisuus korjuukustannusfunktiot nykyisten korjuukustannusten hinnan sijaan hakatun puuston poistuman tilavuuden laskenta energiapuun korjuu funktiot energiapuukertymän laskentaan (kuiva-ainemassa?) energiapuun korjuukustannukset nuoren metsän kunnostuksen tuet (KEMERA)

17 5. Ohjelmiston ja käyttöliittymän kehittäminen Tavoitteena on kehittää simulaattoria uusien toimintojen mukaisesti visuaalisesti selkeäksi, helppokäyttöiseksi ja varmatoimiseksi yleisimmissä käyttöjärjestelmissä kehitetäänkö kuitenkaan enää Taimikkosimulaattoria vai siirretäänkö kehitystyö toiselle alustalle (Motti)? Taimikkosimulaattorin ohjelmointityö uusien mallien ohjelmointi ja toimintojen yhteensovittaminen sekä niihin liittyvät käyttöliittymämuutokset taimikkotietojen tuonti tiedostosta tai kuviotietojärjestelmien tiedostomuodosta / tietokannasta (tiedostorajapinnat) taimikon käsittelyohjelmien muodostaminen ja automaattisimulointi graafit, tulostus ja raportointi (vienti muihin ohjelmistoihin) käyttöliittymän toiminnallisuuden ja visuaalisuuden parantaminen ohjelmiston testaus

18 6. Taimikkosimulaattorin tai sen toimintojen integrointi muihin metsikkösimulaattoreihin Taimikkosimulaattori toistaiseksi vielä prototyyppi kasvumallien puute esteenä täysimittaiselle hyödyntämiselle hyvä alusta mallien testaukseen ja taimikonhoidon toimenpideketjujen vertailulaskelmien kehittämiseen jatkossakin jatkossa ohjelmiston kehittämisresurssit niukat ilman yhdistämistä johonkin suurempaan kokonaisuuteen Toimintojen ja mallien vienti yleiseen metsikkösimulaattoriin Motti sopivin näköpiirissä oleva vaihtoehto modulaarisuus kasvatusketjun hallinta riittävän pitkälle ajallisesti (nuoren metsän erilaiset kasvatusvaihtoehdot) käyttäjän omien kuviotietojen käsittely spatiaalisuuden hallinta kehitettävä kasvatusohjelmien kustannuslaskenta ja kannattavuus visualisoinnin parantaminen

19 Kehitetyt taimikon kasvumallit myös MELAan ja muihin metsätalouden suunnittelun ohjelmistoihin? laaja operatiivinen hyödyntäminen mallien kehittämisen lopullisena päämääränä kattavuus ja luotettavuus tärkeää Ohjelmakoodin modulointi ja hyödyntäminen vapaasti eri sovelluksissa? kasvumallit yhteen pakettiin, avoimet tiedostorajapinnat, riittävä mallien dokumentointi etc.. Tutkimushankkeen tavoitteeksi Taimikkosimulaattorin kehittäminen tutkimuksen näkökulmasta lupaavimmassa kehitysympäristössä käytännön sovelluksiin ratkaisut löytynevät ajan kanssa ja niitä voi olla monia, kunhan ensin on osoitettu taimikoiden kehityksen simuloinnin ja vaihtoehtolaskennan mahdollisuudet